資料來源:智慧農業專案推動小組/顧佩容、葉有順、林育靖、陳怡婷、農業部農業試驗所農業技術轉譯中心/李裕娟副研究員
、國立陽明交通大學生物科技系/陳文亮特聘教授兼生科副系主任、農業部農業試驗所農業工程組/楊智凱研究員兼組長、農業部農業試驗所農業工程組/徐武煥研究員
三、中國
中國栽種草莓的歷史相對較短,但種植面積廣而發展快速。根據FAO數據顯示,自1994年以來,中國一直穩居草莓產量世界第一的位置,統計2021年產量約333萬公噸,而國內98%以上的栽培品種均引自國外,國產草莓品種的市佔率不足2%。當地市場上常見的品種大致可分為三個體系:中國、日本和歐美草莓。中國的草莓以鮮食為主,少量用於加工,生產的草莓多供國內消費市場。儘管近年從種植面積和總產量上來講,中國已然成為了草莓大國,也為主產區帶來了顯著的經濟及社會效益,但草莓產業整體處於較低水平,從品種、加工技術到食品安全問題,皆限制了產業的發展。而中國在發展草莓產業上特別關注於良種的育成以及品種的輪動期,於是堅持「引進」與「創新」相結合的方針。其中「引進」方針,是透過從國外引進優良品種,使中國草莓的品質得以在短期內提升,以擴大市場並增進消費量,再者為「創新」方針,則是希望透過科研的力量來提升草莓的品質。
(一)新品種與消費者認知推動
為了推動草莓產業的發展,中國園藝學會草莓分會自2007年起,在全國各地舉辦中國草莓文化節。文化節主題多樣豐富,將「草莓與科技」、「草莓與文化」、「草莓與藝術」、「草莓與健康」結合,擴大了草莓在人民中的影響力。此外,還舉辦了全國草莓精品大賽,促進草莓新品種和新技術的推廣。
(二)透過競賽、研討會方式推動草莓種植科研發展
1、草莓科研競賽
多多農研科技大賽,是在FAO指導下、由中國農業大學及上海的手機電商購物平台(拼多多)聯合舉辦,2020年舉辦的草莓AI種植大賽,是中國首屆AI對決傳統農人的數據農業種植競賽。進入決賽的4支AI隊伍分別在阿姆斯特丹、北京、南京和昆明,遠程控制位於雲南省昆明市的「國家高原雲果產業園」內的智慧溫室,利用尖端數據設備和AI來種植草莓;傳統農人隊伍則倚靠種植經驗,親臨現場比賽,兩個隊伍在草莓的品質、產量、投入產出比等指標上展開全面較量。
在為期4個月的決賽過程中,參賽的AI隊伍建構了各自的草莓AI種植管控系統,透過感測器收集外部環境、水肥等數據,並基於草莓生長模型,利用智慧化分析和決策,來協助農場的環控設備進行調控與管理,實現了草莓種植的自動化,各支AI隊伍最終比賽成績的排名,就取決於AI決策的即時性和準確性。而大賽評審也依據產量、投入產出比和甜度等三項指標給出評比,AI組的草莓產量平均值高於傳統農人組平均值196.32%;AI組投入產出比平均值高出傳統農人組平均值75.51%;傳統農人組的果實甜度均值高出AI組5.24%以上。整體而言,AI技術的應用能顯著提升草莓的產量,但傳統農人經驗所培育出的甜美果實,仍是AI未來精進的基礎和推動力。
2、草莓研討會促進國際技術交流
國際園藝學會自1988年起,每4年舉辦一次的「國際草莓研討會」(International Strawberry Symposium),每一屆大會都大力地推動了舉辦國草莓產業與科技的發展。第七屆研討會於2012年在中國舉行,這是亞洲國家首次主辦此類大會。同期舉辦的國際草莓博覽會,全方位展示國內外草莓科技、產品和裝備,並開展了觀光採摘等系列旅遊體驗及文化創意活動,進一步擴大國際草莓研討會的參與度和社會影響力。而第十屆國際草莓研討會於2025年3月16日至21日在中國鹽城市舉行,主題圍繞品質(quality)、種原(germplasm)、品牌( brand)、創新(innovation)。由於中國草莓種植場域的海拔範圍廣泛,大會特別提出了“草莓從沿海到高原”的口號,希望透過智慧技術來克服異地育苗,將草莓種植從傳統產區擴展至非傳統氣候區域,同時達到高產量及高品質的目標。
四、美國
早期的美國人並不需要費心種植草莓,因為野生草莓在自然環境中生長得非常豐富,美國原住民經常將野生草莓用於各種菜餚中。儘管草莓已經存在了數千年,但直到1600年後,美國才開始積極發展草莓的栽植品種。隨著1826年後鐵路的搭建,美國開始使用火車冷藏車廂運送草莓,而紐約為當時的草莓運輸樞紐。草莓的生產擴及阿肯色州、路易斯安那州、佛羅里達州、田納西州和加州,目前美國草莓產量最多的地區是加州和佛羅里達州,為西部沿海土地且多為露地栽培,但隨著全球氣候變遷氣候條件不穩定、水資源和氣候變化、勞動力減少等問題,以及洛杉磯附近西海岸地價飛漲等各種因素,美國草莓產業希望可以透過農業技術來穩定栽種環境,以降低外在不利因素。
(一)草莓採收機器人協助解決缺工問題
近年來,美國有許多新創公司投入農業自動化領域,位於加州山景城的Traptic專注於機器視覺、機械設計及機電整合。根據該公司的調查,美國草莓約有88%在加州生產,其地區因土質含沙量較高,早晨有冷霧,午後陽光微熱,這些條件使得加州成為理想的草莓栽培地。然而,採收人力成本佔生產成本至少30%,因此公司決定研發自動採收解決方案。
Traptic研發的草莓採收機器人是一種乘坐式採收車,配備3D視覺攝影機和機械手臂。由駕駛操作車輛於草莓園中行走,攝影機自動分析草莓影像,判斷果實是否成熟,並透過機械手臂及客製化抓夾摘取果實。由於草莓果實相當脆弱,初期花費大量時間研究機器人手臂技術,以貼近人類的採收行為。例如,抓握點定位誤差必須小於0.1公分,且力道與施力方向都需正確,才能避免破壞果實。直到2019年,草莓採收機器人才開始吸引投資人目光,並於2022年被美國紐約的設施農業生產者Bowery Farming公司收購。未來,Traptic機器人將應用於草莓室內生產,持續協助美國解決草莓缺工問題,增加生產供給能力,減少收成浪費並提升作物品質。
(二)運用垂直農場種植技術,創造高品質的草莓
Oishii是一家源自日本的美國新創公司,成立於2017年,專注於草莓的垂直農業。創辦人兼執行長古賀博樹曾擔任日本垂直農場的顧問,他將在日本冬季生長、短日照栽培的草莓品種引進到美國。經過1年的研究,他成功開發出一套自動化和蜜蜂授粉的種植生態系統,使草莓能夠在室內一年四季以理想的速度成熟;並且,透過一系列嚴謹的生長栽培與環境監控,目的是為了讓草莓擁有最佳的尺寸和風味的一致性,以創造出最高品質的草莓。
相較於傳統農場草莓,Oishii草莓的糖度顯著更高,這是因為一般農場通常為了催熟和延長保質期,會在草莓未成熟時就採摘,或使用大量殺蟲劑,這些草莓雖然可運送至更遠的地方,卻同時犧牲了口感和甜度。為了提供消費者最高品質的草莓,Oishii僅在垂直農場大約20英里半徑內的商店運送和銷售,起初,一盒6顆草莓的市價要50美元,即便昂貴也經常售罄。古賀認為,售價反映了生產價值,Oishii草莓在室內種植,並不會剝奪農田的養分,且種植過程中不使用殺蟲劑,並且比傳統的耕作方法使用更少的水;在第二代種植技術上,比第一代節水40%、節能60%,零售價格也大幅降低,2022年一盒6顆草莓售價約為11美元。雖然Oishii農場的營運成本依然很高,但古賀指出,新技術初期的價格往往令人望而卻步,但隨著發展規模擴大,技術將變得更主流,價格也會更實惠,如同智慧手機和電動汽車。
五、西班牙
歐洲人每年消費約130萬公噸的草莓,除了直接食用鮮果外,也會做成各式果醬或點心,近10幾年來,由於在播種和收穫方面採用了新技術,歐洲的草莓產量顯著增加。氣候和地形是生產的基本要素,西班牙擁有寬闊的海岸線,其首先利用領土的特徵來增加草莓的種植,並透過技術科學研究和開發計畫不斷來拓展更大的市場。根據FAO的統計資料顯示,西班牙於2021年生產36萬公噸的草莓,占比為3.85%,對全球市場的總產量做出了貢獻。
(一)制定有效的節能策略,並以自動化流程提高生產性能和效率
西班牙的Andaluza Santa María de La Rábida合作社成立於1982年,以大規模生產優質的草莓而聞名,並致力於品質的提升,以及對環境的關注。其集結了150多個合作夥伴的聯盟,至今每年有超過7萬公噸的草莓銷往23個國家。旗下的Fresón de Palos品牌,在Castilla和León社區擁有大型苗圃,育苗時先讓草莓定期暴露在低溫下,結出優質的果實後再移植到靠近大西洋沿岸的威爾瓦省(Huelva),西班牙95%的草莓都來自於這個地區,其擁有地中海型氣候,年平均溫度為18.2°C,也是歐洲最溫暖的城市之一,其中的市鎮Palos de la Frontera周圍環繞著鄉村、沼澤,Fresón de Palos在這片石灰岩質的沙地上耕種了1,200多公頃的草莓,主要使用小拱棚和覆蓋黑色塑膠布的高架設施栽培,而從整個種植過程直到收穫的那一刻,農民都可以得到Fresón de Palos專家團隊的建議和技術部門品質的控管。
Fresón de Palos制定了減碳排的目標及有效的節能策略,在建築面積超過3萬平方米的現代化主倉庫裝設太陽能光電模組,以節省電力和燃料的消耗;中央設施內透過RFID技術,來進行草莓收穫後的揀選以及儲存、分銷和銷售的所有生產過程。中央倉庫有二十條並行排列的處理線,每條處理線皆透過桶裝箱機、重量控制機、封蓋機和裝箱機,組成完全機械化處理,提高所有流程的效率,同時降低成本。Fresón de Palos也擁有自己的物流和配送方式,直接向國內和國際的大中型商店以及批發和零售市場供貨,另透過46個冷藏室進行冷藏,當草莓處於最佳狀態並達到適當的裝載溫度時,就會被運送到西班牙和歐洲的不同地點,從田間採摘到交付給客戶僅需24小時。
(二)發展水資源數位化技術以提高水資源利用效能
2022年開始,西班牙受到乾旱以及野火肆虐,不適合乾燥氣候種植的出口作物及產物,例如草莓、酪梨及橄欖油皆受到影響,即便有七成以上的土地使用「滴灌法」(drip irrigation)來精準控制灌溉用水,仍無法和其餘土地因噴灌、自流灌溉所導致的水資源浪費做抗衡,為了讓用水更有效率,西班牙積極發展再生水、廢水處理與海水淡化等技術,並調整各產業的合理用水。
第一步著手進行水回收的行動,重生的水資源不僅是農業灌溉的重要來源,也用於公園綠地、休閒區、工業、下水道或街道清潔,以及回補土壤含水層,以利延展環境的永續性,目前西班牙已成歐盟再生水第二多的國家,甚至一躍成為回收水與廢水處理技術的領導者;第二步進行海水淡化(desalination)策略性政策,依據西班牙海水淡化及再利用協會(AEDyR)資料指出,西班牙擁有765座海水淡化廠,每年供應18億立方公尺的水資源,位居全球第4名,未來也會持續在加泰隆尼亞、巴賽隆納等地持續建設新廠,以確保用水充足無虞,並利用數位化技術,例如:IoT技術及系統整合,發展應用智慧水庫、智慧水網監測、智慧型水資源管理平台、智慧灌溉及智慧防洪系統,清楚掌握每滴水的來源及去向,提高水資源利用效能。
六、德國
德國人非常喜愛草莓,每位德國人每年平均吃掉3.5公斤的草莓。然而當地3月份的天氣依舊寒冷,當地產草莓接近夏天的5月中至7月初才是成熟的季節,儘管國內草莓產量多且德國人偏愛本地草莓,但為了支援龐大的食用量,在非產季,超市也會見到來自西班牙、義大利、希臘、摩洛哥及荷蘭等國的草莓。
根據德國聯邦統計局(Statistisches Bundesamt)的統計資料顯示, 2023年德國露地栽培草莓的收成較2022年下降近2%(約13萬公噸),這是由於露地栽培的單位產量面積減少了6.5% (9,324公頃),種植草莓的農場數量減少4%,影響達1,842個農場。受到天候因素、種植面積減少以及生產成本上升、需求量下降等影響,種植者自2020年起,逐漸轉向政府農業環境計畫下之土地來種植,該計畫限制工商業及住宅用地的擴展,以及農林業用地的轉用或變更,以確保空曠的綠地空間。在過去的10年裡,德國溫室草莓的種植面積穩步上升,從三個方面來看,首先,溫室草莓的產量是露地栽種的兩倍;其次,溫室能夠抵抗並減少災害帶來的損失;最後,溫室有助於調節產期,因此無論是在產季初期還是秋季,收益都非常可觀。
(一)透過生態改造減少農藥使用,並開發雨水水源及綠色電力
德國以草莓事業聞名的Karls,其創辦人卡爾斯自1921年開始種植草莓,經過家族的傳承,到羅伯特接手後,在溫室草莓園中結合咖啡販售,並逐步擴張為草莓食品加工及主題教育體驗,至今建立起年產量超過7千噸的草莓帝國。
種植草莓需要大量的水源,由於Karls的草莓田靠近波羅的海,地下水鹽分含量高,不適合種植草莓。羅伯特在出國考察加州後,於2014年投資200萬歐元興建了可儲存30萬立方公尺雨水槽,為供應用水蓋了德國最大的雨水湖,將每滴雨水都蒐集起來,這些雨水從建築物的屋頂和草莓種植地裡的排水系統分流,通過滴水管將水分配達10公里的範圍內,有效地控制用水,避免乾旱或供水不穩定影響草莓的產量;自2019年起,也透過生態改造,在草莓田周圍設置一條9公尺寬的花帶(Blühstreifen),有助於建立天然有益的生物體,減少傳統農藥的使用。
Karls採收草莓方式多以人工為主,但德國人工摘採成本高昂,故5到8月多聘請來自波蘭及烏克蘭的季節性工人來摘採,需求數高達1,300人,50~60天的摘採期除了提供住宿和餐食,也為員工配備工作自行車,並配合2019年5月起開始運營的StreetScooter,透過全電動貨車和卡車將草莓運送到羅斯托克及其周邊地區的攤位,節省柴油並降低碳排放。2021年起獨家使用綠色電力,利用冷卻能源的廢熱產生熱水,也希望透過光電系統達到100%自發電的目標。
(二)發展精密的溫室草莓摘採機器人
位於德國康士坦茨的Organifarms於2023年開發了草莓摘採機器人,名為BERRY。此裝置利用Franka Emika Production 3 (FP3)靈敏機器人平台產生,Franka Emika公司總部位於德國慕尼黑,是生產機器人技術的先驅;FP3具有人性化的觸感和類似人類手臂的靈巧性,並提供獨特的智慧軟體,其憑藉著直觀的機器人應用程式而易於使用。
BERRY特別著重於溫室自動導航、行切換和高精度,結合了專門的軟體和影像辨識技術,使機器人能夠在收穫前檢測每種水果的品質和成熟度;其主要特點之一是它能夠在不接觸果實的情況下,切割去除草莓的莖,並準確的放置於採收籃,確保果實在收穫過程中不會碰傷或損壞,而獲得更高品質和口感更好的草莓。另一個優點是它的效率,因為摘採機器人的電池可快速充電,能夠24小時運作工作,並在溫室中自主導航切換行列,快速而有效地覆蓋大面積,提升整體採收速度和生產力,進而提高了農民的獲利能力。此外,BERRY還具有顯著的環境效益,傳統草莓種植由於使用殺蟲劑、除草劑和其他化學物質可能會對環境產生影響,BERRY的精準採收和客製化能力意味著農民可以減少化學品的使用。
表2、各國智慧農業技術應用於草莓生產 (本研究整理)參、結語
綜上所述,全球各國草莓生產條件有所差異,面臨的問題也不盡相同(表2),正如德文諺語所說:「Andere Länder, andere Sitten」(不同的國家,不同的風俗習慣),各國在發展智慧農業技術應用於問題解決的過程,具體取決於國家,各有千秋。運用智慧技術可以有效提升或穩定農作物的產量和品質,例如,透過農業設施生產,結合蟲害預警系統來穩定生產、降低風險,或針對氣候變遷加強調適能力,從而提升農業的韌性。
從另一個角度來看,面對全球暖化、極端氣候的議題從來都不是題外話,且已無法避免。透過智慧農業技術也許是可思考的解方,例如:在種植和生產環境方面,智慧技術還能減少水資源和能源的消耗,維護生態系統,進而促進永續農業發展。
※備註:本文所提及相關技術與參考文獻如下列連結:
