土壤也要快篩!氮、磷、鉀是植物成長所需重要養分,各家土壤肥力不同,作物需求各異,何時施肥?施什麼肥?比例如何?是老農秘而不傳的經驗談
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土壤快篩檢測掌握農地肥力

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行事曆icon 2022/10/12
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「土壤肥力快篩檢測套組」可快速檢測出土壤中氮、磷、鉀含量,讓農民即時訂立施肥方針,提供補給。

「土壤肥力快篩檢測套組」可快速檢測出土壤中氮、磷、鉀含量,讓農民即時訂立施肥方針,提供補給。


撰文/陳怡如

土壤也要快篩!氮、磷、鉀是植物成長所需重要養分,各家土壤肥力不同,作物需求各異,何時施肥?施什麼肥?比例如何?是老農秘而不傳的經驗談。工研院開發的「土壤肥力快篩檢測套組」,30分鐘就能檢測出土壤中氮、磷、鉀的含量,幫助農民快速訂立施肥方針,在植株需要營養的關鍵時刻,即刻提供補給。

如同人要吃東西,土壤也需從肥料中獲得營養。以往農民採用觀察法,判斷植株特徵給予肥料,比如葉片黃了,就加重氮肥:葉片枯了,就增加鉀肥。但施肥不像特效藥,能馬上改善病徵,必須經過代謝才有效果,當植株有問題時,想再追肥,往往已無濟於事,因此需即時掌握土壤肥力,及時施肥。


快篩套組國產化 適宜臺灣風土

目前國內農業試驗所及各區農業改良場,皆有提供免費的土壤肥力診斷服務,卻因檢查項目詳細,需耗時1個月,無法即時改善植株問題。對農試所來說,1年檢測數量高達3萬件,檢測成本約1,500萬元,所費不貲。

另一個快速解決方案,則是利用土壤快篩試劑。以國外快篩套組來說,只檢測氮、磷、鉀等影響肥力的三大要素,不考慮萃取時間約半小時就能知道結果,但國外的快篩套組和數值指標並不適用於臺灣土壤,工研院材料與化工研究所經理黃靜萍表示,「快篩試劑是一個很好的工具,但如果沒有搭配地域特性,對農夫的效益不大。」

於是在2019年,工研院與農試所展開合作,投入國產化的土壤肥力快篩檢測,操作方法很簡單,將田地土壤放入萃取瓶中加水,再加入萃取試劑,搖晃1分鐘然後靜置30秒後,即得到融出氮、磷、鉀的澄清液體,再放入呈色盒,放入呈色試劑,觀察顏色的深淺變化,只要30分鐘,就能知道土壤的氮、磷、鉀濃度。


專利試劑配方加數位判讀 準確率達8成

黃靜萍指出,雖然工研院和國外一樣採用呈色的方式,但工研院的技術有四大突破。首先是萃取試劑的配方研發,由於快篩是利用水萃取出土壤裡待測的氮、磷、鉀離子,但當土壤分散在水裡時,「就像爛泥巴一樣,水是濁的,」國外快篩是透過沉澱方式,等水變乾淨,「快的話等到隔天,但有些土等1個月也不見得會澄清。」於是工研院研發萃取試劑,僅捕捉讓土壤變混濁的微小粒子,卻會放過氮、磷、鉀離子,只要搖晃後等待短短30秒就能得到乾淨的萃取液。

第二是呈色試劑的配方研發。黃靜萍表示,呈色反應跟溫度和時間有關,在大太陽底下和在冷氣房裡的顏色反應不同;而時間則與反應速度有關,「就像新冠的快篩試劑,之所以要等15分鐘,就是要等它完全反應才準,太快或太慢都不行;如果反應速度沒有控制好,顏色就會一直改變。」於是團隊在研究呈色試劑的配方時,把溫度和時間全都考量在內,才找出最佳配方。

第三是呈色盒為獨家專利設計。它是透明盒子,光線、角度都會影響人眼對顏色的判斷,於是團隊在盒子外側加上阻擋陽光的遮光層,把光的干擾消除7成。而呈色盒外的對照色卡,國外產品是由淺到深的方式排列,但團隊採取錯位的方式呈現顏色,「因為人眼會視覺疲勞,依序排列容易感到疲累,錯位設計是為了擾亂視覺,讓你更容易對照。」

最後,除了肉眼判斷還不夠,團隊更進一步提供數位判讀服務,農民只要用手機拍下液體顏色,上傳雲端,AI演算法會自動匡列色卡辨識比較顏色相似度,直接顯示氮、磷、鉀比對色階,將比對準確率從肉眼判讀的5成提升至8成。


大數據分析 建立完整施肥平台

這套快篩套組除了快速和準確率高等優勢外,更節省農民成本。國外套組檢測1次要100元,工研院透過推出試劑補充包的方式,將成本大減一半。從施肥角度來看,掌握土壤肥力也能避免過度施肥,約可減少20%〜50%的施肥量,若以1公頃肥料成本年省2,000元、全臺稻米耕種面積26.3萬公頃來計算,1年就能省下高達5.3億元的肥料費用。

先前工研院的團隊已在高雄湖內、雲林土庫和臺中神岡等地,完成青花菜、玉米、花生、蘆筍、火龍果等作物的樣本實測,最近也將導入台糖的甘蔗田,從今年開始,團隊更選定恆春的洋蔥田,進行長期的場域驗證。

團隊還有一個更大的目標,透過長期蒐集檢測數據,連結地區、植株、土壤肥力和施肥的關係,建立完整資料庫平台,提供農民精準的施肥建議。從土壤快篩模組到大數據分析,臺灣農業的智慧化在科技的幫助下,正大步向前邁進。

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