智慧農業產業發展
生物機電工程學系暨智慧農業研究中心主任 洪敏勝教授
隨著世界人口不斷的成長,全球均致力於提升農作物產量,以減少人口增加所帶來糧食不足的壓力。近年來氣候變遷所帶來的環境變動,包含極端天候的影響,以及農業作業現場人口老化與生產人力減少,種種因素迫使農業產量減少,同時引發糧食危機問題。為維持農作物產量及提升農作物品質,伴隨著科技的進步,各主要工業先進國家也逐漸投入人力與資金發展智慧農業生產技術。
我國農業在歷經密集人力、機械自動化生產等階段,雖然農作物的產能與品質均有所提升,但依據行政院農業委員會資料顯示,農地耕作面積並未相對提升,糧食自給率低於40%。其原因除農場規模小,多屬於小農家庭農場經營型態,耕作效率不易提升外,農民平均年齡偏高(約62歲),加上從事農業人數減少,農業人力需求不足。此外,環境氣候變遷劇烈,增加農業經營的風險,農作物產銷資訊不透明等因素,也讓有心投入農業就業市場的青農裹足不前。若可以將大數據、物聯網與AI技術整合自然資源、農機具效能、農地歷年狀況、農作物生產特性、農產品產銷等資訊,讓農民獲得農作物在種植、收穫到銷售等資訊,幫助農民更有效率地生產高品質及符合食安的農產品,如此不僅能發展出臺灣農產品的特色,也能推動臺灣農業往智慧農業邁進。
農業生產智慧化的發展範疇涵蓋農、林、漁、牧相關農產品生產過程,農業設施因其環境與空間已有一定的管理與控制,因此容易推動智慧農業技術。今年6月艾群校長帶領本校同仁及農委會、業界公司相關人員前往日本考察智慧農業技術,期許以日本產學技術作為借鏡,作為本校發展智慧農業技術的契機。
日本Tomato Park公司(誠和(Tomato Park)株式會社)溫室番茄農場於105年引進荷蘭專業生產溫室設備及技術生產番茄,該農場設施共5棟(150坪1棟,300坪4棟),各間溫室採用不同生長條件與技術,藉以進行研究並改進栽培技術。溫室中栽種的番茄平均產量1分地約50噸,其產量是傳統溫室的3倍多。溫室番茄農場所使用的番茄栽培方式採用可多年生之雙幹式栽培,並在每一株番茄介質插入肥水供應管線,在栽培支架下方導入CO2氣體。溫室中也安裝環境監測感測器,即時監控溫室的溫、濕度等參數,同時在溫室中裝置熱泵,用以提供溫室中不同位置的溫度差而產生熱對流(氣流)效應,配合夏季高溫期與冬季低溫期的氣候條件差異,利用溫室的氣流置換裝置達到溫室環境參數控制最佳化。
日本Hiro Farm公司溫室草莓觀光農場利用溫室栽培設施與智慧感測監控,建構草莓生產管理系統,除生產草莓外,同時也作為觀光農場,提供參觀與實作,培育設施智慧農業人才。日本夏季高溫不利草莓生產,為延長草莓產季,讓夏季時繼續生產草莓,草莓觀光農場採用溫室環境控制系統,於溫室中導入冷空氣,讓草莓生產期比一般傳統生產方式更加延長產季。為提供更佳的草莓生產品質,草莓生長所需的水養液導電率與pH值均以監控系統維持穩定值,栽種介質下方架設的管線導入,達到最佳化的生產條件。同時於草莓植株根部直接進行冷卻(或加溫)等溫度控制,促進花芽的分化與成長。溫室中架設波長440–450 nm以及630–660 nm不同波段的LED燈以增進植株進行光合作用,同時架設紫外光燈,夜間無人進出溫室時照射草莓植株,增強植株免疫力,避免病害發生。
以往農業生產與產出過程資訊互不流通(例如:生產區域、栽培管理系統、土壤地理資訊及水資源資訊等),整合農業生產相關資訊等軟體的建置,對於智慧農業技術的推動具有關鍵因素。日本農林水產省規劃並透過農研機構建置的農業資訊整合平台(WAGRI)於108年4月正式啟用,此平台是利用資通訊技術以及大數據的分析,將日本國內農業作業現場的環境參數、農作物資訊、農作物生產規劃所需的農機具數量與技術、管理方法等統計資料,全部匯集於WAGRI,提供全國農業從業人員作為農作物生產管理之參考依據。WAGRI收集的資料來源除來自於政府單位的資訊(例如:地理、氣候等),還包括農業從業人員提供給農業經營者(含IC技術相關公司)與農業作業者(含農業機械公司)的相關生產資料、使用的機具資料等,透過資料統計與大數據分析結果,整理出農業生產與產出過程中的環境資訊(包含地域性的土壤、氣候等)、作物生產資訊(包含地域性的種類與產量等)、產地與市場價格資訊(包含不同時期市場價格等),並針對產量不足或品質不佳的農作物生產提出解決方案。對於農產品生產者而言,加入WAGRI不僅可以獲得作物生產管理資訊,得知栽種時間、如何栽種才能有最佳產量與品質,獲得農產品銷售價格與銷售通路,取得最佳獲利。