對於經常使用簡單工具的勞動工作,現代農業可說是齊集各種工程活動之處。有些開發工作的目標在於減輕環境挑戰;其他的研究專注於栽培與收穫的技術解決方案。而對於監測與管理生長具生產力的植物而言,能在野外嚴苛情況下精確操作的先進感測器、軟體與系統至關重要。

德國是一個以農業和高科技而聞名的國家,最近有機會在其位於歐洲最佳葡萄酒產區之一的農業研究所——蓋森海姆大學(Geisenheim University)舉行「開放參觀日」(open house)時展示高科技和農業的融合(圖1)。很自然地,在Geisenheim進行的大量研究都著重於葡萄栽培(圖2)。

20170919_Vineyard_NT01P1 圖1:德國蓋森海姆大學的open house展示高科技和農業的融合

20170919_Vineyard_NT01P2 圖2:Geisenheim的大多數研究重點都是葡萄酒及其產品

20170919_Vineyard_NT01P3 圖3:在受測葡萄藤周圍的發射器持續較高的CO2排放濃度,以模擬未來的環境條件

在這座大學葡萄園(沒錯,學校也自行釀酒)中,首先映入眼簾的是從葡萄樹上冒出來大規模、奇特的發射器組。LOEWE研究組織FACE2FACE在Geisenheim和基森大學(Justus Liebig University)的露天試驗設施中部署了自由空氣CO2濃度(FACE)系統,以協調大氣CO2濃度升高對植物生長影響的研究。發射器塔將氣流噴灑到葡萄藤上,以模擬未來的環境。「全球暖化」問題尚待討論,但CO2排放量上升是不爭的事實,必須調查對於釀酒而種植葡萄的影響。Geisenheim正對蔬菜進行類似的研究,而在蔬菜園的設置並不那麼高(如圖4)。

20170919_Vineyard_NT01P4 圖4:蔬菜的測試設置也可用於監測和控制溫度

20170919_Vineyard_NT01P5 圖5:葉綠素感測器

20170919_Vineyard_NT01P6 圖6:Geisenheim大學教授Susanne Tittmann利用管理軟體對感測器進行編程

FACE系統能在限定區域內調節CO2濃度(以及蔬菜、空氣溫度等),使其得以模擬從現在到2050年期間的預期狀況。針對與草原、葡萄栽培和園藝有關的農業生態系統,研究的目的在於制定氣候變化調整策略,包括減輕全球暖化對作物影響的方法。

當然,人們必須能夠測量所設置的內容,FACE安裝也不例外。除了監測CO2濃度與調節氣體輸出的感測器以外,還有葉綠素感測器可以持續偵測植物新陳代謝和生長讀取(圖5),以及控制和記錄電子設備,以管理和監測計劃(圖6)。感測器每隔幾分鐘檢查一次,提供近乎即時的生長和發展監控(圖7)。這些系統必須十分堅固耐用,才能用於野外。

20170919_Vineyard_NT01P7 圖7;葉綠素感測器每隔幾分鐘檢查一次

如同太陽光譜的另一個農業研究領域是植物工廠的「生長燈」,它廣泛適用於業餘愛好者到垂直工廠的農民等每個人。特定光譜的LED生長燈能節省大量能量,但有些人認為,對於某些植物物種而言,只適用於寬頻譜的生長燈才能正確開發。

20170919_Vineyard_NT01P8 圖8:電漿燈開發團隊 (來源:Jan Michael Hosan/Hessen Agentur)

Geisenheim城市園藝與植物發展研究所(Institute for Urban Gardening and Plant Development)目前正在研究高效率、寬頻譜的生長燈,以確定更廣泛的產量是否有利於植物生長。電漿技術(由Plasma International提供)能以標準白熾燈一半的功率運作,適用於測試裝置的園藝燈具,以提供具有太陽光譜般的高效光源(圖8)。研究人員期望更多的光線將有助於縮短植物所需的培養期,同時仍能生產出比一般溫室燈生長的植物更加健康和更高品質的植物。

在自行釀酒的大學校園中,open house最棒之處在於看過所有技術之後稍作歇息的時間。活動現場的葡萄酒攤位(圖9)另一方面也提醒著研究人員進行這項任務的目的:在可預見的未來,讓人們能一直享受葡萄酒和美食。

20170919_Vineyard_NT01P9 圖9:享受研究成果

編譯:Susan Hong

(參考原文:Agricultural Goes High Tech,by Alix Paultre)