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2005年1月12日 作者:ctnyzn [返回]
作物生理传感与果菜栽培

温室环控自1980年代开始成为热门的研究主题。由于能源危机的影响,当时的环控技术着重于节省能源成本。在1990年代由于个人电脑的发达,结合传感器、控制设备与微处理机等,更成为现代温室环控的主流。环控作业的发展沿革依此说明如下: 

  1 .地上物气体环境控制:以传感器量测大气温度、相对湿度、日照量、风速与风向,温室内部温度、相对湿度、二氧化碳浓度等资料,藉由通风作业的天窗、侧窗、机械风扇等设备,蒸发冷却作业的湿帘与喷雾等设备,加温作业的热水管或热风机等设备,用以进行微气候调节。 
  2 .地下物根部环境控制:量测根部的含水量,EC与pH值,以灌溉次数、给水量与养液中水分、养分含量以调节根部环境。 
  3 .作物生长模式的结合:依植物生理学原理,推行各种作物生长模式:例如光合作用速率、蒸散作用速率等。以环境量测因子如温度、相对湿度、光量等数值代入这些生理公式以计算作物水分变化与于物重增加量等,并由此结合原来环控系统。 
  4 .作物生理直接量测:以作物本体为直接量测对象,包括作物重量变化、叶片温度、茎干、果实直径变化等。以此直接显示作物本体的生长状况。 
  国外商业生产用的温室环控系统,量测因子仍为温室内部微气候与作物根部环境。近年来作物本身生理状态开始成为研究的重点。在2003年3(2)期Fruit & Tech期刊有一篇关于生理感测应用于果菜生产管理的报导。国内花卉设施生产计划中为了能够终年使用设施,因此提出”冬花夏果”的口号。国外温室内部的果菜栽培己有多年经验,因此在此介绍新发展的技术以供国内相关人员参考。 
  在传统的温室环控技术中,以各种传感器收集各种微气候资料以做为控制作业的依据。微气候的感测因子包括温度、相对湿度与光量,控制的设备有通风、加温、遮荫、补光等机构。所有的商业化传感器例如温度计、光量计等,使用性能都己达到可靠、低成本等要求。根部环境的量测因子有含水量、EC值等,用以控制灌溉作业。近年来单一离子传感器(N、P、K浓度)也持续的研发与应用。在上述的量测与控制作业中,传感器所量测的对象为作物所处环境而不是作物本身状况。此种传统的方法对于温室环控作业虽然有用,但是对于作物本身仍是属于间接性的的环境调节,而不是基于作物本身真正需求。因此研究人员提出各种作物生长模式,建立作物本身生理状况与微气候环境的关系。例如作物光合作用与温室内部温度、光量的关系函数。蒸散作用与温室内部温度、相对湿度、日照量与风速的关系。光合作用模式可用以计算生长量,利用蒸散作用模式可以协助灌溉控制。但是作物生理活动除了环境因子也受到其他因子所影响。例如蒸散量其他影响因子包括作物生长时期、根系质量、叶面积、叶温与品种特性。上述因子如果未加考虑。仅有蒸散作用公式仍无法完全胜任灌溉控制作业。因此对于作物本身直接而且连续的量测才是最直接,也是最为有用的方法。 
作物本身监控系统必需具有如下特色: 
1.能够连续与自动化地监控与记录数据 
2.对于温室内部管理作业不造成干扰或妨碍 
3.需要的维护作业愈简单愈好 
4.能够量测整体植物的特性,而不是只针对单株植物 
5.能够提供其他监测技术所无法量测的资料 
   一个理想的作物监控系统能够同时量测10-15株植物。在温室内部要安装数套系统以比较不同区域对生长的影响,所有的量测数据自动传送到个人电脑,可用以呈现作物生长状况,也可用以进行环境控制。 
   加拿大农业研究中心对于果菜栽培发展完成一套作物监控系统。果菜在温室的内部栽培是以悬掛式为主。根部种植于介质袋内。果菜蔓藤沿着拉索爬升,而拉索固定于温室上方的横梁。横梁再悬掛于结构体下方。作物的重量由横梁承担,因此自横梁所承受拉力可计算作物本身的重量,基于此种栽培方式,加拿大研究人员利用负荷量测计(Load cells)用以量测作物本身重量与介质袋重量的连续变化(图一)。 

一、作物重量量测 

自温室结构悬掛两只S型负荷计(load cell)。一根金属横梁悬掛于负荷计下方,果菜拉索固定在横梁,因此重量传送至此横梁。由于果菜的重量几乎在上方(95%以上),根部所占重量比例不高,因此利用此方式可量测果菜絶大部份的重量。在作物成长后沿着拉索伸长,重量可以不断的量测。此方式对于蕃茄与小黄瓜十分有用,胡椒也可以适用。 

二、介质重量量测 

    在温室地面放置地磅式重量量测计,介质袋铺设于地磅上方。地磅长度通常为4公尺,可以放置2个以上的介质袋。地磅上方装设集水槽,可收集流出的灌溉水。 在使用此套重量量测系统时,温度计、EC计等传感器仍然持续使用,用以记录各项相关因子。 

    上述量测系统对于作物重量的量测时间间隔可以为每小时或每天,而影响作物重量主要有两大项: 

  1 .生长:重量因此增加。 

  2 .失水或吸水:重量因此减少或增加。 

    失水产生水应力(water stress),通常在正中午时发生。在补充水分后,作物因吸收水分而回复重量。在24小时的量测间隔中,可以看到作物生长,吸水与脱水的相互作用。以蕃茄而言,每日的重量增加可超过100g。上方重量的数据变化也可用以记录收获量,因此可用以比较温室内部不同区域的生长性能。叶部修剪量,侧枝与小果的修剪量都可以由重量量测数据加以显现。 

    底部重量量测显示介质袋的重量变化,因此可用以判别作物水分的吸收量、灌溉水量、水份自介质袋的排出量、与灌溉次数等。介质袋排出的水量由水槽收集后定期排出外界,排出量由这些重量数据可以确认。 

    因为果菜上部重量与底部重量可以连续量测技术,因此可提供栽培者如下的功能: 

  1 .栽培者对作物生长状况直接了解,使用这些知识可进行作物栽培管理。 

  2 .作物重量变化迅速时,栽培者可察觉作物生长的逆境,例如水量不足或是有病害发生。 

  3 .对温室内部各区域的作物生长状况可加以比较。也可以比较不同季节,不同年代、不同品种对产量的的影响。 

  4 .此种重量量测设备是沿用工业产品,因此成本低廉。 

  5 .此种系统也可使用于各种栽培系统,例如水培系统。 

  6 .此种系统并不妨碍原先的管理作业。 

    此项作物重量变化的数据可以用以验证原先各种的作物生理模式,也可结合传统微气候控制电脑。例如重量量测值如果低于原先预定设定值,微气候控制系统即可改变原来环境中温度、光量等因子设定值或灌溉设定值,用以提高作物成长速率。因此此种作物重量量测系统并不是取代原来环控系统,而是增强其原有的功能。



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