中分院攜LED植物光源應用 帶領農業創造新價值

台灣地處亞熱帶,農業物產種類豐富,然而受限於地狹人稠,並在經濟結構、全球化以及日益極端的氣候衝擊下,台灣農業逐漸落入至今「小農」、「貧農」與「老農」的困境。稍早中秋連假期間的莫蘭蒂加上前日的梅姬颱風肆虐,眼見台灣又承受超過 31 億的農損,或許政府在補貼之外,還能有其他更積極有效的作為。農民長時間與自然為伍,加上多數年事已高,往往對最新科技不甚了解。若協助引進技術與資訊,便能讓農民與趨勢接軌,步入智慧農業時代,從上下游建立更完善的價值鏈。

至於一般有關農業的認知,甚至是實踐,也都該有所改變。像最早從 1930 年代就已經在日本被提出的「都市農業」觀念,隨著我們更迫切需要維護生態、綠化環境與改善生活品質,高科技的發展正好能幫助我們把這類想法付諸實現。舉凡屋頂農場、室內花圃、高樓外牆垂直栽種與植物工廠等,在結合物聯網與雲端數據下,能自動控制電源或供給肥料、利用建築物光線及廢水回收種植作物等。本屆台北國際技術交易展中,亦展示許多農業相關科技,能協助提升效率、資訊整合與掌控環境,若妥善應用,對農業及農民的處境將帶來不小助益。以下便分為作物管理、環境控制、病蟲害防治及種植技術等方面來看。

作物管理

面臨高齡化的趨勢,傳統依賴人工、勞力密集的農業模式勢必轉型。自動化分級在農產品運銷過程中相當重要,為了提升市場形象與銷售行情,品質均一的產品不可或缺。中分院的「自動化機器視覺分級平台技術」能依農產品的重量、形狀、顏色、表面瑕疵等特性分類,結合輸送、重量、影像辨識與包裝,將能實現客製化品質分級,提升整體農產品價值。此外,中分院另一項「立體植栽架高值作物栽培管理技術」則以草莓為試驗對象,針對光合作用、走莖繁殖、植株栽培、水分及肥料掌控等進行研究,發展出較一般平面栽培提高 3 倍產量的立體植栽架。該技術能按不同作物需求調整,進而適用於其他高價值作物上。

而像是農委會的「農業用無線通訊感測系統共用平台」則可同時感測並顯示環境、作物、土壤中 8 種參數。透過 3G 系統上傳雲端資料庫,管理者可同步由電腦或行動裝置顯示及儲存監測所得資料,進行溫室遠端管理。

 

環境控制

由於中南部氣候乾溼季較為分明,又有水患、乾旱與寒害等侵擾,農民種植作物面臨的不確定因素相當高,部分作物若能利用大數據及自動化控管,不但能減少人力辛勤的付出,也能提高產量、降低損失。中分院「LED 植物光源開發及應用」針對植物成長特性提供最適化 LED 光源,具有特殊發光波長及能量,可促進農作物生長、縮短產期,並能節省 70% 以上照光用電,可提高農民收益達 10% 以上。
「溫室環境自動化監測系統技術」則是一組包含自動判讀、簡化介面、低造價、遠端監控、高穩定及可靠度等優點的系統。由於目前國內環境控制的對象總類繁多,而從國外引進的系統價格昂貴且維修不易,這組系統不但能監控空氣的溫濕度與品質,還能兼顧光照、二氧化碳濃度、水量以及水質等,且更適應於台灣的氣候環境。

農業除了種植作物外,養殖也佔極大比例,需要更精確的技術與控管,讓產品更好。例如蜜蜂養殖,過去養蜂人家或研究人員多以目測觀察蜂群,且必須投入大量人力。科技部的「智慧蜂箱與蜂群行為監測分析」(台灣大學)透過觀察蜂群出入巢行為,以大數據分析各環境因子對其影響,探索最適環境條件,再將各項蜂群狀況建立資料庫以供研究,並優化智慧蜂箱之自動化制動器調控功能。

 

病蟲害防治

農業面臨的另一項風險就是病蟲害。如肆虐台灣乃至整個環太平洋地區的東方果實蠅,便令果農聞之色變。過去政府投注不少資金輔導農民使用捕蟲桶、黃色黏板等觀測東方果實蠅族群數量,判斷噴灑農藥最佳時機,然而人工耗時費力,且 10 天才測量一次也不足以防範生命週期僅有 16 天的東方果實蠅族群爆發。科技部「自動化害蟲監測系統」(台灣大學)利用無線感測網路搭配特製蟲道及環境參數感測器,來對田間害蟲進行監測,並以無線感測器將監測資料彙於嵌入式系統,再透過 GSM 傳輸模組將資料送回後端資料庫。這款系統可以預測未來 7 天之害蟲數量,且準確率高達 9 成,若系統預測害蟲數將大幅增加,即以 GSM 發送簡訊通知農民預備做好防治措施。

 

種植技術

不論是為了適應台灣地狹人稠、順著「都市農業」的潮流,透過技術進步得以利用有限空間栽種更多作物,對於農業與生活品質都有相當助益。工研院紡織所的「植栽用立體織物」,又稱為「水上綠洲」,採用可以漂浮在水上的 3D 織物,有三層的雙面結構,下層置入填充漂浮材料,上層則無機複合纖維取代土壤種植作物。水上綠洲能吸收水中雜質成為天然養分,並自然生成青苔供水中生物覓食,還能成為水鳥棲息地,能達到生生不息的生態循環。

而工業局設計的「植物容器生長構造」,主要為一個管狀單元體,於管壁適當間距設置數個供栽植的孔位,將苗株置入生長;內壁設有矩狀支撐結構兼蓄水凹槽,水份留置於管內;管壁則加鑽許多小孔,供透氣及排出多餘水分。在這個構造中置入包裹了苗株土球及栽培土壤的透水性不織布袋,能使管底蓄水凹槽中的水經由毛細及蒸散原理引入土壤,同時土壤內多餘水分可藉由不織布過濾。管狀單元體配備供水系統管線後,可設定自動補給苗株所需之水分及養分,且各單元彼此獨立,能防止苗株間病蟲害感染擴散。

透過新科技的引入,有望幫助農民風險控管、提高生產;而逐漸走向城市後,不但能降低運輸成本,也能透過智慧電網、通訊模組等隨時掌握狀況。懂得利用物聯網及雲端數據,農民將不只是作物栽種者,也是行銷、提供服務的商品經營者。在台北國際技術交易展上,中分院、農委會、科技部、工業局及工研院等單位提出不同的解決方案,台灣的農業也將以這些技術為基礎,迎向風調雨順的明天。(經濟部工業局廣告)

第 12 屆「2016 年台北國際發明暨技術交易展」將於 9 月 29 日至 10 月 1 日於台北世貿一館展出,將有來自美國、德國、英國、日本、新加坡等共 12 個國家參展,超過 500 家廠商及發明人,展出超過近千件專利技術作品。

展覽分為創新產品展示(發明競賽區)與技術交易媒合(技術交易區)兩區,其中,技術交易區由工業局負責策劃,本次主題「創新科技 綠能永續」,展示五大部會產官學研之創新技術,其中多項展品榮獲國際 R&D 100、IF 設計大獎。同時,十餘場主題媒合會及產業趨勢研討會等活動,活動全程【免費】,名額有限,歡迎報名參加。

(資料來源:科技新報)

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