16/01/2014
題：台灣農業的未來「植物工廠」
含抗生素、瘦肉精的肉類，及基因改造作物，對人體健康帶來空前威脅，食物安全問題舉世矚目；此外，更不容忽視的還有因天候異常造成農產品欠收，加以人口的激增，缺糧將成常態。針對上述棘手的問題，全球農業專家紛紛提出對策，咸認結合農業、工業和商業的「植物工廠」，將會是最可行、最根本的解決之道。國內的農業專家亦認為，台灣同時擁有工業、農業和天候的優勢，若能全力發展植物工廠，未來潛力應不遜於高科技產業。
文／楊順發 圖／陳招宗
環境的破壞加上天候的丕變，食物的污染和產量不足，邁入二十一世紀之際，此一問題越顯嚴峻。儘管學者專家欲藉基因改造大幅提升農作物的產量，並同時降低生產成本，但安全性卻倍受質疑。經歷一番熱烈的討論之後，有學者專家力倡仿照工業化大量生產模式的植物工廠，將可大幅提高糧食產量及嚴控品質，可同時解決糧食短缺和食物污染的雙重問題。
植物工廠被視為終極技術的「第四農業」
植物工廠是繼露地栽培、設施園藝、水耕栽培等依序發展之後的終極技術，也因此被稱之為「第四農業」。施設園藝和水耕栽培均為環境控制與生物科學的人工技術，水耕栽培使作物生長離開土壤，避免地力損失、連作障礙等弊病。另外的好處是方便自動化，且養液可循環使用更可方便隨時監控。
環境控制則旨在將最佳生長條件定量化後創造作物生長之最適當環境，與生物科學結合則主要是有關基因的改變或篩選的技術。生物生長是與基因和環境息息相關的，基因和環境就像先天與後天，通常攸關著生命發展的成敗。所以，植物工廠需與水耕栽培、環境控制與生物技術相結合。
植物工廠依使用光源的不同可分成「太陽光利用型(簡稱太型)」 與 「完全控制型 (簡稱完型)」與綜合型三種。完型不僅使用人工光源，連溫度、濕度、二氧化碳濃度、培養液等，凡對植物生長有影響的主要環境條件，都以人工來控制，可以說是最理想的植物工廠，但在實現上卻面臨能源成本(Energy Cost) 的問題，必須設法降低成本。太型是水耕栽培法的延伸，在夏季如何降低設施內與養液的溫度是最大的重點課題。
太型及完型雖然同是植物工廠，但在基本精神上仍有很大的差異。太型會受到不確定要因－太陽光的決定性影響，此點與傳統上的農業生產一樣，即對天候與收穫量不能夠有正確的預測與控制且栽培者的直覺與經驗通常對生產結果的好壞有很大的影響。反之，完型可以根據定量測定過的栽培技術知識 (know-how) 做計畫生產。
太陽光利用型植物工廠，即為高精密環境控制溫室的延伸，可是既然說是植物工廠，首先便必須能克服夏天的酷熱，這在乾燥地帶較可簡單地達成。在乾燥地區可以使用風機水霧法 (Mist and Fan) ， 或風機濕簾法 (Pad and Fan) 等冷卻成本低廉的蒸發冷卻設備，但在高溫高濕的台灣，多種降溫方法的併用為必需的手段。選擇耐熱品種通常是第一步，遮蔭次之，再輔以前述的各種蒸發冷卻方法，仍可達到全年生產的目標。由於高溫時的溼度多半在50%左右，蒸發冷卻方法仍然有發揮功效的空間。
太型植物工廠的次要問題是環境控制需做到甚麼程度。控制的環境因子愈多，諸如包括了加溫、降溫、補光、二氧化碳濃度、施肥等，增加越多越接近完全控制，但成本問題又不能不考慮。控制要因增加越多、成本越高，然而是否可得相對的產量的增加呢? 所以需對照生產成本來考慮究竟要控制到何種程度方稱合理；此點通常需要以實驗來確定。整體而言，只增加有效的控制要因才是上策。綜合型為前述兩型之折衷。
台灣擁有發展植物工廠的條件優勢
台灣以溫室營造微氣候的權威─台中農試所施昭彰博士，十分推崇「塞恩特大地」的成功模式，他說，日本試行植物工廠之所以遭遇挫折的主要原因在於未考量能源耗損因素，植物工廠誠然可以大幅提升作物的產量和品質，但硬體設備帶來的資源高耗損，如果沒有加以克服，作物的售價勢必會很貴，以日本為例，植物工廠生產的作物售價約為一般蔬果的六倍；且其產能也不到荷蘭植物工廠的三分之一。
「塞恩特大地」整個設計完全採資源循環使用的環保概念，室內產生的二氧化碳經收集後，可以重複利用，甚至有足夠多餘的二氧化碳可以用來發電，提供自身的用電，還可以賣給電力公司，賺取業外收入。「塞恩特大地」還利用太陽能發電減少對外界電力的依賴，也符合節能減碳的環保要求。該公司並將栽種作物的營養液過濾後不斷循環再利用，達到資源再利用的目的，也因而大幅降低了栽種的成本。
施昭彰博士指出，費斯客集團藉「塞恩特大地」證明植物工廠的可行性毋庸置疑。施博士並指出，「塞恩特大地」這套模式若搬到台灣，成效一定更高。施昭彰博士指出，台灣擁有厚實機械、資通等高科技產業基礎，各種自動化設備技術世界一流；台灣同時擁有足夠的農業人才。再加上台灣四季如春，雨季又不長，平均日照很長，不似歐美日地區冬天會降雪，氣溫偏低，相信在設施成本上一定會比歐美日地區更低，生產效能和品質則會更高。
台大農學院教授方煒表示，植物工廠需要培養液及足夠的光源，其中替代光源的光電成本占大部分，被認為能減少耗電的發光二極體（LED）照明設施，成為導入工廠的重要設施，但目前需克服成本過高問題。
不過，對於植物工廠的光源，台中農試所施昭彰博士認為LED燈並非理想的照明，因為LED燈散熱問題目前還沒有獲得完善的解決之道，且LED燈也非適合作物生長的光源，日本的植物工廠遭遇的難題，即在於試圖要以LED燈取代自然光源，但並未獲致令人滿意的成效，這也是為何在一向強調節能減碳的歐洲，「塞恩特大地」仍選擇使用氖燈的原因。
植物工廠究竟是工廠？還是農場？
工研院對於植物工廠也展現濃厚的興趣，特別邀集晶元光電、台肥及台灣大學等產、學、研等團體，共組「台灣植物工廠產業發展協會」，建置跨領域合作平台，期能為國內植物工廠產業發展奠定基礎。
工研院表示，近年氣候變遷，農作物收穫量不穩定，帶來糧食危機的警訊，加上食物安全問題；植物工廠因可以穩定量產方式生產農作物，兼具低能耗、高生產效率、減省人力等特點，勢必成為全球積極投入的新興產業。植物工廠概念最早緣自於歐美設施栽培農業，目前已有日本、美國、荷蘭等國開始發展，預估2012年新建與維修市場將可達720億美元產值。
台灣擁有優良的農業發展基礎，兼具資通、半導體等科技產業實力，透過產業群聚力量成立「植物工廠產業發展協會」，將台灣的農業與科技能量加乘，將可發揮1加1大於2的效益。
植物工廠究竟是工廠？還是農場？施昭彰博士指出，過去的傳統觀念，農業和工業分軌，有時工業還會排擠農業。植物工廠則讓工業和農業合軌，它必須統合工業、農業之外，還必須結合商業。工業方面提供植物工廠的硬體設備，農業方面則提供栽種技術，商業方面則渉及市場行銷；三者缺一不可。
那農業、工業和商業何者為主？何者為賓？施博士指出，既然是作物生產，當然是農業為主體，換言之，就是工業為農業服務，畢竟作物是活體，不是硬梆梆的工業產品，無法全部依賴機械。農業人才需根據每一種作物的生長習性，指導工業人才設計出最適用的設施，以營造該作物最佳的生長環境。
施博士甚至直指，政府若有睿智全力發展植物工廠，其產值絕對超過光電產業，更何況台灣的光電產業在韓國的追擊下，優勢逐漸流失，植物工廠將為企業者找到另一條生路。
然而，施博士強調，儘管植物工廠初始和營運成本高，國內有財力投資植物工廠的企業者不在少數，但並不是有資金就能投入植物工廠，植物工廠化生產的基礎生理知識─尤其是植物、動物與微生物間的生態與發生，複雜的生理綜合知識，台灣知道的人還太少，這方面的人才缺口亟需補強。
台灣發展植物工廠若干迷思待釐清
除此之外，台灣若要成功發展植物工廠，必須先打破幾項迷思：
一、 完全封閉型的植物工廠投資成本和營運費用太高，適合種植的作物太少。在台灣發展的植物工廠設施結構系統要「硬中帶軟」、作物生產系統要「軟中帶硬」；也就是設施要達到「實有若無、要有便有」境界，亦即要和大自然環境有一定程度的互動性才行。
二、植物工廠生產的作物雖然有相當的潔淨度和品質，但若和露地作物相比，還是少了一點季節韻律帶來的風味，像草莓就有很明顯的差別，但蕃茄、青椒等作物的落差就不甚明顯。因此，植物工廠必須選擇風味落差較不明顯的作物。
三、台灣冬季天候涼爽，是蔬果主要產季，因作物病蟲害較少，產量和品質都較佳，蔬菜價格通常會相對便宜，植物工廠生產的蔬果恐怕會在價格上吃很大的虧；但反觀夏季多颱風雨水，蔬果生產不易，又頻傳災情，蔬果價格偏高，卻無蔬果可賣，植物工廠此時便占了市場的絕對優勢。
施昭彰博士並認為，台灣的天候和土壤條件，原本就很適合種植蔬菜類，植物工廠拿來種一般蔬菜有點大材小用，經濟效益恐怕不如預期的高，但若用來種植高經濟價值的果樹，情況就會有很大的不同。台灣是水果的天堂，種類繁多，甜度和含水度又高，很多外國人來到台灣，吃到台灣的水果，無不感驚訝。
只可惜，水果有固定的產季，豐收或欠收，也很容易受到天候的影響，植物工廠種水果，不僅可以避開天候的侵擾，確保水果的產量和品質，更可以透過微氣候的控制，調整產期，比其他生產國更早採收，便能搶先攻占市場，價格也會因市場競爭小而提高許多。施博士認為台灣在國際間最具競爭力水果包括水梨、枇杷等溫帶水果。
植物工廠將為未來的農業帶來一番新的景象，台灣經濟研究院生物科技產業研究中心助理研究員李秉璋指出，植物工廠在土地狹窄、地力貧瘠或氣候條件較差的地區來說，具有特殊的意義，對本省的農業亦然，因為台灣的小農結構很難像美國那樣在廣大地面用機械化來提高勞動生產力，植物工廠將可大幅提高小農的生產效益。
加拿大、蘇聯、北歐等寒冷地或寒冷期，中、近東及非洲的沙漠地帶，如用一般的栽培方法是不可能或很難的。寒冷地的溫室栽培須費很大的能源(燃油)成本，沙漠地則受自然環境的限制就是有充分的水也難栽培。只要電力成本夠便宜的話，完全控制型植物工廠便能發揮效用；尤其要解決森林被濫伐、土壤沙漠化，時常在旱魃為虐，而政府卻束手無策的非洲窮國的飢餓問題，也許只能靠植物工廠了。植物工廠讓寒冷地、不毛地、地下、海底，甚至太空中都有可能發展農業。
農業本是冒著寒冷褥暑的重勞動，時下年輕人無不卻步，寧願當上班族待在有冷暖氣機、中央空調的辦公室中快適地工作。植物工廠作業環境良好、又省力化，將可望吸引年輕人回歸農業。
