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提供適合植物生長所需之環境條件，理當可達到快、好和健康的目的。創造理想的環境牽涉許多工程技術，包括照明、空調、能源、潔淨滅菌、土木與建築等，當中許多為台灣產業的強項。

傳統露地栽培方式深受環境的影響，而植物工廠的生產模式卻可提供植物生長所需的光、溫、水、養、氣等環境條件，它被視為現階段最高等級的設施農業生產模式。植物工廠生產的作物有很大的優勢，包括清潔乾淨、無重金屬、無農藥、低生菌數、低硝酸鹽、高營養價值。為了達到上述目的，建構植物工廠不單需從植物栽培技術的角度來思考，也需從工程的角度來下手。植物工廠相關的工程技術包括照明、空調、能源、潔淨滅菌、土建、感測、自動化等技術，這些技術當中有多項台灣擁有的核心優勢。篇幅所限，本文僅針對建構完全人工光源型（又稱為密閉型）植物工廠所需的工程技術加以介紹。

植物工廠基本上是利用工程的方法提供植物所需的光、溫、水、養、氣等環境條件。「光」即光照，包括適宜的光頻率、光強度與光週期（照光與不照光加起來的時間）；「溫」即空氣溫度、營養液或介質溫度；「水」，除了一般我們所說的水之外，還包括空氣相對濕度與介質濕度；「養」即營養液或肥料；「氣」則指光合作用所需的二氧化碳與呼吸作用需要的氧氣，以及適當的風速等。由於環境可調控，因此密閉式植物工廠的栽培方式可以增加密度、生長期得以縮短，同時利用多層立體式的栽培方式，整體生產效率可大幅提升，每單位面積產量可達露地栽培的數十倍之多。除此之外，傳統栽培方式因為過度使用農藥與化肥，造成環境的汙染與食品安全上的顧慮，而密閉式植物工廠因為嚴格管控人員和物品的進出，即使出入都需要經過氣浴與消毒，這些措施可以有效地抑制病害蟲或微生物的侵入，因此不需要噴灑農藥。還有植物工廠的用水可循環再利用，與露地栽培排放至大地不同，可以節省高達95％以上的用水量，農藥與肥料也不會流入河川、湖泊或地下水中。因此植物工廠的生產方式被視之為21世紀解決糧食、水資源與環境等三大問題的關鍵技術之一。

近年來台大陸續開發並建置四種型式的植物工廠，分別為貨櫃型植物工廠、家電型植物工廠、光熱複合移動型植物工廠，以及研發與量產併用型植物工廠（圖一）。

 

圖一：各種型式的植物工廠。
（A）貨櫃型植物工廠，（B）家電型植物工廠，
（C）光熱複合移動型植物工廠，（D）量產與研發併用型植物工廠。

以下就（一）植物工廠空間規畫、設施配置與建置；（二）空氣中相對濕度的維持與二氧化碳的供給；（三）栽培環境與營養液系統的建立；（四）光照環境的提供；（五）溫度環境的調控；（六）作業自動化與監控系統；等六個方面說明植物工廠的工程需求。

植物工廠的工程需求

植物工廠空間規畫、設施配置與建置
完全人工光源型植物工廠的建築結構為封閉式，密閉性高，屋頂及牆壁材料採不透光、耐久性高、隔熱性好的覆蓋材料，可降低戶外環境對室內環境的影響，室內環境可調控。同時，由於封閉結構，室內與外界的大氣和土壤隔離，可有效防止病蟲害的入侵，可以實現無農藥的農業生產。人員進出手足須經消毒或包覆，並需換穿潔淨衣經過氣浴室除塵。植物工廠內部可大略分為幾部份：準備區、栽培區，收穫、包裝與儲藏區，監控室與機房，人員換裝與氣浴及消毒區，進出貨區等（圖二）。

圖二：植物工廠配置圖。

建置之前須對空間需求與功能做一通盤的考量與完整的布局，方能做出正確的規畫與設計，尤其工廠內、外的人員進出與物料輸送動線至關重要，進出貨區與原物料或成品的距離，以及周邊交通路線是否順暢，參觀與安全逃生路線亦須一併考慮在內。頻繁的訪客出入往往造成試驗研究或作業上的干擾，對於病害蟲的管制也形成缺口，觀景窗的設置除了解決上述問題之外，訪客無須消毒與換裝，對訪客、對作業人員都可省卻許多麻煩與困擾。除此之外水電管道的配置、排水與廢料清運的順暢性亦需考量。

空氣中相對濕度的維持與二氧化碳氣體的供給
相對濕度的高低直接影響植物光合作用的強度與病害發生的機會。相對濕度低，植物葉面的蒸發量大，植物體內水份太少，光合作用降低，生長效率差；相對濕度高，植物葉面的蒸發量小，植物體內水份若過多，將導致莖葉增大，也會影響產量，相對濕度高於90％，廠內則容易發生病蟲害。因此必須根據不同的作物與生長階段對空氣的相對濕度進行調節。常見的加濕方法有濕簾吹風加濕、旋轉離心式造霧與超音波造霧加濕等。

二氧化碳（CO2）濃度與植物的光合作用息息相關。綠色植物在光照下，由葉綠體將水（H2O）與二氧化碳合成有機物，並釋放氧（O2），將光能轉變為貯藏在作物中的化學能，此過程稱之為光合作用。大氣中二氧化碳（CO2）的含量大約400 ppm（百萬分率，單位：毫克∕公斤）左右，為了提高光合作用與成長速率，在完全人工光源型植物工廠內栽種綠色植物的CO2濃度一般會提高到1000 ppm 的水準上下。關於CO2濃度的調控，比較方便的方法為將氣態的CO2壓縮於鋼瓶內成為液態，配以流量計，加裝CO2感測器，控制閥門的開閉即可調控CO2在適當的濃度下。……【更多內容請閱讀科學月刊第521期】