設施生產自動化技術
序言
第一章、設施生產之簡介與類型
第二章、設施內作物之生長與生理
第三章、種苗生產作業體系
第四章、溫室環境控制工程
第五章、溫室降溫方法
第六章、溫濕度控制之理論基礎
第七章、設施簡易搬運機械
第八章、養液栽培之應用技術
第九章、灌溉與施肥之自動化
第十章、設施內施藥作業自動化
第十一章、設施生產廢棄物處理
第十二章、設施生產管理與決策支援
設施栽培之降溫方法(2002)
植物工廠(2002)
設施栽培之廢棄物處理(2002)

設施生產自動化技術

序言

農業自動化至今已經執行七、八年，在這些年裡，無論政府或民間，均投入相當多的人力與物力，成果頗為豐碩。
為配合這方面之發展，教育部亦積極訓練國內農業自動化所需之人才，並在各大專院校中鼓勵成立農業自動化教學中心及技藝中心，設置與農業自動化相關的學程，編製教材，以肆應課程的新趨勢。

設施在農業自動化過程中係扮演硬體之角色，但也是相當重要的一環﹔沒有合理的設施規劃，自動化之效率將大打折扣。
事實上，設施技術本身亦必須與軟體相結合，方可達到事半功倍之效果。
一般所謂之環控即為軟體技術的範疇，其中尚包括栽培技術在內，沒有這些技術之搭配，設施實不容易有整體自動化之表現，兩者應該相互相成。

由於國內農業自動化教材缺乏，教育部乃在設立學程之後，積極籌劃編纂相關之輔助教材，『設施生產自動化技術』是依循上述原則與理念編輯而成的。
基本上，農業自動化必須集合農藝、園藝、農機､農工等領域的資訊及技術，才能看到整個層面，故在過程上能夠整合最為重要。
為此，本教材之始即聘請各相關領域之專家負責撰寫，以豐富其內容，其中有些部份並配合實習的進度。

教材共分十二章，每章依序探討設施各項技術需求。
第一、二章論及生物之生長與生理，並介紹目前之種苗生產作業體系，這是目前國內推廣農業自動化之主要部份。
有關溫室之環控措施則分散在第四、五、六章中介紹， 其中包括環境控制，如降溫、控濕等，以因應國內之特有氣候。
溫室中簡易之搬運機具亦甚為重要，利用簡單輕便之運輸工具可以減輕溫室中之搬運勞力，其相關內容列於第七章。
溫室管理作業是一項較為長期性的工作，其項目包括養液、灌溉、施肥、施藥等作業之管理，詳見第八、九、十章。
最後兩章則在闡述廢物的排放以及生產管理與決策支援等問題，溫室之零排放已是目前最新的環保的焦點，如何能減少污染物之擴散是今後推廣農業自動化必須考慮的課題。

全篇教材之分佈甚為平均，可以直接作為課堂中之教材。
非常感謝台大農機系、園藝系及興大農機系同仁的配合，以及方煒教授之鼎力協助，使本書能及早出版。
為因應目前網路的應用，本教材亦已直接上網，可以隨時更新材料，並提供有興趣之學子及業者參考使用。

其網頁位址為：http://WWW.ECAA.NTU.EDU.TW/weifang/Hort/default.htm。



第二章、設施內作物之生長與生理

一、植物生長與分化
(一)、植物之代謝作用
(二)、植物的分化與發育
二、設施內的環境對作物生育之影響
(一)、溫度
(二)、光線
(三)、空氣
(四)、水份和濕度
(五)、栽培介質
(六)、營養元素
三、參考文獻
一、植物生長與分化 
（一）、植物之代謝作用
植物是由細胞所組成(圖2-1)，細胞內含具有生命之原生質體。
而植物之生長乃指體積之不可逆反應，可由細胞體積之增大或細胞個數之增加，或二者兼具而成。
增加體積及乾物重必經由原生質體之增加而導致，這需要食物與能源，並能將一些物質轉換成其它材料供合成之用，這種現象稱之為代謝作用(metabolism)，都是在活的細胞內進行，今分述如下：

１、光合作用與同化作用

光合作用是指植物體利用光能，把根從土壤中吸收的水分和葉從空氣中吸收的二氧化碳，在葉片裡的葉綠體工廠合成醣類如葡萄糖、蔗糖和澱粉等，即所謂植物的食物，並釋放出氧氣，其作用非常複雜，但可簡略用下列化學式表示：

12H2O(水)＋6CO2(二氧化碳)＋光能→C6H12O6(葡萄糖)＋6O2(氧)＋6H2O(水)



[A]

[B]
圖 2-1 植物細胞及其組成：A 圖和B 圖摘自K.Esau的"Plant Anatomy"，1953，Wiley出版社。
C圖摘自J.Brachet的"The Living Cell"，1961，科學美國人公司。

葉綠體內含有葉綠素，在可見光譜（380∼760 nm）
中吸收藍與紅光譜較綠光譜為多，故呈綠色。
東亞蘭中的綠色花朵及蝴蝶蘭之綠色氣根，含有葉綠素亦具光合作用。

大氣中的二氧化碳，主要由葉片之氣孔依擴散作用進入葉片內之葉綠體內，亦有些由表皮組織進入。
由根吸收的水分供光合作用製造食物，它也是植物體最重要成分，溫室內蔬菜和花卉含水約佔鮮重之90﹪以上。

而更多的水分經由植物體的氣孔以水蒸氣擴散到大氣中，即所謂的蒸散作用。
當蒸散作用所損失的水分超出植物所吸收的水分時，植物則呈萎凋現象。

光合作用所產生的食物，在細胞裡合成原生質和細胞壁，稱為同化作用 (assimilation)，原生質主要由蛋白質組成，細胞壁由纖維素、果膠等組成。
細胞中含有貯藏物質如醣、澱粉等碳水化合物、脂肪和脂等。
很多花朵具美麗色彩及芳香氣味，即細胞內含有花青素、胡蘿蔔素等色素及精油所致。

２、呼吸作用

具有生命的動植物，將其所含食物緩慢燃燒氧化，產生二氧化碳、水和能量，稱為呼吸作用，其作用方向適與光合作用相反，可用下列化學式表示之：

C6H12O6(葡萄糖)＋6O2(氧)→6H2O(水)＋6CO2(二氧化碳)+能量

所有的組織，日以繼夜都有呼吸作用，其所產生的能量供植物生長發育之用。
一般而言，分生組織的呼吸作用較旺盛，休眠芽及休眠球根呼吸作用較低。

又呼吸作用受溫度影響至鉅，在 5 ∼ 35 ℃間，每增加 10 ℃，其呼吸速率約增加 2 倍或更多。 
根生長在土壤裡，若通氣不佳氧氣不足，根的呼吸作用將受到限制，則礦物營養與水分的吸收和根的生長亦受限制。

３、養分的吸收

植物的細胞膜，具有選擇性通透特性，部份的水分和礦物營養由濃度高的地方經細胞膜擴散到濃度低處，但很多情形細胞能累積養分高出外界的濃度，這種現象稱為主動吸收 (active uptake)。
主動吸收須要能量，此能量由根的呼吸作用所供給，大部份鉀離子和陰離子( 如
H2PO4-,NO3-，Cl-)
的吸收都是主動吸收。
由光合作用所合成的胺基酸、蛋白質、核酸、脂質等生長所需物質，而其他礦物元素與細胞內酵素之活性有密切關係。

４、運移

光合作用所製造的醣，由韌皮部運移到植物各部，尤其根對碳水化合物的需求最為迫切，是生長與吸收養分所必需的。
而根部所吸收的水和礦物營養則由導管運移到地上部供新陳代謝與蒸散之用。
事實上韌皮部與導管內之運移物質是有部份彼此之間都有，並非絕對不相往來。

（二）、植物的分化與發育

植物的分化（differentiation) 與發育 (development) 主要受內在的遺傳因子與外界的環境因子所控制。
每種蔬菜和花卉作物都有其發育史，如波菜、莧菜、波斯菊，從種子發芽、營養生長、開花、結實至老化枯死，在一年之內完成其生活史，稱為一年生草本植物(annual)，毛地黃和勿忘草，第一年祇有營養生長，植物呈簇生性，經冬天的低溫至第二年氣溫回升後抽出花序開花結實，而後老化枯死其生長期超出 12 個月，是為二年生植物(biennial)。
菊花、宿根滿天星、香石竹、芍藥等，每年生長開花後，地上部枯死，經一段時間的靜止期，從莖基處再長新芽，重新開始其生長發育，是為多年生宿根性草本植物 (perennial)。
很多球根花卉，他們都有特殊的貯藏器官，如唐菖蒲、小蒼蘭的球莖，鬱金香、水仙、風信子、孤挺花、百合的鱗莖，彩葉芋、海芋、夜來香的塊莖和大理花之塊根，美人蕉、鳶尾的根莖等，也都是多年生草本植物，利用其貯藏器官，可以度過惡劣環境，待環境適宜時再重新生長發育。
另一些植物的莖，每年皆會增大，即木本植物，其中可歸納成常綠和落葉性兩大類。

１、植物生長調節劑

植物體某一部份特別細胞，能自然產生一些有機物質，其量甚微，可運移到其他部位，影響其生長、分化與發育，這種物質稱為荷爾蒙
(hormones)。
而植物生長調節劑 (plant growth regulators) 除自然生成之荷爾蒙外，尚包括人工合成者。
合成荷爾蒙地方主要在分生組織或極幼嫩之組織。

荷爾蒙中之生長素 (auxins)，可促進細胞增大、 葉及器官之脫落、 頂芽優勢、 著果與果實發育。
激勃素(gerberellins)，可促進莖的伸長、種子發芽、提早開花及果實的肥大。

細胞分裂素(cytokinins)，可促進細胞分裂、在組織培養中，低生長素高細胞分裂素有利芽的形成，高生長素低細胞分裂素有利根的形成，亦可促進開花。

離層酸 (abscisic acid) 是一種天然生長抑制劑，可影響芽與種子之休眠和落葉。
乙烯 (ethylene) 可誘導部分植物開花、
離層的發生、植株矮化及促進果實的後熟 (ripening)、花與葉之老化。

２、根、莖和葉

植物的芽在生長與發育過程中，形成莖、葉、花、果和種子。
而往下生長的根，與芽很類似，除少數例外，根均具有趨地性，而地上部之枝條則有背地性。
一般根和莖的伸長是由根尖及莖頂之分生組織，經細胞分裂、增大及分化的結果。
根和莖的增粗，乃由韌皮部與木質部組織間具分生能力之形成層，細胞分裂、增大與分化所致。

有的植物頂芽會抑制下面側芽的長出，這種現象稱之為頂芽優勢（ apical dominance)，如菊、香石竹及杜鵑，其頂芽優勢就相當強，要等其頂芽花芽形成，或將頂芽摘除（稱為摘心，pinching)，下面的側芽才能長出。
有些植物在發育的早期，下面的側芽就很容易長出，使植株呈叢生狀，適於盆栽及花壇種植。
如長春花、天竺葵、瓜葉菊等盆花及四季秋海棠、非洲鳳仙花、矮牽牛等花壇植物，育種即以分枝性強、植株叢生且早花者為選拔重點。
有些植物，隨季節有明顯之生長週期，如茶花、杜鵑和繡球花等，其芽到秋天就進入休眠(dormancy)，所謂休眠乃指擁有分生組織的器官，暫時性的看不見生長，經冬天低溫至翌年春天，則又回復生長而相繼開花。

葉著生在節上，依植物種類、品種，各有其葉序、形狀、大小與色澤等，葉菜類主要食用其葉如萵苣、甘藍、菠菜、小白菜等，觀葉植物主要欣賞其葉。
苞片是葉的變形，有時也呈現美麗色彩，如聖誕紅、火鶴花和海芋的苞片，常被人誤認是花瓣。

３、花與生殖生長

一般的花含有萼片、花瓣、雄蕊和雌蕊四種器官，稱為完全花，有的雄花與雌花分開，但在同一株者稱為雌雄同株（monoecious），如胡瓜、西瓜、聖誕紅和秋海棠，亦有雌雄異株如菠菜和蘆筍。
菊花其頭狀花序中之管狀小花是兩性花，而外圍之舌狀小花只含雌蕊是為雌花。

在蘭科中的花朵，其雄蕊和雌蕊合生在一起，稱為蕊柱（column ），為蘭科植物中主要特徵之一。

一般花瓣是主要欣賞部位，如非洲堇、杜鵑花、仙客來、香石竹、唐菖蒲、玫瑰等。
有些萼片與花瓣同樣好看，如秋海棠類、蘭花、百合、水仙、鬱金香和鳶尾等。
繡球花欣賞的部位是萼片，而海芋與聖誕紅所欣賞的器官是苞片。

有的花朵著生於莖的頂端，如香石竹、玫瑰、菊花等，有些花是由葉腋之節長出，如瓜類、非洲堇、秋海棠、仙客來、天竺葵、大岩桐、非洲鳳仙花、馬櫻丹、三色堇矮牽牛和蝴蝶蘭等。
有的花一莖只有單朵，有的則多朵形成花序。
有的花朵開了一天就謝了，如萱草，有的可開 2 ∼ 3 個月，如一些品種的蝴蝶蘭。

一般一、二年生的草本植物，開花結實而後枯死，以種子繁殖，亦稱為有性繁殖，大多數的蔬菜、花壇植物及部分觀葉植物，棕櫚科植物及蘇鐵等都以種子繁殖。
商業上繁殖菜苗如番茄、甜椒，花壇植物（ bedding plants ）如四季秋海棠、矮牽牛、非洲鳳仙花，都是採用第一代雜交（
F1 ）種子，植株生育整齊，花形花期一致。
這類菜苗、花苗市場需求非常大，發芽育苗須有自動化環境、播種及移苗設備，一般種子大都由專業的種苗公司生產。

胚珠經由授粉受精，於子房內形成種子，種子具有種皮、胚乳及胚，完全成長的胚含有子葉、胚芽、胚軸及胚根。
蘭花的種子不含胚乳，胚祇分化到原胚到球形胚階段，故需採無菌播種培養才能順利發芽生長；
蘇鐵的種子成熟時，胚也祇發育到原胚（
proembryo ）階段，須一段時間讓胚發育到具有胚根及胚芽的幼小植株，故種子播種後，須一段時間才會發芽。

有的種子具有休眠性，如蘋果、玫瑰的種子，須經濕冷層積法（cold stratification ），可打破其休眠而促進發芽。
大粒的種子，播種時大多須要覆土，小粒的種子如四季秋海棠、矮牽牛及長壽花，須要光線，種子才能發芽，則不能覆土。
有些種子如日日春、三色堇等在黑暗下發芽率較高。
有的種子如芹菜、萵苣要在 20 ℃左右才易發芽，高溫則呈休眠不發芽。

營養繁殖（ vegetative reproduction ）也叫無性繁殖，很多重要經濟花卉，祇有育種時，才用種子繁殖，一般都採用無性繁殖，才能保有母本的特性。
以莖頂繁殖者如菊、香石竹、滿天星、聖誕紅、杜鵑、馬櫻丹、粗肋草、蔓綠絨等。
以莖段繁殖者如黛粉葉、龍血樹、黃金葛和合果芋等。
以分株繁殖者如火鶴花、非洲菊、觀賞鳳梨類、蘭類等。
以特殊貯藏器官繁殖之球根花卉，其中以鱗莖(bulb)繁殖者如水仙、風信子、鬱金香、球根鳶尾及百合等；以球莖
(corm) 繁殖者如唐菖蒲和小蒼蘭；
以塊莖繁殖者如馬鈴薯、彩葉芋、海芋和大岩桐，以塊根繁殖者如大理花。
以根莖繁殖者如美人蕉、波斯頓腎厥。
以葉繁殖者如秋海棠、非洲菫、虎尾蘭。
對不易發根之榕樹可採高壓繁殖，玫瑰在台灣也多採用高壓繁殖，而歐、美國家則大多採用芽接繁殖。
一般果樹大多採嫁接繁殖。

在 1960 年代，為了避免東亞蘭之毒素病，取莖頂行組織培養，之後在花卉產業上大為盛行，大部份的蘭花繁殖、觀葉植物及種苗健康母本的建立，都是採用組織培養方法，如香石竹、滿天星之原種母本原應由組織培養而來之健康苗建立而成。
這部分產業，是設施生產自動化最佳之範例。

一般而言，每一個細胞，都具有能力去繁殖成一個完整的新個體，所以利用組織培養技術、不祇可大量增加新個體，也是研究器官分化與發育最好之工具。
在組織培養中，雖可獲得大量相同之個體，但也會有突變 (mutation) 發生，這種突變，在繁殖上應盡量避免，但在育種上卻也有他的好處。



二、設施內的環境對作物生

（一）、溫度

溫度的高低與綠色植物的生育之關係十分密切，無論光合、呼吸作用和所有的代謝反應，無一不受到溫度的影響。
一般在 10 ∼ 24℃間，隨溫度升高生長亦隨之加速，呈線性關係（圖 2-2)。
植物生長所需的適溫範圍隨種類而異，一般溫帶地區原產的植物約在 20℃左右，高山和冷涼地區原產者，其適溫在 10 ∼ 15 ℃之間，至於熱帶地區原產者，則喜歡
25 ℃或以上的高溫。
太低或太高的溫度對植物生長皆不相宜。
所以在溫帶溫室管理，其所消耗能源 70 ∼85 ﹪是用在溫室加溫上（圖 2-3)。
一般作物可分為暖季和涼季作物，番茄和小黃瓜是暖季作物，小苗低於 13 ℃，生育緩慢，最適溫常依季節及地區而異， 及受總日光輻射能之左右，如圖
2-3 所示，在密閉的溫室內，增加二氧化碳濃度，增加最適溫度的效應。


圖 2-2 不同溫度範圍之相對生長率，在50~70 。 F的範圍內呈現線性關係。

大部份的植物在此溫度範圍內都有相同的表現。
 



圖 2-3 北美地區溫室作業中各項能源成本分類統計示意圖。
（摘自Grower
Talks，1991） 


果實低於 13 ℃，即受寒害 (chilling injury)，不耐低溫貯運，在歐美冬天均以加溫溫室生產，以供應新鮮果實。
而甘藍及結球白菜是屬涼季作物，在北方露地栽培，秋天早霜過後採收，可增加甜度品質更佳，又耐長期貯運，這類蔬菜沒有在設施栽培的必要。
所以一般溫帶地方的設施，冬天加溫，最低夜溫維持在 10 ℃以上，暖季作物要達經濟生產夜溫大多維持在 18 ℃以上，降到 13 ℃或 15 ℃祇是不讓它受到寒害，並不表示最佳狀況，祇是在能源管理上，當白天氣溫高、光線強時，可忍受較低的低溫（表 2-1）。
台灣至 1977 年之氣象資料，最高溫超出 30 ℃的日數，台北有132.8
天，台中 159.5 天， 台南 189.0 天，而高雄有 153.1 天，最低氣溫低於
10 ℃的日數，台北有 17.5 天，台中 22.3 天，台南13.7 天，而高雄祇有
2.3 天。
可見在台灣的設施，降溫比加溫來的重要，太高的溫度會使蒸散作用太盛，失水過度而造成葉片焦枯或黃化，即所謂的日燒，尤其白天光強，溫室內空氣不流動時更甚。
如香石竹的花朵在氣溫
16 ℃－ 17 ℃時，白色花朵在近中午時，溫度可達 28 ℃，而紅花者可達
37 ℃（圖 2-4 ）。


表2-1 黃瓜生長適溫
發芽適溫28 ~ 32 ℃

幼苗期（本葉展開 4~5片）
18 ~ 28 ℃
抽蔓到開花結 日溫25 ℃

夜溫13 ~ 15 ℃



表  2-2 溫室花卉之標準夜溫（摘自 Mastalerz ,
1977 ）

作 物
夜 溫 ℃
說 明
杜 鵑
16 - 18
-----
海 芋
13 - 16
開花時應降到13℃
香 石 竹
----------
冬
10 - 11
夜溫隨季節之光強度
春
13變化而異，即強光下

夏
13 - 16
可提高夜溫，以確保品質

菊 花
----------
切 花
16花芽分化時對溫度敏感，
盆 花
17低溫延遲分化

瓜 葉 菊
16
營養生長
9 - 10
花芽分化與發育，低溫品質好

仙 克 來
16 - 18
發 芽
13
小苗生育
10 - 11
生長與開花
觀葉植物
18 - 21
種類之間各有其溫度與光度之需求

大 岩 桐
18 - 21
低溫時花易折斷
百 合
16溫度可左右花苞之發育

蘭。
蝴 蝶 蘭
25
營養生長
18
花芽引發及發育
蘭。
東 亞 蘭
10
-----
蘭。
拖 鞋 蘭
10 - 13
-----
聖 誕 紅
18
營養生長
16 - 17
短日處理，溫度則影響苞片之轉色

玫 瑰
16 - 17
-----





圖 2-4 無空氣流動的玻璃溫室中紅色及白色康乃馨花朵的表面溫度，科羅拉多州
Fort 巿，12 月。
（摘自 Hanann，1965）

園藝作物之最適溫（ optimum temperature)，變異很大，溫室作物積多年的研究成果，從先進國家文獻記載可歸納成下列五點：

1. 一般作物喜日夜溫之變化， 且夜溫比日溫重要，溫室加溫管理主要是控制夜溫，重要經濟溫室花卉之夜溫如表
2-2。
 晴天日溫約較夜溫高 5 ∼ 8 ℃，陰天則約高 3 ℃，但一些原生於熱帶地區之觀葉植物，日夜溫差小生長最好。
近年利用生長箱
(growth chamber) 研究植物對溫度的反應， 認為夜溫未必比日溫重要，以往認為重要是因冬天在溫室進行研究，北方冬天黑夜時間近
16 小時而白天只有 8 小時時間，由此得知，因黑夜時間長當然夜溫重要。
今若將白天與黑夜各為
12 小時，則作物對溫度的反應，主受其均溫的影響。
盆菊在花蕾出現到花朵盛開日數以平均日溫
18 ℃最快，低於18 ℃或高於 18 ℃開花均受延遲（圖 2-5 ）。
種子繁殖的天竺葵，隨平均日溫的上升，葉片展開速率增快，但到
24 ∼ 27 ℃（依品種而異）後，增高溫度，葉的展開速率反而下降，甚至延遲開花
(圖 2-6 ）， 而花苞的發育主受溫度的控制，溫度由 10 ℃升到24 22
℃（ 72 ℉）加速發育，超過 22 ℃則有延遲發育情形（圖 2-7 ）。
故在台灣夏天平地不易栽培天竺葵，利用環控則可達此目的。


圖 2-5 盆菊花蕾出現到花朵盛開日數與日平均氣溫之關係




圖 2-6 平均溫度對天竺葵葉片之每日展開率的影響。
（Erwin
和 Heins，1993） 




圖 2-7 日平均溫度對混種天竺葵由花苞形成至開花所需時間之影響。
（Erwin
和 Heins，1993）

未來農藥及生長調節劑在農業上的利用，因環保概念的提昇，必受到更多的限制。
以日夜溫差（
DIF= 日溫 - 夜溫）控制植物高度正方興未艾。
一般而言，日夜溫差是正值及日溫比夜溫高有利節間伸長，當日夜溫差為零或負數時可使節間縮短而矮化，利用此環控原理來調節盆花高度。
如復活節的百合，需其高度在 22 ∼ 24 吋利用DIF 來調節如圖 2-8 所示。
而聖誕紅與盆菊，其摘心後到開花，其莖伸長與時間關係如圖
2-9 所示，到達開花一半的時間，其高度也達盛開時一半高度，此時已可看出未來會不會太高，之後即可利用
DIF 原理加以控制，即高夜溫可降低株高，達矮化之目的。



圖 2-8 於復活節售的百合之生長曲線之圖示。
實線代表各不同日期時所期望的高度範圍，虛線代表某業者以DIF控制高度所得之高度實際量測值。
圖示之日夜溫度均以℃表示。



圖 2-9 菊花和聖誕紅從摘心到上巿的生長曲線（Carlson
和 Heins，1990）。
 



圖 2-10 溫度、光量子數及二氧化碳濃度對黃瓜葉光合作用速率之影響。

2. 最適溫度常依株齡而異， 如番茄剛發芽小苗以日／夜溫
25℃最好，結果時之夜溫以 17 ℃，日溫在 20 ∼ 25 ℃為適。
黃瓜發芽適溫在
28 ∼ 32 ℃，幼苗生長到本葉展開到 4 ∼ 5 片時，其生長點已分化到
9∼22 節，花芽節位早已分化（表 2-3 ），

表 2-3 黃瓜發育階段與開花結果的關係

展開葉片數
生長點巳分化節數
花芽發生最上節位
決定花性最上節位

1
139
-------
2 ~ 3
15 ~17
11 ~ 13
3 ~ 5

4 ~ 5
19 ~ 22
15 ~ 18
7 ~ 11


適溫降到 18 ∼ 28 ℃間， 到抽薹開花結球期其日夜適溫降到
25 ／13 ∼ 15 ℃。
由此觀之，所謂暖季蔬菜的番茄和黃瓜，並不適宜台灣夏天平地生產。
花壇作物
(bedding plant) 如矮牽牛、天竺葵、非洲鳳仙花、四季秋海棠、一串紅和萬壽菊於
24 ℃下播種，5 天就能發芽的非常整齊，而後幼苗於 10 ∼ 20 ℃生育品質佳，到要出售時，宜留置於
10 ℃才能使小苗矮壯，不會產生徒長苗，不易受立柏病原菌之為害。

3. 最適溫依生長階段而不同， 如扦插發根、發芽、花芽引發、結果和結球等均有其最適溫度。
如聖誕紅培養母株取穗及插穗發根以30
℃為宜， 花芽引發及苞片轉紅在短日下以夜溫 18 ∼ 21 ℃為適，夜溫超出
23 ℃抑制花芽發育。
而盛開後，置夜溫 15 ℃左右苞片呈色最佳，結球萵苣在結球時以
17 ℃日溫／ 13 ℃夜溫為宜。

4. 最適溫度也依栽培之目的而不同。
 種苗生產常需較高溫度，以利發根及初期的營養生長。
成品出售，常須較低溫度，以維持其品質。

5. 溫度不只影響綠色植物的生長，也影響開花。
植物的花芽分化通常有其特定的溫度範圍。
有的需要低溫，有的則需要高一點的溫度，植物經過一段低溫時期，而促使花芽分化的現象，稱為春化作用，例如百合、星辰花、夏菊、紫羅蘭等屬於這類反應的植物。
又有些植物，花芽形成後進入休眠狀態，需低溫處理以打破休眠，促進花芽發育和開花，稱之為低溫需求型，如杜鵑、鬱金香、水仙、風信子、台灣一葉蘭等屬之。
但也有很多植物如玫瑰、香石竹、唐菖蒲、蔥蘭等，植株長到某種大小自然就會開花，季節性不明顯，全年都可開花。
而前述需春化或低溫需求者，即可利用溫度加以控制花期，達產期調節之目的。

（二）、光線

光線除影響光合作用外，種子發芽、莖生長、開花、葉綠素合成、蒸散作用、向光性以及植物型態上的改變等都與光線有關。
光線通常以光強度、光週、光質三種方向影響植物生長和發育。

1. 光度

光強度是指光線的強弱，通常單位為呎燭光
(footcandle，簡稱
fc ) 或
lux (l fc=10.8 lux)，科學上以μ
mol/s/m2 為單位。
光強度隨季節地區及早晚晴雨及雲量的變化情況而改變。
一般晴天正午直射日光的光度約10,000fc，在室內窗邊約
100 ∼500fc，至於一般室內環境
200fc 已算是很高的光度了。
綠色植物因種類而對光度的需求量並不相同，需光量多的叫陽性植物，一般果菜類均喜強光（圖
2-10 ）。
像玫瑰、香石竹，在控溫的溫室內，北半球溫帶地方其切花產量（圖
2-11 ）或生長速率（圖
2-12 ）與光線強度成正相關。
而在
11 月至
3 月間光度甚低，且日照時數亦短（圖
2-11，2-12
及表
2-4 ），加上溫室能透入光線最多達
69 ﹪（圖
2-13 ），加上溫室的結構設備的遮陰，一般溫室內光度只有外界光度之
50 ﹪而已。
故在晚秋到初春間，光度常是溫室作物生長的限制因子。
盆菊在日夜溫均是
20 ℃下，



圖 2-11 'Better Times'玫瑰之花數與太陽輻射能的關係（Post
和 Howfand，1946）


表 2-4 美國各地12月份之太陽能輻射一覽表。
（摘自Tibbites，1994）
（1 mol
/ m2=12.2 langleys）
緯度
地點日照時數
正午之光量強度，相當於最大值之百分比
平均每日之
 mol/ m2

25
Miami,FL
San Antonio,TX
10.4
63
22.6
18.9

30
New Orleans,FL 
Jacksonville,FL
10.2
56
17.3
18.2

32
Tucson,AZ

Los Angeles,CA
10.0
53
22.1

18.9

35
Oklahoma City,OK 
Raleigh,NC

Salt Lake City,UT
9.7
48
16.2

14.1

12.7

40
Springfild,IL

New Brunswick,NJ

Boise,ID
9.2
40
10.9

10.1

9.8

43
Madison,WI

Syracuse,NY

Portland,OR
8.9
35
8.7

6.3

5.8

45
Minneapolis,MN 

Bangor,ME
8.7
31
7.9

8.4




圖 2-12
康乃馨之生長速率相對於每日平均太陽輻射量與溫度的季節性變化，實驗數據每27日量測一次。
△：在全日射下的絕對生長率，●：遮陰下的絕對生長率，▲：平均每日輻射能量，○：日平均溫度。
（Bunt，1972，園藝科學期刊）



圖 2-13
溫室的能量守衡(
Wolfe 和
Cotton, 1975) 

光度從 50 到
600 μ
mol/s/m2，隨光度的增加，開花的時間縮短（圖
2-14 ），且在剛開始短日處理的前二週，遇到弱光，嚴重延緩花芽分化。

天竺葵的試驗亦有同樣趨勢（圖
2-15 ）。
故在育苗期遇弱光時，予人工補光在溫帶地區視為具經濟效益的環控措施,
但一些喜強光植物，若在弱光下
(50 μ
mol/s/m2) 生育，再移到強光下，並無法改善其光合作用速率
(圖
2-16 )。

一般植物的葉，在3000f.c.
光度下，單一葉片之光合作用已達到最高速率，但在整株葉互相遮陰下，光度要到
10000fc (108000lux)，光合作用才會達到飽和
( 圖
2-17)。

所以設施內作物之整行株距、介質及養分的管理及整株修剪，都會影響到對光的利用效率。



圖 2-14
菊花（Bright
Golden Anne）在日夜溫度為20℃下，受光量子通量密度之預定開花時間及其一階微分。
圖中的註記表示在50，325，和600
μmol
s-1m-2時觀察到的實際距開花的時間。
(取自
Karlsson 和
Heins, 1986)


圖 2-15
混種天竺葵從發芽到花苞形所需日數與累積日總光照之關係。



圖 2-16
菊花在兩種不同光通量下長期生長之後再移至漸增的光通量下其光合作用速率之變化情形。
每一點代表一株作物。
(採自
Holcoab. 1988)



圖 2-17
位在植物頂端的葉片及全株之光合作用率受光照強度影響的情形。
當頂端的單一葉片在3000
fc (32.3 klux)下可達到最大光合作用率時，整株植物的照度需求為10,000
fc (108 klux)才能使下方葉片照度達到
3,000 fc (32.3 klux).
2. 光週 (photoperiodism)

光週是指每天日長
(daylength) 和黑夜長短的變化對植物生育的影響而言。
每天從曙光初現至日落黑幕低垂，其間長短隨季節和緯度不同而有差異。

在北半球，夏至時
(6 月
21 日
) 日長最長，往後白天愈來愈短，即黑夜愈來愈長，至冬至時
(12 月
22 日
) 日長最短，即黑夜最長
( 圖
2-18)。
過冬至以後，日長又漸增長。



圖 2-18 紐約州 Ithaca（北緯42。
 ） 的日長曲線。
A是花苞萌芽所需的日長。
B是花芽生長所需的日長。

如此周而復始，緯度愈高的地區，此種變化更為明顯。
綠色植物的生長、休眠、開花或結球等現象常受到光期長短所影響。
其中引起最廣泛注意的是光週對開花的作用，很多植物跟隨日長變化而花開花謝。
秋菊、聖誕紅、蟹爪仙人掌、長壽花等於秋天日長漸短時才會長出花苞，開出美麗的花朵，這類植物稱之為短日植物，若在半夜時以電燈照明，打斷長夜效果，則花朵長不好，甚至不開花。
菊花就是利用半夜電照抑制花開而達產期調節及控制植株高度的目的。
瓜類在短日下有利雌花的分化，則在路燈下的瓜類雄花開的多，母花相對減少，結果自然會較少。
有些植物，如向日葵、金光菊、金魚草、香石竹、球根秋海棠則要在春夏天日長漸長的季節，花才開得茂盛，即為長日性植物，這類植物在日長較短的季節可在晚上點燈照明而加速其開花。
但是對許多植物而言，日長對開花的影響並不明顯，此類植物可稱為中性植物。
像許多觀葉植物，因為大多原產熱帶、亞熱帶，這些地區的日長變化不如溫帶地區明顯，因此對光週反應也就不敏感。

3. 光質 (Light quality)

光質是指光線中不同波長的光波之分佈情形。
光線除藉著光度和光週影響植物生育之外，由於光線是由許多不同波長的光波所組成，其中波長在
400-700nm 之光線是人類眼睛所能看見的範圍，稱為可見光。
波長比可見光短的光線稱為紫外光，波長比可見光長的光線稱為遠紅光。

植物能感應的波長範圍比可見光再稍為寬一點，在
380-780nm( 圖\fs24
2-19)。

植物體的一些重要反應，大多是由於特定的色素系統所進行的光化學反應，例如光合作用由葉綠素進行，葉綠素吸收紅光和藍光最多，也就是說紅光和藍光對光合作用效果最大，而綠光吸收最少，所以我們看到的植物就呈綠色。
植物對白天黑夜的感應（即光週性）由光敏素
(phytochrome) 所控制，它本身是呈藍色的一種色素蛋白，對紅光（
Red light, 660nm ) 和遠紅光（又稱紅外光，Farred light,730nm ）最為敏感（圖
2-20 ）。
而向光性可能為一種黃色色素所作用，其有效吸收範圍在紫、藍、綠色部份。
又人眼不能見的紫外光對植物亦有影響，如高山植物常較矮小、節間短、色澤豔麗，即因高海拔處紫外光較多所致。
又密生的植物長的細長，乃紅光透入較少，而遠紅光透入比率較多，使節間伸長而側芽不易長出所致。
自然界的陽光可充分供應各種波長的光線，以滿足植物體正常生長的需要。
因此戶外生長的植物對光質並不需要特別考慮，然而當植物在設施下栽培，或完全人工照明，光度不足而必須以人工補光時，電燈的光譜分佈就不得不多加考慮了。
一般鎢絲燈（
tungsten filament lamps ）光譜偏紅及遠紅光，而日光燈譜則藍光較多（圖
2-21 ），採鎢絲燈，熱又費電，且植物易徒長，而採日光燈省電，植物也不易徒長。



圖 2-19
電磁波頻譜及植物的某些作用頻譜。
（摘自
L. Machlis 和
J. G. Torrey, Plants in Action, W. H. Freeman and Company, 版權所有，1959）


圖 2-20
紅光及遠紅光（紅外光）可控制植物的光週性



圖2-21
鎢絲燈泡及日光燈與太陽光的頻譜分析比較。
（資料來源：通用電力公司）

（三）、空氣

空氣中含有 78 ﹪的氮氣、
21 ﹪的氧氣和
0.03 ﹪的二氧化碳，即
300ppmCO2，但現在的空氣中，CO2
已升高到
350ppm 了。
植物含有葉綠素的葉片，白天吸收二氧化碳，行光合作用製造食物，而根、莖、葉和花等器官全天
24 小時都需要氧氣行呼吸作用。
但也有例外，如蝴蝶蘭氣生的根也可行光合作用。
通常只注意通氣，植物所需要的氧氣和二氧化碳並不虞匱乏，因此通風良好是植物生長的必備條件，但在加溫的密閉溫室裡，白天植物行光合作用後，溫室內的
CO2會降到
100 ppm 以下，嚴重影響光合作用，此時必須人工供給
CO2，其濃度提高到
1,000ppm，可促進作物生育（圖
2-10 ）。
在台灣的設施栽培，經常需要通氣，尚無加入
CO2 的必要。

植物的地上部要維持通風良好較簡單，但長在盆裡的根，受到盆大小的限制，要得到適當的氧氣則大有問題。
當盆土變硬、通氣不良、根部氧氣不足（圖
2-21 ），呼吸作用便受到抑制，則植物呼吸所產生的能量，不足以吸收足夠的養分和水供植物生長所需，則生長受抑制。
治本之道在改善土質之通氣性，例如選用通氣良好之介質或重新換盆。
現今採用的無土介質如真珠石（perlite)、
蛭石（vermiculite)，P.P.
泡棉或岩棉（
rock wool ）即在利用其保水性和通氣性，還有養液栽培（
nutrient culture ）也是為解決根部通氣性之一方法。
現今很多設施栽培，採用無土栽培，尤以溫室內之蔬菜最為普遍（表
1-1)。





圖 2-22
盆土之通氣情形及經久培養土變硬體積變小減少通氣而增加保水量
上線為盆土上限位置 ，  下線為培養土澆水後之保水量。

（四）、水分和濕度

綠色植物最主要的成分是水分，約佔鮮重
80∼95
﹪。

水不只是光合作用的原料，植物體內各種代謝作用多在水溶液中進行。
水分同時也是養分吸收和運輸的媒介，植物並藉蒸散作用（水蒸氣經葉表氣孔逸散出去的現象）影響部份水分和養分的吸收及運輸以及調節植物體之溫度。

水分一般由土壤（或盆土）中供應，而為根部所吸收，供植物體利用。
土壤中的水分依其存在狀態可分為吸著水、毛細管水和重力水三種。
吸著水是指被土壤吸著、吸力極強，不能為植物所利用的無效水。
重力水則為土壤中自由流動、不為土粒吸著的水，因重力影響而流至土壤下方，在排水良好的情況下可迅速流走，故植物也無法有效利用。
因此植物能有效利用的只有存在土壤粒子孔隙間、抵抗重力而由毛細管現象作用所保存的毛細管水。
土壤中重力水排走後，所含水量稱為田間容水量（大致包括毛細管水和吸著水），若不予加水，則水分由於植物吸收以及蒸發作用的消耗，其含量將逐漸減少，當少到某一個程度時，植物就呈現萎凋現象，此時的土壤含水量稱為暫時萎凋點，只要再澆水，植物仍可恢復生機。
但若不予加水，則到了一定限度後，土壤中的毛細管水已用完，植物已無有效水可供利用，即使再加水，植物的萎凋狀態仍無法復原，此時之土壤含水量稱為永久萎凋點。
因此栽培植物時，應該經常使土壤水分維持在田間容水量和暫時萎凋點之間，才能使植物生育良好（圖
2-23 ）。



圖 2-23
土壤溼度的分類。
毛細管水並不是對植物都一樣有效。
當毛細管水耗盡，則其張力（使水保持於土中）即自田間容水量的
1 大氣壓力增至永久萎凋點的
15 大氣壓力。
土壤孔隙越細，其毛細管水之總量越高。

除了土壤中的水分外，大氣中的水蒸氣含量，即濕度的大小也影響植物生長甚鉅。
因為濕度會影響蒸散作用（外界濕度高則蒸散作用低，反之則高），也將進而影響植物需水量之多寡。

植物因原生環境的差異，對水分（和濕度）的需求也有很大的差異。
像原生在高濕又多雨的熱帶雨林之觀葉植物，性喜濕潤，但如香石竹則喜乾燥，相對濕度在
40 ﹪，才不易生病。

（五）、栽培介質

在溫室建造完成，加溫冷卻系統完備後，接著就要考慮介質（Rooting
media ）。
栽培介質除固定植物外，更重要的應具有保水、通氣及蓄貯有效養分的功能。
溫室連作的問題，亦使土壤劣變，必須經常的更換，導致採用無土介質（
soilless media ），近年更興起養液栽培（
nutriculture ），以解決溫室栽培介質之問題。

依 Nelson (1991)
的意見，認為適宜的溫室栽培介質應含有下列特性：


盆土所有的有機物經一段時間栽培後，盆土體積盡量不要顯著的減少，及有機物分解較慢者。

有機物之 C/N比不要太高，分解太快，以免氮源被微生物所固定，而有缺氮之虞。
如土壤中加入木屑或稻穀，就應多加氮肥。

濕潤的盆栽介質容積比重在640 ∼1,200 g/dm3，以利搬運，太輕容易倒伏亦不好。

介質在排水後，其含水量依體積比在35 ∼50 ﹪，空氣佔 10∼20 ﹪。

應具有 6 ∼15me/100cc 的陽離子交換能力，以蓄貯養分。

含有土的介質，其pH 在6.2 ∼6.8，無土介質的pH 應低一點在5.4 ∼6.0。

除氮和鉀，其他生長所需之元素足可供應一季作物的需求量。

在溫帶國家，其溫室傳統的培養土為壤土、砂、泥炭土依體積
1：1：1
混合而成，也有以真珠砂取代砂者以減輕重量。

若該地良好土壤獲得不易及太重問題而採無土介質，以泥炭土或泥炭土拌入等體積之細砂、真珠砂或蛭石均甚佳。
近年美國採用不少堆積過的樹皮於介質內，在含
25 ﹪時效果甚佳，不只取代部份的泥炭土，也解決因燃燒木材廢棄物所造成的公害問題。

栽植前栽培介質之
pH 值之調整非常重要，以施用白雲石粉（dolomite
）為佳。

含土介質施
3 ∼
6kg/m3，無土介質則施
6 ∼9kg/m3。
磷肥應以基肥施入，施過磷酸鈣（
0-20-0 ）於含土介質為1.8kg/m3，無土介質則
2.7kg/m3，可供磷、硫和鈣。

無土介質尚需施入微量元素及展著劑，以免缺乏微量元素及利於水分之吸附。

在國外，有很多商品化的培養土出售，也有生產者自己調配。
台灣近年因生活品質的提高，對花卉需求迫切，由荷蘭進口不少無土栽培的盆花和觀葉植物，加上研究單位多年的提倡及業者的嘗試，盆土的改進日新月異。
未來介質的發展，應建立各種作物的配方，並利於機械化和自動化的操作。

亞熱帶地方的溫室，週年濕熱，利於病原菌之滋生，連作更甚，故介質的消毒是溫室管理例行工作之一。
在
1950 年代以前，以更換溫室內土壤為主，因人工昂貴，好土不易獲得，近年採用空氣與蒸汽混合之蒸汽消毒，其溫度在
60 ∼
71 ℃消毒
30 分鐘。
沒有蒸汽設備者，採用化學藥劑消毒如溴化甲烷（
methyl bromide ）。
在台灣拱式簡易塑膠布溫室種植香石竹和滿天星，以淹水方式和水稻輪作，不失為經濟可行方法。
至於栽培仙客來，觀葉植物等，應行土壤消毒，以減少病害損失。

（六）、營養元素
綠色植物生育所需要的元素約有16 種以上為不可缺的元素，依其需要量的多寡可以分為巨量元素和微量元素二大類。
需要量大者為巨量元素，包括碳、氫、氧、氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫（鈉、矽）；需要量少者稱為微量元素，量多了反而造成毒害，包括氯、硼、鐵、錳、鋅、銅、鉬。
溫室作物葉片含各元素見表2-5。
綠色植物所需之礦物元素大部份都是以離子態溶於土壤水分中被植物的根部吸收，一般礦物營養素溶於水經導管由下而上運送。

重要的礦物元素功用與缺乏症說明如下：

１、氮 (N)植物乾重中 N 佔2 ∼4 ﹪，為構成蛋白質、胺基酸、核酸的重要物質。

氮主要的是以NO3-，NH4+ 的型態被植物吸收，而以NO3-的吸收速率較快，也較受植物所喜好。
植物缺氮時，植株矮小、早熟、提早老化、生長速率降低，由於氮能在植物體內移動，因此缺乏時，老葉內氮會移到新葉，使下部葉片先黃化、脫落。
黃化原因乃葉綠素崩解之故。
常用氮肥有硫銨(21 ﹪N)，尿素(46 ﹪N)，硝酸鉀(14 ﹪N)，硝酸銨(35 ﹪N) 及氰化鈣(21 ﹪N)。
 


表 2-5 植物基本營養元素、相關的化學符號、分類及典型的溫室作物葉片的組成成分（以乾葉重量百分比表示）。


營養元素
化學符號
分 類
組成比例 （％乾物重）

碳
C
非肥料
----
氫
H
非肥料
89.0

氧
O
非肥料
----
氮
N
巨量營養元素\-基本
4.0

磷
P
巨量營養元素-基本
0.5

鉀
K
巨量營養元素-基本
4.0

鈣
Ca
巨量營養元素\fs24 -次要
1.0

鎂
Mg
巨量營養元素-基本
0.5

硫
S
巨量營養元素-基本
0.5

鐵
Fe
微量營養元素
0.02

錳
Mn
微量營養元素
0.02

鋅
Zn
微量營養元素
0.003

銅
Cu
微量營養元素
0.001

硼
B
微量營養元素
0.006

鉬
Mo
微量營養元素
0.0002

鈉
Na
微量營養元素
0.03

氯
Cl
微量營養元素
0.1


２、磷 (P)

磷是核酸及腺票呤核甘三磷酸合成之重要成分，磷在植物體內不易移動，缺乏時葉深綠，生長點之生長受阻且呈深紫紅色，新梢生長停滯，種子果實發育不良。
磷在土壤中易與鈣、鐵、鋁等元素結合被固定，溶解度低，故應與基肥施之。
在
pH 5.6 時最易被吸收利用。
常用肥料有過磷酸鈣
( 含
P2O5 18 ∼
20 ﹪
)，磷酸二氫銨
(48∼
50 ﹪
)。

３、鉀 (K)

鉀為生物（動植物）維生所不可缺之元素，但在植物上尚未發現任何化合物含有鉀離子者。
鉀不僅用於組織的構建，並且是維持一定滲透壓的重要陽離子。
在植物體內移動性大，能由老組織移向新生組織。

K+ 在營養生長時被植物大量吸收，用以活化酵素系統，調節滲透壓，並與光合作用及其產物的運移有關。
缺乏
K+ 時，先是生長速率減低，嚴重時由老葉開始出現黃化和壞死現象。
常用鉀肥有氯化鉀、硫酸鉀與硝酸鉀。
其中硝酸鉀最好，但也最貴，硫酸鉀次之，氯化鉀最便宜。

４、鈣 (Ca)

高等植物含有不少的鈣
(5 ∼
30 mg/g)，但真正的需要量很低。
雙子葉植物需要量較單子葉植物為多，細胞之間的中膠層便含有多量的鈣，與果實軟硬關係密切。
鈣是調節細胞膜通透性最重要的陽離子。
鈣不具移動性，缺鈣生長點最先受害死亡，芽的頂端或基部嫩葉扭曲。
以石灰為基肥調節栽培介質時，也同時供給鈣，施追肥時，採用硝酸鈣可溶性肥料最理想。

５、鎂 (Mg)4-2 的型態被吸收，在
pH6.5 時易被植物吸收，此外空氣中的
SO2 也能經由氣孔被植物吸收，充當部份硫的來源，但
SO2 稍多則造成傷害，是空氣污染的主要成分。

一般肥料中均會有硫酸鹽，如硫銨等，故土壤中不易有缺硫現象。
但若施肥中，大量用氯化鉀長久結果，可能有缺硫之虞，故有時應以硫酸鉀取代氯化鉀，則可克服此問題。

７、鐵 (Fe)

鐵是許多反應的催化劑，並且在電子傳導系統與葉綠素的合成中扮演重要的角色，由於鐵在植物內運移不易，故缺鐵最明顯的特徵是嫩葉由外而內黃化，主脈呈標準之綠色，石灰施用過量及土壤鋅、錳過多也會造成缺鐵現象。
溫度過低或根受傷，不能吸收鐵時，也呈缺鐵症狀，此時並非土壤中沒有鐵，只要根溫提高或新根長出，就可恢復綠意。
缺鐵可用檸檬酸鐵或酒石酸鐵校正。
養液栽培及組織培養多採用
Fe-EDTA (Fe-ethylene diamine tetraacetate) 。

８、硼 (B)

硼可以促進核酸的合成及碳水化合物之代謝作用。
在植物體內不易運移，缺硼時生長點發育受阻，嚴重時會死亡，果實的發育也不正常，常用的硼肥有硼砂及硼酸。
在含土介質中並不易有缺乏病，無土介質則較易發生，應在施肥中經常加入。



三、參考文獻

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53(9):62-63,65,67-68.

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Wolfe, J. S., and R. F. Cotton. 1975.
Airflow and temperature distribution in greenhouses with fan ventilation.
Acta Hort 46:71-89.

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第三章、種苗生產作業體系

一、前言

二、播種系統
三、搬運系統 
四、育苗管理系統 
五、移植系統 
六、芽菜生產 
七、園藝作物之育苗 
（一）國內現況 
（二）蔬菜育苗作業自動化
八、結論 
九、參考文獻 

國內之大規模種苗生產作業體系始自水稻之育苗中心，相關之機械與技術也因此陸續被開發出來。
水稻育苗之設備後來亦被應用到豆芽菜及豆苗之生產，不過不同的是秧苗是用來栽培水稻，而豆芽及豆苗則已是直接可以食用的產品。
園藝作物如蔬菜花卉之育苗機械化及自動化則直至近幾年才較有發展，因此進口或國產的設備都有，規格也不統一，不似水稻育苗之標準化，其育苗技術也甚多地方不同於水稻。
雖然園藝作物種類繁多，其種苗生產之設備或流程也不盡相同，但大體而言，一個完整的育苗自動化作業系統應包含有播種系統、搬運系統、育苗管理系統及移植系統等，每一系統又因作物對象不同、生產規模差異、市場需求、以及可資應用之技術難易而有不同水準之自動化程度。
然而有一個信念卻是一致的：作業流程之機械化、合理化，設備資材之標準化、規格化以及整個相關措施之資訊化及制度化則是提升全面自動化種苗生產之不二法門。
本文將先針對各個系統加以介紹，然後再以國內目前芽菜及園藝作物之育苗作業為例進行說明。




二、播種系統

種苗之來源有多種，可以採用播種、扦插、嫁接、組織培養等方式，若以播種為例，水稻與花卉或蔬菜之播種方式有所不同，水稻一般用撒播，而花卉蔬菜則採用精密之點播方式。
播種機是育苗作業中最基本，也是用得最普遍的機器。
點播一般都是真空播種，播種機可分為針式與鼓式兩種，播種機之種子杯槽通常為振動式以提高種子單粒化程度。
真空播種時以球形或近球形之種子效果最好，因此亦可以種子造粒技術將形狀不規則之種子加填粉衣材料製作成球形。
造粒除了能配合機械播種外，亦可依需要加添營養劑或化學藥劑等有利種子發芽之添加劑。
粉衣之材料有些採用膠體（Gel）。
亦有不用真空播種，而以粉衣種子配合機械孔洞式播種機達到點播之目的。
播種機之介質應有回收系統。
至於須先行預措處理之種子，則可以流體播揰機進行播種，提高發芽之整齊度。
至於扦插，如菊花，則仍然以人工進行，玫瑰之單芽插枝繁殖亦以人工為之。

生物技術亦被應用於種苗之開發與提供，如蘭花之組織培養等。
而日本之千寶菜即由小松菜與甘藍之受精胚培養、染色體倍加再經選拔而得之品種。
在日本，苗木之嫁接亦為常用之方式，其優點為避免土壤之帶菌，增加生長活力，改進品質及增加產量，已大量應用於胡瓜、番茄、茄子以及西瓜等作物上。
不過傳統之人工嫁接甚費人工，日本已開發出嫁接機器人，成功率為98％，速度為20株／秒，較人工之3株／秒，效率明顯提高，唯一缺點是目前尚須人工掛苗（進料）。

至於介質之處理設備，介質粉碎機可用以快速地粉碎腐植土、泥苔土等介質，舉昇機或混合舉昇機用以混合介質，送至填土設備。
在大型的育苗場，數種介質可在土槽內先行拌合，再以特用之挖掘機挖取後經輸送裝置送到填土設備。
為了減少勞力需求，穴盤或箱籃的收集與排置已有適當的設備如積箱機與排箱機以利機械播種或人工扦插之進行，穴盤或箱籃在使用之前，一般而言，有清洗機與消毒設備加以清洗與消毒，甚多育苗場係以高溫蒸汽進行消毒。

育苗場規模之大小，相當程度地影響播種系統之選擇。
以大規模育苗場而言，穴盤或箱籃之排放、清潔、填土、打洞、育苗介質之準備、混合、攪拌、輸送、以至於播種，箱籃積疊都完全自動化，其後再接自動搬運系統至育苗溫室栽培，是為無人化之工廠生產模式，較之工業界之許多工廠則有過之而無不及。
但若為小型之育苗場，則單機式之播種系統較為普遍，有些甚至自有動力而可隨處移動，進行機動性之介質攪拌及重力式播種。
有些甚至用人工，一盤一盤地採用批式播種。




三、搬運系統

一般穴盤及苗箱之搬運以輸送帶為主，至適當地點亦有以積箱機堆疊，再以堆高機運送。
已堆疊之穴盤或苗箱可以排箱機再一個一個釋出。
小型之手動液壓行走車為常見低成本之便利運輸工具。
溫室內之高架加熱管或地面加溫水管常被利用作為定置式輸送台架或台車之軌道，物盡其用。
另有利用前述之懸掛式台架和地面行走相配合之輸送裝置，行走車一邊之輪子為鐵輪，行走於三角形之軌道上，用以定向，另一邊則為橡膠輪。
行走車本身以蓄電池為動力源，將裝滿盆栽或穴盤之（懸掛式）台架運抵定位區後，利用液壓降低本身之高度，台架之上端即附掛於溫室內之加熱水管（高架），再以人力推送至預定作業區，然後以人工將懸掛式台架上之盆栽等物移放在植床或地面上。

整個植床之搬運有以人工配合氣壓以進行轉九十度方向，再利用動力滾軸輸送之方式，亦有以感測器配合自動控制將整個植床自動推送至側邊行走車上，行走車有升降裝置，一次可堆放數個植床，行走車一側為軌道式，另一側為橡皮輪，行走至指定地點後，則依反順序之動作將植床一個一個推出，排列床架上，床架上有動力可以自動推移行走車推出之植床。

搬運系統亦可以採子母車之設計，以荷蘭某一蔬菜育苗場所用之搬運系統為例
(陳，1992b)，子車採高架橫跨地面行走方式，僅作單一方向之前後行走。
母車除可載送子車進行與子車行走方向成垂直方向行走外，亦可當成出料或進料時之待料區。
育苗箱以輸送帶送至母車，母車以自動控制方式堆積成四排並列，每排二十箱，此時輸送帶停止進料，而子車則進入母車抓取此八十箱育苗箱，再離開母車，行走至適當位置擺放。
出料時之動作則反之。
至於子車須變換工作區時，則以母車載送之。
此系統之動力為引擎，並以人員駕駛。

育苗箱之搬運亦有十分自動化之搬運系統，以 AgriRobot 為例(陳，1992d)，最能說明機械化、合理化、資訊化、制度化的具體實現。
首先育苗場之搬運動線作了合理的安排，整個系統包含有許多自動控制之單機的連線。
育苗箱之設計規格化，所以能配合各相關之機器或作業，如積箱機、排箱機、填土機、打孔機、轉向裝置、人工扦插作業、AgriRobot、育苗管理作業等。
由電腦作管理規劃，何時扦插菊花苗多少箱、在溫室之何處育苗、何時可以收回、環境控制如何配合、噴灑等管理作業如何進行等等都由電腦指揮。
甚至每名工人扦插之育苗箱數亦以感測器監控，更有甚者，在育苗管理時必須以人工巡察時，因節省空間之故，並無落腳之空間，必須站在育苗箱上之何處才能支撐人之體重，在設計育苗箱時都已考慮進去。
當然其投資也相當高，必須有相當大的生產規模才有其可能。




四、育苗管理系統

荷蘭基本上以溫室做育苗之栽培，溫室傳統上以Venlo型式為主，其標準單位寬度為3.2m，而近來之Wide-Span溫室之寬度自8m至16m，跨距大多為12.8m，比Venlo更高。
由於Wide-Span溫室比Venlo型有更大的容積（約多33％），其在外界環境變化時，有較多的空氣可以緩衝，因此內部之環境穩定性較好，但造價較貴。

由於歐美及日本年平均溫度低，冬天日照短，其溫室之重要環境需求在於加溫、增加人工燈光與補充二氣化碳。
在進行環境控制作業時，利用感測器以量測溫室內之溫度、濕度、二氧化碳濃度、熱水管溫度、外界溫度、風向、風速、日照量、下雨量、下雨訊號等參數因子，所有資料經介面傳給電腦處理，經電腦軟體分析判斷之後，發出控制訊號以指揮各種環控設備。
環控對策主要為不同角度天窗之開啟、熱水管之導通、人工燈源之開啟與二氧化碳之施用等。
至於台灣之溫室環控與荷蘭並不完全相同，在台灣，溫室尚須考慮降溫、遮陰等問題。

不論玻璃或塑膠布溫室，日本都發展出相當完善之環境控制技術。
最明顯的例子為普遍地應用電腦，除了將傳統之環控因子，諸如溫度、溼度、二氧化碳之濃度、日照量、風向、風速、雨量等納入控制邏輯外，更將養液栽培之養液濃度、液溫、液量等之控制結合成一體，而發展出複合環境之控制技術（植物生長支援系統）。
換氣方式則可以是開側窗、開天窗、兩側捲起或加上風扇之強制通風。
遮陰網可分內外遮陰兩種，除了調節日照量外，在溫帶的日本尚有保溫之作用。
遮陰網之材質及透光率有許多的選擇。
溫室之加溫功用在日本冬天是相當重要的，欲加強加溫之效果，溫室屋頂可採不對稱方式、或用內溫室系統、溫室玻璃採用雙層絕緣，甚至燒油送風加溫。
人工燈光可以用以調節產期或補日照之不足，不過其能源成本相當高，一般作物使用常不合經濟效益。
在日本，溫室為了保溫，保持氣密是必要的，但也因此而引起二氧化碳之供應量不足，必須施用二氧化碳加以補足，當然，在適當的條件配合下，二氧化碳之充份供應亦能達到增加產量之目的。

環境控制還有一個很重要的關鍵因素即為感測器，日本工業技術發達，此類感測器，如溫度感測器（熱偶線、熱敏電阻、ＲＴＤ等）、濕度感測器、日照計、二氧化碳感測器、風速計、雨量計、土壤水份計、土壤酸度計、土壤電導計等都相當完備，結合自動控制元件及電腦可執行多種層次之環境控制。
尤有甚者，更進一步應用人工智慧、乏晰理論等技術發展環境控制之專家系統，以更有系統，更自動化地掌握與控制環境條件。

至於溫室內之灌溉設備則有懸掛桿自走式、固定噴頭式、機動式水管設備（可遙控、自動捲收）、淹灌系統（Ebb
and Flood)、滴灌系統等多種，都可由電腦主控機組依所設定之方式或作物生長之特性需要而噴灌。
另應用毛細作用原理之灌溉系統亦相當實用。
事實上，生長管理作業仍然需要人工巡察及進行必要之管理工作，但藉由電腦所主控之環境控制設備及灌溉設備等協助，已提高相當之省工程度。
至於馴化亦可用自動控制組件將植床推出室外進行之。
養液之供應及調配則以可程式邏輯控制器或電腦進行控制。
噴藥有攜帶式，移動式或無人噴藥車。




五、移植系統

移植設備有數種型或，如抓取式，推桿式等，以抓取式而言，其設計乃以四爪之機械臂十支（可依需要訂製其支數）由穴盤一次抓取十株幼苗至新的（大的）盆器內。
其特點為須以特製之星形穴格保麗龍穴盤（Star
Tray） 相配合，以利頂出裝置之舉苗與爪具之夾苗，為甚有效率之移植機，不過此機無辨識系統，亦即不論所頂舉上來之苗的品質好壞或缺株，一律都移植。
另外所欲移植之盆器種類及排列，可於機器出廠前預先告知廠方加以內部設定數種，操作時僅須按鈕即可。

配合推桿式移植機的育苗穴盤為可拆裝之條型穴盤（Strip Tray），種子在此穴盤內長成苗後，以人工拆成一條一條，再置入移植機械。
移植機上裝有光學檢測器以判斷是否缺苗，移植時則跳過缺苗處，而將苗推植至新的穴盤或盆內。
不過為確保無缺株之情形，移植後之穴盤一般則再以人工檢視並作必要之補植。
另外荷蘭已在發展補植機，先以光學掃瞄何處缺苗，以機構頂出或取出缺苗處穴格之介質（土塊），再以機器手臂拿備份穴盤之苗補植之，此補植機可在不久之將來商品化上市。
美國和日本亦正在發展多型移植用機器人。

上盆機械可以自行排置盆器，填土與打洞，而苗株之移植至盆器之洞內一般仍以人工為之。
移植後之盆器在大規模之育苗場則有後續之積集系統配合，例如以輸送帶送至指定待料區，等積集到一定數量（如20盆）後，再以機器手臂將此20盆抓取置於植床內，而植床有動力可向前移動，其移動乃配合機器手臂抓取之週期時間，待裝滿整個植床後則以搬運系統送至溫室區，而重新另一植床之填裝。

至於田間移植，一般是以曳引機附掛移植機構，而由工作人員坐在移植機構之座位上，以人工取出苗株置於排苗器內，曳引機本身可以進行田區之開溝或挖洞之工作以利苗株之移植。
一部曳引機除駕駛員外，可以載乘一至多名工作人員進行移植工作，此完全看田區之大小及移植機構之設計而定。
國內外亦研發及生產可自動田間移植之蔬菜移植機（除駕駛員外，不用人工），這實在是很必要的，因為要人去配合曳引機之行進速度而進行人工移植，對工作人員而言有很大的壓力感，是一個很勞神的工作。




六、芽菜生產

豆芽菜長久以來即是國人喜愛的一種蔬菜，甚至自己都可以孵豆芽，不過若要大量生產，則需要有一些必要的設備。
由於種子亦是用撒播，水稻之播種機可被沿用或稍加改良，不過其重點是在發芽過程中之溫濕度及光度之控制，其搬運很多是採用天車之設備。
豆芽菜不必綠化，亦有再加一道切割的步驟而成銀芽的，目前國內台南區農業改良場進行芽菜生產工廠自動化之研究，對整個芽菜生產流程及設備之合理化及自動化有相當大之助益。

豆苗之生產如豌豆苗，基本上是沿用水稻之播種機械，甚至亦採用水稻育苗箱，與豆芽菜不同之處在於豆苗需要綠化，可在溫室或設施內進行綠化。
另外由於豆苗乃直接可食用之產品，因此必須進行「收穫」，此乃與水稻育苗之最大不同之處，所謂收穫即是利用機械將種子部份切除。
又豆苗若含纖維質太多，口感即會覺得太老不夠嫩，因此其綠化時之環控條件的掌握相當重要，收割後之豆苗裝袋後亦須冷藏。

日本芽菜之生產相當自動化，以蘿蔔嬰之生產為例，蘿蔔種子首子須浸種、播種、催芽，然後再送至綠化場綠化。
整個作業流程非常緊湊且自動化，場地則非常乾淨。
在綠化場（溫室）所採用之立體迴轉式作物栽培系統則是該場最特別之處，因是雙層式，故栽培面積可增加一倍，此系統尚有多用途、節省能源、減少勞力及確保品質等特點。
收成之蘿蔔嬰則送至包裝場以人工包裝，包裝前不切除根部。
整個生產流程只有包裝最依賴人工，不過貼標籤、封袋、摺箱等則以機器代勞。




七、園藝作物之育苗


（一）國內現況

一般園藝作物如蔬菜、花卉之播種系統與水稻育苗之播種最大不同處在於水稻是撒播，而園藝為點播，因點播要求之精密度高，一般都用真空播種。
真空播種機目前國內有從荷蘭進口，亦有從美國進口，同時也有國內自行開發的機種，規格種類不一。
其實苗的培養，國內亦有採用組織培養，或用嫁接，如以蒲仔為根砧嫁接西瓜苗，但機械播種還是為重要的方式，不過機械播種仍不普遍，用人工播種則甚為常見。

育苗設施在國內亦有多種型態，從最簡易之網室栽培、塑膠布溫室到最精密的玻璃溫室都有，有進口，也有國人自造的。
由於台灣地處亞熱帶，由溫帶等國家所發展出來的溫室系統正面臨極嚴酷的挑戰，不論是造價、環控功能、維護等都必須檢討。
目前部份廠商及學術研究單位亦在積極地開發適合台灣使用之設施（或所謂的“溫”室），因為溫室在台灣最大的問題之一即為夏天太熱，必須降溫。
至於溫室內之環控設備，若不考慮成本因素，則噴灌設備（固定式、軌道式、移動式）、遮陰裝置、風扇、水牆、根溫系統、內溫室裝置等皆可選擇使用，再加上溫室內之搬運系統則可謂相當完整。
不過民間因限於規模，除極少數外，其設施及相關設備皆相當簡單，雖然造價低，但相對的，對改變作物生長之環境條件的人為控制則顯得相當無助。
至於馴化及搬運除可用輸送帶及推車外，需人力甚多。
苗之管理亦相當費人工。
若苗是在設施內栽培，而其環境控制又可以掌握的話，則必可節省不少人工。
移植機及上盆機僅少數引進，一般皆以人工作業。

目前農委會及農林廳正大力推動農業自動化，其中種苗生產自動化為一重點。
其重要的計畫有二，其一為種苗改良繁殖場主持執行之「園藝種苗自動化生產體系之建立及示範」，其計畫之重點為自國外引進種苗自動化生產設備及全套溫室與其內之自動化作業設施，並將此園藝種苗自動化生產體系進行示範觀摩、推廣教育、技術轉移、培養人才，並正式營運生產，供應大量價廉物美種苗給農民或家庭栽植。
其二為台灣大學農機系主持執行，而各區農業改良場協辦合作之「蔬菜育苗作業自動化」，該計畫針對發展自動化蔬菜育苗中心所需之育苗介質供應系統、穴盤真空播種系統、排箱積箱系統、搬運系統、育苗管理、及育苗中心營運等之自動化化設備及技術進行研究及開發，使種苗之生產能夠一貫化及自動化，並能配合田間移植作業。
另外亦設立自動化蔬菜育苗中心示範點，以擴大落實自動化育苗技術及推廣穴盤苗之使用。
其最後目標在於：(一)開發種苗生產之自動化技術與設備，以完成植物工廠之先期自動化作業；(二)將此自動化技術移轉給廠商及育苗中心，使能有效、可靠並大規模地提供農民價廉物美之健壯種苗。


（二）蔬菜育苗作業自動化

現在就以「蔬菜育作業自動化」為例加以說明。
一個完整的育苗自動化作業系統應包含有播種系統、育苗介質供應系統、排箱（供箱）積箱系統、搬運系統、育苗管理系統等，而所生產之菜苗則必須能配合田間之機械移植。
播種系統由真空播種機、介質供應設備、自動排箱機及自動積箱機所組成，以穴盤點播為目的。
搬運系統則包括子母車、電軌、套籃、供籃及積籃等設備，用以提高育苗場之工作效率。
育苗管理系統是整合各領域之知識及經驗的一個作業系統，包含環控、管理、生長模式、決策規劃及專家系統等。
該計畫之目標即針對育苗作業所需之各項系統逐年分項進行開發及整合。
目前該計畫已完成之重要的成果包括:

設計研製完成台大桃改PD-50型「穴盤自動播種系統」及「積排箱系統」，播種能量為每小時340盤，作業效率為人工之23倍。
至於播種性能，甘藍之缺播率為0.7
％；西瓜之缺播率為2.3 ％。
該播種系統曾於81年 7月在台北世貿中心自動化展覽中展出。

設計研製完成「種苗自動搬運系統」及「套籃系統」，採用子母車方式及電軌系統具有入苗、出苗、灌溉、施藥、藥槽清洗及換區等六大功能，現已與播種系統完成連線運轉，全線作業從穴盤點播、搬入育苗室綠化及長成後運出皆為自動化作業，為國內第一套自行開發完成之自動化種苗生產設備。

已設立「種苗自動化生產示範工場」一處(地點︰桃園區農業改良場)及「自動化蔬菜育苗中心示範點」七處(地點︰後龍、大園、元長、學甲、埔里、溪湖、玉里)。
七處示範點之每年育苗總數量為6000萬株。
在本計畫之積極推動之下，穴盤育苗之方式已漸為農友所接受。

甘藍苗品質與其物化性狀之關係已完成分析。

育苗中心營運管理之電腦軟體已完成。



以下針對該計畫之成果，以「振盪式穴盤自動播種系統」、「種苗自動搬運系統」、「甘藍品質與其性狀」、「育苗中心營運管理之電腦軟體」等項目分述於下：

1. 振盪式穴盤自動播種系統

主要功能為利用真空吸附原理將種子點播在穴盤（即育苗箱）之穴格內，是非常精密之播種方式，其播種流程為排箱、裝填介質、整平、壓實打孔、播種、灑水（藥、肥）、覆蓋介質、整平、積箱，其中排箱、積箱在本文中限於篇幅不擬介紹，請詳陳等人（1993a）。


圖 3.1
振盪式穴盤自動播種系統



振盪式穴盤自動播種系統（圖3.1）主要之組成構件包括：介質盛斗、介質回收機、輸送機、介質整平機構、打孔壓實機構（有迴轉式及批式垂直下壓式兩種型）、振盪式真空播種機、灑水機構等。
上述各構件沿輸送機之方向而設定在各支撐架上。
由自動排箱機所送來之空育苗箱由左側之輸送機導引進入，經過介質盛斗的微動開關時，介質盛斗的輸送帶即開始作動，把介質送出並填入育苗箱之穴格中。
育苗箱再以等速行進至整平機構，整平機構有兩道作業，第一道是大略地刮除大部份堆積之介質，第二道才是刷平育苗箱表面。
此時，育苗箱即完成介質裝填之作業。

介質填裝完成之育苗箱繼續在輸送帶上以等速運送，在到達打孔壓時機構之前，首先會觸動一微動開關，使得打孔壓實機構之滾筒開始旋轉。
打孔之定位乃以定位感應盤及近接開關所控制，藉由馬達速度之微調使打孔壓實滾筒與育苗箱之穴格準確定位並呈速度同步而完成打孔壓實作業。
打孔壓實機構可以迴轉機構調整滾筒之高度，以控制打孔之深度。
經過打孔壓實之作業後，育苗箱內每個穴格內之介質即呈凹坑狀小孔，當育苗箱到達振盪式真空播種機時，即由該播種機對育苗箱之每一穴格施予播種。

真空播種機設計原理之示意如圖3.2。
真空播種機之設計原理為利用真空幫浦將播種鼓筒（Drum）內部之氣室抽成真空，而鼓筒上之種子吸附小孔，即能藉由直流馬達之帶動而旋轉，並以一定之頻度將種子振盪槽中之種子吸附。
再以外吹管將吸附小孔上所吸附之多餘種子吹離而達到每孔吸附一粒種子之要求。
而在該外吹管之對應位置處，則設有一防溢板，以避免被外吹管吹落之多餘種子散落各處。
播種鼓筒以定位感應盤及近接開關作定位控制，將吸附之種子旋轉至穴盤（育苗箱）上方之設定點時，在內吹導管施以高壓空氣，破壞局部真空狀態，使種子脫離鼓筒而精確掉落至穴盤（即育苗箱）之穴格內，而完成點播之作業。
另外，本設計加裝之振盪式種子槽，其目的在使種子槽中之種子在播種時因振盪作用而成浮懸狀態，提高單粒化程度，進而達到提高播種精度之目標。
振盪式種子槽內裝設有氣動式振盪器、緩衝桿、及連桿組，緩衝桿可規範振幅並吸收過大之振盪、而連桿組則藉與種子槽底部連結，可使振盪均勻。
振盪播種對非球狀種子之播種精度之提高最為有效。


圖 3.2
真空播種機設計原理



播種機之播種鼓筒上設置有五個軸向之插條，而各插條係為可更換式，以適用各類種子及穴盤之播種。
以十字花科種子為例，每個插條上有種子吸附孔
6處（72格穴盤，6 x 12），而瓜類則為5處（30格穴盤，5 x 6）。
目前已發展至128格（8
X 16）及288格（12 X 24）穴盤。
穴盤外部平面尺寸為61 X 31公分。
播種速度最快可達每小時400盤。

當育苗箱在播種之後，復由灑水機構將育苗箱之介質予以灑水濕潤（非必要之步驟，可選擇），再經介質盛斗供應介質而將已播入之種子覆蓋，最後再以一整平機構施行另一次之整平。
如此即完成播種之一貫作業。
介質盛斗上方另設有各別之介質回收機，以使得由整平機構所刮出之多餘介質予以回收再利用，以免介質掉落堆積於機台下方，影響整體之作業。
另在介質盛斗之側壁乃設置有高、低兩位置開關，用以自動監測並控制介質盛斗內之介質存量。

另為適合不同寬度之育苗箱，本研究亦以播種機體之導板調整機構控制播種機之輸送帶兩側之導板寬度。
該導板調整機構中，包括有一調整桿用以帶動一螺桿，在螺桿之兩端具有右旋及左旋螺牙，螺牙各螺合一制止塊，當旋轉螺桿時，螺牙上的制止塊可同時往內移動或往外移動，使兩側導板可以往內收縮移動或往外張開移動。

另外，該計畫同時採用真空播種原理，設計一部自動水耕播種機（圖3.3），其設計包括吸盤、頂開套承板、海綿承板、吹氣構件、種子貯存槽、氣壓元件及可程式邏輯控制器（PLC），藉由吸盤之上下移動及左右移行，而將種子貯存槽中之種子吸附，並將種子植入海綿內。
自動水耕播種機為氣動式，其缺播率為
3.4 ％（小白菜），工作能量為每小時 400 片海綿，為人工（15 片／小時）之
27 倍，水耕用海綿為長30X寬20X厚3.5公分 (96格)。
以播種深度之均勻性而言，自動水耕播種機遠較人工為優。


圖 3.3
自動水耕播種機


2. 種苗自動搬運系統

自動化搬運系統主要裝配於育苗溫室內，具有進苗、出苗、施藥、灌溉、藥槽自我清洗及苗區換位等六項功能。
已結合播種系統、套籃系統而完成連線運轉，全線作業從穴盤點播及搬入溫室（催芽）綠化，只需二人管理。
該搬運系統採用子母車模式及電軌動力。
電軌內其中三條為電力線，另兩條為信號傳輸線。
採用可程式邏輯控制器OMRON
C200H，外接人機介面有HITECH液晶螢幕與PWS-1000按鍵面板，程式設計使六大功能以結構化畫面顯示，且所有說明完全中文化，非常容易操作。

3. 甘藍品質與其性狀

甘藍健壯苗之官能判斷與量測特徵之關係可由好苗的性狀特徵，與專家評斷好壞苗所使用的標準作一比較分析，找出判斷苗品質的數據化指標。
研究方式是以甘藍苗（初秋品種）為樣本，在進行溫度控制的四個環境（日溫/夜溫
分別為20/15℃、25/20℃、30/25℃、35/30℃）以及戶外種植，每次實驗從每一種植環境中隨機取15株樣本苗由專家評斷出等級，樣本苗種植天數是30天，取長好四片本葉的苗，然後量測苗的一些物理或化學性狀，包括展幅、地上部鮮重、株高、胚莖長、節間長、莖粗、乾物重、葉片張開角度、葉柄長、葉片長、葉片寬、葉片厚度、葉片鮮重、葉面積、葉綠素含量及顏色L、a、b值等共計十六項，所得的數據利用BMDP軟體進行統計分析，求出各性狀與苗品質間的相關性，實驗共進行六次。

研究結果顯示平均葉片厚度（LTAVG）及地上部鮮重與株高的比值（W2HR）兩性狀影響甘藍苗品質最大。
其線性迴歸式為：

SCORE = - 2.97 + 61.4 * W2HR + 13.4 * LTAVG,R2= 0.686 
但因地上部鮮重屬於破壞性量測，若以株高與莖粗的比值（H2DR）來代替，線性迴歸式為：

SCORE = - 0.438 + 15.3 * LTAVG - 0.062 * H2DR,R2=0.664

另外株高（HEIGHT）、平均葉長（LEAFLAVG）、平均葉寬（LEAFWAVG）、平均葉厚（LTAVG）四項，雖必須量測較多性狀，但都很容易量得，故也不失為一個好的預測品質的線性迴歸式：

SCORE = -0.86 + 15.8 * LTAVG + 0.102 * LEAFLAVG - 0.064 * LEAFWAVG 

- 0.028 *HEIGHT,R2 = 0.736

公式中所使用的變數說明如下： H2DR
代表株高/莖粗（mm/mm），HEIGHT
代表株高（mm），LEAFLAVG
代表平均葉長（mm），LEAFWAVG
代表平均葉寬（mm），LTAVG
代表平均葉厚（mm），W2HR
代表鮮重/株高（g/mm），SCORE
代表品質分數，5分為最高分，0分為最低分。
進一步研究將整合上述之甘藍健壯苗之栽培條件發展出甘藍苗之最適生長環境控制之專家系統。

4. 育苗中心營運管理之電腦軟體

育苗中心作業之電腦管理程式，包括資材管理、客戶名單、生產規劃等之電腦化經營規範已與業者討論並交換意見，其電腦軟体已撰寫完成，交由示範點試用中，其目的在使其資材管理、客戶名單、生產規劃等能電腦化，進而提高其經營效率。
育苗中心管理程式是一個以
dBASE Ⅲ+程式語言寫成的程式，執行此程式時必須先進入中文系統，然後再進入dBASEⅢ+，在點提示螢幕下輸入DO
PROJECT指令，便會開始執行此程式。
此程式使用者須懂一些基本的電腦使用常識，知道如何開機，如何輸入指令，及會中文輸入。
此程式的功能在處理一育苗中心的客戶、訂單、庫存及作物的資料，程式一開始要求使用者輸入使用密碼，必須輸入正確密碼後才能夠真正進入程式中使用。
進入程式之後確定當天的日期，然後先選擇作物種類，每種作物都有自己的客戶檔、訂單檔、庫存檔等等資料檔案，選擇作物種類以開啟所需的資料檔案。
選擇了作物種類之後，螢幕上會列出此作物的基本資料，做為確定或修改之用。
接下去便可開始處理有關此作物的資料了，此程式提供了九種功能：訂單輸入、客戶資料、庫存資料、工作清單、訂單資料、付款情形、出貨情形、庫存不足警告及年度資料，欲執行某一項功能，只要在選擇螢幕上輸入此項功能的代表數字便可，輸入０則可離開程式或重新選擇作物。




八、結論

種苗自動化生產是以機械化、合理化、資訊化及制度化作為基礎。
而自動化之程度與技術層面、生產規模、作物種類與市場需求等因素息息相關。
在生產過程中有不少作業仍需人工配合，但若人工與機器配合得當，一樣可以達到省工栽培之目的。
國內自動化育苗作業體系正處於起步階段，僅是播種系統及搬運系統之機械化或自動化開發得較為完備外，其它作業依賴人工之處尚多。
由於穴盤育苗自動化可以減少勞力及其辛勞程度，若再配合育苗管理系統之自動化及本土化，展望今後之育苗方式，必將如同水稻育苗一樣，走向企業化經營之育苗中心型態。




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第四章、溫室環境控制工程

一、前  言

二、濕空氣熱力學
三、農業氣象
四、植物生理
(一)、與作物生長相關的兩大基本法則
(二)、與作物生長相關的因子
(三)、光合作用與呼吸作用
(四)、溫度對植物的影響
(五)、濕度對植物的影響
五、環境參數與控制
(一)、環境參數
(二)、作物生長與環境參數
(三)、環境控制
(四)、環控策略
六、感測器
(一)、溫度
(二)、相對濕度
(三)、輻射
(四)、二氧化碳
(五)、水量
(六)、水質
(七)、介質之 pH 值
(八)、介質之 EC 值
七、複合環控策略
八、結語
九、參考文獻
溫室是一個集合結構、機電、生物與環境而成的綜合系統。
這些組件在軟、硬體各方面相互配合的優劣決定系統的成敗。
溫室系統工程由提高資源使用效率，增進產品品質，節約成本，增加收益的著眼點出發，將溫室系統的研究分成以下五大部份：內部的配置，物料的運搬，環境的控制，作物的栽培及經營與管理；溫室環控工程為其中重要的一環。

同樣的環控原理與技術，推而廣之可應用到其它許多的領域；其在農業上的應用範圍廣泛，舉凡畜舍、溫室之環控，農、畜產品之保鮮、儲藏與運輸，動、植物特殊生長室、培養箱之環控，養殖池保溫與水質之監控，食品包裝，動、植物園、水族館之環控等，均屬環控農業之範疇。

農業環控系統的設計需要工程人員澈底瞭解系統內生物與環境間之互動關係，從而創造一合宜的環境以利生物之生長、繁殖，或農、畜產品之儲藏、運輸。

溫室環控之重點在協調地控制作物生長之微氣候，使作物能成功地生長與繁殖。
環控技術之成熟，使得植物工廠的建立為可行。
農業生產工業化與農業經營企業化不再是口號；昔日不可能有農業生產的地方，如沙漠、極地、海底、太空等也都將能從事農業生產。

溫室環控之目標在於促進植物之生長，並期能以市場所期望之品質供應市場所需求之成熟作物。
這些控制過程必須在極有效率的狀態下進行，並在如能量、勞力、資材與金錢等資源有限，市場難定與天候難測的風險下操作，並期能獲取最大利潤。

溫室內微氣候的控制是所有室內環控中最困難的，一般建築物的環控幾乎可完全不受陽光的影響，溫室則不然，溫室外環境狀況對室內環控有著決定性的影響。
一般的環控多只針對空氣之溫、濕度與空氣的品質，溫室環控則尚需兼顧光量、光質、光照時間，二氧化碳濃度，水量、水溫與其它水質，包括溶氧、電導度與酸鹼度等。
溫室環控的對象種類繁多，都是會成長的生物，不同品種的喜好大多不同，就算同一品種，在不同成長階段之喜好也常有所更動。
換另一種作物，換另一個地點，增刪某一種設備或改另一種栽培方式都將使原有的環控需作重新的考量。
這一切的繁複使得溫室環控工程人員將建立一個好的環控系統視為一個無止境且有趣的挑戰。

光，二氧化碳與水與光合作用相關，溫度、光質與光照皆會影響植物之生長與分化，水中之電導度與酸鹼度則影響植物體根系吸收養份之能力。
就植物本身之生長過程而言，要加速植物之成長，必須加大光合作用、減少呼吸作用，且將蒸散作用、同化作用及二氧化碳之分佈等合理化，並設法將光合作用後之產物儘量轉化為植物需要之一部份。
這些部份包括植物之根、芽、葉、或其他可以重覆生長的部份如花、果或種子等等。
凡此種種均涉及植物生理。
另外，有關空氣溫、濕度之理論屬熱力學之領域；感測與控制屬機電領域；溫室外環境屬農業氣象領域。
簡言之，溫室環控工程是跨領域的學門。
以下就濕空氣熱力學、農業氣象、植物生理、環境參數與控制、感測器及複合環控策略等方面做概括性的介紹。



二、濕空氣熱力學

研究環境控制問題，離不開溫度與濕度的控制；溫度控制原理植基於熱力學第一定律：能量守恆，濕度控制則遵循質量守恆定律。
溫、濕度皆屬空氣之熱力性質，空氣為含有水蒸氣、氮、氧、二氧化碳與其它氣體的混合物，儘管水蒸氣含量通常小於
1% ，空氣中水蒸氣含量的多寡影響該空氣的壯態。
含有水蒸氣之空氣簡稱為濕空氣，不論是熱傳或質傳皆以濕空氣為主要媒界物，所以與濕空氣有關的一些基本原理為學習環控者之必修，將於第六章中作進一步說明。



三、農業氣象

本省地處亞熱帶， 南北島長只有 400 公里，四面環海且雨量充沛，此自然條件原本適合多種作物之成長，然而由於地形複雜兼季風盛行，氣候差異頗為顯著，例如春天梅雨季冗長，夏天常有雷雨與颱風，冬天則有寒流；在北部之冬季又具有多雨之特性。
此種多變的氣候造成作物產量的不穩定與品質的不均勻，亦是本省適合發展設施農業的主因。

溫室結構、方位、被覆資材與環控設備中之遮蔭網直接影響進入溫室之太陽輻射能，造成溫室內之溫度與相對濕度有別於大氣之溫、濕度。
又，溫室中作物由於蒸散作用，直接影響室內空氣之絕對濕度，間接亦影響室內之溫度。
不同作物在相同環境下之蒸散速率可能不同，相同作物在不同生長階段之蒸散速率亦是不同。
再者，作物對溫、濕度影響最大的應是其在溫室內之地表面積佔有率。
溫室內滿佈作物與空無一株作物對室內溫、濕度之影響自是大不相同。
儘管影響溫室內微氣候之因子眾多，能夠預知溫室所在地之大氣溫、濕度與日射量之狀況，對溫室環控系統的設計與操作當能有所裨益。
有關本省溫濕度狀況請參考第六章。

氣象局日總輻射資料允許吾人瞭解本省的輻射狀況，並建立溫室應用的本土化參考值。
假設溫室面積為
100 坪（ 330 ㎡），被覆資材之穿透率暫不考慮（或假設其值為 1 ），本省各地溫室在 6 至 9 月平均每日蓄積之輻射能量值為 5530 MJ／日（5.25
MBTU），相當於每日燃燒52.5加侖的燃油所提供之熱量。



四、植物生理

(一)、與作物生長相關的兩大基本法則

自然界中與作物生長有關的有兩個基本法則：

１、最少者主控法則（萊畢定理，Liebig Law）

２、投資報酬漸減法則

「最少者主控」的概念可用圖 4 - 1a 作說明，如圖所示為各邊不等高的水桶，該水桶之攜水量受最短邊的限制。
所以存在量最少的植物生長所需要素決定其生長速率。
闢若：光度不足時，加熱、加二氧化碳皆不能提高植物之光合作用。

「投資報酬漸減」則說明某種有利生長的因子，其增加之效益不可能與增加之投入量成持續線性比例增加，終有飽和之時，如圖
4-1b 所示。
例如，某土地平均單位面積產量為 10 kg，加了 1 kg 氮肥之後，單位面積產量增加
2 kg，業者不應期待加 2 kg 氮肥可使產量提高 4 kg.


圖 4-1 (a)「最少者主控」概念圖 (b)「投資報酬漸減」概念圖


(二)、與作物生長相

與作物生長相關的因子眾多，其已知最重要的包括以下諸項：

１、養份

２、水份，光合作用需要水份參與，但其量很低，細胞中之水份應已足夠供應。
需避免造成植物體之水緊迫之主要原因在避免氣孔的關閉。

３、空氣濕度，空氣中濕度太低會造成氣孔的關閉，維持高濕可使葉片舒展，氣孔全開。

４、空氣溫度，溫度增加，光合作用、呼吸作用加速，新陳代謝增加，葉溫增加，水份之蒸散亦增加。

５、土壤（生長介質）溫度，低溫會影響水份與營養的吸收，水耕溶液之飽和溶氧量亦隨水溫之增加而降低。

６、二氧化碳含量，已確知增加 CO2可促進生長、增加產量與增進品質。
此所謂增進品質概指較長且厚的莖幹較大且厚的葉片、花朵或果實所謂增加產量概指增加的花朵或果實數量或乾物重。
唯，增加
CO2之同時應加光，亦應增加水份與肥料之供給。

７、光強度，加光會增加葉面溫度，亦可加速同化作用之進行，氣孔會打開，更可加強
CO2 的吸收。
 同樣因為氣孔打開，水份可輕易的蒸散，所以要同時注意水份的供應。
若空氣中濕度太低，或水份來不及補充，則氣孔會關閉，加光加
CO2都無法促進光合作用的進行，因加光所增加的溫度反而對作物更有害。

(三)、光合作用與

能量 + 6ＣＯ2 + 6 Ｈ2Ｏ <──>
Ｃ６Ｈ１２Ｏ６+ 6 Ｏ２

作物的綠色部份有葉綠素，葉綠素將得自於空氣的二氧化碳分子與得自於土壤
( 生長介質 ) 的水分子 " 織 " 在一起（上述方程式向右執行）。
此
" 織 " 的過程需要能量，且其副產品為氧氣。
前述之能量得自於太陽光或人工燈光，能量由光子攜帶。
此過程稱之為二氧化碳同化作用又稱為光合作用。
上述方程式若反過來執行，則為二氧化碳之異化作用又稱呼吸作用。
呼吸作用會消耗光合作用的產物，其所產生的能量用在作更進一步，更複雜的反應以產生更複雜的產品，如蛋白質等。
蛋白質無法靠同化作用產生。
由於呼吸作用需要氧氣才能進行，所以又可視為燃燒反應。
光合作用僅在光子數量達某一程度以上才會進行，呼吸作用則日夜都在進行。
二氧化碳之消耗與產生速率如圖
4-2所示。



圖 4-2 二氧化碳之消耗與產生速率



正常大氣情況下之二氧化碳濃度在 340 ∼ 350ppm ， 光合作用速率隨光量增加而增加，但達到光飽和點後就趨於緩和。
在此情況下，溫度之影響不大，但若有二氧化碳施肥使濃度達
1000 ppm 或以上，則光合作用速率可隨溫度之增加而更加速，如圖 4-3所示。
圖
4-3同時為「最少者主控」法則之明証。



圖 4-3 光合作用速率與溫度及二氧化碳之關係



(四)、溫度對植

空氣溫度會影響光合作用、呼吸作用與新陳代謝之速率，也會影響葉溫，亦會影響水份之蒸散速率。

日夜溫差 (DIF) 影響產量與品質之間的平衡，作物成熟期之調節亦有許多是利用溫度作調節之手段。

(五)、濕度對植

空氣中之相對濕度降低，空氣之吸水能力增加，間接促進植物體之蒸發與發散
( 蒸散 ) 作用，於是植物體需水量與需水頻率均增加，若水份補充不及將直接影響植物生理。
詳細關係請參考圖
4-4。



圖 4-4 濕度對植物的影響




五、環境參數與控制

(一)、

常見的可量測之環境參數包括以下數項，茲分為五大類簡列於下：

１、輻射方面：

淨輻射，全光譜輻射 （100 - 4000 nm）

光合作用有效光 （400 - 700 nm）

光合作用有效光及遠紅光 （400 - 850 nm）

以上三不同波帶之輻射又各分直射與漫射來量測， 

除量測輻射能量外，亦量測光量子數量。


２、溫度方面：

空氣溫度，葉片表面溫度，地面／地底之溫度 

作物葉冠面（Canopy）之空氣溫度 

溫室被覆資材（Glazing）之表面溫度 

營養液之溫度 

根系介質（Root Media）之溫度（如土壤、岩棉、營養液等）

３、濕度方面：

空氣之相對濕度 

作物葉冠面（Canopy）之 空氣相對濕度

４、營養液方面：

酸鹼值（pH），電導度（EC），溶氧量（DO） 

氮、磷、鉀、鈣等之離子活動量 

水流量

５、其它方面：

二氧化碳濃度 

大氣壓力 

風向／風速

以上所列之可以量測之參數定義為一級參數。
量測一級參數有助於以下二級參數之推導。
常見之二級參數包括：

水蒸氣壓力，水蒸氣壓差 

濕球溫度，露點溫度 

絕對濕度，濕度比 

乾濕球溫差，葉片內外溫差 

蒸發速率，顯熱通量，系統熱焓值，系統淨能量通量 

二氧化碳通量 

作物周遭氣流大小
(二)、作物生長與

由量測及計算前面所述之一、二級參數，再觀察作物對此些參數變化之反應，透過理論分析或迴歸、統計等數學方法之計算建立關連性為建立作物生長模式之第一步，譬如已知葉面能量之平衡是藉著葉面水分之蒸發作用來調節，這些水分則經由植物體來輸送。
在這種蒸散過程中，水由植物體吸收，並間接調節葉中之二氧化碳及氧之交換速率。
蒸散作用與氣體之交換速率直接受外界空氣之流動速率影響。
而蒸發則直接受週圍濕空氣的特性所控制。
總言之，葉面及空氣溫度可調節光合作用、呼吸作用、同化作用、蒸散作用及養分之吸收率。
又，二氧化碳之吸排量直接受光合作用速率、葉片表面水份蒸發速率及空氣中二氧化碳濃度等因子之影響。

以下將作物生理相關之三項反應速率及其各自之影響因子條列於下，有些因子如邊界層阻力非為一級環境參數，但其可繼續向下延伸終至可量測的一級參數。



在建立作物之生理現象與環境參數之關連性的過程中，常面對的困難是缺乏足夠的二級參數（如氣孔阻力與葉片面積指標等），其歸因於一級參數之無法量測，亦即感測器的付之闕如。
此類挫折也正指出了重要的研究發展方向。

葉片面積量測器（ Leaf Area Meter ），氣孔阻力感測器（ Porometer
）及光合作用速率量測器等的發明正是工程師與科學家努力的結果。
過去不能直接量測的環境參數，如今由於可直接測得所以全降格為一級參數。
此些利器的發明使得建立作物生理現象與環境參數之關連性變得更簡單，也使吾人能進一步面對深一層的挑戰。

(三)、

溫室環境控制之前提乃在提供生產中之植物所需之基本成長環境條件。
這些條件與許多因素有關，其中包括：植物本身之發育階段及其生育年齡、特定之植物種類、植物本身之最終用途、地區性之氣候、特定之作物生產系統及生產者之經驗等。
其他如控制之設定點、設定點附近所容許之變化範圍、每一個環境控制參數之變化時間等等均必須有所決定。
一個能夠在合理之精度下，即時監控微型氣候條件之環境控制系統應能調節或整合整個系統所需之各項動作，諸如：加熱、冷卻、輔熱、灌水等等。
同時必須能發展一套控制方法以精確、合理之一致性與均勻之空間性獲得所期望之環境控制條件，並期能由此生產高品質之產品。

作物之基本需要為所有環控系統設計之基礎，是以作物本身之需求條件即可作為該作物在成長期間或其整個生命週期內所需之環境控制參數設定基準值。
如何設定則是一項相當大的挑戰。

環控的對象不僅包括空氣之溫、濕、光度及二氧化碳濃度，尚有土壤或其它生長介質之含水率，營養液之酸鹼值及電導度等。
前述各環境調節設備包括升／降溫，增／減濕，補光／遮蔭，二氧化碳產生，養液調製與循環等。
想控制的因子愈多、想控制的精度愈細微，則所需投資的金額也愈龐大，控制策略的複雜化導致研發成本的提高估且不計，光硬體上的投資也將相當可觀。
一個生產者在作業方面若要獲得良好的報酬或利潤，其產品或作物的數量及品質為重要之影響因素，其最初投資的固定成本更是需要考慮。
以目前的科技水準，若能不成本則任何環境皆能予以創造，但溫室產業不可能如此，目前常見者也僅數項環境控制參數可以作適當調節，如溫度（包括植物體附近的空氣、根部及葉部的溫度等）、濕度、光度（包括強度、光質及照射期長短）、大氣二氧化碳含量及水分。

(四)、

環境監控系統為諸多軟、硬體之組合，硬體包括感測器、傳輸線路、電腦介面卡、驅動器等；軟體則為串聯電腦模式與控制理論的監控策略。
如何整合軟、硬體以發展溫室環境適用的監控系統為決策者之一大挑戰。
溫室結構、覆蓋資材及環控硬體，或由國外引進、或由本土製造，其基本上的差異並不大；整個環境監控系統之成敗純粹視其監控軟體即環控策略是否能因地制宜且有效運作。

環控策略為整套環境監控系統之核心。
系統之硬體皆可由外購得，惟有軟體部份由於與栽培作物之種類、當地之天候、環控設施之層次、環境參數之感測等息息相關，是以一般建議環控策略應由溫室管理決策者制定。
愈是要予以彈性運用的溫室譬若栽培作物的常常更換，其環控策略愈是應該富於彈性。

一般而言，大部份環境控制之重點在於溫度參數一項為多。
以下簡單舉例說明溫室內的升降溫環控策略之規劃：某溫室配備有三種加熱系統分別為頂上（
Overhead Heating ）、 地底（ Floor Heating ）與桌面（Bench Heating
）加熱系統；可移動式蓄熱／遮蔭簾幕；三段式風機與蒸發冷卻系統。
針對不同之設定溫度，溫室環控策略可規劃為四階段增溫與五階段降溫策略（如圖
4-5所示）。
 各環控設施之驅動可用簡單的 ON/OFF開關或規劃使用其他如
PI, PD, PID 等控制理論； 至於各階段設定溫度之制定可設為定值或隨其他環境參數之值而改變，更可透過模式之演算而因時因境而異。
如圖
4-5所示，當溫度降至增溫設定點 1時，需啟動桌面加熱系統，若溫度持續降至增溫設定點
4，則所有的加熱與保溫設施均需啟動。
當溫度超過降溫設定點 1時，開啟25
%的風機，入風口也保持全開時之25 %開度。
當溫度持續增加，超過降溫設定點
3時，需開始遮蔭並維持50 %的風機於開啟狀態，入風口也保持全開時之50
%開度，當溫度持續增加，超過降溫設定點 5時，需保持遮蔭，風機與入風口皆需保持全開狀態，並需開始使用蒸發冷卻設備來降溫。
視蒸發冷卻系統之不同，此時需作的是打開噴霧機或開啟水牆系統之供水泵。

環境調節設備 環控(增溫)階段
環控(降溫)階段


圖 4-5 環控（增、降溫）策略示意圖



上例僅為針對一項環境參數（溫度）來策劃其相關硬體之運作。
一旦環控策略中加入更多的環境參數且各參數之相關硬體有所重疊之時，環控策略便會迅速地複雜化。
借助決策支援資訊系統之演算分析，人工智慧的邏輯推演，將能有助於化繁為簡制定出合宜之策略。


表 4-1 簡易複合環控策略範例

感測訊號比較
動作
光 

度無
上限

< 下限啟動遮蔭網

遮蔭網收回

溫

度光度>0 時 

（白天）
≧ 上限1 

≧ 上限2 

≧ 上限3 

＜ 下限1
啟動遮蔭網， 

啟動蒸發冷卻系統或加濕兼通風

或 加濕兼通風

啟動遮蔭網，通風

通風

加熱

光度=0 時 

（晚上）
≧ 上限4 

＜ 下限2
通風 

加熱
濕

度光度>0 時 

（白天）
≧ 上限1 

≧ 上限2 

≧ 上限3 

＜ 下限1
加熱，通風 

收回遮蔭網，通風

通風

加濕

光度=0 時

（晚上）
≧ 上限4 

＜ 下限2
通風 

加濕

表 4-1 所示為針對溫度、濕度及光度的複合環控策略，各設定點的決定需配合作物之生長情形與實際外界大氣之狀況，而非一成不變。
如表
4-1所示，光度有一上、下限之預設值，上下限之範圍為容許遮蔭網或開或關的裕度。
溫度與濕度之上、下限則又分日夜之別各有不同的預設值。

有些溫室為整套由國外引進，包括環境監控軟、硬體。
由於軟、硬體為設計給溫室專用，是以無整合之困難；一旦安裝完畢即可使用且使用上應不困難，如荷蘭的
PRIVA 系統。
 其缺點在價格昂貴，且售後服務很難貫徹執行，一旦監控系統故障，整套溫室系統即可能停擺；維修不易。
再者，其內建的環控策也有可能不能因應實際之所需，就算一時可行亦缺乏彈性，欲更改惟有央請原公司重新燒錄新的環控策略於IC之內一途，非常的受制於人。

有些溫室的環境監控硬體為國內各單位自行選購，再找專人或自行設計可在個人電腦上執行之軟體。
此系統比前者便宜且較具彈性，惟選擇合適監控程式設計人選可能不易，程式的規劃與寫作也費時耗工且同樣的受制於人缺乏足夠的彈性。

較合宜的方式似乎是由溫室管理決策者使用環境監控系統軟體來建立自己的監控策略。
如此則日後策略上有任何修正之必要也不需假手他人。
市面上有許多工業級的環境監控系統軟體，如
GENESIS, PARAGON 等；選擇適當者，一旦能熟悉使用方法，則監控軟體之製作與修改雖不是易如反掌，但也不遠矣。
較之以高階語言全盤寫作的監控軟體，此者不僅較具彈性且具高流通性，第三者可望在短時間內瞭解整個監控策略且進行修改，此為前述程式寫作方式創建監控軟體之監控系統望塵莫及之處。
如圖
4-6所示為使用 GENESIS圖控軟體所規劃之複合環控溫室。
圖中"????????"之處在軟體執行時會有數值顯示，且畫面左上角之區塊為各種溫度及二氧化碳濃度之曲線顯示區。
如圖
4-7所示為操作盤區，使用者只需至此畫面更改設定即可控制此溫室之環境。



圖 4-6 複合環控溫室示意圖



圖 4-7 複合環控溫室操作盤 



六、感測器

感測器的有無、精確度、準確度、耐久性、一致性等是決定某環境參數能否被正確量測的決定性因素，更影響涉及之環控系統是否能有效的運作。
以下簡單談談各環境參數涉及之各類感測器（依環境參數分類）。

(一

量測溫度之感測器可大分為兩類：電子機械式與電子式。
前者包括感測器本身及一控制開關；後者則以改變本身之電阻值或產生微小電壓或電流來代表量測得的溫度。
是以若選用後者，則仍需配以一硬件以接收訊號並執行開關動作。
電子機械式溫度感測器較常見且便宜，但精確度不高，誤差在±2.5℃，常見的有雙金屬片型（Bi-metallic strip,Thermostats)，波登管型（Bourdon
Tube）與流體（酒精或水銀）膨脹型(Fluid Expansion) 。
電子式溫度感測器之尺寸較小，較精確也較貴，誤差在±0.3
至±1.0 ℃間；常見的有熱偶線（Thermocouple），熱敏電阻(Thermister)，電阻式感溫器(Resistance
Temperature Detactor, RTD)及固態裝置（Solid-State Devices)。
熱偶線最為人們所熟知，在此略過。
熱敏電阻為利用半導體之電阻值（R）與本身溫度（T）成比例之關係所發展的感測器，其比例關係為
R = a × EXP(b/T) ，其中 a，b 為與材料相關之參數。
 RTD也依據相同之原理，惟其材質為某種金屬。
固態裝置會依本身之溫度高低產生對應大小的微小電壓或電流。
以上所提均屬接觸性溫度感測器。

輻射測溫學 (Radiation Pyrometry) 為不接觸物體即可量測該物體溫度的一門學問，是以輻射測溫器（ Radiation Pyrometer ）為非接觸性（遙測）溫度感測器，另有紅外線溫度感測器也屬之。
紅外線溫度感測器一般建議只應用在放射率（
Emissivity ）大於 0.5 的表面。
 紅外線測溫法（ Infrared Thermometry
）的基本原理在於可量測物體表面放射出來的能量與物體表面的溫度存在一比例關係。
電磁波光譜中波長由0.72至
100 公忽（或稱微米，micron，μm ）均屬紅外線的範圍，但對量測溫度有用的紅外線強度只有界於
0.72 至 20 公忽者才為有效。
波長長者，其能量小的幾乎量測不到。
物體表面溫度分別為
200 與 1000℃者其輻射出之紅外線之波長分佈曲線之波峰分別在 6.5
與 2.5 公忽，溫度愈高，其波長愈短，但能量愈大。

(二)、

傳統上相對濕度的量測皆是以量測乾、濕球溫度再利用濕氣圖或以公式計算間接求得。
濕球溫度的量測在執行上常常由於不能隨時保持棉絮於全濕狀態，是以一般誤差頗大，連帶影響相對濕度之計算值。

使用固態（ Solid State ）電子式濕度感測器為直接量測相對濕度的方法，由量測感測元件上電容或電感值即可求出相對濕度值，其誤差一般在±
3% 以內。

(三

作物的生長速率直接受光照射的影響，波長在 300 - 400nm的紫外光與
700 - 800 nm 的近紅外線（遠紅光）會影響作物的生化反應及其外觀。

在 400 - 700 nm的光線與光合作用有很密切的關係，此光帶的光稱為光合作用有效光（Photosynthetically
Active Radiation,簡稱 PAR）。
吾人有興趣的是 PAR 範圍內光子的數量而非
PAR 範圍內光之照度；是以較佳之測量應是量測光合作用光子通量密度（簡稱
PPFD)，此為單位時間內落到單位面積的平面上波長範圍在 400-700 nm
的光子的數量，其常用單位為μmol/(sec ㎡) 或μＥ/(sec ㎡)；使用的感測器為光量子感測器(Quantum
Sensor)。
照度感測器 (Photometric Sensor) 用來量可見光(380-780
nm)，使用單位為Lux (=lumen/㎡), 或燭光 (fc =lumen/ft2)
。
照度感測器一般並不在溫室中使用。

輻射感測器 (Pyranometer，或稱日射計， Solar meter) ， 可用以量測來自太陽與其它所有來自天空之輻射，其量測之波長範圍較廣，視廠牌不同，常見的有
400 -1100nm， 320-4200 nm 及 280-2800 nm ，其量測的為此波長範圍內的能量，單位為
W/ ㎡。
日射計之主要感測元件為熱電堆 (Thermopile) 或光電池（ Photo
Cell ）。
熱電堆由特殊之熱偶線堆積製成，藉溫差產生電壓差；準確度高，但非常昂貴；
Eppley 公司之Pyranometer 為典型之代表，其量測之波長範圍為 280-2800
nm 。
 光電池係藉光電效應引起之電流產生電場，以電流輸出；光電池之反應光譜為400-1100
nm ， LI-COR 公司之 Pyranometer為典型之代表。
以上三種感測器的誤差範圍一般在±
5%。

在業界與過去學術界發表的文獻中常可見到量測光合作用有效光或輻射能時使用照度的單位，譬若
Lux 或 kLux；儘管有轉換常數存在，可將Lux 轉換成μ mol/(sec ㎡)
或 W/㎡， 但此些轉換常數仍常被誤用。
需知此轉換值的導出視光源、光帶波長範圍與感測器量測範圍不同而異。
假設太陽光全光譜範圍內的所有能量為１，大氣層外可見光(380-780
nm)範圍內之能量所佔之比例為 47.29 %，PAR 範圍佔 38.15 %， 而 400-1100nm
佔 65.22%。
不同光帶範圍內之能量所佔之比例各不相同，且此比例僅適用於大氣層外之太陽光。

使用照度計所量得之 Lux 值除以 54 可得 400-700 nm 範圍內之光子數，單位為μ mol/(sec ㎡ ) ，將 Lux 值除以 36 可得 400-850 nm範圍內之光子數。
若量測之光源不是太陽光，則以上兩個轉換值便不適用，各種人工補助光源有各自不同的轉換常數。
由於植物行光合作用之速率與
PPFD 直接相關；又，溫室得自太陽之熱能以 W/ ㎡計算，再加上量測照明時使用的為照度單位，是以才有上述單位轉換上的困擾，使用者不可不慎。

(四)、

大氣中之二氧化碳提供植物光合作用之所需，在補助人工燈光的控制環境下若幾乎完全密閉或僅有微量的通風，則二氧化碳的不足是可預見的。
光線與二氧化碳在植物的光合作用中是相輔相成的，二者中任一不足都將限制整體光合作用之進行。
文獻中一般認為二氧化碳保持在
500-1000 ppm 為適宜之濃度， 若高達 3000ppm 將對人體有害。
由於地球溫室效應的惡質化，二氧化碳這第一號的溫室氣體並不被鼓勵使用，但若有自然的二氧化碳產生來源，譬若：酒廠酒精發酵過程，家禽家畜養殖場，堆肥處理（
Composting ）中心等，其自然產生的二氧化碳均可收集再予利用，不僅可提高產量且可保護環境。

欲瞭解植物光合作用之速率，空氣中之二氧化碳濃度是必需量測的；其一般使用的儀器為紅外線輻射吸收儀，其依照樣本中吸收到的輻射量產生毫伏特的電壓訊號，精確度可達± 1 ppm （在此， ppm為體積比， 1% ＝ 10000 ppm ）。

(五

植物栽培灌溉系統的控制常見者為直接搭配計時器以固定的動作頻率控制泵之運轉。
又，養液之流動速率及流動之時間也會改變根部之邊界流條件而影響氣體之交換。
流量高時會產生較小之邊界層，因而提高其氣體交換率。
充分的流量，可增加作物根部曝露於優氧營養液的時間，進而增加水與氣體之交換。
流量大小與水位高低採用簡易機械原理設計者即已相當好用，不一定非採電子式且透過數位控制來執行才可。
營養液之滲透壓力
( 與鹽分濃度成正比 ) 則可調節植物之水分攝取活動與其蒸散的能力。
為防止營養液流失或蒸散而減少，自動添加清水以補足其濃度是一種相當有價值的安全措施。

其他如液位不足、pH 值變化、電導度變化及環境異常之自動警報亦相當重要。

(六

水質之監測多採定期人工取樣方式，較複雜的控制系統則使用電腦監控方式，自動調節養液的濃度、供給頻率、流速、供量時間等。

水質之相關參數包括溫度、 酸鹼值（ pH ）、電導度（EC ）及溶氧（
DO ）等。

根部及營養液溫度直接影響水分之攝取與氣體交換情形。
如表 4-2所示為水在不同溫度下之飽和溶氧量，譬如：在
11 ℃時水的飽和溶氧量為 10.67 ppm，30 ℃時飽和溶氧量降至 7.53
ppm （在此，ppm為重量與體積之比，每升中有 1 毫克 = 1 mg/L = 1
ppm ）。
 本省夏季的平地地區，水耕栽培需特別注意養液的溫度，其主要原因在此。

表 4-2 所示的水之飽和溶氧量與溫度之關係，可用下列公式計算，量測值與計算值如圖
4-8 所示，迴歸之判定係數 R2 值在 0.999 以上。

DOs = a + b×Twater + c × Twater2
+ d × Twater3

其中， DOs: 飽和溶氧量（ppm）， Twater: 水溫 （℃）

a = 14.15873363， b = - 0.39372233

c = 0.007671163， d = - 0.000063861


表 4-2 水在不同溫度下之飽和溶氧量
水溫 

℃溶氧量

mg/L,ppm
水溫 

℃
溶氧量

mg/L,ppm
水溫 

℃
溶氧量

mg/L,ppm

0 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11
14.16

13.77

13.40

13.05

12.70

12.37

12.06

11.76

11.47

11.19

10.92

10.67
12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23
10.43

10.20

9.98

9.76

9.56

9.37

9.18

9.01

8.84

8.68

8.53

8.38
24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35
8.25

8.11

7.99

7.86

7.75

7.64

7.53

7.42

7.32

7.22

7.13

7.04


註：一大氣壓，空氣中含氧量為 20.95% 之情況

(七)、介質之 

無論是有土或無土栽培， 測定栽培介質的pH 值猶如測量人體的體溫一樣，可瞭解介質或人體是否正常。
pH
值最主要的作用為影響介質中營養元素的有效性，因此作物必須在合適的
pH 範圍的介質中，才能生長良好而不致造成養分的過多或缺乏現象。
一般土壤介質
pH 值 6.2 ∼ 6.8 或無土介質 5.4 ∼ 6.0 可適應大多數的花卉作物。
因為在此等
pH 範圍內，介質中養分的有效性最高。



圖 4-8 水中飽和溶氧量與水溫之關係

介質過酸或過鹼，亦即在不適
pH 值時，當然對植物生育有不良影響。
例如在
pH 低的介質，鈣、鎂含量少，作物亦呈鈣、鎂缺乏症狀，又因鋁從介質中大量溶出，會發生根系受傷現象，使很多營養要素吸收受阻；此外酸性介質下，鐵、錳、鋁等元素易與磷結合而使磷有效性降低，凡此均不利作物生長。
而在
pH 值高的介質下，亦造成鐵、錳、鋅、硼的缺乏，而且鹼性環境下，鈣、鎂活性高，會與鉀抵抗使鉀的吸收受阻，鈣、鎂也易與磷結合使磷的有效性降低；此外銨態氮在
pH 高時會化為氨氣而散逸。
因此在不適
pH 情況下，有必要調整改進以提高作物生產。

酸性介質可使用石灰質材或其他鹼性質材改進，例如石灰石（碳酸鈣）、生石灰（氧化鈣）、消石灰（氫氧化鈣）、苦土石灰（及白雲石，碳酸鎂鈣）、汐酸爐渣等。
鹼性介質可施用酸性質材，如硫磺粉、硫酸鋁等加以改進，但也應注意不宜過量施用。

常用測定 pH 值之方式大略有以下三種：試紙呈色反應法、試劑比色測定與玻璃電極法。
前兩種比色法測定結果均不夠精確，只能獲知土壤
pH 值的大概。
 而電極法則可以精確地讀取 pH數值，早期電極 pH 計（
pH Meter ）價格昂貴攜帶不便，只適合在實驗室使用。
近來以發展出多種攜帶型的簡易
pH 計操作簡便，價格合理，精確程度雖不如實驗室機種，已足以在田間有效運用。
一般簡易攜帶型係採電極原理，其電極之先端有非常薄的玻璃膜，若保養不良將嚴重影響其準確度。

(八)、介質之 

介質中可溶性鹽類（ Soluble Salts ）越多，則介質溶液濃度越大，滲透壓越高，作物越難以吸收水分和養分，當濃度超過作物的忍受限度時，即對作物產生毒害，造成根部受損、地上部葉片萎凋、生產緩慢等症狀，此種現象稱為「鹽害」，早期多依含鹽百分率衡量土壤鹽害程度，然而此種方式易造成誤差，因為真正決定鹽害的因子為介質溶液濃度及甚產生的滲透壓，而含鹽百分率相同的土壤，其介質溶液濃度會隨鹽分種類和介質質地而有所差異。
因此科學家才發展出以「電導度」（
Electrical Conductivity，簡稱 EC ）直接表示可溶性鹽類存在於介質溶液中的濃度。
所以應用EC
值以表示介質的鹽度是最切合實際的。

介質 EC 值的測定原理是基於介質中電解質的濃度越高者，在特定水分含量下其導電性也越好，因此將電流通過兩電極間所產生的電阻之倒數（及導電度），可用來表示介質
EC 的強度。
電阻的單位為歐姆（ mho ）電阻的倒數，即導電度單位為姆歐（
ohm ），目前漸以 "S" （ Siemens ）代替 mho。
 實際製造測定
EC 的儀器，即 EC計（ EC meter ），是設計一支電極棒，內含兩片等面積的白金電板，置於 1.0x1.0x1.0 立方公分的小空間中，一旦電極棒上方通電，則浸置於介質溶液中的白金板會形成一電橋，電橋的強度即代表電導度（
EC ）的大小。
 單位以 mmho/cm 或 mS/cm 表示（註： 第一個"m"
為 milli 之意，代表 1/1000 ）。
 電導度（ EC ）之量測值受溫度影響頗大，一般在定溫（
25 ℃）下量測，否則需做溫度補償，使量測之訊號值與溶液中之總鹽濃度成正比。

EC 值的改變可能與作物對養份、水份之吸收有關， 也可能由於調整溶液酸鹼度造成，譬如過度使用磷酸容易造成鐵離子之欠缺；長期使用硫酸或鹽酸來降低溶液之鹼度也會造成硫酸根離子或氯離子之增加，而提高
EC 值。
 如前所言，EC 值代表的是全體鹽類的濃度，其並不能測知養液中那一種變多或減少，所以下一型的養液控制系統即應針對各元素作偵測，擇真正之所需來作適量供給。

表 4-3 所示為由 EC 之讀值判斷介質狀況之使用指南。


表 4-3 EC值判讀指南 
水質之惡劣程度無
中 等
嚴 重

電導度 EC 

mmhos/cm
0.75
0.75 ~ 3.0
3.0

總溶解值 

mg/l,ppm
480
480 ~ 1920
1920




七、複合環控策略

由於作物間對各種環境條件之反應極複雜，因此，溫室內生產之最大效益需藉助周延的複合環控裝置及控制策略方得以完全發揮。
如前述表
4-1 所示，針對多種環境因子的複合環控， 其控制策略的規劃並不複雜，屬簡易的邏輯控制，任何稍微瞭解溫室環控設施的工程人員皆應有能力獨立規劃出此類型的控制策略。
然而，真正所謂的『複合』除了包括多項環境調節設備的選擇之外，尚應包括對作物生長狀況與生長階段之認知。

作物生長模式即植基於前述作物生理與環境參數之關連性涵式。
視具備知識之齊備程度，作物生長模式可以是非常簡單也可以非常複雜。
複雜程度與模式之正確性及其功能並沒有絕對的關係。
譬若美國紐澤西州羅格斯大學生物資源工程學系所發展的單果串蕃茄生長模式即只依據作物所吸收的光通量（包括太陽光及人工補助燈光）與空氣溫度兩項一級參數。
此模式所預測的平均每株之果實粒數，平均粒重皆相當準確，其尚可預測何時開花、結果，並排定收穫時間。
作物生長模式一旦發展完成即可與實際操作中之環控策略相結合，將原只是回饋式（
Feed Back ）的環控策略進一步擴展為包含回饋與預授（Feed Back and
Feed Forward ）的環控策略。

使用電腦行環境控制有一個較不為人所注意，但也相當重要的就是其可確實記載各驅動器（
Actuator ）啟動之環境調節設備，譬若加熱器、風機，燈光、馬達等之累計操作時間。
此些資料將能有助於操作成本之計算，在管理上頗具參考價值。
不同的環控策略將導致不同的環控動作、操作時機與操作時間；其除了反應在操作成本外，亦將反應在作物的品質、一致性、成熟時機與產量；最終更是反應在銷售成績上。
此些資料的完整記錄除了可用來驗證生長模式之準確程度外，更提供生長模式修正之參考。
有了可信賴的作物生長模式，配合環控策略之制定，不同策略將造成不同環境，在環境中生長的作物其反應也不會相同、其間涉及的操作成本與回收也不會一樣。
這其中提供管理決策者一廣大的學習空間，更提供其面對未來多變局面的一有力工具。
針對各不同目標之各不同最適環控策略可從以上的學習中求得。



八、結語

溫室環控在全世界的應用已證實其為可行的技術。
本省欲有效發展溫室環控，技術上沒有問題，其成敗關鍵應是在經濟效益上之評估以及需充份瞭解其因地制宜的特性。
沒有任何一種溫室結構、資材是不擇地皆可用的，國外之最適不見得合用於本地，譬若ＰＥ塑膠膜添加紅外線阻隔層之目的在保溫，本省境內經常過熱常需降溫的溫室即不適合採用。
結構、資材如此，環控設備與策略亦然。
無目標地擴充硬體以嘗試錯誤法行溫室環控若不是無濟於事就是投資不菲，而終致投資抱酬低落，難以回收。
溫室產業界的農友不太可能有此裕度來嘗試錯誤，是以合理的作法應是從本省的天候狀況與各地區實際栽培之作物上著手，配合學理上之印證，瞭解各地區環控上之極限後再選擇適當之環控設備。
此類基礎研究應儘速完成，以為設計之參考。



九、參考文獻

方煒. 1994. 本省精密溫室環控極限與環控設備使用效率之探討.
八十三年度國科會專題研究計畫成果報告. NSC83 - 0409 - B- 002 -
094.

方煒. 1994. 「農業的第四選擇－植物工廠」. 台灣農業機械雜誌.第
9 卷第 1期: 1-6.

方煒. 1993. 溫室環境控制 ( 下 ). 台灣農業機械雜誌.
第８卷第 １期 : 5-7.

方煒. 1992. 溫室環境控制 ( 上 ). 台灣農業機械雜誌.
第７卷第６期 : 7-11.

方煒. 1992. 溫室決策支援資訊系統之介紹. 溫室感測技術研討會.台中農業試驗所，1992
年 9月 7,8,9 日，台中縣，台灣省.

黃泮宮. 1992. 花卉種苗生產自動化. 農業生產自動化特刊.第一輯
. 財團法人農業機械化發展中心.

豐年社. 1989. 設施園藝技術. 豐年叢書 HV#893.

Nelson, P.N. 1985. Greenhouse Operation and Management.
3rd ed. Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliffs, NJ.

Roberts, W.J., J.W. Bartok, Jr., E.E. Fabian, J.
Simpkins. 1985. Energy Conservation for Commercial Greenhouses.
NRAES-3.


[第三章][回到主畫面][第五章]
 

第六章、溫濕度控制之基礎理論
第六章、溫濕度控制之理論基礎
方煒台大農機系


一、前言

二、能量與質量守恆

三、濕空氣熱力特性

四、濕空氣熱力特性之應用

五、本省溫濕度氣象條件

六、結語

七、參考文獻


一、前言

溫室內溫度上升之程度除受進入溫室之光線入射量影響之外，溫室的通風程度、地面上作物生長情形等都直接相關。
當室溫一直上升，其對外之放熱（包括傳導、對流與輻射）也隨著加大，當放熱與陽光入射熱達到平衡，便達到升溫的極限。

談到溫、濕度控制，離不開能量與質量守恆兩大定律；談到溫、濕度控制，也離不開空氣與水。
含有水蒸氣的空氣稱之為濕空氣（moist
air）；有關濕空氣的各種關係在濕空氣熱力學（Psychrometrics ）中有詳細的探討。
本章之主題即在介紹濕空氣之各種熱力性質、其應用及相關之微電腦軟體。
最後簡單介紹本省的溫、濕度氣象條件。


二、能量與質量守恆

透過適當之軟、硬體來量測溫室內、外的環境參數值，並根據各參數之設定值來計算精確的各類驅動器之設定值，譬若：鍋爐或加熱器之設定溫度、風扇之開啟個數與轉數、窗戶開口之大小、噴霧裝置之噴嘴使用數量及流量等，就是所謂的溫、濕度控制。
精確且無矛盾的控制可保證作物於適宜的環境中生長。

溫、濕度控制系統的好壞取決於系統的設計，系統設計涉及諸多計算，一切計算則都由質量與能量守恆開始；此處之質量泛指水份、養料、氧氣、二氧化碳等。
溫室環境內之質量守恆可以下式簡單說明

進入系統之質量＝離開系統之質量＋儲存於作物內

新增之生理質量
(BioMass)

能量可透過太陽照射，熱輻射，熱傳導，熱對流，冷凝，或隨進入溫室之流體進入溫室或透過加熱器，熱交換器，輔助燈光等在溫室中產生。
能量也藉由反射太陽光線，熱輻射，熱傳導，熱對流，蒸發，空調，熱交換器或隨離開溫室之流體離開溫室。
儲存於系統之能量為正值則表示系統本身之能量增加，其對生物及環境之明顯效應為環境溫度及作物新陳代謝速率的增加。
能量守恆為熱力學第一定律，其公式如下：

進入系統之能量＝離開系統之能量＋儲存於系統之能量


三、濕空氣熱力特性

空氣為含有水蒸氣、氮、氧、二氧化碳與其它氣體的混合物，儘管水蒸氣含量通常小於
1%，空氣中水蒸氣含量的多寡影響該空氣的性質。
含有水蒸氣之空氣簡稱為濕空氣，不論是熱傳或質傳皆以濕空氣為主要媒介物，所以與濕空氣有關的一些基本原理為學習環控者之必修。

圖6-1 所示為常溫範圍的濕氣圖，圖上所列為相關的熱力特性，包括：

溫度：
乾球溫度、濕球溫度、露點溫度，單位為 ℃

濕度：
相對濕度，單位為 %

絕對濕度：
即濕度比，單位為 kg水蒸氣/kg 乾空氣

壓力：
大氣壓、蒸氣壓、飽和蒸氣壓，單位為 kPa 

密度：
比容的倒數，單位為 kg/m3

比容：
單位質量所含之體積，單位為 m3/kg

熱焓：
單位質量所含之能量，單位為 kJ/kg


在濕氣圖上若任意兩性質之值為已知，則其它的所有性質之值均可直接由圖上讀出。
作者曾發展濕空氣熱力特性計算軟體，有興趣之讀者可與作者聯絡。
相關計算公式可參考馮與方
(1986) 所發表之論文。



圖 6-1常溫範圍的濕氣圖



四、濕空氣熱力特性之應用

(一)間接加熱與除濕

空氣之濕度愈高，其內含之水蒸氣量也愈多，濕度比為空氣中之水蒸氣含量，間接加熱之後，空氣之濕度比不變，但由於較熱的空氣中較能 存放水蒸氣，所以在間接加熱之後，相對濕度值下降。

除濕之結果，空氣之乾球溫度不變，濕度比與絕對濕度下降，相對濕度亦隨之下降。


(二)水牆效率與離開水牆之空氣溫度

水牆是一種利用蒸發冷卻原理達降溫目的的設施，空氣通過有層水膜的水牆，水膜蒸發形成水蒸氣由空氣帶走，但蒸發所需的熱全部由空氣提供，所以空氣流經水牆可有降溫的效果。
空氣經過水牆之溫度降與離開水牆之空氣溫度可使用以下兩公式計算。

空氣經過水牆之溫度降＝水牆效率×濕球降

離開水牆之空氣溫度＝空氣溫度－水牆效率×濕球降

濕球降之定義為乾、濕球溫度差，假設外界空氣之乾球溫度為40℃，相對濕度為50 ，經查濕氣圖可知濕球溫度約為30℃，所以濕球降之值為10 ℃；又，假設水牆效率為80%，則

空氣經過水牆之溫度降
= 0.8 ×
10 = 8 ℃

離開水牆之空氣溫度= 40 - 0.8×10 = 32 ℃



(三)露點溫度與濕度比

空氣經間接冷卻，其乾球溫度降至開始有冷凝現象發生之溫度值稱為露點溫度。
濕氣圖上任意水平線上之所有點有相同的露點溫度與濕度比。
又，濕度比與濕空氣之蒸氣壓直接相關。


(四)蒸氣壓差 

蒸氣壓差的定義一般可分成兩類，包括空氣的蒸氣壓差與葉片與空氣間的蒸氣壓差。
前者又有兩種計算公式，合計三種，簡介如下：

空氣的蒸氣壓差
= 濕球溫度之蒸氣壓
- 乾球溫度之蒸氣壓

VPD' = Psat(Twb) － Pv(Tdb)

空氣的蒸氣壓差＝乾球溫度之飽和蒸氣壓－乾球溫度之蒸氣壓


VPD = Psat(Tdb) － Pv(Tdb)

葉片與空氣的蒸氣壓差=葉片氣孔內蒸氣壓－乾球溫度之蒸氣壓

FAVPD = Psat(Tlf) － Pv(Tdb)


其中：FAVPD: Foliage-Air-Vapor-Pressure-Deficit，Tlf: 葉溫


(五)植物體水逆境指標（CWSI）



圖6-2.CWSI示意圖

其中：FATD (Foliage-Air-Temperature-Difference): 葉溫－空氣溫度，℃

CWSI (Crop Water Stress Index) 

FAVPD (Foliage-Air-Vapor-Pressure-Deficit)




(六)人體不舒適指數（DI）


人體不舒適指數
= 0.99 ×Tdb + 0.36 ×Tdb + 41.5

摘自ASHRAE fundamentals

其中，Tdb為乾球溫度，Tdb
為露點溫度

人體不舒適指數＝70, 10% 的人會有不舒適的感覺

人體不舒適指數＝75, 50% 的人會有不舒適的感覺

人體不舒適指數≧80,所有人都會有不舒適的感覺


(七)溫濕度指標（THI）

溫濕度指標（THI）=Tdb + 0.36 * Tdp + 41.2

摘自ASAE standards,1988

其中，Tdb為乾球溫度，Tdp為露點溫度

註：溫濕度指標（THI）與人體不舒適指數（DI）之計算公式極為類似，其計算結果也幾乎相同。



五、本省溫濕度氣象條件

自民國75 年起，在農委會經費補助下，中央氣象局與農林廳合作建立台灣農業氣象觀測網，逐年在各試驗場所建立自動觀測一級或二級站，由各測站定期將氣象資料傳給中央氣象局彙總。
由近十一年來的氣象資料可得知本省平地地區的全年溫濕度狀況大致如下：

乾球溫度範圍在5 至40 ℃

相對濕度範圍在50 至100 %

濕球溫度範圍在5 至30 ℃

乾濕球溫差（濕球降）範圍在0 至10 ℃



合乎上述範圍的分佈機率值列於表6-2。
本表係使用方(1994) 所發展之微電腦軟體(Wea_Prob) 計算求得數據。
該軟體可自動擷取得自氣象局之溫、濕度逐時資料檔，做，得出各地區之乾、濕球溫度與濕度之機率分佈率分佈公式，所有資料均可採繪圖方式顯示。


表6-2 本省各主要地區溫、濕度分佈機率表Ⅰ

氣象局
乾球溫度
濕球溫度
相對濕度
濕球降

測站
5∼ 40℃
5∼ 30℃
50∼100%
0∼10℃

台北
花蓮
宜蘭
台南
高雄
嘉義
台中
台東
梧棲
阿里山
99.67 %
100.0 %
100.0 %
100.0 %
100.0 %
100.0 %
100.0 %
100.0 %
100.0 %
86.87 %
99.88 %
99.99 %
99.96 %
99.95 %
99.99 %
99.67 %
99.83 %
99.00 %
99.96 %
76.58 %
96.92 %
99.30 %
99.88 %
98.78 %
99.17 %
98.76 %
96.42 %
98.85 %
98.81 %
95.40 %
99.87 %
99.99 %
100.0 %
99.99 %
99.99 %
99.97 %
99.95 %
99.93 %
99.99 %
92.85 %


軟體中目前包括本省十個地區十一年來的逐時資料。
表6-3、6-4與6-5即為該軟體之計算與搜尋的結果。
吾人可由上列表格得出以下分析結果（僅以台南地區做說明）：

(1)、 大氣之乾球溫度超過  25、 27  與  30  ℃之機率分別為39.63%， 25.18% 與 7.97%，此些值分別代表一年中的 3471 小時（約 145 天）， 2206 小時（約 92 天）與 700 小時（約 29 天）。
若溫室或其它農舍之遮蔭與通風效果良好，則僅靠自然或強制通風方式便可維持室內空氣溫度與大氣溫度相差不大，則一年中需要使用水牆或其它蒸發冷卻方式來降溫之時機最多只有一個月；反之，若遮蔭不良且通風效果不佳，熱緊迫極容易造成，需要使用水牆或其它蒸發冷卻方式來降溫的時機增加，可能長達 3 個月或更多。
 此處所謂 1或 3 個月，並非指一年中的某一個月或某三個月， 而是指該系統實際操作時間的累計。

(2)、大氣之相對濕度超過  85% 與 90% 之機率約為  31.5% 與17%。
 此些值分別代表一年中的 2759 小時 ( 約 115 天 ) 與 1489小時（約 62 天）。
大氣之相對濕度愈高，水牆所能發揮之功效愈低。
在常溫範圍中，相對濕度為 85% 或 90% 時，乾濕球溫差不會超過2.5 或 1.5 ℃，水牆效率以 85% 計算，通過水牆之空氣溫度最多只比大氣溫度低 2.125 或 1.275 ℃。
在此高濕情況下的水牆幾乎未能發揮任何功效；若再加上考慮由於水牆的安裝而增加之靜壓降所造成通風量的減少，則此水牆系統在一年中幾乎有 2 ∼ 4 個月的時間是乏善可陳。
 由圖 6-2 可得知，高溫的夏季午後時分通常其濕度為較低，是以水牆法有其可用之處。
 表 6-3 所示乾燥與適宜之區塊下的高溫區 (T ≧ 27 ℃ ) 即為水牆之最佳使用時機， 此段時間約佔全年之 30 % （ 5.8 + 24.27)。
 高濕高溫期佔 3.72 % （約 13.5 天），此為水牆法無效之時段。



表 6-3 本省各主要地區溫、濕度分佈機率表Ⅱ

氣象局
測站乾球溫度
濕球溫度相對濕度

≦10℃> 25℃> 27℃> 30℃≧25℃≦70%≦75%≦85%≦90%
台北
花蓮
宜蘭
台南
高雄
嘉義
台中
台東
梧棲
阿里山3.20%
0.27%
2.14%
1.72%
0.38%
2.67%
2.72%
3.96%
3.02%
4.57%
31.32%
30.74%
26.77%
39.63%
46.08%
31.49%
32.81%
38.25%
31.51%
0.00%
20.23%
16.95%
15.83%
25.18%
28.84%
19.15%
20.55%
21.84%
19.27%
0.00%
8.50%
3.70%
4.85%
7.97%
7.54%
5.78%
6.99%
5.94%
5.90%
0.00%
24.60%
21.05%
24.45%
32.10%
34.44%
28.48%
21.63%
24.00%
25.72%
0.00%
26.69%
21.01%
11.32%
22.93%
26.61%
14.01%
28.22%
31.84%
22.70%
16.11%
39.00%
35.05%
19.63%
35.86%
43.06%
22.43%
41.06%
53.21%
36.80%
21.37%
69.07%
48.85%
48.85%
68.49%
81.25%
50.56%
71.81%
86.70%
73.91%
37.56%
83.25%
89.5%
68.50%
83.3%
94.1%
69.3%
85.5%
93.3%
89.1%
50.4%


(3)、大氣之濕球溫度超過
25 ℃之機率為32.1%，此值代表一年中的
2812 小時（約
117 天，約
4 個月）。
濕球溫度為噴霧方式的蒸發冷卻法的降溫極限，水牆法的降溫極限為空氣離開水牆之溫度，由於水牆效率不可能達
100%，所以其降溫極限應高於濕球溫度。

若水牆效率（β）為已知，則其降溫極限應為濕球溫度加上
(1- β
)乘上大氣之濕球降（
WBD ），如下式所示：

水牆系統之降溫極限
= 濕球溫度
+ (1- β)
x WBD

= 乾球溫度
- β
×WBD

由表
6-4 可同時得知濕球降在≦
3 ℃,
3 ∼
4 ℃與
4 ∼
5 ℃之機率值分別為
69.01%, 13.38% (82.39-69.01) 與
9.86%(92.25-82.39)，若β之值以
80% 計算，則水牆系統之降溫極限如下：

大氣之濕球溫度加 0.6℃或乾球溫度減 2.4℃ (當 WBD=3 ℃)

大氣之濕球溫度加 0.8℃或乾球溫度減 3.2℃ (當 WBD=4 ℃)

大氣之濕球溫度加 1.0℃或乾球溫度減 4.0℃ (當 WBD=5 ℃)

水牆系統可發揮最大功效者應屬
WBD > 5 ℃之範圍，以台南為例，此時機佔全年的
7.75 % (1-92.25%)，相當於
679 小時（約
28天）；
表
6-4 即依照此順序由上而下（阿里山地區除外，該地不需水牆降溫系統
)，一年中以台中地區之水牆系統可發揮之功效為最大，台北地區次之，花蓮與宜蘭地區之效果為最差。


表 6-4、本省各主要地區溫、濕度分佈機率表Ⅲ

氣象局
測站乾燥
適宜高濕
濕球降(WBD)

0% < RH<65%
65%≦RH≦85%
85%<RH≦100%
WBD=Tdb-Twb, ℃

in ℃
T < 27
T≧27
T <27
T≧27
T < 27
>T>≧27
WBD≦3
WBD≦4
WBD≦5

阿里山
台中
台北
台南
台東
高雄
嘉義
梧棲
花蓮
宜蘭
11.08
9.10
8.05
5.93
9.72
7.99
3.71
7.74
7.35
3.01
0.16
8.83
8.75
5.80
4.25
3.94
3.65
2.90
1.78
1.36
26.44
35.64
34.64
32.16
46.96
38.67
23.32
40.14
43.28
27.63
0.11
16.80
16.19
24.27
25.67
30.51
18.29
22.49
20.47
17.22
62.06
28.60
30.21
28.11
12.29
15.31
47.62
24.00
25.67
47.90
0.15
1.02
2.16
3.72
1.09
3.57
3.47
2.72
1.45
2.86
70.38
66.28
68.35
69.01
58.39
62.39
79.14
72.12
72.78
84.82
78.38
77.73
80.76
82.39
81.37
81.83
88.13
87.12
89.05
93.53
83.0
87.4
88.8
92.2
93.2
93.5
94.6
95.3
96.4
97.9
註：按照濕球降(WBD ≦
5 ℃)之機率值順序排列

表
6-5 所列為本省各地十一年中之最高日總平均氣溫與絕對最高氣溫，由查出之日期找出該日之氣象資料繪圖如圖
6-2 所示，以高雄地區為例，整日之濕球溫度均約
25 ℃，可知在該日，25
℃為蒸發冷卻法之降溫極限。


表6-5 本省各地十一年中之最高日總平均氣溫與絕對最高氣溫

氣象局測站北 緯
東 經
海拔，m
最高日總平均氣溫 （絕對最高氣溫）日期

台北25.02
121.30
5.5
32.60 ℃ （38.00）
1990/ 8/09 (1988/08/22)

花蓮23.59
121.36
16.1
30.52 ℃（34.60）
1981/08/22 (1981/09/03)

宜蘭24.46
121.45
7.4
31.03 ℃ （35.20）
1991/07/27 (1988/07/19)

台南23.00
120.12
13.8
31.98 ℃ （36.60）
1986/06/23 (1986/ 9/ 2)

高雄22.34
120.18
2.3
31.83 ℃ （37.10）
1989/ 7/21 (1983/ 7/16)

嘉義23.30
120.25
26.9
30.87 ℃ （35.70）
1983/ 7/ 2 (1987/ 7/12)

台中24.09
120.41
84.0
30.96 ℃ （37.10）
1983/ 7/ 2 (1990/ 8/26)

台東22.45
121.09
9.0
31.70 ℃ （39.60）
1983/ 5/30 (1988/ 5/ 7)

梧棲24.16
120.32
7.2
30.99 ℃ （35.00）
1986/ 7/ 7 (1984/ 8/29)

阿里山23.31
120.48
2413.4
17.96℃ （23.40）
1990/ 8/17 (1988/ 7/ 6)


資料來源：中央氣象局各測站十一年（1981-1991）之逐時資料

 

 
六、結語


濕空氣熱力特性的基礎理論允許吾人在規劃環控策略時有理論之依據，可將錯誤發生減至最少。
氣象資料允許吾人對溫室所在地的大氣狀況有一概括性的瞭解，更可讓吾人瞭解到溫、濕度控制的極限。
濕空氣熱力特性計算軟體提供吾人一有用之工具以進行環控系統之設計與評估。

 

 
七、參考文獻


馮丁樹、方煒，1986，個人電腦應用之三：空氣線圖之電腦模擬。
中國農業工程學報第
32 卷
第二期,
49-63。

方煒，1994，本省精密溫室環控極限與環控設備使用效率之探討。
八十三年度國科會專題研究計畫成果報告。
NSC83-0409-B-002-094。

方煒，1995 ，設施園藝工程與試驗課程教材，農業自動化科技教育改進計畫，台大農機系。


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第九章 灌溉與施肥之自動化

一、設施內灌溉之基本原則
二、設施內灌溉水量之決定
三、設施內灌溉方法與設備
四、設施內灌溉自動控制技術與設備
五、設施內施肥量決定
六、設施內之施肥方法與設備
七、設施施肥的自動控制技術與設備

一、設施內灌溉之基本原則
植物體之組成約有 90 ﹪為水分，而水分之作用主要供給蒸散作用的消秏，及細胞生長所需。
植物在其生長過程中，不斷地由根部吸收水分後輸送至各組織細胞中，如此提供了本身進行生化作用需要，但實際上植物生化作用所需的水分並不多，大部分的水分都經由植物體表之氣孔蒸散於大氣中，此過程即稱之為蒸散作用，而植物體也經由蒸散作用降低了本身之溫度與分散根部吸收的肥料。
蒸散作用的大小會隨著生長環境的不同而變化，如季節、日照溫度、風速、土壤(或基質)水分含量及作物之生育期等所影響。
若作物根部吸收的水量不足蒸散作用所需時，作物的生長發育便受極大的影響，會發生所謂的凋萎現象。
因此為避免凋萎現象的發生，灌溉作業即成為栽培管理的重要工作之一。
設施栽培的最大特色，就是栽培者可以利用設施並透過環境管理技術，使環境更適於作物的生長需要，從而控制產量、品質與調節產期；利用水分的管理，控制植株及產品的生長快慢和品質。
在設施內進行灌溉，原則上須根據設施的種類及構造、介質種類、作物種類、生育狀態、氣象條件、管理與栽培方法等之不同，訂定合理的灌溉計劃，以使栽培介質中水分的比例維持在適當的範圍，使其適於作物的生長。
並須確保設施內所供給的水量，時時能因應滿足所栽培作物的需要。
選擇設施內之灌溉方法與設備時，需考慮以下幾項原則：須具有多種不同作物的適用性。
須能維持空氣之相對濕度在合理的範圍。
須不妨害其他作業的進行，如施肥與病蟲害防治作業，且操作容易。
須考慮自動化發展的可能性。


一般而言，最適當之灌溉時期，是在植物剛剛顯現缺水現象時，若施灌太早往往是浪費水源。
而理想的灌溉方法是長時間小水量，且不論在什麼情況下，介質中都不能有自由水的存在。


二、設施內灌溉水量之決定

(一)、影響灌溉水量的因素

影響灌溉水量的因素有很多，可概括分為以下列三種：
土壤或介質條件－介質之體積、含水率、表面蒸發率等。
氣象條件－栽培季節之溫、濕度，光照強度等。
栽培條件－植株生長速度，蒸散量，植物種類、大小，栽培密度等。

(二)、相關名詞

土壤水分率：土壤中水分所佔容積對土壤全容積之百分比(%)。
24時間容水量：土壤達飽和狀態後，經24小時後之土壤含水量。
有效土層：在24時間容水量後尚具有減少水分能力之土壤。
限界土層：在有效土層中，水分狀態對作物生育、產量與品質有直接影響之土層。
生長阻害水分點：土壤之最低水分量，可確保作物能正常生育，有安定的產量及品質。
水分消耗比例：土壤含水量由24時間容水量到達生長阻害水分點時，限界土層內消耗的水量／有效土層內消耗的水量。

土壤水分率(或含水量)低時，表示土壤具有較大之水分負壓勢能，以當量水力頭
(Hydraulic head) 表示土壤水分負壓勢能時，因水頭之數值極大，常有－10,000cm甚至－100,000cm水柱高的情形，為了避免使用如此累贅的大數字，Schofield (1935) 建議改用pF(類似pH用作酸度標示法)。
他定義pF為負壓(張力或吸力，cm)水頭之對數值，即pF為3時之張力頭為1000cm水頭。
目前土壤水分狀態常以pF來表示，如24時間容水量、生長阻害水分點等。

(三)、灌水量之決定

必要灌水量(Ie，mm)可簡單的以下式來估計:

Ie＝D(Vmax－Vmin)/100..............................(1)

其中Vmax，Vmin為適當的土壤水分率(容量 %)上下限，D為有效土層(㎝)。
所謂必要灌水量乃有效土層中為維持作物生長所必需的水分量。
依作物對水分的利用觀點，土壤之水分可分類如圖
9-1 所示，其中24時間容水量到植物生長阻害水分點間為正常生育有效水分之範圍。



圖9-1 依作物水分利用點之土壤水分類（土壤物理性測定法，1972）

因此，一般定義(1)式中之Vmax為24時間容水量(fc，%)，Vmin為生長阻害水分點水量(ML，%)，則(1)式變為:

Ie＝D(fc－ML)/100..................................(2)

設施栽培中，當有效土層特別淺時，有效土層與限界土層幾乎相同，此時以(2)式計算即可。
若以限界土層(Ds，㎝)計算時，則須除以水分消耗比例(Cp，%)，以求得有效土層內消耗之水分量(必要灌水量)，如下式所示:
Ie＝Ds(fc-ML)/Cp...................................(3)

可經由土壤含水量測定來繪製土壤水分減少圖，並可用水分減少圖來判斷限界土層，依據根群分佈調查結果顯示，限界土層大略為主根群分佈區域，但其分佈並非完全一致。

灌溉至土壤必要灌水量時，經一定時間後，因水量消耗，必需再予以補充，此時所需的灌溉水量稱為一次純灌溉水量，而一次純灌溉水量再加上灌溉設備所損失的水量，稱為一次粗灌溉水量。
在設施栽培中，由於每日的灌溉時間固定，可視為灌溉期距不變，因此所需的灌溉水量可經由計算灌溉後至下次灌溉時所消耗之水量得到。

消耗水量之量測，可埋設張力計於限界土層中，讀取土壤的水分吸引壓，再根據不同作物栽培的水分量與水分吸引壓關係曲線(圖
9-2 )求得限界土層中之土壤含水量，灌溉後至下次灌溉時測得之土壤含水量差即為消耗水量。


圖
9-2 pF與土壤水分含量之關係圖




三、設施內灌溉方法與設備

(一)、灌溉方法之決定

設施栽培中，因作物種類及生育階段的不同灌溉方法有很多，選擇時需一併考慮作業條件，經濟條件與水利條件。


作業條件：包括植物種類、裁培方式、集團化、機械化程度與經營規模等。

經濟條件：考慮投資成本與維修費用等，計算是否合乎經濟效益。
水利條件：從水源限制、水量之平衡、組織配水容量及灌溉效率等方面，仔細酌量。

(二)、灌溉方法之種類與特徵

空中噴灑

(1)、噴霧法：常用於溫室中之繁殖工作，以增加濕度及溫度調節，促進發根及生長，此法主要用於花木栽種，蔬菜栽培中甚少採用此法。

地表或葉面灌溉法

(1)、噴管法：此法有定壓及變壓兩種，定壓型使用於蕃茄，胡瓜及其它瓜菜類的栽培床或有覆蓋下的灌溉。
變壓法則使用於要求栽培床橫斷面水量分佈均一之噴灌。

(2)、多孔管法：以低水壓供水，水由管壁小孔流出灑於介質上，一般使用於地面築床栽培。

(3)、噴嘴法：將噴嘴架設於植株上方，灌溉水經幫浦加壓後由噴嘴射出成細小水滴，施佈於全園之灌溉方法。
此法省工，可自動化，但水分蒸散量大，分佈之均勻度較差，植株表面易積水，並易滋生雜草。

(4)、滴灌法：給水管上裝上滴嘴，灌溉水經滴嘴以水滴型式進入介質。
若顧慮植株之近地葉片或部位會因潮濕而易發生莖腐病、菌核病、白絹病等病害時，可使用此法，此法之水利用效率甚高。

(5)、細管灌溉：一般應用於盆栽作物上。
給水管置於栽培床上，經由連接給水管之細管將水導出，以小支架固定於植盆內介質上。

(6)、移動床系統定點灌溉：將栽培床移動至作業區進行灌溉，此法之灌溉設備集中，溢流或滴落流出的水可回收過濾、消毒後重覆使用。

底面灌溉法

此種灌溉方法分為以下四種，常使用於植床的盆花生產上：

(1)、吸水物質法：於盆栽底下裝置吸水布條，布條一端垂入水中，布條可經因毛細管作用吸取水分。
此方法可避免盆栽內水分過多，減少過濕的危害性。

(2)、鋪墊利用法：栽培床上鋪砂、化纖或不織布等，當淺水流過，利用盆栽底面下鋪墊物吸收水分，此法於多量栽培時在同時間內有較均一的給水。
植床略微傾斜約1/100∼1/200，此有利水的流動分佈，鋪墊尾端向下垂落以利水排出，可避免鹽類累積。

(3)、凹槽法：植床底部中間利用凹槽提供水分，盆栽置於凹槽上吸水，水位的調整十分重要。

(4)、潮汐法：利用水分的間斷供給，使植株根部土壤有乾燥之時段，以有利於行作物之生長調節。
植床具傾斜角以利水分之排出，並可利用自動控制方法進行水分供給。
另此法之水供給為密閉循環系統，經適當之處理可循環使用。

地下灌溉法

在地表下 10㎝處(有效土層)埋設水管，於根群區域內直接給水。
亦可在土層較深處埋設多孔管，經土壤的毛細作用而可經常地補給水分到根群區域。


(三)、灌溉設備

隨著設施栽培自動化的發展，灌溉設備也朝自動化的方向發展，一般灌溉系統主要的灌溉器具有加壓水槽 (水源，意) 、抽水幫浦、壓力調節及定壓裝置、主給水管、支管
(並排方式) 、噴頭或滴灌器具等，分別說明如下:

蓄水池蓄水池的容量大小須視補充水源取得、設施經濟效益與灌溉水量而定，建造地點則宜選擇在供水方便、配管最短且不妨礙栽培作業之處。
假設蓄水池主幹線水路為24小時供水，在設施不用水時必須能儲蓄計畫用水量，若僅以灌溉水量來估計蓄水池之必要容積，可以下式計算:

V=10．Au．Du．(1-Tu/24).........................(4)
V :蓄水池有效容積（ｍ3）

Au:灌溉面積（ha）

Du:尖峰時粗用水量(mm/day)

Tu:尖峰時灌溉時間(hr)
另外可以使用流入蓄水池的流量來計算：

V=3.6(24-Tu)Qin.................................(5)

Qin: 流入蓄水池之流量(l/sec) 

蓄水池另可配備水量與水壓的感測與控制機構。

抽水幫浦
水源若未利用水位差或水塔供水時，必須以抽水幫浦為原動力。
抽水幫浦之種類與型式有很多，包括離心式、斜流式、軸流式等輪機式幫浦，往復式、旋轉式等排量式幫浦以及其它特殊型式幫浦。
幫浦之選擇必需依灌溉作業需求考量，配置適當與否會嚴重的影響抽水幫浦之效率，不良的配置可使效率從75﹪降至20﹪，直接影響灌溉成本。

多孔噴管
如圖
9-3 所示，於直徑約5cm之薄聚氯乙烯管上小孔以等間隔兩列或鋸齒型排列，直接鋪設於栽培床上或架設在50∼100cm的高度處。
此法之缺點為哉培床兩側部位水量較多，管正下方水量較少，可以線狀孔方式或變壓法改良此缺點。
灌溉過程中需注意監控管內之壓力變化，以防管路堵塞或損壞的問題。



圖 9-3 多孔噴管示例（植松）



圖 9-4 各種灌溉資材配管組織之示例（水之江，一部修正）

多孔管

於硬質塑膠管兩側開孔，採低壓方式灌溉，配管原則上如圖
9-4 所示。
此法具耐久性、適於大面積灌溉使用。

噴頭灌水

大多採硬質塑膠噴頭(表
9-1 )，全圓型噴頭適於葉面灌水，水滴飛散距離大，供水壓力約2∼3kg/m2，出水量約2∼9.3
l/min，此法同時可用以維持設施內的空氣濕度。
半圓型噴頭常安裝於栽培床兩側，針對葉面下灌水或基質灌水，供水壓力約2∼3kg/m2，出水量2∼3
l/min。
二方向型與線型噴頭易於控制噴射角度，主要用於地表灌水。
線型噴頭則適用於植物栽培密度高的情形下。
半圓型噴灌分佈較全圓型佳。

表
9-1 各種小噴頭的類型

滴灌器具

一般以直徑0.5mm∼1.0mm之小孔，開於細塑膠水管上或相連接的滴嘴上，以0.2∼0.5kg/cm2的低壓送水，經小孔慢慢流出進行灌溉，盆栽時則以單一盆為單位用極細的塑膠水管以點滴狀進行灌溉，如圖
9-5 所示為雙層式滴水管，滴管呈雙重構造，由內側塑膠水管小孔流出的水，經由外側塑膠水管的小孔流出至灌溉區。
另一種方式的塑膠水管僅有一部分為雙重構造，在直徑約13mm的主管平行方向設有副管，主副管斷面積比約5：1。
副管的外側等距離開設0.5mm孔徑的小圓孔，主管上小圓孔的孔徑亦為0.5mm但孔數較少，與副管的孔數成一定的比例關係，副管上每小孔的流量約0.07∼0.15
l／min。
若將滴灌法作為噴灌法之補助灌水，在50
m長之水管灌溉區內可將水量不均勻情形降至數百分之一以下。
滴嘴之使用最好置於根群區域的中央位置，使用滴灌法時土表蒸發量減少，設施內較為乾燥，節省灌溉水量為其優點，但配管方法須十分注意，以避免水壓落差大，以致出水不均、零件漏水、脫落、斷裂等缺失，並需注意水質處理，以免引起滴嘴之阻塞現象。



圖 9-5 滴灌用資材之示例



圖 9-6 底面給水栽培床之示例

底面給水

如圖 9-6 所示為底面給水床的範例，經由毛細管作用水經盆底往上吸引至盆內。
此法常用於細粒種子播種時，可避免沖失土壤(介質)或種子。
此法亦可配合施用液肥，但需注意避免上流之肥料由於優先吸上，以致造成部份植物突長的現象。
另若經常使用此法，會有肥料成分集於土表而造成鹽害的問題，同時也容易造成濕度過高的不利現象。





四、設施內灌溉自動控制技術與設備

灌溉作業為頻繁且單調的作業，即使專人管理亦難以精確地進行，尤其在人工缺乏的環境下情形更為嚴重，因此灌溉作業朝自動化發展有其必要性。
灌溉作業的自動化型式可分為消極與積極二種，消極的管理完全依據設定條件，並以時間控制作業的進行，設備成本低，維護操作容易，此方法可節省不少勞力，惟若溫室內有各種作物，且作物之灌溉作業特性不同時，此方法必須謹慎使用。
另此法並未確實掌握農作物的水分量，無法做最完善的水分管理。
若能確實掌握作物的生長狀況及與消耗水量有密切關係的氣象環境與土壤條件，可採用積極的方式自動判別灌溉期距與灌溉水量。

(一)、灌溉期距與灌溉水量控制技術與設備

依灌溉自動化進行方式的不同，可分為灌溉水量自動調整型與灌溉期距自動調整型兩種，其中灌溉水量自動調整型之灌水期距與次數採事先設定值，灌溉水量則以日照量進行修正。
灌水期距自動調整型則根據日射量與水分蒸散量的資料來進行推定並自動調整，灌水次數可依需要變化。
二種型式之灌溉作業的開始條件皆根據累積日射能或土壤水分之量測，同時並用以控制灌溉的結束時刻。
因此土壤水份量測與氣象環境量測技術和設備為灌溉自動化的基礎，說明如下：

土壤水分量測法

計測土壤水分常使用水分張力計或熱傳式土壤水分計。
水分張力計為將土壤水分張力壓變換成電信訊號的儀器，可分為磁管壓力直接變換法、利用光電或差作用線圈(Different
coil)將反應水分差的水銀柱昇降位差轉變化成電信訊號法，與利用測定水銀柱重量變化轉換法等。
熱傳導式土壤水分計所使用之測溫熱阻體或電偶，會因土壤水分含量的不同而有不同的熱傳導係數，依此利用量測其溫度差即可求出土壤水分量。

計測出土壤水分之變動後，可以經由反饋系統來控制適當的灌溉開始時間與停止時間，此裝置之作業控制流程如圖
9-7 所示，當介質中之水分量降至設定的水量以下時，電路就啟動幫浦進行自動灌溉作業。
此法常僅用來控制開始灌溉時刻，灌溉時間長短可以1次粗灌溉水量除以灌器具之出水量來估計並以定時器來操作。

氣象環境量測法

自動灌溉系統常利用噴霧法直接量測空氣的溫濕度或使用蒸發散比之灌溉警報器等偵測氣象環境資訊。
使用灌溉警報器之自動灌溉設備，乃以變壓器偵測溫室之蒸發計吸水位變化，當水位達到預設作業開始條件值時即發出訊號，啟動灌溉系統。
其中蒸發計之細管連接於灌溉管路中，於灌溉作業時同時吸入水分至蒸發計中，在蒸發計之水位回復到原來位置時，即自動停止灌溉。
蒸發計之細管與微量調整閥連結再接至灌溉水管，並根據灌溉系統之出水量控制回注蒸發計之水量。
基本作業之控制流程圖如圖
9-8 所示，此法為灌溉期距自動調整型。
一般設施常於每日固定時刻進行灌溉，則需使用灌溉水量自動調整型，此型之應灌溉水量可經由計測上次灌溉結束時到下次灌溉時刻開始間之土壤水分消耗量而得。




圖 9-7 自動灌溉作業之控制流程
(二)、水量調節技術與設備

目前最普遍之灌溉作業自動控制技術著重在閥的開或關，此技術不論在表面漫灌、畦溝漫灌、噴灑灌溉、滴灌皆可採用。
以定時器進行作業啟止控制，用時間長短控制灌溉水量，此方法作業容易成本低且可有效地提昇水資源利用效益。
若能配合上述之土壤水分與氣象環境因子，在灌溉系統中增加能適當控制流量的調節裝置，將能達到更精密的灌溉作業控制。


圖 9-8 自動灌溉之組成

各種流量調節裝置及使用方式說明如下：


電磁閥
電磁閥常裝設於灌溉區間流入部，其開關用來操作灌溉作業開始及停止。
依灌溉計劃中預設之灌溉順序、灌溉時間等控制電磁閥動作。
電磁閥必須選擇易於保養者，材質上要對水、肥料、農藥品等具有良好耐蝕性，安裝時須注意不可浸水，系統中安裝多個電磁閥時必須並聯使用如圖
9-9(a)。

自動定水量閥
在灌溉區間的流入部設置自動定水量閥，當灌溉開始時自動定水量閥內之量水器即啟動，達到設定的水量後閥即自動關閉，再打開下一個閥，灌溉下個區間，此設備不需使用電力，安罝費用較便宜，但灌溉水量調整必須於灌溉開始前針對所有的自動閥以手動方式進行，無法於管理處所以指令方式來變更灌溉時間、灌溉順序為其缺點，其設置方式如圖9-9(b)。

自動切換閥
自動切換閥設置於灌溉區間的流入部，可以不同的水壓遙控操作各閥的啟止，由於不必使用電力，設置費用較便宜，但輸水管路中若水壓產生變化過大時，管路會發生故障。
自動切換閥必須串聯使用，設置方式如圖
9-9(c)。

自動轉換閥
自動轉換閥設置於主管未端，每個轉換閥有４∼６個給水口連接至各個灌溉區間。
給水口之開關控制方式與自動切換閥相似。
可以遙控操作輸水的開始與停止，可使用定時器做自動控制，使用甚為簡便，每一個閥所控制灌溉區間數目受限於給水口數目的多寡。
設置方式如圖
9-9(d)。
各種注閥規格如表
9-2。





圖
9-9 閥之裝設位置（日本農林省構造改善局，1976）



表
9-2 各種閥之規格


電磁閥 
定水量自動閥 
自動切換閥 
自動轉換閥 

形式 口徑 接續 流體壓力 流體溫度 電壓 裝置方法操作水量調節
Pilot dospHragm e Pilot cylinder piston 20~30mm 螺絲 凸緣 0.2~15 0.5~60℃ DC12,24V AC100,200V 水平 電動(可手動) 
38~250mm 螺絲 凸緣 至10kg/cm2 0.5~60℃ 水平 手動 
40~65mm 20kg/cm2 60℃以下 
DiapHragm type Piston 25~38mm 20~100mm (動作壓力) (動作壓力) 0.7kg/cm2 2kg/cm2 40~400l/min 25~1400l/min 




五、設施內施肥量決定

(一)、施肥必要量

作物對無機成分的吸收量與土壤中可給態無機成分量之間的關係如圖
9-10 所示，當土壤中有效濃度低時，隨著有效濃度的增加，作物的吸收量快速的增加，但若有效濃度持續增加吸收量將次遞減緩，最後甚至會造成妨害作物生育與吸收量遞減的情況，此即為一般所謂的吸收量遞減法則。

各種無機成分之作物吸收量(Ab)，施肥成分量(F)以及施肥以外的可給態成分量(Ns)的關係式如下:
Ab＝k1F＋k2Ns...................................(5)
在吸收量遞減範圍以外k1,k2可視為定值。

F＝Ab(1－w)/k1.................................(6)

其中 w＝k2．Ns/Ab



圖 9-10 土壤中有效濃度與作物吸收量、品質和環境負荷之關係

w為露地栽培時之天然供給率,k1為肥料利用率，視作物種類與土壤的反應而定。
露天栽培之施肥設計比較簡單，將此施肥必要量的概念運用於設施栽培中時，則需注意無機成分對水的溶解情況，作物高度連、輪作，前作施肥之殘存與累積等，這些都易造成吸收量遞減狀態的增加，但在大多數的場合，k1,k2可視為定值，此時(6)式的計算仍能有效。

（二）、土壤診斷與無機成分控制

土壤或介質中無機成分之累積以及特定成分的過剩現象必須加以避免，否則會引起各成分間之互相拮抗，造成土壤溶液之pH值發生變化，作物生理發生障害，微生物活動受阻，土壤水分滲透率下降，妨礙作物之水分吸收等問題，以致阻害作物生育，在設施栽培中，土壤或介質之酸度(鹽基)，鹽類濃度與無機成分之含量等，需特別加以注意。
土壤提供作物養分之能力，取決於下列四個因素:
(1)土壤中各種必需元素的含量

(2)必需元素的化合形式

(3)必需元素變成為對作物有效的過程

(4)土壤溶液及其pH值


(鋁、錳等)的活性化、有效養分不足以及硝酸合成的減退。
而pH值很高時，則有相當多的碳酸氫根離子(HCO3-)產生，此會妨害其它離子的正常吸收，且鐵、錳等元素在高pH值溶解不易。
一般作物之適合之pH值範圍如表 9-3 所示。


FONT SIZE=4 FACE="細明體">表 9-3 pH之適合範圍


pH作物種類 
5.0-6.5香蕉、馬鈴薯、西瓜、蘿蔔、冬瓜、山藥
5.5-7.0 胡瓜、番茄、茄子、草莓、茼蒿菜、鴨兒芹、小白菜、山東大白菜、白菜、甘藍、蕪菁、薑
6.0-7.5豌豆、蔥、洋香瓜、洋芹菜
6.5-8.0四季豆、菠菜、洋蔥、萵苣



圖 9-11 土壤pH值對植物利用養分的影響

土壤鹽類濃度（EC）
EC為栽培土壤的導電度值，EC高時，顯示可溶性鹽太多，作物於水分吸收時，根群週圍土壤水分上昇受阻易產生鹽害。
土壤水分之滲透壓（πS，Mpa)，導電度(ECS，mS/cm)與乾土之浸出液(土：水＝5：1)導電度(ECP，mS/cm)間之關係如下：
πS=0.036
ECS.....................................(7)

ECS=7.7 ECP.......................................(8)
此二式之精確度甚佳。
EC測定之主要目的在測定適合生育的土壤鹽類濃度，表 9-4 為一EC與 pH之總括判斷指標之舉例。
若欲得到較為精確的土壤溶液濃度調節，除了上述的EC測定值外，仍必需參照土壤的化學緩充能力、鹽基飽和度、灌水的多寡、施用肥料之溶解度與解離度等因素，同時須考慮施肥方法。




表 9-4 診斷蔬菜栽培土壤化學性之基準(關東東海土肥技連協)


土壤 
作物 
EC(1:5m ) 
pH(H2O) 
pH(KCL) 

火山灰土CEC30me以上 
果菜
葉菜
根菜0.3~0.9
0.2~0.7
0.2~0.7
6.0~6.5
6.0~6.5
5.5~6.5
5.5~6.0
5.5~6.0
5.0~6.0
火山灰土CEC30me以下 
果菜
葉菜
根菜0.3~0.8 0.2~0.6 0.2~0.6 
6.0~6.5
6.0~6.5
5.5~6.5
5.5~6.0
5.5~6.0
5.0~6.0
非火山灰砂質土 
果菜
葉菜
根菜
0.2~0.4
0.2~0.3
0.2~0.3
6.0~6.5
6.0~6.5
6.0~6.55.5~6.0 5.5~6.0 5.0~6.0 

非火山灰壤粘質土 
果菜
葉菜
根菜
0.3~0.7
0.2~0.5
0.2~0.5
6.0~6.5
6.0~6.5
5.5~6.55.5~6.0 5.5~6.0 5.0~6.0 

非火山灰重粘質土 
果菜
葉菜
根菜
0.1~0.5
0.1~0.5
0.1~0.5
6.0~6.5
6.0~6.5
6.0~6.55.5~6.0 5.5~6.0 5.5~6.0 

(三)、肥料用量計算

營養液的組成，一般以元素在溶液中所佔之百萬分比值(ppm)表示。
1公升溶液中含有的元素毫克值恰等於該元素佔此溶液之百萬分比值，即1ppm＝mg/l，此式在養液肥料濃度之運算上非常方便。
養液調配時，需依據配方選擇含有所需元素之肥料，依肥料中元素之重量百分比或原子數來計算配方中各元素濃度所需之肥料量。
實際計算時常以配置1000公升所需之肥料公克數為基礎，再視需要而增減。
栽培者可將栽培介值取樣委託農業研究單位進行營養元素含量分析，並參考植物生育過程出現的症狀判斷某元素的量是為缺乏或太多，做為施肥計劃時之參考資料。



六、設施內之施肥方法與設備

(一）、設施內之施肥方法

施肥依肥料的特性可分為兩種方式，磷或鈣肥常在作物種植時即施於土壤或介值中，因其溶解度較低，必須與介質混合較為有利。
由於太多的肥料會限制作物根的生長，故除鈣磷以及遲效性肥料以外的肥料，一般在種植前不施入栽培介質中。
作物於種植後，肥料的施用可分為乾施與液施兩種，不能完全溶於水的肥料需採乾施，乾施的肥料成分較低。
肥料溶解度超過0.1
g/ml者可採用液施方式，此時可利用灌溉系統施用，例如硝酸銨、尿素．．．等，液施之肥料成分較高。
以下分別依不同肥料說明其施用方法及注意事項。


化學肥料

利用設施栽培花卉施用化學肥料時，需特別注重施用的要領，必須依作物需要適時、適量、適法、適處地適合的肥料，例如常見的不施用情況，即長期施用過量的硫氨以致造成土壤酸化。
過份或不當之施用化學肥料，不但對作物生產及品質直接造成不良的影響，而且經攝食後也會間接地影響人體健康，注意平衡的施用化學肥料的觀念甚為重要。
作物吸收土壤正離子營養元素（如鉀、鈉、鎂、鈣及部份微量元素）相互間存在一個平衡比例關係，例如施用鉀肥可增加葉中鉀的含量，但往往會減少其他正離子的含量，例如如果土壤中有點缺鎂，再施用大量鉀肥時，會造成作物缺鎂的症狀發生，此現象稱為「離子對抗作用」。
一般設施栽培花卉採密集式耕種，常用的大量施肥，導致鹽類累積的現象影響整個作物的生長，因此化學肥料的施用量是值得關切的問題。

有機質肥料

對有機質含量較缺乏的土壤（小於２％），長久之計在施肥時需加強較不易分解的有機質材（如泥炭），才能逐年增進有機質含量。
但一般施用較易分解的有機質材，主要作用在分解及供應作物生長所需，此種施肥公式逐年能累積的有機質效果有限。
因此，在施用有機質肥料時必須兼顧易分解型及不易分解型的有機質調配，如此除了可供應適當的作物生長營養外，又可達到保養土壤的功效。

微生物肥料

施用微生物肥料最基本觀念是要與作物的根或種子有充分的接觸，如此才能發揮微生物接種劑的功效，若施用有機質分解菌時需與有機質接觸才能有效。
微生物肥料施入土壤中若能混合有機及無機營養物質或附著劑（如泥炭），則效果能更快的發揮出來。
設施內栽培作物在育苗時可先接種有益菌，如此幼苗可自然地將有益菌帶至田中，甚為簡便。
接種劑的型態，可分為液劑及粉劑兩種，施用時大種子一般採用種子外包覆的方法，小種子（或小苗）則採用與土壤混合的施用方法。
有關微生物肥料的施用，則須注意水的使用問題，當接種劑與種子拌混或種子加水時，要把多於的水倒出，種子不可浸泡，以免傷及種子的發芽率。
另使用固氮接種劑，不可與氮肥混合使用，但磷鉀肥仍須於整地時以基肥方式施用，如仍需施用氮肥，可當做追肥，少量施用。



（二）、設施內之施肥設備

在灌溉系統設計上，需考慮兼顧施肥與病蟲害防治作業的使用情況。
目前之設施栽培普遍採行利用灌溉系統進行液肥施用，肥料隨灌溉水均勻分佈到作物的根群區域，且可利用自動化設備進行施肥藥的自動管制，不僅縮短了作業時間，且大幅地降低了生產成本。
利用灌溉系統施肥時須先將肥料溶解成高濃度母液，再利用注八器將母液注入灌溉系統之幹管中，於管中與水流混合成濃度適宜之營養液，施灌到作物根群區域。
增加施用液肥功能時必須附加灌溉系統設備如下:

養液桶

養液桶用來儲存高濃度母液。
由於含磷酸根肥料與含鈣肥料，在高濃度時若混合在一起將起化學反應，產生磷酸鈣之沉澱物，故至少系統需備有兩個以上養液桶供儲存母液。

肥料注入器

肥料注入器的型式有很多種，以土壤為栽培介質時，可應用文氏管(Venturi)原理抽吸養液於灌溉水中混合，或利用毛細現象以不同直徑和長度之細管控制流量以進行稀釋，雖然此二者控制精度不高，但因土壤具忍受20﹪濃度變化之緩衝能力，使用尚無問題，應用在無土栽培中則不適合。
無土栽培時可利用活塞式注入器，能治塞於每衝程中注入相同量的母液至水流中，故混合比例相當的穩定。
所使用注入器的數量與使用母液的數量相同，可採併列或前後安置。

利用灌溉系統進行施肥，必須先做水質測試與養液調配，施肥設備常因栽培方式與栽培介質的不同而有些許差異，例如水耕培中常使用營養膜法施肥。
施液肥的方式，可分為土壤(介質)施肥與葉面施肥兩種，土壤施肥可利用前述之灌溉設備，如噴管法、滴灌法、底面施肥法等，葉面施肥則可利用病蟲害防治設備進行，如索道式噴桿或機械手臂式噴藥車等。
在施肥或施藥後必需將設備清洗乾淨，以免產生因不同性質的藥液混合所引生的問題，施肥與施藥因粒徑大小與附著度要求不同，作業之壓力亦予以適當調整，以維持適當施用效率。
設施栽培中除了葉面與介質、土壤施肥外，尚有CO2施肥。

土壤或介質施養液系統範例

圖 9-12 為蛭石栽培床之施養液系統，液肥母液注入幫浦抽吸的灌溉水中，混合後送入給液管中，再施放土壤中，一般常採可精密控制土壤或介質中之養分濃度之滴灌法施行。



圖 9-12
蛭石栽培之施養液裝置


CO2施肥設備

設施栽培的主要特徵之一是空間較為密閉，在與外界未能充分進行換氣的情況下，夜間因作物與土壤微生物的呼吸作用常使得CO2濃度過高，白天則又因光合作用而使CO2濃度過低，若濃度降至100ppm以下時將使作物光合成作用驟減。
調節CO2濃度，在設施外環境氣象條件適合時可採用設施內外換氣方式進行，若氣象條件不適合時則必須採用CO2發生裝置來進行CO2調節，CO2發生裝置的種類，主要可分CO2為燃燒供給裝置與液體CO2利用裝置。

液體 CO2

將液體CO2置於鋼桶中，使用附有加熱器之減壓閥讓CO2氣化，再經風扇攪拌吹入溫室內。
或將液體CO2加壓送入半透性塑膠管中，使其慢慢擴散在溫室內。
此法可利用流量計與電磁閥裝置，調節流量，進行CO2濃度自動控制，且無有害氣體的產生，初期投資成本較便宜，若同時使用減壓閥，則尚可進行溫室降溫工作。

液化丙烷燃燒型

1kg之液化丙烷(C3H8)燃燒可產生3kg的CO2且約有12,200KCal的熱量產生(燈油約8000KCal)，對溫室有昇溫效果。
本裝置有調壓閥可調整燃燒量，雖較燈油燃燒型佳，但CO2的製造成本約為燈油的2倍，若於大型溫室使用則成本將愈高。
由於此法之CO2產生量較少，故通常在溫室內直接燃燒供給燃燒氣體，但若送風量不足時，會導致溫室內CO2濃度分佈不均，且燃燒氣中之有毒物質會局部形成高濃度，危害作物。
一般CO2之施用時間以日出為準，結束時刻以設施內溫度決定，設施內所須CO2的濃度則視作物種類、栽培型態與當日的天候而定。






七、設施施肥的自動控制技術與設備

(一)、施肥自動控制

設施內之施肥作業自動化雖可利用自動化灌溉系統來進行，但施肥作業的控制較灌溉作業的控制困難許多，主要關鍵在於土壤性質與作物生長狀態的自動感測較為困難。
對養液栽培系統而言，由於養液性質量測則較土壤容易且精確，目前有導電度（EC）、酸鹼度（pH）、溶氧量（DO)、離子（Ion)、溫度以及流量等感測器可資應用，其自動化作業較易推行，但對土壤栽培方式而言，一些重要性質如pH、EC、土壤中之無機成分元素含量等，大都缺乏精確的儀器可直接現場量測，一般須以取樣方式測定。
此方式不易進行自動化作業，在施肥自動控制技術的發展上，除直接控制方式外，可朝專家系統輔助施肥方向發展，專家系統的主要內容應包括資料庫建立、土壤診斷與施肥設計等。

資料庫的內容包括: 

成員資料：設施的種類、經營診斷、設計。
作物資料：作物種類、栽培形態。
肥料資料：肥料名稱、成分、價格。
土壤改良資材資料：有機質名稱，含有成分、價格。
作物種類條件資料：作物種類的標準堆肥、特定土壤改良資材、不可使用的土壤改良資材等。
改良基準值資料：作物種類的pH、EC等的上下限值、基準值與目標值。
施肥標準值資料作物種類適合的養分元素量、基肥量等。
施肥率資料：各種作物之施肥率記錄資料等。
完整的資料庫，再配合土壤性質的分析結果，可經由專家系統擬定施肥計劃書，根據計劃進行肥料中各成分的調配，並控制相關設備進行自動施肥作業。
有效地利用農業資訊系統為此種施肥方式的物色。
例如一部分的施肥設計支援系統，將根據土壤成份分析結果，採線上作業方式決定土壤肥份改良所須之肥料配方。

(二)、施肥自動化範例－養液滴灌系統

圖 9-13 為滴灌系統，配合肥料、藥物之注入混合系統，可進行全自動化養液式滴灌作業，此系統主要可分為作物區與控制室二部分：作物區內有良好之作物生長狀況與土壤特性感測系統，可偵測作物之根溫、土壤之酸鹼度及水潛勢（Water Potential)，此資料將供給控制系統做滴灌管理策略制定之用，作物區內有液體管路輸送系統，可輸送必要之養液與水分給作物，一般利用作物周圍之環境的溫濕度與日照能量感測器進行偵測，再控制滴灌作業的進行，未來的發展方向在利用感測器直接偵測作物之生理狀況進行作業控制，此將更符合作物之需要。
控制室內主要包括養液調整及電腦管理系統，水與養液調製混合系統之感測器，主要偵測項目包括酸鹼度（pH）、導電度、濃度與溶氧量。
由感測器傳回來的訊號，經過系統判斷不符合設定值時，即發出警示訊號並起動相關設備，進行調整作業。
養液控制系統的運作是根據感測值與設定值進行，控制注入泵（Injection Pump)、流量閥以使每種養液流入混合槽的量達到設定的標準，例如當酸鹼值太高，可自動加酸中和。
系統同時監控液量，養液進入混合槽後，系統自動加水稀釋，並起動攪拌機攪拌。
若導電度未符合設定值，則再繼續進行養液調整作業，如加清水，直至酸鹼計及導電度計所標示的值均與預設值相等，此時則停止攪拌。
配合水泵、流量控制模組與灌溉、施肥控制器，經由控制電磁閥的開關，可從事有選擇性的滴灌作業。
控制室之另一功能以電腦為中心，配合資料擷取系統，包括作物、環境與藥液之資料，依所用之專家系統進行資料分析，管理策略制定與執行。
在國外所使用的管理系統，有些已具智慧型功能，目前國內所使用之滴灌系統，大都不具此功能，原因並非是系統設備過於昂貴，主要為欠缺適合的作物生長資料與生長模式，國外模式於國內直接可引用的不多，因此目前國內較先進之系統仍以利用單晶片或可程式邏輯控制器（Programmable Logic Controller, PLC)進行控制為主。



圖 9-13 滴灌自動化系統配置圖

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第十章  設施內施藥作業自動化
第十章  設施內施藥作業自動化
盛中德興大農機系


一、設施內病害與蟲害防治理念

二、設施內病蟲害防治之方法

三、設施內病蟲害防治技術與設備



一、設施內病害與蟲害防治理念

利用設施栽培作物之目的，即在改變天候條件之限制，以提
升作物品質、調整產期及降低病蟲害威脅。
但病蟲害種類繁
多，利用設施改變作物生長環境，雖可抑制某些病害之發
生，但往往又創造出原屬於次要病害之適當生長條件，由於
栽培者對於每一種作物病害之發生習性與生態未能全盤掌
握，以致造成病害重覆輾轉發生，對作物品質之提升未能達
到預期的效果。

設施內有較外界穩定的環境，受不良天候的影響較低，植物有較佳生育條件，而通常此條件亦有利昆蟲生長。
密閉
式設施雖可阻絕害蟲於一時，但亦無法長期徹底避免害蟲的
侵入，設施內常終年栽植相近種類的植物，害蟲就會持續繁
衍而不虞食物缺乏，有些原本僅在某一季節出現的害蟲，四
季均會在設施內出現，形成設施栽培中特殊的蟲害問題。

設施內作物栽培時病蟲害的發生是必然的，在作物生產
過程中，除以物理性或生物性防制技術外，利用藥物進行病
蟲害防治工作一直是不可或缺的，由國內每年近５０億元的
農藥消耗量，應可想像在整個農業生產中病蟲害防治作業的
龐大。

病蟲害防治的理念在確保生產，因此植物保護必須為考
慮的重點，在以往人的保護與環境的維護普遍未受到應有的
重視，因此有關農藥使用後農民中毒、破壞生態環境的問題
至今仍時有所聞。
但隨著經濟的發達，有關人類生活權意識
的抬頭，環境保護觀念的覺醒，在病蟲害防治的理念上，已
從以往只考慮植物保護，演進為必須同時兼顧人與環境的保
護，而此處所謂的人包括了生產者與消費者。

在病蟲害防治中農藥的使用雖不可避免，但防治工作應先從病原體與害蟲的入侵防止以及設施內病蟲害的增殖抑制著手，並精確的判斷病蟲害是否流行，再施以農藥防治，如此才是符合經濟的防治理念。
農藥施用不宜過度頻繁或過量，以免造成病蟲生物產生抗藥性，使藥濟失去原有的效果，或造成害，對作物、人與環境產生危害，因而設施內病蟲害防治的另一重要理念即朝施藥自動化與適量化展。

在設施內栽培的作物，一般對生長環境的要求較嚴格，生產成本相對地較高，但這些成本往往可由作物的高經濟價值得到補償。
換言之，利用設施從事農業生產，即在提供一種人造的適合作物生長的環境，從事高價農作物生產。
不過即使利用設施從事生產，並不表示能完全避免病蟲害的發生，利用生物防治技術與農藥進行病蟲害防治工作仍有其必要性。

目前生物防治技術的範圍，尚只限於部份的病蟲害防治，全面性的病蟲害防治工作仍必須配合農藥的使用。
由於受作物特性、生長環境與栽培制度的影響，有關設施內病蟲害防治的施藥設備與方法與一般田區有所不同。

利用設施生產，其作物生長環境最大之特點為封閉性空間，在封閉空間內有利於自動化控制技術的施用，可提供作物最佳生長環境從事農業生產，在設施所概括的範圍內，除提供‘一適合作物生產的環境外（溫、濕度相當），並可隔絕或降低外在不利生長因素的影響；但這種封閉性環境特質，再施藥作業時對施藥者的危害持續延長，在設施內從事施藥工作要完全避免受農藥之侵襲，幾乎為不可能的事。
設施本身具有環境調節功能，雖然不同的設計與材質在環境調整程度上會有所不同，但目前國內利用設施生產的主要障礙為成本太高，環境控制尚無法完全達理想。
設施內施藥作業環境不良的問題非常地嚴重，為了保護施藥者的安全，往往要求穿著適當的防護設備，這些設備常使高溫高濕問題更形惡化。

設施為一種技術、資本密集式的生產，生產成本相當地
高，為盡量發揮生產功能，必須充分利用有限的空間，在規
劃生產時須充分利用表面直接從事農作物生產，儘量將設施
內作物以外的空間讓於機械做各式運轉，以設施的主體結構
連接成機械運行的通路，如此不但不防礙生產，更可進行機
械自動化作業的規劃。



二、設施內病蟲害防治之方法

(一)、病害的防治方法

１、病原體的入侵防止

擬定病原體、細菌及菌類等之侵入路徑的防止策略有其必
要，例如感染的種子必需經過熱處理或藥濟消毒，帶病植株與土
壤介質等避免進入設施內，因此必需先行隔離觀察，或更換土壤
計、介質或施用藥濟後再移入設施內。
灌溉用水流入設施前須經
處理以防止污染，設施結構、作業人員之衣服、手足需洗淨消
毒，使用紗窗避免帶原昆蟲的侵入，設施週邊淨化以免病原體飛
入。

２、設施內病害增殖抑制

帶病作物需及早除去，並考慮土壤傳染病毒及各種有機質的
施用情況，此對病害增殖抑制的影響很大，因此於定植前，土壤
應先經蒸氣或藥劑消毒，夏季時設施儘量保持密閉性並對栽培狀
態需有詳細的記錄，詳述如下：

(１)、栽培作物之健康與病害要能明確之診斷

植物之健康與病害之分際其實是一種主觀之分別與認定，對於生
物性病原引起之傳染性病害而言，病害與健康間之分野較為清
處，較容易把握防治時機。
但對於生理障礙等非傳染性病害，健
康與病害間之分際則較難以認定，因而影響防治時機之準確性。

且許多發生生理障礙之植株由於抗病力會逐漸降低，最後將導致
病原生物之感染而造成明顯的危害。
因此栽培者本身應對自己作
物之健康狀態及達到健康狀態所需之生長條件如肥料、水分之管
理均能有明確完整的掌握，如此當作物產生異狀之初期，才能適
時加以控制，避免進一步病害之發生。

(２)、栽培管理措施需有完整詳實之記錄

包括土壤調配、施肥、藥劑處理狀況等均需有詳實記錄管理措
施，以便於植物發生異常現象時即能根據記錄輔助進行判斷。
對
於栽培還境包括氣溫、相對濕度、雨量、雨期等及土壤狀況如pH 
值 、 EC值、有機質及微巨量元素含量、通氣性等亦應有完整的
掌握。

(３)、對所栽培作物可能發生之病害種類、發生生態、診斷原則
及防治要領等資訊應儘量收集，以掌控可能發生狀況。

(４)、所栽培作物全年中發生之病害種類、嚴重程度及品種品系
間感病性差異等應有完整之記錄，此記錄可配合栽培環境之記錄
形成一極具參考價值之全年病害消長資料，提供擬定有效病害管
理對策之根據。

３、設施內環境健全化

除濕是防止多濕性病害發生之最佳策略，另外設施內之環境
需經適當的控制，管理作業必需合理化等：
(１)、定期消毒栽培設施與器具

除了栽培土會遭受病菌污染而導致病害發生外，設施內常用之器
材如噴灌頭及管路等，以及植床、植架、走道等亦必需列入例行
之消毒清潔對象。

(２)、設施內衛生工作之確實執行

設施內發現可疑之有病植株應立即移出，植株以及其所用之土壤
應立即銷毀。
不可堆置於園內之棚架下或角落而形成重要污染來
源。
對於有些可以產生大量分生孢子的地上部真菌病害如灰黴
病、炭疽病等，亦不可丟棄殘體於設施附近，孢子仍可藉風雨傳
至設施內危害植株。
若發現有受傷枯死之葉片或枝條應儘速摘
除，如此將有顯著降低灰黴菌發生之效果。

(３)、避免葉部潮濕可防止葉部病害之發生

作物栽培技術中水分之供給是決定品質高低之重要環節。
但不當
的供水方式卻是導致病害發生之主要誘因。
病菌之侵入、繁殖與
傳播均需藉助適當的濕度才能完成。
尤其是許多真菌孢子之發芽
與侵入感染，通常需要在葉表有水膜之情況下才能完成。
因此栽
培者若能改善給水方式或促進設施內空氣對流，避免葉面水膜形
成時間太久則必能有效防止葉部病害包括細菌性軟腐病之發生。

(４)、老化植物與土壤之管理

當土壤介質中之營養組合、pH值、通氣性、保水性等物理環境之
自然劣變時，植物通常會漸漸處於逆境(under stress)生長狀
態，對於病害抵抗性也逐漸減弱。
可考慮更換介質以促進正常生
長或定期以輪作、浸水與休耕之方式來改善。

４、作物抵抗性的強化

包括遺傳對病蟲害的抵抗性，防止病原體感染的抵抗性，栽
培場地於感染後的增殖防止的抵抗性等，遺傳對病蟲害的抵抗性
主要受少數的主動遺傳因子支配，因此設施內作物選擇具有抵抗
性之品種將有助於抵抗性的強化。
不同作物種類對病害發生之抵
抗性常有差異。
甚至同一種作物之不同單株間之抵抗性也有不同，栽培者經多年栽培累積豐富之個人經驗後，可將具有抵抗性之
品種或單株加以擴大繁殖成一品系栽植，則對某些不易防治之病
害如細菌性、病毒性及土傳性病害之控制必有相當幫助。

５、農藥的利用

藥的使用為病害防治工作的最後手段，農藥的使用基準需從
藥劑的成分與散佈情形、栽培者的經驗累積、病害種類以及發病
時期來預測。
農藥使用需注意的事項列舉如下：
(１)、正確診斷後，對症下藥。
不濫用藥效不明藥劑，不任意提
高濃度，不隨意混合藥劑。

(２)、掌握施用時機。
有些病害在適合發病之環境出現後即需立
刻施用，否則當病害發生，病徵出現後再施用已無法壓制。

(３)、確定危害部位。
藥劑必需均勻且有效地達到危害部位才能
表現藥效。

(４)、避免長期連用同一有效藥劑。
應視病害發生潛勢之高低加
以規劃，輪流使用數種藥劑。
如此可避免刺激抗藥性病菌之發生。

(５)、注意施藥時之天候狀況，避免因過熱發生藥害或天雨沖刷
而失效。

(６)、注意藥劑之有效日期、使用及儲放方法以維持最佳效果。

(７)、藥劑施用後之裝置如噴頭、噴管及藥槽等須清潔處理，以
免不當藥劑之混合造成藥害或其他安全上之疏失。

(８)、對所有使用藥劑之種類、劑量及施用方法與日期應有完整
之記錄。

（二）、蟲害之防治方法

蟲害的防治因害蟲種類不同而有個別的具體防治方法，設施
內因冬作時的生育溫度保持，使得害蟲的發生有周年化的情形，另因風雨、天敵攻擊的機會減少、作物時常的密植與農藥的重複
使用等，使得蟲害的發生密度提高，根據上述之設施栽培特性，蟲害之防制方法可分為防止害蟲的侵入、設施內害蟲增殖抑制以
及農藥的利用等。

１、害蟲的侵入防止

害蟲常經由設施週邊的寄生植物上、換氣口以及人的出入口
侵入設施內，所以設施週圍的環境必需保持清淨，儘量避免香氣
濃烈的植物栽植與雜草的滋生。
注意勿把帶蟲的植株或種苗帶入
設施內，以免其傳染並擴大發展。
必要時可在換氣口設置防蟲網
、對種苗加以藥劑除蟲或利用紫外線除去被覆植株的害蟲等。

２、設施內增殖抑制

其方法有在作物栽植終了時將受寄生的植株與雜草完全除去，並將設施中之栽培設備等完全洗淨，或利用害蟲的天敵增殖釋
放於設施內等，另外土壤與介質的消毒對害蟲的增殖抑制亦很有
效果。

３、農藥的利用

適時適量的施用農藥才能達到防治害蟲的效果，設施栽培初
期散佈農藥，可使害蟲初發密度控制在期望的標準下，並隨著作
物的生育過程，施行莖葉的混合防治，以避免害蟲的卵與幼蟲、
成蟲等大量混合發生的情形，但在果實收穫的初期，必需加強限
制農藥的散佈使用，並須注意同一藥劑的連用將增加害蟲的抗藥
性等問題。



三、設施內病蟲害防治技術與設備

設施內病蟲害的發生，因栽培環境、栽培方式、作物種類、
抗病能力、設施環境與土壤性質等不同而有所差異，其中影響較
嚴重的環境因子包括：溫度、相對濕度、土壤濕度、土壤PH值與
肥力等。
本節主要針對設施內施藥設備進行探討。

由於施藥作業的要求首先為藥液微粒化，藥液微粒化必須配
合機械與器具的使用，現依藥液微粒化方式與施藥作業方式的差
異將設施內施藥機械歸納成下列六類：
(一)、噴溉噴藥

國內有些設施具有自動化噴灑設備，除可用於灑水灌溉外，另一大功能為降溫。
由於水與混合農藥均呈液狀，這套系統常同
時被用來進行自動化施藥作業，這種混合使用往往忽略了兩者作
業要求的不同，並不值得鼓勵進行。

(二)、手動噴嘴

這是施藥作業，由人手持噴嘴拖動藥管於設施內進行噴藥作
業，此種方式施藥者受藥侵襲之機會極大。
此外此種作業方式在
設施內必須保留作業者行走的通路，很多時候由於噴嘴作業的有
效距離有限，行走通路密度相對地高，如此對土地的消耗也大，形成有限作物栽培面積的浪費。
若利用活動床方式栽培可減少通
道的數目，如此可降低有效生產面積的消耗，但活動床的投資成
本增加。
另國內常用的背負式噴藥機械，其基本作業方式與此相
仿，唯設備較簡單，不需長藥管，作業壓力較低，藥液霧化品質
也較差，但施用極為方便，設備成本低。

(三)、煙霧噴槍

施藥作業的基本要求之一為霧化後的藥微粒儘可能地大小均
勻，作業後對作物的覆蓋必須完整，在室外進行施藥作業時，由
於擔心漂散，一般藥液不敢過度霧化，否則微小藥粒的漂散，不
但會造成農藥的無謂浪費，有時還會造成藥害問題。
但在設施內
進行噴藥作業時，由於是在密閉空間內，微粒漂散的現象不會發
生，作業的霧化程度可以提高，霧粒可較細。
煙霧噴槍的藥霧粒
平均粒徑為20∼50 μm，霧粒細且使用的藥稀釋倍數低，整體藥
液使用量較低，微小的藥霧粒由流動空氣送至作業區，但為確保
噴藥的完整覆蓋性，一般仍以人力背負式，或手推式於作業通道
上作業，作業距離則依所使用的送風空氣壓力而定。

(四)、噴桿式噴嘴

利用噴桿進行噴藥作業，一般藥液霧粒均勻，作業範圍大、
效率高。
與手持噴嘴式作業比較，若手持式要求作業有效距離遠，噴嘴藥液的流量必須大，霧粒粒徑亦大，如此霧化品質差，霧
粒均勻度不良，若改用噴桿式作業，在同一根管路中，有數個噴
嘴，每個噴嘴作業範圍固定，適當的藥液量與壓力，霧化後藥微
粒品質佳，每一個噴桿所能連接的噴嘴數可視藥液壓力、流量而
定。

噴桿的運動可利用設施內的自動運搬系統，噴桿作業的有效
寬度則視溫室的跨距與運搬系統的距離而定。
噴桿在大跨距溫室
內，長度可達12m。
噴桿噴藥作業一般使用普通藥液，以管路輸
送藥液，作業有效距離受設施結構的限制；可改以離心式噴頭，機體本身雖小，但依靠離心力作業有效範圍加大，又使用濃縮藥
液，藥液用量小，如此可部份減低噴桿噴藥的問題，運動方式與
噴桿型相類似。

(五)、煙霧機

設施內噴藥作業時飄散不會構成問題，因此對藥液霧滴粒徑
的要求越細越好。
一般單流式噴頭，藥液粒徑平均約為200μm，對設施內的噴藥作業而言太大了，若採用雙流式噴頭，平均粒徑
可降至20μm，霧滴越小懸漂在空氣中的時間越久，與作物接觸時
間相對地也延長且有效覆蓋面積增加，如此可強化施藥效果，煙
霧機即是利用此原理發展的。
將藥液利用雙流式噴嘴噴出，藥霧
粒懸漂在空氣中，受重力影響會下沈落於農產品之表面，一般上
葉面之覆蓋效果良好，為加強作業的覆蓋效果，可在噴嘴位置加
裝鼓風機，利用此增加藥液粒與作物的相對動量，提高噴藥作業
效能；設施內由溫度差所造成的自然對流亦是很重要的藥液分佈
力量，煙霧機由於所使用藥液霧粒非常細小，為使能發揮病蟲害
防治的作用，故須吏用ULV藥液，此種藥液由於毒性較強，一般
限制較嚴，此外施藥後，霧粒在空氣中漂浮的時間很久，24小時
內禁止進入，在進入前必先行通風以免傷及人體。

(六)、無人自動噴藥機

利用設施栽培作物須採事先規劃，規劃內容為空間的使用與
作物栽培方式、種類，規劃妥善之空間將有利於無人自動化施藥
作業的進行，如此可避免農藥對施藥者造成的傷害，設施內作物
一般可分成直立高型作物，如洋香瓜、蕃茄，與平舖矮型作物如
蘭花、金線蓮等，矮型作物對空間的阻隔性較差，可利用煙霧機
進行作業，高型作物對煙霧有阻隔作用，有效作業範圍會被侷限
在兩排作物之間。
因此煙霧機對高型作物效果有限，此可經由改
良煙霧機的運動功能而得到改善。
無人自動噴藥機行走於作物之
間，以畦溝控制行走，利用軌道進行換畦作業，系統內主要控制
功能有行走換向、換畦定位、噴藥啟始、終止與全系統控制。
利
用噴桿進行業，針對不同的作物可用不同的噴桿，一般噴嘴略微
朝上，採用朝上式噴藥，如此可增加葉背面的覆蓋效果，而當藥
液自上落下時亦能達到葉正面覆蓋的要求。
為增加藥粒的穿透
力，藥粒粒徑較大，系統用單流式噴頭，使用普通藥液，雖增加
了處理的藥液量，但在藥劑的選擇上彈性較大。



四、設施內病蟲害防治自動控制技術與方法

(一)、噴藥自動化之基本要求

１、無人化

這是對施藥者最佳的保護。
無人噴藥的實現，首先必須克服
機器行走的問題。
在困難的地形可採用不需行走的定置式管路噴
藥系統,在溫室內則可利用工業界普遍使用的室內自動行走技術。

２、適量化

噴藥作業的基本要求為適時、適地、適物與適量，也就是說
在該作業的時候噴藥，噴藥的地方要切中要點，所噴藥要符合作
物及所防治病害的要求，同時液滴顆粒大小須均勻適當，用藥量
要恰當適量。
在噴藥作業中若藥量使用不當，對作物而言過量用
藥會造成藥害，不足則蟲害防治成效不彰，影響收成，此外不當
的用藥易造成環境污染。
噴藥作業用藥量的管制，常以設施面積
大小、作物特性等為基準，目前依面積實施定量藥量的自動化控
制技術，對藥量的控制頗具成效。

噴藥自動化的內容，可依技術與作業方式的不同加以區分。

技術發展重在利用自動化技術進行運動與噴藥作業監控，常見之
己開發技術，只適用於噴藥系統的某一部分而己。
作業發展重在
利用已有的自動化噴藥技術，強化改進田間作業的效能。
各種不
同田區，依其本身作物特性，選擇己開發且適用的自動化技術加
以改良，在目前雖難以達全面自動化，但作業功能方面自動化的
機械與設備己相當普遍。
為全面達到無人化、適量化的境界，噴
藥自動化發展的方向在智慧型噴藥系統的實現，利用自動化的感
測技術、專家系統、控制系統與作業設備，進行最完善的病蟲害
防治作業。

(二)、噴藥自動化技術發展重點

噴藥作業在考量無人化與適量化的要求下，其自動化技術發
展的範圍主要包括下列項目：

１、自動化運動

將類似自動導引車（ＡＧＶ）的運動導引技術應用在施藥機
械上，以達到自動化運動的目的。
雖非所有自動導引車使用的自
動導引系統均可用在農業，但某些自動導引車的導引糸統確可應
用於農業，尤其是設施農業。
設施內之農業生產空間的利用經過
周詳的規劃，在設施內可利用軌道、索道、電纜等進行自動化運
動，在國內外己有不少實際的使用案例。
又作物生長各階段作業
要求不同，亦常引發以單一固定型式的自動化運動系統無法滿足
所有作業要求的困擾。

在設施栽培中利用自動化的管路灌溉系統進行施藥作業亦為
可行的方法，在系統內農藥經過管路輸送至整個設施栽培區域進
行作業，省時省力，但管路噴藥作業需較大的噴霧壓力以及耐腐
蝕、高壓之閥門與噴頭，且亦會影響噴霧效率。
此系統自動化程
度相當地高，但設備成本也高，適用於高價作物。

２、選擇式施藥

一般施藥機械作業時，用藥有效率相當低，而有效率低的主
要原因為作業方式不當，全面性地毯式的施藥方式有許多農藥是
施放於無作物的空間內，這種作業方式不但浪費農藥、增加生產
成本，同時也易造成環境的污染與生態的破壞，困此取代全面式
施藥的選擇式施藥一直為自動化施藥機械發展的重點。
所謂選擇
式施藥主要指施藥機對作物有自動偵測功能，施藥作業的進行，須配合作物的存在及有效範圍的掌握；換言之，即施藥機械具有
作物辨識與距離判定的功能。
目前國外以超音波(Ultrasonic wave)
辨識作物的選擇式施藥機械，可節省用藥達50﹪以上；利用雜草
與土壤顏色的差異，以影像技術區分的選擇式施藥機械，在澳洲
使用可節省用藥30﹪以上；另利用紅外線(Infrared Technology)
辨識植物存在的自動化系統，亦正在研發中。

３、流量與壓力控制

施藥作業的品質要求為均勻、完整、適量，這種作業品質的
要求在實際施藥作業中，常因操作人員的不同，而無法維持，用
藥量會因作業速度的過快而不足或過慢而過量。
為確保作業的品
質與用藥量的適當，藥量與藥壓的自動控制系統將依據設施栽培
中所計劃的最佳額定施藥量，以實際的作業行進速度控制流量與
壓力，控制作業的品質符合要求。

４、位置與方向控制

如何正確掌握噴嘴與作物兩者對應位置與方向，為確保作業
品質的一項重要工作。
若噴嘴過於接近作物，則作業區域範圍縮
小覆蓋將不完全，範圍內之作物會因藥量過多而生藥害，範圍外
則會因藥量不足而生病蟲害；若噴嘴與作物距離過遠，則會有作
業不均勻的問題，同時也增加了藥物漂散（Drift)於設施間的危
險；另若噴嘴的方向與作物有偏差，則將明顯地降低有效附著率
。
因此在施藥作業的自動化發展中，如何確實掌握噴嘴與作物間
相對應的位置與方向為重點項目之一。

單一噴嘴受作業寬度的限制而影響作業效率，大型化施藥機
械常在噴桿上裝設多個噴嘴，配合藥液的輸送管路，利用多噴嘴
進行大面積式作業，此種方式維持噴桿與作物的正確高度與距離，是為確保施藥品質的重要工作。
目前己有利用超音波式的噴桿
自動控制系統(參考圖 10-1 )，可同時維持噴桿與作物間的高度
與距離，此超音波式控制系統隨著作業寬度的增加、噴桿長度的
增長而愈顯重要。

５、殘藥回收

施藥系統如何在作業完後回收輸送管路內的殘藥，為一不可
忽視的重要自動化發展項目。
施藥系統中殘藥的回收不但可節省
用藥，可延長系統的使用壽命，更可避免任意棄置所引發的環境
污染問題。



圖10-1噴桿自動控制系統

６、藥滴大小控制

施藥作業對藥滴的要求為顆粒分佈均勻、大小一致；不要過
大的藥滴，會形藥斑，也不要過細的藥滴，因為會造成漂散現象，污染環境。
在實際作業中，液壓噴嘴所製造出來的藥滴，粒徑
分佈的範圍相當地大，有大有小，控制與回收這些過大或過小的
藥滴，當可大幅改善施藥的作業品質，當然回收的藥液可再重複
使用。
有關藥滴回收系統的開發，雖為施藥系統自動發展的重點，目前仍僅止於實驗室內。

７、物理性防治

目前雖仍以化學藥物的施用為主要的作物保護手段，但對環
境幾乎無任何危險性的物理性防治技術的比重正逐漸增加中。
所
謂物理性的防治技術，即為利用聲、光或力學的原理進行蟲害的
防除上成果較為凸顯，己有的自動捕蟲器，即是利用音波或顏色
誘殺害蟲。
現有不少科學家正從事各種有關害蟲對環境物理性認
知與反應的研究，這方面的研究將大大地有助於未來物理性病蟲
害防治技術的開發。

８、智慧型管理與控制

作物生產中病蟲害防治作業的施行，一般主要依據生產者對
環境與作物的認知採固定模式進行，這種病蟲害防治方式其實效
果不差，但許多生產者為確保防治工作的成功，作業時用藥常有
頻度過高或藥量過重的情形，為減少這種過度用藥的發生，可利
用智慧型的控制系統得到改善。
利用現代化的感測技術，確實偵
測作的生理狀況與蟲害程度，以專家系統進行分析，以最佳經濟
式取產量保護式，制定策略。
在國外己有作物生長狀況識別系統，此系統除可偵測並記錄作物的生長狀況與環境因子外，同時可
計算蟲的數目、估計蟲的密度，此系統確實提供了許多蟲害防治
策略制定的重要參數。
智慧型控制的發展，除自動化技術外，尚
需要有作業資料庫與管理策略，這些工作必須要有作物栽培或植
保人士的配合共同進行。

(三)、設施內噴藥自動化範例

１、索道式噴藥(Cable Spraying)

利用設施結構於作物上端架設索道供機械沿索道運動，用來進行
自動化噴藥系統，此即為索道式自動化噴藥系統（如圖 10-2 
）。
索道式噴藥作業控制，主要分為行走控制與噴藥作業控制，行走控制常由纜繩的拉動捲放著手，噴藥作業控制一般只作啟止
控制。
單一索道上單一噴頭，其作業範圍有限，為擴大作業效
能，常利用噴桿進行多噴嘴面積式作業，亦有利用多條索道者。

索道式噴藥依索道式之數量及架設方式，可分為單索、雙索以及
複式等類。
將桿式噴藥機構架設於索道上，以纜繩拉動噴藥桿運
動，藥液輸送管路配合捲動裝置沿索道架設，並利用極限開關進
行作業上自動啟止及換向工作，其它適合噴桿使用之噴藥及控制
機構，在此皆可使用，此機構並適合於設施內使用，架設成本
低，使用方便，自動化程度亦高，惟長距離使用時，要控制兩條
索道全程一致平行不容易，使用時受限制，若不靠考慮索道的下
垂問題，可採用單索懸掛式方式進行作業。



圖10-2索道式自動噴藥系統
２、機器人式噴藥車(Robotic Sprayer)

機械人式即無人自動噴藥車。
溫室內的生產採事先規劃，若
規劃妥善將有利無人自動化噴藥作業的發展，如此可避免農藥對
施藥者造成的傷害。
溫室內作物一般可分為直立高型作物，如洋
香瓜、番茄，與平舖矮型作物，如蘭花、金線蓮等。
矮型作物對
空間的阻隔性較小，可利用煙霧機進行作業，高型作物對煙霧有
阻隔作用，有效作業範圍會被局限在兩排作物的空間內，因此煙
霧機對高型作物施藥效果即受限，但此可經由改良煙霧機的運動
功能而得到改善。

針對高型作物可使用機械人式噴藥車，可自動行走於作物栽
培床間通道，進行施藥作業。
機械人式噴藥車之作業除機械本身
具有自動作業功能外，尚須配合作業區之規劃方能達到完全之自
動化。
此作業系統如圖 10-3，除自動噴藥車外，系統內須有能自
動啟止控制之藥液輸送設備，另設施須有適當之規劃，以導引車
子行進，在兩端須有作業範圍指標，為系統行動換向控制用，指
標的位置務必與栽培床間之通道確實配合。



圖10-3機器人式噴藥車作業系統圖

機械與系統之作業程序如圖 10-4。
作業之說明如下：自動噴
藥車往返於栽培床通道中，一次作業完成後，以自動搬運裝置將
噴藥自動移至下一個通道。
本噴藥作業系統是於枕地上裝設軌道
作定位自動搬運工作，作業中利用感應器與控制機構進行全自動
作業，可防止農藥直接傷害人體的弊病，亦無須擔心人力不足。

本系統自動噴藥車可於簡單畦溝中行走，若無畦溝可在設施通道
中以高五公分以上之橫木圍築而成。
採用前輪驅動對略為彎曲的
通道亦可正常作業。
本系統利用雙動力，以引擎與一般電力為主
要選用動力，可依據設施與狀況決定。


圖10-4機械人式噴藥車之作業程序圖

機械人式噴藥車主要之控制機構，如圖 10-5。
車體上共有四
組感測器進行下列控制工作：

(１)、運動方向轉換控制

指標設於設施一端的盡頭或換道完成後，做前進、後退、及
換向控制工作。

(２)、施藥啟止控制

可作來回雙程施藥，亦可作回程單程施藥，另在換道作業時
停止施藥，以減少不必要的藥液浪費。

(３)、系統作業結束控制

無人噴藥車在作業至最後一行完成後，系統全自動停止作業，完全可避免作業人員受藥液污染的危險。

(４)、全系統控制

正常運作中斷時，如施藥機械脫離系統，系統可經由搖控停
止作業，以進行必要之調整工作。

利用噴桿進行噴藥，針對不同之作物可用不同之噴桿，一般
噴嘴略為朝上，採用朝上式噴藥，可增加葉之背面覆蓋效果，而
當藥液自上落下時亦能達到葉正面覆蓋的要求。
在噴桿下方裝設
電池，利用重力方式控制噴桿方向，噴桿在作業時與地面保持垂
直，可避免在作業時，受地形不平整之影響，造成施藥不均勻，降低了作業品質。


圖10-5機器人式噴藥車控制機構