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【專題報導二】日本植物工廠參訪與發展現況介紹(農企業篇)
 
農業試驗所
邱相文、蔡致榮、林木連、黃禮棟

壹、前言及背景

台灣與日本在傳統的農業環境上都面臨著相同農地狹小的問題,每一農戶的平均耕地面積在台灣少於 1公頃,在日本則約為 1公頃強。農業對土地的依存性甚高於工業,所以土地狹小的國家,其農業會比較趨於劣勢是理所當然的事。日本的農業生產力只有美國的十分之一或歐洲共同組織的四分之一至二分之一,台灣則是更低於此比率。因此,為了加強農業的競爭力,一定要提升單位農地面積的使用率及生產率,提昇農業生產力同時亦可協助解決糧食問題,而植物工廠的發展在土地狹窄、地力貧瘠或氣候條件較差的地區來說更加具有特殊的意義。其能在狹小的土地上,用高度環境控制技術來提高單位面積產量及勞動生產力是最好的選擇。日本的植物工廠以其可調控、高產出、高品質等特點得到了日本經濟產業省和農林水產省的政策支持,其中包括對"植物工廠"建設、相關技術開發、人才培養和市場推廣等進行財政補貼和支持。因此,日本民間的農企業與私人公司便紛紛投入植物工廠的設置,進行植物工廠化的實際作物生產與產品販售營運。

貳、未來公司店鋪型植物工廠介紹

該未來公司植物工廠創立於2004年九月,所經營的業務為進行密閉型植物工廠水耕栽培系統的研究開發設計與設備的販售施工,以及植物工廠生產之蔬菜產品販賣。該公司的營業植物工廠店鋪位於千葉縣松戶市五香,是一間展示密閉式完全人工光源型植物工廠的店鋪,並且有櫥窗展售其植物工廠所生產的蔬菜。店鋪內之植物工廠面積約有20坪(圖一),因為該植物工廠為日本最早設立的,當時的建造成本一坪約100萬日元,投資金額約達2000萬日元,預計5~6年就可回收成本。該店鋪以20坪的單位面積進行7層的立體化水耕栽培,生產量每天可以採收300棵萵苣等蔬菜,若是栽種香草類蔬菜每天約可採收600棵,目前的經營規模已經有營業利潤,並有接受其他公司的委託進行植物工廠的規劃設計與施工業務。

因為其生產的產品以安全衛生的方法進行生產,在密閉的全環控條件下沒有病蟲害的污染,並沒有施用任何農藥,因此產品不用清洗便可以安心的生吃食用(圖二),其客戶對向大部份為高級餐廳與超市。該公司同時替人委託設計1~500坪的植物工廠,並且提供位來的栽培技術和顧問諮詢,因此不具農業專業的人也可以很簡單的在其所建設的植物工廠內栽種蔬菜,擁有土地或建築物的人可以活化利用其未加善加利用的空間以植物工場來進行清潔衛生蔬菜的栽培,無論是自產自用或是開創新事業都可利用植物工廠來達成。

從未來公司的發展經驗中我們可以發現完全人工光源型的植物工廠其初期投資的成本非常的多,而且營運的電費成本很高,尤其在人工光源上的用電更佔約50%的用電量。因此,為了要能符合經濟效益,所選擇種植的作物以較高經濟性與短生長週期性的葉菜類或香料類作物為主。在台灣許多超市與餐廳已經有利用完全人工光源型的植物工廠進行香料作物與生菜類萵苣菜的生產,但規模都還太小以展示櫥窗為主,若能比照未來公司的模式進行約20坪面積的多層次式立體栽培,相信亦可以達到合乎經濟效益規模的植物工廠化生產,以自產自銷的方式供應給消費者安全沒有農藥施用的生食蔬菜。

圖1、未來公司五香店之外觀與其店內之立體水耕栽培植物工廠

圖1、未來公司五香店之外觀與其店內之立體水耕栽培植物工廠

圖2、未來公司植物工廠店鋪櫥窗所展示的蔬菜與免洗即可生食之葉萵苣菜

圖2、未來公司植物工廠店鋪櫥窗所展示的蔬菜與免洗即可生食之葉萵苣菜

參、日本野菜工房股份有限公司建置與營運

野菜工房位於東京西北方的埼玉縣秩父市的工業區內,原先為一間電子工廠,目前由野菜工房株式會社承租下來,進行植物工廠的葉菜類蔬菜的栽培生產與販賣。該廠是以利用租用已停工之電子工廠廠房進行植物工廠的建置與銷售營運,可以大量削減建築本體的設備成本。該廠之栽培面積為430平方公尺,為完全人工光源型多層架立體化水耕栽培之模式,使用光源為白色螢光燈,數量有1800支燈管,照度約為15,000Lux,日照時間設定在16∼18小時,環境溫度以4台10馬力冷氣配合布袋風管進行空調,栽培室溫度管理在20∼24℃之間,清靜度等級為10萬等級。環控條件方面以濕度設定管理在60±10﹪、二氧化碳濃度為1000ppm。以3層之立體化承架栽培,每層可定植7列,日產約可達到1000棵之萵苣產量。養液供應方式以對作物根部進行噴霧式水耕栽培,並利用微酸性電水進行廠房與栽培承盤的殺菌消毒作業。噴霧式水耕栽培的特點有:使根部更加健康的成長、降低細菌的滋生、水的使用量較少與肥料的使用量較少,但所需的噴霧栽培槽會比較大。相對的,蓄液式水耕的蓄液槽較小,可進行種植的層數可以比噴霧式多且設備簡單,同時其水的與肥料的使用量也相對會較多。野菜工房強調他們的農法是"栽培與自然站在同一邊的eco:完全無農藥、水的使用量為露地栽培的5分之1、肥料的使用量為露地栽培的7分之1。周藤一之社長補充說根據東京大學沖繩研究室的資料,一般野地栽培種植一株生菜(65 g換算)要使用11公升的水,野菜工房只使用2.3公升,茨城縣的施肥基準栽培一株生菜(65 g換算)所使用的肥料(氮基礎)為0.54g,野菜工房只使用0.08g。

以野菜工房本身所經歷的建廠經驗而言,周藤一之社長整理出建造密閉型植物工廠的原則有以下幾點:一、大幅削減初期的投資:活化利用停工閒置不用的廠房,設置地點不一定得在市場附近,善加利用宅急便便可擁有可以發送到各店面的競爭力。二、重視與蔬菜的對話:不引進不必要的高科技,以觀察蔬菜的狀況來生產。只在必要的時候給予必要的養分,不需要營養過剩的蔬菜。三、生產出健康的蔬菜:維持根系的健壯,便會從茂盛葉面生長表現出來。另外需進行細菌滋生的管控,以期能有低細菌數的安全健康蔬菜。以每日能生產2500棵蔬菜為例進行植物工廠的建造成本費用進行估算的話,栽培系統應在100∼150百萬日圓;環境系統的牆壁、天花板、地板維持在12∼20百萬日圓,空調則在15∼25百萬日圓之間。其他附加設備包括--電源設備:8∼10百萬,冷藏庫、包裝室:2∼3百萬,其他雜項設備:10∼15百萬,合計應管控在147∼223百萬日圓之間。設置植物工廠的合適規模應要與販售能力相呼應的生產量為主要原則,並以要設定終極的最大產能目標,分階段目標進行建設,例如:第一階段達到1000棵/日;第二階段達成3500棵/日;第三階段達最大產能的6000棵/日。

所以,野菜工房用3A來描述其用完全人工光源型植物工廠所生產的產品品質,即以日文開頭發音的「免洗」、「美味」、「安心」作為標榜,並強調低細菌、低硝酸鹽與無農藥。用很衛生的方式進行栽培,因此不用清洗便可以馬上生食,用水清洗反而會把水溶性的維他命C給流失掉一部分。也因為在完全密閉的植物工廠內栽培,不會有害蟲的侵入為害,所以完全不用施用農藥。養液栽培只在蔬菜需要時才給予必要的營養成份,所以可以達到2000ppm以下的低硝酸鹽含量之蔬菜(對照露地栽培的4000~5000ppm)

圖3、位於埼玉縣秩父市工業區內的野菜工房

圖3、位於埼玉縣秩父市工業區內的野菜工房

圖4、野菜工房三層式立體噴霧水耕栽培系統與其規格化之生產農產品

圖4、野菜工房三層式立體噴霧水耕栽培系統與其規格化之生產農產品

肆、太陽光利用之圓頂型植物工廠

Granpa 農場位於東京西南方神奈川縣的秦野市,面積約有一公頃,蔬菜的栽種設施是應用太陽光利用型的設施型植物工廠來進行萵苣類蔬菜的水耕無土栽培生產與販售。該農場比較特別的是採用圓頂型的氣泡式塑膠布溫室來進行萵苣的植物工廠化生產。該設施為一如體育館樣子的正圓形罩幕,利用空氣往內輸送所形成的正壓力撐起整個塑膠布結構,最大內部壓力為150Pa,換氣效率最大為917m3/min。結構之外徑為29公尺,內部可利用空間直徑為27公尺,圓頂中心最大高度為5公尺。栽培系統利用可自動旋轉的放射型滑軌,滑軌槽溝上裝置有可以定植蔬菜的塑膠滑塊,每個滑塊即是一個栽培單元。當由圓心往外延伸之滑軌轉動時,滑軌槽內的栽培單元會受到一由圓心往外迴旋的螺旋狀導軌的牽制而呈螺旋狀往外輸送,形成了一個圓形的栽培面。該圓形栽培水槽的直徑為20公尺,栽培池面積唯302平方公尺,可以同時栽種125000棵萵苣菜,最少每天可以採收195棵,並可以達成周年生產。因為該結構體係利用正壓空氣撐起而沒有使用柱子,因此不會遮到陽光產生陰影,其他一般的溫室會有18%的面積受當影子的影響,因此會減少約1%的產量。此種圓頂型的栽培設施特點為有效利用平面地板的面積,果菜類蔬菜需要往上利用空間,而葉菜類蔬菜便要能將平面空間充分有效利用。傳統栽植方法因作物由小到大成長要預留生長的空間間隔,因此會造成幼苗時期的空間浪費,但是若種植的太密集又會彼此遮到光線與妨礙生長。園形種植則可以利用自動化設計從內圈密植幼苗,然後隨著滑軌槽的迴轉如蚊香的形狀逐漸外圈旋轉並同時加大空間,等栽植單元轉到最外圈時便可以進行採收(圖六)。

圖5、圓頂型太陽光利用型植物工廠外觀與其架設方式

圖5、圓頂型太陽光利用型植物工廠外觀與其架設方式

圖6、圓頂型植物工廠的作業流程與方式

在最內圈定植 → 螺旋狀往外自動移動 → 在最外圈採收
圖6、圓頂型植物工廠的作業流程與方式
(照片引用自日本GRANPA 株式會社 網站圖片資料)

伍、日本植物工廠事業的現狀與今後之展望

目前在日本有50家植物工廠在營運,其中34家是完全人工光源型,16家為太陽光利用型與太陽光及人工光源併用型,而其中60%都是虧本的,30%能達到收支平衡,只有10%是有營業利潤的。由於日本植物工廠的發展背景可以使工商業者之廠商有投入的機會,再加上政府對投入植物工廠的建造有短期間的進行補助,因此吸引了一些廠商的爭相投入去尋找商機。但是由於大部份的廠商沒有農業技術與栽種經驗,更重要的是沒有產品的銷售通路,因此大部份的植物工廠都沒有很成功。在日本發展成功的植物工廠有以下的特點:一、經營較久的業者,要有10年以上經驗的業者,因為其設備的投資成本已回收,因此可以開始有營收利潤。二、在投入植物工廠營運之前已經有自己銷售通路的業者,如一家經營定食連鎖示餐廳的『大戶屋』(未來公司的技術支援),以完全人工光源型的植物工廠進行產品的自產自用,該公司同時也在台灣、新加坡和香港開設連鎖店並設置植物工廠進行蔬菜的自用生產。此外,大戶屋於四月開始使用位於山梨縣自設植物工廠的三種蔬菜,作為無農藥沙拉用,該植物工廠每日約可生產30公斤蔬菜,大戶屋計畫提高即將於明年啟用的第二家植物工廠產能為三倍,且將照明用的螢光燈管改為LED燈管以降低本。另外有一家SG Green House 的公司,引進其他植物工廠公司(JFE)的整廠設備與技術,建置太陽光與人工光源併用型的植物工廠生產烤肉店用的萵苣菜,在其建設完成後即刻可以投入生產,因此該公司2年以後就有營業利潤。目前的產能能達到每天生產12,000棵的萵苣供應其廣大的銷售通路網,其產品每包約85~95公克,售價為198日元。SG Green House 公司因為本身已經有其蔬菜的銷售通路,在加上該公司引進其他植物工廠公司的整廠設備與技術,因此可以在短時間內就達到成功的經營模式和獲得利潤。

日本很早之前就已經有二波的植物工廠發展熱潮,目前的熱潮為第三波的熱潮,因為2009年日本的農地法修訂後使很多民間企業可以投入農業的生產,再加上政府有150億元的補助預算去發展福利型的農業生產,即發展植物工廠的水耕承架式栽培法,使得坐輪椅的身障人士也可以在植物工廠工作(圖七)。目前AEON永旺集團的300個超市,因考量植物工廠所生產的蔬菜不受天候影響,具生產量及價格平穩等優點,今年三月已開始販售購自外部工廠所生產的三種萵苣,袋上明確標示「未使用農藥」,但價格較其他同種萵苣高約2至3成,乃工廠設備及電氣成本昂貴所致。

農業試驗所在農委會資訊中心所支持的農業數位化(E化)計畫中,所執行的高效能植物工廠立體栽培資通化體系之研究與建立計畫成果上,也已建構完成台灣目前首座的立體化水耕栽培植床與植栽盤自動化定植與採收作業系統(圖八),本系統可利用自動化的定植與採收,配合資通化的環境控制系統,可達成高效能的植物工廠化生產的目標,並供產業界來參考利用。

圖7、植物工廠化的作業模式可提供身障人士從事農業生產

圖7、植物工廠化的作業模式可提供身障人士從事農業生產

圖8、農試所於高效能植物工廠內所建構之資通化立體化水耕栽培植床系統與自動化定植與採收系統

圖8、農試所於高效能植物工廠內所建構之資通化立體化水耕栽培植床系統與自動化定植與採收系統

 
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