資料來源：臺中區農業改良場、鳳山熱帶園藝試驗分所、臺東區農業改良場、工業技術研究院/簡得育、黃佳霖副工程師、蔡宛育副研究員、郭展宏助理研究員、黃政龍副研究員
人工光源在農業上使用之種類有非常多種，如:白熾燈、鹵素燈、複金屬燈、螢光燈(螺旋燈)、高壓鈉燈及發光二極體(LED)[1]，目前在戶外田野間大多農民使用高壓鈉燈和螢光燈做為夜間補光。近年來LED產業發展已日趨成熟，整體LED元件性價比大幅提升。LED依使用不同材料製程，進而產生特定發光波長，透過特定發光波長的優點針對植物生長所需的吸收光譜進行調配組合，並且透過燈具的設計，依作物各生長階段進行光譜的切換，以達更精準補光之目的。
植物在光合作用過程中的關鍵因子就是植物體內的葉綠素a、葉綠色b及胡蘿蔔素，其吸收的光源波長範圍主要是在於藍光(400-500nm)、紅光(600-680nm)[2]。而農民所使用之傳統光源(螢光燈、高壓鈉燈)之光譜其光波長能量有許多部分並無作用在光合作用吸收光譜上，進而造成不必要的能量損耗。
植作在各階段其所需的光譜並不全然一樣，其中藍光 (400-500nm) 會觸發與光感受器隱花色素和趨光素相關的形態反應，並會使葉綠素積累、葉片擴張並且促使作物的向光性。而紅光 (600-700nm)波長負責刺激光感受器光敏色素。色素光敏色素使植物能夠檢測光線並調節開花、營養生長等形態過程，並設定植物的晝夜節律。因此通過改變光譜能直接影響植物的生長，在作物的生長階段，分別使用藍光進行營養生長然後再切換到紅光光譜來誘導開花。[3]
洋桔梗LED光源模組夜間光照生長之研究
洋桔梗為龍膽科草本花卉[4],現行栽培大多利用簡易型溫室及環境控制型溫室，洋桔梗農民為了安裝及施工便利性，大多以吊掛方式將螺旋燈泡吊掛在設施結構上來進行光照，但因為螺旋燈泡的發光角度為全週光型，因此會有很大部份的光(朝上與水平方向)無法直接照射至作物上，進而造成不必要光照能量損失。並且其光譜並無對應於作物光合作用的吸收光譜上，因此實質促進作物光合作用的光能量很低，也使得光源利用率較低。
本研究利用LED不同材料製程波不同的特性，將不同波長之LED進行調配組合製作出光源模組，為符合植物光合作用生長所需，主要使用紅光及藍光及白光三種波段之LED進行調配，以調配出匹配植物各生長階段光合作用之光譜，為了配合農民務農習慣並且符合洋桔梗栽種場域，光源設計為長條燈形式，，在光源的照射方向上控制將光源朝下，透過燈具的光學設計將光型達到聚光效果並以光學模擬進行現場燈具最適化配置至評估。以達整體光照均勻性
本技術與臺中區農業改良場共同合作，進行洋桔梗夜間電照生長調查之研究。試驗於彰化縣北斗鎮洋桔梗溫室進行，試驗材料為洋桔梗‘女王彩粉’，。以慣行栽培管理模式進行，定植後2週開始電照處理。使用工研院研發之LED兩種光源模組與農民慣用兩種燈具電照及不電照對照組進行試驗，生長調查項目包括到花日數、開花率以及切花品質調查。植株生長調查項目有鮮重、株高、葉對數、葉面積、節位數、莖徑、到花天數、總花數、花苞數、花朵數、分枝性、瓶插壽命等。
本試驗處理分為農民慣用螺旋省電燈泡(省電)與LED球形燈泡(LED)、工研院研發LED光源模組，栽培初期藍光，定植51天轉換為紅光(工1)、工研院研發LED光源模組全程藍光(工2)、不進行電照的對照組(CK)。
其試驗結果營養生長期中，定植第44天時，工1在株高、葉對數、葉面積、葉綠素計讀值、葉厚、地上下部鮮重等皆顯著最高。在株高表現上：工1的表現上也較其他燈具優。其中莖徑上工1的最粗，工1與工2的採收率較高
試驗結果不同電照處理於進入生殖生長期後後，工研院研發之LED兩種光源模組處理有較高的株高，切花採收率較高。
印度棗LED光源模組夜間光照生長之研究
印度棗屬鼠李科棗屬果樹，印度棗農民常利用吊掛方式將螺旋燈泡吊掛在設施結構上來進行照光[5]，但因為螺旋燈泡的發光方向是採全週光型發光，因此會有大部份的光無法直接照射於作物上。並且光波長能量也非對應於光合作用之光譜上，因此造成整體光源利用率較低。
此技術與鳳山熱帶園藝試驗分所共同合作研究，透過鳳山熱帶園藝試驗分所進行印度棗LED光源模組及螺旋燈夜間光照生長調查之研究，試驗地點位於屏東縣高樹鄉。目前印度棗最常採用燈照的品種為三木、中葉及雪蜜，此試驗之作物品種選定為中葉與雪蜜。調查分為營養生長期及生殖期間對於燈照之影響，每棵樹選取東、西、南、北等 4 個方向之主幹進行標記，並分別調查：(1)營養生長調查具有生理代表性及指標價值意義的性狀特徵 (2)生殖生長期為調查開始開花日與開花數 (3)結果：調查節果實結果的天數、著果數與產期。
其光照處理分為偏紅光LED 45天(處理1)，切換式LED燈先偏藍15天+後偏紅30天(處理2)與螺旋燈(CK)進行試驗。
此試驗結果切換式LED燈具其平均生長量，皆大於單一光譜燈具多10%以上。
鳳梨釋迦LED光源模組夜間光照生長之研究
鳳梨釋迦為台灣重要出口果品，臺東縣為主要生產地區，佔生產面積90%以上[6]，產期主要集中於12月至翌年4月，為調節產期，目前農友主要以夜間燈照調節產期，多使用傳統複金屬燈進行夜間光照來調節產期，鳳梨釋迦夜間燈光照明時，平均每公頃約需安置25盞複金屬燈照明，其光照強度才足夠誘發開花、葉片和枝條生長[7]，而複金屬燈單盞瓦數400W有高熱、啟動電流大和高耗電等缺點，使農民的電照成本昂貴，增加農民的負擔。
此技術與台東農改場共同合作研究，透過台東農改場進行番荔枝光源模組夜間光照生長調查之研究，試驗地點為台東縣太麻里鄉。本次試驗之LED燈具為100W，並分為LED燈具(處理1)與切換式光譜燈具(處理2)，與傳統複金屬燈(處理3)與未照光(CK)做試驗比對。各試驗分別於人工授粉後140-150天進行採收，調查全株產量及單果重。其結果切換式光譜燈具，相較於一般不可調變光譜之LED燈具省電10%以上。
結語
至今已有愈來愈多農民透過人工光源進行作物夜間照光，延長作物的光照時數，來達到提高開花率、調節果實產期及提昇果實品質等目的。但目前燈具多使用民生照明燈具(螢光燈、鹵素燈、複金屬燈、高壓鈉燈)作為光源，其傳統光源的光譜多為全波長(具有紫外光、藍光、綠光、紅光及近紅外光等波長)，主要原為人類照明用途並非針對農作物生長所需設計，因此其光源的光譜及光照射角度未必能符合作物所需，除了造成耗能外亦增加了農民的用電成本。LED具有發光效率高、製作成本下降，其波長種類更為多樣化，可針對各種作物特性做設計，更具設計上的自由度。
作物各生長階段光合作用所需要的光譜並不相同，透過依作物生長狀態來調變不同的光譜，能更直接給予作物所需的光照，提高光源利用率。在洋桔梗試驗上，透過切換式光譜光源，可讓植株的株高較高，也能有更好的採收率。而在印度棗試驗上，切換式光譜光源在作物營養生長期讓果樹的枝條長與分枝數較，在結果時也可讓果實的結果率較高。而在番荔枝試驗中，切換式光源可讓樹勢旺盛，而減少光照時間，進而達到省電減少農民夜間電照的成本。
此切換光譜燈具技術針對作物各生長階段所需之光譜及光強進行設計調整，以符合作物的光照需求，藉此能提升作物的品質外，且能有效的降低不必要耗能，也降低光照用電成本，有效提昇農民的收益。
參考文獻：
1. Artificial Lighting System for Plant Growth and Development: Chronological Advancement, Working Principles, and Comparative Assessment, S. Dutta Gupta、A. Agarwal.
2.Why are higher plants green? Evolution of the higher plantphotosynthetic pigment complement , J. N. NISHIO,2000
3.P. L. Light Systems Expert Articles: Plant Morphology and Spectrum: How Plants Respond to Light Quality, Jillian Whitehead,2019
4. 臺中區農業專訊 第74期-提高洋桔梗生育及切花品質，蔡宛育、陳彥樺、許謙信、易美秀、魏芳明.
5.夜間加強光照對印度棗開花及結果之影響，邱祝櫻、黃明得
6. 農業統計年報（109 年）。https://agrstat.coa.gov.tw/sdweb/public/book/Book.aspx。
7.高亮度LED於鳳梨釋迦夜間照明之評估。臺東區農業專訊96:10-13曾祥恩。2016。。
▲研發團隊：臺中區農業改良場、鳳山熱帶園藝試驗分所、臺東區農業改良場、工業技術研究院
聯絡人：黃佳霖副工程師
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