作者：賽門科技股份有限公司  業務副理 林柏希

壹、前言及背景
     當地球人口不斷增加，隨著全球氣候變遷造成洪水、颶風等天災的影響，如何確保農作物妥善增長、預防糧食短缺，已成今日各國政要面臨之重要議題；據美國研究機構「人口資料局」資料顯示：2050年全球總人口將是目前60億的15倍，屆時糧食爭奪戰將起。有鑑於此，近年來各國研究單位與企業均已投入大量人力、物力資源，希望盡快研發人工光源以降低環境外部風險，提升糧食栽種速度，並朝工業化控制的模式發展。以日本為例，在日本政府大力扶持及補助下，搭配人工光源的植物工廠如雨後春筍般的建置，預計3年後植物工廠的生產成本有望降到目前的三分之一，植物工廠數目則有望增加到100家以上。在植物工廠中，可分為半封閉式及完全封閉式兩種。半封閉式將自然光源導入，以期能降低成本；而完全封閉式則在受控的環境下全程給予人工光源以達到最大的穩定生產量。目前人工光源隨著LED技術成長而逐漸取代耗電的高壓納燈及螢光燈管。根據日本矢野經濟研究所有限公司表示，針對在日本的植物工廠在2012年市場規模預計將達到起飛階段開始，預計市場規模在2020年會達到日幣288億。

貳、目前現況及問題
     在溫室的基本環境因素中，氣象因素是最重要的，其中光環境更是核心條件，為溫室氣候環境的主導因數。光不只是植物進行光合作用的能量源，更是光形態形成的信號源。在冬季和早春季節的陰雨天，溫室的光照強度一般只有2000lux，而陰性植物需要500~2500lux的光照射；中性植物則需要2500~30000lux的光照射。由於植物在光補償點以下沒有淨光合作用積累，導致植物生長受抑制。在商品化育苗中，光照不足會影響幼苗的健壯生長，進一步影響商品苗的品質和經濟價值。因而必須進行合理的補光工作以調控溫室光環境。

      溫室植物生產中光環境的調控有二種方式：一是通過反光幕和選擇溫室覆蓋材料的塑膠膜或玻璃板等手段調節自然光。雖然自然光具備植物生長發育所需要的光譜和光合成有效光量子流密度，可是由予自然光環境隨著地理位置、季節和氣象條件的不斷變化，它的光合成有效光量子流密度、光質和光照時間難予調控，因此，自然光並不是溫室植物生產中最理想的光源。另一種就是利用其他人工光源應用予溫室植物栽培的照明、補光和植株形態調節等。基於溫室植物對光的需求，針對目前傳統人工光源如白熾燈、螢光燈、鹵素燈、高壓鈉燈等分析如下:
     
     一、白熾燈泡
          最早的人工光源，其藍光不足較少且遠紅光較多使得F/FR的
      比值變小，因此植株在光源下會瘦骨嶙峋地突長。單位栽培面積
      上的配置功率數為0.50∼1.2Kw.m-2。因其大量紅外線會轉化
      熱幅射干擾而使植株過熱，所以安裝高度至少30∼40cm才不會
      傷害植株。（除白熾燈外，其他光源的R/FR比值都比自然光大）

     二、螢光燈管
          由較多藍、黃和綠色光譜組成比前者節能3、4倍，因其紅色
      光譜少與遠紅光比例很低使F/FR值偏高，所以僅適合組織培養或
      培苗。單位栽培面積的功率數比白熾燈低，如螢光燈管為0.38∼
      0.91kW*m-2。安裝高度可距植株5∼10cm以上並沿著植株行間
      安置。

      三、鹵素燈泡
          其青色成分較多且接近自然光光譜，其不同的R/FR比值界於
      1.2到3.5之間，所以不能取代陽光栽種，但適合補光的處理作業
      上。

      四、高壓鈉燈
           目前最普遍使用的。其光譜含較多紅橙光和較少藍綠光；一
      般型和顯色改進型的R/FR比值分別為4.4和3.6，主要用於光
     合作用補光，不能取代陽光栽種。單位栽培面積配置功率數約為
      0.05~0.06kW*m-2，熱幅射干擾而使植株過熱，所以距離須保
      持100cm以上。

      因此根據浙江林學院研究指出，具調整性的LED最適合植物生長，分析其原因如下：

     1. 體積小、堅固、設施小型化，可用於多層栽培立體組合系統。
     2. 由於是冷光源，可實現近距離照明，可降低降溫成本。
     3. 脈沖間歇照射，使植物有足夠的暗期合成有機物，從而促進植
         物生長。
     4. 使用期間衰減少，平均壽命長達１萬小時，使用壽命達5∼
        10a。
     5. 亮度高，能耗低，耗電量低，僅為白熾燈的1／10。
     6. 可選擇按特定波長，具有針對性，單一波長的LED要比波段寬
     的太陽光更能促進光合作用。
     7. 使用直流電，可通過調頻與調控比其他光源省電不少。
     8. 可調節紅、藍和遠紅色光源與R/B比和R/FR比例，可控制植株
     形態與光合作用效率。

     該研究也指出，雖然LED對組織培苗成效已達預期，卻仍有如下缺失等待改進：

     1.因LED功率及角度太小需多顆排列組合，使植物照度不足且難
        以普及。
     2. LED產業因無農業技術背景，致使晶片選用不當或設計不良，
        產品的光合作用速率偏低。
     3. LED的高指向性使功能區因（R/B）混光比例不均形成光斑，
        造成溫室作物收成良莠不齊。
     4.紅光、藍光和遠紅光等各式晶片的驅動電壓不同，植物登須先解
        決複雜的應用電路問題。