設施蔬菜技術擴散
設施葉菜栽培技術套組-人機協同灌溉技術
桃園區農情月刊 第288期 2023/7/15 發行
農業推廣課 賴信忠 分機410
設施葉菜類為北部地區重要產業，種類包括蕹菜、小白菜、小松菜、青梗白菜、菠菜、萵苣等，夏季颱風期菜價上漲時肩負平穩市場功能，並就近提供北部都會區消費市場所需。葉菜類具有栽培期短，病蟲害多，根系淺，需水多又怕淹水等特性，土壤水分管理是決定品質、產量的關鍵因素，需要長期累積經驗才能精準灌溉，因而限制農場經營規模；加上近年來受到缺工問題，以及全球暖化引起的極端氣候發生，如春季寒流、夏季高溫及颱風等，造成蔬菜產業重大損失。本場近年來投入智慧農業研發，開發設施蔬菜智慧灌溉系統及無線傳輸感測器與控制器，以程式積木進行客製化自動灌溉程式編輯，藉由智慧精準灌溉，減少管理作業時間，達到省工省水，讓農民輕鬆種好菜。
無線傳輸控制器可遠端啟動馬達，依序灌溉溫室，穩定灌溉水壓
智慧灌溉系統網頁操作介面
設施葉菜生育期短，從播種到採收僅需1個月左右的生育期，栽培過程包括施撒基肥、整地、播種、灌溉及採收，由於生育期短，通常不施追肥。灌溉模式以播種萌芽期灌溉頻率最高，隨著栽培過程植株生長及根系擴大分布範圍，吸水能力越強，灌溉量及次數逐漸減少，同時可避免發生病蟲害，採收前一週停止灌溉。由於植體葉面積大，蒸散量大，需水性較其他作物高，但高濕環境又容易得病，需要精準灌溉管理。智慧灌溉透過環境感測器如土壤濕度計、光度計及溫濕度計等記錄栽培環境，透過程式邏輯判斷灌溉時機，啟動灌溉控制器，達到自動感測及灌溉管理。設施葉菜大都以鍍鋅管為骨架之簡易塑膠布網室，同一農場溫室型態類似，為能減少環控設備架設負擔，本場開發設施葉菜光積值灌溉技術，其依據原理為陽光強度影響溫度及相對溼度，進而影響土壤水分蒸發及葉片水分蒸散量；操作上，以累積日照量對應衡量土壤水分蒸發量，作為灌溉依據。相對於土壤濕度計偵測範圍小，陽光照射之均質性高，光積值可做為大區域灌溉依據，再依據作物及溫室差異，獨立設定灌溉閥值，修正灌溉模式；例如依據灌溉習慣設定陰天(500 umol/m2/s以下光照)不累積光度，晴雨計如偵測到下雨，光積值可自動歸零，停止灌溉。
以程式積木編輯累積光度灌溉程式
智慧灌溉係藉由環境感測器量測栽培環境，依照作物的生理特性及學習農友的管理經驗，並透過程式化自動執行灌溉任務。設施葉菜需水性因作物而異，並隨著生育期而調整，分為播種萌芽、發育初期、中期及採收前等4個生育階段，因此，灌溉程式設計以生育天數調整灌溉閥值及每次灌溉量，以播種後第一次灌溉量最大。種子萌芽期根部剛發育，吸水能力差，土壤表面須保持濕潤，此時灌溉頻率最高，隨著植株生長過程增加光積值閥值，減少灌溉頻率。由於夏季與冬季生育天數相差近1倍，須調整生育天數及其光積值閥值。導入智慧灌溉初期需要先建立灌溉條件，由於設施葉菜生產期程密集，採收後休園時間僅約2-5天，貿然採用自動灌溉可能會因為程式設計缺失或灌溉參數不完善而造成作物損傷。因此，本場導入LINE聊天機器人(LINEBot)進行人機互動指令控制灌溉，先設定不同生育期之光積值閥值，當達到光積值閥值時先訊息通知管理員，由管理員做最後決定灌溉還是不灌溉，避免錯誤灌溉造成損失，並修正灌溉條件，逐漸趨近最佳化管理模式。
以LINEBot聊天機器人下達灌溉命令
建置設施蔬菜智慧灌溉系統時須提供穩定電源及Wi-Fi網路環境，環境感測器需依用途安裝於溫室外及溫室內，除可比較內外環境差異，溫室外光度計可作為計算灌溉光積值，溫室內溫度計可用於降溫。農場大部分位於空曠郊區，雨季時應預防雷擊損壞設備，可機動關閉總電源開關，加裝防突波開關及接地裝置。設施葉菜夜間一般不灌溉，可加裝定時器於夜間自動斷電，避免系統無預警啟動灌溉。
灌溉控制器安裝於電磁閥旁
設施葉菜管路灌溉模式大都為1顆馬達對應20-30間溫室，由於馬達出水量有限，為維持穩定噴水壓力，通常採輪流灌溉每次灌1-2間，灌溉時間約5分鐘，夏季高溫每天可能需要2-3次灌溉，因而占用灌溉人員大多時間，實務上為了減少灌溉次數，會有多灌情況。導入智慧灌溉以程式排定逐一灌溉，可節省90%以上之灌溉時間。
安裝感測器可監測設施葉菜溫室之微氣象
