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近日農業單位的大內宣是遙控間歇灌溉省水。參加宣傳的單位有一個農業研究所，兩個地區改良場，一家大學的兩個科系。
台灣官方農業智慧灌溉之內容如下：在水田裝置水位計，在入水口裝置電動閥門。水位計的訊號傳至農民手機。農民以手機輸出啟動命令，匣門打開，水源流入水田。在達到給水水位之後，以手機輸出命令關閉匣門。此智慧灌溉系統及完工(附件1與2)。
國際標準的農業智慧灌溉系統介紹如下：
一、基本盤
1.水田需要整平，其平整程度是方便感測器的取樣點有代表性。
2.在執行智慧灌溉時，水渠內有充分供水。如果水源是由水利會統一調配，那就無法自止控制灌溉。
3.水田是匣門啟閉供水。匣門之運作是否順暢，機械動作是否確定?
4.匣門為電源供應控制，是直流電或交流電。如果使用直流電，備用電池如何安置與保存足夠電力。如果使用太陽能板充電，備用儲存電源能否負載。如果使用交流電，電源如何連接。用電申請的計費方式如何?
5.上述控制系統的成本多少，可以控制多少面積水田?
二、真正的農業灌溉智慧
真正的智慧灌溉系統，必須解決以下問題：
(一).水稻的需水量知多少
在每次灌溉作業，必須確定水稻之需水量。這種需水量，因水稻生長階段而不同。水稻栽培有四大階段：秧苗期、營養生長期，生殖生長期與成熟期，那麼需水量是多少?以自動控制的角度，不足代表低於此參數，水稻即受到缺水應力。太多代表給予太多水量，浪費水資源。因此不同品種，不同生長階段的水稻，到底需要多少水。
(二).如何確知水稻田區現有水量？還是以根區的土壤水分含量為依據？如果使用水位計，水位計只能探查水田土上方水位的高低。土壤水分有兩種，一為土壤水分含量，一為土壤水分潛勢(或稱張力，tension)，水田應該以哪一種參數才有代表性。只有水位計，無法理解水稻根區環境的水分狀態。
(三).如果已有上述(二)之參數，最佳水位或是根區水分量。那麼要使用哪一類型的感測器，水位計有數種原理開發而成的水位計，那一種適合水田？其準確性，重複性與老化程度等性能是甚麼？如何供應其作業電源？如何使用介質水分計，是量測水分量或是張力？哪型感測器適合?如何提供電源?
(四).取樣技術
以上述水位計或土壤水分計進行量測，那麼多少田區面積需要一只感測器才有代表性?以三分地為例，將近1000m2之面積需要裝多少感測器?其取樣間隔是多少?累積多少量測數據再進行數據處理?或是隨時傳訊而不必加以平均與除錯?
(五).關鍵參數是什麼?
如果上述問題都已解決，那麼要以那些數值作為給水動作之參考?是水位低於某一數值，或是根部土壤水分低於一個臨界值?有份SRI保育型農業環境學會的會長說明"土壤出現雞爪痕，約拇指寬裂縫，或是踩進田區，腳印壓不出水，就需要補水。補水到淹腳目高度即可”。這種說法被稱為農民傳統智慧。但是此傳統智慧無法與自動控制加以連結。
(六).智慧控制之思考
何謂智慧控制?自動控制技術代表可感測，可控制，而且脫離人為的因素，不是以個人主觀判斷，而是以建立給水量或缺水狀態之依據，以下介紹水田智慧灌溉的思維。
水田田區給水並非靜態過程，而是一個與環境及作物相關動態過程。依質量不減定律，水田田區水量之平衡公式如下：
流入：給水量＋雨量＋土壤蓄水量＋水田表層現有水量
流出：排水量＋蒸發散量＋滲透量
上述參數中其量測技術如下：
1.給水量：由匣門之開口面積，給水流量與時間加以計算。
2.雨量：由雨量計量測。
3.土壤蓄水量：由土壤水分計或張力計量測。
4.水田地表以上蓄水量：由水位計量測。
5.排水量：與給水量之量測技術相同。
6.蒸發散量：由蒸發散量模式計算。
7.滲透量：以滲透量計加以量測。
其中蒸發散量模式其計算參數為日照量、氣溫、相對濕度、風速與植物生長階段、植株狀態等。前四個因子為氣候站量測值，後二個因子由作物生長情況加以決定，在水稻生長之灌溉控制中，又有兩項設定參數。
一.正常供水：土壤由含水量之最低局限制為給水依據，水田地表上方水位極限為停止給水依據。
二.施以應力：又稱曬田處理，以增進根系生長。實施曬田時，土壤內部水分狀態與持續時間此為此作業的控制因子。
上述智慧控制內容，自感測器性能與佈置，作物生理之臨界參數，水田水量模式之各種感測與計算等，這是國際水稻智慧灌溉之內涵，實施細節更加細微。那麼台灣農業官方之所謂"水稻灌溉自動化"，離國際農業技術水準相差多遠?
世界各地的水稻灌溉自動化技術水準，可以參考的論文如下：
1.馬來西亞
Fully
Automatic Water Irrigation and Drainage System for Paddy Rice Cropping
in Malaysia 2013 IEEE 3rd International Conference on System Engineering
and Technology, 19 - 20 Aug. 2013, Shah Alam, Malaysia
https://ieeexplore.ieee.org/document/6650142
2.印度
Automated Irrigation System for Rice: A Review. The Andhra Agric. J 65 (spl):
324-329, 2018
https://www.researchgate.net/publication/341283050_Automated_Irrigation_System_for_Rice_A_Review
3.韓國
Evaluating the Impact of Climate Change on Paddy Water Balance Using
APEX-Paddy Model. Water 2020, 12, 852; doi:10.3390/w12030852.
https://www.mdpi.com/2073-4441/12/3/852
4.義大利
Towards a smart automated surface irrigation management in rice-growing
areas in Italy. Journal of Agricultural Engineering 2016; XLVII:585]
https://www.researchgate.net/publication/309704048_Towards_a_smart
_automated_surface_irrigation_management_in_ricegrowing_areas_in_Italy
5.歐盟
Evaluating
performances of the first automatic system for paddy irrigation in
European. Agricultural Water Management 201 (2018) 58–69
https://www.researchgate.net/publication/322930433_Evaluating_perform
ances_of_the_first_automatic_system_for_paddy_irrigation_in_Europe
附件1.
遙控間歇灌溉省水 稻農：技術待克服
記者林宛諭／彰化報導
2021年4月12日
週一
https://tw.news.yahoo.com/%E9%81%99%E6%8E%A7%E9%96%93%E6%AD%87%E7%81%8C%E6%BA%89%E7%9C%81%E6%B0%B4-%E7%A8%BB%E8%BE%B2-%E6%8A%80%E8%A1%93%E5%BE%85%E5%85%8B%E6%9C%8D-222020319.html
智慧化灌溉系統可節約灌溉用水至少30%，農民用手機App遠端操作，在家就可監測水位省去巡田水時間。記者林宛諭／攝影
近日缺水嚴重，台中農改場與農業試驗所等單位研發間歇灌溉技術，以App進行遠端操作，即時水位監看，再進行間歇灌溉，可以節約灌溉用水至少30%；不過田中農會總幹事張瑞欣表示，這樣的省水措施立意良好，雖然還需克服不少技術困難，但值得試辦。
台中農改場作物改良課助理研究員吳以健說，水稻每一期作1公頃需1萬2千噸灌溉水量，傳統水稻田時常灌水入田維持飽水狀態，此作業模式消耗大量水資源，也耗費人工與時間，因田區長時間湛水，更使稻株根部氧氣缺乏，根系無法深入土壤，導致營養效率不佳及提高倒伏風險。
吳以健說，若改以間歇灌溉，不僅省水，更有助於土壤透氣與稻株根系發育，讓水稻更強健，只要在田間安裝水位計與電動閘門或水閥，連上電腦的智慧化灌溉系統，農民只要在家裡透過手機或平版電腦的App隨時監控田間水位，可一鍵按下啟動智慧化灌溉系統，水就送進農田，省去農民巡田水時間，有助於解決農村人力不足問題。
彰化縣田中鎮農會總幹事張瑞欣表示，間歇灌溉立意很好，不過前提是需要水源充足才可能實施，以田中鎮而言，目前採輪灌供2停10方式，水源極缺，都是上游一區一區的水輪灌到下一區，不可能採間歇灌溉；不過若在水源較充足時，倒可以試驗此種灌溉方式，但小農耕種面積小，不符合成本效益，必須以大面積重劃田施行，且此灌溉方式需用到電，目前政府管制農業用電申請，也需要配合開放農業用電。
附件
2. 智慧科技改善稻作缺水困境！
台中農改場開發遠端水閥App提升灌溉效率
稿源：2021-3-17/食力
https://www.foodnext.net/science/technology/paper/5852569048
農委會台中區農業改良場（以下簡稱台中農改場）表示，近年氣候變遷的影響日益顯著，據中央氣象局資料，彰化地區2020年的降雨量未達過去15年平均降雨量50%，顯示缺水逆境之急迫與嚴峻，而水稻是農作物中灌溉用水量最多者，如何有效利用水資源以確保台灣水稻生產，是農業重要議題之一。
台中農改場表示，傳統水稻長時間採深水灌溉，耗用大量水資源、時間及人力，鑒於此情況，
台中農改場與中興大學、農委會農業試驗所及苗栗農改場組成團隊，進行間歇乾濕灌溉研究加以改善。
間歇灌溉成為缺水重要解方
更能讓稻株頭好壯壯
台中農改場表示，間歇灌溉方式係水田灌溉至水深5公分後，讓田水自然蒸發與滲漏，待土壤表面無積水但仍濕潤狀態下，隔天再灌溉至水深5公分，並續予反覆。據試驗結果，間歇灌溉較傳統方式降低用水量30至40
%，灌溉次數從每日補水，減少到3至4天1次，顯著降低灌溉人力與時間成本。此外，間歇灌溉可促進土壤通氣，故稻株根系與分蘗生長良好，稻株粗壯，稻穀產量亦獲得確保，若再應用合理化施肥技術，可降低白米蛋白質含量，增進米飯食味品質。
在家拿起手機就能遙控灌溉 盼能有效解決農村人口困境
台中農改場說明，稻作智慧農業研究團隊在間歇灌溉系統上，已進一步開發智慧化模組，利用與中央系統介接之水位計，隨時記錄水位，另以手機APP遠端查詢，若顯示水位不足，即可直接以APP遙控田間電子水閥進行灌溉，如此可省去前往田區路途與等待灌溉滿水的時間，並可於短時間內管理多處田區，提高工作效率。台中農改場表示，未來將持續引入自動化電腦系統，以電腦判識水位並自動進行灌溉作業，達到全自動智慧化管理的目標，供作大規模經營的水稻產銷主體之省時省工高效率生產的配套工具。
台中農改場最後表示，此智慧間歇灌溉系統對於近年水資源與農村人力缺乏困境，可提供有效解決方案，未來將持續推廣應用。
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