圖1. EIS作物需水感測設備溫網室操作測試

洋蔥作物需水感測系統開發應用

土壤水分感測設備為作物需水間接量測工具，會隨土壤質地因子變化，測得數值會出現極大差異，難以直接判斷作物是否需水，而此類土壤水分感測設備對於作物需水之對應關係，仍需要考量作物之種類、植株發育情況與外觀表徵及土壤質地等因數進行綜合評估，最終再與感測數值作對應比較，如此土壤水分感測設備顯現數值對農民才具有意義。但此種作法曠日廢時，一旦其中一項參數改變，土壤水分感測設備顯示之數值對應作物需水將再重新被定義，且仍須經由不斷觀察測試才能對應至作物需水規則。為解決以上作物需水間接量測問題，開發作物本體量測技術，將能更直接提供農民作物實際需水狀態，進而適當進行灌溉補水，以達到精準灌溉及節水之功能。

洋蔥作物為恆春半島極為重要之蔬菜作物，經以往研究人員調查，恆春半島栽種洋蔥耕地，主要以砂質土為主，占46.5％，壤土與黏土分別為29.6％及23.9％。而不同土壤質地之洋蔥需水灌溉，依據老農經驗分為砂質土約5-7天左右灌溉一次，壤土約10天左右灌溉一次，黏土約2週左右灌溉一次，但當植株較小時，灌溉天數將會提早，避免幼苗階段缺水，此外天氣因數亦會影響灌溉頻率。而過去作物缺水的檢測技術可分為兩類，一為間接式檢測；另一為直接是生理檢測。間接式檢測則如前述藉著土壤水分張力計或土壤水分感測器量測等。直接式生理檢測為直接量測作物本體來獲得缺水資訊，如葉片水勢、葉片相對含水量等檢測。而在作物本體感測為直接使用感測裝置量測作物需水，國內以往鮮少相關研究，近期相關研究僅有「熱影像檢測技術應用於番茄水分逆境檢測之研究」。但在洋蔥方面，本場經由農工合作技術開發，可使用一種非侵入式工具—電化學阻抗譜學（electrochemical impedance spectroscopy，簡稱 EIS）(圖1)，依據作物缺水狀態，植物本體之電阻抗值提升原理進行量測，並依據前述作物不同需水情況，進行作物實際需水情況及EIS量測比對，並進行迴歸分析，以設定不同需水狀態閥值，並可將作物需水狀態分為正常狀態、缺水狀態及極度缺水狀態，再藉由無線訊號傳輸系統，提醒使用者作物需水情況，以做為灌溉參考依據，此項系統開發主要可應用於洋蔥作物，將使洋蔥作物水分管理智能化及資訊化，藉以改善水資源應用模式，提升作物產能或品質。

圖2. 田間作物狀態提示系統LINE功能頁面

田間作物狀態提示系統應用

在洋蔥栽種期間，病害預警也是農民急需之智能應用技術範疇，氣候異常冬季霪雨甚至大雨，均有可能使排水較差之黏土耕地種植洋蔥病害嚴重發生，進而造成結球期洋蔥嚴重損失。而田間作物狀態提示系統(圖2)，除整合前揭洋蔥作物需水感測資訊外，另外亦整合洋蔥作物病害預警系統，該系統藉由監測耕地微環境氣候變化，並結合作物炭疽病發病原理，及實地田區調查病害發病之結果，提供雲端專家系統運算判讀，並提出不同程度之警訊，系統透過紅、黃、綠燈3種燈號詮釋可能發病之威脅，藉由田間佈置環境感測器，透過物聯網串聯成預警系統，正常天氣時系統顯示綠燈；偵測到土壤及環境溫溼度等因子發生明顯變化時，燈號就會轉為黃燈警戒；如監測條件達到作物發病狀態，系統就會提升到紅燈警戒，並且可由LINE訊息提醒農民必需進行防治用藥。以上作物狀態提示系統除洋蔥需水及田間預警外，亦提供安全用藥防治資材參考及栽培曆與氣象等資訊，提供農民完整栽培智能化資訊紀錄，並經田間實際應用測試，可使農民洋蔥平均收益由4萬元/0.1ha，提升至收益4.3萬元/0.1ha。並且該整合系統均已達到可商業化量產階段，歡迎對該整合系統或各自單獨系統有興趣之業者、農民或法人，可與研發單位進一步聯繫了解。