環控型碳中和農場

二、傳統農業的問題

 1. 土地開發使用問題
政府為照顧農民，縮小城鄉差距，許多興農政策出爐，例如開闢產業道路、發展新品種高單價的農作物、引進農藥與化學肥料、大量農業貸款等措施，並產生下列問題：
   (1) 水資源的使用效率不彰
   (2) 水土保持監管工作不能持續
   (3) 單一作物不利於生態系統的穩定

 2. 肥(飼)料使用問題
為了使特殊物種能在特定方式照顧中持續存在，不同物種有不同的耕作方法；添加肥(飼)料為通用且必需的手段，以促進農漁牧產品在人工生態系統中生長。
  肥(飼)料在農場中無限制的使用，可能產生下列問題：
   (1) 肥(飼)料過度使用
   (2) 化學與有機肥料的問題
   (3) 以動物糞便為肥料易造成病毒污染

 3. 農藥與生長激素使用問題
由於農漁牧業經營的人工生態沒有與自然生態隔離的觀念，人工生態中脆弱的物種極易遭受來自自然生態的病蟲害；因此，除草  劑、殺蟲劑、及抗生素等防止養殖生物致病的農藥，以及費洛蒙與生長激素等與促進養殖生物快速生長的化學藥劑大量使用，造成食品安全的危機與自然生態的浩劫。

 4. 引進外來物種破壞生物多樣性
選養生態強勢的物種可節大量的養殖成本，或提高單位土地面積的生產量，但如果養殖場對人工生態管理不當的話，極易造成生態結構的破壞，滅絕本土的原生物種。

 5. 環境資源過度消耗
為提高單位面積收獲量，養殖業者多進行高密度養殖；為免養殖池水質惡化，需抽取大量地下水更換養殖池的污染水，因而造成嚴重的地層下陷與海水倒灌，海水入侵地下水後，又使得沿海土地鹽化，不利作物生長。

 6. 其他有關新農業發展將面對的問題
  (1)農漁牧業的經營者為提高養殖物種的收成量與價值，常於養殖過程中使用一些不利人體健康的化學添加劑(例如抗生素、歐羅肥、增色劑等)，使得農產品  很難達到政府所謂有機農業的標準。
  (2)都會地區人口密集且污染嚴重，農漁牧產地多在號稱“無污染”的邊遠地區，如何以科技力量來減少農產品的運輸距離，是未來新農業努力的方向 。
  (3)在台灣地區每逢豪雨或颱風必然造成菜價上漲，如何穩定生產產量，是農漁牧業管理可以努力的方向。
  (4)農漁牧業在養殖或農產品加工過程中所產生的農業廢棄物，為新農業科技需要面對的問題，開發回收再利用的技術要符合永續經營的原則。

三、綠色農業的考量
以台灣地區為例，高價且精緻的農作物生產地區，遍布全台各地，已然成為破壞國土利用價值最主要的原因之一。為求台灣地區能永續發展，以科技輔助農場經營的新式農業應加以深入探討。

 1. 以科技提昇農場單位面積的生產力
 2. 減少使用肥料與避免化學藥劑污染
 3. 減少人工生態對自然生態的負面衝擊
 4. 節能減碳的功能
 5. 遠端監控與休憩功能

四、環控型碳中和農場的構想

 1. 環境隔絕結構
以目前的科技能力而言，玻璃溫室是人們可以接受的生態隔離手段，除設置成本較高的缺點外，對於水、空氣、及土壤等環境基本因子皆有良好的隔絕能力。

 2. 生態緩衝區
  (1)可削減人工生態系統排出的優養化污染物質。
  (2)可由建置休憩遊樂空間來獲得補償。
  (3)可設計成生態保育區，原生物種保留區、或自然生態教室等環境教育場所，或是施作自然生態空間縮減的補償工程。
  生態緩衝區的區位配置例如圖-1所示。

圖-1　環控型碳中和農場區位配置例

 3. 綠能系統
環控型農場玻璃溫室的屋頂或向陽面可加裝半透膜光伏(PV) ，可選擇性的讓某些光合作用所需的特定光波穿透，在發電時不影響綠色植物的光合作用，而綠色植物光合反應系統的人工光源(LED燈照明)可採用綠能的系統設計，其系統組合如圖-2所示。綠能系統主要以太陽能、風力等天然力量為能源，但天然力量有供應不穩定的缺點，故需有貯能設備與備用電源等考量。備用電源可採用市電，而在無市電供應的地區，則可考慮使用生質柴油發電機或燃料電池。 (薄膜光伏如圖-3所示)。

圖-2 綠能系統示意圖

 圖-3 薄膜太陽能光伏裝置圖

4. 水資源循環系統
農場對水的應用可由水量、水質及水力等三方面來考量：
  (1) 農場內的用水應儘量循環再用並妥善管理運用，以減少水使用量或提高水的使用效率。
  (2) 在水質方面，可分成外來水與內部循環水兩部分來討論:外來水應考慮是否含有重金屬或農藥等易造成生物累積與生物放大效果的污染物，或含有抑制農 作物生長的無機鹽類；而內部循環水則需考量鹽類累積與pH值變化等影響農作物生長的因子。
  (3) 在水的位能考量方面，原則上水資源的應用應由高位能至低位能的路徑來安排，如此可節省水力運輸所需的能量與設備。水力循環的安排案例如圖-4所示。

圖-4 環控溫室內的水利循環圖

 5. 複合農場經營模式
玻璃溫室內的農作物可採用水耕、滴灌、或土耕等多種方式來栽培，培養綠色作物的空間內，可併養一些水產或小動物，只要生態管理的安排妥當，溫室內的人工環境亦可營造成多樣性的生態空間。

 6. 環境監控設備
農作物生長所需的特定環境條件(如溫度、溼度、光照度、及水質條件等)，可由實時監測系統進行監測。這些監測資料透過網路傳輸線路，可蒐集至SQL伺服器，再由網頁介面程式整合各項監測資料，並將整理結果以網頁方式顯示在網站上，以利於農場進行遠端的監看與控制。整個數位化網路的規劃案例如圖-5所示。

圖-5 數位網路規劃圖

五、結語

整合多項科技特色的環控型碳中和農場能具有下列優勢：
1. 種植綠色光合作物進行碳中和符合永續發展的環保原則。
2. 隔離的農場不影響自然生態，對農產品的品質較有保障。
3. 利用綠能可減少碳排放，農場亦可設在供電困難地區。
4. 生態緩衝減少農業污染，對環境影響小又提供休憩場所。
5. 使用遠端監控系統，可減輕農民“巡田水”的勞力負擔，又可建立生機農業的品牌。

環控型農場-養藻與環控型複合農場

• 利用藻類快速生長的特性大量固定二氧化碳。
• 養藻尾氣進入溫室中供植物行光合作用，進一步減碳後產出富氧的排氣。
• 以有機堆肥的溶出液作為水耕植物肥料，水耕尾水則成為養藻的肥料來源，可進一步降低農場排水的肥分。
• 養藻排水進入人工溼地的生態池，可以緩衝農場對附近自然生態的衝擊。
• 農場與養藻所需的人工光源可考慮使用綠色能源(如太陽能、風能等)，綠能不足時再補充市電。
• 利用環控型培養藻類的反應器，可選擇純種培養或混合培養，需依技術能力與市場需求來決定。
• 純種養藻可作為生醫材料或健康食品，技術需求較高；而混合培養藻類的技術層次較低，其經濟效用亦低，一般作為草食性飼料或雜食性飼料添加物。
• 養藻快速固定二氧化碳的能力可申請減碳認證，對減少溫室效應氣體排放亦可有所貢獻。在碳排放交易市場上，減碳認證可能有部分經濟效益。