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台湾果树产业因应全球气候变迁的关键技术——人工智能型栽培环境自动调控系统
来源: 期刊 期数:第201701期

 

施昭彰

台湾“行政院农业委员会”农业试验所作物组

 

前言

台湾果树栽培面积达22万公顷,年产量约275万吨,产值近新台币700 亿元,占农业总生产值18%,是台湾最重要的农产业之一。果园中有三分之二位于坡地,由于绝大部分的果树体型高大不利于设施生产,几乎都是露天栽培,因而容易受到天气影响。果树又多属于长期性作物,从营养生长至生殖生长经历了萌芽、展叶、枝梢生长乃至于花芽分化、花芽发育、休眠、开花、结实等过程,因此成熟采收所需时间少则数月,多则超过一年。亦因期程甚长,气候变迁对其生产冲击极大。综合文献及实务操作,可归纳气候对果树生育的主要影响如下列:①温带果树的休眠;②所有果树的花芽分化、花芽发育、开花、果实发育及质量;③果树产区的分布及产期;④果树的病虫害发生等。所牵涉层面颇广,影响期间亦漫长。

在果园管理上,灌溉、施肥、喷药及防灾等,一直皆是影响果树开花与结果的重要田间管理项目。特别是灌溉受限于水资源不足及缺乏正确合理用水观念,绝大多数果园的灌溉未能正确供应,不利于果树开花及着果,并影响产期、果实产量及质量。近年来更由于农村人力老化和劳动力不足,使得生产成本居高不下,传统果园的管理方式已难以因应市场的变化及冲击。因此,果园管理导入现代化观念及设计,以进行设施化、机械化、自动化及企业化大规模生产,有其重要性和急迫性。

台湾位于亚热带的温暖地域,然而气象变化大而灾害频率高,每年各种作物均存在因为气象环境失调引起的各种生理障碍。为了维持稳定生产优质与安全的农产品,调节产期及市场供销,以作物生理数据配合经济有效的自动化环境调控技术(系统)在设施下的生产模式已渐成趋势。环控系统内容包括了诸如温湿度(喷雾、水墙、通风换气等)调控、日长(长日下暗处理、短日下延长光照处理等)调控、土壤湿度(自动灌溉、喷洒等)调控及自动防寒措施等,再组合成可设施周年生产调控的栽培模式。在此等设施下进行农作生产,可以营造出作物生育最佳环境及避免病虫害发生的情境,因而能够实行非农药的植物保护措施。若再加上节能减碳相关技术,将有机会使得设施栽培成为台湾农业未来的发展重点方向之一。

尤其在台湾加入世界贸易组织,以及和大陆签订两岸经济架构合作协议(ECFA)后,农业产业可能将发生巨大变化,如何加强未来具有竞争力果树产业的发展能量,是农业转型成功的主要课题之一。“政府”和产业界应当有此深切体认与宽广视野,针对仍维持竞争潜力或未来发展机会的产业进行体质改善与变革,才能化危机为契机因势利导。本文阐述个人浅见,将以下产业规划有利于达成上述目的者条列于后,提供各界参考:①落叶性果树,如梨、桃等低需冷性品种,应当加强高质量早果的稳定生产,并以产期及市场区隔保存其等竞争力。②亚热带及暖温带果树,如荔枝及枇杷等,其生理代谢对于环境因子尤其是温度极为敏感,使得果实生产受到地理及气候局限与市场保障,经常会因为异常气候影响而无法稳定生产,应当加强生理调节技术来稳产及早产以满足市场需求。③热带果树,如莲雾、印度枣等,这些果实在台湾生产有其独特的技术且仅供鲜食,具备区域生产的竞争优势,然因易遭寒害、焚风及红蜘蛛等危害而难以确保生产与质量,应当以环境调节技术改善微气候以稳定生产。

遮阴及喷洒水雾藉由蒸散吸热达到降温或释放潜热加温的做法,长久以来一直是园艺上熟知的有效控温措施。然而,无论是生产环境的降温或加温系统,均必须配合作物生长的生理条件及规律加以机动调节才有意义,也才有实效。作者曾针对前述收集国外有关的文献数据,研发完成人工智能型自动调控温湿度系统,用以克服作物的生理障碍并改善生育环境。此一栽培环境自动调控系统已初步应用于莲雾及枇杷的花芽分化诱引、催花、产期提前、质量提升及有机化生产等作业。同时也应用于梨树的低温需求满足,达到提前开花及调控果实成熟期的目的,另在某些设施作物病虫害的生态及物理与生物防治上,亦显现卓越功效。未来将持续深入检测及改良,以使系统更加完善,进而延用于其它作物产业。

台湾果树产业因应全球气候变迁的研发方向

近年来气候的快速变迁带来高频率的极端天气及气象灾害,为期减轻灾害对农业生产造成的伤害,建议以下重点研发方向,提供果树产业和农政、农研单位作参考。

1、果树全域气候灾害的防护技术

台湾果树的气象灾害包括寒害、霜害、台风、豪雨、旱灾、焚风等,而不同种类及品种的果树在不同生育期所遭受灾损程度差异甚大。根据台湾农业年报的统计资料,2007年果树因气象灾害损失的金额高达53亿余元新台币。分析果树遭受气象灾害的受损情形,包括枝条折损、落叶、落花、落果等外观征状,以及生长停滞、生理障碍、花芽分化受限等生理性状,导致减产,受影响部位包括根、茎、叶、花、果实等器官。虽然果园栽培的果树不易避免气象灾害的侵袭,藉由适当的因应措施则可以减轻灾损程度,并能尽速恢复果树正常的生长与生产,在管理上属于相当重要的手段。针对果树的气象灾害因应方法,包括“灾前预防措施”及“灾后复育”二部分。灾害发生前的预防措施,如利用气象预报及气象与作物数据库进行果园位置的规划、耐/抗逆境种类与品种栽培的选择、配套园艺技术的操作及作物产期的调节等。灾后复育的因应上,主要采取植株复育与田区复耕等措施,包括果园生产环境的复原、植株的复育、田间卫生的管理及病虫害的防治工作等。现行果树产业因栽培种类繁多、产地分布零散、不易设施栽培及产期调节等因素,使得果树面临气象灾害时极易发生减产或降低果品价值,造成严重生产损失并影响后续数年树体的生长发育。

台东和南部沿海地区的海风,瞬间最大阵风可达相当于十一级风,因此易使莲雾及番荔枝植株发生严重落叶、折枝、折断等伤害,其中又以枋寮地区瞬间最大阵风相当于十五级风为最厉害,该地区莲雾受损也特别严重。另台风期间大雨使土壤松软,更加恶化强风倾倒果树情形。对强风防护措施,棚架及支柱均具有良好防护效果,但仍以破风墙藉由强风本身产生的乱流及扰流抵消风势最佳,乃果园最优防风设计。

热带果树莲雾在生育期间常遭遇寒害、焚风、雨害及干湿失调等农业气象灾害,其中焚风、台风及雨害会使得产期调节措施失败,干湿失调则造成经常性裂果。若实行设施栽培并辅以栽培环境自动调控系统,可大幅改善上列的生产障碍。台东地区重要经济果树番荔枝,由于地形原因常有焚风危害,利用自动喷水雾装置于树冠上方喷施水汽则系解除焚风灾害最有效的做法。

2、提高果园的水分利用效率

目前农业生产使用了台湾地区水资源的75%,主要利用于稻作生产的灌溉用途。在气候逐渐暖化及快速变迁环境下,水田的蒸发散损失将更趋旺盛,使得原已不足的农业用水更加短缺。未来要发展“攻势”作物产业,必须调整生产结构,合理规划各类具有竞争潜力产业的发展,同时重新调配农业用水。除此之外,如何提高包含果树在内各类农作物的水分利用效率,亦是配套的重要课题。

3、设施栽培逆境的克服

具有高经济价值的作物,为期稳定生产并提高质量,通常利用设施栽培的方式来控制其生长环境。由于未来异常天气、气象灾害、空气污染及酸雨等不良环境因素发生频率均将升高,对于作物的危害则将必然增加,因此可预料设施栽培的使用将更为普及。目前设施栽培遭遇到的各类逆境及问题,未来可能因为气温的升高而更为严重,因此必须及早研发克服设施栽培逆境的方法以为因应。

4、防寒、降温及升温调控技术的开发

台湾地区因气候逐渐暖化及急剧变迁,目前冬季期间许多农地呈现休耕状态的情形将可改善,未来休耕地被利用的可能性将会大增。由于热带果树的种植范围可能由南部向中部延伸,因而发生寒害的机率将相对增加。对高经济价值温带果树而言,盛夏的高温逆境伤害将可能因为气候暖化而更为严重,而冬季也可能因为低温不足严重阻碍果树所需的休眠,或因为气温太低、太长及阴雨延迟或妨害开花与果实发育。因此,设施果园内的降温与升温的调控技术应予研发,以提供果树有利的生育环境。

国外农作物利用喷雾降温的技术

1、利用喷雾降低树冠微气候的温度

为降低自澳洲引进的胡桃树冠的温度,南非采用了间歇式喷雾法,使树冠温度下降至介于气温与湿球温度之间,试验发现以一分钟的喷雾时间对降温较有效果,故以持续的间歇喷雾能引导树冠温度迅速下降。在高温的大热天,一株干的果树经喷湿后约2分钟可使树冠温度下降4℃以上,然而约4~5分钟即可使一株喷湿的果树外表完全蒸发,因此必须持续的间歇喷施水雾。当周遭气温超过45℃时,喷湿的树冠以红外线感热仪侦测的平均温度为27℃,对照的干树则为42℃,显示喷雾的降温功效十分显著。

2、利用喷雾降低果实的温度

美国华盛顿州立大学利用喷雾降低苹果的果实温度,试验发现所使用的水量以每公顷每秒6升以上的效果较佳。在晴朗无云气温达到40℃的环境下,每公顷每秒喷6.25升的水雾可以保持苹果果实温度接近于水温范围,显示经由以果实温度为基准的自动蒸发冷却间歇式的喷雾,能够达到最少用水量的最佳生理效果。

3、应用喷雾降温调节作物生理以避开不利天候

喷雾降温能够调节果树的休眠需求、抗寒能力及开花时间,并以避开不利天候。微喷雾更是保护作物免于不利环境的有效工具,例如柑桔可因水雾中释出的潜热免于霜害。温带果树可因水雾蒸发散热的降温而满足低温需求,也可因降温延迟开花以避开霜害,并因调节不同品种花期而利于杂交授粉,又可减少因日烧引起的落果及损伤,改善果皮的着色(如苹果等)。

(1)桃子及油桃

当树温超过18℃时借着间歇性喷洒水雾可以延缓“阳金”及“阳富”油桃及“佛罗达金”桃子开花达14 天之久,遮阴及喷洒水雾可降低形成层的温度达5~10℃,因而延迟收获期达5~7天之久。以色列利用喷雾蒸发降温促进油桃萌芽有效,当日温高于16℃时以树冠喷雾降温可降低芽温3~5℃,而促成叶芽及花芽及早萌发。

美国南方晚霜经常会摧残桃花造成重大损失,因此促使桃树晚开花的方法具有正面作用,而蒸散降温被发现可以延缓植株开花,同时对于某些地区的某些年份低温不足以终止芽体休眠的现象也有帮助。桃树于后休眠期开花前自1 月1 日起连续喷雾两个月,蒸发冷却抑制了桃芽的发育,延迟开花达10~15天,结果数亦由24个/株增加到206个/株,具有显著防霜效果。“红哈芬”桃子于冬季休眠期终了时(1 月22 日),为了延长休眠减少冷冻温度的伤害,当气温高于4.4℃时进行喷水雾蒸散降温直至4月15日盛花时停止,共喷了1040毫米的水量,可使花期延迟;最适启动喷雾系统的干球温度为6.7℃,可降温约2℃,并可省水37%。桃休眠芽经喷雾降温及遮阴之后,芽顶端的分生组织离层酸含量显著降低,此一结果支持喷雾能经由温度、光线及淋洗效应影响芽体休眠的观点。晚冬桃子树体休眠完成及春天盛花前进行喷雾处理,蒸发冷却可抑制花芽发育,使开花延迟达15天、树体温度下降至6.5℃,但是木质部耐寒能力无显著差异;三月初喷雾的花芽耐寒能力优于无喷雾处理者,然三月末喷雾将增加死花数。当气温高于 7.2℃时,以间歇喷雾(每间隔75 秒每小时喷0.2 毫米水雾)于2月11 日起喷施一个月,蒸发冷却抑制了桃芽的发育,延迟开花达7~14 天,果实成熟期晚了4~7天。惟延迟开花虽使霜害减少一半以上,经考虑果实延迟成熟、价格降低及设备成本投资等,延迟开花措施并未被推荐农民采用。

(2)苹果

研究发现于英格兰东南部进行蒸发冷却处理,可以抑制苹果芽的发育,并可延迟开花达17天,足够避开霜害的发生。当苹果于2 月27 日起温度高于4.5℃时开始喷雾降温直到未喷雾处理的树株满花时为止,具有延迟开花及避开晚霜的效果。在另一试验的结果,则显示蒸发冷却可抑制苹果芽的发育,延迟开花达14天,惟因喷水造成芽含水量增加,使得芽变得较不能忍受低温而未没能达到防霜目的。若于晚冬及春天进行蒸发冷却,亦可抑制苹果芽的发育,延迟开花达3~10 天,而霜害发生的程度则决定于芽的发育程度及含水量。

树冠微喷雾以蒸发降温的效果,可延迟开花天数在杏花为10天、桃花为13天、苹果则为18天,以电子式叶面湿度感应器控制喷雾作业优于一般固定式时间控制器,且成本较低。苹果树于9 月中及10 月喷雾降温后,花芽降温12.5℃,树干降温18℃,早秋及冬季的冷冻测试(-10~-21℃)则显示喷雾可使苹果树增加高达6℃的抗寒力。纽西兰应用喷雾蒸发降温延迟苹果开花的做法,系于树冠内放置湿度感应器控制喷雾作业,如此可较机械式时间控制器减少24%用水需求。“红元帅”及“依达红”苹果于超过8.3℃时以树冠上喷雾,可延迟盛花4~7 天,而于气温-5 或-8℃时施行蒸散降温可显著促进花芽存活,耐寒力约增加4℃。在英属哥伦比亚从4月16 日至5 月16日当日晒芽温高于7℃时,喷施水雾蒸散降温可延迟苹果开花达17天,并有效避开霜害。“红元帅”苹果当日温高于7℃时,以自动喷水雾2分钟的循环方式来蒸散降温,可降低芽温约2℃,延迟开花亦达17天。

(3)梨树

喷雾降温能延迟梨树开花8~15天,使得果实晚熟0~7天,且增加着果率及种子含量,却也使得梨减重6~12%。另由耐冻测试显示,巴梨的树势及花芽发育阶段并无耐冻性差异,而蒸发降温虽可引起花期后延,但是亦将损失花芽耐冻性。

(4)葡萄

在美国德州生产葡萄的主要风险来自于萌芽前的霜害,从1 至4 月当气温高于10℃时,每4分钟喷雾 25秒可延迟开花达8天,又可有效避免霜害。在意大利比萨平原的葡萄为了要避开萌芽前的霜害,从萌芽前30 至63天当气温高于8℃时,以湿度感应器自动喷雾降温可延迟开花10~12天,为因不能有效避免霜害而未被推荐。

(5)柑桔

美国佛罗里达州当冬季风平辐射霜形成条件下进行微喷雾,因为可于冰晶形成时释出溶解热化冰,而可有效保护年轻柑桔树干及分枝免于霜害,但是在干燥有风结霜的夜晚则无此效果子。

(6)草莓

草莓于春天时利用微喷雾系统防霜,可减少芽死亡,在夏天时则可降温,并利于增产。

4、应用喷雾降温改善作物生育条件可促进开花、增加产量及改善质量

(1)葡萄

喷雾降温能促进葡萄提早而整齐的萌芽。“百烈特”及“汤普森帅”两种无子葡萄于秋冬季每天从早上6 点至下午6 点以树冠微喷法单独使用,或配合修剪后喷施氰酸,于直接日照下蒸发冷却可降低芽温从30℃至16℃,于遮阴下则从25℃降至13℃,并促成葡萄提早而整齐的萌芽。以氰酸配合使用时,仅在芽萌初发期有效。此外,“百烈特”喷施氰酸增产6%,而蒸发冷却增产6~24%,二者合用则增产17~46%;若延长蒸发冷却时间,可增产25%,与氰酸配合使用时则仅比未处理者增产11.6%。

(2)奇异果

Allan et al.(1994)在奇异果的试验研究发现,利用喷雾降温有助于奇异果打破休眠,改善开花,以及增加着果数及产量。

5、应用喷雾降温促进果实着色免于日烧提升果实质量

一般而言,果实着色的发展受到栽培及环境因素影响,环境因素当中以温度及光最重要。温度对花青素的累积及红色的表现有非常显著的效果,低温促成花青素的合成而高温却抑制此一过程。例如树冠喷雾降温对于促进苹果果皮红色的表现具有显著的效果,目前也已在苹果生产上实用化。降温除了在温暖地区减少热对花青素形成的抑制效应之外,尚可降低果实呼吸率而达到较好果实质量的结果,而树冠喷雾也因为移去叶表浮尘微粒进而改善光合能力。喷雾蒸散降温亦可显著减少苹果日烧的发生,增加可溶性固形物及大小,减少苦痘病等生理病变。在“红元帅”苹果有促进着色及提高果实成熟与质量的作用,在“优纳金”苹果能降低阳光的伤害达9.4~15.8%。当没有喷雾的果实平均温度达45.6℃时,喷雾能降低果面的温度最高达8.1℃,同时缓和果实温度的上升,与暴露于阳光下的果实相比较,遮阴的果实仅能依赖喷雾降低1~2℃,喷雾降温能增加酸度,对果实贮藏力有正面的效应。又使得加州橘郡草莓免于日烧及改善质量。

台湾外应用喷雾抑制病虫害的实例

1、虫害的物理防治

喷洒水雾被发现可抑制苹果欧洲红点叶螨、二点叶螨,控制于不致于造成危害的族群水平下,对于延迟梨木虱的产卵也有非常显著效果。在台湾的试验上,本文作者和研究同仁曾以喷水雾抑制甜瓜的二点叶螨及银叶粉虱,其效果十分显著。

2、病害的物理防治

喷水雾在病害的防治效果较引起争议,在美国华盛顿州果树试验站的试验结果,虽发现苹果疮痂病、黑星病的发生率在两年试验期间的第二年有增加,但是感染比率并没有在两年的试验里有显著改变,因此认为影响关键可能在于喷雾的时间、频度、间距及喷水量,惟实际原因仍待厘清。另树冠喷水雾对梨火伤病发生有利,而本文作者和研究同仁则发现喷水雾可抑制甜瓜的白粉病。由以上结果显示,以喷水雾达到抑制某些病害(如白粉病)而不引起其它病害的发生,仍有许多问提等待解决。首先,必须彻底了解各主要病害的发病环境,探讨智能型喷雾自动化系统短时间歇性喷雾抑制虫害的效果,解明相关生理效应,以及建立管理病害发生的合理作法,综合建立有效的因应与管理模式,才能减少化学药剂的过度施用。

台湾应用环境调控技术于果园管理的实例

果园多功能自动喷灌系统系针对果树产业的规划提供多元技术上的支持,以达到灌溉施肥合理化、便利化和精确化,进而促成产期可调化及生产保障化等多重目的。可利用于露地及设施栽培的果园多功能自动喷灌系统,通常包含以下三个子系统:①灌溉施肥自动化系统,②自动化喷雾防灾系统,及③自动化喷雾生理调节系统。以下就各个系统的目的、作物对象、作用原理及功能逐项说明,以使读者参酌使用。

1、果园灌溉施肥自动化系统

本项系统可施用于各类果园,用以建立灌溉施肥自动化生产模式,以达到省水、降低生产成本、管理合理化及提升果质量量等目的,适用对象为所有具有灌溉施肥经济效益的果树作物。

(1)作用原理及实施要项

以电磁感应式土壤水分张力计依果树作物需水的土壤水分张力状况,设定达灌溉施肥的水分张力值,进行管路自动化灌溉作业。当土壤水分潜势值即将踰越作物需给水的设定值时,也就是当土壤变得较干旱而需要灌水时,电磁感应式水分张力计即自动感应而启动马达或/及打开电磁阀灌水,俟水分张力计指针因供水后舒解张力、压力下降指针偏离感应磁场后停止供水。为防止灌水量与指针感应上的时间落差,应联结时间控制器迟滞灌溉动作,以精确合理灌溉。为发挥灌溉系统施肥效果,液态肥料可以事先设计规划,以不同组合肥料液桶配合肥料分注器利用灌溉管路进行自动施肥作业。本系统可以电磁阀及时间控制器分区实施,以大幅降低设施成本,提高使用效能。

(2)执行成果

目前已于台湾设立各类果园示范推广点14处,推广面积10公顷以上,并办理系统的示范观摩会4场,以及编印果园自动灌溉技术手册及果园多功能防灾自动化技术手册各一份,提供教育训练农民而加速落实灌溉施肥、防灾自动化科技。

2、果园自动化喷雾防灾系统(增温、降温、加湿等)

(1)装设目的

本系统装设目的在于预防果实因寒流突袭气温剧变、结霜造成的生理伤害及落果,回南焚风短时干热的气候造成果实皱缩、烧伤等生理伤害,以及高温干燥通风不良气候造成红蜘蛛类发生为害叶片的情况。

(2)作物对象

本系统几乎适用于各种作物对象,惟因经济效益考虑,在以下诸种状况较合适:容易因为突发低温造成伤害的果树种类,如梨、枇杷、莲雾等;在焚风肆虐下容易造成伤害的果树种类,如番荔枝类、枇杷、印度枣、梨、莲雾等;以及在高温干燥气候下红蜘蛛类危害较大的果树,如网室木瓜、印度枣、葡萄、柑桔、桃、枇杷、草莓等。

(3)作用原理及实施要项

①预防寒害及霜害。于寒流或霜害来袭前将温度感应器设定高于寒害或霜害发生的临界温度1~2℃,当低温来临时温度感应器感应到设定低温,将自动启动马达洒水。利用地下水、加温后的水或热风加温水喷洒水雾于果树树冠上,在由水的物理性降温放热原理缓和骤变的气温,形成保护树冠的缓冲空间。在实施时应特别注意在临界低温下整个系统必须持续运作不能中断,否则水分蒸发会吸热使温度更形降低,造成更大伤害。

②预防回南焚风的干热气候。当回南焚风盛行之前将空气湿度感应器设定高于会造成焚风伤害的空气湿度,等干热的空气吹袭时,空气湿度感应器自动启动马达喷洒水雾,抑制蒸散作用防止果实及叶片因急遽失水造成的皱缩及烧伤。

③防治红蜘蛛类的发生及危害。一般红蜘蛛好发于高温干燥不通风的环境下,利用自动喷洒水雾的方式改变生态环境,让红蜘蛛类生病死亡乃红蜘蛛防治的最高境界,省钱、省工又不会造成红蜘蛛抗药性,此种物理性环境保护效益远大于生物防治及化学防治。防治要领系当温度及湿度条件适合红蜘蛛发生之前,以温度及湿度感应器启动自动喷雾管路系统作短时间歇性的喷雾,即能得到很好的效果,同时因间歇式喷雾不会让病害孢子有机会发芽,能阻绝病害的发生。本系统可以电磁阀及时间控制器分区实施,以降低设施成本,又可提高使用效能。

(4)执行成果

实行本项系统具有预防寒害发生的效果。例如,1998年度“农委会”农业试验所于高雄县六龟乡及屏东县盐埔乡等两处装设各0.3及1.0公顷示范园,1998年2月寒流过后寒害发生率几乎等于零,而附近的对照组果园则落果十分严重,经济效益非常显著。在预防焚风危害果实及叶片的成效上,1996及1997年度农业试验所于台中县新社乡、苗栗县大湖乡及台东县太麻里乡选取四户枇杷农家装设此一树冠上自动洒水防焚风系统,结果显示其效果十分显著,不仅能够有效保护果实及叶片,又可防止过度的蒸散作用及烧烫伤。在防治红蜘蛛的发生及危害防治成果上,农业试验所内的枇杷园及温室装设此一以温湿度感应器及时间控制器自动控制的喷雾系统后,红蜘蛛类已不再发生,同时也少有其它病害发生。

3、自动化喷雾降温生理调节系统

一般而言,在台湾具有生产竞争力的果树种类其生产潜能多半未能充分发挥。在生理方面,影响产期的主要因素在花芽分化的诱引及促成开花结实上,而温度系控制这些进程的主要环境因子。由于气候多变化,稳定掌握微气候因子就成了产业兴衰的关键因素。本系统的主要功能、实施目的及作物对象如下述。①辅助相关配套技术,克服低温不足问题。在温暖地区如台湾,除了育成低需冷性品种来克服低温不足的问题之外,农场管理上的操作配套对于降低树体低温需求也很重要。这些配套技术包括:控制树体活力;整枝成43°或水平的型式;防止晚期的营养生长并延迟冬季修剪;使用化学催芽药剂;遮阴及使用树冠上微喷技术以蒸散降温降低芽体温度等。②高温期提供合适低温以改善生育条件或延缓采收。例如,对环境因子中的温度敏感而能以降温诱引及稳定花芽分化的果树作物(如荔枝、柑桔、莲雾等),或于果实着色期提供合适低温以促进着色的果树作物(如柿、莲雾、葡萄等),或于高温采收期因果实快速成熟质量极易劣化而有采收时间压力的果树作物(如桃、李、梨、葡萄等)。

(1)作用原理

利用水的物理性,即每1 克水汽化成1克水蒸气吸热539卡,喷雾能够实际有效降低果园树冠内的温度,对于有低温需求的果树可达到调节果树生理效应的目的。决定水汽化成水蒸气的速率,在于空气湿度的高低及风速的强弱,先决因素是湿度,因此以空气湿度感应器作为降温的感应器是合理的选择。当需要喷水降温时可设定空气湿度值,让空气湿度感应器自动启动马达进行树冠的管路喷雾,并以时间控制器管制间歇性的喷雾动作,以使喷出的水雾有充分的时间汽化,节省用水并防止病害发生。

(2)实施要项

建立经济有效的人工智能型自动喷洒水雾蒸散降温生理调节系统,其必要设计及模式如次。经由试验测知并建立欲调节作物的生理温度数据后,设定温度及相对湿度的生理默认值,以作为调控作物生理的基准。基本上,一套经济有效的人工智能型自动喷洒水雾蒸散降温生理调节系统应包括以下必需配备:①独立湿度系统避雷单元:当大气湿度达100%相对湿度时,无条件自动切断主控系统的电源,以免系统感雷或直接遭受雷击。②主要控制系统单元: 包括大气温度感应器、逻辑程控器组、表面湿度感应器、大气湿度感应器及逻辑程控器组, 此外尚需要时间控制器或树体温度感应处理器、逻辑程控器组及分区控制的逻辑模块。各型感应器与逻辑程控器经与已烧录有不同工作模式的逻辑模块配合,即可执行最佳化的生理调节模式。当大气温度在设定的高低临界温度范围内,而树体表面湿度及大气湿度低于其生理默认值时,系统启动马达进行喷水至树体全湿后换区喷水。树体表面湿度感应器于全区每轮次加湿后,自动停止系统供水,以保留时间供树体表面的水分蒸散吸热降温,俟树体表面完全干燥而树体温度开始回升一定温度后,始容许下一轮次喷水模式的持续执行。因气候多变化,所以何时需进行下一轮回的喷水必须仰赖树体温度感应追踪处理器,因为作物于自动喷雾系统动作后,经水分蒸发吸热降低树体温度之后,树体温度会再度缓慢上升。

树体温度感应追踪处理器可于树体再度上升一定温度后,下指令进行下一轮回动作,逢机抓取最低再现温度,能有效保持最低树温及节约水电。运作模式如下:①当大气温度虽在高低二临界温度范围内,而树体表面湿度或大气湿度已到达或高于其生理默认值时,系统不启动给水。②当大气温度在高临界温度以上或低临界温度以下,则不管树体表面湿度和大气湿度如何,系统也不启动给水。③当大气温度在高低二临界温度范围内,而树体表面湿度和大气湿度仍低于其生理默认值时,系统启动马达给水。为降低设施成本、提高利用效率,本系统可以电磁阀及时间控制器分区实施喷雾动作。此一系统应用于设施栽培乃是利用水墙及风扇换气,依调控系统的指令进行自动降温以调节生育环境,避免过热。

(3)执行成果

设施下莲雾以喷雾降温或/和水墙、风扇换气降温,诱引及稳定花芽分化的效果极为显著。甜柿、葡萄以喷雾降温,促进果实及早着色的效果也极显著。桃在高温采收期因喷雾降温,能极有效延缓成熟并改善果实着色。草莓在傍晚喷雾,能有效降温并增加日夜温差,对于提升果实甜度及大小极为显著。

4、设施栽培利用光热能自动增温系统

在冬春保暖增温方面,可采取下列节能剪枝措施:①以地面塑料袋中水和地表进行热交换,充分利用地热能。②枯枝落叶粉碎还田,大量施用有机肥,借生物机体腐熟分解时产生的热量提高地温。③利用屋顶通风换气,尽量减少夜间设施外冷空气的进入。④在增温设备中采用花费最低的原油或液化气作燃料,并附设废气回收利用装置。⑤不断研制经济耐用的被覆材料。⑥寒流来袭期间利用温室日光蓄热,再以自动控温系统调节温湿度。

结语

台湾地区拥有丰富的气候资源,但因地形和季风的影响,异常天气及气象灾害相当频繁。未来台湾地区气候变异性会增加,作物遭受空污、酸雨、旱害、雨害、寒害、高温、风害等逆境伤害的频率也会增多,因此需加强相关防护措施及技术的研发。受全球气候变迁的影响,台湾地区农业生产稳定性亦将变差,确有谋求因应对策的急迫性。

面临全球市场的自由化及区域分工时代,台湾的果品产业已不能自外于全球体系,以往以单一技术取胜即能纵横市场的时代已然过去。面临未来的严峻竞争情势,只有从整合产业的各个部门着手,以产业生计(经济)为目标,从改善生产者及消费者生活着眼,并兼顾环保及生态平衡,才能跳脱于农业经营及气候变迁的困境。果树生产设施化并搭配果园多功能自动环境调控系统呼应上述的趋势,提出整合市场、气候、植物保护综合防治、生理及栽培技术等各个部门的主张,针对台湾现有相对优势的产业作果园的精准管理以开发全球果品欠期的市场,才是未来强化台湾果树产业竞争力的关键策略。