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設施園藝生產技術1第十章設施園藝生產技術10.1設施園藝之定義與特性設施園藝的發展在於提供作物生長之有利環境，利用設施、覆蓋及機械控制之手段，栽培作物，並以較低的成本進行生產。其所採用之方式諸如保溫、防暑、防寒、防雨、防蟲、防風及防鳥等。故設施園藝之本質實已部份脫離自然生態系，而是運用人為資源及現代化農業技術進行大量生產的方式。園藝設施為提供作物生育空間的栽培或育苗設施，其初期的應用常以單純的保溫或防雨之功能，即使在冬夏季不利作物成長期間，亦可利用各種設施提供消費者新鮮的園藝產品。近來因消費者對園藝產品需求型態的改變，便園藝設施邁向多功能化，可以藉助各項環境控制設備與相關機械，進行環境控制、栽培管理及收穫時之選別、加工及包裝、貯藏等作業，以期擴大作物生產期，並增加產品作物之種類與產量，提高品質，以符合消費者之需要。這些相關設備與設施增加了現代園藝另一種無限的功能。2生物產業機械學過去數十年來園藝設施的面積在世界各國均有顯著增加，其中中國大陸最多，達六萬餘公頃，多設於華北地區，但以簡易設施為主；其次為韓國，約五萬餘公頃。由於設施園藝技術不斷的發展與改進，蔬菜、花卉、果樹等利用設施生產之比例也逐年增加，設施園藝已嚴然成為現代化農業之另一個發展之方向。近年來設施園藝技術，融合其他科技，亦有更新的發展，其相關的應用研究及產業的配合，例如：水稻、林木育苗、食用作物如菇類及藥草；觀賞作物如草花之生產可提供一般綠化用之種苗，以進行沙漠綠化、都市綠化、家庭綠化及大樓內綠化等之工作。而設施園藝技術可為人工光源植物工場、宇宙農場等設置之基礎，更是新近技術應用之重要範疇。一般設施園藝係利用設施以改善園藝作物之生長條件，包括光照、水分、二氧化碳、土壤介質等，以提供最適宜之生長環境，並達經濟生產之目的。在經營上有下列特點：1.人為控制作物生長環境，以達到產期調節或週年栽培之目的。2.單位面積產量較露地栽培為高且穩定，品質亦較佳；因此單位面積的產量與產值均可較為提高。3.土地之利用集約加上生長條件的人為控制，因此需要較大之資本，較精密之技術與較密集之勞動力。設施園藝乃是資本、技術與勞力密集的產業，故經營上宜選擇高經濟作物，並利用自動化環境控制及生產設備，降低生產成本，才能符合經濟效益。10.2植物工廠植物可以在一定生產管理下，無論春夏秋冬，作週年性地生產。在溫室裡，植物的生長，不再漫無節制，因為它可能是設施園藝生產技術3生產工廠中的一單元，也可能是產品中的一部份，其成長將受嚴格控制。在生產過程中，植物可被運搬、修剪、除蟲或美化。直到生產終了、長大成為商品之後，再經包裝、標價，送到市場。「植物工廠」的定義是：凡在一個固定的栽培場所中，具有各種原料如種子、苗、水分、肥料以及提供光合作用所需之光能、二氧化碳等之輸入，在養成之環境下，進行培育、管理使其成長，經過適當的時間，並有成品輸出.具有這項功能的就是植物工廠。其產品包括番茄、黃瓜、香瓜或其不同階段之種苗或成苗等；伴隨此項生產過程之主體則是「溫室」的結構。根據如此定義，國內很多保護型的溫室均可歸納為植物工廠之類型。本省最常用的溫室是塑膠布溫室，僅利用簡易的鉛管構架，外鋪以塑膠布，可以保溫、防風、防霜，是一個簡易型的植物工廠。今日荷蘭，舉目所及，均是玻璃溫室，其內部均設有環控、補光、活動式植床、一貫化自動設備，此類型為精密級之植物工廠。目前國內已有業者開始採用這種荷蘭型的溫室，進行花卉及種苗的生產。溫室內之各種設施則因生產對象及業者之投資情形而異。其配置亦常因生產階段而不同，有些仍需要搭配人工，如分級、補植等；有些則完全自動化，使用自動控制，有些作業則有如無人化工廠，各項作業均以機器人取代。10.2.1植物工廠之優點基本上，植物工廠即負有「農業工業化、植物生產工廠化」的任務。其優點如下：(一)充分利用有限的土地面積與一般農地比較，植物工廠所佔的面積較少，但由於室內4生物產業機械學環境可以控制，生產可以不受季節的影響，因而可以進行多次生產。其產出之品質與數量亦會相對提高，生產力乃大為增加。如此，多餘的農地亦可釋放至工商業，以作妥善的規劃。對農地利用而言，可說具有特殊的意義。以種苗生產而言，一年約可生產十至十二批次，可供應比其原來面積大數十倍的平面所需的種苗。花卉的生長期較長，但有時可以作立體式的安排，加添相關之搬運設備，以提高空間之利用，這是與傳統農業十分不同的地方。(二)隨時隨處可以有農業植物工廠設置地點不受限於地利，故即使土地狹窄、地力貧瘠或氣候條件較差的地區均可以設置。地球上仍有些地區很難有傳統的農業存在，諸如加拿大、俄羅斯、北歐等寒冷地帶或冬季甚長的地方，中、近東及非洲的沙漠地帶等。這些地區受限於氣候的因素，無法生產農作物，若能配合當地之太陽能源及節水技術，利用溫室栽培，則亦能使這些地區生產綠色植物。雖然環控式的農業必需投入巨資，對貧窮國家是一項大的負擔，但在各國政府仍然對非洲貧窮國家的飢餓問題束手無策時，植物工廠也許是未來的另一線希望。展望未來，除寒冷地、不毛地、沙漠地之農業必須解決外，其他地下、海底與太空中的農業，仍必須仰賴植物工廠的方式解決其所需要糧食問題。近年來太空旅行已成為人類夢寐以求的願望，但如何在旅行當中獲得新鮮的菜蔬果腹，似乎也唯有倚賴植物工廠方得以完成，而這也是新近研究的重大題目。(三)可以控制品質及產期植物工廠生產過程中，作物被控制在相同的條件之下，其成長整齊均勻，其品質也相當一致。經過嚴格控管，更可使產期配合市場上的需求。在最適當環境下栽培植物(蔬菜)，植株設施園藝生產技術5攝取之維生素及微量元素會增加，其營養價值也會相對提高。目前作物環境、生長與營養價值的關係，尚無法完全定量化，未來應可以陸續獲得解決。根據荷蘭花卉中心最近之研究，利用影像技術，可找出植物外形及其品質間的關係，並加以量化，配合生產規劃，將能定期生產高品質之產品。如此，農業生產成為工業化量產的層次，農業經營將更趨合理化。美國紐澤西州羅格斯大學研發的單果串番茄生長系統是一個相當典型的例子。在搭配日光及人工輔助光源下，由植物所接受的總光量，可預估番茄之產期、產量與品質。(四)農業作業環境更為舒適傳統農業是一項辛苦的工作，年輕人怕吃苦因而大量往外流。植物工廠栽培過程中，可階段引進自動化設備，使各項作業更為省力，其工作環境也變得更為舒適。此外，植物工廠的工作，因需面對植物不同的習性，其作業也變為更富挑戰性，反而更適合年輕人的個性。現代化的農業將因而更吸引年輕人下鄉，使年輕人口回流。荷蘭的溫室業者大部份為年輕人所經營，其作風積極，並且求新求變，因此更能獲得豐厚的利潤。植物工廠帶來另一種新的挑戰，也將成為一種延續農業的動力。實際上這種經營理念所帶來的知識是多元性的，相當深入。由於機械及自動化設備之應用，市場資訊之蒐集及處理，種種工作均需要業者對生命的喜愛與對機械方面的認知。國內在目前雖因工作環境惡劣導致不少年輕人不願留農，使農村社會更趨向高齡化，展望未來，植物工廠的應用，將會使整個農業經營觀完全改變。(五)供應新鮮乾淨的植物由田間直接上市的根莖葉菜類植物，由於未經嚴格控制，其用藥量常無法確定在安全水準，消費者不容易獲得安全保障。一旦發生藥害時，容易受到消費者抵制，整個農產品市場6生物產業機械學將同蒙其害。利植物工廠生產，則可以獲得改善。在此系統內，由於成長的植物與外界隔絕，其使用的培養液也經紫外線燈殺菌，所以植物在生長期間比較不易受病蟲害感染。且由於其對病蟲害的抵抗力也增強，因而可以做到完全無農藥的生產，以減少農藥的殘留，並供應乾淨的蔬菜。技術上，植物工廠可以達到密閉的狀況，對蟲害的控制有它相對的優點。近年來生物控制技術的發展，已有相當成果；利用天敵的方式，可以抑制病蟲害的發生；因此，在這種密閉的情況下，幾乎可以達到不施農藥的地步。目前荷蘭的溫室，已大部份使用生物控制，除可減少農藥的污染外，對生態環境的保護，也有積極的貢獻。(六)減少連作障礙土壤栽培除病蟲外，其最大問題之一是連作障礙。所謂連作障礙是同樣的土壤下，一直種植同樣的作物，將會使土壤所含的某些礦物質逐漸貧乏，作物之成長因而不良。植物工廠因大部份採用水耕栽培，故即使在同一地點進行連作，亦不會因天然災害而中斷生產。此優點或許就是可以把農業從根本上改革的主因。植物工廠的進行連作時，通常可在各期作物間，先行消毒，使連作障礙的問題無從發生。10.2.2植物工廠適栽作物植物工廠常因栽培的對象而有不同的功能與設計，其內部所需之構造及生產設施亦有很大的差異，譬如：以豆芽菜、蘑菇、蘿蔔嬰等為對象的生產工廠，需要搭配種苗繁殖系統或人工種子生產系統、半自動控制的溫室水耕系統等；一般花卉栽培，則需有靈活的搬運系統，如此才會比較週全；而豆芽菜則更需要綠化場的配套設施。設施園藝生產技術7為使投資能迅速回收，適當選擇作物非常重要，其原則如下：1.經濟價值高，且生長期短的作物。植物生長期短，可以增加溫室之運轉效率，以免佔去太長的溫室時間。2.生長過程單純，生長關係能明確量化的植物。植物之生長特性及其與週遭環境間之互動關係，若能明確量化，對於環境控制技術之運用，將有事半功倍之效果。3.植物之葉面愈大愈佳，以期能吸收大量的陽光，一般非結球生菜中的一種沙拉菜、果菜類的甜椒、根菜類的蘿葡嬰（二十日蘿葡）均屬此類，可以增加光合作用之功能。有些植物不行光合作用，如豆芽菜或蘑菇類，其生長過程更容易定量化，也頗適合於溫室中生產。蘿蔔嬰及水芹等的生產工廠通常為了植株體的綠化而需要陽光。世界上首家植物工廠是在丹麥的克里斯天仙農場，其水芹的一貫自動生產系統非常成功。日本亦有多家蘿蔔嬰生產工廠，其中海洋牧場之自動化程度最高。該場採用暗處發芽，軟白栽培，等莖長10cm達到雙葉狀態時，再在明亮處綠化；整個過程，由播種到收穫包裝約1週。過去在日本，芫荽的水耕栽培在夏季幾乎無法生產，經採用遮光與培養液冷卻技術，已可週年生產。台灣福田的豌豆苗，在溫室環境下，亦達全年生產。在精密的溫室中，因所需環境與培養液條件皆可藉電腦控制，因而能夠確實進行生產管理。由於溫室及水耕栽培的結合，日夜間冷暖氣及培養液冷卻的配套實施，使生長環境可得精密調控。8生物產業機械學10.2.3溫室設施之特性一般設施或溫室的型式因時而異，其需求也不同，但主要仍以保溫為主。就世界的發展趨勢而言，溫室設施產業已迅速由北緯50-60度區往中北緯25度較潮濕之熱帶地區擴展。這些地區之勞力狀況、可用水源及光照等因素均相當充沛。同時這些地區的國家中，其經濟能力均有相當的改善，故對高品質產品之需求亦大為增強。但是，專為北方氣候設計的荷蘭溫室並不適合熱帶地區作物微氣候的需要。為此農友們必須願意改變作業方式與溫室設計來適應本地的環境條件。基本上，亞熱帶或熱帶地區所需之溫室常具下面諸特性：1.大量通風：高濕、滯留性空氣使得產量降低和病蟲害難以控制，故必須利用較大的風量進行空氣替換，以降低溫室內之溫度。2.須能防雨：亞熱帶地區雨量特多，故在大雨狀況下仍能繼續生產的能力很重要，因此防雨的措施須能加強。3.須能防風：風力在熱帶通常都較強，台灣地區尤其多颱風，因此在溫室結構設計上也必須加強，或使用較為抗風的結構，方能配合實際之需要。而且需能容易重建，一旦遭受颱風破壞時能立刻重建。4.具有降溫與遮蔭之能力：由於室溫經常很高，故必須能在高溫時利用種種低成本之方式進行冷卻，以減少溫室內之熱累積。光照方面亦必須設法加以調節與控制，或以遮蔭的方式減少日射量，使其獲得適於植物生長的日照。5.須有適當的加溫能力：必須具有適量加溫的能力，以便在冬天提供作物所需要之熱量與溫度。在濕冷的冬設施園藝生產技術9季，加溫可以降低濕度，並保持作物溫暖環境。6.具防蟲及防菌功能：亞熱帶之氣溫高、空氣潮濕，容易成為昆蟲及病菌的溫床，故溫室本身必須要有較為有效的防蟲及防病設施。目前雖有許多的研究正在進行中，設法以網幕來防止蟲類入侵溫室，但效果仍然不大。10生物產業機械學10.3園藝設施之型式台灣地屬亞熱帶，理論上整個地區之大環境即為一個天然的大溫室。冬季溫度雖時有霜害之苦，在其他季節之溫度則甚適中，唯夏季期間因潮