作物生產概論講義1~16

作物生產概論 第一章 緒論 植物生產學 (1)植物生產學的概念 植物生產是以提高質與量，並有效的保全、改良環境為目的，進行研究植物生產技術的基礎與應用的科學，稱為植物生產學(Science of plant production)。 在以往的構成農業的組成上，與植物生產相關的學科有作物學、飼料作物學、園藝學、花卉學等，主要是對象是以作物為基礎，而發展成各種不同的學問。但是，由於這些基礎的學科都有共通的地方，因此新編成的植物生產學，就是將這些共通的基礎科學的部分統合起來，而成為植物生產學概論的基礎。在這架構上又發展植物生產學的本論與各論。 1.本論 本論是分擔植物生產的各項技術所相對應的科學，各有其相對應的生產對象，而區分成各種學科。例如，其中之一的植物生產技術學是依據其實用性做為區分，又可分科為食用植物生產學，工業原料植物生產學等。 2.各論 各論是以具體的植物生產面相對應而更細分成各的學科。例如，園藝植物學分為蔬菜學，果樹學，觀賞植物學等學科，其中又可再區分蘭花學，柑橘學等更細的學科。 植物生產學基本上與植物學(Botany)不相同。植物學是以專門追求解明生命的秘密為目的，在研究植物的科學。相對的植物生產學是具有實用科學的特性，但是，為了要研究植物生產學的基本領域，必須融合植物學上的生理學，生態學，形態學，遺傳學，分類學等一切的知識與方法並加以活用。 此外，肥料學，土壤學，植物病理學，害蟲學，農業氣象學，植物育種學，農業土木學等一切農業科學領域的所有知識，以及農業經濟關連的知識、資訊也是不可或缺。另外也必須採用農化或生化學的研究，特別是與今後被殷切期待發展的生物工程(Biotechnology)具有密切的關係，使這些具體表現在植物生產的研究成果都是植物生產學的任務。更須與人文學，考古學及其他社會科學等廣泛的相關領域相互呼應。 植物生產學是具有相當廣的研究領域，因此可以稱為是一種綜合科學，但由於是實用科學的原故，終究必須面對現實的植物生產面，同時是以個別的植物生產為對象，亦可稱為各論的科學。 (2)植物生產學的構成與分類 從技術的特徵可區分為5種技術學： 1.植物技術學即所謂的植物栽培的科學，就實際情形及植物群對象的不同可區 分為糧食植物生產學(傳統的作物學)，資源植物生產學(工藝作物學)，園藝學等學科。 2.植物生產、土壤環境技術學是為達植物生產所需的旱田或水田的土，水，氣象等環境的科學，因此可區分為土壤學，植物營養學，植物氣象學等學科。 3.植物生產基礎技術學是以田地的基礎構造、灌溉等相關的設施工學，以及為達植物生產所需的相關機械類的技術工學等為中心。 4.植物生產保護技術學是為防止病害，蟲害，雜草侵害的技術科學。 5.植物育種技術學是為達植物生產所需相關的遺傳性學科，其目標為利用生物工程進行資源植物生產性的改良。 第二章 資源植物與作物 1.資源植物 從為有效保全人類所生活的地球環境的意義而言，地球上所有的植物都可稱為資源植物，但在其中特別是有人類直接利用的植物即食物，醫藥，居住、生活的用具，燃料，工業生產的原料，家畜的飼料，綠地，土地的保全等所使用的植物稱為資源植物(Useful plants, Economic plants)。地球上的植物約30萬(Species)，其中資源植物約有數萬種。 (1)資源植物的演化 a.有史以前的原始時代開始，人類所利用的植物(果實及薯類等糧食，燃燒用木 材等)。 b.人類開始文明，特別是隨著農耕的文明所開始利用並隨之推廣的植物。 c.隨著近年文明的發展而成為新使用的植物(草花及觀賞植物，醫藥用植物等)。 由上述可看出資源植物的種類是隨著歷史的演變而有所變化。資源植物的種類數也是隨著時代而增加，但伴隨人類的生活樣式的變化以及文明的異質化，亦有被拋棄的資源植物。此外地域的不同利用資源植物的種類亦不同，即使是相同的植物，民族的不同，資源的利用方法亦有不同。 (2)資源植物的區分 資源植物可區分為野生有用植物及栽培植物(作物)。 a.栽培植物 人類自從獲得農耕文明以後，許多的野生有用的植物接連不斷成為栽培化。 b.野生有用植物 到今日為止尚有許多維持野生的狀態，為人類所繼續利用的植物。 ※這些植物到今日為止沒有被栽培植物化的機會，因此維持野生的狀態，例如熱帶原始森林中許多木材用的樹種，以及在農耕文化尚未發達的地區，所採集利用的水果及藥草，秘境的花類，多數的海藻等。 ※農耕的1萬年歷史中，雖然人類曾嘗試栽培化，而沒有被馴化的植物群。雖然今日的栽培技術非常發達，但這些植物大都具有不容易被栽培植物化的特性。例如，山菜類，薇，雞兒腸等多數野草類從野生的狀態移到田地嘗試栽培，但因生長無法適應，不久後衰弱枯萎，或者是從農耕地消失。 2.栽培植物與作物 人類為了生存，所攝取的食物種類繁多，其中最重要的當為作物。例如人類食用米飯、麵包是由栽培水稻、小麥而來，豬肉、牛肉、牛奶、雞肉、雞蛋等係飼養的家畜、禽生產者，兩家畜、禽必餵食人類栽培的牧草和飼料。所以可以說人類的生存直接、間接均仰賴人類栽培作物的行為。 一般野生植物中，有的對人類有用，有的則否，人類選擇其有用者加以栽培、保護及改良，藉人為的馴化使其成為有經濟價值的植物，此種植物名之為作物(crops)。概言之，凡人類直接或間接(如飼養作物)利用為目的，所栽培的一切植物，均稱為作物，亦可稱為栽培植物(cultivated plants) 然而，今日科學進步，人類需要繁多複雜，幾乎沒有不需要的植物。 作物的範圍一般有廣義和狹義之分。就廣義的可分為:a.觀賞植物(floriculture)指花卉類、b.森林植物(forest plants)、c.畜牧植物亦稱飼料作物(forage corps)、d.園藝作物 (horticultural crops)、e.農藝作物(farm crops)。作物一般指園藝作物及農藝作物。然而最狹義的解釋則專指農藝作物而言。 3.作物的起源與發達 (1)作物的起源 人類自古以來採集野生植物的果實及種子，藷類，葉成為糧食。然後依序瞭解植物的培育與繁殖的方法，以及生活史。初期種植的植物，大都選擇產量豐富，容易栽培，且能作為糧食者，其中以禾穀類作物為主，例如:小麥、大麥、燕麥、黑麥、栗、黍及稻等。後來由於人口的播遷以及人類需要慾望增加，其他各種作物乃逐漸被發現其新用途，而加以利用。據考古學家與史學家的考證，這些作物較可靠的栽培始期，當在紀元前四千年以前。關於現代作物栽培的起源地，研究的學者頗多，其中較受一般人重視者有三： a.De Candolle(1883)：近緣野生種與形態分類學的比較及其分布，甚至考慮用 考古學，語言學等資料，多方面的研究。 b.Vavilov(1951)：利用遺傳學的見解再加上植物地理學的微分法加以研究。 c.Harlan(1975)：再加以研究檢討，幾乎所有作物的起源都已經解明。 各作物的起源地在地球上特別集中在八個地域，這些地域稱為作物起源中心即作物的八大起源中心。 作物的八大起源中心幾乎都是被山岳地及沙漠所隔離，對於植物的生長條件而言並非理想的場所。在這種嚴厲的環境下，為了要能適應環境植物的種子及果實會長的比較大，根及莖的貯藏物質會比較多，形質會特殊化。這些對於人類的食糧及資源而言，都是有用的植物。 此外能忍受各種環境，適應生育，因此推測這些地區的植物具有較強的適應人類的栽培管理的性質。 作物的八大起源中心與主要作物 1.中國北部地域 黍，稷子，大豆，赤豆，牛蒡，山葵，蓮花，慈菇，白菜，蔥，梨子，杏，栗子，核桃，枇杷，柿，漆樹，桑，朝鮮人蔘，苧麻，竹。 2.中國雲南、印度北部(含東南亞)地域 水稻，蕎麥，薏苡仁，茄，胡瓜，葫蘆，芋頭，山藥，薑，紫蘇，大麻，黃麻，胡椒，茶，木藍，肉桂，丁香，棗，馬尼拉麻，甘蔗，椰子，蒟蒻，甜橙，枸櫞，酸橙，香蕉，芒果。 3.中亞細亞中心地域 蠶豆，鷹嘴豆，濱豆芥菜，亞麻，棉花，洋蔥，大蒜，菠菜，蘿蔔，扁桃，棗，葡萄，桃。 作物的八大起源中心與主要作物 4.近東地域 小麥，大麥，黑麥，燕麥，金花菜，罌粟，茴芹，甜瓜，紅蘿蔔，萵苣，無花果，石榴，紅花，蘋果，櫻桃，核桃，紫花苜蓿，棗。 5.地中海地域 豌豆，油菜，高麗菜，蕪菁類，甜菜，蘆筍，香芹，芹菜，月桂樹，忽布，橄欖，白三月草。 6.西非洲、阿比西尼亞地域 眉草，高梁，珍珠栗，咖啡，秋葵，西瓜，油棕，芝麻。 7.中美地域 玉米，甘藷，菜豆，紅花菜豆，南瓜，棉花，可可，木瓜，油梨，腰果。 8.南美地域 馬鈴藷，菸草，蕃茄，辣椒，西洋南瓜，落花生，草莓，鳳梨，木薯，橡膠。 (2)作物的發達 野生植物被移到所謂栽培的不同環境，並且再加上人類保護，選拔等結果，變化成與野生時代不同的形質，而逐漸的發達。 a.栽培環境的變化 例如燒田地及灌溉，施用肥料等，造成土壤環境的變化，成為比野生時代提高誘發突然變異的原因。特別是染色體數的增加是作物的形質發達的原動力，現在的作物相對於原生野生種幾乎都呈2~6倍體化。此外在田裡集團栽培化後，由於個體間的雜交，以及雜草等近緣野生種間雜交頻度的提高，使遺傳子的變異，比野生時代更加的加大，這些都是促進作物發達的基礎。 b.人為的保護與選拔 人為的保護與選拔也是促使作物的形質改變的原因。例如穀類作物為方便收穫而選拔芒較短的作物，為防止藷類作物受獸害，而盡可能以淺植取代，以及改變成無刺及無毒的作物。其他如發芽的整齊性，耐病性，開花期，收穫物的成熟期，形狀及肥大程度，味道等，人類以栽培、利用為目的而選拔特定作物。 c.同一作物分化成多數的品種系統 ※古代開始經過長期栽培的過程中，重複與近緣野生種雜交以及強勢選拔的結 果，造成與原生種有相當程度不同的變化。 ※ 作物經由人類的傳播亦會帶給作物的分化很大的影響。主要是由於自然環境 與原產地域不同的影響，以及受到與原產地不同的人為選拔。造成原本是同 一種作物，經由在世界中傳播，栽培的結果，產生現在在分類學上不同種的 變化。 (3)作物的傳播 各種作物在各起源地上獨立的起源發達不久後隨著民族的移動，交易，戰爭 宗教傳播等人類的活動，作物從各起源地被傳播到其他地域。 a.古代的民族大移動，小麥從西亞細亞傳播到西歐等地域。 b.隨著作物的傳播，原本沒有農耕的地域也隨之興起農耕文化，甚至成為成立 國家的原動力。 c.新的作物傳來後，帶給原本的社會各種的變化。 d.哥倫布發現新大陸後，帶來新舊兩世界間作物的傳播，對於作物的分布與生 產，甚至世界的文化都產生大變革。 e.現在主要的作物，幾乎在世界各地傳播開來，各地域間作物的差異性，比以 往減少，然而由於氣候風土的不同，世界各地域上特有的作物並無減少。 f.作物隨著在不同的環境上傳播後，產生適應及變異，並受到各種不同選擇與淘 汰，產生多樣的分化、發達。 g.作物在充分適應傳播地環境的結果，變成比原產地無論在生產量及品質上均 優的作物。 h.作物從原產地傳到某地域後，在該地域顯著發達、分化，再從該地域傳播到 其他各地，這樣的地域稱為第二起源中心地。 第三章 分類與種類 1.分類法的發達 植物的種類以一門科學的體系從事分類者，始於1735年瑞典的植物學者Carl Linneaus(Linne)出版的é自然的體系û(Systema Naturae)。接著在1753年出版é植物的種û(Species Plantarum)，即所謂二名法的創始。這個方法在國際上稱為學名，由屬名+種名+命名者組成。例如水稻Oryza sativa L.，大豆Glycine max(L.) Merrie。 農業發達以後，對於知識與栽培經驗逐漸豐富，而自成一套科學及技術的體系，依利用的不同，將植物分為以水稻、麥等為主食的食用作物，以及蔬菜、果樹等的園藝作物，成為衣料纖維及油等原料的工業原料作物，家畜飼料的飼料作物，滋潤生活的花草樹木的觀賞植物等植物族群。此外，又可依照栽培作物的場所(水田作物、 旱田作物)，季節(夏作物、冬作物)，順序(前作物、後作物)等植物的習性分類，又可依照生存的年限(1年生、多年生)，溫度反應(寒帶作物、溫帶作物、熱帶作物)，繁殖的方法(無性繁殖、有性繁殖)，受粉的方法(自花受粉、異花受粉)等生態的特徵分類。 因此，今日的栽培植物是以食用作物，園藝作物等採用利用目的的分類法為中心，再組合植物學的分類法及生態學的分類法進行分類，幫助瞭解栽培的適季、適地及植物的特性。 2.植物分類學的分類法 植物學分類法也就是自然分類法，不單是根據植物的生殖器官和營養器官在形態和構造上的異同以及親緣的遠近來分類。尚利用地理的、生態的分布的不同，染色體數、雜交能力的細胞遺傳學的方法，各種的成分分析的科學方法，以及分析形質的數量化等綜合的分類，以類似性為基礎，將類似的植物族群歸納在同一階級上(系統樹)，即系統分類法。基本上從上位開始分級成門(Division)，綱 (Class)，目(Order)，科(Family)，屬(Genus)，種(Species)等6階級，各階級間尚設有補助的階級外，在最基本單位的種中又可細分為亞種(Subspecies)、變種(Variety)、品種(Form)。植物分類的學名採林奈(Linn’e)的二名法，由屬名+種名+命名者組成。依照植物學分類法，禾本科和豆科所包括的作物種類最多，也最重要，其它各科則較少。 (1)禾本科 (Gramineae) 禾本科包括所有的禾穀類作物如小麥、大麥、燕麥、黑麥、稻、玉米(玉蜀黍)，高梁(蜀黍)、小米(粟)等，和大部份飼料作物中之禾本科牧草(禾草)，總數約有6,000餘種，其經濟價植之高，在植物界各科中首屈一指，分布廣泛，全球各地均有栽培。 禾本科屬於單子葉植物，鬚根自莖節基部生出，葉為平行脈，包括葉片和葉鞘。莖部通稱為桿，常中空，為葉鞘所包裹。花序稱為穗，由許多小穗組合而成，每一小穗具有一個至數個穎花，雄蕊三枚成六枚。果實為穎果，通稱穀粒、穀實或種實，富含澱粉，為人類最重要的糧食。 禾本科作物在地表下之莖節上均能發生分蘗，由主稈長出的分蘗稱為第一次分蘗，由第一次分蘗再生出的分蘗稱為第二次分蘗，餘類推。因此一粒種子播種後，在適宜的環境下，常能產生數十個分蘗。一般分蘗的多少為品種特性，但與栽培環境有密切關係，土壤肥沃或施肥多時，分蘗增加，反之，貧瘠的土壤或肥料不足時，分蘗必少。禾穀類作物除了玉米外，分蘗的多少和產量的高低有關，通常分蘗多時，穗數亦多，產量常較高。 2.豆科(leguminosae) 重要性僅次於禾本科，如大豆、花生、碗豆、蠶豆、菜豆、綠豆、紅豆、豇豆、苜蓿宿、三葉草等，種類繁多，分布廣泛，種子脂肪，營養價值高，為人類重要的糧食;莖葉蛋白質含量亦高，為優良的飼料。 豆科作物屬於雙子葉植物，具有主根，果實為莢果，由一心皮構成，成熟後沿腹背二縫裂開。種子不含胚乳，子葉肥大，貯存豐富養料。豆科作物之種子常有硬實(hard seed)存在，其種皮具有不透水性而呈休眠狀態。因此，硬實多的豆科種子在播種前需加以種種處理，以破壞種皮之不透水性。 豆科作物的根部，會受土壤中根瘤菌的侵入而形成根瘤。此類根瘤菌一方面自豆科作物體內攝取養分，一方面將游離態氮還原為化合態氮供其本身及豆科作物利用，而形成互利的共生關係。因此栽培豆科作物可節省氮肥施用量，此一優良特性也使豆科作物成為最重要的綠肥作物。 3.其它科別 A.單子葉植物 (1)莎草科 (Cyperaceae)大甲藿、三角藿。 (2)燈心草科 (Juncaceae)燈心草、圓藿草。 (3)天南星科 (Araceae)芋、蒟蒻。 (4)石蒜科 (Amaryllidaceae)瓊麻。 (5)芭蕉科 (Musaceae)馬尼拉麻。 (6)襄荷科 (Zingiberaceae)薑黃、葛鬱金。 (7)薯蕷科 (Dioscoreaceae)山藥(薯蕷)。 (8)美人蕉科 (Cannaceae)食用美人蕉。 (9)棕櫚科 (Palmae)油棕、可可椰子。 B.雙子葉植物 (1)十字花科(Cruciferae)油菜、蕪菁、大菜。 (2)桑科(Mocaceae)大麻、蛇麻(忽布)。 (3)蕁麻科 (Urticaceae)苧麻。 (4)亞麻科 (Linaceae)亞麻。 (5)田麻科(Tiliaceae)黃麻。 (6)蓼科(Polygonaceae)蕎麥、蓼藍。 (7)藜科(Chenopodiaceae)甜菜。 (8)大戟科 (Euphorbiaceae)篦麻、樹薯(木薯)。 (9)山茶科 (Theaceae)茶、油茶。 (10)瑞香科 (Thymelaeaceae)三掗、雁皮。 (11)旋花科 (Convolaceae)甘藷。 (12)茄科(Solanaceae)馬鈴薯、菸草。 (13)唇形科(Labiatae)薄荷。 (14)胡貯科(Pedaliaceae)胡麻(芝麻)。 (15)茜草科(Rubiaceae)咖啡、茜草。 (16)錦葵科 (Malvaceae)棉、洋麻(鐘麻)。 (17)梧桐科(Sferculiaceae)可樂。 2.根據作物生態及生長習性上的分類 (1)依照耕地的不同可分為: a.水田作物:如水稻、藿草。 b.旱田作物:大部份作物均屬之，如陸稻、豆類、麥類、玉米、棉等。 c.牧地作物:如各種牧野及牧場之牧草。 (2)依照作物栽培季節可分為: a.冬季作物(winter crops):於秋冬播種至翌年春夏收穫的作物，如冬麥類、冬季 型油菜、豌豆、蠶豆、大菜等。 b.夏季作物(summer crops):於春夏播種而於當年秋冬收穫的作物，如春麥類、 夏季型油菜、稻、大豆、落花生、麻類、棉等。作物的栽培季節與各地區的 氣候型態有密切關係，熱帶及亞熱帶地區，終年溫暖，作物栽培無季節之分; 溫帶北部冬季氣候寒冷，只能栽培夏季作物;溫帶中部及南部才有冬季作物及 夏季作物之分。 (3)依照作物生長期的長短可分為: a.夏季一年生(summer annual crops):即一年生之夏季作物，如稻、春麥、大豆、 棉等(大豆在臺灣南部亦可在秋冬栽培)。 b.冬季一年生(spring annual crops):即一年生之冬季作物，又稱為越冬性一年生 作物如冬麥類，冬季型油菜等。 c.二年生(biennial crops):生長期在一年以上二年以下的作物，如甘蔗、甜菜等。 d.多年生(perennial crops):生長期在二年以上的作物，如荼、瓊麻、香水茅、多 年生牧草等。 (4)依照作物對生育溫度的反應可分為: a.嚴寒性作物(hardy crops):如麥類、蠶豆等。 b.低溫性作物(cool season crops):如甘藍、馬鈴藷等。 c.高溫性作物(worm season crops):如甘藷、甘蔗等。 (5)依照作物對日長反應可分為: a.短日照作物(short-day crops):即在短日照的條件下可促進開花，日照達一定程 度的長度時不是不會開花，就是會延遲開花的作物，如稻、大豆、玉米、菸 等。 b.長日照作物(long-day crops):即在長日照的條件下可促進開花的作物，如類、 甜菜、蘿蔔、菠菜等。 c.中性作物(day neutral crops):花芽的分化及開花並不受日照長度影響的作物， 如棉、蕃茄、茄、辣椒、菜豆及水稻、大豆、蕎麥、菸草等早生、極早生品 種，花卉四季開花的品種。 (6)依照作物植株的性狀可分為: a.直立性作物(erect crops):如紅豆、水稻、玉米等。 b.攀緣性作物(cribling crops):如忽布、菜豆、薯蕷等。 c.匍匐性作物(creeping crops):如草莓、甘藷、三葉草等。 (7)依照作物對地力的關係可分為: a.消耗地力作物:一般需要中耕性之禾穀類作物屬之。 b.維持地力作物: 具有防止土壤沖蝕及增加土壤肥力的作物，如綠肥作物、覆 蓋作物、豆科作物。 (8)依照作物對土壤反應的適應性可分為: a.耐酸性作物(acid tolerance crops):如稻、茶、黑麥、魯冰(羽扇豆)等。 b.耐鹼性作物(alkali tolerance crops):如甜菜、麥、棉、藿草等。 (9)依照作物的繁殖方法可分為： a.有性繁殖(sexual reproduction)：依花的構造及雌雄性又可分 為雌雄同花(1朵花中有雌花及雄花，如水稻、大豆)，雌雄異花同株(雄蕊與 雌蕊在各別的不同花上，如玉米、胡瓜、西瓜、南瓜)，雌雄異株(雄花與雌 花在各別不同的植株，如忽布、蘆筍)等類別。 b.無性繁殖(營養繁殖)(asexual reproduction)：肥大塊根者(如甘藷、木薯、葛鬱 金)，地下塊莖者(如馬鈴薯、菊薯、仙客來)，球莖者(如香雪蘭、唐菖蒲)， 鱗莖者(鬱金香、風信子、大蒜)，地下匍匐莖(如結縷草、狗芽根)，地上匍 匐莖(如六月禾、格蘭馬草)等類別。 (10)依照作物的受粉的方法可分為： a.一般為自家受粉(Self fertilization)：如水稻、大豆、大麥、小麥、茄、蕃茄等 作物，自然雜交率一般在4%以下，稱為自殖性作物。蔬菜自家受粉的狀況 會比較少是其特徵。 b.一般為他家受粉(Closs fertilization)：如玉米、黑麥、蕎麥、向日葵、甜菜之 外，大部分水稻科牧草及豆科的牧草等。水稻科主要利用風媒介花粉，蕎麥 及豆科的作物是由昆明媒介，稱為他殖性作物。自家受粉的程度在5%以下。 c.他家受粉頻率較高的作物：如棉、黍、栗子及數種的水稻科牧草。棉的他家 受粉率(蟲媒)5~25%。 3.根據作物的利用方式(用途)或收穫部位的分類法 作物最常見的分類方法是根據其利用方式或收穫部位而加以分類，某些作物因具有多項用途而分屬於下列不同類別的作物中 (1)禾穀類作物(cereals) : 收穫穀實或種實(grain)為目的而栽培之禾本科作物，如小麥(wheat)、大麥(barley)、燕麥(oat)、黑麥(rye)、稻(rice)、玉米(maize,Indian corn)、高(sorghum)、小米(millets)等，為人類最重要的糧食。蕎麥(buckwheat)雖然不是屬於禾本科，但因果實類似，習慣上亦將其列入禾穀類作物中。 (2)豆類作物(legumes,leguminous crops): 收穫乾燥籽實(pulses)為目的而栽培之豆科作物(收穫嫩莢或未成熟籽實者屬於園藝作物之蔬菜)，如大豆 (soybean)、落花生(花生，peanut,groundnut)、穀實豌豆(field pea)、穀實菜豆(field bean)、豇豆(cowpea)、綠豆(mungbean,green gram)、紅豆(adzukibean)、蠶豆(broadbean，fababean)、藜豆(回回豆，chickpea)、膠豆(guar)等。 (3)根及莖類作物 (root and tuber crops) 收穫地下肥大根部(enlarged root，fleshy root)、塊莖(tuber)、球莖(corm)、地下莖(rhizome)等為目的而栽培之作物，為重要的糧食及飼料，亦為提煉澱粉之原料。 a.收穫肥大塊根者：如甘藷(sweetpotato)、樹薯 (木薯，cassava)、葛鬱金 (arrot root)、蕪菁(turnip)、甜菜(beet) b.收穫塊莖者：如馬鈴薯(potato)、菊薯(菊芋，Jeruuuuuuusalemartichoke)。 c.收穫球莖者：如芋(taro)。 d.收穫地下莖者：如食用美人蕉(藕薯，edible canna)。 (4)飼料作物(focage crops) 收穫作物之營養器官(根、莖、葉)直接作為飼料或乾燥發酵等處理再作 為飼料之作物，如禾本科牧草(禾草)、豆科牧草(豆草)、飼料用根及莖類作物，及牧草等。 (5)纖維作物(fiber crops) 採收纖維作為紡織、編織、製索等為目的而栽培之作物。採纖部位 因作 物而不同: a.採自種子：如棉 (cotton)。 b.採自莖之韌皮部：如黃麻(jute)、洋麻(鐘麻，kenaf)、苧麻(ramie)、亞麻(纖維 亞麻，fiber flax)、大麻 (hemp)、冏麻(Chinese jute)等。 c.採自莖之全體：如藿草(rush)、馬尼拉麻(Manila hemp，幾abaca)等。 d.採自葉部：如瓊麻 (sisal hemp)。 (6)油料作物(oil crops) 作物之種子含有豐富油分可供製油者，如向日葵 (sunflower)、油菜(rapeseed)、胡麻 (sesame)、可可椰子(coconut)、油棕(oilpalm)、紅花(saffower)、篦麻 (castorbean)、亞麻(種子亞麻，seed flax)、橄欖 (olive)等。大豆、落花生及棉籽亦含有豐富的油分，亦為重要的食用油來源。 (7)糖料作物(sugar crops) 供製糖之作物，以甘蔗(sugar cane)及甜菜(sugarbeet)為主。甘蔗係利用其地上莖部，甜菜則利用其肥大的根部提煉蔗糖(sucrose)，其他作物如甜高梁(sweet sorghum,sorgo)、糖戚(maple)，則可提煉糖蜜。 (8)嗜好類作物 (recreation crops) 作物的某些部位(根、莖、葉、花、果實、種子)含有植物鹼(如咖啡鹼、尼古丁等)或其他成分，具有刺激、興奮、鎮靜等作用，常用會上癮者，包括飲料類作物(beverage crops)如咖啡(coffee)、茶(tea)、可可(cacao)、可樂(cola)、沙土(smilax,sarsaparilla)等，及某些亦為藥用作物者，如菸草(tobacco)、罌粟(opium poppy)、大麻(hemp，marijuana)等。此外檳榔(betelnut)和荖花(betelpepper)亦屬於本類。 (9)藥用作物(drug crops) 作物的某些部位(根、莖、葉、花、果實、種子)含有特殊成分，對人類具有治病、強身、滋補等功能，或具有驅蟲、殺蟲等效果者。我國民間通稱之藥用作物(medinal crops)則專指供人治病、強身、滋補之中藥(Chinese medicine)，如人參(gingseng)、當歸(ligusticum)、金雞納樹(cinchona)、薄荷(mint)等。供驅蟲及殺蟲者有除蟲菊(pyrethrum)、毒魚藤 (derris)等。 (10)香料作物 作物之根、莖、葉、花、果等器官含有芳香成分或揮發性精油(essential oil)，可供提煉香料者。 a.調味料作物(spice crops):如茴香(Illicium)、香蘭 (香草，vanilla)、胡椒(pepper)、 豆蔻(nutmeg)、肉桂(cinamon)、蛇麻(忽布，hop)、丁香 (clove)、山葵(wasabi) 等。 b.香水作物 (perfumery crops):如香水茅 (citronella)、茉莉(white jasmine)、玉蘭 或含笑(magnolia,Michelia)等。 (11)草坪草(turfgrass)：栽培目的在建立美觀的草坪(turf)，作為休閒、娛樂及運動 之場所，如公園、庭院、高爾夫球場、滑草場等。常用的草坪草有百慕達草 (bermudagrass)、高麗芝 (mascarenegrass)、小糠草(creeping bentgrass)、類地 毯草(carpetgrass)等。 (12)其他特殊用途作物(miscellaneous) a.綠肥作物(green manure crops)：利用作物之植株翻埋土中，以改善土壤理化 性質及增加土壤肥力者，如田菁 (Sesbania)、太陽麻(Crotalaria)、紫雲英 (Astragalus)等。 b.覆蓋作物(cover crops):栽培目的在利用作物之植株覆蓋地面，防止土壤沖蝕 者，如百喜草(bahiagrass)即為優良的護坡草，梨山果園則多種植一年生黑麥 草 (annual ryegrass)。 c.染料作物(dye crops):作物之某一部位含有色素，可調製染料者，如薑黃 (Carcuma)、莧菜(Amaranthus)等。 d.橡膠作物(rubber crops):採取汁液供至膠者如橡膠樹。 e.能源作物(energy crops):利用作物之生質(biomass)以調製能源者。 f.蜜源作物:栽培目的在提供蜜蜂採蜜。 g.速成作物(catch crops):主作物栽培失敗或播種期已過而栽培生育期短之替代 作物，如蕎麥、小米。 為簡單起見一般將農藝作物分成： 1.食用作物(food crops)：包括禾穀類、豆類、根及莖類。 2.飼料作物(forage crops)：以牧草為主。 3.特用作物(special crops，industrial crops)：包括纖維、油料、糖料、嗜好類、 藥用、香料、染料、橡膠等。 4.草坪草。 5.其他：綠肥、覆蓋作物等。 生質能（Biomass） • 利用國內農林植物 • 不增加二氧化碳 • 非燃燒產生的能量—太陽能、風力、地熱、潮汐 • 生質能源 1. 生質柴油（biodiesel）：指動植物油或廢 棄食用油脂，經轉化技術後所產生之 酯類，直接使用或混合柴油使用作為燃料者。 2. 生質酒精（bioethanol）：指利用植物澱粉或纖維素，經發酵後所產生之乙醇， 可混合於汽油中使用；一般又稱汽油酒精（gasohol）。 3. 固態廢棄衍生物（RDF） 能源作物 1. 生物柴油（Bio-diesel）—高油份含量植物（大豆、向日葵、油菜籽、花生、 棉花仔、胡麻、亞麻、篦麻、橄欖、油棕、椰子、油桐）。 2. 生質酒精（Bio-ethanol）—糖質及澱粉類作物（如甘蔗、甜高梁、甜菜、甘藷、 玉米及穀類）。 農業政策 稻米產業正處調整階段，每年有23萬公頃修耕田種植綠肥，以配合休閒農業發展及涵養地力。充分利用休耕農地，結合環保及能源政策，可有效提供農業的「附加價值」及「綠色產值」。配合農業發展「三生」觀念（生產、生態及生活），朝營造台灣優質的農業生產環境及生活環保之目標邁進。 國內推展現況 目前農委會積極投入能源作物的開發與評估並希望在符合WTO綠色措施（Green Box）下，在國內修耕田區中種植能源作物供作生質能源所需原料。 1.休耕田之合理利用提供生質能源所需料源，可同時開創農業新領域，並與能源及環保政策結合。為因應稻米產業結構調整，每年約有23萬公頃的休耕農田，若能妥善規劃利用這些休耕農田，供應生質能源原料，可提供休耕農田合理化之利用率及穩定農民收益，提供休耕農田多元化利用的途徑。 2. 符合京都議定書限制CO2等溫室氣體減量。目前台灣溫室氣體排放量佔1%，居世界第22位。 京都議定書：於2005年2月16日生效，主要目標為加強控制以二氧化碳為主的6種溫室氣體的排放量。 3. 提升國內能源供給之自主性。2005年6月召開全國能源會議作成結論，為提升國內能源自主性，將逐年推廣再生能源，包括推廣酒精器油及生質柴油發展利用，並制定推廣目標至2010年將佔全國總能源之3～5%。 4.台灣第一座年產3,000公噸之生質柴油示範系統，於嘉義民雄工業區「新日化股份有限公司」設立，民國93年10月正式以廢食用油生產生質柴油，行政院環保署94年於13縣市推動生質柴油試行補助計畫，先以垃圾車、資源回收車等公務車試行。 5. 考量台灣氣候條件、現有栽培制度及休耕農地之利用性，選擇種植向日葵、大豆及油菜等三種油料作物，並配合經濟部能源局之生質柴油量產規劃，加入推動生質能的行列。 第四章 作物的分布與生產狀況 一、作物分布的決定因素 作物生產是利用自然環境從事植物生產的一種事業；作物是大自然的產物，故必然受自然環境與其他因素的支配。 1.自然環境中大致可分為氣象與土地兩條件。 (1)氣象條件：有溫度、光照、雨量等因子。 a.溫度：溫度的高低影響作物種子的發芽、生長、開花、結實等，同時影響土 壤中有機質及養分的分解，並間接影響作物的吸收。因此各種作物有其 發芽及其生長的最低、最適溫度及最高溫度。 b.光照：光除了供給植物能量行光合作用，合成碳水化合物外，植物的生長、 花芽之形成、開花結果，地下部或其他貯藏器官休眠性等，常受光期 長短的影響。植物對光照長短之反應稱為光周感應(Photoperiodism)。 c.雨量：水是植物生存上絕對必需的物質。作物所需的水分大多來自天然的雨 水，因此雨量的多寡及分布狀況，影響到作物的分布及耕作制度。如 水生作物性喜濕潤的水田，旱作物性喜較乾燥的旱地。一般而言，年 雨量少於150公厘的地方為沙漠區，無農業可言，少於250公厘的地 方為乾旱區，只適於放牧；500~750公厘為半濕潤區，可種植耐旱性 作物，適合旱農耕作；750~1000公厘為濕潤區，適合一般作物栽培； 1000~2000公厘的地方則為水稻栽培區。 (2)立地條件：有位置、地勢、土壤等因子。 a.位置：土地位在高緯度地區，因氣候終年嚴寒，不適於農業發展，在緯度低 的溫暖、雨量適當的分布地帶，則農業發達。 b.地勢：地勢的高低與作物分布有密切的關係，一般地勢愈高，溫度愈低，地 勢愈低則溫度愈高。溫度的高低與作物生長有關，因此地勢的高低影 響作物的垂直分布。如台灣1000公尺以上的山地，冬季溫度低不適於 水稻生長，但適合夏季蔬菜及溫帶果樹的栽培。此外坡度的大小也影 響耕作制度及水土保持等，如坡度在5度以下適合農耕，坡度在15~20 的坡地只能用畜力或小型農機耕作，同時必須先做好水土保持工作， 才能利用。 c.土壤：因為土壤供給植物定居的場所和水分、養分，所以說é土壤為農業之 母û 。土壤的種類隨其質地、構造、排水、通氣及所含養分等均不相 同，故其對作物的生長就有所不同。如水稻喜微酸性黏質壤土，花生 喜砂質土，而馬鈴藷則喜微酸性壤土、所以各種作物均有其適於的土 壤，因此農業必須依當地環境，適地適種，這樣才能地盡其利，達到 高產及質優的生產目標。 2.其他因素 (1)作物種類和品種的生物學特性 (2)生態平衡、耕作制度和土壤保育的需要 (3)經濟、技術、習慣、生活需求、消費水平等社會條件 (4)國內外市場的供需及價格 二、世界作物的分布與生產現況 世界由於氣候、地理環境、人文的關係，有些地區的作物栽為發達，成為世界作物的生產中心，各區的主要糧食作物簡介於下; 1.美國與加拿大：小麥、大麥、玉米、燕麥、黑麥、鈴薯、大豆、花生，水稻等。 2.阿根廷北部與巴西南部：小麥、玉米、燕麥、大麥、黑麥、馬鈴薯、木薯、大 豆、 水稻等。 3.南非共和國及其附近：玉米、小麥、燕麥、粟、黑麥、大麥、高梁等。 4.北非洲：主要為尼羅河下游肥沃土壞和阿爾及利亞與摩洛哥的一部肥沃土地為 中心。埃及有玉米、小麥、大麥、稻、粟、菜豆等。阿爾及利亞有小麥、大麥、 燕麥、馬鈴薯、菜豆、豌豆、高梁、粟。摩洛哥有大麥、小麥。 5.歐洲中西部：小麥、黑麥、大麥、玉米、馬鈴薯等。北部義大利有稻。 6.印度：廣大的土地，以人畜勞力為主的耕作，主要物種類有稻、高梁、豆類、 小麥、粟、大麥、玉米。 7.澳洲一部：海岸附近雨量較豐，農業發達，內陸因雨量稀少，只有旱地農業， 主要有小麥、燕麥、玉米、大麥、馬鈴薯、豌豆、稻等。 8.蘇聯亞細亞一部：小麥、燕麥、大麥、玉米、馬鈴薯、稻等。 9.中國：華北以小麥、蜀麥、粟、大豆為主。華中、華南以南以稻、玉米、小麥、 大麥、甘薯為主。 世界上已發現的高等植物大約有24萬種顯花植物，先後至少有3000種被用作食物。當今每年僅有30種作物的生產超過1000萬噸。其中小麥、水稻、玉米、大麥、馬鈴薯、甘藉、木ꖯ及大豆等8種作物目前廣泛種植，每種作物的總產量超過l億公噸〃以食用皆乾物質來表示，小麥、玉米、水稻、大麥、馬鈴薯、大豆、畘蔗、高梁、甘藷、燕麥、粟和木薯。 美國、澳洲等新大陸的農業，發展至今是以麥類為中心的穀物生產。這些國家，具有廣大的土地與亾口少的背景，可進行大ꦏ模的粗放機械化農業。不僅穀物的自給率高，並成為以穀物、畜產品等為中心的農業輸出型國家。 舊大陸的西歐흋家農業，是以麥類、飼料作物等為中心，進行旱作與畜產組合的農畜複合型農業場(EC)採取共通農業政策，採行這個政策的成果是提高了自給率，從1980年代以後，成為穀物的輸出國。 另一方面，亞洲如我國及日本、韓國等都屬於夏季高溫多濕的氣候條件，農甩地面積佔國土面積的比率非常小，且在丘陵及山坡地較多皤條件下，都進行以稻作為中心的水田農業。與麥類相比較，稻米的喾位面積的收穫量較高，且生產較宍定，在耕作面積狹小的國度裡，較能供應充分的糧食。世界主要糧食作物的生產概況及主要生產國家如下表。 三、中國大陸作物的分布與生產現況 大陸作物種植面積常年約為世界耕地面積的十分之一，其中80%為糧食作物，12%為特用作物，8%為蔬菜、瓜類、青飼料和綠肥等其他作物。 大陸幅員廣大，地形複雜，各地氣候、土壤差異甚大，農業環境懸殊，依據大陸學者王纓氏等將中國畫分成九個作物生產區。 大陸主要糧食作物的生產概況，得知種植面積最廣泛者為水稻、其次為小麥、玉米、大豆。 四、台灣作物的分布與生產現況 1.臺灣的自然環境 (1)位置、地勢與面積 臺灣包括本島與澎湖群島、蘭嶼、綠島、小琉球等島所組成。自東經119度18分至124度34分，北緯21度45分至25度56分。縱貫亞熱帶及熱帶，東臨太平洋，西接臺灣海峽，南濱巴士海峽。 本島因山高，地勢極為陡峻，中央山脈橫貫南北，為河流的士分水嶺。臺灣土地總面積3,601,423公頃，其平原地區961,767公頃(占26.7%)，山坡地區983,138公頃(27.3%)，高山地區1,656,520公頃(占46.0%)。民國八十五年全島耕地總面積872,159公頃，其中水田456,167公，旱田415,992公頃，耕地佔總面積的24.2%。 (2)氣候與土壤 臺灣跨於北回歸線之上，南部屬熱帶，北部屬亞熱帶。終年溫暖，六至九月溫度最高，約28℃以上，十一月至翌年三月，氣溫較低，約1O℃左右，而北部冬季陰雨連綿或寒流來襲偶有低於10℃以下者，但為時甚短。平均年雨量2582公厘，分布至為不均，一般夏季多雨，春冬乾燥，夏秋之交為颱風季節，並帶來豪雨，影響農業生產至鉅。日照年平均南部較東北部為多，臺中、高雄、恆春約2400小時，基隆僅1241小時。 臺灣土壤可依海拔高低垂直分為四個區域，即高山石礫土、坡地灰化土、紅壤臺地及平地沖積土。由於氣候及土壤母質的關係，臺灣耕地土壤的一般特性: a.有機物含量低，b.陽離子交換能力低，c.多酸性。此特性顯示臺灣水田土壤肥力偏低而保肥力弱，再加上我們集約耕作制度，土壤肥力的維持及改進，成為臺灣農業上極為重要的一環。 2.臺灣的農業區域 台灣農業的精華區域有六處，即嘉南平原、屏東平原、東台縱谷、台中盆地、台北盆地及蘭陽平原。依據陳正祥氏(1969)將台灣農業分成平原、丘陵、山地與離島等四大農業區，包括五個副區及二十八小區。而1970年胡宏渝氏將台灣農業區重新劃分為北部、中部、南部、東部、離島等五大農耕區和一森林區，包括二十三個小區。然而距今已二十多年 ，其中各小區作物改變者很多，今依據胡氏之劃分修改如下： (1)北部農耕區 a.宜蘭平原水稻兩作冬季休閒區 b.台北盆地水稻兩作冬季蔬菜區 c.桃園沖積扇水稻兩作冬季蔬菜區 d.新竹平原水稻兩作冬季蔬菜區 e.北部丘陵茶、柑桔區 f.苗栗丘陵水果、茶區 (2)中部農耕區 a.大甲平原水稻兩作冬季甘藷區 b.台中盆地水稻兩作冬季蔬菜、甘藷區 c.彰化平原水稻兩作冬季蔬菜、甘藷區 d.大肚山甘蔗、甘藷區 e.八卦山地鳳梨區 f.東勢、集集丘陵香蕉、溫帶果樹區 (3)南部農耕區 *a.西南平原水稻、甘蔗、玉米、甘藷、花生並作區 *b.屏東平原水稻、香蕉、甘蔗、冬季毛豆、紅豆、菸草區 c.竹崎丘陵柑桔、熱帶果樹區 d.南部丘陵熱帶果樹區 *e.恆春半島洋蔥混作區 4.東部農耕區 a.台東縱谷混作區 *b.東海岸水稻、甘蔗、雜糧區 5.森林區 a.中央山地森林區 b.台東山地森林區 *表示修改者 3.農業的現況 目前農業在生產面的成長，乃呈逐年增加趨勢，於民國86年農業產值已達3,794億元，較十年前(76年)成長25%，較民國42年更增加35倍，惟從其對整體經濟的貢獻和其他產業比較，則有相對下降的趨勢，根據行政院主計處發布之國民所得統計，民國86年農業生產毛額占國內生產毛額(GDP)之2.73%，較十年前下降2.57個百分點，較民國40年下降近30個百分點，雖然如此，其重要性 並不因而式微。因為農業不僅具有保障糧食安全、還結合了生活方式，並兼負維護生態環境與自然保育的功能，非任何其他產業所能取代，農業仍是國家經濟建設中的基本產業，深具策略上的重要性。因此農業的發展不能僅以產值做為衡量價值的唯一指標，應從全面、多元的觀點重視農在國家整體建設的貢獻。就農業的現況與發展分述如下： (1)農業生產指數 以民國85年當基期，87年農業生產指數初步估計為93.17，較86年下降5.28%，與十年前（77年）相當。以各分類指數而言，農產類因稻米、雜糧、蔬菜、水果、花卉等較上年減產，類指數下降8.27%為92.78，主要係上年底氣溫偏高，果樹株體休眠不足，開花結實不理想，以及短期作物受六月豪雨及瑞伯颱風影響，而大幅減產所致。林產類因樹實、菌類、生筍等林業副產品較上年增產七成以上，類指數上升26.67%為139.15。漁產類中，雖遠洋及沿岸漁業漁獲量增加，但近海及養殖漁業呈減產，綜合漁產類指數小幅下降0.46%為101.63。畜產類因毛豬減產13%，類指數下降7.40%為85.00，特別是86年3月暴發毛豬口蹄疫後，生產量快速下滑。（表1） (2)農業生產結構 農業生產總值在76~85年間，呈逐年增加之趨勢，但在86年農業生產總值為3,794億元，較上年減少約10%，主要是86年3月發生毛豬口蹄疫，畜產產值大幅減少所致，若與十年前（76年）比較，仍增加約25%。86年農林漁牧四大產業中，以農產產值占46％比重最大，其次畜產占28％；漁產再其次占26％，林產僅占0.2％。與上年產值結構比較，農產及漁產分別增加4.7及2.6個百分點，畜產則減少7.2個百分點。若與十年前結構比較，除農產增加4.4個百分點外，餘均減少。(表2） (3)主要農產品生產概況 a.農產類 (a)稻米 87年稻作面積為364,102公頃，較上年微減0.03％；稻穀總產量約189 萬公噸，較上年減產7.44％，乃因受豪雨及颱風的影響，植株倒伏、籽實稔實不 佳而減產6.40％。若與十年前（77年）比較，稻作面積減少約23%，乃因國民生活水準提高，稻米消費量大幅減少，致稻米生產過剩，政府遂於73年開始實施稻田轉作計畫，使稻作面積逐年下降。稻穀產量因生產技術提升，單位面積產量增加，十年間雖減少約20％，低於面積之減幅(表3, 4)。 (b)雜糧作物 87年雜糧作物多呈減產，主要是因應我國即將加入世界貿易組織(WTO)，實施水旱田利用調整計畫，期調整農業生產結構，使部分雜糧轉作或休耕所致。若與十年前比較，種植面積約減少53%，其中減幅較大者有大豆、飼 料玉米、高粱及甘藷等；產量約減少38%，僅食用玉米增加約25%(表3,4)。 (c)特用作物 87年各項特用作物生產互有增減，其中原料甘蔗及落花生減產幅度較大為8.78~18.84%，生食甘蔗、茶葉、香花作物及菸草減產幅度不大；而檳榔則呈增產的趨勢幅度為10.48%。若與十年前比較，植面積減少約22%，產量更減少約43%，其中僅有檳榔種植面積十年間約擴增一倍，產量亦增加約86%，但85年以後面積已有小幅減少(表3, 4)。 (d)水果 87年各種水果除香蕉、鳳梨及柿子外多呈減產，以龍眼減幅最大約59%。主要係受「聖嬰」現象影響，氣候異常，上年底氣溫偏高，果樹植株休眠不足，開花結果不理想；年內二月、六月、十月又逢豪雨、冰雹、霪雨及颱風等侵襲，造成落花、落果危害所致。若與十年前比較，種植面積減少約6.4%，產量減約4%，若按個別水果比較十年間變動趨勢，種植面積呈增加趨勢之重要水果計有芒果、蕃石榴、桃、柿、梅、棗及番荔枝等，惟增幅差異頗大，約在10~30%之間。而產量增加趨勢較明顯者，如棗增加二倍、蕃石榴增加約80%、鳳梨與芒果增加40%四成以上。種植面積與產量雙雙明顯減少之水果計有香蕉、柑桔類、李、蓮霧、葡萄、荔枝、楊桃及梨等，其中李、葡萄及荔枝減幅在20%以上(表3,4)。 (e)蔬菜 87年各類蔬菜因氣候異常，除芋、茭白筍、不結球白菜、胡瓜、茄子、苦瓜及西瓜產量略呈增加外，多呈減產，較上年減產4.73%。若與十年前比較，蔬菜總種植面積及產量分別減少19.19 %及8.27%，兩者減幅較大之主要蔬菜計有蘿蔔、芋、蘆筍、筊白筍、結球白菜、花椰菜及西瓜等；種植面積增加者計有蒜頭、洋香瓜等；產量增加者除上述兩項外尚有甘藍、蔥、苦瓜、洋蔥及毛豆等(表2-3, 2-4)。 (f)花卉 87年各類花卉生產互有增減，唐菖蒲及百合因種植面積減少而分別減產29.30%及14.35%；玫瑰因單位面積產量提高增產30.73%，餘如菊花、苗圃及盆花等增減幅度不大。若與十年前比較，切花種植面積增加80％，產量亦增加約101%，其中菊花、玫瑰及苗圃類均呈大幅成長，充分顯示近年來花卉產業之發展成果與潛力(表3, 4)。 第五章 農業生產之特色－三生農業 (生產、生活、生態) 一、前言 目前我國已邁入經濟繁榮的階段，國人對於高水準的生活品質與環境品質，要求十分殷切。未來的農業發展，必須持續致力於科技水準的提升，以增強我國農業科技能力，生產高品質、高附加價值的精緻產品，並維護生態環境，以因應農業轉型之需要，並提高經營效率及競爭力，迎接貿易自由化的挑戰。 農業科技發展方向應配合我國農業整體政策，除了促進產業的發展外，更應兼顧農村的安定、生態環境的維護以及消費者權利的保障。因此在全方位農業的發展前提下，其發展的目標為發展永續農業，安定農業生產、增進國人健康，提升生活品質、維護自然資源，促進生態和諧，即三生 (生產、生活、生態) 農業。 一、生產 科技是產業發展的原動力，在日益激烈的國際競爭的現況，必須加強農業尖端科技的研發與運用，提昇農產品品質，提高管理效率，促進農業永續發展之目的。 1.整合農業科技研究群及區域推廣體系 以任務導向，強化農業科技研究群功能及整合區域農業推廣體系，結合由生產至運銷各層面人力，進行整體性之科技研發規劃與技術指導，促進產銷科技化，並使農業科技落實至農場。 2.發展高品質多樣性及具本土特色的產品 運用品種改良、產期調節、設施栽培及收穫後處理等科技，開發具本土特色的稻米、雜糧、園特產品，並藉專業產銷制度，建立優良國產農產品的品牌，及嚴謹的認證制度，創造優良國產品與進口品的差異性，以提升產業競爭力。 3.加強生物技術的研發與運用，促進產業升級 推動農業生物技術研究，開發具重要經濟性狀的新品種、生物性農業生產資材(如種苗、肥料、農藥)、診斷試劑、疫苗及高價值的二次代謝物，以發展高品質、高價值、多樣化的產品，俾與傳統農業相輔相成。 4.加速農業自動化與資訊科技應用、提升產業競爭力 積極推動農、漁、牧生產及農產品服務業自動化技術的研發及應用，如種苗生產、稻米加工、超集約養鰻、畜禽餵飼與管理及果菜批發市場無線式電腦拍賣作業、以提高產品品質及降低產銷成本。此外，應擴大國際網路，提供完整、快速而正確的資訊，做為生產指導、運銷規劃的參考，以提升農業整體競爭力。 5.建立動植物檢疫技術及體系，兼顧農民與消費者權益 加強開發綜合性動植物病、蟲害防治技術，建立快速、精確、可靠的診斷與鑑定技術，同時研訂輸入動植物及其產品檢疫條件，建立預警系統，防止疫病隨進口農產品侵入國內，保護國內農業生產與生態環境。 6.加強農業資源保存應用，維護自然生態環境 繼續加強農、林、漁、牧及微生物的種原蒐集、保存與應用；發展珍稀及具有潛力物種的保育、繁殖、復育科技；加強水土保持、坡地防災及自然資源合理利用的科技，以維護臺灣地區生物多樣性，穩定自然生態系，謀求自然資源的永續利用。 7.結合民間力量發展食品產業科技，提高附加價值 結合民間食品業者，帶動產業發展，共同開發冷、冷藏技術，保留農產品原有特色、延長保存期限、擴大流通範圍，提高附加價值。開發調理及半調理食品，發展具方便性、便捷性的加工食品，帶動消費潮流。 8.整合應用航測與遙測技術，建立國土資訊系統，發展精準農業 整合衛星遙測的週期性與空載遙測的機動性，適時提供所需資料，以充實、更新國土資訊系統，並廣為利用航遙測技術監測國民居住環境，提供山坡地超限利用或海岸變遷資訊，以掌握國家資源，提供農業生產及管理，永續發展及國土開發規劃之重要參據。 二、生活 農業生產受天候條件、自然環境及經營規模等內、外在因素影響，難以大幅提高農家所得。雖然如此，政府仍積極研發農業科技，改進生產技術，降低生產成本，提高農業生產力，增加農產品附加價值，期提高農業經營所得，同時透過城鄉均衡發展計畫，創造農村就業機會，以及立法照護農民，使農家亦能分享經濟發展之成果，增加非農業所得，以繁榮農村、提高農家所得、縮短城鄉差距。 1.推動農漁村整體建設，均衡城鄉發展 要提振農漁村生機與活力，要結合實質建設、景觀維護與農村產業文化資源，推動具整體性及社區特色之農漁村建設，加強農村組織及推廣教育功能，輔導農宅整建，辦理農漁村社區更新與環境綠美化，改善農漁村道路、水路及產業公共設施，提升農漁民生活品質，創造農漁村新面貌。 2.加強偏遠地區農漁村綜合發展 加強金馬地區農業建設，重點輔導農漁牧特產品事業發展；推動澎湖農業綜合發展，開發農漁業遊憩資源，促進產業多角化發展；推動原住民地區農村發展建設，開發原住民農村經濟事業。 3.健全農漁民社會安全體系 將農民年金給付納入農民保險制度中實施；配合國民基礎年金之推動，規劃農民離農附加年金制度；改善漁民及漁船保險，全面實施海上作業漁民平安保險；辦理農漁民營養保健與家政輔導。 4.發展農漁產業文化 結合產業特性舉辦農漁村文化活動，塑造地方產業文化特色。 5.發展休閒農業，增進國人對農業的體驗 近年來由於經濟快速成長，國民所得提高，休閒人口大幅增加，加上農業經營為因應自由化趨勢必須有所轉型，為目前農業發展之重要課題。因此，必須整體規劃休閒農業區，要開發具有地方特色的文化遊憩資源，發展多機能、多目標的休閒農園、觀光及娛樂漁業之發展，提昇其服務品質及經營管理能力。提供享受高品質之休閒活動與場所，是現代農業的重要功能之一，並藉此帶動農漁業的轉型發展，讓農業不僅是維持生活的產業，也成為滿足精神需求，美化生活的事業。 三、生態 野生動植物及自然景觀為寶貴之資源，不僅具有維持生態平衡之功能，自古以來亦提供人類生活、文化及發展上不可或缺之素材、在人類歷史上扮演極重要之角色。在追求經濟發展的過程中，由於部分山坡地、林地過度開發與利用，影響林地涵養水源及水土保持功能；部分沿海地區過量抽取地下水，造成地層下陷；過量使用肥料、農藥，以及農工廢水、廢棄物的不當排放，使水土資源受到污染；濫捕、濫採野生動植物，造成生物多樣性降低，這些都對j自然造成嚴重戕害。如何使農業資源之維護與利用更趨合理，並兼顧保育野生動物之多樣性及維護自然景觀，使其永續發展及長存於地球，實為維持人類永續發展及生存首要之任務。 1.發展森林生態系經營 調查森林資源，建立林地分級作業體系，規劃兼具水土保持、生態保育及遊憩之多目標利用。 2.加強造林、保林及林相改良 加強國、公有林造林，獎勵輔導私有林造林，改良林相；實施區外保安林全面檢訂調查，加強天然林及保安林之管理經營，取締盜伐、濫墾，防範森林火災、病蟲害，維護健康的森林資源。 3.強化水土保持監督與管理 落實水土保持專業技師簽證，加強山坡地違規開發使用之查報與取締，辦理特定水土保持區之劃定，落實水土保持督導管理，加強水土保持教育與宣導，推動兼顧生產、生活與環保之坡地保育利用。 4.推動治山防災與集水區整體規劃治理 推動第二期治山防災計畫，以集水區為保育單元，採總量管制原則限制開發，並規劃河川集水區中長期整體治理計畫，分期分區實施。 5.維護灌溉水質與涵養地下水資源 強化農業灌溉水質監測、管理系統及回歸水利用；推動水田生態環境保育，增加地下水補注；配合「地層下陷防治執行方案」，輔導養殖漁業合理使用水土資源，降低淡水養殖漁產量比例，減少抽用地下水。 6.加強野生動植物保護及自然景觀維護 推動設置自然保留區及野生動物保護區，強化其監測、評估與經營管理；建立野生動植物及其產製品之鑑識系統，加強野生動植物及其產製品之管理；建立生物資源及自然景觀基本資料庫，以利資源保護及永續經營管理。 7.培育農田永續生產力 推廣施用有機質肥料、生物肥料，推動合理施用化學肥料，減少化學肥料之使用量；建立作物生產永續栽培系統，維護土壤之長期生產力。 8.加強農業污染防治 輔導農業有機廢棄物利用，提高畜牧場設置污染防治設施率，並加強污染監測與查核，提昇畜禽排泄物處理效率；實施牧場減廢，鼓勵農民善用生質能源，輔導農民團體或產銷班設立農牧廢棄物處理中心，使廢棄資源再生利用。 第六章 作物生產與環境的關係 作物生產與環境的關係 作物的生長與發育，與其他動植物一樣，無不受到周遭環境的影響，優良的品種如無適宜的環境配合，亦難有良好的基因表現。 影響作物生產的環境因素包括三項:氣候、土壤及生物，近年來環境污染對作物生產的影響日益嚴重。氣候因素包括光照(太陽光或人工照光)、溫度、雨量(降水量)、濕度、及風等。土壤為作物之立足點，雖然無土栽培或水耕栽培技術進步神速，但其栽培面積及產量如與傳統土壤栽培比較，仍微不足道。生物因素包括高等動植物至低等微生物，有的屬於有益的生物，有的則有害。有害的生物如害蟲、病菌、雜草等，常造成作物生產的嚴重損失。環境污染如溫室氣體、重金屬、持久性(persistence)長之農藥及汙水等，對作物生產的危害已日益普遍及範圍擴大。因此，在作物栽培之前，必須了解當地的栽培環境，並選擇最適應的作物或品種來栽培，所謂適地適作就是這個意思。 一、光照(Light) 光照的來源有太陽光(solar radiation)及人工照光(artificiallight)，前者是地球熱能的主要來源。光照的強弱影響作物的光合速率(photosynthetic rate)，光照的有無及長短影響作物的形態形成(photomorphogenesis)，兩者皆與作物生產有密切的關係。 1.光合作用(phocosynthesis) 作物以其茂密的植冠(canopy)攔截太陽能，捕捉光子，將光能轉變為化學能，進行多種還原作用(合成作用)，是作物乾物來源的唯一途徑。換言之，作物生產是一種收穫太陽能的產業。 (1)光反應(light reaction) 照光下葉綠體中的光合色素(photosynthetic pigments)捕捉光子以光解水分子，產生的電子經由電子傳遞系統傳遞，最後由氧化態的ferredoxin(Fd)及NADP+所接受，成為還原態的FdH2及NADPH。電子傳送過程中由於光磷酸化作(Photophosphorylation)而產生ATP: 光，葉綠體 H20 2H ++2e+1/2 02 電子傳遞 2H++2e ATP, NADPH, FdH2 (光反應產物) ADP, pi, Fd, NADP (2)暗反應(dark reaction) 由光反應提供ATP及還原能力在葉綠體中進行下列還原作用: a.二氧化碳的還原及合成糖類: CO2+NADPH+ATP 3-PGA 糖類 b.硝酸還原作用及合成麩胺酸(glutamate) : FdH2 N03 NO2- NH3 FdH2 NH3＋glutamate＋ATP glutamine＋ADP＋Pi Glutamine＋a-ketoglutarate＋FdH2 2 glutamate＋Fd c.硫酸還原作用及合成含硫胺基酸: ATP FdH2 S042－ APS Cysteine(半胱胺酸) 作物累積的乾物質大部分由有機物質組成(少部分為土壤礦物 質)，而組成有機質的主要元素(H、O、C、N、P、S)都與光合作用有 關，可見作物的乾物累積幾乎完全依賴光合作用的大小。為了提高 作物的單位面積產量，必須促使作物產生足夠的葉片，盡可能將照 射到地面的陽光加以攔截(非以生產乾物為目的之園藝作物則除外)。 同時，由於光合速率隨著光照強度的增加而增加，因此作物的栽培時 期也應盡可能安排在日照充足的季節。 2.光期感應(photopehodism) 光對作物的形態形成有重要影響，在營養生長(vegetative growth，植株花芽分化前之生長)方面:(1)在沒有光照下，葉綠體無法形成，植株呈現黃化或白化現象。(2)光照短或強度低時，葉片薄，植株細長纖弱，容易倒伏。(3)作物為爭取光照，植株有向光源方向傾斜的特性，亦即具有向光性(趨光性，phototropism)，而造成植株或枝條彎曲。在生殖生長(reproductive growth，花芽分化至果實和種子的形成及生長)方面，則受每天光照長短或晝夜長短的影響。每天光照長短簡稱光期(photoperiod)或日長(daylength)與花芽(floral bud)分化有密切關係，此一生理現象稱為光期感應或稱光期性、光週期。 光期感應除與作物的開花有密切關係外，對莖的伸長，塊莖、鱗莖的形成，芽的休眠，葉的脫落，花青素的形成，以及某些酵素的活性都有影響。 地球上各地區的日照長短因季節及緯度而不同，接近赤道之低緯度地區(熱帶地區)周年日長的變化小，晝夜長短相差不大。在北半球，緯度越高，夏季日長越長，冬季日長越短;南半球剛好相反。如中國東北緯度高，夏季日長比臺灣長，冬季則比臺灣短。 光期感應最早由Garner和Allard於1920年存菸草及大豆的試驗中所發現，此後復經許多學者的研究結果，發現大部分植物必須在適當的日長下才能正常開花，否則開花延遲或不開花並且得知大多數植物都各有其一定的臨界日長(critical daylength)。當日長小於臨界日長才能開花的植稱為短日植物(short day plants)；反之，日長大於臨界日長才能開花的植物，稱為長日植物(long day plants)。例如大豆之臨界日長約12～14小時，日長比12～14短時，大豆才能開花，因此大豆屬於短日植物；另如菠菜之臨界日長為13～14小時，日長比13～14小時長時，菠菜才能開花，所以菠菜屬於長日植物。短日植物在日照短時開花提早，在日照長時會促進營養生長，抑制花芽的形成。長日植物剛好相反，日照長時促進開花，日照短時營養生長期延長，花芽形成受抑制。在北半球，春天播種，秋天(日長漸短)開花的作物，如春麥類、水稻、大豆、小米等，屬於短日作物;秋天播種而於翌年春夏(日長漸長)開花的作物，如冬麥類、燕麥、甜菜等則屬於長日植物。除長日及短日植物外，尚有部分植物不論日照長短都能開花，稱為中日植物(day-neutral plants)，例如番茄，當植株生長到13節時，即可開花而不受日照短的影響。另外，尚有一類植物必須在一定日長下才能開花，稱為定日植物(definite day length plants)，例如甘蔗即屬之。 植物對日長的反應因種類不同而可分成上述四類，但是同一種作物因品種之成熟期早晚不同，對日長的反應也有顯著的差異。例如大豆早熟品種屬於中日植物，晚熟品種才屬於短日植物。臺灣的梗稻(蓬萊稻)品種一般都顯示中日性，但早期未經改良的部分秈稻(在來稻)品種則屬於短日植物，此類品種不能在第一期作栽培，而僅能在第二期作栽培。換言之，這類品種具有期作性。近年由於作物品種改良的突飛猛進，為掌握作物的播種期及生育期長短，許多栽培品種經過精心刻意的改良後，對日長的反應從原來的光期敏感(photosensitive)改變為光期鈍感(photoinsensitive)。例如臺灣近年育成的水稻品種，不論是粳稻或秈稻，對日長的反應遲鈍，不論第一期作或第二期作均可栽培。 明瞭植物的開花習性與日長的關係，我們便可利用人工設備來調整作物的開花期，例如長日植物在日照時數不足時，可用人工燈光延長照光時間，促其開花，此種處理稱為長日處理。反之，短日植物在日照時數過長時，可用暗房來縮短照光時間，促其開花，此種處理稱為短日處理。實施長日或短日處理時，應注意操作時間，一般促進或抑制開花的處理，應在花芽分化前行之方為有效。 作物光期感應在栽培及育種上頗有利用價值: (1)可據以釐訂作物的栽培適期，避免作物開花期過早或過遲而影響產量及品質。此外，只利用莖葉的作物(如蔬菜、牧草)可選擇不會開花的季節來栽培，讓營養生長得以充分進行而提高產量。 (2)可據以調節作物的開花期，使開花期不同的兩個雜交親本得以同時開花，便於自然雜交或人工雜交之進行。另如花卉，由於花期的調節，而能在預定的期間開花，以掌握市場銷售旺季及價格，增加收益。臺灣彰化、員林一帶，花農種植之冬菊，於夜間以日光燈延長照光時間，調整開花期在花卉銷售最旺之春節，就是一個很好的實例。 二、溫度 溫度包括氣溫(air temperature)、土溫(soil temperature)和水溫(water temperature)，對作物生長的影響很大。作物的同化作用、蒸散作用、水分及養分的吸收、以及同化物質的轉運等均隨溫度的上升而提高，但溫度過高時反而有害。 1.氣溫與作物生長 作物對溫度的反應因種類、生育期而異，且各有其生長最低溫度、最適溫度及最高溫度。一般而言，大多數作物的生長最低溫度介於1~15℃(不能低於O℃)，最適溫度介於15~32℃，最高溫度介於30~40℃。此外，同一種作物在不同生育期所需要的最適溫度也不相同，例如水稻分蘗期的最適溫度為32~34℃，但開花結實期的最適溫度為28~30℃。 地球上各地的溫度高低隨緯度、季節、海拔高度等而異，因此各地區適合栽培的作物種類也不相同。分佈於熱帶地區的作物，通常喜溫暖而懼低溫，如水稻、甘藷、落花生、高梁、甘蔗、樹薯、黃麻、可可椰子、油棕、咖啡、薯蕷等;分佈於溫帶地區的作物對氣溫的反應可分成二類，一為夏季作物，也是喜溫暖的氣候但比熱帶作物耐低溫，如玉米、大豆、向日葵、棉、夏季型油菜、春麥等，另一類為冬季一年生作物，如冬麥類、冬季型油菜等，則較喜冷涼氣候。許多分佈於熱帶地區的作物也可在溫帶地區夏季栽培。 2.土溫與作物生長 土溫是指耕地土壤的溫度，其高低受氣溫的影響，夏季土溫高，冬季土溫低，但其變化比氣溫遲，幅度亦較小。此外，土溫的高低與土壤本身的顏色、水分及有機質含量有密切關係，其中受土壤水分的影響最大，這是因為水的比熱比土壤礦物質約高五倍之故。土壤水分含量高時，土溫的變化小;反之，旱田土壤的水分含量低，土溫的變化較為劇烈，尤以夏季為然。 土溫影響作物根的生長，在低溫狀況下，根的成熟晚，多汁，粗大，支根少，生長量亦小;反之，在適溫下，根的成熟早，褐色， 少汁，支根多，根的機能正常。過高的土溫常出現在地表附近，使莖基部與地表接觸的周圍組織受到傷害，易遭病菌侵入，使植株死亡。 土溫與土壤微生物的活動和有機物的分解有密切關係，一般而言，土溫越高微生物的活動越旺盛，有機物的分解也越快。 3.水溫與作物生長 水溫與水生植物的生長有密切關係，水稻在湛水狀態下栽培，最適水溫為30～34℃，最高水溫為40℃，最低水溫為13～14℃。低水溫會使水稻抽穗期延遲，水溫每降低1℃，抽穗期約延遲一日。盛夏期間水溫經常超過40℃，會使根部伸長受阻，分蘗減少。 4.積溫 作物自種子發芽至開花或至成熟所需的熱量單位(heat units) 總和稱為積溫，其單位為度-日(degree days)。最常見的計算方法是將每天的平均氣溫減去該作物的生長最低溫度，所得差值再予總和，即為該作物所需的熱量單位總和或積溫。作物生長至某一生育階段所需的積溫隨作物種類及品種而異，但同一品種則相當穩定。了解作物某一品種所需的積溫，可作為評估該品種是否適合在其一地區栽培的依據，也可預測該品種會在何時開花或成熟。 5.無霜期(frost-free period) 溫帶地區秋天來臨後，氣溫逐漸降低，降到O℃時就會降霜。秋天最早來臨的第一次降霜稱為早霜(early frost)。等到翌年春天，氣溫開始逐漸回升，降霜停止，降霜停止前的最後一次降霜稱為晚霜(late frost)。從晚霜開始至早霜來臨的這一段期間是沒有降霜的稱為無霜期。一年中可以讓作物生長的期間與無霜期的長短是一致的，也就是說，無霜期長的地方可供作物生長的期間亦長，無霜期短的地方，作物只能在短期間內生長。因此，無霜期可以說就是作物的生長期。我國各地區無霜期的長短自南向北遞減，臺灣、海南島、廣東、廣西、閩南一帶終年無霜或無霜期在350天以上，長江流域約225～300天，黃河流域約200天，東北約150天，極北地區只有100天。 6.春化作用(vernalization) 日長會影響作物的花芽形成，溫度亦然，特別是冬季一年生作物，如冬麥類、冬季型油菜等，在生育初期必須感受一段低溫(0～lO℃)，翌年春夏才能正常開花，否則開花延遲或不整齊，這種現象稱為春化作用。以人工進行這種處理稱為春化處理，在種子及作物生產上經常採用。臺灣高接梨的生產就是採用溫帶地區(日本)或高冷地區(梨山)經過春化作用後之梨的枝條作為接穗(scion)，嫁接於低海拔的梨株枝條上，以生產高品質的溫帶梨。 三、降水量(precipitation) 降水量包括雨、雪、冰雹等下降到地面的總量，其中以雨水佔大部分，雪水次之，冰雹最少。這些降到地面的水，有一部分被土壤吸收，有些則逕流(run off)損失。作物生育期間所需要的水分，除部分依賴灌溉外，大部分仰賴降水。因此降水量的多寡，決定某一地區農業的經營方式以及作物的種類和分佈。每年降水量不及250mm的地方稱為乾旱區(arid region)，只能勉強供放牧用;每年降水量250~500mm的地方稱為半乾旱區(semiarid region)，適於放牧，栽培作物必須有灌溉配合;每年降水量500~75Omm的地方稱為半濕潤區(semi-humid region)，栽培作物應採取適當的防旱措施或灌溉配合;每年降水量750~1,0OOmm的地方稱為濕潤區(humid region)，適合大部分作物的栽培;每年降水量1,000~2,000mm的地方稱為熱帶水稻區，每年可栽培水稻1~2次。現今全球作物的主要生產地區，每年降水量大都在500~1,000mm的半濕潤區至濕潤區及熱帶水稻區。 臺灣平地年雨量約在1,500~2,000mm之間，相當豐沛，但年中雨量分佈頗不平均，大部集中在夏季，每年栽培兩次水稻仍感不足，必須有灌溉配合才有穩定的產量。幸而臺灣自日治以來，政府注重水利開發，興建水庫及灌溉設施，使稻作生產得以順利推展。近年由於工商業及家庭用水急劇增加，農業用水遭受瓜分而漸感不足，未來水資源的開發日益重要。 四、濕度 空氣中的濕度通常以相對濕度(reative humidity)表示，一般而言，濕度低時對作物的害處較小，但土壤水分不足時，過低的濕度容易使作物萎凋，生育不良。另外收穫莖葉的作物，濕度高時生育反而良好，品質亦佳。例如麻類作物在濕度高時，纖維加長;茶樹在海拔較高或朝霧濃重的地方，所生產的茶菁品質優異。生產籽實的作物如禾穀類及豆類，過高的濕度，特別是在高溫的時候，容易導致病蟲滋生，植株徒長及倒伏，對產量不利。 五、風 和風攪動空氣，有助於作物的蒸散作用、光合作用和受粉，並使作物行間的通氣良好，降低行間的濕度，避免高濕引起的弊害。和風並可預防霜害(霜害最常見的預防方法是利用風扇鼓動空氣流動)，及有利於穀粒的乾燥，在作物生產上益處頗多。但暴風或颱風則能拔除植株摧殘枝葉、花果，並使植株倒伏，對作物的傷害極大。水稻開花期如遇颱風則整穗白枯，全不稔實；在成熟期遇颱風，則穀粒脫落，或發生穗上發芽現象，降低產量及米質。 六、土壤 土壤為作物生長之介質，其功能為：(1)使作物根部固定，植株不致倒伏；(2)可容納大量水分和養分，供應作物的需求；(3)提供根群所需的空氣；(4)微生物種類多，能分解土壤有機質和有害物質使其不致累積；(5)具有良好的緩衝能力，同減緩逆境對作物的傷害，對礦物質養分和肥料有緩釋效果。可見土壤不僅直接影響地下根部的生長及功能，也影響地上部的生長。近年無土栽培或水耕栽培 (hydroponics) 雖然頗為流行，但其栽培面積和產值與傳統土壤栽培比較，仍微不足道。茲將土壤重要的理化性質與作物生育的關係說明如下： 1.土壤質地與作物生育 土壤質地(soil texture) 是指土壤中砂粒(sand)、坋粒(silt)和粘粒(clay)之組成比率，也就是土壤的粗細程度。茲舉三種代表性的土壤，說明其與作物生育的關係： (1)砂土(sand)：含砂粒75 %以上，粘粒15 %以下的土壤。砂土通氣良好，排水容易，但保水、保肥能力差，作物容易遭受乾旱之害，施用的肥料也容易流失，因此肥料應分施。適於在砂土生長的作物通常為收穫地下部者，如甘藷、馬鈴薯、落花生、牛蒡等。 (2)黏土(clay)：含黏粒40 %以上，砂粒40 %以下的土壤。排水和通氣不良，遇濕時泥濘，乾旱時凝結成硬塊，但保水、保肥能力佳。粘土耕性不佳，比較適於在粘土栽培的作物有水稻、薑等。 (3)壤土(loam):含粘粒40%以下並與坋粒、砂粒配合適中的土壤。沒有砂土和粘土的缺點但兼備兩者的優點，排水、通氣、保水、保肥等均佳，耕作容易，根群發育良好，是最理想的土壤質地，適合大多數作物的栽培。 2.土壤水分與作物生育 土壤水分存在於土壤粒子與粒子之孔隙間，由雨水、地下水或灌溉水而來，包括四種:重力水、微管水、吸著水及結合水。重力水不能被作物所利用，所以是無效水。微管水是土壤粒子與粒子間的微小間隙所持留的水分，水分的移動有如毛細管，受間隙大小(毛細管之大小)及重力的影響，一般從較深層(較濕)的土壤向地表(較乾燥)的方向移動。大部分的微管水部可被作物吸收利用，屬於有效水。吸著水是土壤粒子表面所吸附的水分，粘土表面積大，因此吸附的水分也多，可達10%左右，砂土則最少，僅2~3%。吸著水被土壤粒子強勁吸附，溫度達上105~l1O℃才能將其除去，作物無法利用，亦為無效水。結合水是以化學結合方式與土壤粒子結合，也是無效水。 土壤充分濕潤時，含有上述四種水分，將其中的重力水完全除去後土壤仍能保留的水分含量稱為田間持水量(field capacity,FC)，以百分率表示。在田間持水量時，土壤水勢(soil water potential) 約為-0.033MPa。土壤水分減少到某一程度時，作物開始萎凋，若土壤水分繼續減少，則此萎凋的作物即使移至相對濕度 為上100%的地方也無法恢復正常，此時土壤的水分含量稱為永久凋萎點(permanent wilting point, PWP)，以百分率表示之，在永久凋萎點時之土壤水勢約為-1.5 MPa左右。因此土壤中可破作物利的水分介於田間持水量與永久凋萎點間/也就是介於-0.033至-1.5 MPa之間。 3.土壤反應與作物生育 土壤的反應或酸鹼度一般以pH值表示之。大多數土壤之pH值，介於4.0~8.0之間。中性至微酸性之土壤，適於大多數作物之生長。酸性土壤大都分佈於多雨地區，此因土壤中的鹽基離子如K+、Na+、Ca2+等，被雨水淋浴損失之故；長期施用生理酸性肥料(例如硫酸銨，作物對銨的吸收比對硫酸根的吸收多，所以殘留部分硫酸根於土壤中)也會使土壤pH值降低；近年來酸雨的發生日趨嚴重及擴大，也是造成土壤酸化的重要原因。鹼性土壤大多分佈於比較乾旱的地區或石灰質土壤，由於鹽類累積而使pH值提高，例如鹽土(saline soil)之pH值約7.3左右，鹼性土壤(alkaline soil)約7.3~8.5，而鹼土(alkali soil) 則大於8.5。 各種作物都有其生長最適合的土壤反應範圍，大多數作物喜中性至微酸性的土壤，亦有耐酸性強的作物，如茶、鳳梨等；能耐鹼性的作物較少，通常僅能耐微鹼性，如大麥、小麥、向日葵、棉等。土壤反應也會影響土壤中各種植物營養元素的有效性，例如pH值降低，磷酸的有效性降低，酸性愈強其有效性愈低;另如鐵、錳、銅、鋅等微量元素在酸性土壤之有效性較高，但鉬在酸性土壤的有效性則降低。臺灣花蓮地區石灰質土壤(立霧溪下游之新城及吉安等地)，栽培作物經常發生缺鐵現象而使植株葉片發生黃化，這是因土壤pH值高於7.5，土壤中鐵的有效性低之故(土壤本身並不缺鐵)。 4.土壤的陽離子交換能力 土壤最活躍的部分是其所含的膠體物質。膠體物質分為無機膠體和有機膠體，前者為各種粘土礦物如高嶺石(kaolinite)、伊來石(illite)及蒙特石(montmorillonite)粒子，後者則為腐植質(humus)。膠體帶有負電，能吸附各種陽離子。被吸附的陽離子能與土壤溶液中的陽離子發生化學當量的交換，這種現象稱為陽離子交換作用(cation exchange)，主要參與交換的陽離子有H+、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等，其中以H+、Ca2+為最多。 土壤膠體的陽離子交換能力(cation exchange capacity)，簡稱CEC，以100公克土壤能吸附多少毫當量(me) 的陽離子來表示。交換能力的大小依土壤所含膠體種類的不同而異，大致如下： 高嶺石 5~15 me/100 g 腐植質 300~400 me/100 g 蒙特石50~150 me/100 g 臺灣土壤6~12 me/100 g 伊來石20~40 me / l00 g 土壤中的有效性養分如鈣、鉀、鎂、銨等一般都被吸附在膠體上，因此土壤的陽離子交換能力越大，保肥力也越大。 七、生物 作物生育期間或其產品貯藏期間，都可能與其他生物發生密切關係有的是有益的，有的是有害的。有益的如土壤中的蚯蚓，可增加土壤的通氣及有機質；土壤中的共生性及非共生性固氮菌，可固定游離態氮，增加土壤氮素含量；土壤中的微生物可分解有機質及有害物質或汙染物質等。有害的生物如昆蟲、線蟲、病菌、雜草等，都能危害作物，造成減產。這些有害生物的防治，是農民最感困擾的問題，也是植物保護學者研究的主要項目。 第七章 作物的生長、分化與發育 一、作物的生長、分化與發育 作物從播種(種植)到收穫，如水稻從種子播種、發芽、葉展開、分枝(蘗)、株高增加、根伸入地下、莖急速伸長、出穗而開花、結果、再形成種子等一系列器官形成和生長，這一個體發育的全部過程稱之為作物的生長發育，簡稱生育或發育(development)。作物生產，就是經由作物的發育而實現。因為作物發育的良否直接影響作物的產量、品質和生產成本等。因此研究作物生長、分化及促進作物等發育的措施、為作物高產、質優、低投入栽培等提供科學依據，故成為作物生產的重要研究課題之一。 1.生長 什麼是「生長」(growth)，即發育過程中量的變化，也就是作物發育過程中體積(長、寬、厚)或重量(鮮重、乾物重)的增加，這些量的不可逆增長都屬於生長。 無論是高等植物或低等植物其典型的生長曲線是一種斜體的s型曲線。以玉米株高生長為例，生長的曲線可分為四個時期，植物在生長前有一段調整階段(0~25天)，即稱為延緩期(lag phase)，25天至50天為指數生長期(exponential phase)，在此一時期植物生長是永遠增加的；第三階段為直線生長期(linear phase)(50~60天)，這個時期生長速率是一定的，而且生長速率最大，又稱為最大生長速率期(phase of maximum growth rate)；最後生長緩慢，植物進入老化期(senescence phase)(60~90天)。 為了分析植物生長數量，植物生理學家發展出一套有用的計算公式，這些數學公式被稱生長分析(growth analysis)。生長分析是利用植物在某一階段生長時間所測得的乾重、或葉面積等資料，來計算植物生長時一些生長的特性與產量的因素。 生長分析的項目很多，一般視作物種類、生長狀況及需求的目的而定。生長分析的主要項目與公式摘錄如下: (1)作物生長速率(crop growth rate, CGR) 單位時間內於單位土地面積上所增加的作物重量。 CGR＝l/P × dW/dt＝l/P ×（W2－W1）/（t2－t1） W1：第一次取樣時全株乾重 t1：第一次取樣時間 W2：第二次取樣時全株乾重 t2：第二次取樣時間 P：土地面積 (2)相對生長速率(relative growth rate, RGR) 單位時間內每單位作物乾重所增加的重量。 RGR=l/W × dw/dt＝（InW2－InW1）/（t2－t1） (3)淨同化速率(Unit leaf rate＝net assimilation rate,ULR,NAR) 即單位時間內，每單位葉面積所增加的重量。 NAR＝l/LA × dW/dt＝（W2－W1）/（t2－t1）×（InLA2－InLA1）/（LA2－LA1） W1：第一次取樣時全株乾重 W2：第二次取樣時全株乾重 LA1：第一次取樣時葉面積 LA2：第二次取樣時葉面積 t1 ：第一次取樣時間 t2：第二次取樣時間 (4)葉面積比(leaf area ratio, LAR) 葉面積對整個植物乾重比率。 LAR＝LA/W＝（LA1+LA2）/（W1+W2） W：植物總乾重 LA：葉面積 (5)葉面積指數 (leaf area index, LAI) 即單位土地面積上的葉面積。 LAI＝LA/P P：土地面積 LA：在P上的葉面積 (6)收穫指數(harvest index，HI) 即經濟產量(如子實部分)除總重量。 HI=經濟產量/生物產量(總重量) (7)比葉重(specific leaf weigth，SLW) 即每單位葉面積之葉重。 SLW=Lw × LA Lw及LA分別為葉重及葉面積。 (8)光透過率(Hght比ansmissionrati叫「m) 植物群落(canopy)下層光強度除上層光強度，以百分率表示。 (9)有效充實期(effective filling period, EFP) EFP=產量/開花後每日乾物生產量 農藝生產者藉由生長分析所得到之應用價值 1.得悉作物於何時生育較速，葉面積分布是否有效地利用日照，以利製造更多碳 水化合物。 2.了解植株營養生長和生殖生長之間生長競爭的強弱，以便了解養分之間轉移分 配的平衡。 3.各種作物之間，同一作物之間品種不同，其生長競爭能力不同，藉著生長分析 可以選拔生長強勢的作物或品種栽培。 4.利用生長分析了解環境因子對植物生長的影響，及如何影響植物的生長。 2.分化與發育 在作物生長過程中，不僅有上述量的增長，而且先後相繼形成形態、結構和功能各不同的各種營養器官和生殖器官，其變化是以細胞或組織的變化為基礎。這種由同一受精卵或遺傳上同質的細胞轉為形態、機能及化學構成上異質的細胞，是質的變化，稱為分化(differentation)。因此從器官立場看，分化就是新器官的出現。 分化一般是在作物莖和根的尖端分生組織內進行。莖頂端分生組織先後依次分化形成各葉和芽的原基，最後轉變為形成花原基，這些地上部器官分化都是在分生組織外側某一特定部位進行，叫做外源(exarch)分化。而作物根的分化是從莖和根內部的分生組織中進行的稱為內源(endarch)分化。關於作物各種器官的具體分化過程，在作物解剖學中有詳細介紹。 有些通常沒有分化能力的作物的薄壁組織，在特殊環境中也可恢復分化，例如離體器官(根、莖、葉等)在適宜條件下能形成一個新的植株，甘藷蔓扦插繁殖就是利用這一分生能力。一般作物都具有不同程度的再生能力，幾乎每個營養器官，甚至一個體細胞在一定條件下都能再生為一個完整的植株。現在組織培養技術已能把去璧的原生質體培養成活。 作物某一器官分化之後，按著進行生長，在生長的同時或長到一 定階段時又分化其它器官。如此分化與生長交替進行的連續過程， 就是作物一生，稱作個體發育。 綜觀作物一生的分化，從形態和生理上可分為三個階段：即胚胎發生、營養器官發生和生殖器官發生。營養器官發生階段主要是分化根、莖、葉等營養器官，其分化比較簡單，主要以分化出來的根、莖、葉等營養器官之生長佔優勢；而生殖器官發生階段雖然也還有營養器官在生長，但主要以生殖器官的分化佔優勢，分化也較前一段顯著複雜。由營養器官發生階段轉到生殖器官發生階段，各種作物都要滿足其自特定的光、溫度等環境條件 (感溫性、積溫性、感光性)。禾穀 類、豆類等以果實或種子為主要產品的農作物，這一轉變能否適時順利進行，更直接影響到產品的數量與質量。因此作物學家早就認識到由營養器官分化轉入原始生殖器官分化是作物生育過程中最重要的質變，通常就將這一質變稱為作物的發育。 3.生長與分化、發育的關係 如前所述，作物的生長是量的增加，而分化和發育是質的變化，因此生長與分化、發育、是量變與質變的關係。 (1)分化、發育是生長的前提：沒有根、莖、葉的分化，就不會有根、莖、葉的 生長；沒有花芽的分化，便不能開花結實。許多原產於南方感光性強的短日照 作物或品種，引到北方長日照條件下不開花結實就是由於不能開始花芽分化。 (2)生長又是分化、發育的基礎：沒有相伴的生長，分化、發育一般也不能繼續 正常進行。如無必要的營養器官生長，沒有根吸收水分和養分，沒有葉製造光 合產物，也不可能有花芽分化。事實證明：花芽多少與營養器官生長量密切的 相關。 (3)作物生長與分化、發育之間並非始終是相互協調的：由於它們對環境條件有 不同的要求，當條件對其一方不利時便會出現不協調，如氮肥過多造成徒長就 不利於發育的順利進行。如因秧齡過長、週密、缺肥或缺水則生長不良，反而 會加快作物發育，招致 ”早穗”、”早衰”，也會造成減產或品質低劣。 從生產角度分析，作物生長與分化、發育的關係大致可分為四個類型： (1)(生育)協調型：生長和分化、發育都良好，始終協調發展，能全面發揮品種潛 力，達到高產、質優、低消耗、高效率。 (2)徒長型：營養生長過旺，生殖器官發育延遲或不良，以致低產、質劣、高消 耗。 (3)早衰型：營養生長不足，生殖器官分化發育過早過快，如禾穀類的 ”早穗”， 穗少、穗小，未能發揮品種潛力，嚴重減產。 (4)僵苗型：前期僵苗，生長不良，生育遲緩，以致晚熟、低產、品質差。 作物一生的生長包括營養生長和生殖生長。根、莖、葉等營養器官的生長稱營養生長 (Vegetative growth)；花、果實、種子等生殖器官的生長稱生殖生長(preproductive growth)。 二、作物根的生長 1.作物根系的形成 (1)單子葉作物根系 單子葉作物的根系是屬於鬚根系(fibrous root system)。如禾穀類作物的鬚根系由種子根和冠根組成。種子萌發時，胚根先發育為種子根，以後胚軸基部又可能出現數條幼根。這些根均屬種子根。水稻、玉米、高梁和粟的種子根僅有一條，麥類作物則有3-7條。種子根的吸收功能期各作物不盡相同。水稻、高梁、粟等種子根功能期在幼苗階段，當周根形成後它不再起重要作用；玉米和麥類作物種子根的功能則保持在整個生育期，並能伸入深層土壤吸收深層水分和養分。冠根為地下莖節上發生的不定根，出生的順序自芽稍節位開始由下及上。地上節位因不與土壤接蝕，一般不再發生不定根，但玉米、高梁和粟尚能在地上部伸長節間的若干節位上發生不定根(各稱氣生根)，這些根除增強固定植株能力外，亦具吸收、合成等功能。冠根發生數量多，且主要分布 於富含水分和養分的耕作層土壤，故是穀物根系的主要組成部分和擔負根系的主要功能。 (2)雙子葉作物根系 屬於直根系。如大豆、花生、棉花、油菜、菸草、黃麻等作物根菜均屬之。直根系有一條由胚根發育而成的粗壯主根，從主根上發生側根，再從側根上發生多次分枝根，從而構成雙子葉作物龐大的根系。主根前期生長快，垂直入土也深。側根和枝根先水平生長，以後轉向垂直生長，擴展較寬，但入土較淺。 2.根系的機能以及與其他器官生長的關係 根是作物的主要吸收器官，又是重要的同化中心。作為強大的吸收系統和激素以及某些有機物質合成器官，作物根系是地上部光合生產系統的基礎。作物生產過程要求建立一個大小適宜、功能較強的光合體系和比較發達的產品器官，這主要決定於根系的大小及其功能。 但作物根系生長與地上部器官生長之間，既存在依存關係，又存在相互制衡的複雜關係。作物根系生長及其生理機能既影響著莖葉生長與產品器官形成，又受地上部同化物質供給量的制約。如莖葉生長過於旺盛時，根的生長因碳水化合物供應不足受到抑制。根系後期早衰除了某些土壤因素外，地上部光合物質供應數量不足亦是一個重要原因。因此，在作物生產過程中，促進根系生長保持較大的地上部/下部之乾重比，但如土壤水分過多，因缺氧使根呼吸受阻，生長不良，使之下降。氮素有利於莖葉生長而磷鉀能促進根系發育。因而作物生產過程中水肥管理是調節作物地上部/地下部之乾重比的重要措施。此外，土表耕作，整枝以及應用生長調節物質亦是調節作物地上部/地下部之乾重比的有效手段。 3.影響根系生成的因素 (1)體內因素 根系全體的形成與莖葉部的生育對應規則進行，各個根與各組織和器官的形成過程相互間保持密切的相關性而進行，但是根的形成受內外種種因素的影響，其中體內的要因有以下：a.遺傳因素；b.物質因素(光合成產物及植物荷爾蒙)；c.構造因素(維管束系的量及連絡形式，各組織和器官間相互的距離與其量的關係)。 (2)體外因素 根的形成受以下體外因素的影響：a.氣象的因素(光、溫度、空氣、水)；(2)物理因素(莖的組織、其他的根、土壤硬度、土壤構造)；(3)化學因素(肥料、農藥、pH)；(4)生物因素 (土壤微生物、小動物、人類)。 三、作物莖的生長 1.莖的形態形成 (1)禾穀類作物：禾穀類作物的莖由節和節間組成，分地上和地下兩個部位。地上部節間伸長形成為莖(稈)，它是依靠節間近基部中間分生組織的細胞分裂使節間伸長。地上部莖一般呈圓筒狀，中空(如稻、麥)或以髓充填成實心(如玉米、高梁、甘蔗等)。地上部莖節有腋芽，通常呈潛伏狀態，如萌發則成分枝。地下部莖的高度、節和節間數因作物種類及品種而異。一般早熟品種莖較矮，節與節間數相對較少；晚熟品種則反之。禾穀類作物莖接近地面之節間不伸長，節與節間密集於靠近地表的土內。這一節群稱為分蘗節(不伸長節)。分蘗節有腋芽，在適宜條件下能夠萌發，禾穀類作物稱這種分枝為分蘗。分蘗發生有一定順序。部分分蘗能抽穗結實，成為有效分蘗；部分則因生長差不能抽穗結實成為無效分蘗。分蘗力(單株分蘗數)和分蘗成穗率因作物種類、品種及栽培條件有較大變化。 (2)雙子葉作物：雙子葉作物莖的生長依靠頂端分生組織的活動增加細胞數和體積，使莖增高。莖的節數亦因作物種類及品種等而異。節部腋芽萌發形成分枝。不同作物形成分枝能力及其利用價值有差異；花生和豆類作物、棉花、油菜分枝發生能力強，對產量構成作用大，栽培上要促進分枝早生多發；菸草和麻類作物分枝對莖(麻類)葉(菸草)的產量和品質不利，栽培上則要抑制其發生。分枝性強的作物可發生多級分枝，而以第一次分枝對產量貢獻最大。雙子葉作物分枝的 發生數量、節位、長度及與主莖所成角度大小，決定著株型，是栽培上確定種植密度的重要依據。 2.莖的機能及與生產力的關係 作物莖具有支持、輸導、光合、貯藏等多重機能。作物莖的形態結構及其生理功能與植株生產力有關。禾穀類作物強稈與抗倒，強稈與穗大即為其間密切關係的例證。但莖又是植株光合產物主要消耗器官，如中、高產小麥莖的乾重佔單株地上部總乾重1/4~1/3。近代選育矮性和半矮性品種，使收穫指數和經濟產量有明顯提高，其中亦與減少莖器官生長量及乾物質消耗有直接關係。但迄今對作物莖的生長及形態生理與作物生產力之間的一系列內在機理深入研究不夠，而明確其間關係也是當前提高作物生產力的一個重要途徑，應該加以重視。 四、作物葉的生長 1.葉的形態結構 (1)禾穀類作物：禾穀類作物發芽出苗過程中最先出現的葉為保護幼苗出土的芽鞘，同時每一個分蘗出現亦最先抽出一片前葉(分蘗鞘)。芽鞘和分蘗鞘僅有葉鞘而無葉片，屬不完全葉。以後從主莖或分蘗陸續出現的是由葉片和葉鞘組成的完全葉。葉片為作物主要同化器官，葉鞘亦具同化、貯藏和保護幼莖增強支持能力等功能。葉片與葉鞘連接處有一帶狀組織，稱葉枕。葉枕內側膜狀薄片稱葉舌，兩側毛狀物突起稱葉耳。根據葉舌、葉耳有無和大小，可以作為識別某些作物 幼苗的依據。例如：水稻有葉耳與葉舌，稗草則沒有；高梁、玉米有葉舌而無葉耳；大麥葉耳大，小麥葉耳小有茸毛，黑麥的葉耳不明顯，燕麥無葉耳。 (2)雙子葉作物：雙子葉作物出苗後莖從子葉節以上伸長，莖節上陸續長出葉。雙子葉作物完全葉由葉片、葉柄和托葉三部分組成(如棉花、苧麻、大豆、向日葵的葉)，不完全葉則三者不全(如甘藷、油菜的葉缺托葉，菸草的葉缺葉柄)。雙子葉作物的真葉又分為單葉與複葉兩大類。 a.單葉：每一個葉柄上只著生一片葉，不論其完整與否均屬單葉 (如棉花、芝麻、 向日葵、油菜、甘藷的葉)。 b.複葉：在一個葉柄上著生兩片以上完全獨立的小葉片，稱為複葉(如花生、大 豆、綠豆、苕子等)。複葉中又可分為羽狀複葉(如 豌豆、花生、紫雲 英)，掌狀複葉(如洋麻)和三出複葉(如大豆)。 作物單株不同部位有葉片的內部結構差異，如禾穀類作物葉片的維管束數；單位面積氣孔數與葉肉細胞數、葉肉細胞突起及其總表面積等均隨葉位升高而增加。從內部微細構造看，上位葉片光合效能高於下位葉片。因此防止上位葉片早衰，延長其功能期對穀物穗粒發育有重要意義。 作物單株葉片數及其單葉面積因作物種類和品種而異，受遺傳控制。但葉片數等可塑性較大，栽培條件對它有顯著影響。 2.葉的生長與功能期 作物單葉生長一般經歷葉原基分化、伸長、功能和衰老四個時期。 (1)葉原基分化：自生長點附近的細胞分裂開始，逐漸分化形成葉的各部分形態 結構。 (2)伸長期：隨著分生組織的細胞分裂和細胞體積增大，葉生長加速而進入伸長 期。禾穀類作物通常從露尖至定長為葉片伸長期。 (3)功能期：自定長至1/2葉片發黃為葉片養分輸出的功能時期。但據測定，稻、 麥的葉片長度達到定型葉長二分之一前為養分輸入器官，以後即開始輸出有機 物質，但大量輸出養分則是在葉片定型以後。棉花、油菜等雙子葉作物葉片功 能期自葉平展開始自全葉二分之一變黃。 (4)衰老期：進入衰老期葉片，由於葉內葉綠素分解，光合作用逐漸減弱以至停 止，最終變黃衰枯。但葉片枯死前有部分結構物質分解後可以轉移到其他未衰 老器官中。 葉片的功能期因作物種類、葉位以及栽培條件而異。 (1)種類、葉位：冬小麥以苗期葉片功能期最長，以後出現葉片功能期漸次縮減。 棉花、油菜、大豆等雙子葉作物主莖葉片功能期均自下而上逐漸延長，以中部 葉片壽命最長，再向上由於出生晚，葉片的功能期又漸次縮短。 (2)栽培條件：栽培條件對葉片功能影響很大，缺肥、乾旱等使葉片功能期縮短。 肥料及適宜種植密度等栽培措施則能延長葉片功能期，有利光合物質累積和提 高產量。 五、種子、發芽、種苗預措及播種 1.作物種子的概念 植物學的種子僅指種子植物從胚珠授精後發育而成的繁殖器官，一般經過有性過程。作物生產的種子則泛指凡被利用來作為播種材料進行繁殖的植物官，其中除植物學所指種子外(如豆類、棉花、油菜、黃麻、菸草)，倘有類似種子的乾果(如稻麥等禾穀類作物的穎果；蕎麥、大麻、向日葵的瘦果)和根莖類作物的營養器官(如甘藷的塊根、馬鈴薯的塊莖、甘蔗地上莖和苧麻的吸枝等)。因而作物生產所指的種子 (播種材料)較植物學所指種子更廣泛。 2.作物的繁殖體(繁殖方法) (1)有性繁殖體(種子)：其產生與“性”有關 a.有融合(受精)生殖 大部分的種子植物屬之，也是作物最常用的繁殖體。被子植物開花期間，子房內的雌配子體(胚囊)之卵細胞及二個極核(polar nuclei)與來自花粉粒的二個精核分別受精而形成，稱為雙受精(double fertilization)。卵細胞及極核受精後，開始進行分裂，分別發育為胚(2n)及胚乳(3n)。裸子植物不行雙受精，因此種子除胚(2n)外，其餘貯存養分的部分仍為雌配子體(n)。 在單子葉植物，胚乳是由未分化的薄壁細胞組成，其內貯藏豐富養分，胚乳外圍有一層富含蛋白質的糊粉層。在雙子葉植物，種子發育期間胚乳通常被胚之子葉所全部或部分吸收而成為無胚乳種子。種皮來自珠被，由母體的細胞組成。臍是珠柄的痕跡，為種子發芽時水分及氧氣的主要進出通道。 成熟的種子通常具備下列四項要件：※種皮：為保護種子內部的包被；※胚：為種子最重要的部分，新生命或幼苗的發源處；※貯藏養分部位：如胚乳及胚之子葉(裸子植物為雌配子體)，提供發芽所需之養分；※荷爾蒙及酵素：啟動發芽時各種水解酵素的合成以分解貯藏之養分。 b.無融合生殖(apomixis) 胚的產生未經正常的減數分裂和受精作用稱為無融合生殖，其產生的繁殖體稱為apomicts，遺傳背景與母體相同。產生這種未受精胚的方式有很多種，如柑橘的珠心胚(nucellar embryo)，由此所培養的苗稱為珠心苗，應用頗廣，為無病毒(virus-free)的苗。 (2)無性繁殖體 利用作物營養器官如根、莖、葉直接作為繁殖體，因與“性”無關，故通稱無性繁殖(asexual propagation)，其遺傳背景與母體相同，由此所謂無性繁殖的方法很多，包括： a.扦插(cutting)，如甘藷、甘蔗、茶。 b.嫁接(grafting)，大部分的果樹採用之。 c.壓條(layering)，常用於果樹。 d.珠芽(sucker)，如瓊麻。 e.走莖(runner)、鱗莖(bulb)、球莖(corm)、地下莖(根莖，rhizome)、塊莖(tuber)、 塊根(fleshy root)。 f.人工種子(artificial seed)所用之胚體。 比較種子繁殖與營養繁殖之得失 1.不易結實的作物，必須行營養繁殖。 2.優良形質的遺傳：多年生作物以種子繁殖時，無法將優良性狀遺傳給後代，且 會產生分離而出現不良性狀。 3.繁殖容易：種子繁殖所生之作物發育迅速，栽培管理容易，達成熟期短。 4.氣候的條件：一年生、二年生作物越冬、越夏困難者，行無性繁殖更加困難， 以種子繁殖可產生大量種子，幼苗生長迅速，短期內可成熟，多年生作物則相 反。 3.種苗預措 (seed pretreatment) 種苗(種子)在種植前，為了使種植後發芽迅速及整齊，或為了預防病蟲害的發生，或為了給予肥料等，而在種植前進行種種處理，統稱為種苗(種子)預措。種苗預措的方法和步驟很多，包括選種、浸種、催芽、休眠之催醒、消毒、根瘤菌接種及其他處理等。 (1)選種：一批種子中，常混有未充實種子，及穀殼、花梗、莖葉碎片、塵埃、砂粒、雜草種子等夾雜物，這些未充實種子及夾雜物在種植前必須除去，才能保證種子的品質。一般利用風選及篩選進行選種，利用篩選並可選得較大顆的種子，有利於種子的發芽及幼苗生長。此外，為了選得大而充實的禾穀類作物種子，常採用鹽水選種法;鹽水的比重因作物種類而異，水稻使用的鹽水比重約為1.13。 水稻種子進行鹽水選種時，先將種子浸於鹽水中，迅速攪拌，除去浮上來的種子，只取下沉的種子，再以清水沖洗即可。由鹽水選種選得之大而重的種子，播種後健苗比率高。 (2)種苗消毒：種子或種苗之表面、內部或其附屬物都有可能感染病原菌，隨著種子發芽，這些病原菌在植物體的組織中繁殖蔓延，危害作物，例如麥類黑穗病及稻苗徒長病等是。像這類病害在播種前只要將種子消毒，就可收到良好的防治效果。種子消毒時，應特別注意使用的濃度及處理的時間，才能夠充分消滅病原菌而不會影響種子的發芽能力。 常用的消毒法如下: a.溫湯浸種消毒法 ＊把要處理的種苗先浸於冷水4～5小時。 ＊冷水浸種後再浸於溫湯中，溫湯的溫度以及浸種時間，因病害 種類而不同例如大麥散黑穗病為52℃浸l5分鐘，小麥散黑穗病 為53℃浸10分鐘，甘藷黑斑病、甘蔗鳳梨病為47～48℃浸15分 鐘，甘蔗矮化病為5O℃浸2小時。。 ＊溫湯浸種後，須立即放入冷水中片刻，以消除種苗內的餘溫， 俾免危害種苗。 ＊處理後的種苗稍經風乾後即可種植。 b.藥劑消毒法 可供消毒使用的藥劑種類很多，應用的方法亦隨種類而異，在應用前應先參考該種藥劑的詳細說明書或農林廳每年出版的 “植物保護手冊“，以免使用錯誤。例如稻種消毒可使用50%免賴得(benomyl)可濕性粉劑的1,000倍液浸種4～12小時，就可消滅附著在稻種子上的稻熱病下稻苗徒長病、胡麻葉班病、小粒菌核病等之病原菌。 c.粉劑拌種消毒法 將種子和殺菌粉劑混合攪拌後再行播種者。例如落花生白絹病的預防可用大克爛(dicloran)可濕性粉劑與落花生種子拌種，每公斤種子使用2公克的粉劑。 (3)浸種：浸種就是在播種前先將種子浸於水中，使其吸收適當的水分，避免播種後種子吸水困難而陷於發芽遲延和不整齊的不良狀態。這種預措處理在水稻及園藝作物應用較多，在旱田作物則不適宜採用，因為已經吸水的種子播種於乾燥的土壤，反會被土壤奪去水分而妨礙發芽，所以在土壤有充足的水分時才有浸種的效果。浸種的時間視水溫的高低而定，只要達到種子發芽所需的程度即可停止，否則種子內部的物質就會有滲漏硯象而使種子受害。一般水溫高時浸種的時間要短，水溫低時浸種時間要長。例如水稻，水溫15℃時，約需6天，22℃需3天，25℃需2天，27℃以上只需1天。浸種以使用流動水較佳，如在桶內進行，須注意換水，以免水中氧氣不足。 (4)催芽：在寒冷的地方或早春，氣溫低，為了促進發芽及避免種子遭受冷害，乃在播種前先行催芽，迨幼芽長出後再播種。催芽的方法一般都將浸種後的種子裝入袋內或盛於容器中，灑以溫湯(約50℃)，攪拌均勻後再以塑膠布覆蓋其上，以防止溫度的散失。如此保持溫度30~35℃，至幼芽長出為止。臺灣第一期水稻的播種期氣溫低，因此在播種前大部進行催芽處理。 (5)休眠的催醒：具有休眠性的種子或種苗，在休眠期結束前如需播種，就必須加以催醒才能發芽。 (6)根瘤菌及菌根菌接種：大部分豆科作物均能與根瘤菌共生而形成根瘤，具有固氮能力，因此栽培豆科作物可減少氮肥施用量或不必施用，節省肥料用量。至於是否需要接種根瘤菌需視土壤狀況而定。一般而言，未曾種植過同一種豆科作物的土壤，或根瘤菌數目少的土壤，接種根瘤菌確有助於根瘤形成及增加產量;反之，前作根瘤菌形成良好的地區，連作時就無須實施接種。然而為了保證將來根瘤形成良好，播種時仍宜實施接種為宜。 根瘤菌接種法有種子接種法及土壤接種法，前者於播種時先與種子拌種，然後再播種;後者於播種時施入土中。另外，於接種劑添加鉬素，更有助於酸性土壤根瘤的形成。 作物根部亦能被土壤中的菌根菌(mycocrrhizal fungi)所寄生，其菌絲會侵入根部細胞，並形成許多分支之末稍，延伸至土壤中。因此可增加作物根部對土壤養分的吸收，有利植株生長。 4.播種 (1)播種法 a.撒播(bcoadcasting, broadcast seeding) 將種子均勻撤布於田面(平作)或畦面(畦作)，然後覆土。撒播的優點是簡易、省勞力，栽培目的多為收穫莖葉之飼料作物、牧草、及綠肥作物。此外，移植(tcansplanting)栽培所需之幼苗，亦採用撒播育苗，例如水稻、菸草、蔬菜等。 b.條播(drilling,drill seeding) 即在田間每隔一定距離(行距)準備溝狀播床(不整地栽培則不需準備播床)，然後將種子均勻播種於播床上，再覆土。行栽作物(row crop)通常採用條播，播條與播條問的距離通稱行距(row spacing)，播條內之播種距離可隨播種量而調整之。條播可節省播種所需之種子(播種量)，作物生育期間人員出入方便，有利於各項管理工作的進行，而且通氣、光照皆良好，有利於作物生長。 c.點播(dibbling) 條播之播條依一定之間隔距離播下種子，然後覆土者稱為點播，此間隔距離通稱株距(in-row spacing)。依上述定義，點播亦屬於條播，大部份的行栽作物採用之。 (2)播種期：作物之播種期視作物所需之環境條件及病蟲害之危害程度而定之，有時亦受耕作制度及產品價格之影響兩提前或延後。播種失時(“掌握農時”的意思通常指掌握播種適期)，則產量減少，品質低落。依季節之不同一般將播種期分為春播、夏播及秋播(包括冬播)，臺灣則稱為春作、夏作及秋作(包括冬作)。 影響播種期的最重要環境因素為氣溫，熱帶地區終年溫暖，作物週年皆可生長，播種期之遲早影響產量小。溫帶地區範圍廣大，溫帶北部無霜期短，每年只能栽培作物一次，因此都在春末夏初播種，屬於春播;溫帶南部氣溫較為暖和，喜溫暖氣候的作物如水稻、玉米、大豆、花生、向日葵等可春播，喜冷涼氣候的作物如冬麥類、冬季型油菜等可秋播。影響播種期的另一項環境因素為雨量，如無灌溉配合，大陸氣候型地區適合春播，地中海氣候型地區適合秋播。 同屬春播或秋播，其播種適期亦有差別，氣溫較高的地方春播宜早，秋播可遲;氣溫較冷的地方春播需較遲，秋播宜早。例如臺灣第一期水稻(春播)之播種適期，北部在一月上旬至二月中旬，中部在十二月下旬至一月下旬，南部最早，在十二月上旬至十二月下旬。 (3)栽培密度(planting density)及播種量(seeding rate) a.栽培密度是指單位面積土地上種植之株數。其大小受下列因素的影響： ＊植株大小:植株高大者須疏植，矮小者宜密植。 ＊分蘗及分枝數:分蘗多(穗數型品種)或分枝數多的作物或品種，栽培密度對產 量的影響較不敏感，可疏植;反之，分蘗少(穗重型品種)或分枝少的作物或品 種，宜密植。 ＊倒伏(lodging):密植促使植株長高，莖稈小，容易發生倒伏。因此，容易倒伏 的作物應避免密植。 ＊ 著果率:密植易致落果，降低著果率(常發生在果樹及豆類)。 一般而言，密植可使植株迅速覆蓋土壤表面，提高太陽能的攔截。但密植必須在土壤肥力良好或肥料供應充足的情況下才可實施。 b.單位面積土地所需的播種量，則視栽培密度、種子大小及田間萌芽率(幼苗出 土率)而定。篩選籽粒大而健全的種子，雖然播種量增加，但對種子發芽勢及 幼苗生長有良好效果。另外，在實驗室發芽床所測得的發芽率，通常比田間萌 芽率為高，因此根據發芽床之發芽率所估算的播種量，應酌予增加。 (4)播種深度(覆土深度)：種子播種後，通常需要覆土，故覆土的深度亦即播種深度。覆土深度需視種子大小、土壤及氣候狀況而定。一般而言，大粒種子覆土宜深，小粒種子宜淺，通常以種子大小之2-3倍為覆土之深度。砂土之播種深度應大於粘土，乾土亦應較濕土深。氣候乾旱時播種宜深，陰濕之處應淺播。此外，需光性種子應淺播，否則種子無法獲得光線而不能發芽。 禾穀類作物之種子，不論播種深度如何，其冠根大致皆在同一深度內(地面下2.5cm左右)形成。因此播種過深，種子發芽後第一節間(first internode)伸長，直至離地表2.5cm左右才發生冠根。因此水稻插秧過深時，容易形成二段莖，使分蘗延遲及減少。甘藷塊根大都在近地表之主莖節上形成，因此宜行淺植，插植過深影響產量。 5.種子發芽 (1)發芽過程及定義 作物種子與野生植物種子不同，在採收後貯藏期間均 維持乾燥狀態，假 如該種子沒有休眠，其發芽過程如下: a.浸漬(imbibition)。 b.吸收水分及02。 c.酵素活化及貯藏物質水解。 d.水解物質輸送到胚軸(embryo axis)。 e.呼吸作用及同化作用(重新合成)加速。 f.細胞分裂及增大。 g.胚根及胚芽突破種皮。 種子發芽時通常胚根比胚芽先突破種皮，因此一般認為胚根生長數公釐(例如2mm)即認為種子已發芽。 (2)種子發芽所需條件 a.環境條件:水分、適當的溫度、空氣(氧氣)及光線是種子發芽所不可缺少的環 境條件。 ＊水分:農作物的種子大都屬於正貯型種子，乾燥的種子必須先吸收水分，才能 啟動各種生理活動。在發芽床進行發芽試驗時，通常保持無菌狀態、合理的 溫度範圍(恆溫或變溫)及通氣，因此發芽率較高。在田間狀況下，土壤水分 過少時，種子無法獲得足夠發芽所需的水分，以致停留土中過久，遭受病蟲 危害，降低種子發芽力及發芽勢。反之，土壤水分過多，常造成缺氧而使種 子腐敗。 ＊溫度:主要影響各種酵素之活性及反應速率。發芽最高、最適、最低溫度與常 營養生長溫度一致，最適發芽溫度是指在最短時間具有最高發芽率(發芽率=發芽種子數/供測種子數x100)。另外，變溫對許多林木及禾本科種子的發芽有利;許多野生植物種子發芽與否(休眠)則受季節性溫度變化的影響。 ＊空氣:種子發芽所需能量來自呼吸作用，因此需要有充足的氧氣供應。發芽所 需的氧氣濃度，與空氣的氧氣濃度20%相當，高於20%比低於20%的不利影 響較小。 ＊光線:大部份作物種子發芽時並不需要光線，但少部份則需要光線刺激(需光 性種子)，例如萵苣種子未經後熟作用前，種子發芽需要短暫的光照，且與光 敏素(phytochrome)有關，亦即紅光(660nm)是有效光，遠紅光(730nm)則無效， 如果二者輪流照射，最後照射者必須為紅光才有效。 b.成熟度:作物開花受精後，果實至少要經過一段時間的發育，胚或種子具有發 芽能力，但也不需等到充分成熟才具有發芽能力，因此，早熟性發芽(Precocious germination)(例如株上發芽、穗上發芽)在溫暖多雨的季節經常發生。 c.貯藏期:在良好的貯藏條件(低溫、低濕和/或低氧氣濃度)下，種子可保存相當 長的時間而不會喪失發芽能力，在更低的溫度，(O℃以下)貯藏可維持更久。 反之，一般正貯型種子在高溫及高濕的情況下，種子活力會隨著貯藏時間的延 長而下降，即使發芽，幼苗生長勢也會明顯下降。 (3)限制種子發芽的因子(種子的休眠性)及解除方法 種子脫離植物母體後，並不一定就能發芽，有的會呈現休眠狀態。這種情形在野生植物特別明顯，作物由於人為長期選拔，除非有特定需要，否則均將休眠特性加以淘汰。限制種子發芽的因子很多，可歸別為外在及內在二類: a.外在的：亦即種子發芽所需的環境條件不夠齊全，一般稱為強制休眠性 (enforced dormancy)或guiescence。例如: *在低溫乾燥下貯藏的種子。 *埋在土壤深層缺乏氧氣和/或光線照射的雜草種子。 *需要外來刺激物質才能發芽的種子，如獨腳金。 b.內在的：亦即種子置於適宜的環境下仍不能發芽，一般稱為內在休眠性(inate dormancy)或簡稱休眠性(dormancy)，例如: *胚未達生理成熟(physiological maturity)。 需經一段時間的後熟作用(after-ripening)才能成熟，可利用層積(stratification) 促進其成熟。 *種皮不透水或不透氣(硬實種子，如豆科種子)。 可利用劃痕處理(scarification)割破種皮，或利用濃硫酸處理。 *種皮堅硬胚無法突破，如三倍體西瓜。 可將種皮壓破，臺灣瓜農常使用指甲刀壓破種皮。 *種子含有發芽抑制物質。 清洗或放置一段時間。 *休眠原因尚未確定者。 例如馬鈴薯種球(塊莖)切塊後可用GA3處理，落花生(彿琴尼亞型品種 常具有休眠性)種子可用乙烯處理以消除休眠性(產生乙烯的化合物如ethephon)。 解除休眠方法 1. 層積（stratification）：以低溫浸潤處理。寒帶溫帶林木種子，如杉、松、樺，溫帶果樹梨、蘋果等種子需在5～10℃下浸潤1～4個月才能解除休眠。 2. 高溫：如40～50℃高溫一週處理可解除休眠，但必須注意不要過度乾燥而使種子活力降低。 3. 藥劑處理：如GAS、及kinetin。 4. 溶淋處理：用大量水將抑制物洗出。 5. 割破處理（scarification）：硬實種子或不透水種子用刀片、砂紙割破種皮，或利用濃硫酸侵蝕種皮。自然狀況下，微生物分解種皮、動物消化道作用，甚至森林大火皆有助於硬實種子的休眠解除。 1. 野生植物之種子具休眠性可逃避惡劣環境。如嚴冬、水患等季節性的時期。 2. 但休眠特性對農民卻甚為不便。在播種時，若種子休眠性尚未完全解除，所育出來的幼苗必不整齊，發芽率也不高。但農作物經長久以來不斷選種，休眠性大抵已消失，僅有部分品種或野生種仍具休眠特性，在需育成休眠性品種，以防止在某些惡劣環境下，發生穗上發芽時，可利用這些休眠品系當作育種材料。 6.幼苗出土(seedling emergence)及幼苗生長勢(seeding vigor) (1)播種覆土後，種子在土壤中發芽為幼苗，當幼苗突破地表露出土壤表面，即 為出土。幼苗出土的方式依子葉是否露出地面而有二種型式: a.地上性萌芽(epigeal emergence)，下胚軸(hypocotyl)伸長將子葉推出地面，如大 豆、菜豆; b.地下性萌芽(hypogeal emergence)，下胚軸不伸長，子葉留在土中，但上胚軸 (epicotyl)伸長將芽推出地表，如玉米、豌豆、紅豆。落花生則介於這二型之 間，子葉在地表上下附近。 (2)幼苗出土後，其生長勢(生長速率)的良否，受許多因素的影響: a.種子大小:大的種子貯藏較多的養分及較大的子葉，有利於幼苗的初期生長。 b.種子貯藏的條件及長短:在不適宜的環境(如高溫及高濕)貯藏愈久，種子衰退 或老化愈明顯，幼苗生長勢亦明顯下降。衰退或老化的原因可能與細胞膜受 損、胞器喪失功能、酵素活性降低、病菌感染等有關。 c.發芽之環境條件:適合的發芽環境，有利於幼苗出土及幼苗生長。 7.組織培養苗及人工種子(artificial seeds) 植物組織培養(plant tissue culture)是指採取植物某一部分組織，通常為生長點、分生組織或薄壁細胞組織、花藥，在無菌狀況下放置於含有營養成分及生長調節物質的培養基中培養(例如Murashige and Skoog培養基，簡稱MS培養基)，以誘導其發根及莖(芽)之生長，所長成的小苗(試管小苗，三角瓶小苗)再移植田間，俟成長後作為種苗來源或其他用途。利用組織培養生產種苗的技術主要有下列幾種方式: (1)採取生長點直接培養及誘導為幼苗，最常見於無病毒種苗的生產，例如馬鈴 薯、甘藷等。 (2)採取部分組織在培養期間先誘導其形成癒傷組織(callus)，然後誘導癒傷細胞 分化形成擬胚(embryoids)，並發根及發芽，所長成的小苗再移植田間育苗。利 用本法可生產大量種苗，例如蘭花。 (3)利用花藥培養單倍體植株，供品種改良及縮短育種年限之用，亦可供生產種 苗之用。 (4)採取部分組織分離為個別細胞，再以懸浮細胞培養(suspensioncell culture)的方 式誘導其形成擬胚，或利用上述癒傷組織所形成的擬胚，作為體胚的來源，製 作人工種子(artificial seeds)。 人工種子是利用懸浮細胞培養法大量生產遺傳質相同的體胚(somatic embryos)，外面加上一層人工種皮，做成狀似種子的繁殖體。外層的人工皮尚可加入發芽時所需的養分、生長荷爾蒙、殺菌劑、菌根菌等，以輔助體胚的發芽及生長。 利用細胞懸浮培養以繁殖體胚的技術進展頗速，估計約有150種以上的作物可以獲得體胚，但並非每一種皆可製作人工種子，有些是成本過高而不具商業價值。近年來，已有少部份作物如萵苣、苜蓿的人工種子生產及應用。 人工種子的生產仍在發展中，不論是體胚的生產及包裹技術，或者是人工種子的轉換率(conversion rate，形成正常苗的百分率)等，亦不斷地在改進，這種生物技術產業未來的發展空間尚難估計。 絕育種子（terminator） 種子經基因改造步驟變成不稔，使植株收成後，種子胚胎在發育後期自發性產生毒素，殺死發育後期胚胎使種子雖成熟但不育，而無法進行第二次繁殖。又稱自裁種子。 優點：農民無法自行留種，是種子育種救贖者，提升農業收成的明日之星。 缺點：貧困地區無錢買種子，造成飢荒。不稔花粉的散播，影響農業及遺傳多樣 性。 六、產品器官的形成與成熟 作物的產品器官一類為生殖器官，利用其果實、種子和花，另一類為營養器官，利用其根、莖、葉等。由於利用部位之不同，作物產品器官的形成與成熟特性亦不相同。 1.生殖器官為產品器官的形成與成熟 屬此類產品器官的有禾穀類作物的穎果和豆類、油菜及棉花的種子(包括種子附屬物，如棉纖維)。產品器官形成與成熟即為生殖器官分化發育過程。在經歷一段時期的營養生長後，由於內外在條件影響，莖頂端分生組織即開始從營養器官原始體分化轉向生殖器官原始體分化。經過一系列分化過程，花序或單生花的花器組成部分形成，當胚囊和花粉粒發育成熟即進入開花、授粉、受精和結實，最終形成新的穎果和種子，完成個體發育周期。 各種作物花序或單生花的構造，開花習性以及結實特性均不相同。掌握生殖器官形成和成熟特性及其與內外在條件的關係，研究產品器官品質形成規律，在培育壯苗壯株、協調生殖生長和營養生長基礎上，促進花序或單生花的分化，減少退化和脫落(提高結實率)就能達到高產優質的作物生產目的。 2.塊根塊莖為產品器官的形成與成熟 甘藷和馬鈴薯利用地下部貯藏器官一塊根與塊莖。栽培中一般都用塊根、塊莖進行繁殖。育苗栽插或直播後形成新株，以後莖葉生長轉旺，塊根塊莖相繼形成和進入迅速膨大階段，再後莖葉生長轉緩和衰黃，地下部貯藏器官膨大亦相應逐漸中止。 3.莖和韌皮為產品器官的形成與成熟 甘蔗的主要產品器官為蔗莖，苧麻、黃麻、紅麻、大麻等的主要產品器官為麻莖的韌皮纖維。 莖用作物的莖稈都較高，莖的伸長是產量形成基礎。莖用作物苗期形成發達的根系，莖葉也有一定生長量，隨高溫季節到來進入旺盛生長期，莖節間迅速伸長、增粗，同時形成強大根系和最大的葉面積，最後莖伸長速度轉緩以至停止。 甘蔗和苧麻可以從地下莖節的腋芽萌發形成分蘗，黃、紅麻和大麻能在地上莖節發生分枝。分蘗和分枝是增加單位面積總莖數的一個途徑。但其利用與否及利用程度應視栽培目的和栽培條件而定。 莖用作物莖的成熟是指工藝上的成熟，以其經濟利用價值最高為收穫適期，而不是莖的生理成熟(老熟)。如甘蔗莖的成熟是以蔗莖的C/N比和蔗汁的蔗糖含量增大為內部特徵，而以葉色褪淡、綠葉減少、枯葉增多為外部特徵。麻莖的成熟標準是；韌皮纖維的長度和數量均達高峰期，纖維細胞積累了大量纖維素和半纖維素(合計占粗纖維組分的70~90%)以及一定木質素，纖維品質好。 4.葉為產品器官的形成與成熟 以葉為產品器官的作物如菸草。菸草一般採用育苗移栽，大田區栽植發根成活後，逐漸進入莖葉生長盛期，莖桿伸長，出葉加速。現蕾以後莖葉生長處於旺長階段，開花後莖停止伸長。菸葉自下而上出生，出葉過程持續期長，上下部葉片成熟過程參差不齊，故應採取分期採收方法。單葉成熟過程：自光合產物大量輸出逐漸轉為大量貯存於自身葉內;葉組織由疏鬆變為緻密；含水量下降乾重增加；蛋白質量降低糖分含量加增(糖、氮比增大)；菸鹼(尼古丁)含量及其與糖、氮比值達適宜水平；葉色變淡，呈老熟特徵。此時即達到菸葉採取的工藝成熟期。 第八章 栽培制度，耕作制度 (Cropping Systems) 一、連作(continuous cropping) 指根據當地自然環境、農場大小、市場供需、經營利潤等而將耕地栽培作物之方式做適當的安排，曰久而形成的一種栽培制度。 1.連作(continuous cropping) 同一種作物連續在同一塊田地栽培的方式稱為連作。對農民而言，連作可熟悉該作物的栽培技術，但易發生種種弊害，如土壤養分偏失，作物產生之相剋物質累積，造成作物生育不良及生產力減退、病蟲害之發生增加及影響作物之收量與品質等。 連作之弊害程度依作物種類、土壤質地而異，一般禾木科、十字花科、百合科、繖形科等作物較耐連 作。豆科、菊科、胡蘆科等作物則不宜連作。又深根 性作物比淺根性作物連作之害處較大，此因前者易使 土壤肥方逐漸降低。夏季作物較冬季作物忌連作，此因作物在夏季高溫所形成約有害物質較多，且病蟲害容易蔓延所致。土壤質地以砂質土連作之害處較小，粘土或腐植土較大。 連作雖有許多弊害，但在某些作物仍為目前最盛行之栽培制度。其原因: (1)為重要的糧食作物或經濟價值大，其他作物難以代替者，如台灣之水稻。 (2)連作可提高品質者，如菸草、棉等。 (3)栽培技術的進步可減少連作之不利，且可獲得厚利者。作物依其耐連作之性 質可分為7類: (1)連作可z提高產品品質之作物，如大麻、菸草、棉、甘蔗、洋蔥、南瓜。 (2)連作之害較少之作物，如稻、麥類、玉米、小米、甘藍、花椰菜。 (3)需間隔一年才可在原地栽培的作物，如蔥、菠茉、大豆。 (4)需間隔二年才可在原地栽培的作物，如馬鈴薯、蠶豆、落 花生、胡瓜。 (5)需間隔三年才可在原地栽培的作物，如番茄、青椒。 (6)需間隔五年才可在原地栽培的作物，如西瓜、茄子、豌豆。 2.輪作(crop rotation) 在同一塊土地上按一定順序輪流栽培幾種作物，這幾種作物輪完後再週而復始之耕作方式，稱為輪作。優良之輪作制度可以維持或改良土壤生產力，降低生產成本及增加收益。參與輪作之作物通常包含豆類作物，以利用其固氮作用。輪作具有多項優點: (1)土壤養分之有效利用:例如深根作物與淺根作物輪作，可利用土 壤土、下層之養分。 (2)土壤生產力之維持:輪作物中包括豆料及綠肥作物可增加土壤養 分有機物質含量。 (3)病蟲害之減輕:害蟲、病菌常因作物種類而異，輪作時當年發生 之病蟲因次年無寄主而不能繼續生存、滋生，危害自然減少。 (4)雜草之抑制:如旱田作物與水田作物輪作，雜草因生長環境大幅 改變而難以適應。 (5)避免相剋物質的累積。 (6)輪作具有作物多元化之功能，例如可以使灌溉水更有效利用及分 配，避免或減輕天災、病蟲害或市價跌落所造成之損失，經營風 險比栽培單一種作物為低。 (7)增加作物產量:前述1-5項的好處使作物產量增加，品質提高。 常見的輪作制度舉例如下: (1)美國玉米帶(corn belt)輪作制度 玉米―大豆；玉米―燕麥―三葉草；玉米―小麥―三葉草 (2)英國輪作制度 蕪菁―大麥―三葉草―小麥。 (3)日本輪作制度 水稻―小麥；水稻―綠肥 (4)台灣輪作制度 A.北部地區(一年輪作制): 水稻―蔬菜；水稻―綠肥 B.中部地區(一年輪作制): 水稻―水稻―菸草；水稻―水稻―小麥；水稻―瓜類； 蔬菜―水稻―蔬菜； C.南部地區: 水稻―秋作玉米(一年輪作制)；春作高梁―水稻(一年輪作制) 水稻―夏作大豆―玉米(一年輪作制) 甘蔗―雜作―水稻―雜作―水稻(三年輪作制) D.高屏地區(一年輪作制): 水稻―水稻―雜糧(大豆、毛豆、紅豆)； 水稻―水稻―蔬菜、菸草、洋蔥 3.混作(mixed cropping) 在同一塊耕地上，同時栽培兩種以上的作物，且作物間並無主副之別者，稱為混作。例如歐美國家許多牧場常採用豆科牧草和禾本科牧草混作。 4.間作(inter cropping 在作物生育期間，於其行間栽種比較矮小的短期作物，稱為間作。間作有主作物(main crop)及間作物(inter crop)之分，此與混作不同。例如在甘蔗行間種植花生，則甘蔗為主作物，花生為間作物。間作後若二種作物之生長狀態難有主副之分時，則亦可視為混作或伴作(companion cropping)。此外，在前作未收穫而後作急待播種時，乃將後作播種於前作行間，亦為間作之一種，譬如臺灣過去曾盛行之稻田糊仔栽培。 5.休閒(fallow) 耕地經年長栽培作物後，土壤理化性質劣變，有害物質累積，病蟲害日趨嚴重，使作物之生產力大減，如暫時將耕地空閒一段時間，則可以恢復地方，消除有害物質，及病蟲之生存空間，然後再行栽培作物則可恢復良好之生產力。此種使農田休息一段時期而不栽培作物之耕作方式，稱為休閒。休閒原為早期農業科技不發達時為了恢復土地生產力而實施之一種耕作制度，現今採用者不多。但在某些國家或地區，由於生產過剩或價格低落，政府為調節生產而有休耕政策之推行。 6.單作(物)栽培(monoculture) 一塊田地或農場全部栽培同一種作物，稱為單作(物)栽培，係間作，混作之相對名稱。此種栽培方式為一般農場所普遍採用，其優點在於作業效率高，田間管理遠較間作、混作單純容易，也適合機械化作業，現今大規模農場殆皆為單作(物)栽培。 7.複作(multiple cropping) 同一塊田地一年種植作物二次或二次以上之耕種方式，謂之複作。複作制度在氣候溫暖，雨量多或灌溉良好而周年作物可生長的地區頗為盛行，在人多地狹之地區尤為普遍。台灣氣候溫暖，農民為了充分利用有限的農地，複作甚為發達，例如中南部水田一年除種植兩期水稻外，尚利用冬季裡作玉米、大豆、毛豆、 紅豆、小麥、菸草、馬鈴薯、綠肥或蔬菜等作物，複作指數(一年種植一次者為100%，二次者為200%，餘類推)相當高，近年因工商業發達，農村勞力缺乏，複作指數逐年降低。 8.單期作(single cropping) 同一塊田地一年只種植作物一次者稱為單期作(一年一作)。在緯度較高的北方，由於無霜期短，只能實施單期作。在溫帶南部及熱帶地區，如有充足的雨水或灌溉配合，一般都可實施雙期作甚至三期作。臺灣氣候溫暖，雨量充足，灌溉發達，實施單期作的地區不多。 9.雙期作(double cropping) 同一田地一年種植作物二次之耕種方式稱為雙期作。在溫帶南部春夏栽培夏季作物，如水稻、玉米、甘藷、大豆、落花生等，前於秋冬種植冬麥類、油菜等。為掌握農時，溫帶南部實施雙期作時常需採用生育期較短之早熟品種，但在熱帶及亞熱帶則不受此限制，例如台灣之耕地每年至少可二作，即一年種植兩期水稻或一期水稻一期雜作(有冬季裡作的地區則為一年二作)。 10.糊仔栽培(relay planting) “糊仔”一詞為台灣農家用語，形容農作物的種苗用糊狀之泥土來種植的情形。糊仔栽培指水稻未成熟收穫前於稻株行間先行種植其他作物，待水稻收穫後行間所種植之作物已長成相當大之幼苗。糊仔栽培為台灣水田冬季裡作所常用之栽培方法，其目的是在不妨害水稻生育的前提下，使後作能趕上播種期。這種栽培方式過去在臺灣曾盛極一時，其中以糊仔甘藷及糊仔甘蔗最為普遍，唯糊仔栽培頗為費工，近年工資高漲，故已少見。 一般所稱之“relay planting”是泛指前作(不論何種作物，但糊仔栽培指的是水稻)未成熟收穫前在其行間栽培其他作物之意，糊仔栽培是其中之一種，也都是間作的一種形式。 第九章 雜草及雜草管理 weed and weed Management 一、前言 1.前言 雜草與作物互相競爭水分、養分、光線、二氧化碳等共同資源，或產生相剋物質(allelochemicals)抑制作物生長，導致作物產量和品質降低，造成嚴重損失。根據調查，台灣耕地雜草種類達390種之多，其中重要者有37種。這些雜草的發生數量每年都相當穩定，因此自從人類開始從事農耕以來，除草工作就成為農民最頭痛的問題。我國古時的文學詩詞中就有許多農民與雜草奮鬥的描述，例如「種豆南山下，草盛豆苗稀L」，「縱有健婦把鋤犁，禾生隴畝無東西L」，「鋤禾日當午，汗滴禾下土L」等。這些記載充分地刻劃出雜草防除工作的艱辛和農民對雜草的無奈心情。自古以來，作物栽培者無不經常受人勸告要勤於耕耘，才能獲得滿意的收成，所謂「一分耕耘，一分收穫」，就是從雜草防除所引伸出來的一句勸人努力的話。 本世紀以來，由於農業科技的突飛猛進，雜草問題也獲得重大的突破。其中嚴重要的二項成就，一為農業機械化，以機械力代替人力和畜力，使除草工作省時省力，對作物生產的貢獻猶如家電之普及對家庭主婦之貢獻一樣。其次是1945年以後2,4-D及其他有機除草劑的陸續發現和大量使用，使除草效率大幅提高，成本亦大幅降低。以美國為例，美國農田施用除草劑的面積，由1949年之930萬公頃，迅速增加至1980年10,117萬公頃，31年間增加11倍；除草劑的消費量亦自1964年之52,164公噸增加至1981年之362,880公噸。美國除草劑的消費量約佔所有農藥消費量之54%，或佔所有農藥銷售總值之60%。本省除草劑的使用自1960年以後亦日漸普及，以稻田為例，民國60年稻田施用除草劑之面積僅佔總稻作面積之6.8%，但至民國69年已躍升至98.5%，對稻作生產成本的降低有卓越的貢獻。 然而除草劑或其他農藥的大量使用，都可能對環境造成污染或對人畜及野生動物造成傷害;加之，雜草相的改變以及抵抗性雜草的蔓延，使雜草問題並未能獲得根本解決。為改善此項缺失，近年來雜草學者無不從各方面加強研究以提高雜草的管理效率。 二 、雜草(Weeds) 1.定義：在不應在之處生長的植物 (A weed is a plant growing where it is not desired)均被視為雜草。農田雜草則指該植物之存在會妨礙田間作物的生長。（優點：減少土壤沖刷，增加土壤有機質，綠化環境） 2.雜草的分類 (1)根據生活史的長短可分為三類： A.一年生(annual) 雜草：整個生活史在一年內完成，包括二類： ＊ 夏季一年生(summer annual)：於春天發芽生長，夏秋結實後死亡，以種子繁 殖。 ＊ 冬季一年生(Winter annual)：於秋冬發芽生長，翌年春夏結實後死亡，以種 子繁殖。 B.二年生(biennial) 雜草：整個生活史超過一年但少於二年，以種子繁殖為主。 C.多年生(perennial) 雜草：生活史超過二年之雜草，多數利用營養器官如塊根、 塊莖、地下莖(rhizome)、走莖 (stolon)等繁殖，有些並可利用種子繁殖。 (2)根據葉之形態可分為： A.禾草(grasses)，尖葉草(narrow leaf weeds)：禾本科雜草。 B.闊葉草(broad leaf weeds)：雙子葉植物雜草。 C.莎草(sedges)：莎草科雜草。 3.雜草的生存特性 (1)繁殖及傳播能力強： A.種子數量多，常具有特殊構造，能藉風、水、動物 (包括人)而傳播。 B.多年生雜草可利用營養器官繁殖，這些器官適應環境之能力強。 (2)種子及繁殖器官通常具有休眠性，在不適宜環境下不會發芽。 (3)對不良環境(逆境)的適應能力強，具有耐旱、耐淹水、耐瘠、耐蔭、耐低溫及 耐高溫的特性。 (4)植株或種子之形狀與作物類似，不易分辨及檢除，如稗草。 (5)生育期與作物一致，可獲得與作物稻周的生長環境。許多雜草生育期雖與作物一致，但成熟期提早，且易落粒，在作物收穫前已散落田間。 4.台灣重要之農田雜草(1)水田雜草 Alternanthera nodiflora 節節花 莧科 Alternanthera philoxeroides 長梗滿天星 莧科 Alternantheca sessilis 滿天星 莧科 Cyperus difformis 球花蒿草、三角草 莎草科 Echinochloa crusgalli 稗草、稗仔、水稗 禾本科 Eclipta prostrata 鱧腸、墨菜 菊科 Eleocharis acicularis 牛毛氈、貓毛草 莎草科 Fimbristylis miliacea 木虱草、扁仔草 莎草科 Killinga brevifolia 水蜈蚣 莎草科 Lindernia cordifolia 心葉母草 玄蔘科 Lindernia pyxidaria 母草 玄蔘科 Marsilia quadrifolia 田字草、蘋草 蘋草科 Monochoria vaginalis 鴨舌草、學菜 雨久花科 Paspalum conjugatum 毛穎雀稗 禾本科 Polygonum hydropiper 水蓼 蓼科 Rotala indica 紅骨消、印度水豬母乳 千屈菜科 Sagittaria pygmea 瓜皮草 澤瀉科 Sagittaria trifolia 野慈菰、水芋仔 澤瀉科 Scirpus maritimus 雲林莞草、田蒜草 莎草科 2.旱田雜草 Ageratum conyzoides 霍香薊 菊科 Alopecurus aequalis 看麥娘 禾本科 Amaranthus spinosue 刺莧 莧科 Amaranthus viridis 野莧 莧科 Bidens bipinnata 鬼針草 菊科 Centella asiatica 雷公草、蚶殼草 繖形科 Chenopodium ficifolium 小葉灰藋 藜科 Commelina benqhalensis 竹葉菜 鴨柘草科 Cynodon dactylon 狗牙根、百慕達草 禾本科 Cyperus rotundus 香附子、土香 莎草科 Digitaria adscendens 升馬唐 禾本科 Digitaria sanquinalis 馬唐 禾本科 Echinochloa colona 芒稷 禾本科 Eleucine indica 牛筋草 禾本科 Eriqeron bonariensis 野塘蒿 菊科 Erigeron canadensis 加拿大蓬 菊科 Ixeris chinensis 兔兒草、兔仔菜 菊科 Kyllinqa brevifolia 水蜈蚣 莎草科 Miscanthus floridulus 五節芒 禾本科 Oxalis corniculata 酢醬草、鹹酸仔草 酢醬草科 Panicum repens 鋪地黍、匐地黍 禾本科 Paspalum conjugatum 毛穎雀稗 禾本科 Plantago major，P. minor 大葉車前草，小葉車前草 車前草科 Polygonum lapathifolium 旱辣蓼 蓼科 Portulaca oleracea 馬齒莧，豬母乳 馬齒莧科 Solanum nigrum 龍葵，烏子仔菜 茄科 3.水生雜草 Eichhornia crassipes 布袋蓮 雨久花科 Phragmites communis 蘆葦、鹽水蘆竹 禾本科 3.農田雜草導致之損失 (1)雜草掠奪作物生長所需的資源，使作物生育不良，產量降低。 (2)雜草種子及殘屑混入作物產品中，降低產品品質。 (3)妨礙農機操作及降低人工效率。 (4)為害蟲之潛伏場所及許多病菌之中間寄主。 (5)阻塞灌溉排水溝。 (6)增加管理費用。 四、雜草管理的實施方法 4.雜草管理的實施方法 (1)利用手拔及鋤頭、犁、割草機、中耕機、火燒、水淹等來除草。 (2)利用敷蓋、採用競爭力強的作物品種、輪作、密植等栽培方式以降低雜草的生長競爭力。 (3)利用覆蓋作物覆蓋（草稈、木屑、谷殼、椰纖等），以抑制雜草生長（抑草蓆）。 (4)利用食草類動物（稻鴨米）、昆蟲及病菌除草。 (5)利用化學藥品(除草劑)除草。 五、除草劑(herbicide) 5.除草劑(herbicide)(1)定義：一種化學物質或培養之病原，用以殺死或抑制植物之生長。 (2)除草劑的種類 除草劑的種類繁多 ，全世界經註冊登記及推廣使用的數目超過150種 ，一般根據其化學構造加以分類，重要的類別如下： A. Amides(醯胺類)：Alachlor(拉草)、butachlor(丁基拉草)、metolachlor(莫多草)、 propanil(除草寧)等。 B.Amino acids(胺基酸類)：Glyphosate (嘉磷塞)、glufosinate (固殺草)等。 C.Aryloxyphenoxypropionates(AOPP)、Fluazifop-butyl(伏寄普)、haloxyfop-methyl(甲 基合氯氟)等。 D.Bipyriidliums (雙呲碇類)：Paraquat(巴拉刈)。 E.Carbamates carbamothioates(胺基甲酸鹽類)：Asulam(亞速爛)、 thiobencarb(殺丹) 等。 F.Cyclohexanediones：Sethoxydim(西殺草)、alloxydim(亞汰草)。 G.Dinitroanines(二硝基苯胺類)：Trifluralin(三福林)、pendimethalin(施得圃)等。 H.Diphenyl ethers(聯苯醚類)：Acifluorfen(亞喜芬)、oxyfluor(復碌芬)等。 I.Imidazolinones(咪挫林酮類)：Imazapyr(依滅草)、imazaquin。 J.Phenoxys(苯氧基類)：2,4-D (二、 四-地)、2,4-DB 等。 K.Pyridazinones(噠秦酮類)：Norflurazon、pyrazon等。 L.Sulfonylureas(硫醯尿素類)：Bensulfuron methyl(免速隆)、chlorimuron ethyl 等。 M.Thazines(三氮井類，三氮雜苯類)：Atrazine(草脫淨)、metribuzin(滅必淨)等。 N.Ureas(尿素類)：Diuron (達有龍)、linuron (理有龍)等。 O.Uracils(尿嘧啶類)：Bromacil (克草)、terbacil 等。 P.Others(其他)：例如：bentazon (本達隆)、oxadiazon等。 (3)除草劑的施用時期 A. 植前(preplant)：在整地或在播種前施用。此類殺草劑通常具有揮發性或易 受光分解，因此施用後應與土壤混合。 B.萌前(preemergence)：在作物播種及覆土後，幼苗未出土前施用於土壤表面。 以PRE表示，目前應用最廣，效果最大，因萌芽期之雜草對殺草劑甚敏感。 C.萌後(postemergence)：在幼苗出土後之生育期間施用。應噴施於雜草葉部。 以POST表示。 (4)除草劑的選擇性(herbicide selectivity) 除草劑施用後對某些植物之毒性或傷害較大，但對他種植物之 毒性或傷害較小，甚至沒有;對植物具有這種差別藥害的除草劑稱為 選擇性除草劑(selective herbicide)。反之，對所有植物皆會造成 傷害的除草劑稱為非選擇性除草(nonselectiv herbicide)。 植物在物種間或品種間具有下列差異，是造成殺草劑選擇性的 基礎，也是影響選擇性的因子： A. 植物的解毒作用：植物體內具有某些酵素系統可將進入體內的殺草劑加以代 謝分解，使其毒性變小或變成無毒性。另外，植物細胞內的某些物質如胺基 酸、糖類及glutathione等，能與除草劑發生結合(conjugation)，使其喪失 毒性或無法轉移到作用位置。 B.形態上，如葉片毛茸多，角質層厚，會阻礙除草劑的吸收。 C.根系深淺上，除草劑在土壤中不易移動者，萌前施用時深根性植物較不會受 傷害，淺根性植物則易受害。 D.生育期上，發芽中的幼苗或生理活性旺盛的時期和部位，對除草劑的抵抗性 最弱。 E.除草劑在植物體內的輸導受到阻礙。 F.因天然突變或利用生物技術及遺傳工程方法使植物獲得某一種或某一類除草 劑的抗性基因，因而對該一或該類除草劑具有抵抗性。 (5)除草劑的劑型(herbicide formulation) 除草劑施用前，必須根據該除草劑的理化性質調製成適當的劑型，其目的： A.加入適當的溶劑、稀釋物質，使除草劑的施用方便及能夠均勻。 B. 加入表面活性劑(surfactant) 使除草劑容易被葉片持留 (retention)及穿 透角質層。 C.方便搬運及貯藏。 常見的劑型有下列各種： A.水溶液(s,solution) B.粒劑(G, granule，粒子<1omm3 pellet="pellet">1Omm3 )。 稻田施用除草劑採用粒劑的優點: ＊施用方便，可不必使用噴霧器(sprayer)。 ＊施用時稻田保持湛水狀態，易使粒劑崩解及擴散，因此藥劑在 田中的分布均勻。 旱田施用除草劑一般很少採用糊劑，主要原因為旱田田面乾燥， 粒劑之崩解緩慢，擴散困難，無法使藥劑分布均勻。 C.乳化濃縮劑(EC,emulsifiable concentrate)。 D.可濕性粉劑(WP,wettable powder)。 E.水懸浮劑(F,flowable)。 F.包裹劑(encapsulation)。 (6)除草劑的作用機制(mechanism of herbicide action) 除草劑殺死或抑制植物生長的方式，都與植物重要的生合成有關： A.抑制胺基酸的合成： ＊抑制acetolactate synthase(ALS) 的活性：sulfonylureas、 imidazolinones 屬之。 ＊抑制5-enolpyruvyl shikimate 3-phosphate synthase(EPSPS) 的活性：Glyphosate屬之。 ＊抑制glutamine synthetase的活性：Glufosinate屬之。 B.抑制光系統Ⅱ之D1上蛋白的電子傳遞能力：Triazines、ureas屬之。 C.攔截光系統I之電子，產生自由基(free radicals)，破壞細胞膜：Bipyridiliums屬之。 D.抑制類胡蘿蔔素的合成:Clomazone、fluridone屬之。 E.抑制脂質(lipid)的合成，亦即抑制acetyl CoA carboxylase (ACCase)的活 性：AOPP及cyclohexanediones屬之。 F.抑制微管的聚合(microtubule polymerization)，干擾細胞分裂 Dinitroanilines屬之。 G.生長素型(auxin type)除草劑之作用機制尚未完全了解，可能與IAA競爭同 一結合位置，phenoxys屬之。 (7)農田常用除草劑 A.二、四-地(2,4-D)：應用於禾穀類作物如麥類、水稻、甘蔗以及禾本科牧草。 通常在作物營養生長期間將除草劑噴施於雜草葉面，以防除闊葉雜草。 B.嘉磷塞(glyphosate)：通常在整地前噴施，以清除田間雜草。作物生育期間 只能在行間採用定向噴施(directed spray)，不可觸及作物植株，否則會傷害作物。嘉磷塞不具選擇性，除少部份植物(如：藤類)外，對大部份雜草之防除均有效。嘉磷塞具有良好的輸導性，極易從葉部輸導至積貯(sink) 部位， 因此對多年生雜草的防除特別有效。嘉磷塞因可殺死大部分植物，因此在不整地栽培時用以殺死田面現存雜草，以及在非農地的使用非常普遍。 C.丁基拉草(butachlor)：主要應用於移植水稻田之雜草防除。一般在水稻移植 後2-5天施用，對多數一年生禾本科雜草及部份闊葉草之防除有效，臺灣水稻 應用最廣的除草劑。 D.伏寄普(fluazifop-butyl)：應用於闊葉作物如大豆、花生、菠菜、甘藍等。 於作物生育期間噴施於雜草葉部，以防除禾本科雜草。 E.草脫淨(atrazine)：應用於玉米、高梁、甘蔗、鳳梨等作物，多採用萌前施 用，以防除大部份闊葉草及部份禾本科雜草。 F.拉草(alachlor)：萌前噴施，應用於玉米、高梁、大豆等以防 除大部份一 年生禾本科雜草及少部份一年生闊葉草。 G.施得圃(pendimethalin)：萌前噴施，應用於玉米、大豆、落花生、水稻、 高梁、菜豆、蔬菜等，以防除大部份一年生禾本科雜草。 H.本達隆：在作物生育期間噴施，應用於許多禾穀類作物如小麥、水稻以及大 粒種子之豆科作物，以防除大部份一年生及多年生闊葉雜草和莎草。臺灣用 以防除稻草野慈菰。 I.巴拉刈(paraquat)：不具有選擇性，噴施於植物地上部可殺死所有植物，常於整地前(不整地栽培時則在播種前) 用以殺死田 面現存雜草或用以防除田埂及路邊雜草。對人畜有劇毒，許多國家已禁用。 J.三福林(trifluralin)：主要用於棉及大豆，亦可應用於落花生、馬鈴薯、 蕃茄等作物，可防除大部分剛萌芽的雜草。 K.免速隆(bensulfuron-methyl)：應用於直播及移植水稻，對闊葉草及莎草的 防除特別有效。 (8)台灣移植稻田常用的除草劑種類、施用時期及施用時應注意事項：除草劑及劑型 施用期間 施用時應注意事項 丁基拉草粒劑 移植後2~5天，田面 施藥後田面應保持積水 (butachlor) 雜草之生長為萌芽至1 3公分左右3~5天。 葉期。 殺丹粒劑 移植後4~8天，田面雜 施藥後田面應保持積水 (thiobencarb) 草之生長為萌芽至2~3 3公分左右3~5天。 葉期。 甲氧基護谷粒劑 移植前1天，或移植後 施藥後田面應保持積水 (chlomethoxynil) 0~6天，田面雜草之生 3公分左右3~5天。 長為萌芽至2葉期。 免速隆可濕性粉劑 移植後3~15天，田面 施藥後田面應保持積水 (bensulfuron- 雜草之生長為萌芽至1 3公分左右4~7天。 methl) 葉期。 稗草多之田區應與丁基 拉草粒劑配合施用。 本達隆溶液 移植後20~40天，田面 施藥前一日先排水田面、 (bentazon) 雜草之生長為5~7葉期。 俟田面無積水時噴施於 雜草葉面。 (9)除草劑的毒性(toxicity)：指對人畜及野生動物之毒性。農藥毒性等級 危害指標 口服半 呼吸半致 皮膚半 眼睛危害徵狀 皮膚危害徵狀 等級 致死量 死濃度 致死量 (mg/kg) (mg/L) (mg/kg) Ⅰ <50 0.21-2.0="0.21-2.0" 2.1-20="2.1-20" 2001-20000="2001-20000" 201-2000="201-2000" 501-5000="501-5000" 51-500="51-500" 72="72">5000 >20 >20000 眼睛正常 72小時內輕微 不適 註：1.90%以上的除草劑屬於Ⅲ及Ⅳ級。 2.半致死量(LD50)：使供試動物(兔子、老鼠)達50%死亡率時所需吃進(或吸 入)該農藥之量。通常以mg/kg表示。(mg表示農藥量，kg表示供試動物體 重。此值愈高毒性愈低；反之愈強。 選擇殺草劑時應注意事項選擇適當殺草劑：將發生雜草的種類及作物生育程度詳加決定，配合適當藥 劑，避免產生藥害，降低產量。 2. 注意施用量：過多過少均非所宜，嚴守推薦量。 3. 注意使用時期：作物生育期對殺草劑感受性有很大差異。 4. 注意器具使用：噴濕器具如與病蟲害防除兼用時，使用前須以清水充分洗滌。 5. 注意殺草劑毒性：少部分殺草劑對人畜及魚類具有毒性，應特別注意。 6. 注意促進除草效果：例如播種後施用萌前型除草劑，應在播種前充分犁耕及 碎土，播種後覆蓋土壤必須較厚而平坦，使藥劑均勻滲透土壤中，可促進除草 效果。 注意最基本的穿著 •長袖•長褲 •橡膠手套 •防水鞋 •口罩 •帽子 第十章 肥 料 施 用 一、植物生長的必需元素(essential elements)及吸收形態 植物生長所必需的元素共有16種，即碳、氫、氧、氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵、錳、硼、銅、鋅、氯及鉬。其中鐵、錳、硼、銅、鋅、氯、鉬等七種需要量很小，稱為微量元素(trace elements minor elements)其餘九種需要量大，稱為巨量要素(macroelements，major elements)。 二、肥料(fertilizer) 1.定義 肥料是泛指一切施用於作物培養基(如土壤)或莖葉，以提供作物營養物質，促進生長，提高產量及品質之物質。在植物16種必需元素中，碳、氫、氧來自空氣及水，一般不將其視為營養成分或肥料成分，其餘13種元素來自土壤，常稱為礦物質營養成分(mineral nutrients)，皆視為肥料成分之一。其中氮、磷、鉀三種元素作物的需要量最大，土壤的供應量又經常不足，必須另以肥料的方式施用補充，作物才能生長良好。因此，世界生產的肥料概以含有這三種元素為主，這三種元素因而被稱為肥料三要素。 此外，土壤改良劑、硝化作用抑制劑、菌根菌及根瘤菌接種劑等亦可包括在廣義的肥料範圍內。 2.施肥的必要性(1)作物生長及發育所需的營養，大部分由土壤供應，但各地的土壤，甚至相鄰的田塊，土壤的肥沃度(fertility)不一，對某些營養元素的供應量不足，特別是氮、磷、鉀、鈣等的缺乏最為普遍，因此必須補充肥料，才能使作物正常生長。 (2)近世紀以來，作物品種改良工作成就非凡，為了提高作物的生產力，品種的選擇都往耐肥(特別是耐氮肥)的方向進行。農民採用耐肥品種後，必須配合肥料的大量施用才能達到高產的目的。 三、氮肥 作物之植株含有大約1-2%(以乾重計算)的氮素，某些作物的收穫部位如豆類籽實及油籽含氮量更高，因此栽培期間需要大量的氮素供應才有高產的可能。空氣雖然含有79%的N2，但並非化合態，無法被作物直接利用。有效態氮素(NH4+,N03-) 的來源有下列各項： (1) 有機質:自然界動植物或其排泄物經微生物分解而釋出簡單含氮化合物N03-， 可供作物吸收。人工收集及製作之堆肥及廄肥為很好的有機質來源。 (2)閃電:能將空氣中之H2O解離為H+及OH-，與02及N2結合為化合態之硝酸，隨雨水降至地面為植物所吸收利用。估計全球每年經由閃電所固定的氮素達一百萬公噸，對整個生態體系氮素的來源有很大的幫助，但因量小乔稀薄，對作物 生產的助益不大。 (3)生物固氮作用:包括共生性(symbiotic)、非共生性(ɮonsymbiotic)及協生(association)等，為豆科作物及許多熱帶禾草氮素的主要來源。 (4)人造化學氮肥:如硫酸銨、尿素、液氨、氰氮化눣等，為氮肥的乻要來源。 1.生物固氮作用(bioìogica࡬ nitrogen fixatio~) 空氣中含有夷量的游離氮素，但作物不能利用。然而自然界有許多的微生物具有固定這些游離態氮素成為化合態氮素的能力，增加土壤可給態氮素的來源。固氮微生物包括非共生(nonsymbiotic)、協生(association)及共生(symbiotic)三大類，都屬於原核生物(prokaryotes)如細菌、放射狀菌及藍綠藻。其中與作物生產關係最 密切者為固氮細菌(Rhizobium)與豆科植物之共生固氮作用。 (1)固氮生物的種類 A.非共生性(獨立營生，free-living) ＊細菌:廣布於土壤中，以土壤中的有機質為碳源，每年固氮量每公頃約6kg。 (a)好氣性:包括固氮菌科(Azotobacteraceae)之Azotobater(固氮(球)菌)、Azospirillum、及Beijerinckia三屬。 (b)嫌氣性:包括梭狀(芽胞)桿菌Clostridium pasteurianum及二種光合細菌Rhodospirillum(紅螺旋菌)及Chromatium(綠串菌)。 ＊藍綠藻:包括Anabaena(念珠藻)及Nostoc(葛仙米藻)。 B.共生性(symbiotic)及有瘤形成 ＊有根瘤形成 (a)根瘤菌(RHizobium):與豆科植物共生，每年氮素固定量約50-150g/ha。 (b)放線菌(Actinomyces):與赤楊(Alnus)等木本植物共生。 (c)藍綠藻:與某些裸子植物共生，在根表面形戒瘤。 ＊有葉瘤(rhyUosphere)形成:在熱帶地區柘些木本植物會有細菌在葉部形成葉瘤 共生。 C.協生性(association)，無瘤形成。 ＊ 藍綠藻:如念珠藻(Aabaena azollae)與巀蕨類植物滿江紅(Azolla)協生，每年氮素 固定量朐高可達50-10O kg/ha，日本水田估計每年約3Okg/ha。 ＊細菌:例如固氮菌科之Azospirillum brasilense、Spirillum、lipoferum、Azotobacter paspali等與熱帶及亞熱帶禾草(C4型)協生。氮素固定量因禾草及細菌種類不同而異，每年自15kg至75kg/ha左右。 (2)豆科作物根瘤菌 根瘤菌在豆科作物根部形成根瘤(nodule)，利用作物之光合產物為碳源進行固氮作用，提供化合態氮給豆科作物利用，是一種對彼此都有利的共生現象。因此，豆科作物根瘤形成良好時，氮肥之施用可大幅減減少，甚至不需施用。 豆科作物根瘤形成的第一步驟是根瘤菌與寄主根部二者間必須先互相識別(recognition)，才能接受對方而發生感染(infection)。識別的機制相當複雜，可能為寄主植物之凝血素(lectins，一種糖蛋白)與根瘤菌細胞表面的某種碳水化合物之柏互選擇作用，也就是一般所稱之寄主特異性(host specificity)。換言之，能與某一種豆科作物共生之根瘤菌，不一定能與他種豆科作物共生。根據此一現象，豆科作物之根瘤菌可分成下列六個互接種屬(cross inoculation groups): 根瘤菌 可接種之豆科作物 (1)Rhizobium meliloti 苜蓿、香苜蓿 (2)R.trifoli 三葉草 (3)R.legminosarum 豌豆、甜豌豆、蠶豆 (4)R.phaseoli 菜豆 (5)R.japonicum 大豆、田菁 (6)R.lupini 羽扇豆 2.化學氮肥 (1)硝酸態氮肥料:如硝酸鉀及硝酸鈉。另溶於水，肥效迅速，但不易被土壤膠體粒子所吸附，易流失，不適合在水田施用。 (2)銨態氮肥料:如硫酸銨。另溶於水，肥效迅速，可被土壤膠體粒子吸附，較不易流失，但在土壤中易被硝化細菌氧化為硝酸態(即硝化作用)。施用在土壤深層或土壤施用硝化抑制劑(nitrification inhibitor)，可減少硝化作用發生，提高肥效。 (3)有機態氮肥料:如尿素及氰氮化鈣(CaCN2)。施用後土壤微生物將其轉變為銨態氮或硝酸態氮，即可被作物吸收利用。 3.銨態氮(NH4+)與硝酸態氮(N03-)之比較自然界含氮化合物經微生物分解或硝化作用(nitrification)的結果產生N03--N(硝酸態氮)，可被作物吸收利用。另外，NH4+-N(銨態氮)作物亦可吸收利用，因此市面上均可購買到這二種型態的氮素肥料。這二種型態的氮肥在土壤中的行為，使用的方法，作物的吸收以及在作物體內的代謝等部有些差異: N03--N NH4+-N(1)土壤膠體粒子不能吸附，容易 土壤膠體粒子能夠以陽離子交換 流失，在水田的肥效較差。 形式吸附，比較不會流失，在水田的肥效 較佳。 (2)容易被作物根部吸收 容易被作物根部吸收，但通常不若N03--N快速。 (3)吸收後根圈附近或水耕液的pH 吸收後根圈附近或水耕液的pH 值會上升。 值會下降。 (4)土壤通氣不良時，容易被還原 在通氣良好時容易被氧化而形成 而發生脫氮作用(denitrifi- N03-而易流失，因此採用深層 cation)而損失: (通氣差)施肥可避免上述缺點， N03-Õ N02-ÕÕN2 提高肥效。 (5)吸收後必須經硝酸還原酶 不需要，可節省部份能源。 (nitrate reductase，NR)及 亞硝酸還原酶(nitrite redu- ctase,NiR)的催化將其還原 為NH4，才能進一步同化。 (6)施用N03-N肥料可誘導NR及 以NH4-N為唯一氮源會抑制NR及 NiR的活性。 NiR活性。 4.脫氮作用(denitrification)(1)土壤中新含的N03-或NH4+，不論來自土壤微生物的硝化作用或銨化作用(ammonification)，或來自施用的肥料，都有可能發生脫氮作用而損失: NH4+Õ N03-Õ N02-ÕÕN2 在旱田或通氣良好的情況下，NH4+容易進行硝化作用而形成N03-。N03-在通氣不良的情況下容易被還原而進行脫氮作用，這種情形在水稻田特別容易發生，而使肥效降低。稻田施肥很少推薦硝酸態氮肥料，就是這個緣故。 (2) 以銨態氮肥料為作物氮源時，下列二種措施可防止NH4+Õ N03-，亦即使硝化 作用受到抑制: A.深層施肥或全層施肥:將銨態氮肥施用於土壤較深的地方，但根部仍可到達(深 層施肥)，或施用於土壤各層次(即與土壤混合，全層施肥)。換言之，避免將態 氮肥施用於土壤表層(氧化層)，而儘可能施用於較深之還原層(缺氧狀態)，在 這種情況下，NH4+不易被氧化(硝化)為N03-。臺灣發展的深層施肥機，就是 為了這個目的，有許多農民採用。 B.施用硝化抑制劑(nitrification inhibitor)，例如nitrapyrin(商品名:N-Serve)能抑制硝 化細菌的繁殖，因而抑制硝化作用的發生。根據報導玉米施用nitrapyrin曾有 提高產量24%的記錄，台灣亦曾試用，但沒有顯著效果。 四、磷肥 磷肥主要來自磷礦石如磷灰石(apatite,Ca3(P04)2)經酸處理而來。磷灰石與硫酸處理可生成過磷酸鈣(calcium superphosphate)，含有效性P205為16~20%，與磷酸處理生成重過磷酸鈣 (calcium treblesuperphosphate)，含有效性P205為40~48%。另外，鋼鐵工業的副產品爐渣(矽酸爐渣)，含有磷、鈣及矽酸，亦可作為肥料。 Ca3(P04)2+2H2S04ÕCa(H2P04)2+2CaSO4 [過磷酸鈣為Ca(H2P04)2及2CaSO4之混合物，作用不完全時可能含有CaHPO4及Ca3(P04)2。] 五、鉀肥 化學鉀肥主要有二種，即硫酸鉀及氯化鉀，作物均可吸收利用，但氯離子對菸葉品質有不良影響，因此栽培菸草不宜施用氯化鉀。另外，草木灰含有豐富鉀素，亦可當作鉀肥。 六、石灰 石灰的種類有多種，如石灰石粉(CaCO3)、消石灰(Ca(OH)2)及生石灰(CaO)，一般以施用石灰石粉最為普遍，例如美國。臺灣大部採用消石灰及生石灰。石灰應在種植前施用，施用後須與土壤混合。 施用石灰的目的在供給土壤鈣素及中和土壤酸性，但不可施用過量，否則pH值升高過多，反而使多種微量元素(如鐵、鋅、錳等)的有效性降低。施用石灰後土壤有機質的分解加速，因此應配合施用有機質肥料，以免土壤缺乏有機質而導致物理性變劣。七、 有機質肥料 施用於土壤後可增加土壤有機質(organic matter)含量的肥料均屬之。土壤有機質包括腐植質(humic substance)及非腐植質二部分，有機質含量高的土壤是優良農業土壤的表徵，因此維持土壤適當約有機質含量是土壤管理重要的項目。 土壤有機質的來源包括: 1.動植物殘體，而以植物殘體使用最普遍，經堆置發酵後即成堆肥(compost)。 2.牲畜糞肥。 3.污泥:植物(或動物)殘體沈積於水中泥土，經發酵後所形成。一般發現於湖泊，排水溝及衛生下水道中。污泥常含有重金屬，應先檢測後才能使用。 4.垃圾:經堆積發酵後可作為有機肥料，但必須嚴格執行垃圾分類及嚴格檢測重金屬含量。就現況而言，垃圾仍不宜作為堆肥的原料。（廚餘） 5.綠肥:綠肥作物翻埋土中經分解後，亦可增加土壤有機質的含量。 八、複合肥料(compound fertilization) 凡肥料中含有氮、磷、鉀三種要素或至少其中二種者，稱為複合肥料。三要素在複合肥料中的比例，必須根據各地區之作物種類，土壤及氣候狀況而定。例如臺灣肥料公司出品之臺肥38號，其三素(N-P205-K20)含量為8-12-8(%)，適合為水稻基肥。 九、肥料施用1.基肥(basic dressing):在整地或作物種植前施用之肥料稱為基肥或起始肥(starter fertilizer)。適合以基肥方式施用皅肥料，包括: a.緩效性肥料如有機質肥料，石灰及土壤改良劑等應全量以基肥施用。 b.磷肥及大部分鉀肥宜基肥施用，因磷瀁鉀肥易被土壤固定，不易流失。 c.為促進幼苗初期真長，速效性的化學氮肵亦應嘆一部分以基胥施用。 2.追肥(top dressing):在作物生芲期間施用之肥料稱為追肥，一般以速效性肥料為 主，以補充基肥之不趷〢追肥常分數次在不同生育期施用稱為分施(split application)，但大部分作物於抽穗開花後即不再施用。十、葉面施袥 植物葉片亦能吸收許多物質，包括肥料。將蒥料直接施用於葉面以供懩植物養分的方法稱為葉面施肥。由於葉靲被즆非極怷之蠟質及角質，會限制養分之穿透，卶吸收速度不若根部，並且施用濃度不能過高，否則會劷及葉片。因此葉面施肥常見於微量元素缺乏晒的補充，特別是土壤微量元素的有效戧低時為然。十一、水蠕栽培(solution culture,hydroponics) 利用營養液(水耕液)以矹養作物的一種栽培方式，因不需使用土壤，故又稱為無土栽培。另外，在植物營養的研究上亦經常利用水耕的方式進行試驗，以避免土壤的干擾。 任何植物皆可成功地利用水耕方式加以栽培，因為土壤的各項功能都可用其他的方法代替。 第十一章 灌 溉 技 術 一、前言 水是一切生命的根源，無水即無生命，因此在作物生產上水是絕對必要的。作物生育期間若發生缺水，輕者影響作物之生長及發育，重者導致植株枯死，全無收穫。因此在雨量不足或雨量分配不均的地區，作物生育期間若能配合適當的 灌溉，將可大幅提高作物的產量。 灌溉水的取得，通常要花費巨額的開發費用，例如興建水庫，引水及灌溉管路的構築等都需要投入龐大的資金。依照受益者付費的原則，農田灌溉都要繳納水費，且其數額不小。因此現今灌溉技術都朝向節省用水的方向發展，以發揮灌溉水的最大效益。 二、灌溉方法 田間常用的灌溉方法分述如次:1.漫灌或淹灌(flooding):由灌溉溝渠引水將整個田面加以灌溉。水田的灌溉採用之，旱田因田面不平較少採用。漫灌法需要大量的灌溉水，在水源充足的地方才能採行。 2.溝灌(furrow irrigation):僅將灌溉水灌入行間或哇間所設置的灌溉排水溝，溝中的水分再向兩側滲透進入行內或畦內的土壤中，供作物利用。溝灌現今在旱田仍普遍被農民採用，比漫灌可節省灌溉水。 3.噴灌或噴灑灌溉(sprinkler irrigation):利用噴嘴(nozzle)和加壓設備使灌溉水以細小水滴由上方向植株噴灑，有如下雨之一種灌溉法，噴灌可節省灌溉水及人工，在乾旱或半乾旱地區非常盛行。作物所需的肥料亦可溶於灌溉水中隨灌溉水之噴灑而施於田間。常見的噴灌方式有下列各種: (1)單噴嘴固定式:每隔一定距離(依噴嘴能噴灑之距離)架設一個噴嘴固定在上，灌溉水經加壓(可用幫浦將水抽至水塔或利用自然落差)後由輸水管連接噴嘴噴灑。 (2)多噴嘴移動式:通常應用在農場面積較大的地區，一般利用引擎帶動噴灌設備 在田間移動及噴灑，噴嘴則依其噴灑之距離裝設。移動方式有二種: a. 往復式噴灌:由田區之一邊往對邊之方向噴灑，再以相反方向噴 灑回來。噴 灑量依移動速度及水壓而定，移動速度慢和水壓高時，噴灑量高。本法所需 設備及費用較低，適合在田區有田埂分隔或農場規模較小的農場採行。 b.旋轉式噴灌(center pivot):亦稱鐘面噴灌，灌溉水由田區中心處之轉軸連接到 個由數節(span)組成的長臂，猶如鐘面上之時針由中心之轉軸伸出一般。每 節的長度通常為50公尺，在節上每隔一定距離裝設噴嘴一個。噴灌時以順 時針(逆時針亦可)方向旋轉噴灑，旋轉一圈(360度)所噴灑的面積即為噴灌面 積，每一組旋轉式噴灌設備所能噴灌的面積可由其節數計算而得，大的旋轉 式噴灌常由12節(噴灌面積為113公頃)至16節(噴灌面積為201公頃)構成，因此可噴灑相當大的面積。旋轉式噴灌設計比較複雜，購置費用較貴，但灌溉效率高，且又省工，因此單位面積所花費之灌溉成本反而較低。這種灌溉方式現今已被許多大農場所普遍採用。 4.滴灌(trickle irrigation,drip irrigation):以低壓 數輸水管將灌溉水輸送至田間，再由許多支分水管分送至行間或株問，分水管上每隔一定距離裝設一個滴嘴，灌溉水以水滴方式由滴嘴持續滴入作物根際之土壤中，由滴水時間之長短控制灌溉水量。滴灌是最省水的灌溉方法，所需要的水管及滴嘴均可採用價格低廉之塑膠產品，惟灌溉管路及滴嘴的維護比較麻煩，是其缺點。現今採用設施栽培(Protected cultivation)者如在溫室、塑膠房栽培的作物大都採用這種灌溉方法。 滴灌通常每一植株裝設一個滴嘴，但植株小的作物亦可由一個滴嘴供應數株灌溉水的需要。反之，大的植株如果樹，則可在根除周圍裝設數個滴嘴供應灌溉水。 5.地下灌溉(subirrigation):在土壤底層 裝設水管灌溉，使灌溉水經由毛細管上昇至作物根際而由根部吸收利用。惟地下底層需有一不透水層，以免灌溉水滲漏損失。地下灌溉可以防止土表形成硬殼，避免地表水分蒸發損失，但水管埋費時費錢，因此採用並不普遍。 第十二章 收穫、乾燥及貯藏 一、收穫的意義 大部分農作物栽培的目的是為了收取其產品，供吾人利用，因此凡由田間收取作物產品之過程統稱為收穫(harvest)。 二、收穫適期 作物的種類相當多，收穫期之恰當與否，不但影響產量和品質，亦影響收穫後之調製及貯藏效果。因此必須把握收穫適期及時收穫，以獲得最大、最佳之產品及最高之利潤。茲將收穫適期的型態分述如下： 1.作物的收穫適期，因作物種類、品種特性、季節及利用目的而異。一般作物之收穫適期可做下列原則決定: (1)收穫部位的產量達最高時。 (2)收穫部位的主要利用成分達最大時。 (3)收穫部位之成熟度適合吾人需要時。 2.在實際操作上，有時為了下列理由而在作物尚未完全成熟或達到市場上所要求之成熟度前就採收: (1) 成熟期不一致，為了避免先成熟部份過熟，而在整株所有收穫部位達到某一 成熟度時就收穫，例如落花生、綠豆。 (2) 需要長時間運輸至市場(國外市場)，避免運抵市場前過熟或損壞，以園產品 之水果最常見。 (3)市場價格高時，雖犧牲部份品質提早採收，但可能獲得較高利潤。 (4)成熟期間遭逢或預期有惡劣之氣候環境及病蟲害，為避免受損而提前收穫。 （5）此種作物在成熟時極易損壞。 三、成熟特徵 作物到達收穫適期時，在外觀上如色澤、形狀等皆會表現該一作物之成熟特徵，是作物生產者用來判斷收穫適期之依據。現將各類作物之成熟特徵與收穫適期分述如下: 1.禾穀類 禾穀類作物之收穫部位為穀實(或稱為種實、穀粒)，穀實的成熟過程可分為五個階段，即乳熟期、糊熟期、黃熟期、完熟期及枯熟期。以水稻為例，通常在黃熱後期或完熟期收穫最為恰當，此時大多數稻穗上之穀粒呈金黃色，且飽滿堅硬，僅穗基部2~3穀粒尚呈黃綠色。如收穫過早則收量減少，青米多過遲收穫則易落粒，穀粒退色枯白，品質變劣，且遇風雨易倒伏，致使收穫困難，甚至發生穗上發芽。另加麥類則在植株莖葉變黃，麥穗枯黃，全麥田接近完熟期時即可收穫。玉米在果穗苞葉枯白，籽粒堅硬時為收穫適期。 2.豆類 一般豆類作物之收穫期以葉色、莢色來決定。(1)大豆成熟時葉黃化脫落，莢變黃褐色，種子乾硬，則為收穫適期（R8）;收穫太早，青莢多，豆粒仍帶綠色（毛豆R5-R6），品質不佳;收穫太遲，則莢易裂開而損失產量，品質亦變差。 (2)落花生同一株的莢果成熟期不一致，通常植株下部葉片變黃，大部分莢果已充實，莢殼網紋明顯，內側變褐色，就是成熟的特徵，應即收穫;過遲收穫易引起莢果脫落土中，造成莢果地中萌芽或感染黃麴黴菌。 (3)紅豆在葉片黃化脫落，莢果由綠色轉變為黃白色或褐色，植株乾枯時，為收穫適期。 (4)綠豆則在大部分莢果變異或黃褐色時就可開始採收過遲收穫容易導致裂莢落粒損失。 3.地下根及莖類 澱粉用者以地下塊根或塊莖之貯藏物質(澱粉)及產量均達最高時為收穫適期，但外觀上常無明顯表徵，甘藷一般在種植後5~6個月，一年生春植樹薯，在翌年1~3月間收穫，春植二年生樹薯則至翌年12月間收穫。食用者如甘藷（秋末莖葉停止生長）及馬鈴薯（莖葉枯萎，葉片脫落），應在藷(薯)形大小及形狀符合市場需要時收穫。 4.牧草 一般愈早收穫產品之適口性愈佳，消化率愈高，但產量少。因此為了兼顧質與量，收穫期不能太早和太遲。禾草類、三葉草和苜蓿之最適收穫期通常在開花早期與盛花期之間。能產生大量籽實者，如青割玉米、大豆等則應稍遲收割，讓籽實充分充實，以提高飼料品質。 5.糖料作物 以收穫部位(甘蔗為蔗莖，甜菜為肥大根)之含糖量達最高為原則。就甘蔗而言，此時葉色變黃，下位葉脫落僅稍頭部有少數綠葉，莖變硬等特徵;蔗莖含糖量可利用手提錘度計測定蔗汁濃度，錘度(Brix)最大時，表示蔗汁糖度最大。 6.菸草 菸葉成熟的徵狀，為葉色由綠色變成黃綠色，中脈及背面呈黃白色，葉面茸毛脫落，本葉、天葉膠脂分泌增多，葉片脆而易折，葉片下垂且與莖幹所成的角度增大等。 7.纖維作物 麻類在下位葉凋落，莖稍帶黃褐色時即可收穫，若待纖維過度硬化，雖然收量大，但品質變劣，因此須稍早收穫才可獲得良好品質;棉花則在吐絮後收穫。 8.茶葉 當茶芽(採摘芽)生長至具有5枚葉片以上，兒茶素(catechin)含量最高時，即應採收。若有對口葉(banji leaves)發生，表示茶芽已過老，品質變劣。 對口葉：茶芽生長製最後一個芽葉展開時之端 僅存小點之休眠芽，此時該枝條停止生長。 9. 葉菜類：果菜、葉菜不論何時都可供食用，收穫期愈早，市場價格愈高，均在未成熟前採收，收量雖少，但可提高價格，太晚纖維增加或抽苔不適食用。但西瓜、甜瓜需成熟才採收。 10.果樹：果實充實、風味極佳時採收最好，但易於腐爛，不耐貯藏運輸，故在商業上多未完熟前採收，以便在貯藏或運輸中追熟。 追熟：可完成養分的輸送，使種實內所含的成分起化學變化，藉以增加貯力。如：香蕉、木瓜、芒果、西洋梨。 四、收穫方法 1.刈割法 禾穀類、豆類及牧草適用此法。一般落後國家都利用鐮刀自莖基部刈取，再行脫粒。但先進國家收穫作業都已機械化，各種作物有其專用之收穫機，例如水稻、小麥都以聯合收穫機(combine)收穫。該機不但能刈割植株，並能進行脫粒、風選或篩選、清除雜物和裝袋，以至於排出草稈及切稈等作業，但收穫前必須注意穀粒含水量，含水量過高穀粒容易受損傷，水稻穀粒含水量宜在25%以下，稻稈含水量以75%以下為適當。 台灣甘蔗的採收早期是利用人工，先用鋤頭自基部割取蔗莖，再削除蔗葉，去蔗尾(梢頭部)，切割成2~3段，收集成束，高搬運至糖廠壓榨，自1970年開始，已改用收穫機收穫。 2.掘取法 地下根及莖類作物採用此法，例如甘藷、馬鈴薯、樹薯、甜菜及人參等。甘藷或馬鈴薯的收穫，可利用塊根掘起機，自土壤中挖出塊根或塊莖，經選藷 (薯)後輸送至裝載車或放置田間。作業前須先除去藷蔓，但大型甘藷收穫機可將割蔓與掘藷(薯)等作業一次完成。 3.摘取法 適用於茶、咖啡、棉、菸草等作物，在收穫適期摘取收穫部位。早期採摘作業多以人工或利用剪刀採取之，近年多改用機械，例如棉花利用 棉花採收機、茶葉利用採摘機進行收穫工作。 臺灣茶葉採摘早期摡用人工，論斤計值，為避免單調，舒解疲勞，採摘進行中，經常互以民謠、情歌對唱，嘹喨歌聲激盪山野，餘音盤旋，終日不去。現今許多茶園已改用茶葉採摘機採茶，凡採摘面平整、茶芽整齊，樹高在60~90cm，坡度不大的茶園，皆可使用小型動力採摘機或雙人式採摘機採茶，每天約可採摘1,400~ 2,200公斤的茶菁。但為了取得標準的茶菁，以調製高品質及高價位的茶葉(多為烏龍茶)，許多茶農仍採用人工採摘。園藝作物：茄子、胡瓜、番茄等。 4. 拔取法： 收穫後，必須經水洗或浸水的作物均用拔取法，如園藝作物蘿蔔、蔥等。 五、乾燥(一) 乾燥的目的在去除收穫物內的水分，使其含水量降至安全範圍，避免發芽、發霉、發熱，甚至腐爛，並延長貯藏期限。乾燥的方法有二種:即自然乾燥法及機械乾燥法。 1.自然乾燥法 利用日光、風吹，使作物水分減少。常用的方法有三種:平乾法、立乾法及架乾法。 (1) 平乾法係將收穫物平舖或排列成覆瓦狀於曬場上而乾燥之，每天翻轉二、三 次，使乾燥均一。大部分作物如水稻、小麥、落花生、大豆、玉米、高梁等均 用此方法。臺灣稻穀乾燥法過去都將稻穀攤在曬場上，舖成波狀長條，每隔三十分鐘左右上下層翻轉一次，但陽光強烈的上午11點至下午2點間，應增加翻轉次數，避免表面溫度過高，夜間則集成穀堆，上面覆蓋塑膠布，翌日上午再披開乾燥。乾燥所需時間，做日照長短、強弱而異，晴天第一期作約需3~4天，第二期作約需5天，稻穀含水量降至13%以下即可。 (2) 立乾法係將收穫物捆成適當大小之束，互相堆立，排列成屋脊狀而乾燥之， 如胡麻。 (3)架乾法係先用竹木造架，將收穫物捆成一束而掛於架上乾燥之。 2.機械乾燥法 利用自然乾燥法難免將灰土砂粒夾雜到穀實裡去，且需曬場，所費勞力亦多，若逢雨季，很難迅速乾燥，品質不易控制。因此，近年來採用乾燥機乾燥已日趨普遍。機械乾燥法比傳統乾燥法除可節省勞力外，尚可日夜操作，縮短乾燥時間。 機械乾燥機有箱式及循環式二種，箱式乾燥機容量較小，構造較簡單，主要為熱風機與乾燥箱兩部份，每批次乾燥量約為600~1,000公斤，適於一般小農場使用，每批乾燥需時14~20小時，平均每小時可減少水分含量0.5~0.7%。除可乾燥稻穀外，尚可乾燥豆類、瓜子、香菇、竹木、龍眼、筍乾、魚乾和大蒜等無特定形式的農產品。 循環式乾燥機的構造較箱式複雜，乾燥容量較大，由1.5~4公噸不等，乾燥速率較箱式為快，每小時約可減少水分含量0.8~1%左右。 六、貯藏 作物經收穫、乾燥後，未出售前需先加以貯藏，如係種子也需貯藏至下一個播種期。不良的貯藏方法或場所容易發生霉爛、蟲蛀、鼠害、品質劣化、種子發芽力減退等現象，損失至大。 1.影響貯藏的重要因素 (1) 水分含量:水分含量與產品能否長久貯藏有密切的關 係，穀實中如果水分含 量高，則呼吸加快，穀溫升高，黴菌、害蟲繁殖也快，更助長發熱，造成熱 損(heat damage)。一般禾穀類作物如水稻、玉米、高梁、小麥、大麥、粟等， 其種實之安全貯藏水分含量必須在13%以下，豆類籽實及油籽最好在11%以 下。 (2) 相對濕度:經乾燥後的作物產品，應放置於相對濕度低或乾燥的地方貯藏。貯藏場所濕度高時，作物產品可從空氣中吸收水分，而有「還潮」現象發生。 台灣的氣候比較潮濕，相對濕度經常高達80~90%，使產品的貯藏特別困難。 (3)溫度:溫度對於穀物或其他產品貯藏的影響與相對濕度一樣的重要。這二項因 素，大體上就可決定作物產品的安全貯藏期限。高溫會加速昆蟲、微生物的繁 殖和穀物的呼吸速率，因此貯藏期間應盡可能維持低溫或放置在冷涼的地方。 (4)昆蟲:昆蟲蛀食穀粒，使穀物損耗並降低品質和發芽力。昆蟲之殘骸和糞便還 會污染穀物。 (5)黴菌:穀物感染黴菌除會降低品質外，尚會發熱、產生黴味，某些黴菌還會分 泌有毒的代謝物質如黃麴毒素(aflatoxin)。一般而言，黴菌在水分含量13.5%以 上的穀物中才能生存繁殖。因此要避免黴菌感染的方法為低溫、乾燥和適當的 通風。 2.貯藏方法倉庫貯藏:大量穀物之貯藏可利用倉庫。倉庫必須具備乾燥、通風與隔溫(絕 緣)等條件，構造要簡單，使鼠類無法躲藏，內窗能密閉，以便藥品燻蒸害蟲及 消毒。 (2)密封貯藏:試驗或育種用的小量種子盛於玻璃或金屬罐內，或放在乾燥器，加 入吸濕劑(乾燥劑)，再用膠布密封，以免受空氣濕度之影響，並應避免陽光直射。 (3)低溫貯藏:將種子貯藏在10℃至零下5~10℃的地下室或冰箱、冷藏庫(例如國家種原庫)等地方，以減少種子呼吸作用，酵素活性及其他化學變化之進行。 (4)充氣貯藏:將氮氣、二氧化碳等氣體裝入盛放產品之密閉貯藏器內，以降低氧氣的含量，抑制種子的呼吸作用及自然氧化作用。 (5)真空貯藏:適用於塑膠袋小包裝產品，將袋內空氣抽除(填充少量CO2)，使袋內無氧氣存在。• 第十三章 作物種實的化學組成分 一、前言 此處所稱之種實包括禾穀類、豆類及油料類作物成熟的果實或種子。這些種實一般都貯藏豐富的養分，供將來種子發芽及幼苗生長之需。貯藏物質以蛋白質、脂肪、澱粉或其他碳水化合物為最多，其含量視作物種類而異。一般而言，禾穀類作物種實以澱粉為主，常高達70~75%；豆類作物籽實變異較大，含油量高者以脂肪、蛋白質為主，含油量低者以澱粉及蛋白質為主;油料類作物之油籽則以脂肪及蛋白質為主。此外，不論作物種類，凡油分(脂肪)含量高的種子，其蛋白質含量亦高(表1)。 種實貯藏物質之部位在裸子植物為雌配子體，被子植物為胚乳或子葉: (1)胚乳:禾穀類、蓖麻、番茄、蕎麥。 (2)胚(子葉):豆類、萵苣。 (3)外胚乳(perisperm):甜菜、咖啡。 (4)雌配子體:裸子植物。 表1.作物種實蛋白質、油分及澱粉的含量(乾重%，表內數值為平均值) 作物 蛋白質 油分 澱粉水稻(穀) 8.0 2.2 74.0 小麥 13.4 2.2 80.0 大麥 14.0 2.5 74.0 燕麥 13.5 4.7 66.0 玉米 10.0 4.9 80.0 高粱 12.5 3.4 79.0 小米 14.0 4.7 68.0 薏苡 20.2 7.3 79.0 蕎麥 11.4 2.5 74.0 大豆 40.0 20.0 28.0 落花生(仁) 32.0 50.0 12.0 (帶殼) 26.0 35.0 16.0 菜豆 23.0 1.8 64.0 紅豆 22.5 0.8 65.0 綠豆 26.5 1.5 63.0 油菜 21.0 48.5 19.4 向日葵(帶殼) 16.3 31.0 18.7 (籽) 31.5 47.0 14.0 棉籽 22.2 24.4 47.5 胡麻 21.5 48.0 16.0 大麻 23.5 33.0 5.0 二、蛋白質(protein) 1.種實貯藏性蛋白質(storage protein)的類別 種實所含的蛋白質，依其對不同溶劑的溶解度可分成四類: (1)清蛋白(albumins):可溶於中性或微酸性的水溶液，遇熱凝結，蛋白及大部份酵素屬之。 (2)球蛋白(globulins):水及鹽溶性，遇熱不完全凝結，豆類種子富含此類蛋白，例如大豆之glycinin。 (3)醇溶蛋白(Prolamins):可溶於70~90%酒精，禾穀類含量高，例如玉米種實含 之zein(玉米醇溶蛋白)屬之。prolamin貯存大量的氮素，對種子發芽及幼苗長 頗有助益，但對單胃動物的營養品質低，因其胺基酸組成分中離胺酸(lysine) 及色胺酸(tryptophan)的含量偏低。禾穀類作物種實所含之醇溶蛋白，米:Zein(玉 米醇溶蛋白)。小麥:Gliadin小麥醇溶蛋白)。大麥:Hordein(大麥醇溶蛋白)。 (4)穀蛋白(glutelins):不溶於水，可溶於鹽溶液、強酸、及強鹼，麵包小麥(普通 小麥)種子含有多量的glutenin，即屬於此類，可使麵糰Q及麵包膨鬆。禾穀 類作物種實所含之穀蛋白，如:玉米:Zecanin。小麥:Glutenin(麥穀蛋白)。 大麥:Hocdenin。水稻:Ocyzenin。 一般禾穀類作物種實所含的貯藏性蛋白質，以醇溶蛋白及穀蛋白為主，豆類 作物以球蛋白為主，次為清蛋白。燕麥則例外，含有80%球蛋白。稻米(白 米)蛋白質及上述四類蛋白質的含量如表2其中穀蛋白的含量達85%。 表2.稻米(白米)蛋白質、直鏈澱粉(amylose)及四類蛋白質的含量 台農67號(梗) 台中在來1號(秈) 糯(%) (%) (%) 清蛋白 3.9 3.6 5.3 球蛋白 7.9 7.9 7.3 醇溶蛋白 1.4 3.2 1.9 穀蛋白 86.7 85.2 85.5 蛋白質(乾重) 7.0 7.4 6.5 直鏈澱粉 21.7 29.1 --- 大豆籽實蛋白質含量，以乾重為計算基準，一般介39.5-41.5%之間，平均為40%(表1)。 大豆籽實蛋白質中球蛋白佔90%，可溶性0.5-1.0M NaCl，依其沈降係數(Sedimentation coefficient)可分成2S、7S、11S及l5S四種(表3)。其中7S主要由b-conglycinin構成，11S主要由glycinin構成，兩者合計佔蛋白質總量之68%，為大豆籽實最重要的貯藏性蛋白質b-conglycinin及glycinin遇熱均呈膠質狀， glycinin所形成的膠質比較緊密，保水能力較大，因此大豆品種間這二種蛋白質所 佔的比率會直接影響豆腐的物理性質。換言之，b-conglycinin含量 較高的品種所製成的豆腐比glycinin含量高者為軟。 表3.大豆籽實球蛋白的組成分 沉降 蛋白質種類 佔球蛋白 分子量 含硫胺基酸(%) 係數 百分比(%) (KD) 甲硫胺酸 半胱胺酸 2S a-Conglycinin 12.7 18~33 0.5 4.8 7S g-Conglycinin 3.0 104 1.4 2.2 11S Glycinin 41.8 317~360 1.5 3.015S Poly-glycinin 7.5 --- --- --- 2.蛋白質之胺基酸組成 蛋白質係由各種胺基酸組成，因此其營養品質與各胺基酸之組成比例有密切關係，特別是各種必需胺基酸(essential amino acids)的組成比例。大豆蛋白質含有相當高的離胺酸(lysine)，但含硫胺基酸如甲硫胺酸(methionine)及胱胺酸(cystine)或半胱胺酸(cysteine)的含量則不足，其中甲硫胺酸的含量只有1.56%(表4)，低於與聯合國糧農組織(FAO)的標準。玉米蛋白質則剛好相反，離胺酸的含量偏低，但含硫胺基酸則較高。因此在飼料的調製上，大豆(脫脂大豆粉)通常與玉米或其他禾穀類種實混合，互相彌補各自的缺點。 表4﹒脫脂大豆粉蛋白質之胺基酸組成 胺基酸 含量 胺基酸 含量 (g/16 g-N) (9/16 g-N) 精胺酸arginine 8.42 白胺酸leucine 7.72 組胺酸histidine 2.55 異白胺酸isoleucine 5.10 離胺酸lysine 6.86 纈胺酸valine 5.38 酪胺酸tyrosine 3.90 麩胺酸glucamic acid 21.00 色胺酸tryptophan 1.28 門冬胺酸aspartic acid 12.01 苯丙胺酸phenylalanine 5.01 甘胺酸glycine 4.52 胱胺酸cystine 1.58 丙胺酸alanine 4.51 甲硫胺酸methionine 1.56 脯胺酸proline 6.28 絲胺酸serine 5.57 蘇胺酸threonine 4.31 3.蛋白酶抑制素(proteinase inhibitors)及植物凝血素(lectins，phytohaemagglucinins) 蛋白酶抑制素為分子量小、具有抗營養特性的蛋白質，常見於豆類、禾穀作物種實及薯類作物塊根和塊莖中，包括胰蛋酶抑制素(trypsin inhibitor)和凝乳胰蛋白酶抑制素(a-chymotrypsin inhibitor)，導致單胃動物食後消化不良，生育遲媛。此外，豆類籽實含蛋白酶抑制素高者，常伴隨含有植物凝血素，分子量亦小，為一種糖蛋白(glycoprotein)，蛋白質部分屬於清蛋白，能使動物紅血球產生凝結作用，降低動物對飼料的消化率。蛋白酶抑制素及植物凝血素對熱不穩定，經高溫或蒸煮處理後可破壞其活性，而提高蛋白質的利用效率。 4.脂質氧化酶(lipoxygenase) 脂質氧化酶普遍存在於作物各器官中，分子量約102 kD，含有一個鐵原子，能催化脂質所含之亞油酸(linoleic acid)及亞麻酸(linolenic acid)之過氧化用。 5.蛋白質的分解 種子發芽期間貯藏性蛋白質受各種蛋白質水解酵素的催化，水解為各種胺基酸，並與其他貯藏性物質(碳水化合物、脂肪等)之水解同步進行。產生之胺基酸再輸導到胚軸或其他部位可重新合成(de novo synthesis)為新的蛋白質(各種酵素)，供發芽時推動各種生理作用之需。 種實貯藏性物質在發芽期間經水解及重新合成為幼苗生長所需的各種物質，這些重新合成的物質對動物和對人的營養價值比原來的貯藏性物質提高。換言之，直接食用作物的籽實，不如食用其幼苗，如芽菜。 三、脂質(Lipid) 1.脂肪及脂肪酸組成分 種實所含油脂屬於甘油脂(glycerolipid)，包括磷脂(phospholipid)及中性甘油脂(neutral lipid)。中性甘油脂以三醯甘油脂(triacylglycecol)，亦稱為三酸甘油脂(triglyceride)為主，一般所稱的“含油量”是指三酸甘油脂的含量，並不包括磷脂在內。 三酸甘油脂由三個不同或相同的脂肪酸組成，主要的脂肪酸有辛酸(caprilic acid,8:0)、癸酸(capric acid,10:0)、月桂酸(lauric acid,12:0)、肉豆蔻酸(myristic acid,14:0)、棕櫚酸(palmitic acid,16:0)、硬脂酸(stearic acid,18:0)、花生酸(acachidic acid,20:0)及山俞酸(behenic acid,22:0)、油酸(oleic acid,8:1(9))、亞油酸(linoleicacid,18:2 (9,12))、亞麻酸(linolenic acid,18,3(9,12,15))、芥酸(ecucic acid,22:1)等。其中棕櫚酸、硬脂酸、油酸、豆油酸、亞麻酸五種為最主要的脂肪酸。棕櫚酸和硬脂酸為飽和脂肪酸(saturated fatty acid)，油酸、亞油酸和亞麻酸為不飽和脂肪酸(unsaturated fatty acid)，亞油酸和亞麻酸為多不飽和脂肪酸(Polyunsatucated fatty acid,有二個以上的雙鍵)。臺灣各地區大豆的含油量及脂肪酸組成分如表5。 表5.臺灣各地區大豆含油量及脂肪酸組成分成分 臺北 臺中 臺南 屏東 花蓮 臺東 平均 (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) 含油量 21.5 24.0 22.8 23.3 19.8 21.5 22.2 棕櫚酸 14.3 15.0 14.9 13.2 13.5 14.8 14.3 硬脂酸 4.0 3.6 4.5 4.1 3.9 3.5 3.9 油酸 23.0 24.2 25.9 24.3 16.8 25.7 23.4 亞油酸 49.8 50.0 48.2 51.3 57.1 49.0 50.9 亞麻酸 8.8 7.0 6.7 7.2 8.5 6.9 7.5 (湯等，1977) 2.脂肪的水解及代謝 種子發芽時，脂肪經細胞內各種脂肪酶(lipases)的作用水解為各種脂肪酸，再經b-oxidation及glyoxylate cycle進入TCA cycle，提供發芽及幼苗生長所需之能量。 四、碳水化合物 碳水化合物是許多作物種實的主要貯藏物質，特別是禾穀類及某些豆類作物(如豌豆、蠶豆、綠豆等)。 l.澱粉(starch) 為多糖類，由葡萄糖鍵結構成，鍵結形式有二種: (1)直鏈澱粉(amylose):葡萄糖以a,1-4方式鏈結。 (2)支鏈澱粉(amylopectin):在分支處的葡萄糖以a,1-6方式鍵結。 直鏈澱粉及支鏈澱粉佔澱粉的百分比因作物種類不同而有很大差異，在水稻品種類型間亦有極明顯差異，梗稻約22%，秈稻約28~30%，糯稻則只有支鏈澱粉;馬齒種玉米直鏈澱粉含量約28%。直鏈澱粉及支鏈澱粉皆可被a-amylase及b-amylase所分解，但支鏈澱粉在分支處只能由a,1,6-glucosidase才能將其分解。直鏈澱粉含量的高低與烹調品質(cooking quality)有密切關係，含量愈高，米飯的黏性愈低。 五、多元酚類(polyphenols) 豆類及部份禾穀類種實之種皮呈褐色及黃色者，大部含有多元酚類化合物，為種子的防禦性物質，例如高梁抗鳥型(bird resistant)品種，其種皮褐色，含有很高的多元酚類，鳥兒食後不易消化，鳥害減輕。但多元酚類妨礙消化，降低飼料營養價值，含量高的品種多被淘汰。 第十四章 作物的產量、品質與提高作物生產的新技術 一、作物的產量概念 何謂作物的產量?簡單地說即是作物可收穫的數量，這些數量包括量和品質兩方面。作物的產量可分為三種: 1.光合產量(photosynthetic yield) 光合產量係指作物在生育過程中，通過光合作用所累積的碳水化合物以及由碳水化物或結合礦物所衍生的各種有機物質的總量及所含總能量，包括整個生育過程中的呼吸消耗量和其他損耗量在內。光合產量=光合作用面積´光合作用時間´光合作用強度。 2.生物產量(生物學產量)(bilogical yield) 生物產量係指收穫時作物有機體的總產量。理論上應包含地上部和地下部重量總和，但一般除收地下部產品的作物外，另計算地上部重量。 3.經濟產量(economic yield) 經濟產量係指作物具有經濟價值部位的產品重量。即是人類栽培該作物的主要目的物的種重量。 以上三種產量一般都以乾物重計算，但對某些收穫鮮體的作物，則以鮮重計算。如禾穀類、豆類、油料作物、棉、麻類等均以乾物重計，而根莖類一般就以鮮重計算。 經濟產品因作物而異，也因栽培目的之不同而異，如玉米，可收穫仔粒做糧食或飼料，也可以收莖葉做青刈飼料。 二、三種產量的相互關係 1.光合產量與生物產量的關係 (1)生物產量以光合產量為基礎 生物產量90%以上來自生物合成的碳水化合物和由碳水化合物衍生之蛋白質、脂肪、維生素等有機物質。所以要生物產量高必須光合 產量高。所以想要單位面積產量高必須光合作用強。 (2)光合產量不可能全部轉化為生物產量 光合產量中的大部份在作物生育過程中被呼吸作用有消耗，和受 病蟲害、禽獸危害所損失。 (3)光合作用與生物產量結合的結果有三: a.光合產量不高，導致生物產量也不高， b.光合產量雖高，生物產量未必能高， c.光合產量和生物產量都高。 2.生物產量與經濟產量的關係 (1)經濟產量以生物產量為基礎 作物必須在生長出相當數量的根、莖、葉後，才能產出相應的種子、果實和塊根、莖等。所以要經濟產量高，就必須要生物產量高。 (2)作物產量不可能全部轉化為經濟產量 因為作物的光合產物可用於生長營養器官，也可生長生殖器官。種子作物的生物產量是營養器官和生殖器官的總和，所以子實產量的高低就取決於營養生長期與生殖生長期之供需控制。 (3)生物產量和經濟產量的關係 經濟產量=生物產量×收穫指數所謂收穫指數(harvest index,HI)指作物具有經濟價值的產量與作物產量的比值，亦稱為效率係數(coefficient of effectiveness)或轉移係數(migration coefficient)。 (4)生物產量與經濟產量的結果有三: a.生物產量低的作物，收穫指數雖高，但經濟產量也不會高。 b.生物產量高，而收穫指數也高，導致經濟產量也高。 c.生物產量高，而收穫指數低，導致經濟產量也低。 三、作物經濟產量的構成要素 1.產量的構成要素 如上所述，經濟產量因人類栽培目的和作物待性的不同而異，基本上可分為三類:第一類是收穫種子者，如禾穀類、豆菽類、油料和棉花等;第二類是收穫營養器官者，如根莖類(薯類)、甜菜、甘蔗、麻類、菸草等;第三類是收穫植株全體者，如綠肥、青飼料等。將各類作物經濟產量的構成要素列表如下(表1)。 表1 各類作物經濟產量的構成要素 產品類別 作 物 經濟產量構成因素種子 禾穀類 穗數、每穗實粒數 、粒重 豆 類 株數、每株莢果數、每莢果粒數、 粒重 油 料 株數、每株角果或萌果數、每果 實粒數、粒重 棉 花 株數、每株有效鈴數、單鈴數、 衣分 營養體 薯類 株數、每株薯塊數、每薯塊重量 甜菜 株數、每株根部重量 甘蔗 莖數、每莖重量 麻類 株數、每株韌皮纖維或纖維重量 茶、菸草 株數、每株採收重量 全部 綠肥飼料 株數、單株重 2.產量構成要素相互關係的一般概念 除收穫全部植株的作物而外，所有作物產量的構成要素有兩個以上，而這些構成要素之間都存在著相斥和相補的關係。在不同條件下，通過不同產量構成要素的組合，可能得到相同的產量，亦即相同的產量，其構成要素的數量可能相差懸殊。以禾穀類作物為例，相同的產量可能是因經由穗數多而每穗粒數少來達到，也可能是通過穗數少而每穗粒數多來達到;可能是以粒多而粒輕達到的，也可能是以粒少而粒重達到的。 用互斥和互補關係來講，互斥關係表現為:如果某一個產量構成因素得到很大發展，則另一些構成要素必然受到抑制，互補關係表現為:如果某一個產量構成要素的發展受到抑制，則另一些構成要素又會得到較好的發展。如在不同條件下，禾穀類作物的籽粒數如果很多，則其粒重必降，如籽粒數很少，則其粒重必增。 四、影響作物產量的因素 作物產量最主要受二個基本的因素控制，一為乾物重的產量，另一為乾物質的分配。前者主要藉著作物的光合作用而獲得，後者涉及到光合產物的運轉和分配。 1.影響作物乾物質生產因素很多，簡單而言，作物要有很高的乾物質生產必須具有(i)高的光合能力(Photo-synthetic capacity),(ii)較長的時間進行光合作用，亦就是較長的光合作用持續期(photosynthetic duration。 2.作物光合產物分配能力的大小除受本身遺傳因子控制外，尚受環境因子的影響。凡舉溫度、水份、濕度、二氧化碳濃度、光度，以及植株本身之結構、葉片排列的位置、葉片大小都會影響光合產物的分配。 五、作物產品的品質 1.作物產品品質的重要性 隨著農業生產的發展，商品生產也日益擴大，對農作物產品品質的要求也愈來愈高，也反應當前生活改善，成為現今農業發展的一個新目標。 作物產品都是人類生活必不可少的物質，依其對人類的用途可劃分為兩大類:一類是作為人類的食物，另一類是作為人類的衣著原料等。作為植物性食物的糧食，主要包括稻米、小麥、大麥、玉米、高梁、薯類及粟等，是人類的主食。例如中國大陸人民的膳食中，由糧食提供80%的熱能和60% 蛋白質，由糧食供給的B群維生素和有機物在膳食中也占有當大的比重。所以糧食的品質與人類身體健康關係極為密切。還有人類所需的食用植物油脂的90%以上是由總稱為世界五大油料作物的油菜、棉籽、大豆、花生、向日葵提供的。油脂是人體所需熱能的主要來源，1克脂肪氧化可釋放出約9000卡的能量，是一種高熱能食品。近年來研究初步証明，人體動脈硬化的發病率與動物油脂中膽固醇與高級脂肪酸含量較多有關。因此食用植物油脂顯 得特別優越，人們越來越注重食用油脂品質的改進。人類衣著原料主要來源的棉麻產品質量也得到積極改進。 2.作物產品品質的評價指標 目前評價作物產品品質，一般採用下述兩種指標。 (1)作物產品品質的生化指標 常用的生化指標有蛋白質、氨基酸、脂肪、澱粉、糖 分、維生素、礦物質及有害的化學成份含量，以及有害物質如化學農藥、有毒重金屬元素的含量等。具體衡量某個作物產品品質的生化指標，要以這一作物的營養品質為準，如糧食作物籽粒品質主要是以蛋白質含量及氨基酸組成，特別是賴氨酸、色氨酸、離氨酸等主要必需氨基酸在籽粒中的含量。其次是澱粉含量，以及澱粉化學結構中直鏈澱粉與支鏈澱粉含量、比例和它們分子量大小等來評價產品品質；油料作物產品品質應以總脂肪含量及必需脂肪酸組成作為營養品質的主要指標。脂肪酸中的豆油酸含量對評價油料作物產品營養品質有著重要的意義，作物產品中如植酸、單寧、芥酸、硫代葡萄糖甘、棉酚及胰蛋白脢抑制素等一類有害化學成份的含量多少，也當是評價作物產品的營養品質的指標。 (2)作物產品品質的物理指標 如產品的形狀、大小、滋味、香氣、色澤、種皮厚薄、整齊度、纖維長度、纖維強度等。稻米還有心腹白及透明度等綜合指標。對有些作物來說，評價產品品質的物理指標對強度等物理指標，卻是影響其品質的主要因素。 值得提出的是，對作物產品品質的優良與否要進行綜合評價，才能得出較為準確的結論。有時同一作物的產品， 因用途不同，質量要求也不一樣。如甘薯要加工成澱粉時，以適時收穫的新鮮薯塊最好，因其含澱粉量較多;甘薯如要煮食，卻要求含有較多的糖分。又如小麥產品，製麵包時，要求小麥的蛋白質含量高，製餅乾時則要求蛋白質含量低。Kent(1975)對啤酒大麥籽粒的優質特點作了如下綜合性的概括:a.高的發芽力和高的發芽勢，b.於脫粒中機械損害產生的破粒，c.啤酒釀造力高，d.粒殼含量低，e.蛋白質含量低(一般含N量低於1.6%)，f.澱粉含量高。 六、提高作物產品的途徑 作物產品品質改良的途徑，可分為生產前的作物品質育種，生產中的栽培技術措施的改進以及生產後的產品處理等三個組成部份。 1.重視作物品質育種 提高作物產品品質最根本的方法是進行品質育種。作物產品品質與人類健康關係最為密切的先應該是營養品質和有毒物質的含量。 2.改善栽培技術措施 (1)合理輪作 作物經由合理輪作，可消除土壤中有毒物質和病蟲雜草的為害，改善土壤結構，提高土壤肥方，有利作物合理利用土地養份，提高作物產量和產品質量。 (2)合理採用栽培技術 作物在生長過程中所採取的各種栽培措施，幾乎都能影響作物產量和優良品質的形成，尤以密度、施肥、灌溉、收穫時期及方法等影響較大。 七、良質米 近年來由於國民所得大幅提升，消費者對稻米的需求，不是吃得飽，而是要吃得好。過去水稻生產，著重在單位面積的增加，但目前稻米生產過剩，因此提高品質，生產良質米已成為生產目標。 1.影響稻米品質之因素很多，除品種之外，尚有栽培環境、管理技術及調製方法等。這些因素中以品種之影響最大，但同一品種在不同之生長環境下，所生產的稻米品質也會有差異。 2.栽培法對稻米品質之影響，如氮肥施用過量或延遲施用會提高蛋白質含量，而蛋白質高者其煮成米飯之硬度增加，黏性及彈性均降低，顏色亦較差。此外如病蟲害防治不當使劍葉等上部葉罹患病蟲害時減少光合作用之葉面積，將導致澱粉充實不足，因而穀粒不飽滿，心腹白增加。抽穗不整齊之水稻導致成熟期常不一致時將增加青米率及死白米率或胴割率，而影響稻米品質。 3.水稻成熟收穫時期之穀粒含水量亦會影響完整米率，若收穫太遲，稻穀水份含量過低時，容易受日夜溫差之影響及收穫機械碰撞之物理損傷而產生胴裂。又如在乾燥過程中，乾燥熱風及乾燥速率過高或有不同水份含量之穀粒混合乾燥時，亦容易造成胴裂米之產生，而胴裂米率高之稻穀在輾米時易造成碎米降低完整米率，因而影響碾米品質及其商品價值。 八、提高作物生產力未來的方向 1.提高光合效率與增加產量 增進光合作用的途徑很多，重要途徑有: (1)研究控制光合作用的機制，減少無用的暗呼吸作用或光呼吸作用。 (2)研究控制光合產物運轉、分配的機制，增加產量而獲得最大的收穫指數。 (3)找出荷爾蒙控制開花、子粒充實及葉片老化的機制 以期利用荷爾蒙控制開 花、子粒的充實及葉片的老化。 (4)改良作物株冠結構，選拔理想的株型，或利用耕作方法以改善作物群落結構 內吸光的情形。 (5)利用CO2增加產量。 2.固氮作用 固氮作用可以說是僅次於光合作用最重要的生化過程。作物進行固氮作用不僅可以減少氮肥的需要，而且可以減少脫氮作用的損失。可以利用下列方式改進作物的固氮能力: (1) 擴大使用豆科綠肥及冬季覆蓋作物，豆科飼料作物。有些豆科植物具有很大 的固氮潛能，但都尚未充份發揮;例如一些苜蓿、紫花苜蓿其固氮能力往往超過大豆、花生二倍以上。 (2)豆科與非豆科作物的間作。 (3)利用遺傳工程方法改良作物和微生物之固氮能力。 (4)其他方面:改善根瘤菌寄主與環境的關係，包括作物的品種、土壤pH值、土 壤溫度、土壤養分狀況等，均有利於固氮作用。 3.遺傳的改良 利用遺傳改良及育種手段是提高作物生產力最有效的方法之一，在過去幾年成績最顯著為雜交玉米育種的成功。 (1) 改善作物育種首先必須要有充分的遺傳材料資源，廣泛收集以及建立種原庫 (germplasm)相當重要。 (2) 未來的育種目標，除了增加產量外，最重要的是改變作物的遺傳形質去適應 廣泛的氣候變化或地區，特別是一些環境惡劣的地區，而使作物能在不毛之地、過酸、鹽地土壤中生產。 (3) 利用遺傳資源繼續改善糧食作物的營養，可以提高穀類作物中蛋白質的含 量。玉米利用opaque-2 recessive gene可提高玉米子粒內蛋白質的含量。 (4) 遺傳工程的發展引起一些新的育種技術，包括組織培養、原生質融合、染色 體的置換等，這些技術的發展不僅可以保存一些稀有及有用的遺傳材料，同時可以擴大雜交的範圍，或是增加對生物性或環境上不良因素的抵抗能力。 (5) 新的作物當做糧食、飼料、能源、工業用途等資源的發展，以及野生植物提 供未曾被探索的遺傳資源，這些問題在未來農業生產力研究上將佔一個相當的角色。 4.增加養分吸收效率 (1)可以利用一些耕作方法，土壤管理方法來減少脫氮作用及硝化作用。 (2)利用高等植物共生之微生物(真菌、根菌)促進營養成份的吸收。 (3)施行葉面施肥。 5.增加生物性競爭能力 在未來的農業生產過程中必須要有系統有計劃地研究病蟲害管理的方式，使用天敵、寄生物的生物防治法，培育出抗病、抗蟲的品種及發展出一套有效的密集的病蟲害預測防治的措施。 6.增加對惡劣環境(逆境)的抵抗能力 不良環境因子，例如乾旱、低溫、高溫、鹽份、空氣污染、重金屬離子等均為全世界生產力的首要限制因子。除了培育抵抗不良環境的品種外，在栽培技術上改良環境最普遍的方法是灌溉。展望未來，地球仍有大部分地區因缺水而不能生產，旱害發生時有所聞，如何提高灌溉面積，改善灌溉方式在未來農業生產方向中方甚為重要。 7.利用植物荷爾蒙控制作物的生長與發育 許多化學藥劑，人工合成的荷爾蒙可以控制一些限制作物生產的生物過程。過去幾年在果樹、蔬菜、園藝花卉作物工具有相當成效。荷爾蒙具有下列主要的作用: (1)促進生根、繁殖:NAA、IAA、乙烯 (2)打破種、芽和塊根的休眠:GA、乙烯 (3)延長老化:cytokinin、GA (4)促進或延遲開花:IAA、GA、ABA、乙烯 (5)控制植株器官大小、形狀:GA、Auxin (6)控制性別:Auxin、GA、乙烯 (7)增加對不良環境的抵抗能力:polyanine、cytokinin (8)影響養份的吸收:cytokinin (9)促進果實的成熟:乙烯、GA、Auxin (l0)控制落葉、落果:Auxin、GA、cytokinin、乙烯、ABA (11)能改變植株成分等:乙烯、GA 八、作物生產的新技術 隨著科技的進步，作物生產新技術的研究及運用也 曰新月異，展望未來，下列新技術將在作物生產上產生 重大的作用。 1.遙感技術 通過人造衛星與遙感技術，對地球上的土地資源進一步詳測，進而擴大土地約合理利用，對作物病蟲害情況及作物生長發育情況的調查更全面及時。對氣象災害能及時了解。 2.遺傳工程 在作物生產方面，已在製造不致引起病菌起抗性適應的有機農藥。正在研究非豆科作物著生根瘤菌，進而也可以固氮問題。遺傳工程研究大大擴大了不同物種間雜交篩選新物種新作物的可能性。體細胞雜交為種間雜交打開了門路。3.組織培養 利用體細胞組織甚至單細胞培養成完整的作物個體，這項技術可加快優良品系的大量繁殖，增加繁殖倍數。試管內的組織培養能大大擴大細胞堆體群體，從增加選擇的機率，縮短選擇周期。尤其在作物對病害(如玉米小斑病)及除草劑的抗性鑑定試驗方面，用組織培養的細胞堆體群體代替作物植株群體，可大大增加群體數量，並縮短試驗時間，提高了效率。 4.電腦的運用 運用電腦不但大大提高並促進了科學研究工作，而且對作物產品的市場信息能迅速了如指掌，對未來消費趨勢的預測迅速而準確，十分有利作物生產的規劃安排。對氣象的預測快而準確，使新品種或新技術術自創新至推廣應用的時間大為縮短。能將灌溉、施肥防除病蟲害及其他栽培措施的最佳方案，最迅速地提供出來應用。5.作物品種資源的開拓與利用 世界上有35萬類別的植物“種”，而目前被栽培利用的不足300個“種”。所以開拓野生植物的直接栽培利用，以及用來作為育種的原始材料，潛力是很大的。就現在栽培的作物來說，它們的變異性很大;大有挖掘利用的潛力。例如一般大豆的蛋白質含量只有35~42%左右，而有的品種資源可高達54%。現在已搜集保存的主要作物品種資源，以世界的情況來看，水稻約65,000種，小麥約26,000種，玉米約13,000種，大豆約14,000種。利用這些變異多項的品種資源，可以育成適應各種條件，符合不同利用要求，抵抗各種病蟲害與不良環境條件的新品種。作物品種的前程是遠大的，這不但基于各種有效的育種新方法新手段，更基於作物有廣泛的變異性多項性，有豐富的品種資源。6.土壤微生物的研究與利用 豆科作物根瘤菌的固氮作用，還沒有充份發揮。除了為根瘤菌固氮應創造良好的條件外，還要對一定的作物品種選配出最有效果的菌系。對菌系的繁殖速度，固氮能力，與土壤中其他菌類的競爭能力，都大有選擇改進的潛力。作物根隙微生物，影響作物對水肥的有效吸收與利用，並增強作物的抗旱能力，促進土壤中固氮細菌的固氮作用。 7.減少化肥中氮素的損失增加作物的有效利用 目前氮肥約有效利用率只有25~50%，其他均流失掉或揮發掉。施用“抵制硝化劑”硫化尿素，或超大粒的尿素，可以大大減少這種損失。作物葉片堆肥，也是發展中的新技術。8.病蟲害綜合防治措施 今後將採用“天敵，抗性作物品種，耕作栽培方法，使用農藥”等有效綜合措施防治作物病蟲害，以減少單純依靠農藥防治所造成的環境污染與為害人畜，及因施用農藥引起的病蟲對藥效抗性的增強從而使農藥失效。目前已發現430種害蟲，100種病害出現對農藥有抗性的變異。 9.植物生長素的利用 是有增產潛力的新技術，具有防止作物早衰，稈強不倒，促進早熟，改進品質，加強光合生產率，增加產量的作用。促使作物稈強的矮壯素(CCC)和三碘錛鉀酸(TIBA)，減少光呼吸作用的並硫酸氫鈉，以及增產的三十烷醇，已在我國生產上應用。 10.保護設施 塑膠布、溫室的利用技術，使作物生產發生了很大的變化。覆蓋可提高地溫，防治雜草，保持水份，促進成熟，使棉花花生等喜溫作物的產量成倍增加。設施栽培產量與品質均大為提高。科技進步，台灣各地區農業機械化已有相當成效，目前實施農業生產自動化以加速農業發展，促進農業升級。技術的應用，必須從效益出發，因地因時制宜。結合當時當地的具體條件，採用效益高的技術措施，才是最穩妥正確的。第十五章 永續性農業與作物生產 一、永續性農業的意義 永續性農業(sustainable agriculture)，目前也有稱之為有機農業(organic farming)、再生農業(renewable agriculture)、自然農業(natural agriculture)、替代農業 (alternative agriculture)等。其意義是指在農作物生產過程中使用有機肥料，而避免使用(或儘量少施用)化學肥料，以維持地方，同時不用農藥及生長調節劑，防治病蟲害和雜草，以減少農產品的殘毒和環境污染，保持生態平衡的農業生產的耕作方式，生產符合人類需求的健康安全食品。 上述名詞中，永續性農業的含義比較廣泛，凡是農耕方法能達到自然體系的平衡，天然資源的循環而不至枯竭，使農業生產繼續成長，以維持人類的生存，並提供良好的品質的生活環境者屬之。而有機農業或再生農業等均是狹義的永續性農業。如有機農業為永續性農業的一種，它是一種儘量不用化學肥料及合成農藥劑，配合豆科植物的輪作體系，利用農場廢棄物等的農耕法。而再生農業是指天然資源的循環再生和利用為重點，即將農業回歸自然農法。 表1 世界各國對傳統非化學性栽培法之名稱 英 名 中 名 使用國Alternative Agriculture 替代農業 Biological Agriculture 生物農業 英國、法國、瑞士、 西德 Ecological Farming 生態農法 Natural Farming 自然農法 法國、巴西、日本 Organic Agriculture 有機農業 美國、巴西、中華民國 Regenerative Agriculture 再生農業 美國 (20年前) Bio-dynamic Agriculture 生物動態性農業 丹麥、挪威、瑞典、澳洲 Holistic Agriculture 總體性農業 Low input Agriculture 低投入農業、 中華民國、歐美 低投資農業 Renewable Agriculture 更新性農業、 歐美 再生農業 Sustainable Agriculture 持久性農業、 泰國、中華民國、 永續性農業 韓國 Permaculture 永續栽培法 Low input Sustainable 低投資永續 美國 Agriculture(LISA) 性農業 二、永續農業的起源與發展 回顧農業的發展歷史，很明顯的可分成二個階段，第一階段是從人類懂得農耕開始至18世紀左右之漫長時期，這一階段人類對作物生產所採用之品種未經改良，各項耕作技術沒有科學根據，完全憑藉經驗的累積，所以這一階段可說是"age of expecience“。子曰:”吾不如老農“，正是這一時期的最佳寫照。農民除了知道施用有機質肥料如堆肥、廄肥等有助於作物生長外，沒有大型農機、化學肥科和農藥，因此作物生產不但效率差，而且非常辛苦。世界人口中，從事農業的人口幾乎佔80%以上，然而所生產的糧食，仍無法滿足人類的需要而常有饑饉發生。“民以食為天”正是當時各級政府施政的重點。 第二階段是18世紀以後，進入科學時代，凡事都要追求道理，此一階段可說是“age of reason”，作物生產也因農機的採用，化學肥科和農藥的施用而大幅增加，從事農業的人口大幅減少，並轉移到工商業和服務業。例如美國農業人口佔總人口不足5%，但所生產的作物產品除供應美國國內需要外，尚有大量剩餘供應外銷。 新科技雖然帶給人類豐饒和低廉的農產品，但其後遺症也逐漸顯現，例如農機持續不斷的翻動土壤，使土壤結構破壞，地力減退，並造成土壤嚴重沖蝕;化學肥料和農藥的大量使用，導致生態體系的破壞，引起地球自然環境的改變，以及消費者的恐懼。凡此種種，不僅危及農業的持續發展，也危及人類和野生動植物的生存。因此有識之士，遂著手尋求替代的農耕方法，使我們的農業得以永續發展，也就是一般所稱的永續農業(sustainable agriculture)。 三、有機農業與化學農業 有機農業為永續農業所要追求的目標之一，是指儘量少用或避免使用化學肥料及合成農藥而使用有機質肥料，利用農場廢棄物以及配合豆科作物之輪作系統以維持農業生產的一種自然農業(natural farming)，此與目前盛行使用大量化學肥料及農藥之“化學農業”(chemical farming)截然不同。茲將二者比較如下： 化學農業(現行農業) 有機農業(自然農業) 肥料:1.大量使用速效性化學肥料。 1.只取走作物收穫部位，將所 有作物殘餘物或農場廢棄物 回歸土壤，為一種再生農業 (renewable agriculture)。 2.有機質肥料之使用不受重 2.與豆科作物輪作或栽培豆科 視，逐漸式微。 綠肥，利用生物固氮以增加 土壤氮素的來源。 農藥:1.大量使用農藥以防治病蟲 1.利用抗病和抗蟲品種，採用 草等有害生物。 輪作，利用天敵以及改善栽 培環境以防治病蟲害。 2.每年投人大量資金及人力 2.利用作物殘餘物敷蓋、實施 開發新農藥。 輪作、病菌、植物相剋物質 等防治雜草。 化學農業(現行農業) 有機農業(自然農業) 缺點:1.化學肥料和農藥的大量使用 1.土壤有機質的來源目前仍嚴 污染土壤和水源，對人畜及 重不足，並且有機質肥料所 野生動物造成明顯和不可預 含肥料成分低，需大量施用 知的傷害。 才能提供作物足夠的養分， 在運搬及施用上皆不便。 2.對土壤未能善加管理及維護 2.對病蟲草害之防治仍無法如 ，造成沖蝕及地力減退。 農藥之有效及迅速。 3.農產品農藥殘毒的問題始終 3.現今生產成本仍比化學農業 揮之不去，對消費者構成強 高，必須在產品價格上獲得 大的心理壓力。 補償，才具有競爭力。 人類心態:以“征服”的心態對待人 以“感激”的心態對待人類賴以 類賴以生存的地球。 生存的地球。 總而言之，有機農業的興起，實源於現行化學農業所造成的弊害太大而又難以改善。然而有機農業所提出的對策，現今仍無法完全取代化學農業，有待將來的繼續研究。 四、永續性農業的重要性 永續性農業 (有機農業) 之重要性如下 :1.提高作物品質與價值 有機農業之生產在美國玉米帶試驗結果，較現行農業減產，玉米8%，大豆5%，小麥43%，其間耕作的不同在於是否施用化學肥料或農藥。 但今日人民生活水準提高，作物之生產已由量的問題提昇為質的要求。而有機農法之產品因具有均衡的養分，酵素的活動力較低，儲存時間長，品質保持時間較長，具有較高的經濟價值。並且有機農業之生產成本及能源投入均較現行農業為低，可能節省40%，其主要是節省能源肥料(N肥)製造之支出。 2.減少對自然資源的破壞 (1)防止土壤沖蝕 因永續性農業講求作物混作，利用穀類和牧草間作 等等，土壤表面覆蓋較完全，避免直接沖擊，增加水分滲入率，同時，有機農業使用作物殘枝、堆肥 等，具有覆蓋及養分重新循環利用，又著重利用最少耕犁法對土壤沖蝕防止亦有效果。 (2)防止水污染 有機農業使用有機肥料、殘體等，其有效性係微生物之活動所控制，土壤中之硝態氮常為植物吸收或其他微生物同化利用，可以防止水污染。相反過量的使用肥料及農藥，造成水污染。 (3)維持大氣品質 現行農業大量使用化石能源，致使大氣中之二氧化碳、氮氧化物增加，產生「溫室效應」使大氣溫度逐漸昇高。 3.摒除農產品之農藥殘毒 有機農業利用土壤管理生態原則，根除使用農藥，確保產品的清潔。 4.利用農場廢棄物 有機農業利用農場內外之有機廢棄物，植物經過分解，重新被吸收利用，可平衡循環。並且對環境之維護及土壤保育具有重大意義。 5.增進土壤生產力 連續長期施用有機質肥料，使土壤生物活動力增高，耕犁性優，結構佳，化學緩衝力大，保水力，保肥方增強，微生物相平衡，病原菌不易發生，輪作制度配合深根性作物栽培，養分向上移，增進地方。 6.具穩定社會力量 有機農業講究利用自然現象，人為其中一部，從事有機農業是種職業，也是生活的一部分，享受田間之樂。其產品雖較少，但不含化學農藥等物質，且營養成分高、平衡，有益人類健康。價格高，投入生產成本較低，淨收益並未見得少，對社會具有穩定之力量。 五、台灣農業環境永續性農業 台灣近年來由於工業污染，加上農業生產又使用大量的化學物品，因此空氣、水及土壤之污染愈來愈嚴重，如何保育農業資源，使農業生產力永續a，已成為當前最迫切的課題。 1.台灣河川水質之污染現況 近年來台灣由於人口增加，工場及畜牧場的廢水不斷地流入河川，因而水質的惡化日愈嚴重，在水質受到監視的2,628公里之河川中約有750公里受到污染，即佔全河流的1/4，而以大漢溪、鹽水溪、二仁溪等較為嚴重。 2.土壤污染對農作物之影響 土壤污染媒介主要是水、空氣、廢棄物和農業生產資材。土壤污染物質主要可分二種，一為有機物質，另一為無機物質如重金屬等。有機物質經一段時間後可分解，但重金屬不易分解，一旦農地被污染，可使作物生育受阻，減產甚至死亡。而重金屬則嚴重危害人體之建康。 3.空氣污染對作物生產之影響 台灣空氣污染物主要分為硫氧化物、一氧化碳、氮氧化物、碳氫化物、粒狀污染物等五種。空氣污染對農業環境的影響，一是對作物的直接影響，另一是先影響氣候如光度、溫室效應後間接影響作物生長。 據文獻報告，台灣農田每年受空氣污染的面積每年平均有數百公頃，每年賠償金額高達一千萬至五千萬元之多。 4.農藥之使用與環境污染 台灣一年使用農藥花費的經費約40億元。農藥對作物生產貢獻很大，但因過度的濫用造成嚴重的問題，如農產品的之農藥殘毒、河川、土壤之污染問題等。 5.畜牧生產與排泄物問題 台灣農畜產廢棄物每年約有1,400萬公噸。其中最大的困擾是豬尿糞，為最重要的環境污染源之一。 六、永續農業的實施方法 永續性農業既然為不施用或儘量減少施用化肥，同時雜草與病蟲害防治也不用農藥，那麼究竟如何能使作物獲得營養，同時又無雜草與病蟲害侵襲。其實施方式有如下述: 1.地方維持與植物營養管理 (1)輪作(Rotation):輪作不僅可以維持地方，並有防止雜草的功能。例如水稻一田菁一玉米輪作制中，田菁收割後覆蓋田面，行不整地栽培玉米，比雙期稻田的土壤中增加有機質0.3-0.5%，有效磷增加5.4Kg/ha,N增加0.01%,pH值降低0.5。此外水稻—大豆—玉米輪作制，則大豆便土壤全氮量顯著增加，但有機質則減少，有機磷含量降低，不過在種植玉米後能再恢復，所以在輪作制度中，作物的配合與平衡，非常重要。 (2)作物殘餘物回歸土壤：本省作物殘餘物以稻草與蔗葉較重要，通常這些物質含氮量達0.5%。 (3)施用堆肥，廄肥，綠肥等有機肥料：施用有機肥料可以改善土壤之物理性，減少表土的流失，活化土壤微生物以促進養份的釋放。同時廄肥等也供應各種植物的營養份，如豬，雞糞尿，直接利用或與稻草等製成廄肥使用。綠肥中本省冬季有油菜與紫雲英，夏季的綠肥則有太陽麻，田青等，其中田青為綠肥對後作水稻相等於增加72kg/ha的氮素，銀合歡則相當於增加421kg/ha的氮素，並增加土壤中的有機質。 (4)都市廢棄物之利用 (5)生物固氮:各種豆科植物，都能固定空氣中的N，這些根瘤菌Azotobactor，Rhizobium與Clostridium等。最近發現禾本科植物如玉米，高梁也能固氮，微生物為Spirillium lipoferrum。 (6)污泥利用:都市下水道污泥，經脫水後含有N3%，P2O 2.5%,K2O少量，另外有石灰，矽酸等。不過污泥常含有重金屬，如鋅(Zn)，鋼(Cu)，錳(Mn)，鎘(Cr)與汞(Hg)等應加注意。 2.雜草防治 不用化學藥劑防治雜草之方法有: (1)人工除草:過去小規模的農家，都由人工除草，包括水田或旱田的雜草。 (2)輪作法:水稻後種植雜糧，田間的雜草種類與原先水田的雜草不同，例如栽培 水稻時以闊葉草為嚴重雜草，但在後作雜糧以土香居多，同時也減少了切根蟲 的危害。 (3)栽培技術:利用混作栽培，即將遺傳持性不同的品系，依一定比例混合栽培， 由各品種或品系之生態習性佔據植冠空間(Canopy)，以抑制雜草。美國曾以 三葉草為覆蓋作物在大麥播種前先播，然後兩者同時生長，將來，大麥與三 葉草同時收割。 (4)殘株覆蓋:本省南部冬季稻田種植禾根豆或撒播大豆，將前作物水稻之稻草覆 蓋田面，大豆不需中耕除草。 (5)植物的相剋作用(Alleopathy):植物的相剋作用是作 物釋放某些次級代謝物 質，以抑制自己或其臨近植物的種子發芽、生長、發育、開花與結實之謂， 應用此原理於森林等長期性作物的雜草防治較為適合。據周昌弘(1989)報告 在林木砍伐後種植克育草，有抑制其他雜草生長之效，但不影響林木之再 生。實驗中以克育草萃取1.5-2.5%的濃度處理雜草(爬拉草)時，其根的生成 受阻，對高弧草(Fesetuca arundinacea)的生長也有顯著的抑制作用。經分析 是由於克育草(Ki-kugugrass,Pennis-tum clandstinum)分泌毒害物質，如Cumarin 等的緣故。 3.病蟲害的防治 非農藥的病蟲害防，除了法規方面使用檢疫以阻止外來病原與害蟲之進入外，一般有農業防治，生物防治與物理防治三大類。 (1)農業防治法:利用病蟲，作物與生態環境三者的關係而採用各種技術以促成作 物的生長發育，進而抑制病蟲害的蔓延與為害的方法。其中包括: A. 抗病或抗蟲品種的利用:如菸草「萬國士」與台菸5號抗TMV，白粉病等; 水稻新品種都抗稻熱病(Rice blast);水稻品種Mudgo與嘉農11號，12號對抗褐飛蟲，高梁台中5號對抗蚜蟲等，甘蔗新品種都對抗露菌病。玉米臺南8號，11號抗露菌病。 B. 混作與輪作:水稻與旱作雜糧作物可以減少切根蟲為害。北京地區稻麥輪作 使小麥的金龜子幼蟲為害得以控制。菸草的立枯病(Bacterial wile)與疫病(Phytophthora black shank)等土壤病害都可經由輪作而控制。 C. 種植時期:調整播種與移植時期，可收預防病蟲害之效，日本為避免二化螟 蟲為害，將水稻延遲10-15天播種。 D. 肥料:肥料過多使作物生長過於繁茂而軟弱，易發生病蟲害，如水稻N過量， 容易受褐飛蟲為害，菸草種植過密引發白粉病(Powdery mildew)。 E.田間衛生:清除雜草，減除過密的枝葉都可減少病蟲為害。 (2)生物防治(Biological control)法:生物防治乃以天敵(Natural Enemy)防治病蟲害的 方法。茲就病害與蟲害分別討論之。 A. 病害的生物防治:生物防治方法很多，但實際商業上應用的效果不如蟲害方面 為顯著。 a. 拮抗菌:土壤中之微生物原有一種平衡狀態，有相剋的，有互利的。我們利用相剋的生物，將其數量增加，以剋制有害的病原菌。增加有益微生物的方法，可以人工培養後施放土中，作物根部，作物表面或種子上，以達防治之效。 b.抑病土壤:某一地區的土壤不適於某病害的發生或蔓延稱為抑病土壤。其機制 通常是由於微生物與非生物因素共同所造成。利用本法時，可以直接利用抑病土壤種植植物;二為加少量抑病土至導病土，使其產生抑病作用;三是抑病因子了解後，將抑病因子導入土壤而防治病蟲害。如胡瓜悴倒病的抑病土是由於含高量的鈣，因此土壤中增加鈣的量，即可防止此病。 c.土壤添加物的利用:土壤中加添木屑，菸渣，豆科植物，麥類及堆肥等有機物 質，可促進土壤中微生物的增殖而產生抑病作用。例如SH土壤添加物對於蘿 蔔黃葉病，西瓜蔓割病及豌豆萎凋病(Fusarium)，胡瓜疫病均有顯著的防治效 果。SH土壤加添劑是菸渣，稻穀與蚵殼之粉末加尿素及其他P、K等植物養 份混合而成。 d.抗病品種。 e.輪作或休閒。 B.蟲害的生物防治:這方面的生物防治效果非常顯著，也就是俗稱以蟲治蟲的方法即屬此類防治法之，通常有下列幾種。 a. 天敵(Natural enemies)的利用:每種昆蟲都有天然的敵害，在平時由於相互達到 平衡，共同生存，當失去平衡就會發生蟲害。所以當我們使用某種昆蟲防治另一種昆蟲時，我們先考慮其本身是否有害，然後大量繁殖對作物無害，而對昆蟲有害的生物種類，大量釋放至田間，以防治害蟲。例如玉米螟與蔗螟利用赤眼卵生寄生蜂(Trichogramma spp.)，它將卵產於螟蟲的卵塊，卵孵化後，螟蟲的卵死亡，蟲數因此而減少。台灣南部的椰子紅胸葉蟲(金花蟲) (Brontispa longissima)為害椰子，利用其天敵釉小蜂(Tetrastichus brontispae)產卵於其蛹而殺滅之;茶與草莓之二點璊則以另一種加州或法拉西斯捕食璊取食之 (Amblyseius cahfornia與A.fallacis)，以防治二點葉璊之為害。國外以蟲治蟲的例子並曾發生極大效果者，為澳洲飄蟲防治吹綿介殼蟲，國內應用也十分成功。 b. 昆蟲性費洛蒙(Sex pheromone):費洛蒙是雌性昆蟲腺體分泌的一種物質，能引 誘雄蟲，故利用此一件佣誘殺雄蟲，降低雌蟲之受精機會，繁殖率因此而下降，害蟲蟲口減少，達到防治目地。例如本省斜紋夜蛾(Spodoptera litura)即利用費洛蒙防治而收效。 c. 不育法(Sterility):利用物理與化學方法使昆蟲不育，然後大量釋放於田間與野 外，與正常的害蟲交配生產無生殖力的後代，達到減少蟲口的目的。通常造成不育的方法有二，一為應用放射線r線或鈷60處理，二是應用化學藥物造成不育，本省曾對東方果寅蠅的危害，應用放射線造成不育以防治之。 d. 微生物防治法:利用蘇力菌(Bacillus thuringie-nsis)，白殭菌(Beauveria bassiana)與 病毒等治蟲，現知白殭菌防治甜菜夜蛾;蘇力菌防治小菜蛾，菜心螟，紋白蝶，松毛蟲，茶屬害蟲等均有效果。 (3)物理防治法捕殺法:徒手將蟲卵、幼蟲、蛹或成蟲等驅殺之方法。可分為直接與間接二種， 所謂間接即先將其打落，再收集而滅殺之，如捕蠅紙，捕蟲網等，本省曾以保特瓶捕殺葡萄扁蝸牛，頗有成效。 B. 誘殺法:利用害蟲的特殊習性或趨性如光誘夜盜蟲，金龜子；餌誘如餌木誘象 鼻蟲;甘薯誘扣頭蟲;伏誘乃以麻布等類捲捆於樹幹，害蟲會潛伏其中，如以枯葉，落葉堆放於農地，誘殺蟋蟀與螻蛄等;器誘乃以貯有化學物質之捕蟲瓶捕殺之。 C. 遮斷法:使用網室等以遮隔害蟲，使植物不致受害如守瓜之防治以及木瓜病毒 傳播媒介昆蟲之隔離，以及套袋以防瓜類的果實蠅等。 D. 溫度處理法:以火力或陽光曝曬殺死害蟲，如禾穀類等貯藏等貯藏害蟲。放大 火燒去田梗雜草除去越冬害蟲。相反的也有以貯藏產品放於5~15℃低溫殺死害蟲者。 E.濕度處理法:收穫的產品予以充份乾燥，減少蟲害或在田間浸水殺死蟲害。七、台灣推行永續農業的可能性 臺灣地區屬亞熱帶，高溫多濕，地狹人稠，過去對糧食需求迫切，因此土地使用率極高，化肥與農業的使用也極為普遍。多年來，對各種農作物之增產，產生了極顯著的效果。可是在產品的安全方面，尤其是蔬菜、水果，造成了消費者人人自危的結果。目前台灣消費者環保意識抬頭以及對安全食品的需求，大家認為原來的化學農業以有改變的必要，因此持久性農業逐漸受到重視。不過由於從此化學農業轉變為持久性農業的過程中，在執行上仍有許多問題，值得考慮。茲分述如下: 1.有機肥料的來源 持久性農業中植物養份的供應，必需建立在自己自足的基礎上，所以除了固定空氣中氮素以外，有賴於養份循環利用，所以有機肥料來源是主要的問題。因為台灣高溫多雨，土壤中有機質易於分解，溶淋激烈，損失很大。再加每年2-3作的複作制度，如果單靠每年一次綠肥，或間作一次豆科植物，供應氮肥，顯然不足，必需仰賴其他有機物來源。所幸台灣畜牧事業發達，每年牲畜排放的廢物中，所含養份可觀，知能循環利用，足供所需。2.亞熱帶病蟲害與雜草防治 台灣高溫多濕的環境，病蟲害猖獗與雜草滋生，完全不使用農藥的生物防治法與相剋作用等方法，很難澈底防治。尤其台灣的小農制度，農場面積狹小，隨時有受鄰田病蟲害影響之可能，故毒魚藤，除蟲菊及尼古丁等以外，是否應該配合使用少量農藥，仍值得商確。 3.持久性農業產品價格的提高與銷售 持久性農業產品沒有農藥殘毒，是一種安全或健康食品，所以售價往往會比化學農業的產品為高。在目前的社會價值觀念與經濟條件下，應可被接受。因此持久性農業初期成本較高的問題，應不嚴重。不過產品銷售的市場，如初期生產量少時，可透過合作社或超級市場直銷，但將來生產量加多，而且售價又高時，無法直接銷售，可能造成中間剝削，更易為不肖商人，假造冒充安全食品，擾亂市場，不可不慎。因此建立持久農業產品運銷制度也是很重要的配合措施。4.持久性農業發展在技術上的配合 現今農業已解決了過去持久性農業未能負擔的糧食供應問題，養活了不斷膨脹的人口，如欲回歸持久農業，至少不能降低作物的生產力。所以我們要發展持久性農業，有許多配合的技術必需開發。 (1)輪作或間作制度的研究:以了解作物的適應性，作物的相剋與相生現象，抗草 性、抗病蟲害性，固氮作用，不同養份的利用習性等等，以及相互間的關係。 (2)有機肥培的技術與效益:有機肥如綠肥，作物殘體，廄肥等的直接或間接發酵 後使用之方法，品質規範，以及在不同土壤條件下的肥效，對作物產量與品 質的影響與效益，有機肥培對土壤肥力的診斷標準等均需確立。 (3)無農藥的病蟲害防治技術:雖然不用農藥防治病蟲害的方很多，如天敵、微生 物、性費洛蒙、抗病蟲品種等，在推行持久(有機)農業時有絕對的需要性，再 配合輪作與間作制度，可收著效。但台灣的小農制，生物防治宜由政府統籌並 全面性實施，才能真正收效。 (4)有益土壤微生物的利用:固氮菌、菌根與溶磷菌等的選拔以供應用，以及今 後發展商品化的複合微生物肥料，作物殘體促進分解之菌類，非共生固氮菌 的開發等，均有密切的關係與影響。總之，台灣的持久性農業發展，已獲得 社會大眾的初步認同，不過要大規模進行，目前尚有困難。因為在執行上宜 先研究各項配合的技術，一方面推行園藝作物小面積約有機農場，再逐漸擴 大經營規模。就國外經驗，歐洲各國有機農業的農場面積佔全部農場面積比 率，大都在0.1%以下，僅法國為1.1%，瑞士為0.8%稍大。台灣農民由於專 業者少，而推行有機農業往往不能靠兼業農民辦理，因為有機農業需要人力 的配合與經常的照顧，所以在起步階段，旨在倡導，如在公元2000年能有 1000公頃的有機農場(合耕地總面積之 0.1%)也就相當不錯了。至於採用半 有機的折衷式農場，發展的可能性較高，也比較快速，面積也可能會比較真 正約有機農業為大。 第十六章 植 物 工 場 一、植物工場的定義 1.廣義： 在一定的生產管理下，植物的周年生產系統。 2.狹義： 在完全人工環境，植物的周年生產系統。 二、植物工場的意義 1.提昇農業的生產性 植物工場對於如美國坐擁廣大土地，可採用機械化提高勞動生產性，其意義並不如像我國在狹小土地上必須採用高度環境控制技術，以提昇土地生產性及勞動生產性，植物工場即是一項有力的選擇。從水耕栽培到植物工場，再結合生物工程技術(Biotechnology)的模式，是台灣邁向21世紀農業的發展的趨勢。 2.寒冷地、不毛地的農業帶來希望 如加拿大、蘇聯、北歐等寒冷地或寒冷期，中東及非洲的沙漠地帶，用普通的農法來栽培是非常困難甚至是不可能。在寒冷地的溫室栽培需要大量的暖房能源，沙漠地帶自然環境嚴苛，即使有充分水源栽培也是非常困難。像這些地區如果電力成本便宜的話，完全制御型的植物工場是非常可行的。 3.作業環境良好，可達省力化 一般普通農業必須在酷暑或嚴寒中從事重勞力的耕作，與在有空調的辦公室人員相比較差距相當大，從事農業生產者也應有主張在具有空調的空間作業。因此，如果施行植物工場從事生產，對於一種逐漸高齡化的行業而言不僅提供良好的作業環境並可達到省力化，吸引更多年輕投入農業生產。未來農業將是é腳下套著鞋套，身穿著白衣操作電腦系統從事生產û是植物工場的目標。 4.無農藥且可提供新鮮的作物 完全制御型植物工場與外界物理性的隔絕，培養液用水銀燈殺菌，作物在良好的環境下可以提高病蟲害抵抗性等理由，完全無農藥的生產是有可能的，農藥殘留無農藥栽培是有其重大意義。此外，如果在都市的近郊 生產，則剛採收新鮮的作物可直接供給消費者的利點。 5.可以生產高品質的作物 植物(蔬菜)在最適環境條件下栽培，一般而言維生素及微量元素含量較多，提高營養價值。但是如何把握環境條件及生長階段與營養價值之間的關係，將是今後重要的課題。 6.無連作障礙 連作障礙是土壤栽培的最大問題之一，植物工場是採用水耕栽培，同一作物在相同的場所作幾次的連作都可以並無連作障礙之疑慮。 三、植物工場的分類 植物工場依使用的何種光源，可分為太陽光利用型植物工場及完全制御型植物工場二種： 1.太陽光利用型植物工場 太陽光利用型是使用太陽光，太陽光是不確定(即無法掌控)的因素，由其決定環境之要因，意味著恢復本來農業生產的本質，即對於天候及收穫量無法正確的預測及控制，甚至必須配合栽培者的技術及經驗。 2.完全制御型植物工場 完全制御型是使用人工光(燈光)，不僅是光，其它如溫度、濕度、二氧化碳濃度、培養液條件等，足以影響植物生育的主要環境條件、均採用人工的控制系統。 四、植物工場的基礎 植物工場的基礎－水耕栽培法可分為下列幾種型態： 1.水耕(狹義的) 這種狹義的水耕方式是不使用固體培養基，依據根給予氧氣及養分方式的不同可細分通氣法、液面上下法、環流法(流動法)、浮根法等。 2.噴霧法 培養液以噴霧的形式，直接對根噴霧的方法。這個方法不僅氧氣可以充分供應，且對較不能適應水分過多的植物(某些種的花或藥用值物)，也可以使用汎用性廣。 3.固體培養基水耕法 這種水耕方式是使用固體培養基，又可分為礫石耕、砂耕、Rock wool耕、人工礫石耕。 五、如何使水耕栽培法普及 如何使水耕栽培法普及有四個重要觀點：1.認誰都能安心水耕法，必須開發確保pH及EC適值的自動控制設備。由農家的人自己調節pH值、操作培養液之補給容易失敗。2.培養液中不能含有病原菌，因此設施內外必須保持清潔，一定要十分注意栽培管理並徹底執行。 3.增加可以栽培的品目。 4.降低設備的價格。 六、植物工場的硬體技術 植物工場必要的技術： 基本技術 生長的定量化及生長促進 建屋系統 水耕栽培技術 共通技術 移動栽培技術 密植栽培技術 各種自動化技術 光源及照明設計完全制御型 最適空調設計 斷熱材之選定 太陽光利用型 最適製御技（）術 熱線吸收、反射玻璃的開發 七、世界的植物工場 植物工場於1950~60年代在歐洲誕生，1970年代在美國開發了完全制御型植物工場，一時研究風氣相當旺盛 ，進入1980年代初研究風氣稍微式微，取代的是大型太陽光利用型植物工場的出現。 另一方面在北歐、 加拿大等寒冷地的完全制御型植物工場，相當受到注目。 1980年代中日本開始大量的研究， 1990年代日本已處於領先的地位。 八、植物工場與生物工學 1.植物工場的育種 2.種苗生產的環境製御 3.人工種子遺傳子重組種子的育成 4.利用植物工場縮短育種期間 5.利用植物工場生產有用物質 九、植物工場的課題與展望1.成本與課題 a.減少電力費用 b.開發高效率的燈泡 c.製作生長快速植物 d.環境制御以外的方法促進生長 2.今後的展望