http://www.shs.edu.tw/works/essay/2015/03/2015031915303081.pdf
投稿類別：工程技術類
篇名:
植物工場優勢與未來
作者：
李曜宇 松山工農 化一仁
指導老師：
傅芳馨 老師
植物工場優勢與未來
壹●前言
一. 研究動機:
曾經在花博園區看到小型的植物工場，並且在電視節目也看過植物工場
的介紹，引起了我莫大的興趣。隨著科技化的進步,植物工場對於地上環控機
制與地下養液系統等各個條件如液溫.EC、PH、DO、TDS 等人工光源.照度.
時間.二氧化碳及空氣的補流,甚至電腦遠端.近端監看技術等結合,因此就以植
物工場來做一些探討與了解。
二. 研究目的:
由於現在面對全球氣候劇烈變遷若能有效運用植物工程技術，生產高品
質經濟作物，使農作物量產穩定，是目前農業開發異於傳統技術的一大趨勢，
同時也能改善農作物短缺的情形，和食物污染的問題，植物各項生理反應測
定數據，可以作為栽培上的指標，更有可能在生產技術上獲得極大的提升，
尤其是設施栽培或是植物工場的模式，在農地都市化的趨勢下，植物工場的
研究及開發有其絕對的必要性。
貳●正文
一. 植物工場的環境
傳統的溫室環境控制，通常只有氣溫或地面溫度的控制，而植物工場對
植物生育過程的溫度、溼度、光照、CO2濃度以及營養液等環境條件進行自
動控制，不受自然氣候條件之限制。
人工光型植物工場的光能利用率，以及資源投入價值創造的程度，在環
境控制、栽培管理的整合運用，能使效率提高，巧妙利用變動的環境，可以
彈性調整控制設定系統，在決定欲生產的植物後進行計畫生產。
「溫室等植物生產設施於 1970 年左右開始使用電腦進行環境控制」(註一)
植物工場可透過電子化與標準化的觀察紀錄，改善不良之環境，提高生產力，
而且可增加企業與研究機關加入此領域的機會。
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植物工場優勢與未來
(圖一)植物工場環控配備
(圖片來源:新浪博客)
二.植物工場光源
日光燈是目前最廣泛光源利用氣體放電之光源，一般要配合安定器及啟
動器點亮光源，由於燈管內有水銀成分，對人體有害，而且光衰情形大，由
於燈管內燈絲塗被物質消耗，決定燈管壽命。傳統安定器效率差及有噪音，
廢氣燈管造成汞污染。
而「發光二極體(Light-Emitting Diode LED)」(註二)，由於光電技術進步提
升了 LED 的亮光電轉換效率，使用直流電、體積小、壽命長、波長固定，與
低發熱等優點，非常適合的一種人工光源。在能源危機，溫室效應以及環境
日益惡化，再提高能源利用率及節能，LED 的光源成為節省能源最大的指標。
(一)在一般光重測專有名詞如下列：
1.光通量(Luminous flux F)
一般為光源在單位時間所發出光的總能量，單位流明又稱光束。而以一
燭光在單位立體角內所產生之光量定為一流明。
2.光度(luminous intensity l)
是指每單位立體角內光通量，及代表特定角度所能接放的光量，其數值
不會隨距離改變而改變，單位燭光(candela cd)
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植物工場優勢與未來
3.照度(lll uminance)
每平方公尺的光通量，其數值回隨著量測距離改變而改變，
4.主波長→用某一光譜色，接一定比例與一個確定的(IE 照明體相混而匹
配出樣品色，該光譜色就是主波長)
5.尖峰波長→指光譜中最強度之波長
6.中心波長(center wavelength) 於光譜中心位置波長
7.輻射值，以瓦為單位，藉由量測輻射通量得之計算出發光效率。
(圖二)植物工場 LED 人工光源
(圖片來源：現代實業新科技：植物工場)
(二)人工光源的種類：
1.遠紫外線(200-320nm)：對植物形態與生理過程影響細微。
2.近紫外線、紫光(315-400nm)：影響光週期反應，抑制莖的伸長且葉
綠素吸收較少。
3.紫、藍光(380-520nm)：葉綠素與胡蘿蔔素吸收比例最大，對光合作
用影響最明顯。
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4.綠、黃、橙光(520-640nm)：色素的吸收率不高。
5.橙、紅光(610-720nm)：對光合作用與光週期反應有顯著影響，
葉綠素吸收率較低。
6.遠紅光(700-760nm)：具有刺激細胞伸長，影響開花與種子的發芽生
理，但吸收率較低。
7.近紅外光(760-1200nm)：決定有機體的溫度和蒸散作用，一般不能
或被植物吸收。
8.遠紅外光(1000nm 以上)：大體上轉換成為熱量型式，此波段光的
輻射又稱作「非生物輻射」
(三)LED 連接方式用串聯」並聯、及混聯法分析如下(表一)
接待方法 優點 缺點
串聯 經過 LED 電流相同亮
度一致
LED 故障開路會造成全部
不亮
並聯 在一個 LED 開路故障
不會影響全部
驅動電流較大亮度不一致
串並聯 結合串並聯優點 電路較複雜
三.植物工場的優點
(一)採無土栽培模式，遠離土壤，不會有重金屬的問題。
(二)由於在室內栽培不受天候影響，產量穩定
(三)做好衛生管制就不會有蟲害，不需使用農藥，不會有農藥殘留的問題。
(四)可確保產品的安全、潔淨，免洗與減廢(土耕則需去除黃化的葉子；可食
部份剩下不到 60%，廢料 40%)
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(五)硝酸鹽受到控制，作物鮮度維持較久。
(六)植物工場可讓部份高經濟的作物，改種植在外部隔離的潔淨空間，控制
環境因素(光質、光量、溫度、溼度，二氧化碳濃度)，以養液來生產代
替傳統栽培或溫室栽培，可不受天然災害及暖化影響，安全與品質都可
受到保障。
(七)栽種作物養液過濾後不斷循環再利用，達到資源再利用的目的，也大幅
降低了栽種的成本。
(八)植物工場作業環境良好，有省力化，可望吸引年輕人回歸農業發展。
四.植物養液
植物工場最重要的莫過於栽培方式的養液系統，可說是佔了七成以上的
重比例，「養液栽培加入人工提煉的高純度無機肥料，使其解離於水中，達成
一定的化學平衡，供植物生長時的吸收利用」(註三)「植物生長的三要素─
氮磷鉀」(註四)
(一)氮(N)：構成植物蛋白質的原料，也是葉綠素及一些植物荷爾蒙成分，主
要促進綠葉生長及枝葉繁茂葉色濃綠。
(二)磷(P)：構成細胞核主要成分，也是酵素重要的成分，主要強化器官組織
促進根系形成，提高花芽分化有助花、果發酵
(三)鉀(K)：具有調節細胞水分流動的作用，亦可調節氣孔開關而影響蒸散作
用，能使莖幹強壯，花色鮮艷，增加果實甜度，對抗病蟲害及寒、
旱較有抵抗力。
参●結論
(一) 植物工場由於在潔淨條件下生長，所以非常乾淨，種植者均戴手套和口罩，
身著防塵衣，所生產生鮮蔬菜達到衛生，也可謂真正食物的安全性，能夠滿
足消費者，希望食用安全食品的需求，並可生產出美味、口感佳的生鮮蔬菜。
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(圖三)植物工場工作人員的裝備
(圖片來源：101 農業電子報)
(二)植物工場結合了『綠農生活』、「生命培育體驗」與「智慧光端技術」，開創
出兼顧環境、健康與福利」(註五)，未來將成為一大新興產業，甚至小型植
物工場已經在高檔的餐廳中可以看到，所以植物工場設置在便利商店、醫院
或飯店等處的可行性也正在被評估中，在各國也掀起了植物工場的熱潮。
(三)廣義而言，農產品以工業模式進行生產，生產系統全年無休，也是再農業技
術方面的一大突破，目前台灣也積極發展 LED 植物燈，更是未來精緻化綠色
農業的發展方向，所以植物工廠是一種水耕栽培、環境控制，與生物技術相
結合做計畫生產。
肆●引註資料
註一：人工光型植物工廠 作者：吉在豐樹 譯者：方煒 出版社：豐年社
註二：現代田園與養液栽培 作者：蔡尚光 出版社：淑馨出版社
註三：植物工廠 作者：蔡尚光 出版社：淑馨出版社
註四：基礎栽培大全 作者：陳坤燦、鍾秀媚 出版社：麥浩斯
註五：人工光型植物工廠 作者：吉在豐樹 譯者：方煒 出版社：豐年社
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