農地雷射整平技術於畦溝灌溉應用與推展成效.pdf - 農業知識入口網

農地灌溉
農 雷射整平技術
地 農地
雷
射
整
平
於畦溝灌溉應用與推展成效
技
術
於
畦
農試所農化組 江志峯
溝
灌
溉 一、前言
應
用 極端氣候引發農業用水供需失衡，極需提升作物灌溉效率。傳統畦溝灌溉是利
與
用畦溝引水進入田間並下滲入作物根區土壤，達到灌溉作物的目的。傳統灌溉均假定
推
展 田面是平順光滑的，但實際田面是凹凸不平的，較差的田間微地形條件會嚴重干擾水
成
流向下游的正常推進，導致水流無法順流至畦尾或水流推進鋒面的非均勻分布，造成
效
灌溉效率下降。如果稻田水平畦面不平整，在不減少土壤對於水稻之水分提供量前提
下，必須投入更多之灌溉水使土面較高處亦能有足夠之浸水高度，因此，提高田面平
整度而節省之水量相當可觀。
目前大規模的水田整平作業均以機械化設備為主，但受一般機械平整設備自身
缺陷和人工操作平整精度較低的限制，土地平整精度在達到一定程度後無法繼續提
高。近 年來，新的平整機械設備不斷研發和改良，以期提高土地平整作業的效率和
40
精度，其中具有重大突破的進展之一，即是雷射光控制技術在土地整平上的應用。農
地雷射整平技術是利用雷射光進行量測，精準度遠高於目前慣行以人工和機械操作。
農業試驗所農業化學組過去 年致力於發展雷射整平水田節水技術，在評估水稻直
20
播節水之效益已屬可行，可大幅度提高田間土地的平整精度，成功解決目前一般水田
高低差大多大於 公分的問題。大幅降低水田的淹水深度，有效地節省灌溉用水，每
12
期稻作平均可以減少 的用水量。而旱田慣行整平後的高低差一般比水田更大，
20-25%
經導入雷射整平技術後，畦溝灌溉效率也可大幅提升。本文簡介雷射整平的原理與步
驟及實際應用等，以供農友參考。
作 者：江志峯助理研究員
連絡電話：04-23317404
10 －農業試驗所技術服務季刊．2022年6月．130期－農地灌溉
雷射整平技術 二、雷射整平的原理與步驟 雷射光控制參照面同位時，即可固定接 農
農地 地
放置在田邊的雷射光發射器發射光 收器的位置。 雷
射
束，該光束被安裝在曳引機鏟斗上方的 (五)鏟運整平機具的運作：從整平起始
整
接收器攔截與接收，再將光束信號傳輸 位置點開始，由曳引機牽引的鏟運設備 平
技
到安裝在曳引機上的控制器進行運算， 在田塊內反覆作業，挖高填低，搬運土 術
藉控制鏟斗的提升或降低，以進行田面 方，自動完成土地的精確整平工作。 於
畦
土壤挖高填低的反覆操作，使整個田地 (六)平整度的檢測：整平作業完畢後，按 溝
灌
達到平整。 整平前相同的網格形式進行地面高程點
溉
(一)整平前高程量測：整平前使用雷射 的複測，以評估整平的精度及效果。 應
用
光儀按方形網格完成擬欲整平地塊的地 與
三、土地平整的優點
推
面高程量測，得到田塊內各測點處的地
(一)減少灌溉水量：以水稻栽培為例，水 展
面相對高程。 成
田未整平前，土面最高和最低部分之間
效
(二)整平高程的設計：根據地面相對高
差異大，達到曳引機可濕耕犁的灌水量
程的測量結果進行整平設計，確定整平
較整平後為多；且因不平整稻田，水稻
的設計高程，其原則是通過選擇適當的
生育不一致，部分過綠稻葉往往造成病
整平設計高程，並使整平作業中的挖方
蟲害感染擴散點，也由於成熟不一致，
量與填方量基本相等。
容易造成青米粒比率高，品質下降，不
(三)雷射光發射與接收：在田塊適當位
利於水稻的生產 圖二 ，同時浪費農民
( )
置處安裝雷射光發射器，確保雷射光束
等候田區灌滿時間，如果抽地下水灌
平面 參照面 高於田內任何障礙物，以
( )
溉，更是浪費很多的電費 圖三。
( )
便安裝在整平設備桅
桿上的雷射光感應裝
置能接收到來自發射
器的光束 圖一。
( )
(四)鏟運機具的設定：
根據田塊內整平設計
高程，確定鏟運機具
刀口的起始位置點。
即刀口落地，上下調
節安裝在鏟運設備桅
桿的雷射光接收器的
安裝高度，當接收器
中心控制點的位置與 圖一、田間組合雷射整平作業。
－農業試驗所技術服務季刊．2022年6月．130期－ 11農地灌溉
農 (二)更好的雜草
地
雷 控制：在水田，
射
土地平整可改
整
平 善雜草叢生的
技
現象，並增加稻
術
於 穀產量，土地平
畦
整提高水的覆蓋
溝
灌
率，可減少 ％
40
溉
應 雜草的滋生。雜
用
草減少可使田間
與
推 除草時間縮短。
展
從 人工日減
成 21
效 少到 人工日 公
5 /
頃，每公頃可減
少 人工日，而
16
除草所需勞動力
減少 ％以上。
75
(三)增大耕地面
積：由於田地高
低落差太大，往
往將田區分割成
小區以利灌溉，
良好的土地平整
可減少因需提高
灌溉效率而設
圖二、、稻田平整度高有利於水稻生育一致，稻穀青米粒比率低(上)，不平 置田中小埂的面
整稻田，抽穗不整齊，容易造成稻穀品質下降，收購單價低(下)。
積，而增加可耕
的農田面積，並
且提高作業效
率。若將農田坵
塊面積從 公
0.1
頃擴增到 公
0.5
圖三、田面平整度對灌溉水量影響。 頃，可耕面積約
12 －農業試驗所技術服務季刊．2022年6月．130期－農地灌溉
增加5％至7％。使農民可以更容易規劃 四、雷射整平推展案例 農
地
作業區域，並可將作業時間縮短10％至 (一)地點：台南北門三寮灣 作物：紅蔥 雷
射
15％。 (二)平整田面的灌溉對生長影響：田地不
整
(四)更快的播種/更少的工作量：田區平 平整，容易造成紅蔥鱗莖種植初期因灌 平
技
整降低作物移栽和直播所需的時間，土 溉不均勻，有些紅蔥因地勢低淹水或地 術
地平整為直播提供更大的機會，從移植 勢高缺水而影響其發芽整齊度，整平後 於
畦
到直播的勞動力約可減少每公頃30人 紅蔥田畦溝灌溉走水平順，未整平紅蔥 溝
灌
日。 田，農民需額外花時間、人力，用隔板
溉
(五)收益率較高：有效的土地平整減少 控制畦溝水流量 圖四 ，整平後紅蔥田 應
( )
用
讓作物移栽後存活的管理工作，使作 由於灌溉一致，生長整齊，可提高作物
與
物在農田中生長較一致，縮短採收期時 生育的整齊度及收穫面積和產量，未整 推
展
間，亦利於機械採收，並提高產量和質 平紅蔥田，作物成熟期不一致，需分次 成
量，增加農民收益。 採收，收益降低 圖五。 效
( )
圖四、精進田面平整度，可使灌溉水流均勻(左圖)，未整平紅蔥田畦溝灌溉不均勻，農民需用隔板控
制水流量(右圖)。
圖五、整平後紅蔥田成長發育整齊劃一(左圖)，未整平紅蔥生長參差不齊(右圖)。
－農業試驗所技術服務季刊．2022年6月．130期－ 13農地灌溉
農
地
雷
射
整
平
技
術
於
畦
溝
灌
溉
應
用 圖六、示範區整平後紅蔥田增加產量增加50~87.5% (左圖)，對照區未整平紅蔥產量不平均品質低(右
與 圖)。
推
展 (三)灌溉效率提高增加產量與品質：於台 雷射整平機讓示範區的農友感受雷
成
南市學甲區舉辦「農田雷射整平技術在 射整平作業極佳的成效，未來本所將加
效
旱田 紅蔥 水分管理示範」，示範利用
( ) 速完善 網絡系統服務，可應
GNSS-RTK
雷射整平技術提高紅蔥發芽率、灌溉效
用於自動量測農田高程，提供國內農機
率。經 年 月栽培前的整平作業，於
110 9
使用，提升整平、播種、噴藥、施肥、
年 月上旬收穫，結果雷射整平示範
111 1
監測、收穫等農事操作效率，便利農友
區與不平整對照區紅蔥產量相較，平均
降低管理成本，增加收益。
產量每分地由 公斤增加至
960 1440~1800
公斤，提高約 ；由於示範區產
50~87.5%
六、參考文獻
品品質較對照區好，大盤商主動加價 元
2
FAO, 1989. Guidelines for designing and
台斤收購，農友在示範區較對照
(+16%)/
區增加 至 倍收益 圖六。 evaluating surface irrigation systems.
1.74 2.17 ( )
GIZ/Weber, 2005.Guidebook for Extension
五、結語
Training in Agricultural Water
依據推展案例顯示，農田雷射整
Management, Module No.4. Cairo.
平可以節省作物灌溉水量與效率，除水
GIZ, 2010. Training Manual for Agricultural
稻田外，根莖類作物效果尤為明顯，因
氣候變遷，農業灌溉用水供應不穩定， Water Management Specialists:
如能將此技術爭取納入政策支持項目， Executive Summary, Cairo. http://www.
推廣的力道會更強，對於糧食生產的提 knowledgebank.irri.org/factsheetsPDFs/
升，頗有助益。
Land_Preparation/landLeveling.pdf
14 －農業試驗所技術服務季刊．2022年6月．130期－