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 自荷蘭溫室產業之發展談起

      國立中興大學農業機械工程學系   陳加忠

        荷蘭溫室生產的技術與經濟收益為世界從事溫室生產者所羨慕與學習,在有限面積下維持高產值與高產量。然而荷蘭生產業者不斷地面臨種種考驗,因此必須迅速改變栽培對象以適應市場需要,而其生產技術必需要更有效益,產品品質必需更好。荷蘭溫室產業之現況己有許多報導,國內業者也時而前往參觀,因此此文之重點在於對於荷蘭溫室發展史加以回顧,也對未來之技術發展加以介紹。荷蘭溫室產業為達到未來制定之目標,目前之發展方向以彈性自動化生產系統,生理感測之環控技術與生產流程之環境保護工作為主。

荷蘭溫室產業之發展

        在一次大戰之前後,荷蘭溫室之發展仍是緩慢不前。1904年全國溫室面積將近206公頃。在那時代,英國溫室面積到達了200公頃,在美國己有900公頃的記錄。在1927年的統計資料中,荷蘭溫室面積增加至740公頃,1927年為1830公頃,直到1940年代,溫室面積才到達為3000公頃。而在3000公頃中,有三分之一溫室僅為無加溫室設備的簡易結構溫室,對溫室內部環境無調節能力。

        在1930年代荷蘭的農業擁有充沛的勞力,但是資金不足為農家的主要問題。此時代,溫室之屋頂結構有了決定性的變化,朝向現代Venlo型的緊密玻璃結構型式發展。在1930年代至二次大戰之間,幾項發展改變了荷蘭溫室之發展而言,這些因素之影響一直延續至現在。

1、建立了共同拍賣系統,因此零散的小農戶在大市場中都可以以合理價格出售其產品。同時小農戶能夠理解以合作生產方式可以提高競爭力。 

2、建立了貸款制度,使個別生產者得到資金得以投資。

3、政府對於產業的支援方式主要為技術訓練,研究人員之研究發展,與技術諮詢服務。目的在於對於生產者提供栽培技術與未來發展之所需知識。 

        二次大戰後,歐洲經濟開始起步,荷蘭農業面對此快速成長的市場而且利用本身地理上的優越位置也開始成長,表一顯示其溫室面積的演變。促進荷蘭溫室產業之成長主要因子可歸納如下:

1、荷蘭擁有大批從事園藝作物生產之農民,具有熟練技術,能夠勝任勞力工作與較長的工時。

2、拍賣系統迅速擴大,新的技術例如整齊性的選別、包裝作業均加以利用,品質分級的標準也加以建立。

3、由於產品提供2億以上的歐州消費者,因此建立了大型且高效率的貿易網路與運輸設備。

4、便捷的銀行貸款配合政府擔保,刺激生產者投入資本。

5、歐州共同市場的建立,其自由貿易之理念更促使溫室產業發展。

6、政府持續的建立與支持應用性與基礎性兩種研究項目,加上生產者的配合,使新技術與新栽培方法不斷的被引進此產業。 

7、園藝生產相關與學會與協會以開放性方式交換技術與經濟之知識。

8、溫室工業自身投入的研究發展更促使技術進步。

        自1950年代之後,荷蘭溫室工業技術領先世界己達40年之久,成為一種專業性技術。對溫室產業持續進展提供了之主要助力。在技術方面、溫室結構與內部所用設備都有連續性的改良。過去30年中(1960-1990),主要的技術改良項目如下:

1、為了充份利用陽光以提高植物產量,溫室的結構選用對光線之影響最少的鋁材為屋頂材料。

2、採用氣密性更好的覆蓋材料,使內部環境的控制效果更好。

31980年代開始引用可移式保溫簾幕。

 41960年代利用油料取代煤炭進行加溫作業。1970年代改用天然氣為加溫之燃料。而相關設備如蒸氣鍋爐,控制閥等均不斷的改良。

51960年代開始利用類比式控制器,以加熱與通風方式控制內部溫度與相對濕度,此型控制器為現今數位式與微電腦控制系統之前身。

6、採用二氣化碳添加設備。

7、利用人工光源以改良作物成長與發展。首先以日照處理調整菊花和聖誕紅之花期。高性能鈉燈被用以於冬日低光照期促進觀葉作物之光合作用。

8、利用各種技術以避免溫室內部土質對作物之影響:例如使用介質,利用各型穴盤、容器、盆器,使用滴灌、肥灌設備,使用介質袋,而現今更發展密閉性循環用水系統。 

9、利用新的品種,在不同季節生產,以適應特殊之溫室微氣候。新品種必須對病毒、病菌均有抵抗力能夠有更長的栽培期,能維持更好的品質。

10、由於勞力成本之增加,機械化與自動化之程度在1980年後開始擴增。利用加熱管為導軌以電動式吊車取代人力攜帶之承籃。以機械臂控制植床的輸送,利用分級取代人工以進行蕃茄、胡瓜等果菜分級。 

        荷蘭溫室產業在技術方面之進步指標以表2之資料加以顯示。荷蘭溫室栽培之作物傳統上以蔬菜為主,近年來,花卉之生產面積與產值己超過蔬菜(3,表4)。作物之栽培種類也有所改變,蔬菜之栽植作物一向以萵苣為主,但是高收益的甜椒其種植面積增加迅速。在花卉方面,一向以切花生產為主,但是觀賞作物之栽培面積也急速增加。

        溫室產業之發展包括市場銷售,作物栽培、選育等,工程技術研發等項目,此文內容僅介紹工程技術之發展。目前溫室產業工程技術之方向有三項(1).配合環境保護之生產方式,(2)彈性化生產系統,(3)以生理感測為主之環境策略。

環境保護與溫室生產

        荷蘭政府對環境保護之態度十分明確,利用直接立法手段以達到目的。其針對之目標為土壤,表面與地下水源、空氣。相對之法令即稱為土壤保謢法案(the Soil Protection Act),地下水法案(the Groundwater Act),表面水污染法(the Air Pollution Act)。所制定之目標稱為密閉性生產系統(the closed production systems)。密閉性生產之意義在於所有生產過程中,流失之物質完全在控制之下,因此土壤、水、空氣都不受污染,廢棄物在完全控制下加以移出。為達到此目標,在栽培方面的第一步將是離開泥土進行栽培,即在人工介質下進行作物生產。所有的作業目標如表5所示。由於利用無土栽培(6),化學藥物對土壤與水源之直接影響可加以減至最低,而唯一需要留意之問題在於因蒸散作用由溫室玻璃逸出之化學物品。

        對化學藥劑之應用調查中,荷蘭溫室業者主要利用於土壤的消毒,溫室之清洗與消毒等。花卉生產比蔬菜生產使用更多的殺蟲劑與殺菌劑。在公元2000年之環保目標有三項:

1.所有的溫室栽培為密閉性系統。

2.化學藥量比1988年之使用量減少65%。

3.1980年之能源效率增加50%。

        為了達到上述之環保目標,研究單位開始進行相關的研究。由荷蘭農業,自然資源與漁業部所代表組成之研究中心稱為溫室作物研究場(Theglasshouse Crops Research Station,PTG)。組成成員除政府公務員,也包括溫室業者代表。而PTG此組織目前以四個科系分組進行研宄,1.蟲害與病害控制,2.植物營養與介質,3.園藝栽培與溫室微氣候,4.經濟成本、管理、勞力與技術。

        為進行環境保護為導向之溫室生產,依生產方式區分為以下六大類作物,各大類作物之主要種類與其栽培面積如表7所示。

1.一次收穫之花卉。

2.一次收穫之蔬菜。

3.多次收穫之花卉。

4.多次收穫之蔬菜。

5.球根花卉。

6.盆栽植物。

        研究計畫依其目的分為三類:1.評估生產系統之成本,2.開發與試驗生產系統,3.開發與評估決策支援系統。

目前相關之研究計劃介紹如下:

1.生產系統的田間試驗與經濟評估。

(1).密閉性生產系統的經濟評估

        研究目的在於發展實用之密閉性生產系統,己完成的作物包括萵苣、胡瓜、鳶尾屬花卉與玫瑰。目前正在研究之作物為大丁草屬與盆栽植物。

(2).水資源,肥料與農藥之利用量研究

完成研究之對象有蕃茄、胡瓜、甜椒、菊花、大丁草屬花卉與玫瑰。正在進行研究之作物為盆花。

(3).以經濟評估和環保要求為考慮因子以改善能源消耗與二氣化碳之產生。

(4).生產系統的環境平衡

        此研究目的在於評估現有生產技術與新的生產系統之間對環境的影響。作物對象為蕃茄、玫瑰與盆栽作物。

2.密閉性生產系統之開發與試驗

相關的子計畫有兩項:

(1).密閉性生產系統的開發與試驗

(2).評估與開發農藥的應用技術

3.開發與評估決策支援系統

        上述的研究計畫自1991年開始,計畫執行期間為3-5年。荷蘭政府對於環境保護之方式係擬定長期目標,並透過立法手段執行,並由相關部門支援研究計畫,針對三大要素:養份、農業與能源研究開發對自然環境保護技術。研究之執行包括不同領域之專家,以計畫為導向組成研究群,而在決策過程中,由政府官員,溫室業者與各領域學者共同參預。

彈性自動化生產系統

        荷蘭的溫室產業面對的共同問題在於以過度的機械與自動化,生產利潤不高的作物。因此生產逐漸以花卉生產為主,而花卉之產業則朝向兩極化發展。一類為種苗類,以單一作物,高度自動化,全面自動化之方式發展。另一類生產則以最後之產品切花、盆花為主,朝向多樣化方向生產。作物種類繁多之生產方式並不代表溫室生產作業將退回原來人工生產,而是持續運用機械與自動化設備。在此工廠生產中彈性自動化的概念,必須被引用於溫室生產。彈性化之意義在於生產者不需要完全更換或更新其設備,而是以更換介質或作物種類方式以生產不同之作物。

        不斷更換生產作物之原因係由於市場導向,一種作物在市場之銷售年限自1年至多5年。生產者若需要滿足消費者要求,則必須根據市場需要改良調查其生產作物。對彈性自動化之生產而言其意義如下:傳統花卉自動化之發展利用以單一作物,大量生產為主。而未來花卉之生產將朝向多樣化。因此利用彈性自動化,又能維持自動化與機械化之生產方式,又能生產各樣式之產品。

        彈性自動化之前題即在溫室內以環控技術調節內部作物生長之微氣候。利用介質,使作物脫離泥土拘拌。配合養液,同時灌溉與施肥。將傳統固定型態之自動化生產方式,調整為朝向彈性化之模組式作業方式,有許多研究持續進行,二種具體研究項目說明介紹如下:

一、栽培容器之規模格化

        由於不同作物所需之生長空間均不同,無法以相同大小的容器種植所有之作物。因此為配合自動化作業,容器之設計與規格化可分成三個層次:

1.第一級(Level 1)

        以單一作物成長之最小需求量定出規格,不同作物有不同之尺寸,但其長寬之組合可配合二級容器。

 2.第二級(Level 2):

        用以容納一級容器,成為規格一致之二級容器,例如不同之一級容器將以4x6,3x42x6等方式分別容納於此二級容器之中,而二級容器之輸送設備則可規格化與一致化。主要應用於栽培場內。

3.第三級(Level 3)

        配合輸送需求,構造如台車,可容納二級容器,使產品以立體方式處理搬運。主要應用於產品送至市場之輸送作業。

二、箱式栽培法

        為兼顧自動化之作業效率與環保需求,未來花卉之生產將脫離泥土以人工介質為培養基,而以箱植法離地方式種植。此種箱植方式如同目前穴盤種苗生產作業,其特點如下:

1.作業室中分別處理介質,栽培箱與種苗(包括種子、球根或扦插苗等)。栽培箱裝載介質後,送至種植區加以進行種植,扦插或移植作業。

2.栽培箱以輸送設備送至設施生產區進行栽培管理,工作項目如微氣候控制,灌溉、施藥、疏花等作業,均以栽培箱為一獨立作業單位。

3.花卉於收穫階段,再以輸送設備送回工作室進行收穫作業。栽培箱於作物收穫後加以清潔、消毒再重覆利用。此種作業之主要目的亦使花卉之生產以栽培箱為獨立單位加以處理,配合規格化、自動化之生產之要求。彈性自動化之基本條件在於栽培所用容器與機器之利用規格(長度、寬度等)均能相容,不因廠牌不同而有所相容。因此使用者可以逐次採用機械,各作業階段不論機器新舊均能相連結成連貫生產線,容器也因此輕易地於各機器設備上運作。因此彈性自動化之基礎在於資材與機器之規格化與標準化。

生理感測之環控技術

        生理感測技術即是針對作物本身進行感測,以做為環控執行之依據,有別於傳統以溫室內部溫度,相對濕度等微氣候為依據之控制策略。此為國外所研究與應用之先進技術。例如利用日照量之量測配合蒸散作用模式以計算作物需水量,以作為灌溉控制給水水量控制之用。荷蘭目前實用性之研究如葉溫感測,莖部直徑變化感測等技術,其目的在於建立〞作物說話〞(Speaking plant)技術。換言之,能直接瞭解作物之需求,對根部環境使灌溉水,肥份與化學物等能在植物需要時加以供應,而不是藉由介質之感測間接瞭解植物需求。對氣體環境之控制調整,使風扇之換氣,水牆之降溫等動作,均依據作物蒸散量與葉溫之變化加以調整,而不是僅依據內部溫度,日照量等量測加以進行控制。

為發展此項環控技術,主要的研究項目有兩類:

1、感測技術:如作物莖部水貫流量,紅外線葉溫量測,單一離子濃度檢定等。

2、控制技術:建立作物生長模式,瞭解影響作物產量,品質,顏色性狀等因子,配合生理感測以控制原來機械設備。

感受與期望

        "羅馬不是一天造成的"此句耳熟能詳,老生常談的成語的恰可形容荷蘭的溫室產業。以荷蘭溫室產業的過去發展史,現在經營方式與未來發展方向,提供以下之感受與期望。

1、溫室產業與溫室工業

        荷蘭溫室工業始終扮演著支援角色,替溫室產業提供了基本的生產環境,而且持續聯合研究界進行研究以改良其溫室技術。台灣利用設施或溫室內生產花卉之面積逐年增加,但是溫室廠商己有一定規模並不多。溫室工業缺乏研發能力更是其缺陷。如何結合國內研究人員與溫室廠商,加速溫室工業之發展﹖

2、政府之貨款與補助

        荷蘭政府以方便之貸款作業鼓勵農民以密集資金投入方式從事溫室生產。國內對農民則以補助方式加以照顧。對資金密集,技術密集之溫室產業以補助方式所提供之資金比例對產業的實際幫助,是否需要重加深思﹖

3、科技之研究與應用推廣

        荷蘭溫室產業技術的研究與推廣有其持色:在研究過程中,研究方向之擬定包括政府人員,溫室工業人員與產業代表。在技術的推廣則藉由學術為主之學會與服務為主之協會。國內在設施生產之研究也有多年。相關推廣與荷蘭相比較,其主要差異何在﹖

        利用溫室或設施從事作物生產,與傳統農業露地栽培之比較,其特點即是資本密集與技術密集。而其基礎在於健全的溫室工業。溫室工業的意義不僅提供了一棟溫室建築,也提供了相關的資源例如環控系統,植床設備,機械作業設備,介質,介盤,化學物等資材。國內完整溫室工業之建立仍需一段歲月。在資金密集方面,貸款與補助如何區隔,此需要技術研發之外的智慧。在技術密集方面, 國內需要發展技術是什麼﹖那些人來做研要如何做﹖研發之技術其適用性如何評估﹖實用的技術如何推廣予生產者﹖以上的問題環環相扣,不是此溫室產業相關特定一個人即可以解決,而是有關人員都必須努力,才有希望解決。

                   表一、荷蘭溫室之面積與產值

─────────────────────────

   年      代    溫 室 面 積 (公頃)    產 值(億 荷 蘭 幣)

  ────  ────────   ─────────

       1950                3,300                       2.5

       1960                5,000                       6.0

       1970                7,000                     11.0

       1980                8,800                     35.0

       1990                9,600                     64.0

─────────────────────────

                          表二、荷蘭溫室產業之進步指標

────────────────────────────────

年 代/作 物   產   量  勞 力 投 入 勞 動 效率天然氣消耗量  燃料效率

───── ─── ───── ────  ──────  ────

    蕃     茄       kg/m      hr/1000m      kg/hr         (m/m面積)        kg/m

      1950           7.7            ---                ---                 43                0.18

      1960           9.5            ---                ---                 54                0.18

      1970         20.0          680                30                 70               0.30

      1980         29.0          720                40                 46               0.60

      1990         44.0          930                47                 65               0.70

    玫     瑰       支/m      hr/1000m      支/hr             /m

      1950           110          2600            38                 ---            ---

      1960           160          2400            66                 ---            ---

      1970           220          1600          140                 70           3.0

      1980           240          1200          200                 45           5.3

      1990           320            815          400                 47           6.8

    菊     花       /m      hr/1000m      支/hr             /m

      1970            90             900          100                 75           1.2

      1980          130             750          175                 40           3.3

      1990          180             560          320                 30           6.0

────────────────────────────────

                   表3. 荷蘭溫室花卉與蔬菜之生產(1992)

                         面              積 (公頃)         產                  值 (億 荷幣)

 ─────   ─────────      ───────────

     蔬      菜                    4590                                          2.3

     花                          5344                                          5.8

  ──────────────────────────────

     註: 百分之八十係出口

                   表4. 荷蘭溫室面積之進展(公頃)

     年   代     總    計    蔬   菜     切  花        盆      

    ────   ────   ────   ────      ────

        1970           7238            5369           1440               194

        1980           8761            4658           3274               553

        1985           9868            4559           3419               686

        1990           9593            4453           3939               983

        1992         10144            4590           4186             1083

    ───────────────────────────

                 表荷蘭政府之環境保護目標(%)

                              1994             2000

                        ───────          ───────

      栽    培    方   式    蔬     菜          卉       溫  室  栽  培

     ───────  ────  ────   ───────

      無   土   栽   培           80             30                   100

      密   閉   系   統           30             30                   100

     ─────────────────────────

          表6.  荷蘭溫室無土栽培之面積(公頃)與比例(%)

          年  代      蔬       菜      切       花     盆        栽

       ─────    ──────   ──────    ──────

                                   面  積  比   例        面  積  比  例     面  積  比  例

                                      ──  ──           ──    ──       ──     ──

             1985                1139      26               278        9          449         89

             1990                2735      61               479      19          983       100

             1991                2942      65               566      21        1049       100

             1992                3290      72               652      23        1081       100

      ──────────────────────────────

        表7. 荷蘭1992年溫室主要栽培之作物面積(公頃) 

      栽       培     方     式                   物                      積

     ─────────   ──────       ──────

      1.一次收穫之花卉         菊             花                 765

      2.一次收穫之蔬菜                      苣                 500

                                              蘿             葡                 350

      3.多次收穫之花卉                      瑰                 894

                                              康     乃    馨                 233

                                              蘭             花                 189

                                              大     丁    草(Gerbera)  185

      4.多次收穫之蔬菜                      茄                 1505

                                              小     胡    瓜                 857

                                              甜             椒                 845

      5.球    根    花   卉          鳶     尾    類                 308

                                              百             合                 205

                                              華 冑 蘭 屬(如孤挺花)100

      6.盆    栽    植   物          觀  葉  作  物                618

                                              盆             花                 465

                                              花  壇  植  物                285

    ───────────────────────────