國立中興大學農業暨自然資源學院--媒體報導-【媒體報導】溫室作物對抗熱障礙,從根溫管理下手

【媒體報導】溫室作物對抗熱障礙,從根溫管理下手

  • 分類 : 媒體報導
  • 日期 : 2022-01-22
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稿源:2022-01-20/微笑台灣/莊安華

果身通紅、果肉肥厚、果膠多的牛番茄,是漢堡、蔬菜沙拉、披薩、燉煮牛肉的重要食材,受到國人喜愛。但是來自溫帶的它,引進亞熱帶的臺灣後,成為冬季盛產作物。但是到了夏季,總是無法對抗高溫的生長障礙,導致產量不足,使得農民面對需求較高的夏季市場,只有鞭長莫及之嘆。

中興大學園藝學系副教授黃三光指出,臺灣氣候高溫多濕,容易引起番茄病蟲害,因此許多農民選擇在可調控環境的網室設施裡栽種牛番茄,得到穩定品質與產量;但是進入夏天,平地溫室空間密閉,散熱慢、溫度高,易導致牛番茄花朵的花柱,出現生長過長,阻礙授粉、不易著果。此外,牛番茄在過熱的環境裡,會關閉葉片的氣孔,使蒸散作用變弱,影響根莖吸收鈣,使其無法運輸至果實組織內,產生果實「黑屁股」的尻腐病,因此農民多將牛番茄移到較冷山區種植。

然而,在山區種植作物,常會引發水土保持疑慮,「如果把牛番茄留在平地栽培,利用植物工廠的冷房設施,絕對可以避免發生『熱障礙』,不過電力花費很高,無法低成本生產。」中興大學生物產業機電工程學系教授盛中德說。

所以,在牛番茄缺貨的夏季市場,如果有成本低、效果好的方法來對抗熱障礙,將能幫助農民獲得更高收益。

這樣的盼望,由盛中德、黃三光與一群技術頂尖的專家,包括中興大學園藝學系教授宋妤、電機工程學系特聘教授蔡清池,以及農委會臺中區農業改良場副研究員戴振洋、屏東科技大學生物機電工程系助理教授陳韋誠,提出「牛番茄高溫環境生產管理及病蟲害預警與防治」的研究,在科技部「智慧科技於農業生產之應用」專案計畫支持下,一步步地實現。

選拔耐熱品種 因應高溫逆境
盛中德指出,由於臺灣的牛番茄比較適合在平地設施內栽培,因次團隊提出因應對策,配合金三角蔬果運銷合作社的農場進行應用生產,希望能有效降低設施牛番茄的夏季高溫障礙,同時也針對病蟲害,建立預警系統。

「我們要讓牛番茄克服高溫逆境,從現有品種中,選拔出抗熱品種,是比較快速達成的策略。」宋妤強調。目前研究團隊共篩選出3個品種,分別是「TMB-768、金福993、金福994」,能在高溫條件下,不會發生長柱頭現象且著果率高於其他品種,是提供農民栽培的參考。

為了強化牛番茄的著果,研究團隊配合牛番茄生長特性、人工交配或噴灑植物生長調節劑等需求,開發一台溫室使用的田間機器人,會自動找出花的位置,噴上植物生長素,提高自花授粉的效率,並配合病蟲害預警控制系統,進行預防控制策略,降低農損。

負責機器人技術的陳韋誠說,機器人代替人力噴藥,省時又兼具智慧化控制,目前他們為機器人開發的硬體設備、軟體系統,已完成模組化,造價成本約為30至40萬元,迎合農民使用農機重視便宜、方便使用的特性。

同時,研究團隊的病蟲害預警控制系統,是利用物聯網(IoT)技術,蒐集氣候數據資料、土壤感測器所偵測的數據資料,以及縮時攝影相機的影像資料等,進一步發展決策平台。

戴振洋表示,預警是防治作物病蟲害的新觀念,主要是利用即時監測害蟲的族群變化,以及環境參數與病害發生的相關性,預測病蟲害的發生,並且在設施環境出現病蟲害大發生之前,先阻斷好發疾病、害蟲的溫濕度,降低病蟲害入侵。不過,病蟲害預警系統的開發,向來難度極高,目前系統偵測將來或即將可能發生病蟲害的訊號上,仍有需要克服的挑戰,團隊正努力從機械視覺、人工智慧找出預警的關鍵訊號。

「這套生產系統已經可以辨識番茄常見的白粉病、早疫病與銀葉粉蝨,平均辨識精度已達88.89%,快要接近病蟲害專家辨識90%的功力,而農民也能依據系統的辨識結果,進行病蟲害防治作業。」蔡清池指出。

冰水循環降低根溫 拉長產期、競爭搶市
氣候逆境、熱障礙,是目前全球許多區域存在的農業問題,眼前所見的智慧農業因應對策,匯入各技術領域的專業,打開全方位的戰線。

「以往對於熱障礙的對抗,多以環控管理方式為主,而我們現在做的研究,要讓植物自己提高某些生理作用,具有對付熱障礙的能力。」盛中德說,研究團隊利用植物根部溫度(根溫)管理,開發夏季使用的冰水循環根溫控制系統,給根部多吸收一些水分,搭配蒸散作用,排出植物體內的熱,降低牛番茄的熱障礙,成功提高著果率。

而且繼牛番茄之後,研究團隊將根溫控制的研究成果,進一步延伸應用到受到熱障礙影響更嚴重、夏天無法生長的溫室草莓,與位於臺中清水的沐光農場合作試驗。

時序進入10月,臺中的平地氣溫有時高達30℃,熱烘烘的空氣停滯在沐光的溫室內。「用冷氣強迫溫室降溫,電費很可觀,也相對困難。但是幫植物根系降溫、對抗熱障礙則比較有機會。」宋妤來到沐光的試驗區,查看冰水循環根溫控制系統的運作,以及草莓根系環境溫度經過降溫後,出現提早開花的初步成果。

在白天運作的冷水機,將室溫的水降至5℃,然後輸往埋入草莓高架床裡的銅管,進行15分鐘一次的冰水循環,為草莓根部降溫,維持在20℃上下。

沐光的經營者黃文慶,畢業自中興大學園藝學系碩士班,曾獲選農委會百大青農,擁有多年種植及育苗草莓的豐富經驗。他說,清水地區氣溫高於苗栗大湖草莓區,導致生產的草莓上市時間晚於大湖,而且產期結束得比大湖早,「我與老師一起研究冰水循環根溫控制系統,看看能不能讓我們的草莓提早上市,同時將產期延後到5月,供應母親節蛋糕市場。」

如果冰水循環根溫控制系統奏效,清水地區草莓的定植時間,將可提前至晚夏初秋的8、9月,接著在10月長出果實,11月就有草莓上市,產期一路持續到隔年的5月。

盛中德強調,研究團隊開發的根溫管理系統,在經濟負擔不重或具經濟效益的情形下,進行植物生產,所衍生的經濟效益非常大。而且對有熱逆境生長問題的短期葉菜或設施栽培的作物,可提供直接明顯的助益。

隨著氣候劇變、全球暖化,衝擊農業的威脅愈來愈大,研發對抗熱逆境、降低作物熱障礙的技術,是一場與老天競速、看不見盡頭的競賽。此時此刻的臺灣,必須掌握更多前瞻的栽培經驗,成為賽道上的領先群。
責任編輯:財團法人農業科技研究院 產業分析組-陳南宏 副研究員

影片連結: https://www.youtube.com/watch?v=80zl1fOdkS0

 

中興大學生物產業機電工程學系教授盛中德(左2)與電機工程學系特聘教授蔡清池(左1)、園藝學系副教授黃三光(右2)、農委會臺中區農業改良場副研究員戴振洋(右1),一起跨領域研發「牛番茄高溫環境生產管理及病蟲害預警與防治」技術。

中興大學生物產業機電工程學系教授盛中德(左2)與電機工程學系特聘教授蔡清池(左1)、園藝學系副教授黃三光(右2)、農委會臺中區農業改良場副研究員戴振洋(右1),一起跨領域研發「牛番茄高溫環境生產管理及病蟲害預警與防治」技術。

中興大學園藝學系教授宋妤(右)將根溫控制技術,引入青農黃文慶經營的沐光農場,進行溫室草莓的試驗。

中興大學園藝學系教授宋妤(右)將根溫控制技術,引入青農黃文慶經營的沐光農場,進行溫室草莓的試驗。

5℃的冰水在埋入高架床的銅管內,循環流動,為草莓根部降溫。

5℃的冰水在埋入高架床的銅管內,循環流動,為草莓根部降溫。

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