荷蘭設施番茄生產微氣候控制策略
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荷蘭屬於溫帶海洋型氣候,四季分明,春季及冬季寒冷且日照短,年平均日照約1,600 小時,春、冬季平均日照約7.5 小時,夏季約16.5 小時;年平均雨量為780 mm,主要集中在每年8 到9 月份。在此氣候條件下,光線及溫度,成為荷蘭溫室栽培果菜類的發展重點。
荷蘭自1990 年開始,具經濟規模的溫室生產,已成為主要發展趨勢,並朝多樣化規模發展,以提升產業競爭力。高產量及節能為荷蘭設施栽培技術最引以為傲的成績。根據荷蘭瓦罕寧恩大學(Wageningen University)發表報告,相較歐洲地區其他國家,荷蘭設施甜椒平均產量高於其他國家0.5 倍、番茄高於2.2 倍,胡瓜則高於4.7 倍;與西班牙設施甜椒的生產成本比較,荷蘭產量(260,000 kg /ha)遠高於西班牙(160,000 kg / ha),扣除成本後的淨收益,為西班牙的1.24 倍。
荷蘭溫室產業發展
荷蘭設施園藝發展,以永續環保為主要目標。除了節省能源使用外,亦節省水資源及二氧化碳排放量。目標於2020 年時,二氧化碳排放量較1990 年減少48%(約3.3 Mton),逐年提升能源使用效率,使用20%天然燃料及溫室,成為主要的發電及熱氣供源。為達此目標,產官學界致力於溫室通風、栽培模式,及發電系統等研究,並提出7 項溫室栽培要點,以達到節能目的,包括:1、引外氣除溼,2、利用遮陰網及節能網,3、依據外部氣候變化調整溫室環控設定,4、增加溼度,5、使溫室內空氣分布均勻,6、適度降溫提高品質,7、利用地底儲水槽及熱泵系統於溫室降溫。荷蘭政府不僅致力於節能溫室發展,更期許溫室成為未來日常生活供電的一環。
汽電共生(Cogeneration, CHP)為目前荷蘭溫室生產最主要的能源來源,透過燃燒天然氣或生物廢棄物來發電,同時將過程中產生的二氧化碳及熱,蒐集供溫室生產使用。氣電共生發電效率約占35%、產熱效率約占50%,所產生的電除了供溫室生產所需(如人工光源),多餘電力則可販售給電力公司,或其他溫室栽培者使用。其產生的熱,可用熱水形式存於儲存桶中,二氧化碳則是添加於溫室中,供作物生產用。
地熱(geothermo)為近年發展的能源系統,主要利用地熱及天然氣等天然資源,作為溫室生產能源來源。由於地熱系統的開發需投入較高成本,且侷限於地理分布,導致無法普遍利用。地熱系統是從地底約2.5 公里深處,抽出熱水及天然氣,熱水暫時儲存於儲熱桶,或經過熱交換後回存至地下,氣體則經過分離、純化後,將二氧化碳利用於溫室中。
荷蘭溫室番茄栽培管理
目前在荷蘭最普遍的溫室種類為玻璃溫室(venlotype),其發展於1930 年,因具有建造成本低、適合各種園藝作物栽培等特性,故沿用至今。近10 年來,為提高產量及品質,除增加溫室高度外,逐漸由密閉型溫室轉為半密閉型溫室,藉由引入外部氣體,達到除溼與增加二氧化碳濃度之目的。
設施番茄栽培期長達40 到50 週,大果番茄每年每平方公尺平均產量約為60 到80 公斤,小果番茄則約為35 公斤。為提高產量,荷蘭設施番茄普遍以具高產、根系強健的番茄品種作為根砧,利用2 階段育苗方式培育大苗,不僅增加溫室營運效率,同時達到微氣候控制。
1. 養液管理:
荷蘭設施果菜生產,普遍使用岩棉為栽培介質,配合養液滴灌及溢流水回收再利用,大幅提升溫室用水效率。以番茄為例,每公升養液,約可產生67 公斤鮮重。
目前,荷蘭約有70%溫室生產採用介質養液栽培,灌溉頻率以少量多次為主,主要依據輻射量決定灌溉頻率,介質含水量維持約50%至65%之間,2 次灌溉間的水分含量變化不超過10%至15%,每次灌溉量需有20%至30%的溢流量。溢流主要避免養液灌溉造成的鹽積、滴頭間灌溉量的差異,及位在溫室內不同位置所造成的蒸發散量差異。
灌溉系統中包含4 次pH 及EC 監測;溫室中與灌溉有關的監測系統有滴灌管壓力計、介質水分含量、介質重量,及溢流水偵測裝置,依不同監測儀器變化,作為灌溉策略依據。溢流水回收過程,依序經由過濾、UV 殺菌、混合雨水、EC檢測後,再與養液混合進入溫室。荷蘭溫室栽培業者,每週將灌溉水、養液、溢流水及根圈水,送交專業檢驗公司檢驗,檢驗項目除了pH、EC 外,還包含Cl、HCO3 等10 多項。
2. 人工光源的利用:
過去,荷蘭學者提出「減少1%光照,農業技術 科技新創園就減少1%產量」理論,可見其對光線利用的重視。近年更普遍利用有散射(diffused)功能的披覆材料,使溫室內光線分布更均勻,增加下位葉光線的擷取,以提高光合作用速率及產量。荷蘭溫室補光的主要目的為延長光照時間,冬季生產番茄補光時數高達12 小時。
高壓鈉燈(High Pressure Sodium, HPS)為普遍的人工光源,同時達到補光與加溫目的。目前,荷蘭設施生產溫室約有90%採用高壓鈉燈為人工光源,補光期間,溫室光強度為170 至200 μmol / m 2/ s。
近年來,許多溫室生產陸續投入LED燈設備,以LED 燈作為人工光源,其具有可依作物調整波長、可移動、低發熱等優點。以番茄生產為例,LED 燈除了裝置於植株上方,亦常被置於植株間,進行株間補光,增加中、下位葉受光率,亦可提升光合作用率。
根據荷蘭瓦罕寧恩大學研究資料顯示,相較於HPS,在番茄生產上利用LED 燈為單一人工光源,其溫室內用於加熱的能源,可由22,072 kWh 增加至37,583 kWh,且LED 燈設置成本遠高於HPS,因此目前仍以HPS 為主要人工光源。
3. 溫度管理:
荷蘭夏季溫度約攝氏15 到25 度,春、冬季則為攝氏0 到5 度,冬季生產番茄及其他園藝作物時需要加溫。利用熱水管路布於溫室中,為荷蘭溫室生產最常見的加溫方式,管中熱水溫度依加溫需求而不同,約攝氏55 到70 度。
番茄生產溫室中,可看到布於地面上同時作為運輸軌道的鋼管(railpipe),及布於植株間的生長管(growthpipe)。2 種管路都具有加熱功能,但生長管因靠近植株,加熱效率較佳,屬於節能生產策略一環。加熱目的,除讓植株在適合溫度條件下生長,亦有除溼作用。
番茄生產溫度管理,大約可分為3 階段:1、白天溫度約在攝氏22 到24 度,2、入夜後快速降溫至攝氏16 到19 度,3、日出前2 小時加溫至攝氏20 到21度。加熱所需的熱水,來自溫室發電系統在發電過程中的副產物,汽電共生(Cogeneration,CHP)為主要發電方式,所產生的熱,以熱水型式存於儲水槽。
含水層(Aquifer)為常用的系統,配合地下冷、熱儲水槽進行熱交換系統,夏季時,使用地下水進行溫室降溫,抽取之地下水溫度約為攝氏10 度,經溫室熱交換,升溫至攝氏20 度再送回地下;在冬季時,以熱泵於夜間非用電尖峰時,對地下水加溫,加熱溫度可達攝氏50 度,將熱水存於暫存水槽內供用。利用此溫控系統,據估計可節省40%之能源。
4. 二氧化碳添加:
二氧化碳為作物光合作用主要原料,荷蘭溫室以半密閉型玻璃溫室為主,透過通風或外施的方式,增加二氧化碳濃度,以提高光合作用速率,進而提高產量與品質。但透過通風方式,僅能提高二氧化碳濃度與外界相當(約400ppm),且冬季因保溫需求,與外界通風機率較低,溫室內二氧化碳濃度常降至100 ppm 左右,因此普遍引入發電產生之二氧化碳。
根據瓦罕寧恩大學研究報告,在不同二氧化碳濃度下生長的植株,其光合作用速率,隨著溫度增加而提升,但在600 ppm 及1,000 ppm 2 種二氧化碳濃度,差異並不顯著,因此溫室中普遍維持在600 ppm 左右。
5. 生物防治:
荷蘭設施果菜生產,100%採用病蟲害綜合防治,溫室內使用化學藥劑,部分僅利用燻硫磺,達到防治露菌病等病害。
Koppert 為荷蘭最大生物防治商品公司,提供超過30 種生物防治資材,除生產天敵卵片、供溫室中施放的幼蟲,也提供天敵飼料、食物及宿主植株,以維持溫室中天敵數量。生物防治,主要是利用天敵及害蟲間的族群平衡,達到防治害蟲的目的,因此必須每週監測害蟲密度,作為施放天敵的指標。
結語
為了克服惡劣的農業生產溫室,荷蘭致力於溫室產業發展,在產官學研等多方面深入研究,而成為世界溫室生產先驅。《HortiBiz》雜誌曾在2016 年10 月,以「最有效率的生產者」來形容荷蘭番茄生產。其溫室生產產業鏈的形成,如溫室規劃、環控設備、品種選擇、諮詢公司及檢驗公司等,支撐荷蘭溫室生產具領先地位。
臺南區農業改良場與荷蘭自2011 年起,著手合作規劃亞熱帶地區果菜類生產溫室,期間經過多次交流與互訪,深刻體會荷蘭設施生產,除精密環控設備外,多年累積之學術研究與產業經驗,奠定了強而有力的基礎,且因應環境變化不斷進步。
荷蘭溫室番茄栽培體系,與臺灣有很大差異,彼此面臨的生產瓶頸亦不相同,但荷蘭致力於設施蔬菜栽培的研究精神,及介質使用、養液配方、環控設備、節能栽培模式等,正為臺灣當前所急需學習與建立的榜樣。
文‧ 圖/許涵鈞 臺南區農業改良場(豐年6623.6624)
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