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以感測器協助作物栽培

 

中興大學 生物系統工程研究室 陳加忠

 

 

Source: Greenhouse Grower, 2011, 11/21

Title: Growing better crops with sensors

Author: P. Ling

感測器可用以控制灌溉作業、控制溫度與濕度以得到作物成長的最佳化,減了勞力需求與減少昆蟲與病害的問題。

許多溫度以安裝自動控制設備進行環境調節與灌溉作業。新進的感測系統可用以協助控制性能,減少勞力需求。並且改進植物品質。

自動控制有兩型開放型與回饋型。以時間控制噴霧器進行噴霧加濕作業,此稱為開放型。此種系統在一個固定時間點開始動作,作用一段時間之後即停止噴霧。溫室內部與外在大氣的氣候條件與作物當時生長狀況均不加以考慮。

密閉系統使用感測器的輸入訊號進行控制動作。例如密閉除濕系統即是使用相對濕度計。感測器量測值高於某一設定值,天窗打開孔入外氣以進行除濕。密閉型控制系統可以隨著內外氣候條件與作物生長條件進行環控。控制系統之性能,取決於感測器收集的數據是否準確與可靠,固而可進行及時與適當的控制作業。

垃圾內,垃圾出也可應用於溫室自動化控制。無論控制策略多複雜,或是控制設備多完善,準確的感測資訊是控制作業的絕對標準。感測器的放置位置與保護設施是影響控制系統性能的主要因子。

一、溫度控制

準確的溫度控制是作物生長最佳化的絕對條件。為了達到溫室節能,溫度量測位置要能夠代表植物生長環境。

溫度感測器需要放置於植物的上方,作物其位置無論是介盤、地面或是懸掛,溫度感測器之位置要有其代表性。放置不當例如將溫度計放置於加溫機附近,即失去代表性。

另一種常見錯誤是將溫度計暴露在陽光下,所量測之溫度則高於真正的氣溫。

二、感測器校正

為了確保感測器性能,溫度計與相對濕度計需要經常校正。

三、灌溉控制

灌溉策略顯著也影響植物生長。多餘水量使的作物生長軟化。水量不足,降低作物產量。灌溉策略與整合式病蟲害策略必需相結合。根部水分適當,可減低根腐病。溫室地面水量過多,真菌容易生長,溫室內相對濕度將是過高。

各種灌溉控制策略如表一。

四、葉溫量測

植物本體溫度可用以進行環控,並且進行病蟲害防治。光合作用速率由植物葉片溫度所影響,因此以此為指標。以控制溫室溫度。

控制葉溫以避免葉片上方有結霜現象,因此可減少病害。其控制要點即是維持葉片溫度高於附近空氣露點溫度。

 

表一、灌溉作業與自動化

 

人工灌溉

時間控制

                   感測器控制

根部環境

氣體環境

植物反應

感測與作業原理

作業人員進行觀察與決策

不需感測,設定灌溉啟動時間與作業時間

根部水分或張力量測

以蒸散模式估算作物耗水量

缺水引起的植物溫度變化直接感測

優點

直接觀察作物

低成本,容易使用

直接供應水,不需考慮環境因子與作物生長狀況

非接觸量測,數據收集容易

直接評估作物水分狀態

缺點

1.       主觀性

2.       勞力需求大

控制動作固定化,不考慮作物因子

感測器只能量測其放置位置附近根系空間之水分狀態,代表性不高

需要電腦以計算用水量,不用作物與不同生長狀態都需要進行微調

技術高未成熟,量測準確性需要深入探討。

需要的感測器

土壤水分計或張力計

溫度計、相對濕度計、日照計、風速計

紅外線葉溫計