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【專題報導二】重要果樹生產管理系統之建立
 
行政院農業委員會農業試驗所 黃國祥 蔡致榮
中國文化大學地理系 陳守泓
行政院農業委員會農業試驗所 鳳山分所 鄧永興 黃基倬

摘要

本所研究團隊經多年努力,已發展出可穩定產量並控制產期之玉荷包荔枝精緻栽培模式,目前玉荷包荔枝栽種面積有2,500公頃,產值約17億元。惟實際栽培時的花芽分化受氣溫影響極大,為求確實掌握開花期、產量預估及有效的栽培管理,本系統藉由生產管理系統之資訊平台架構,運用建立之氣象資料導入花芽分化預測程式,掌握開花期,除提供一般的栽培知識查詢外,並提供農友註冊會員進行產期調節及栽培管理問題之諮詢,進而達成以品質強化為主的作物生產體系。本系統另選取同為熱帶果樹的蓮霧作為生產管理模式導入對象,藉由本資訊平台架構,可以提供相關的栽培環境資料及災害預警,並提升專家指導成效。

前言

由於台灣天然氣候條件與獨特地理環境,亞熱帶常綠果樹之荔枝在世界荔枝產業及市場上,具有優勢之競爭潛力。其中最早熟優質品種之玉荷包,早期在國內原為低產品種,每年產量極不穩定,經本所研究團隊多年努力,已發展出可穩定產量之精緻栽培模式,目前全省栽種面積約有2,500公頃產值約17億元。

荔枝之栽培條件一般認為需冬季乾燥冷涼,夏季溫暖多濕最適合,營養生長在10℃以下或35℃以上即受抑制,最適範圍為25℃至30℃之間。低照度有礙或延遲花芽分化,間歇性低溫亦不利於花芽分化,低溫處理前之頂梢成熟度亦影響形成花芽所需之低溫持續日數,未成熟頂梢需較長之低溫日數,才能形成花芽(鄧1996)。Menzel. And Paxton.(1985)認為環刻處理的效果因枝條的生理狀態而異,推測可能與環刻部位上方的開花促進及抑制物質相對蓄積量有關。荔枝授粉著果所需的花粉來自異花,且花粉發芽受溫度影響之程度及花粉管如何在有效受粉期內到達胚珠完成授粉過程,均可能造成低產的結果。

荔枝傳統栽培多為疏植且少剪枝,被認為可能影響隔年之結果,但是樹型高大、管理費工,為當前的生產瓶頸之一。適當的果園樹冠管理方法是現代果樹栽培的理想目標,植株對修剪的影響反應表現於樹勢,以及營養生長與生殖生長間之平衡。玉荷包荔枝實際栽培作業極倚重栽培專家適時指導,才能精準確認作物與作業之需求,進而達成強化品質、確保產量及穩定品質之生產體系。本系統著眼於此以集團精緻栽培方式,透過各地區種子專業農戶之實際栽培管理與運作,以進行微精準生產。

微精準農業(Microprecision farming)並非意味較高階之工程精準,而是指儘可能精準地先認清需求與所需數量,然後才儘可能精準地執行可達成業經認定質量需求之工作(Murase. 2002)。本示範系統以玉荷包荔枝為集團精緻栽培之研究對象,結合格網栽培資訊與即時視訊監控之通聯,建立專家即時栽培指導格網監控機制,並透過東部、南部與中部等地區的種子專業農戶遂行微精準生產指導。

目前格網技術應用的研究,大多偏向在需要大量計算資源方面,惟亦有不少應用於監測或災害預防等領域,例如生態格網、防洪減災格網及田間伺服器應用。以格網觀念架構建置之山區道路邊坡雨量觀測系統,利用GPRS(General Packet Radio Service)無線數據封包服務,使現地雨量站得與網際網路連線,並借由網際網路將山區道路邊坡之雨量資料即時傳回後端資料伺服器,俾供降雨引致山區道路邊坡崩坍機率之探討(Chang. 2006)。

所以本系統類似田間監測伺服器系統,在日本,Fukatsu, T. and M. Hirafuji.(2005)建立田間監測伺服器系統,包括感測器以感測田間訊號,繼電器可驅動田間設備,另包含網路攝影機,透過無線基地台與外界乙太網路連接傳輸到主電腦並由代理人系統(電腦程式)定時收集監控的數據,並顯示數據圖表而可長期記錄田間狀態。

然而,田間狀態若僅止於長期記錄而不能以分析與運用,則不能發揮系統效益,本系統藉由生產管理系統之資訊平台架構,開發花芽分化預測模式,以提供進行產期調節諮詢服務,進而達成以品質強化為主的作物生產體系。本系統另選取同為熱帶果樹的蓮霧作為生產管理模式導入對象蓮霧為另一項重要果樹,而蓮霧催花及果實發育日數受氣溫變化、日照、水分等影響,12月至翌年2月生產的冬春季蓮霧易受低溫危害,因此需仰賴電子資訊,以提供相關的栽培環境資料及災害預警,確保蓮霧品質及產量。

系統設計及設備

本系統選定台南楠西、屏東塩埔及台東市等地之玉荷包荔枝栽培農戶為集團精緻栽培研究對象,結合格網栽培資訊與即時視訊監控之通聯,建立專家即時栽培指導格網監控機制,並規劃建立玉荷包荔枝栽培技術之電子資料庫,將專家知識轉化為資料庫儲存格式,以作為爾後開發專家系統之依據。本系統之硬體架構如圖1所示。包含田間氣象感測、影像監測模組安裝與網路資訊平台建立。雖然試驗田區分散於台灣各處(如圖2),但是經由系統之ADSL網路,將各間測站之氣象資料與定時攝影影像傳回伺服主機加以儲存,且可經由運算呈現資料圖表供瀏覽者參考。

圖1、系統架構圖

圖1、系統架構圖

圖2、本示範系統之玉荷包荔枝栽培專業農戶分布區域圖

圖2、本示範系統之玉荷包荔枝栽培專業農戶分布區域圖

圖3、裝設於田間之氣象觀測與影像監測站

圖3、裝設於田間 之氣象觀測與影像監測站

本系統格網監控設備主要分為氣象資訊監測站與球型旋轉攝影機兩大主體(圖3),簡要說明如下:

1.氣象資訊監測站:
 (1)整合式無線氣象資訊感測器
  * 風速:量測範圍達0 -67 m/s;
  * 風向:電腦介面以度顯示(360°=North,90°=East);
  * 溫度:量測範圍達-54至+74C;
  * 相對濕度:量測範圍0至100%;
  * 雨量:使用傾倒式量筒;
  * 電力供應:使用含太陽能板之充電電池。

 (2)無線電腦通訊模組
  * 使用2.4 GHz無線展頻技術接收與傳送氣象資訊;
  * 串接EtherNet(乙太)存取介面,供遠端伺服主機連接存取資料。

2.室外型全功能球型旋轉攝影機(含網路影像伺服器):
  * 具128倍寬動態、自動光圈及對焦、影像反轉等功能;
  * 有效畫素:NTSC 768(H)X494(V);
  * 照度:彩色0.8 lux /黑白 0.08lux;
  * 內建30倍光學及8倍數位功能,調整範圍 f=3.3 to 99mm
   (F1.6 ~ F3.2);
  *水平面方向可360度連續迴轉,攝影俯角可於180度範圍內翻轉。

結果與討論

本系統除架設上述田間伺服器設備外,尚建立「重要果樹生產管理系統」之程式,程式包括3個子系統,分別為:網頁界面程式、後台管理監控程式、資料庫程式等。

1.網頁界面程式:詳細結構如圖3所示,程式功能包括:

  1. 建立登錄及會員申請機制。
  2. 具權限控制機制除一般瀏覽外,建立4種不同帳號權限,提供不同的作業與查詢畫面選單、資料及內容等,此4種權限為:荔枝農民會員、蓮霧農民會員、荔枝管理專家、蓮霧管理專家等瀏覽權限。
  3. 呈現即時快照影像、氣象統計資料(圖4)。
  4. 荔枝與蓮霧管理專家得於網頁直接下載氣象資料庫與影像資料庫內容,並得以控制監測點攝影機。荔枝專家並可操作花芽分化運算程式(圖5)並可調閱田間每日快照攝影圖像,比對花芽分化完成期。
  5. 展現作物知識內容。
  6. 作為果樹栽培專家與農民會員之意見與經驗交流發佈平台,而且為了專家上傳資料可簡易進行,系統採取文字與影音並行方式,專家可自行選擇發佈訊息模式。
  7. 建立相關聯結以進入其他作物栽培管理網站、氣象資詢系統等。
  8. 建立田區資料,與輸入田間管理作業記錄,此記錄將可應用於生產履歷之建立。
圖4、網頁架構

圖4、網頁架構

圖5、網頁畫面

圖5、網頁畫面

圖6、花芽分化運算程式

圖6、花芽分化運算程式

2.後台管理監控程式程式:

  1. 獨立程式畫面,以點選模式進行軟硬體管理,此程式只能由系統管理員登入。
  2. 定時影像管理程式以設定原監測點攝影機之功能。
  3. 會員與專家管理程式,以閱讀網頁登入記錄及會員申請資料與核可開放。
  4. 各監測站氣象設備與網路連線狀態顯示。
  5. 可直接點選閱讀監測歷史資料與影像。

3、資料庫程式:

  1. 氣象資料庫:聚合已建置完成之氣象硬體,建立氣象資料庫。
  2. 圖像資料庫:聚合本所已建置完成之攝影設施,建立圖像資料庫,包含已建置於台南、屏東、台東、六龜與佳冬試驗站之影像快照等資料。
  3. 訊息發佈資料庫:儲存專家合訊息發佈之文件、栽培診斷服務資料與多媒體資料。
  4. 文獻資料庫:生理、病理診斷圖鑑相關文獻檔案資料等。

結論

在本系統的生產栽培服務體系下,掌握各地玉荷包荔枝產區現況,可以分散盛果期並增加整體產值,且有利於內外銷供果之調配。而對於蓮霧生產體系則可建立栽培電子資料庫,方便生產履歷之追蹤,並有利農業知識經濟之形成,並在栽培服務體系下,提供寒害預警資料,有利於防範低溫傷害措施的推展。所以,本系統最重要的效益在於適時提供專業栽培資訊以減少過量施肥,並提供安全用藥管理資訊,降低環境污染。並可評估最適投資成本、降低栽培損失風險,以增加農民收益。

參考文獻

  1. [1] Menzel, C.M. and B.F. Paxton. 1985. The effect of temperature ongrowth and dry matter production of lychee seedling. Sci. Hort. 26: 17-23.
  2. [2] Chang, C. C.,2006, A Study on Monitoring Rainfall along Mountain Road Slopes with Grid Technique -Based on GPRS, Department of Construction Engineering, National Taiwan University of Science and Technology, Master's thesis. (in Chinese )
  3. [3] Murase, H. 2002. Precision technologies for protected agriculture. Presented at the 2002 ASAE Annual International/CIGR XVth World Congress. July 28-31, Chicago, USA. ASAE Paper No. 023034.
  4. [4] Teng, Y.S. 1996. Pruning and regulation of blooming time in high density planting of lychee (litchi chinensis sonn) cv. yu her pau. Department of Horticulture, National Taiwan University. PhD thesis. (in Chinese)
  5. [5] Fukatsu, T. and M. Hirafuji. 2005. Field monitoring using sensor-nodes with a web server. Journal of Robotics and Mechatronics 17(2):164-172.
 
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