【媒體報導】科技輔助田間管理決策『灌水』和『沃肥』－許稻農一個智慧未來
- 分類 : 榮耀亮點
- 日期 : 2020-07-02
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稿源：2020-07-01/智慧農業
資料來源：國立中興大學農藝學系
水稻為台灣主要糧食作物且栽種面積廣泛，稻作產業之發展與產業經濟及民生消費息息相關。然而近年來因氣候變遷及極端氣候造成之農業災損問題日益嚴重，使作物生產栽培過程之風險增加，進而影響糧食供應鏈之穩定。除了氣候環境因素外，現今農業亦面臨農民平均年齡老化無法負荷過重勞力、農村人口嚴重外移及無法引入人力造成缺工嚴重等人力問題。農產業除了是高度受氣候環境影響的產業，亦是屬於勞力密集之產業，因此為了促使青農投入新農業，國立中興大學農藝系團隊利用科技輔助提高糧食生產過程中之田間管理效率，進而開發出稻作產業新模式。
目前台灣水稻產業機械化程度高，從育苗、整地、插秧、收穫、調製倉儲及包裝都有完整的設施，為一相對成熟的農產業。然而於水稻田間栽培管理目前依然由農民依前人之經驗累積傳承，判斷施肥、灌水、施藥的時間點與使用量，因此必須發展出一套稻作的智能化管理模式，藉由各項技術研發，導入智慧化設施，輔助農民於水稻栽培過程進行智能管理，降低產業生產脆弱性，進而優化產業環境，提高新農進入稻作產業之意願與信心。於田間導入相關智能感測裝置，包含田間水位計、土壤EC檢測器、水流量計算錶、田間氣象站及無人機等，同時發展人機協同的智慧工作環境，以因應農村勞動人口老化的勞力需求，並可透過行動裝置即時偵查田間現況 (圖1)。
水稻在灌溉及施肥管理上有句諺語「有收沒收在於灌，收多收少在於排」及「無肥難耕種，無糧難行兵」，表示水稻生產過程中水分及養分為重要栽培管理項目。國立中興大學農藝系於107年與行政院農業試驗所共同攜手合作，初步規劃早熟稉稻田間智能化栽培管理體系之建立，並於108年再加入台中及苗栗農業改良場兩個團隊，將試驗規模擴大為三個不同場域，建立並持續優化早熟、中晚熟稉稻及中晚熟秈稻田間智能化栽培管理體系。本研發團隊透過智能感測器之導入，包括田間微氣象站、水位計、遠端電子水表及土壤電導度計等多項智能設施裝置，即時傳輸田間各項參數至資料庫，藉由手機遠端監測田間環境及水位狀況，進一步控制灌水電磁閥開關，輔助水稻灌溉排水之田間管理，達到省時省工省力之目的。
於田間智能化水分管理結果呈現，早熟稉稻試驗田於107年第一、二期作以乾溼交替進行水分管理相較慣行栽培法可節省田間灌溉用水量達30.9%及49.8%。108年早熟、中晚熟稉稻及中晚熟秈稻三個不同場域試驗田之智能化水分管理，結果較傳統慣行栽培法則分別平均節省田間灌溉用水量高達37.6%、65.3%及57.4%。並於栽培期間進行水稻株高、葉齡、分蘗數、葉面積等生理性狀及產量調查，結果與慣行栽培並無顯著差異，顯示田間智能化水分管理既能達精準用水之目的又不影響水稻產量。智慧化設施讓農民在家也能巡田水，透過遠端電子水表計算總灌溉水量，除了可充分利用農業水資源外，更可作為水稻節水栽培推行之依據。
於田間智能化養分管理研發，由於傳統均透過人力到現地進行水稻生理性狀之調查，過程相當繁雜且耗時，現今因無人機結合空拍智慧影像分析及傳輸技術發展蓬勃，在農業上之應用研究與日俱增，可作為田間養分管理之新興輔助工具。本研發團隊於108年更加入國立中興大學土木系共同合作，透過無人機進行大面積空拍農田，同時於各養分差異處理小區進行植株高度、分蘗數、葉色SPAD數值、葉綠素含量及植體氮含量等生理性狀調查 (圖2)，藉由水稻田區影像分析並計算出植生指數、綠覆率及株高，將影像參數與水稻植體營養狀態生理參數進行相關性分析，所得之大量資訊進行整合並作為水稻栽培過程養分管理之決策依據。經由跨領域團隊之合作整合已研發出一套透過無人空拍機拍攝水稻葉片之影像分析結果，可相對應出水稻植體於最盛分蘗期之營養狀態，並進而提出穗肥施用推薦量之決策模式。
智能感測器的興起及大數據資料的收集分析，可增加田間及設施內水分及養分管理之即時性與便利性。未來稻作產業將可持續透過多項智慧化管理，獲得許多巨量數據，導入專家知識並輔以重要參數判別，加上AI深度學習建立出專家決策系統，以達到水稻田間智慧化栽培管理之目的 (圖3)。利用田間智能感測器及無人機來輔助農民管理田區，方便且新潮的科技輔助管理模式，期許提高青年投入農業的意願，許稻農一個智慧應用的未來。
▲研發團隊：國立中興大學農藝學系
聯絡人：楊靜瑩 教授
電話：04-22840777 ext. 608
E-mail：emiyang@dragon.nchu.edu.tw
圖1、智能感測器於田間應用模型圖，透過手機接收田間即時資訊
圖2、人員於水稻田間進行現地植株生理參數調查及空拍機進行植株影像拍攝
圖3、精準肥份管理專家決策概念模式圖