智慧灌溉，讀懂氣象大數據　不只適時適量，也能因應農業缺工缺水 - 農業知識入口網

乾淨水資源是人類賴以生存的要件，然而近代工業發展與國土過度開發，導致乾淨水資源日益匱乏，農業用水合理使用成為水資源調配的重要課題。世界人口增加、糧食安全與乾淨水資源匱乏的前提之下，永續集約農業的溫室生產逐漸朝向水利用效率（Water Use Efficiency, WUE）之最大化方向發展。世界各國為永續發展而注重水資源有效利用、生產衛生安全農產品，且全球暖化與氣候變遷造成極端氣候，除了全民共同培養節約用水習慣外，農業技術研發抗耐品種與推行節水灌溉技術為當務之急。

農作物生長需要乾淨的水資源，灌溉是確保糧食穩定的必要方法，農業缺工與水資源匱乏的今日，「省工、節水、節肥、自動、適時、適量」多功能灌溉是農業工程努力的目標，一般利用自動定時灌溉，可以穩定供應每次灌溉量；然而，陽光型農業受天候陰晴變化影響，定時灌溉不符合上述適時、適量灌溉的基本要求。相對於定時灌溉的限制，「智慧灌溉」乃隨天候、環境條件強弱變化，自動調控灌溉時機與間隔，晴天時足量灌溉，陰雨天時彈性且智慧減量灌溉，有效減少陰雨天灌溉水量達20％～ 80％，維持作物根部適度水分含量與透氣性。

蒸發散量，智慧灌溉關鍵概念
智慧灌溉的基礎，為掌握作物蒸發散量，其影響因素眾多，簡單列舉如下。

影響因素主要來自地上部、地下部，變因可分為生物因子、非生物因子。地上部受氣溫、相對濕度、光度、風速、二氧化碳等影響；地下部受土溫、土壤含水率、地下水位、土壤質地、酸鹼值、電導度等影響。生物因子變因為作物種類、品種、生育階段、氣孔開閉、根區大小、葉面積指數（Leaf Area Index, LAI）等；非生物因子變因為溫室種類、土壤、介質、大氣及根部環境條件、天氣、季節、水分控制、肥分控制、水質、水量、時間點等。

種植環境包含溫室種類、土耕或介質耕等條件確定下，蒸發散量隨季節氣候、生長階段而改變，氣候條件的氣溫、相對濕度、光度、風速、二氧化碳等均有感測器，可直接量測獲得數據，葉面積指數、蒸氣壓差則需要特殊儀器或技術來取得。葉面積指數是衡量作物生長階段的指標之一；蒸氣壓差是大氣溫度、濕度的變化結果，日本稱為飽差、歐美稱為Vapor Pressure Deficit。

根據聯合國糧食及農業組織（FAO）資料，2013 年全球溫室作物生產面積估計為40 萬5 千公頃，技術及複雜層次因地域氣候條件、社會經濟環境而異。先進農場會在農場適當位置裝設小型氣象站，但是價格高昂且維護不易，因此交通部中央氣象局或其他政府機關的開放資料若能提供農民所用，透過資通訊技術介接氣象資料開放平臺加以運用，能減輕農民購置與維護成本，提升農場管理效率。

氣象資料開放如何運用於農業技術開發，目前農政及農研、資訊、氣象機關等單位投入資源積極開發中，近期內應可為農耕環境提供精確穩定的參考數據。

日輻射強度，直接影響灌溉間隔
根據滴灌土耕試驗結果，日輻射強度（簡稱光度；塑膠布溫室、網室內外均可）與灌溉次數、灌溉量的關係密切，每天的日輻射強度樣態皆不同，蒸發散量隨天氣變化而改變，晴天灌溉5 次，其中3 次集中在中午時段，灌溉間隔較短，而前後2 次灌溉間隔較長；陰雨天灌溉1 ～ 3 次，灌溉時機隨天氣智慧調整灌溉間隔，灌溉量趨近於蒸發散量。

灌溉量隨天氣而變動的結果，顯示灌溉技術與灌溉設備性能優異且穩定。另外，應用於離地介質耕，使用椰纖或泥炭土；槽耕、袋耕或籃耕，均可達省工、節水、節肥效益。

此外，現今臺灣多使用省工、節水微灌技術，而且採用定時灌溉，在天氣變化時須預先改變定時器設定，但設定結果往往跟不上天氣變化的速度。其實，不用更動灌溉管路硬體及給水、給肥方法，只要並聯臺中區農業改良場開發的「適時灌溉驅動裝置」，就能達到適時、適量灌溉的效果，提升臺灣灌溉技術層次。此技術應用於設施離地介質耕栽培牛番茄、彩色甜椒，設施土耕栽培牛番茄、小番茄、香瓜、小黃瓜，均獲得農民肯定。

省工、節水效益方面，從淹灌到滴灌省水達50％～ 60％，從定時滴灌到適時、適量滴灌，可再省水達20％～ 80％。

農用感測器，自動因應氣象變化
人工智慧根基於大數據，而正確的數據來自於選用適當精準度、穩定度、使用壽命、成本與維護容易的感測器，因此農用感測器的選用及研製益形重要。

智慧灌溉根基於作物蒸發散量，而影響因子眾多，正確數據在農業專業領域知識的加值運用下，充分掌握多變環境的作物蒸發散量，導入臺灣農業技術團隊自主研發的「自動肥灌系統」或適時灌溉驅動裝置，從定時、定量灌溉的技術層次，提升到自動適時、適量灌溉的智能控制。

文․ 攝影／陳令錫　行政院農業委員會臺中區農業改良場作物環境課農業機械研究室副研究員 (豐年 6801)