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量測是溫室環控的關鍵技術

 

中興大學生物系統工程研究室 陳加忠

 
 

SourceAnthura letter, 2017(1)

                Measurement is the key to knowledge

在溫室內栽培作物需要對於溫室微氣候進行最佳化控制。作物生長的環境必須盡可能最理想化以達到效率成本之平衡。只有在微氣候量測良好之下,才有好的環控,微氣候因子包括光量、溫度、濕度、內外日照量與二氧化碳濃度等。溫度與濕度已是溫室內經常量測之因子,也是最基本的量測因子。以下討論進階之量測。

一、光與輻射計

溫室內外的光量需要量測。在溫室外界日照量的量測稱為大氣輻射量(global radiation),其單位為W/m2。溫室內光量的光量計通常稱為PAR計,用以量測溫室內400700nm範圍內的光量,此為植物光合作用能力最高的光譜範圍。在單位時間單位面積上,其光粒子的數量,其單位為

μmol/ m2-s。以溫室內PAR計之量測值可最佳化控制光度與累積光能量。

因為PAR計訊號容易漂浮,不能用以進行遮蔭網控制,尤其在早上那時期。遮蔭網之控制需要依據大氣日照量量測值。

二、作物溫度計(crop thermometer, plant temperature sensor)

除了溫室氣溫,作物之溫度也是重要的量測值。植物溫度以近紅外線照相機(IR, infrared camera)量測,植物溫度以熱輻射輸出,因此可以進行量測。植物溫度受到溫室氣溫與輻射量所影響。白天,葉片溫度高於氣溫。夜間,葉片因為長波熱輻射,因此葉溫低於氣溫。尤其在天空晴朗的夜晚,此現象更明顯。此時段可關閉遮蔭網或節能布,以避免葉溫突然下降。

葉溫計固定於溫室,如果使用活動植床面上方因無植物,則造成誤判。

三、二氧化碳濃度(CO2)量測

如果在溫室內施用二氧化碳,必須進行濃度量測。二氧化碳濃度過高或過低都會影響作物生長。

四、長波輻射計(outgoing radiation)

長波輻射代表自溫室內部以長波方式送出溫室的能量。此能量與溫室氣溫,時間或季節無直接相關,而受到天空的雲朵多少所影響。在多雲天氣,長波輻射量不大。在晴朗天氣,長波輻射量十分可觀。

長波輻射量其單位與日照量相同,為W/m2。長波輻射計安裝於室內,面對溫室地面。在晴朗天氣,此長波輻射可達到140270 W/m2。在溫室之內,遮蔭網與披覆材料可以減少此長波輻射。長波輻射之範圍來自溫室內物體(葉片、地面)溫度與天空溫度之差異。

如果長波輻射量太高,必須使用遮蔭網或節能布以避免作物溫度突然下降,另一個用途代表天空雲朵狀態,如果長波輻射量低,代表為有雲天氣,進入溫室之光量主要為散射光,可將遮蔭網打開以允許更多散射光進入溫室。

五、遮蔭網上方的溫度計與濕度計

在遮蔭網上方,屋頂下方安裝溫度與濕度計,用以判斷是否打開遮蔭網或是天窗,或是動作節能布的開啟空隙。如果此地區絕對濕度低於下方植物附近的絕對濕度,下方的節能布可開啟空隙,進行除濕作業。

六、秤重重量計

對於盆栽植物可以使用重量量測,用以測量因為蒸散作用引起的減少重量,此量測值可用以協助灌溉控制。而量測值通常以Wi-Fi基地台傳送至環控電腦。

七、植物感測器(plant sensors)

此種螢光原理感測器主要應用於蝴蝶蘭。此感測器固定量測葉片發出之螢光光量與反射的顏色,可用以判斷植物此狀態下之光合作用能力。量測作業十分簡易,但是量測值之解釋不容易。通常量測值需與事先建立的光合作用模式加以比較。

因為每次只能進行一種植物,一個葉片的量測,因此此樣本的代表性十分重要。而且植物本身生理會受到量測過程所影響,因此很難以此單一量測值進行判斷,必須配合其他量測值。

八、氣孔計(porometer)

此氣孔計用以量測葉片的氣體交換。這是一種手攜式感測器,在一定時間量測一個葉片氣體交換率。也需要配合其他量測數據(光量、溫度、相對濕度、二氧化碳濃度等)才能解釋氣體交換率之意義。由這些量測值以估計植物之同化作用。

九、控制與校正

所有的感測器無論是多麼先進。都有可能隨著時間而老化,尤其是光量計(PARmeter)更是敏感。因此需要經常檢查感測器是否汙染或是被干擾。PAR計每年要校正一次。其他感測器兩年至少要求校正一次。