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國際上的智慧農業

 

中興大學 生物系統工程研究室 陳加忠

 
 

智慧農業是台灣農業目前最熱門的名詞,如同以前的生技農業。所有的農業技術一定要添加此兩個字,例如智慧育種、智慧栽培、病蟲害智慧防治、智慧給水與給肥、智慧型收穫機、乾燥倉儲智慧化等。中國目前則已經退潮,取代是數字化農業。那麼在國外的農業大國,其智慧農業又是如何發展?

被稱為農業大國,不是其國土廣大或是人口眾多,而是此國家每個農民其農業生產數量與利潤是多少。農業面積大,生產數量多,但是糧食仍然不足的中國與印度,則不是農業大國。丹麥、荷蘭、以色列、紐西蘭、西班牙等其農產品除了自足還可以外銷賺取利潤,這代表其是農業大國。

這些國家的智慧農業,不是政府有意之推動,而是其農企業自然的發展。自機械化,自動化而進入智慧化。在智慧農業的演變,有如下路徑:

一、決定產業

沒有一個農業大國是發展所有的農業,而是針對自己國家的有利條件,選擇性的發展其農業項目。在丹麥,看到的是畜產與水產。在荷蘭,主力是園藝作物與畜產。在以色列,以果菜與水果為主。西班牙之主力是果菜與溫室內熱帶水果。美國當然是玉米、大豆、水稻等糧食作物。

產業的選擇其背景是農企業,而不是小面積的小農。原因十分簡單,產業自機械化,自動化至智慧化,需要科技研發,需要生產線之應用與品管,需要人才培育與教育訓練。這些複雜的生產程序,需要的分工不是單一農戶所能從事。自動化與智慧化的設備其成本高昂,也只有企業才擁有資金得以投資。日本農業研究單位對於智慧農業研究項目繁多,包括物聯網應用,但是很少落實於農業。主因在於缺乏企業農戶,而是分散於眾多小農業。

因此由智慧農業的實施其第一步可以知曉都是由具有專業有競爭力的產業,再加以進化。這種進化過程首先在於技術的盤點。以糧食作物田間生產而言,其主要項目是生產的精準化與氣候逆境之預防與防治。以溫室生產園藝作物而言,除了環控系統再進化,再智慧化,其重點在於人力之減少。因此溫室內採收機械成為當今顯學。

智慧農業還有一些特例。第 一型是突然出現一種經濟作物,有其高利潤,因此可以以原來農業生產之技術,尤其智慧化技術,直接調整修正後應用於此產業。藥用大麻(hemp)即是一個例子。另一型是傳統少量,小市場之作物,可以成為大量生產,消費市場接受之產品。中國中藥的枸杞即是代表。此作物需要高光涼溫。荷蘭在非洲找尋適合的氣候區,發展種苗繁殖搭配滴灌,整株等自收穫、加工、運銷等完整智慧生產技術。

以具體的泰國水稻稻穀乾燥作業,說明智慧化之進化。

.產業選擇:泰國的水稻生產,在收穫季節適逢雨季,需要以機械進行乾燥作業。

.機械化:乾燥機的熱風來自稻殼燃燒能量。因此搭配稻殼燃燒機。而潮濕之稻殼需要熱風脫水,才能成為下一批能源原料。

.自動化:相關項目包括稻穀含水率之量測、稻穀進料與出料之流量控制,乾燥機之熱風溫度與風量控制,燃燒物料稻殼之乾燥前處理,稻殼燃燒爐之原料流量控制等。為了實施自動化作業,需要有1.各型感測器2.感測技術(感測點、數目、取樣時間等)3.控制策略,4.控制器

.智慧化:除了上述自動控制之功能增進,智慧化之考量因子包括:

1.預估下期產量,預存一批稻殼為下期乾燥作業之生質能源。其供應熱量包括下次至少兩批乾燥作業所需能量。

2.依氣候資料與作物產量模式,預估下季稻穀產量

3.依據市場價格,調整栽培管理技術,以調節收穫日期與成品(烘乾稻穀)供應市場日期。

4.進行最佳化作業,決定進料數量,出料數量,再加工流程(礱穀、精米等)

5.以上述生產計畫,評估(作業機械之作業能力是否符合)

6.評估此生產計畫需要安定之週邊資材數量(包裝袋、運送卡車、舉昇機械等)與人力需求時間數量。

7.評估資金準備金額。

 

再以西班牙的果菜溫室生產,說明如何實施智慧化生產。

.產業背景:西班牙南部溫室以番茄為主,近年來受到北非與北歐兩地區溫室產品競爭,氣候變化使得番茄生產品質降低,人工成本也面臨上昇壓力。原來只有季節性栽培,溫室非終年使用。

.產業調整:調整溫室內作物,選擇番茄以外之果菜,以更省人工,更耐高夜溫之果菜為優先。引入熱帶地區果樹例如木瓜,嘗試溫室終年利用。

.技術盤點:

1. 原來的溫室與環控系統係因為氣候變化造成日夜溫提高,環控系統因添加降溫設備其設置成本將增高,因此以適當的作物更換適應氣候變化。

2. 原來機械化設備如溫室整地、做畦、給水給肥、搬運等設備之調整。

3. 自動化與智慧化:如何依據新作物之作物生理需求,調節管理技術與自動化控制參數?如何依據歐洲各地果菜產季與熱帶地區輸送至歐洲之水果各週供應量,進行產期調整?

這就是國際農業對於智慧農業的演變進化。以泰國及西班牙兩個產業介紹,而產業的背景是否企業化經營是自動化與智慧化的基礎條件。小規格、小農戶的生產方式在經濟無法合乎自動化與智慧化的要求。這就是日本農業無法落實自動化之主因。

海峽兩岸的農業,如果仍然維持小面積、小農戶、個體經營之型態,那只有將以下名詞反覆炒作,而無進化的一天。二十年來流行名詞還是:生技農業、精準農業、IOT農業、農業4.0、智慧農業與數字化農業。