地處亞熱帶的台灣,夏季高溫溼熱、多颱風、水患成災,不利的氣候條件造成農作物生長不良、產量不穩定。
2007年10月強颱柯羅莎來襲,強風豪雨吹得中部地區農作物紛紛倒伏,蔬菜被大雨打傷、久浸水中腐爛,損失慘重,當時空心菜、青江菜等葉菜類,曾一度漲到一公斤100元以上,消費者苦不堪言;一個月後,又因農民搶種而跌落到一公斤10元,菜農血本無歸。
菜金菜土,農產價格猶如洗三溫暖、暴起暴落的戲碼年年上演,農民「揮汗耕種、含淚收割、就地耕鋤(廢棄)」的宿命永遠無法改善嗎?現代科技能幫上什麼忙?
美國南部亞歷桑那州Willcox市,1992年一家名為EuroFresh的企業農場,看中此處冬日充沛的日照,從10英畝農地起家,幾年後就在165英畝的土地上蓋了數百棟被透明材質覆蓋的溫室,種植了六百多萬株蕃茄,沙漠地帶晴朗的天空讓蕃茄全年生長;為了怕夏季氣溫太高,溫室兩側裝有風扇,一株蕃茄可以向上長到6公尺、約兩層樓高,一天生產113噸生鮮蕃茄,年產量達3萬7千噸。
這間溫室農場最特別的是,除了採收、包裝需要使用人力外,植物生長期需要的日照、施肥、灌溉都由電腦自動化精密控制,天冷自動關天窗,天熱就開風扇,因此偌大的農場幾乎看不到什麼人。
科技帶動農業新革命,育種與基因改良都可讓農作物達到品質、產量、產期穩定的「三定」目標。上圖為台糖公司在台南烏樹林園區的蝴蝶蘭品種實驗室(邱瑞金攝);下圖為花期長達一個月、養在精密溫室,為台灣外銷旗艦產品的蝴蝶蘭(林格立攝)。
屋頂下的一口田
「我們以為農業生產技術很落後的非洲國家肯亞,5年前荷蘭人開始協助當地人蓋溫室、種玫瑰花。現在肯亞的切花銷售金額是台灣的30倍!」專長為農業工程的台大生物產業機電工程學系(前農機系)教授方煒說,從南美哥倫比亞;非洲的辛巴威、伊索匹亞、烏干達;到亞洲的印尼、菲律賓、中國昆明等地,海拔1,000公尺的高原地帶,都因光照強、涼爽、湖泊環繞,成為荷蘭人輸出「設施農業」技術的理想國度,「台灣也應該大力發展高效能的設施農業。」
什麼是設施農業呢?
方煒解釋,中國老祖宗造字很有智慧,富裕的「富」字,從字形上拆解,就是「屋頂下的一口田」。設施農業也就是將農作物種植在一個半密閉空間裡,從網室、溫室到幾層樓高的精密溫室,若再配備各種環控儀器,就可進行微氣候調節,甚至進步到好像科技廠房的生產線般,精準控制廠內的二氧化碳、氧氣、溫溼度、水質、灌溉、光照等條件,讓植物的生長速度、品質和產量穩定,降低農作物看天吃飯的不利因素。
確實有越來越多的作物不是種在田裡,而是養在溫室中,例如杏鮑菇、金針菇等喜愛陰濕、不需進行光合作用的真菌菇類,一輩子就在攝氏5度的無塵環境裡長大;台灣部分養菇場一天產量高達20萬公噸,可以外銷全世界。另外像是雲林虎尾鎮的外銷菊花原是露天栽培,溫室設施由1999年的0.2公頃逐漸擴充到2007年的16公頃,單位面積產量由露天的每0.1公頃3萬枝,增加到4.5萬枝,增幅達50%;花形、葉片大小的良率也由50%提高至80%。其他像超市販售的豆芽、豌豆苗、甘藍菜等,很多也出自溫室栽培。
方煒表示,很多人以為「設施農業」比較適合美、澳這種擁有大面積農地的國家,但由於美國已習慣使用大規模機械化來提高生產力,其設施農業反而不如耕地小、人口密度高的地域更有效益,例如面積和台灣相差不大(4萬2千平方公里)、人口只有1,500萬的荷蘭,就是高度採用設施農業的國家。
其他如加拿大、俄羅斯、北歐等寒冷國度,或是中東、非洲等沙漠地帶,氣候不是太過寒冷,就是缺水,根本無法用傳統方式栽培農作物,完全控制型的設施農業也能發揮很大效益。
位於台南善化的亞蔬中心,集結來自12國的農業研究員;示範田裡正進行著以雞糞為堆肥或添加液肥對蔬菜生長差異的實驗。
農業科技新思維
打從人類懂得農耕以來,如何靠有限耕地的作物餵飽無窮盡的胃,一直是農業改革的重要課題。
1798年,英國學者馬爾薩斯在《人口論》一書中預言,地球生產的糧食永遠也趕不上人口呈幾何級數暴增的速度,世界人口爆炸將導致飢餓、貧窮與戰爭等災禍。
所幸,馬爾薩斯所在的歐洲大陸並未如預言的發生大飢荒,原因就在於,工業革命開啟了以機械取代人力的自動化序幕,農業生產技術諸如輪作、育種、農地管理、灌溉技術改良、使用化學肥料等,發揮了提高作物產量的效益。
1940年代,美國農業學家柏洛格啟動了以改善農技為手段,培養可抗病蟲害品種的「綠色革命」,他期待能夠憑藉科技昌明之助,在20世紀達成世界上每個人都擁有「一日之麵包」的基本需求;柏洛格也在1970年榮獲諾貝爾和平獎。
「綠色革命」在1960年代創造了產量奇蹟,但過度施肥、用藥,造成地力衰竭、污染地下水,新病蟲害等問題叢生,卻也遭到環保界質疑;加上全球暖化、熱帶雨林減少、表土流失、海平面上升淹沒耕地、環境汙染等困境,全球可用耕地越來越少,農業技術也來到了新階段。
在不破壞自然生態的原則下,適當運用科技,掌控作物產量與品質,成為現代化農業的新思維,「設施農業」和「精準農業」也應運而生。
每逢颱風過境,台灣農田就遭殃,菜價更因短缺而狂飆,若能加蓋可防風雨的溫室,應該可以減少損失。圖為台北社子島菜園被颱風豪雨蹂躪,農友冒著大雨採收蔬菜。
精確掌握作物產量
以佔據台灣耕地39%、面積最大的水稻來說,若能預估次年生產將會不足或過剩,農政單位就可以進行預先進口或轉為外銷的產量調解,以避免價格大幅波動。
「台灣農民對水田的施肥通常都超過建議用量的50%至100%,肥料中的氮肥若無法被作物吸收,就會流入地表水層和地下水層;由於氮肥會轉化成氧化亞氮,而氧化亞氮正是溫室效應管制中的一種氣體,對環境生態的影響很大,」中興大學土壤環境系教授申雍說,以水稻為例,精準農業的目標就在控制水稻的施肥量、了解水稻的生長狀況,並預估來年產量。
作法則是先利用全球衛星定位系統、地理資訊系統鎖定耕地位置,再以「遙感探測」技術判斷由衛星或空照圖取得的影像資訊。
「遙感探測」是一種可見光與看不見的電磁波譜,技術包含「載體」、「感測器」及「處理系統」3部分。舉例來說,當眼睛(感測器)隨著身體(載體)移動,看到遠方有人走過來時,視覺會立即將影像傳至大腦記憶區(處理系統),經過快速比對後,就可以判斷來人是誰、高矮、美醜等。
台灣水稻的栽培現況是,「由於肥料太便宜,農民的心態就是買保險,以為灑得越多越好。但是氮肥用量除非高得太離譜,否則農友目測看不出來,對產量的影響也不大,」申雍比喻,就像人虛胖一樣,氮若施的過多,植株反倒會因長的太過茂密而容易罹患稻熱病,遇到刮風大雨時,稻穗往往整片倒伏,讓農民猝不及防。
2006年申雍針對台北關渡、桃園、彰化、台中外埔、嘉義太保等5個地區,共500公頃的水田,利用遙測技術分析土表和作物葉片的反射光譜,從反射率高低推算葉肉細胞的層次、大小、排列方式等,藉此得知土壤水分、養分、生長和病蟲害情形。例如當氮缺乏時,葉片的反射值會因葉綠素濃度降低而增加,此時就應增施氮肥。
以估計產量來說,這套科學分析法,比現在農糧署以航照圖判別水田面積、再用人力估算單位產量得到的數據,相距不遠,但更省時省力;未來他還將進一步研判稻田的生長狀態,若發現水田肥料過量,就可以建議農民下一期稻作減少用量。
新技術若用於經濟敏感性高、價格易因產量和品質而大幅震盪的作物如大蒜、花生等,效益會更大。成功大學測量及空間資訊所教授曾義興2006年即接受農糧署委託,利用遙感技術研究價格較敏感的大蒜產能。
以往農政單位都以農民自行登記的方式估算大蒜年產量,但農民提供的數字往往不夠精確,以致產量始終無法好好控管。如今利用新利器,農政單位就可以更清楚掌握補貼農業損失的金額是否超過預算,以避免形成財政負擔。
行銷全球的紐西蘭奇異果,以衛星技術來預估栽種面積、產量,確保產銷不會失衡。圖為紐西蘭農友以儀器測試奇異果的甜度。
科技相輔相成
然而,不可諱言,露天栽培的作物,受天候的影響仍大,大自然中有太多難以控制的因子,例如罕見的冬颱說來就來,若能將新科技用於溫室,也就是「精準農業」搭配「設施農業」,效果會不會更大?
3年前,台大教授方煒和南投斗南鎮農會合作,在3個里放置攝影機,配備可以監測溫、溼度的感測器,希望能精準控制馬鈴薯、胡蘿蔔的灌溉時間,並防範病蟲害。但因整套設備放在露天農地,擔心價值50萬元的感測器被偷,研究沒有持續下去。
方煒思路一轉,改將感測器放在生產雞蛋的養雞場。由於雞的排泄物會釋出高濃度二氧化氮,有礙健康;架設感測器後,雞農不用整天守在雞舍,甚至可以預設警報系統,一旦雞舍裡的二氧化氮濃度超過標準值,系統就會發出警示訊號,傳至管理者的手機,再進行處理。
在學者看來,溫室作業環境良好、省時省力、容易控制病蟲害等,好處多多,但綜觀台灣農業現況,多數農夫仍是腳穿膠鞋、渾身泥濘地在田裡工作,憑著過往經驗謀生,而收入與辛苦程度往往不成比例。
估計,台灣農戶平均農業年所得只有台幣20萬元,只能溫飽,哪有餘錢蓋設施?以可防風雨、減少80%蟲害的簡易溫室來說,一坪成本要上萬元,一分地(293坪)就要200萬元以上;加上近年鋼筋建材飛漲,實非一般農友可以負擔。
「台灣農業必須靠投資來降低風險,投資包括設備和人力,才能達到品質、產量、產期穩定的『三定』目標。」方煒以蔬菜的灌溉方式為例說,台灣中部以南因地層下陷,農田地勢較低,以致排水不佳,為了讓作物根系長得好,就採用在田裡作畦(兩個土堆中作溝)的「溝灌」模式。這套已經沿用百年的傳統灌溉方式,其實很浪費水、肥料和農藥;新技術則是採用田裡鋪設有洞塑膠管的「滴袋灌溉模式」,不用作畦,耕地使用面積提高,少量定時給水,也更節省資源。
但改採新技術的前提是必須先解決農田排水不良的問題,否則夏天一下大雨,菜就爛掉、市場缺貨、菜價上漲;冬天氣候穩定產量高,菜賤傷農,農政單位就要求農友不要採收,直接耕鋤當肥料,再補貼農友損失。
方煒指出,一樣要花錢補貼農友,為什麼不把錢用來提升設備,將露天農地加罩,或將網室提升為簡易溫室、簡易溫室提升為精密溫室,從基礎上提升農業的競爭力呢?
方煒以多在冬寒時節開花的蝴蝶蘭為例,為了搶在春節前含苞上市,蘭友往往委託代工業者到山上利用夜間低溫催花,從大苗到花梗出來,耗時約2個月,人力成本一株25 元;如果在平地溫室使用冷氣催花,從大苗到花梗成形,3個月的電費成本是12 元,效益很明顯。
方煒建議,農政單位可以仿效「只租不賣」的科學園區、生技園區,由政府興建工程品質有保障的溫室農業園區,再便宜出租給農民,以生產高品質的農作物。
在能源成本高漲的年代,全球即將面對「沒有石油的明天」,此時提倡耗能的設施農業與精準農業,或許會遭來環保團體的異議。但退一步思考,杜絕人為與氣候造成的災損,讓生產更有效益,地區性農業也能走得更穩健,足以抗衡全球化競爭、減少進口食品長程運輸。只要善用技術和工具,地盡其利,台灣農業變身為科技新產業的一天,為時不遠矣。
溫室設施可以降低農業看天吃飯的不利因素,尤其適合栽植高經濟價值的花卉,但後續的維修保養也很重要,因為鋼筋建材的溫室很容易生鏽。
每逢颱風過境,台灣農田就遭殃,菜價更因短缺而狂飆,若能加蓋可防風雨的溫室,應該可以減少損失。圖為台北社子島菜園被颱風豪雨蹂躪,農友冒著大雨採收蔬菜。
台灣農地狹小,栽培管理較費人工,以致生產成本高。以灌溉為例,定時、定量的自動灑水器,就比人工灌溉更省水、省力。
台灣農地狹小,栽培管理較費人工,以致生產成本高。以灌溉為例,定時、定量的自動灑水器,就比人工灌溉更省水、省力。