國 立 台 灣 科 技 大 學 工 業 管 理 系
101 學年度實務專題報告
專題名稱 專題名稱
專題名稱 專題名稱： ： ：植物工廠作物選擇可行性分析 ： 植物工廠作物選擇可行性分析 植物工廠作物選擇可行性分析 植物工廠作物選擇可行性分析
專題編號：TR-100-01-111
指導老師：楊朝龍 教授
研究組員：B9801008 劉惠芳 B9801034 林姿君 B9801062 藍珮瑜
中 華 民 國 1 0 2 年 1 月 2 1 日
目錄 目錄 目錄 目錄
第一章 研究目的 ... 9
1.1前言 ... 9
1.2背景 ... 10
1.2.1植物工廠的發展背景 ... 10
1.2.2食品安全議題 ... 11
1.3植物工廠簡介 ... 12
1.3.1植物工廠緣起 ... 12
1.3.2植物工廠種類 ... 12
1.3.3植物工廠優、缺點 ... 15
1.4研究目標 ... 17
1.4.1市場趨勢 ... 19
1.4.2台灣的優、劣勢 ... 19
第二章 文獻回顧 ... 20
2.1作物 ... 20
2.1.1可行作物 ... 20
2.2作物市價調查分析 ... 21
2.2.1作物市價 ... 21
2.3挑選作物 ... 23
2.3.1獨特性 ... 23
2.3.2生長期(生長曲線) ... 23
2.3.3植物工廠與有機農業產量比較 ... 25
2.4有機農業 ... 25
2.4.1有機農業=植物工廠嗎？ ... 25
2.4.2種植要素、種類 ... 27
2.4.3消費者對有機農產品屬性偏好(購物導向) ... 28
2.4.4有機蔬菜直接銷售之利弊與展望 ... 28
2.5移植次數限制與生產相關決策(以萵苣為例) ... 29
2.5.1種子特性 ... 29
2.5.2生育適溫 ... 30
2.5.3不結球萵苣栽培管理方法 ... 30
第三章 植物工廠建置與營運要點 ... 31
3.1植物工廠的建置與營運 ... 31
3.2相關設施與技術 ... 31
3.2.1栽培系統與層架 ... 32
3.2.2人工光源 ... 32
3.2.3封閉環境與殺菌 ... 33
3.3能源 ... 34
3.3.1電 ... 34
3.3.2空氣循環與二氧化碳 ... 34
3.3.3溫度 ... 35
3.4作物選擇 ... 35
3.6選址 ... 37
第四章 整合生產排程於植物工廠成本分析 ... 38
4.1.排程 ... 38
4.2模型一：單一作物 ... 39
4.2.1低價位─小白菜 ... 39
4.2.2中價位─甘藍 ... 40
4.2.3高價位─蕹菜 ... 40
4.3模型二：多重作物選擇 ... 40
4.3.1 案例 1─颱風逼近，豪雨成災，菜價飆漲 ... 41
4.3.2案例 2─養身意識抬頭，生菜沙拉小兵立大功 ... 42
4.3.3案例 3─控制體重的好夥伴 ... 42
4.3.4案例 4─火鍋配菜 ... 43
4.4 模型三：考量價格及作物種植情形 ... 44
4.4.1蔬菜單位面積生產重量 ... 45
4.4.2蔬菜單日單位面積生產重量 ... 47
第五章 結論 ... 49
第六章 國內外植物工廠案例 ... 51
6.1日本-植物工場ラボ（店廠合一） ... 51
6.2台灣-太平洋鮮活 so fr3sh ... 53
6.3台灣-野菜工房 ... 57
第七章 參考文獻 ... 60
7.1內文資料來源 ... 60
7.2圖片資料來源 ... 63
7.3表格資料來源 ... 63
第八章 附錄 ... 64
圖目錄
圖表 1 全球人口變化圖[38] ... 9
圖表 2 根據國家類別分類之全球人口變化圖[39] ... 10
圖表 3 我國耕地面積圖[40] ... 11
圖表 4 有機標章 ... 11
圖表 5 植物工廠種類，左起為完全人工光源型、太陽光與人工光源併用型及太陽光利用型[44] ... 13
圖表 6 太陽光利用行植物工廠圖[41] ... 14
圖表 7 太陽光與人工光源併用型植物工廠圖[41] ... 14
圖表 8 完全人工光源型[42] ... 15
圖表 9 根據農業推廣手冊所選擇的植物 ... 17
圖表 10 挑選出植物 24 個月的價格 ... 18
圖表 11 挑選出植物的生長週期... 18
圖表 12 農產品交易行情網站圖[43] ... 22
圖表 13 作物市價 ... 22
圖表 14 成年梨樹一年内可分為五個相互重疊的生長期 ... 23
圖表 15 植物生長圖 ... 24
圖表 16 野菜工房層架種植作物圖[45] ... 26
圖表 17 專題研究過程圖 ... 38
圖表 18 蔬菜單位重量價格折圖... 45
圖表 19 蔬菜單位面積生產重量價格折線圖 ... 46
圖表 20 蔬菜單日單位面積生產重量價格折線圖 ... 47
表目錄
表格 1 單一菜種單月全產能表[45] ... 24
表格 2 各生長階段層架資料[45]... 32
表格 3 各型光源產品之光效率比較表[46] ... 33
表格 4 主婦聯盟 2010.10.26 公佈抽檢市售葉菜硝酸鹽含量表[47] (硝酸鹽試紙簡易檢驗所得結果，1PPM=1MG/KG) ... 36
表格 5 歐盟法規委員會 2001 年修定「食品中特定污染物的最大殘留量標準」 ... 37
表格 6 可供植物工廠選址考量之地點種類 ... 37
表格 7 報酬率計算公式代號... 39
表格 8 2 年種植小白菜之報酬表現 ... 39
表格 9 2 年種植甘藍之報酬表現... 40
表格 10 2 年種植蕹菜之報酬表現 ... 40
表格 11 案例一之生產排程結果... 41
表格 12 案例一之收益資訊 ... 41
表格 13 案例二之生產排程結果... 42
表格 14 案例二之收益資訊 ... 42
表格 15 案例三之生產排程結果... 43
表格 16 案例三之收益資訊 ... 43
表格 17 案例四之生產排程結果... 43
表格 18 案例四之收益資訊 ... 44
表格 19 單位面積(CM²)內所生產重量之價格代號 ... 45
表格 20 單位面積生產重量價格生產排程結果 ... 46
表格 21 單日單位面積所生產重量之價格代號 ... 47
表格 22 單日單位面積生產重量價格生產排程結果 ... 48
表格 23 植物工場ラボ策畫建置之植物工廠[48] ... 51
表格 25 根據農業推廣手冊挑選出之水耕蔬菜 ... 66 表格 26 水耕植物市場批發價格整理表 ... 69 表格 27 水耕植物生長期統整表... 72
第一章 第一章 第一章
第一章 研究目的 研究目的 研究目的 研究目的
1.1 前言前言前言前言
全球第 70 億人已於 2011/10/31 誕生於菲律賓，科學家們更大膽預測世界人口在 2050 年時將會到達 92 億[1]。世界人口數不斷地攀升，而地球上 80%的可耕地卻因全球暖化與極端 氣候，造成可耕地減少，能源糧食危機頻傳。如何運用有限資源生產大量食物以供給人口的需 求，將是未來值得探討的重要議題[2]。圖表 1 為全球人口變化圖，人口快速增長但是森林面 積快速減少。
圖表 1 全球人口變化圖[38]
科學家預測 2000-2050 年全球人口將增加近一倍，其中以開發中國家為主，人口增加將 造成資源、環境開發之壓力[3][32]。如何餵飽為數眾多的人口已經是人類未來最大的挑 戰，原本傳統的農業種植技術及方法勢必需要加以革新，以解決因人口增加所面臨的糧食 缺乏問題。
圖表 2 根據國家類別分類之全球人口變化圖[39]
1.2 背景背景背景背景
1.2.1 植物工廠的發展背景
農業是立國之本，傳統農業的耕作方法侷限於土地面積與環境因素影響，如颱風、蟲害、
乾旱等，致使大眾普遍認為傳統農業即是靠天吃飯，其收入與辛苦的程度多半不成比例而不願 投入此行，導致未來將面臨糧食不足的危機。正因如此，隨著科技進步之飛快，傳統農業可利 用於企業化的經營模式與工業生產，以邁向精緻化農業為目標。
1.2.1.1 農業耕地面積持續下降
人類為了經濟發展不斷地開發土地，以至於農業可耕地不斷地流失，造成我國糧食自給率 難以維持[4]。若有一座停車場，有人會願意空出一格停車位來種植可以讓我們生存下去所需 的食物嗎？
圖表 3 我國耕地面積圖[40]
1.2.2 食品安全議題
蔬果是國人每日飲食中的必需品，新鮮的蔬菜、水果含有豐富的營養價值，而蔬菜中 的硝酸鹽含量卻是人們忽略的問題。隨著國民所得增加與生活水準之提升、環保意識抬 頭，人們飲食習慣的改變，消費者對食品安全（food safety）的重視程度與日俱增。有 關於食品安全方面的議題涵蓋不同的層面，過去一般消費者多關切在食品中微生物之含量 或致癌成分等，然而近年來在消費意識的改變下，食品安全的焦點已轉為重視化學添加 物、農藥之使用量及殘留量等[6] [7]。因此，消費者已逐漸能接受較為昂貴的有機食品。
圖表 4 為台灣常見之有機標章。
有機農業生產協會 TOPA
自然美育基金會 (MOA)
中華民國有機農業產銷 經營協會 (COAS)
圖表 4 有機標章
植物工廠所生產的作物，生長於人為控制的潔淨環境中，絕無病蟲害之問題，所以不需使 用農藥去除病蟲害，更不受土壤、水源和空氣的污染，以減少植物生長的逆境。而植物工廠是 屬於省水的種植方式，到了採收時節，可獲得不需清洗即可食用的翠綠漂亮蔬菜。因此，綜觀 目前台灣水資源及耕種面積不足的問題，植物工廠不失為一個好的解決方案。下一節將針對植 物工廠作更詳細的介紹。
1.3 植物工廠簡介植物工廠簡介植物工廠簡介植物工廠簡介 1.3.1 植物工廠緣起
美國在 1950 年代率先提出植物工廠的概念，並在 1970 年代將其商業化，後由日本植物工 廠業者利用其概念進行研發。植物工廠為台灣精緻化農業的未來趨勢，是一種環境控制農業
（Environment Control Agriculture, ECA），結合生物科技、機電整合以及農業的知識，創 造出一個「部份人為」的作物生產系統，讓原本易受天候影響的傳統（露地）農業像工業一樣 可資訊化、自動化與穩定化[11]。工廠透過環境控制，促進產品產值跟提升產品品質，生產環 境排除大部分昆蟲和異物的入侵，減少農藥、肥料跟水的用量，簡化了清洗和調整作業，提高 產品可用率，減少植物殘渣。生產計劃全年性，不因氣象災害而受影響。立地條件彈性很大，
能設址在非農地或不適栽植的地方，可以利用閒置的館室，多層式的植栽培養模式可以提高空 間利用效率[9]。
1.3.2 植物工廠種類
植物工廠的定義可歸納如下[13]：
1.廣義：在一定生產管理下的全年無休的植物生產系統。
2.狹義：在完全人工環境下的全年無休的植物生產系統。
廣義的植物工廠除包含狹義者外，尚包含高度環境控制的太陽光利用型系統（精密溫室）。 植物工廠的廣義定義包含了廣大範圍的生產設施，譬如：豆芽菜，蘑菇，蘿蔔嬰等的生產工廠，
半自動控制的溫室水耕系統，及苗繁殖系統或人工種子的生產系統均屬之[14]。
植物工廠生產，有二個前提：
1.從自然界妨害的解放，可以不管寒暑且風雨無阻地進行與在自然環境中生產截然不同。
2.預先明確地決定好生產流程，並做好作業分析，將生產對象的輸入輸出特性皆可定量的掌 握，甚麼樣的操作會產生甚麼樣的輸出是可以預期的。只要做好操作的作業手冊，按部就班誰 也能夠生產。
植物工廠的生產系統可依使用光源的不同分成太陽光利用型、太陽光與人工光源併用型以 及完全人工光源型三種，雖然同是植物工廠，三者有很大的差異，以下將分別介紹[12]。
圖表 5 植物工廠種類，左起為完全人工光源型、太陽光與人工光源併用型及太陽光利用型[44]
1.3.2.1 太陽光利用型
太陽光利用型植物工廠為溫室水耕栽培的延伸，以太陽光作為光源，需要遮陰網、保溫膜、
通風換氣裝置、防蟲網以及農藥等費用，與傳統農業相似，皆無法免除看天吃飯的窘境。此類 型植物工廠會受到許多不確定因素影響植物生長，其中最大要因是氣候的決定性影響，夏季炎 熱地區需要克服養液溫度過高的問題，乾燥地區則需搭配蒸發冷卻設備，而濕度較高的地區則 要選擇較為耐熱品種種植及陰涼通風的場所，此類型植物工廠對於天候與收穫量不能夠有完全 的預測與控制[15]。
完全人工光源型
太陽光與人工光源併用型及太陽光利用型
圖表 6 太陽光利用行植物工廠圖[41]
1.3.2.2 太陽光與人工光源併用型
太陽光與人工光源併用型的植物工廠，利用陽光外還採用人工光源進行人工補光，兩階段 的栽培模式為太陽光與人工光源併用型最主要的特徵，如蘿蔔嬰或水芹菜等植物，種子首先在 育苗室內進行發芽處理，待莖葉成長至一定程度，再將其移植至設有人工光源的溫室內使雙葉 綠化，在光源不足使用人工光源進行補光之動作，荷蘭、歐美等諸多精密溫室均屬於此類型植 物工廠[16]。圖表 7 為太陽光與人工光源併用型植物工廠圖。
圖表 7太陽光與人工光源併用型植物工廠圖[41]
1.3.2.3 完全人工光源型
完全人工光源型植物工廠除了使用人工光源，連溫度、濕度、二氧化碳濃度、培養液等，
凡對植物生長有影響的主要環境條件，皆以人工來控制。根據定量測定過的栽培技術知識做計 畫生產，亦以人工控制其他對植物生長有影響的環境條件：水、肥料…等，生產環境封閉，隔 絕外在因素影響作物生長過程。能源成本較高，如何降低成本成為完全人工光源型植物工廠的 一大課題。此類型植物工廠適合栽培的作物具有體積小、單價高、栽培期短、省工、採取水耕 栽培等特質。由於完全控制型植物工廠與外界隔絕，採用多層次的立體化栽培，全年性穩定生 產，可栽培非當令之高品質作物，便可逆勢操作，達到定時定量供貨等操作模式，提供管理者 在計畫生產上很大的彈性[16]。
圖表 8完全人工光源型[42]
1.3.3 植物工廠優、缺點 1.3.3.1 植物工廠優點
植物工廠高效能的利用土地，創造許多就業機會，達到農業扶持工業發展。而在電力 方面根據台灣電力公司基本電費計價方式計算，植物工廠屬於工業用電，計價方式每 度費用扣除電政府給予補助後，電費比開店家還要節省許多[18]。
不拘設置場所，空間利用率高(大樓地下室、閒置廠房、廢校利用等)節省勞力，無雜 草防除問題，病蟲害可被設施隔離，可避免連作障礙[3]。
植物工廠生產力高，種植於完全環控的環境下，不受天候影響，可以提供安定的供給 量、穩定之價格與穩定的作物。無農藥，生菌數極少，可不經過洗滌直接生吃，作物 的損耗率少，較能夠長久保存。
作物方面需另外依照價格、市場佔有率等，針對植物市場做調查。在完全控制型植物 工廠生產蔬菜，因為葉菜類的生產周轉率較快，一般以葉菜類較合算。而市面上的葉 菜類除了容易受到風災及氣候等影響，也會隨著媒體的報導而有所波動。同一種的葉 菜類在不同時期每公斤批發價格從十塊到上百塊都有，掌握價格波動的曲線就能讓獲 益提升到最大。
培養液的供給、調配，是採用自動化的管理，定時定量節省人力資源的消耗[19]。
1.3.3.2 植物工廠缺點
由於蔬果價格目前偏低，必須慎選符合生產成本和收益的作物（建議為經濟作物）栽 植、必須減少設置成本和營運成本、提高生產力與作物品質的提升和穩定化。
建置植物工廠與生產成本高，初始成本高與能源負荷大，硬體建設的成本雖較高，但 有使用壽命長，風險低的優勢。
含硝酸鹽菜，不論以何種方式栽培植物(土耕、水耕、有機栽培)，植物體內都會殘留 硝酸鹽，殘留植物體的鹽類(硝酸鹽)[6]然沒有直接證據對人體有害，但是對於人體 健康還是有潛在風險，廢液與介質亦會造成環保問題。
病蟲害傳播可以來自空氣、種苗及栽培之環境，植物工廠雖採用密閉式的工廠，也是 要注意人員進出消毒、除塵等動作。
植物工廠常用之 LED 燈單位消耗之成本較螢光燈高，雖然 LED 燈的壽命為螢光燈的五 倍，但還是導致硬體成本提高[20]。
養液栽培設施成本高，栽培技術門檻高，而養液栽培受病害侵襲時，擴散極快，適合 隻養液栽培種類較少。
台灣屬於亞熱帶氣候，終年日夜溫度高，溶氧量下降，需另外增加打氣設備，導致建 廠成本增加。水耕蔬菜生長快速，但水分含量較高，缺乏固形物[21][22]。
1.4 研究目標研究目標研究目標研究目標
本專題針對植物工廠在不同價位、最大獲利模式等方面設計兩種排程模型，藉由模型運算 排成與成本分析等，研究分析出何種模型能夠獲得最大之經濟效益。首先我們從適合水耕的植 物中，根據農業推廣手冊挑選出 15 樣植物作為研究對象，挑選出之水耕植物為，花椰菜、辣 椒、甘藍、小白菜、包心白、青江白菜、皇宮菜、蕹菜（空心菜）、萵苣、芥藍菜、莧菜、青 蔥、韭菜、球莖甘藍、番茄，如圖表 9 所示。並調查生長期以及植物價格，最後透過經營面與 需求面的分析設計出兩種模型運算出最佳解。
圖表 9 根據農業推廣手冊所選擇的植物
圖表 10 挑選出植物 24 個月的價格
圖表 11 挑選出植物的生長週期
1. 研究市場趨勢與植物工廠在台灣的優劣勢，以生產面及顧客面兩種不同角度出發，列出四 種不同案例並加以探討。
2. 由作物的價格資訊來決定種植何種作物，並透過排程系統分析植物工廠的獲利。
3. 根據排程結果種植不同作物所能獲得之利益，計算內部報酬率以分析其經營成效。
1.4.1 市場趨勢
植物工廠在日本盛行許久，由於日本政府投資農業，帶動了日本植物工廠發展店銷合一的 新形態商業模式，也讓日本業者落實在地生產、在地消費的環保概念。一個穩定發展的永續產 業，必須由市場面與需求面來決定發展方向，而不是單憑生產端假設市場需求。植物工廠為基 礎民生事業，應以正確的市場評估來設定生產成本與市場定位，計算出高效益農業生產模式，
獲得最佳經濟效益[22]。
1.4.2 台灣的優、劣勢
理想的植物工廠是生長環境條件與作物生長關係已明確地量化的植物，在一定的人工環境 下栽培的完全控制型系統。適合植物工廠種作的作物粗略有下列三種分類：
1. 以生產的效益來說：生長快速且高價格的作物。
2. 以生產資料蒐集與分析的容易度來說：生長過程較單純，例如說葉面積較大的作物。
3. 以生長程序量化容易度來說：少行或不行光合作用，生長程序容易定量化。
1.4.2.1 從生產面出發
植物工廠生產的最大目標是希望達到無自然界妨害，不管寒暑且風雨無阻進行產出。 所 以必須預先明確決定好生產流程，進行作業分析，生產對象的輸入輸出特性皆可定量掌握，甚 至可預期什麼樣的操作會產生什麼樣的輸出，做出操作的作業手冊，按部就班誰也能夠生產。
1.4.2.2 從顧客面角度出發
消費者的需求如果分成花卉跟食物蔬果(包含中藥),消費者對花卉的要求只有花的外貌以 及價錢,花只要生長的美麗然後價格越低消費者越喜歡,至於培養液有沒有毒或者對身體有害 都不在消費者的考慮範圍內,畢竟花是用來觀賞不是用來食用的,而食物蔬果的話,消費者就有 較高要求,需要無毒安全的生長過程,吃下去會對身體有益,許多消費者寧願多花一些錢買標榜 健康的蔬果也不願吃下去會對身體有害的食物。
第二章 第二章 第二章
第二章 文獻回顧 文獻回顧 文獻回顧 文獻回顧
2.1 作物作物作物作物
植物工廠的建置生產成本相對較高，其生產管理與資源配置顯得重要。根據果菜市場批發 價資訊，臺灣的蔬菜價格與國民消費水準相比偏低，因此植物工廠的作物必須謹慎考慮市價行 情、生產周轉率等因素，必須慎選符合生產成本和收益的作物（建議為經濟作物）栽植，以減 少設置成本和營運成本、提高生產力與作物品質的提升和穩定化[16][17]。
2.1.1 可行作物 2.1.1.1 學者分析
相較於傳統農業及半密閉式植物工廠而言，完全控制型植物工廠之內部環境控制反成為一 種簡易、低門檻的技術。只需投入較昂貴的成本，以大筆資金購買機械設備，建構絕緣良好的 空間。在此密閉絕緣的空間，有效地切斷了外界熱量與質量的傳遞性。因此空間內的溫度、相 對濕度、二氧化碳濃度、光量與光質都是恆定狀態。對於地下部環境而言，引入技術早已成熟 的養液控制設備，植物地下部之水量、肥料濃度與溫度也容易維持在恆定狀態。
栽培的作物採用生長週期短的葉菜，在生長條件不受限制之下，作物的栽培工作也是十分 單純。換言之，在安定的生長環境，配合生長週期短暫的葉菜，這種全密閉型的植物工廠反而 不需要高級技術。只要願意投資，灑下大筆資金，全密閉型的植物工廠成為可複製，可移轉的 一種生長箱型植物設施。與全密閉型植物工廠最接近的生產設施是植物組培苗所使用之組培 瓶。其環控技術遠比溫室環控還要簡易[24]。
2.1.1.2 研究分析
理想的植物工廠是生長環境條件與作物生長關係已明確地量化的植物，在一定的人工環境 下栽培的完全控制型系統。適合植物工廠種作的作物粗略有下列三種分類：
1. 工廠生產的效益：生長快速又高價格的作物。
2. 生產資料蒐集與分析的容易度：生長過程較單純，例如葉面積較大的作物。
3. 生長程序量化容易度：少行或不行光合作用，生長程序容易定量化。
2.2 作物市價調查分析作物市價調查分析作物市價調查分析作物市價調查分析
市面上的葉菜類蔬菜之產量除容易受到風災及氣候等影響，其價格亦會隨著媒體的報導而 有所波動。同一種的葉菜類在不同時期每公斤批發價格從十塊到上百塊不等。因此在完全控制 型植物工廠內生產蔬菜，一般考量以種植生產周轉率較快的葉菜類蔬菜較為合算，亦較能平衡 大幅波動之市場價格。
2.2.1 作物市價
我們首先針對植物價格、市場佔有率等，進行植物市場之調查，以掌握價格波動的曲線作 為植物工廠挑選生產之作物的決策要點。根據行政院農業委員會所屬網站─《農產品交易行情 站》，從網頁選項中進入蔬菜類別之分頁，其中有市場別單日交易行情之資料。選取單一市場 別﹝取北一市為例﹞單日交易行情之資料，節錄自民國 98 年起近三年內，以十五日左右為資 料時間間隔。選取依學者判定及現行工廠已售之合適水耕蔬菜數種，查詢其市場批發價格，並 匯出多筆資料且繪製成植物批發價格比較折線圖。進而了解水耕葉菜類蔬菜之市場價格波動情 勢，有助於分析成本及收益，進而挑選植物工廠生產之作物。
圖表 12 農產品交易行情網站圖[43]
圖表 13 作物市價
2.3挑選作物
在完全控制型植物工廠生產蔬菜，一般以葉菜類較合算。由於葉菜類的生產周轉率較快，
且價錢較高，除了根部以外皆都可食用這點也較有利。此外市面上的葉菜類蔬菜之產量除容易 受到風災及氣候等影響，其價格亦會隨著媒體的報導而有所波動。因此選擇葉菜類相對之下更 容易以固定之價格在市場上供應。而葉菜類的選擇則以適合在完全控制型植物工廠栽培的作物 應具有體積小、單價高、栽培期短、省工、可採水耕栽培等特質做為依據[16]。
2.3.1 獨特性
由於完全控制型植物工廠內的天候為人工所控制可與外界不同，可栽培非當令蔬菜。採取 逆勢操作方式，讓季節性植物成為可全年生產，可定時定量供貨等操作模式。此模式提供管理 者在計畫生產與銷售上很大的彈性，若如掌握物以稀為貴的基本原則，當可掌握獲利的契機。
2.3.2 生長期(生長曲線)
植物生長的快慢可以用生長速率表示。可分為絕對生長速率(absolute growth rate,AGR) 指單位時間內的絕對增長量，和相對生長速率(relative growth rate,RGR) 指單位時間內的 增加量占原有數的百分率。植物器官或整株植物的生長速率會表現出“慢─快─慢”的基本規 律。即開始時緩慢，以後逐漸加快，然後又緩慢以至停。這一生長全過程叫生長大週期，或稱 大生長期(grand period of growth)。如以植物體積對時間作圖可得植物生長曲線。生長曲線 表示植物在生長週期中的生長變化趨勢，典型的有限生長曲線呈“S”形，故又叫 S 形曲線。
圖表 14 成年梨樹一年内可分為五個相互重疊的生長期
2.3.2.1 植物生長大週期（grand period of growth）與生長曲線（growth curve）
假若以時間為橫座標，以生長量為縱座標，就可以給出一條曲線，叫生長曲線。而生長大 週期的曲線則為S 形曲線。對於某一器官或組織來說，生長大週期與細胞生長的三個階段有關
（分裂期、伸長期、分化期）。對個體與群體來說，生長大週期的出現與光合面積有關。
圖表 15 植物生長圖
根據台灣量產型植物工廠「野菜工房農業科技」的資訊顯示，其植物工廠目前擁有 L15m*W2m*H3.2m 大型培植架三座生產設備，人工光源覆蓋面積為 525 平方公尺，光源為 LED 白光、照度為 9,000-10,000 Lux (30cm)、光期依各葉菜種類各有不同。每月可依客 戶需求種植各式疏菜不分季節及天災穩定產出，下列為各種蔬菜產能及可預約生產期：
表格 1 單一菜種單月全產能表[45]
蔬菜種類 可預約生產期 全產能(月)
萵苣 全年度 30000-50000 棵
半結球萵苣 全年度 30000-50000 棵 茼蒿、波菜 反季節 70000-100000 棵 小白菜、青江菜等 全年度 70000-100000 棵
芫荽 全年度 300000 棵以上
2.3.3 植物工廠與有機農業產量比較 2.3.3.1 植物工廠
作物可裝在集裝箱內進行流水線生產，在多層的立體栽培架上生長。像超市的貨架一樣，
每一層貨架種植一批蔬菜，單位面積產量是傳統生產的數十倍甚至上百倍。單株的產量，在最 適當的人工環境下能比常規栽培有更大的生物量，在栽培利用空間上可以提高 7-10 倍以上。
2.3.3.2 有機農業
根據植物保護學者的評估，農作物在完全不使用非天然物質的狀況下栽培，收穫量至多是 目前的 30%。個別品種可能會有差異，天氣情況亦有影響， 由於不同的作物，食用部分及採 收時間均不同，基本上也算是看老天爺的臉色吃飯[9]。
2.4 有機農業有機農業有機農業有機農業
2.4.1 有機農業=植物工廠嗎？
植物工廠提供一個無間斷的植物生產系統，屬環境控制農業（Environment Control Agriculture, ECA），利用人類的科技成就，結合生物科技（Biology）、機電整合（Mechatronics）
以及農業的知識，創造出一個「部份人為」的生態環境，環境、光源、養分供給等均可進行人 為控制。植物工廠內創造的生長環境是相對穩定的數位化環境，使最精確的生產計畫得以實 現，以去除傳統露天（粗放）農業靠天吃飯的不利因素，讓農業的生產趨於穩定。植物基因能 比傳統模式下得到最大化呈現與最優化的產品，而且通過人為創造的環境，可以有計劃或目的 性地改善品質營養的目標基因，培養出一般環境不能培育的特色產品。因為植物工廠成本高，
作物選擇須審慎考量。目前主要生產：蕃茄、草莓、生菜等蟲害多，易受損的蔬果；或中藥等 高經濟價值的作物、實驗性質的作物[24]。
圖表 16 野菜工房層架種植作物圖[45]
有機農業又稱有機農法、有機耕種，主要的精神是屏除農藥、化學肥料、基因改造作物、
植物生長調節劑等非天然物質的使用。採取輪作及其他耕作防治、物理防治、生物防治、種植 忌避作物或共榮植物及天然資材防治等綜合防治法，以防病蟲害發生。不得使用合成化學物質 及對人體有害的植物性萃取物與礦物性材料。但依法規定得使用的合成化學物質，不在此限。
強調其作物或加工品不得有農藥、化學肥料、基因改造作物、植物生長調節劑等非天然物質的 殘留，不得使用任何基因改造生物的製劑及資材。作物以糧食作物
或病蟲害較少的蔬果為主。
經由兩者各條件比較，植物工廠的作物與有機農業的作物不盡相同。雖然植物工廠的作物 有可立即生食的優點，由於人為操作生產系統，可能對作物進行基因操作或是使用催苗之藥物 等；反之，有機農業受法規限制，不得有非規定內的藥物使用及殘留，造就有機農業的產量少。
但我們認為有機農產品可以是植物工廠的作物考量之一，經由人為控制提高有機產品的產出 率，減少傳統生產方式的耗損。
2.4.2 種植要素、種類 2.4.2.1 種植要素 植物工廠
1. 環境、光源、養分供給等均可進行人為控制。
2. 植物工廠內創造的生長環境是相對穩定的數位化環境，使最精確的生產計畫得以實現。
3. 植物基因能比傳統模式下得到最大化呈現與最優化的產品，而且可以通過環境的人為創 造，有計劃或目的性地表達一些能改善品質營養的目標基因，培養出一般環境不能培育的 特色產品。
有機農業
1. 採輪作及其他耕作防治、物理防治、生物防治、種植忌避或共榮植物及天然資材防治等綜 合防治法，以防病蟲害發生。
2. 不得使用合成化學物質及對人體有害的植物性萃取物與礦物性材料。但依法規定得使用的 合成化學物質，不在此限。
3. 不得使用任何基因改造生物的製劑及資材。
2.4.2.2 產品種類
因為植物工廠成本高，作物選擇須審慎考量，目前主要生產：
1. 蕃茄、草莓、生菜等蟲害多，易受損的蔬果。
2. 中藥等高經濟價值的作物。
3. 實驗性質的作物。
有機農業，目前主要生產：
1. 糧食作物
2. 病蟲害較少的蔬果
2.4.3 消費者對有機農產品屬性偏好(購物導向)
隨著國民所得增加與生活水準之提升，消費者對食品安全（food safety）的重視程度與 日俱增。有關於食品安全方面的議題涵蓋不同的層面，過去一般消費者多關切在食品中微生物 之含量或致癌成分等，然而近年來在消費意識的改變下，食品安全的焦點已轉為重視化學添加 物、農藥之使用量及殘留量等[10]。
綜合而言，消費者喜歡在家用餐，注意營養均衡、健康新知，認為食品添加物不健康，不 贊成食物添加味精比較美味可口；經常閱讀有關環保與生態書籍及報導、遵循垃圾回收日，且 認為商店不應主動供應塑膠袋等，皆顯示消費者漸漸重視自然、健康與環保。受訪者亦喜歡補 充維他命等營養品，且同意進補有益健康，但也認為健康食品是商人賺錢的工具，顯示消費者 肯定補充營養的必要，但不能信任健康食品。對於「蟲咬蔬果」較安全及了解何種蔬果較健康 則不那麼有把握，且不認為市售農產品的農藥殘留都檢驗合格，顯然消費者對於食品安全仍有 顧慮。此外消費者亦有喜歡新事物、喜歡精美包裝，卻不認為大百貨公司品質較佳之心態[8]。
2.4.4 有機蔬菜直接銷售之利弊與展望
在有機農業較發達之歐洲國家，有機農產品與一般農產品之運銷通路價格差異顯著。本研 究亦發現，台灣有機蔬菜採用直接銷售通路之比率約占三分之一，但因可獲得較高價格，因此 銷售額達 44.4％，兩者均較歐洲國家為高。而有機蔬菜的價格較一般蔬菜高約兩倍以上，亦 較歐洲國家之相對價格為高。
各種通路中，最多農民採用直接在農場出售的通路，其次則為出售給有機商店與自行宅 配，但出售給有機商店的人數雖多，數量卻極少。出售給中間商人之數量最多，但其價格相對 較低。出售給宅配公司是價格最低的管道，出售給超市則能獲得最高的價格。同時，有機蔬菜 之運銷通路較一般蔬菜為短，且多為固定售價之方式。
本研究結果亦顯示，葉菜類、瓜果類及根莖類之運銷通路及價格差異顯著。葉菜類透過直 銷通路可獲較高價格，瓜果類透過直銷通路比率超過一半，根莖類因產品特殊，價格相對其他 兩類蔬菜為高，且有一半以上透過中間商人運銷。
據黃璋如，「有機蔬菜直接銷售之利弊與展望」業經營管理年刊，6(2000)：52-68。中調 查有機蔬菜農民偏好之銷售管道及偏好原因，有機蔬菜直接銷售每單位之價格及收益均較間接 銷售為高，且較受有機蔬菜農民之歡迎。其中，宅配及在農場銷售最受有機農民之偏好，且能 獲得較高之收入[7]。
但有機蔬菜直接銷售之管銷成本較高，其中以人工成本所占比率最大，主要用在接受訂 貨、處理帳務及配送等。目前多數有機蔬菜農民有記帳習慣，卻只有少數遵照政府規定每日紀 錄資材及買賣情形。若能以電腦輔助網路訂貨、帳務處理及農場記錄，將能減少人工成本。目 前雖有一半以上的有機蔬菜農民擁有電腦，也多數能上網，卻只有少數用於農場經營及接受網 路訂貨。而有機農場對刊登農場資料於網路上之需求大於無直銷業務之農場。
此研究建議，政府與有機蔬菜農民應重視直接銷售通路，其中以宅配及在農場銷售兩項最 為重要。針對宅配業務，政府若能促成適當軟體之設計開發，將能協助有機農民將網路訂貨、
帳務及農場記錄等工作資訊化及自動化，進而促進有機農業之發展[26]。
2.5 移植次數限制與生產相關決策移植次數限制與生產相關決策移植次數限制與生產相關決策移植次數限制與生產相關決策(以萵苣為例以萵苣為例以萵苣為例以萵苣為例) 2.5.1 種子特性
萵苣種子發芽適溫為 15-20。C，在高溫的環境下發芽不良，容易進入休眠，30。C 以上發 芽受阻。種子浸種之後在低溫的環境之下會打破休眠。種子浸在流動水中 10-12 小時，在低溫 4-6。C 下，約 3~5 天則會打破休眠。種子在打破休眠之後在高溫的環境下仍可以發芽，但是 若只是浸種未經低溫打破休眠，則一樣會進入休眠。新鮮種子對高溫較老熟種子敏感。打破休 眠的種子在胚根未突破種皮之前陰乾播種，打破休眠的種子勿以重力揉搓，否則胚乳及根將因 機械傷害而失去發芽能力[22]。
2.5.2 生育適溫
萵苣為溫度感應型蔬菜，在適當苗齡能藉高溫感應誘導花芽分化，以溫暖長日促進抽苔開 花。生育適溫為 12-20。C，24。C 時生長旺盛，24。C 以上時容易小株抽苔。結球品種在 21。
C 以上時葉球不容易形成，溫度過高容易引起心葉組織壞死腐爛。葉萵苣是冷涼型的作物，台 灣秋冬及春季是其栽培適期，兩地方品種的葉萵苣周年均可栽培，唯高溫期容易抽苔。結球及 嫩莖品種不適於高溫期栽培，高溫期結球品種的葉球不容易形成，嫩莖品種的莖不易肥大。立 葉及皺葉品種高溫期很容易小株抽苔，而且苦味濃[28]。
2.5.3 不結球萵苣栽培管理方法
1.種子預措 不結球萵苣種子在高溫的環境之下發芽困難，容易進入休眠，播種之前預先 將種子進行浸水及低溫等前處理工作，可以順利的打破休眠及促使發芽率整 齊。萵苣簡易之前處理方法，將種子浸在流動水中約 10-12 小時，種子保濕 置於 4-6。C 的環境中冰藏 3-5 天，即打破休眠，取出將種子置於陰涼地點陰 乾即可播種。經打破休眠的種子必須馬上播種，以免失去發芽能力[27]。
2.播種 不結球萵苣的生育期短約為 25-50 天，傳統栽培方法均採用直播。但是由於 萵苣種子細小，播種密度不容易控制，因此傳統直播方法雖然簡單容易，但 是由於播種密度不均勻，生育初期必需進行間拔工作，增加勞力。在雜草較 多的田區，生育期至少必需進行除草工作一次，否則生育將受阻礙。目前 可 以使用手拉式播種機輔助播種以改善播種密度不均一的問題，減少間拔工 作。使用育苗移植方法， 則可以減少間拔及除草工作，但是增加育苗及移植 工作，不過可以使產品整齊美觀，提高產品品質、 產量及產值。因此建議在 雜草較多的田區，可以使用育苗移植方法[30]。
3.穴盤有苗 移植方法
使用小穴格 288 格的穴盤育苗即可，3-4 月本葉苗齡，根系發育完整，即可移 植至田間。
第三章 第三章 第三章
第三章 植物工廠 植物工廠 植物工廠 植物工廠建置 建置 建置 建置與營運 與營運 與營運 與營運要點 要點 要點 要點
3.1 植物工廠植物工廠植物工廠植物工廠的的的的建置建置建置建置與營運與營運與營運 與營運
植物工廠透過控制環境，創造出一個「部份人為」的作物生產系統，讓原本易受天候影響 的傳統（露地）農業像工業一樣可資訊化、自動化與穩定化，促進產品產值跟提升產品品質：
監控環境與生長情形能達到計劃性生產和穩定生產；生產環境排除大部分昆蟲和異物的入侵，
減少農藥、肥料跟水的用量，簡化了清洗和調整作業，提高產品可用率，減少植物殘渣。生產 計劃全年性，不因氣象災害而受影響。
植物工廠可使用人工光源代替太陽光，也以人工控制其他對植物生長有影響的主要環境條 件：水、肥料等，生產環境封閉，隔絕外在因素影響作物生長過程。其中完全控制型植物工廠 適合栽培的作物具有體積小、單價高、栽培期短、省工、可採水耕栽培等特質。利用其與外界 隔絕的特性，進行全年性生產，可栽培非當令蔬菜，就可以逆勢操作，達到定時定量供貨等操 作模式，提供管理者在計畫生產上很大的彈性。
3.2 相關設施與技術相關設施與技術相關設施與技術相關設施與技術
與傳統農業不同，建置與營運植物工廠所牽涉的技術廣泛，使用的材料種類多樣。單以植 物工廠的環境控制為例，其可約略分類為十三大系統：風能光能發電系統、環境閉鎖密封系統、
人工補光系統、微噴加濕系統、空氣迴圈流通系統、二氧化碳補充系統、營養液自動調控系統、
物理殺菌系統、溫度控制系統、立體式栽培系統、視頻監控圖像傳送系統、電腦遠端控制系統、
廢物的再迴圈利用系統等。組成這些系統所涉及的學科包括生物技術、電腦環境控制技術、物 理材料技術、能源綜合利用技術、規劃設計技術、農產品加工貯藏技術等[29]。以下簡介並探 討植物工廠所涉及的各種技術與設備。
3.2.1 栽培系統與層架
植物工廠的栽培系統除了作為植物生長的空間，同時也有固定植栽與供應植物生長所需資 源的功能，並依植物生長過程不同劃分成各階段用途。目前常見的栽培系統有平面式的栽培 床，還有由栽培床加上立體式層架構成的栽培架，部分植物工廠為了充分利用空間，採用移動 式栽培床或可動式栽培層架。各種栽培系統都是為了在有限制的合理範圍內充分利用栽培空 間，降低風險和成本，達到提升利用率和生產效率的目的。栽培床常見材質有專門用於水耕栽 培的高密度塑膠材質泡沫板或海綿或是木製板材，如果是木製材料製作，必須對木材表面進行 防水防腐處理；栽培架的層架大多採用防鏽鋼架，這些材料的共通特徵是輕盈且易於裝配。栽 培系統的規格與大小因應栽培目標植栽大小、植物生長所需面積和其它所需利用面積而定。
表格 2 各生長階段層架資料[45]
生長階段 規格
建苗 水耕盤、定植板、植物燈板與固定燈
框、PE 防水墊、溢位控制器
育苗 水耕盤、定植板、植物燈板與固定燈
框、PE 防水墊、溢位控制器 栽植
(三階段中所需最寬與最高)
水耕盤、定植板、植物燈板與固定燈 框、PE 防水墊、溢位控制器
3.2.2 人工光源
與植物生長相關的光譜為：610 ~ 660 nm，紅光，對光合作用與光周期效應有顯著影響；
445 ~ 475 nm，藍光，葉綠素與類胡蘿蔔素吸收比例最大，幫助光合作用；830 ~ 860 nm，影 響開花與種子發芽[29]。植物適用的照明種類有 LED（T8 燈管為主流）、日光燈（T5 燈管最多，
T8、T9 燈管。），功率越大，燈具價格越高。日光燈 T5 燈管內使用固態汞，T8、T9 使用液態 汞。T5 燈管直徑較 T8、T9 小，較為省電節能與安全，壽命約為 5000 到 12000 小時。T5 燈管
內在磷的表面加上了一層薄膜，這層薄防止汞被磷吸收，因此使用的汞較少；同時也防止了因 為磷吸收了汞後效率降低，所以在長期使用後光度比較穩定，在工作經過其壽命的 40%後，光 度也只有 5%的下跌。但缺點是它必需配合電子安定器使用，且必須使用專用燈具[31]。
表格 3 各型光源產品之光效率比較表[46]
光源種類 額定功率（W） 光通量（Lm） 光效率
（Lm/W）
日光燈管 T5（60cm） 14 1250 89.29
日光燈管 T8 20 1050 52.50
三波長日光燈管 T8 20 1400 70.00
螺旋型節能燈 23 1417 61.61
PL 燈 13 860 66.15
球型節能燈 17 780 45.88
普通燈泡 100 1250 12.50
鹵素燈 50 950 17.00
3.2.3 封閉環境與殺菌
植物工廠的栽培環境力求避免外界因素干擾，因此隔熱、阻塵、環境光控制與防風是植物 工廠環境控制時所面臨的課題。為了減少能量損耗，讓工廠內外的能量交換與影響最小化，廠 房建設需要使用大量隔熱資材。另外可於隔熱資材的內外兩面塗上反光層，實現內環境補光的 充分利用和外環境日照影響的最小化。若植物工廠的隔絕外環境功能不佳，除了易造成內環境 不穩，還會影響植物生長與無菌環境的創造。
雖然植物工廠是在相對封閉的環境下進行生產與操作，由於難以達到完全根除菌類滋生與 蔓延的理想，往往利用化學殺菌方法使生產過程無法實現免農藥栽培，因此建議嚴格控制環境 並改用物理殺菌方法，植物工廠常見造成細菌汙染植物的環節與解決方法如下。
1. 操作人員：栽培環境入口處緩衝間設有一殺菌室，所有人員在進入前應先進行換鞋更衣與 殺菌消毒。
2. 內外環境通風對流過程：在每個與外界流通的出入氣口，加上一個空氣殺菌裝置，或空氣 過濾裝置。
3. 環境與生產工具：定期對植物工廠內的環境進行全面殺菌消毒，包括走道、器具、場所等。
3.3 能源能源能源能源 3.3.1 電
在當前這個時代，電資源是耗能最大、需求最大且資源最匱乏的資源之一。植物工廠每一 塊運行都和電資源息息相關：環境模擬、工廠操作、人員管理等都需要用到大量的電，如何實 現供給無虞且同時達到省能節流的理想，是建造植物工廠需要考慮的核心問題，加上有些植物 工廠是建在無電力供應的地方，電往往在設計規劃時擺到最首要的位置。
當前電資源來源以水資源的利用最為廣泛，還有煤發電、核發電、沼氣發電等發電模式，
這些發電都有局限性，但其取得成本較低；太陽光發電與風力發電雖有永續性，取得成本卻高 於其他來源，因此實踐上往往將局限性發電模式和永續性發電模式兩者結合起來設計，達到能 源供應的互補，實現用之不竭的植物工廠供電系統。
3.3.2 空氣循環與二氧化碳
植物生長環境以每分鐘 3-4 米的微風吹撫葉片表面為佳，植物氣孔吸收二氧化碳的數量會 明顯的提高。在植物工廠的空間內均勻安裝小風扇，可以在走道上方，也可以在層架之間，也 可以在隔板內外，這些通風裝置可以使植物工廠內的氣體分佈與環境溫濕度更加均勻與一致，
特別是二氧化碳具有下沉性，通過對流通風能實現栽培植物葉片表面的均勻供氣，另外在育苗 階段時，通風系統可以大大提高育苗的密度，提升空間的利用效率，同時通風系統若結合物理 殺菌，就能實現栽培空間的空氣無菌化。在栽培系統中一般只在整體空間最上方安裝風扇，但 立體育苗架或層次較密的情況下，甚至每個層架上都得安裝小風扇，因應具體的生產需要來進
行設計與安裝。
二氧化碳除了是植物進行光合作用主要的原料，同時也是過程重要參與者，植物工廠通常 需要對植物進行二氧化碳強制供給，由於二氧化碳在封閉環境與有限栽培空間內消耗與遞減快 速，如果沒有外源的氣體供給，植物將會缺二氧化碳而形成生長不良的弱苗，而二氧化碳輸送 系統一般利用二氧化碳的沉降性，從植物工廠的頂端輸入，利用種種特性相輔相成來實現二氧 化碳氣在工廠內的均勻分佈。另外也可使用送風系統強制吹送，但最好設計多入送風口，使其 達到勻衡之效果。在植物工廠內一般植物對二氧化碳最佳濃度的需求保持在 1000-1500PPM 為 最好，而對於育苗還可以適當地提高。氣源的選擇，在植物工廠內為了便於控制與穩定供給一 般採用二氧化碳鋼瓶進行供氣，它是乾冰經解壓後實現的，目前這種供給法成本也不高，使用 也方便，為大多數植物工廠所選用[33]。
3.3.3 溫度
植物的生長發育必須在一定的溫度條件下才能進行正常生理活動與代謝，過高及過低的溫 度皆不利於植物生長，因此傳統露地農業深受天候氣溫影響。植物工廠為了杜絕天候氣溫的影 響與為求達到更好的栽培效果，對於環境溫度有嚴格要求。植物工廠利用溫度感測器及自動控 制來實現良好溫度控制，加溫或冷卻的執行部份主要由空調機、加熱用的熱風爐、暖氣片、加 熱管道、地下熱、致冷器等來完成。[33]
3.4 作物選擇作物選擇作物選擇作物選擇
植物工廠的作物選擇有以下幾個可供決策者考量的面向：生長快速，期間內的採收期數較 多，例如芽苗菜類；高價格，例如金線蓮；生產過程單純，容易進行資料統計分析，助於擬定 生產計畫，例如甜椒、蘿蔔芽苗菜；生產過程容易量化；少行或不行光合作用，不確定因素較 少，例如芽苗菜類、蕈菇類。
3.5 硝酸鹽含量硝酸鹽含量硝酸鹽含量硝酸鹽含量
為了迅速增加蔬菜產量，生產者會施用肥料，有機生產或一般生產的肥料中都含有氮，蔬 菜必須經由光合作用消化氨態氮，才能減少殘留硝酸鹽。硝酸鹽唯有加熱才能消除，人類生食 葉菜類時，硝酸鹽與唾液結合會產生致癌的亞硝酸鹽對人體有極大危害。表格 4 為主婦聯盟於 2010 年 10 月 26 日公布之抽驗市售葉菜類硝酸鹽含量表，表格 5 為歐盟法規委員會於 2001 年 修定之食品中特定污染物的最大殘留量標準中有關蔬菜硝酸鹽部分。由此兩表格對照得知，當 前市售之蔬菜硝酸鹽殘留量皆過高，有致癌風險。
植物工廠對環境進行控制，比傳統農業掌握更多生長過程的影響因素，為了降低致癌的硝 酸鹽的含量，對於肥料供應的成份控管需要做到更加精緻，以及在植物各生長期利用不同光線 照射，降低硝酸鹽的殘留可能。
表格 4 主婦聯盟 2010.10.26 公佈抽檢市售葉菜硝酸鹽含量表[47] (硝酸鹽試紙簡易檢驗所 得結果，1ppm=1mg/kg)
品名品名品名
品名 硝酸鹽含量硝酸鹽含量硝酸鹽含量硝酸鹽含量 (ppm(ppm(ppm (ppm)))) 小白菜(有機店) 20000↑
青江菜(超市) 20000↑
小芥菜(有機店) 15000↑
菠菜(傳統市場) 12500 高麗菜(有機店) 5000 高麗菜(傳統市場) 1500 油菜(有機店) 1500
表格 5 歐盟法規委員會 2001 年修定「食品中特定污染物的最大殘留量標準」
─有關蔬菜硝酸鹽部分 農
農農
農 產產產 產 品品品 品 最最最最 大大大大 限限限限 量量量 量 (mg NO3/kg, ppm)(mg NO3/kg, ppm)(mg NO3/kg, ppm) (mg NO3/kg, ppm) (a)新鮮菠菜 11 月 1日－3 月 31 日
之期間收成
4 月 1日－10 月 31 日 之期間收成
3000 2500
(b)保藏，超低溫冷凍或冷凍菠菜 2000 (c)新鮮萵苣
(受保護的及戶外栽種的萵苣，結 球萵苣除外)
10 月 1日~3 月 31 日之 期間收成：
－種植在設施下的萵 苣
－種植在戶外的萵苣
4500 4000
(d)新鮮萵苣
(受保護的及戶外栽種的萵苣，結 球萵苣除外)
4 月 1日~9 月 31 日之 期間收成：
－種植在設施下的萵 苣
－種植在戶外的萵苣
3500 2500
(e)結球萵苣 種植在設施下的萵苣
種植在戶外的萵苣
2500 2000
3.6 選址選址選址選址
植物工廠可以建築在不平坦耕地或大小都市中的空地上，大型建築物的屋頂、室內、地下 室、海埔新生地或荒地上，在混合住宅地或中小鄉村中。
表格 6 可供植物工廠選址考量之地點種類
非都市地區
不平坦的耕地、都市中的空地、海埔新生 地、荒地、廢耕農地、畸零地
都市
大型建築物的屋頂、室內、地下室、辦公 大樓中、混合住宅地
第四章 第四章 第四章
第四章 整合生產排程於植物工廠成本分析 整合生產排程於植物工廠成本分析 整合生產排程於植物工廠成本分析 整合生產排程於植物工廠成本分析
4.1.排程排程排程排程
排程是一決策過程，其在最佳化特定目標函數下，決定各工作在各資源上的執行順序。排 程結果不但顯示每一個工作在某一資源上的執行順序，也顯示每一個工作在資源上的開始及完 成時間。一個良好的排程不但可以減少資源的閒置時間，增加資源的利用率，更能使工作盡量 如期完成，滿足顧客的需求。因此，排程結果將影響組織之競爭力及獲利能力。
本研究利用 Yang and Yulius 於 2012 年所發展的排程系統[34][35]，針對所選的特定作 物群組進行最佳化排程，再依排程結果分析植物工廠的獲利，以發展出較佳的獲利模式。本研 究以一個只有五個層架的植物工廠為例，進行作物的選擇及試算，以分析植物工廠的獲利。
圖表 17 專題研究過程圖
4.2 模型一模型一模型一模型一：：：：單一作物單一作物單一作物單一作物
本模型種植單一作物，分成三種類型：高價位、中價位以及低價位之作物來計算進行比較。
首先將作物的生長期代入為期 24 個月（兩年），即可得出作物的種植周期，以收成該月下一個 月的單株批發價做為單位販售收入，乘上每一栽種周期可栽種株數即為該周期販售收入。
相關公式定義如下表所示：
表格 7 報酬率計算公式代號
變數 敘述
作物 i 在時間 t 的批發價 作物 i 在時間可栽種面積 作物 i 單株生長所需面積 作物 i 單株重量
作物 i每期可栽種株數， /
作物 i每期販售收入， = ( / ) 作物 i 成長期（以週為單位）
F 期初投入
L 期末淨值
I 每周期報酬率 = IRR (-F: )
蔬菜批發價單位為元／每公斤，市面販售蔬菜價格通常以元／每株為單位，若將兩者換算 為同樣單位進行比較：一般超市的價格隨時期不同，每公斤價格約為批發價的 2～10 倍不等，
有機蔬菜的菜價約為批發價 10 倍或以上，植物工廠的菜販售價格等級約與有機蔬菜接近。設 每公斤批發價的 10 倍為本模型菜販售所得，並利用以上公式計算 2 年之表現，所得結果如下：
4.2.1 低價位─小白菜
表格 8 2 年種植小白菜之報酬表現 2 年總產量（株） 1512000 2 年總營業額 4378501.575 2 年毛利 3178500.675
4.2.2 中價位─甘藍
表格 9 2 年種植甘藍之報酬表現 2 年總產量（株） 47250 2 年總營業額 456080.625 2 年毛損失 -743919.375
4.2.3 高價位─蕹菜
表格 10 2 年種植蕹菜之報酬表現 2 年總產量（株） 1260000 2 年總營業額 12455682.75 2 年毛利 10055682.75
小白菜收穫期數可一月一穫，其價格偏低，2 年毛利為 3178500.675 元，投資報酬率為 -19.97%；甘藍價格雖高於小白菜，但其種植周期較長，可得總產量較少，2 年皆虧損；蕹菜收 穫期數可一月一穫，價格較高，且因蕹菜種植所需空間較小，總產量高於小白菜和甘藍，2 年 毛利為 10055682.75 元，投資報酬率為 79.91%。選擇植物價位較高且收穫期數和最終可得總 產量較多者是植物工廠考慮種植單一作物時較佳的原則。
本模型計算報酬表現使用之概念並不限於單一作物，可變更作物數量種類與各項變數，計 算各種情境下植物工廠兩年期間的報酬表現。
4.3 模型二模型二模型二模型二：：：：多重作物選擇多重作物選擇多重作物選擇多重作物選擇
選擇種植作物是生產的重要環節，此模型以需求面為考量，假設植物工廠與業者簽訂合 約，將每年或每月提供固定數量的植物給業者，此時根據不同需求，植物工廠必須種植該作物，
以提供業者之需求。
本研究設計了四種不同案例以分析植物工廠的獲利與經營模式。根據季節變動、氣候變化 等不可抗力之天災因素，設計了受颱風影響導致菜價大幅波動的案例一；近年健康觀念受到重 視，此案例與輕食業者做結合，規劃了案例二，將固定提供養生族蔬菜給輕食業者；觀察群眾
飲食習慣後，發現醫院門診中營養諮詢科十分熱門，與院方的營養師共同研究健康瘦身餐，希 望透過案例三讓代謝症候群人口逐漸減少，讓民眾吃得健康又養生；季節變動時總讓人動起來 想吃火鍋的念頭，案例四設計與火鍋業者簽訂契約，固定提供火鍋業者所需的蔬菜。此研究模 型透過四種案例，分析出種植哪些種類植物可以讓植物工廠獲得最大之利益。
本模型之排程問題運用混合整數規劃法將極大化整體營收做為目標式，將菜價、生長期等 考慮因子制定為限制式。利用 Cplex 之分枝界限演算法求解，並得到一最佳化模式[34][35]。
最後將所得排程利用模型一使用之概念計算收益表現。
4.3.1 案例 1─颱風逼近，豪雨成災，菜價飆漲
根據行政院農業委員會資料顯示，近年颱風、豪雨後批發市場蔬菜交易價量變動分析，甘 藍、蕹菜(空心菜)、小白菜等葉菜類價格皆飆漲，因此本案例以此三種作物做為選擇對象。作 物編碼為：a.蕹菜 b.甘藍 c.小白菜
表格 11 案例一之生產排程結果
Year 1 2
Month 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Rank
1 a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a 2 a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a 3 a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a 4 a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a 5 a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a
表格 12 案例一之收益資訊
2 年總產量（株） 1260000 2 年總營業額 12455682.75 2 年毛利 10055682.75
根據表格 11 為所得生產排程結果，表格 12 為該排程之收益資訊。由於蕹菜菜價遠高於另 外兩種作物，考慮價格因素，排程結果僅選擇蕹菜做為種植作物。
4.3.2 案例 2─養身意識抬頭，生菜沙拉小兵立大功
在西方飲食中，蔬菜生食的情況相當多見，加上近年來流行吃的養生，新鮮蔬菜中所含的 維生素C 具有抑制細胞癌變和抗病毒感染的作用，番茄、萵苣菜正式養生族的最愛。因此本案 例以此兩種作物作為選擇對象。作物編碼為：a.番茄 b.蘿美。
表格 13 案例二之生產排程結果
Year 1 2
Month 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Rank
1 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b 2 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b 3 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b 4 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b 5 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b
表格 14 案例二之收益資訊
2 年總產量（株） 672000 2 年總營業額 12597704 2 年毛利 11397704
根據表格 13 為所得生產排程結果，表格 14 為該排程之收益資訊。番茄和蘿美價格接近，
但由於番茄生長所需空間較大，單位種植面積所得產量遠少於蘿美，故排程結果僅選擇蘿美做 為種植作物。
4.3.3 案例 3─控制體重的好夥伴
代謝症候群人口不斷攀升，番茄、小白菜、蕹菜（空心菜）這些營養師推薦的減重適合蔬 菜有固定的購買族群。因此本案例以此三種作物作為選擇對象。作物編碼為：a.蕹菜 b.番茄 c.
小白菜。
表格 15 案例三之生產排程結果
Year 1 2
Month 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Rank
1 a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a 2 a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a 3 a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a 4 a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a 5 a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a
表格 16 案例三之收益資訊
2 年總產量（株） 1260000 2 年總營業額 12455682.75 2 年毛利 10055682.75
根據表格 15 為所得生產排程結果，表格 16 為該排程之收益資訊。由於蕹菜菜價遠高於另 外兩種作物，考慮價格因素，排程結果僅選擇蕹菜做為種植作物。
4.3.4 案例 4─火鍋配菜
季節變化就會讓人想去吃火鍋，番茄、小白菜都是火鍋中常見的配角，而辣椒與青蔥在火 鍋沾醬中更是不可或缺的靈魂角色。因此本案例選取此三種作物種植。本案例作物編碼為 a.
番茄 b.辣椒 c.小白菜 d.青蔥。
表格 17 案例四之生產排程結果
Year 1 2
Month 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Rank
1 c d d d d d d d d d d c d 2 c d d d d d d d d d d c d 3 c d d d d d d d d d d c d 4 c d d d d d d d d d d c d 5 c d d d d d d d d d d c d
表格 18 案例四之收益資訊
2 年總產量（株） 2016000 2 年總營業額 76921856.55 2 年毛利 75721856.55
根據表格 16 為所得生產排程結果，表格 17 為該排程之收益資訊。由於辣椒及番茄的生長 期為小白菜及青蔥的三倍以上，所需時間過長因此不考慮種植。而青蔥生長期雖為兩個月，但 所需種植單位面積較少，同樣為 10X10( )的面積中青蔥能種三株而小白菜則不能。故排程 結果除第 2 個月、第 23 個月種植小白菜，其餘皆種植青蔥。
4.4 模型三模型三模型三：模型三：：：考量價格及作物種植情形考量價格及作物種植情形考量價格及作物種植情形考量價格及作物種植情形
Model 2 之四則案例原採用以單位重量為單位之批發價格(如下圖表 17)套入排程系統運 算，但因原先考量因素不足，以致四則案例排程結果大多選擇單一作物種植，與原本預期甚遠。
此後考量每種作物的生長空間並非相同，以蕹菜及包心白菜為例：蕹菜種植間隔為 10 至 15 公分而包心白菜所需間隔則達 60 公分，兩者所需面積差距極大因而添入面積作計算，以單位 面積(cm²)內所生產重量之價格為計算基準(如下圖表 18)。此外因番茄及辣椒兩者生長期為其 他作物三至五倍，又由於平均一株作物上所產重量不易計算故剔除兩者[36][37]。
作物編碼為 a.花椰菜 b.小白菜 c.青江白菜 d.蕹菜 e.芥藍菜 f.莧菜 g. 球莖甘藍 h.
包心白菜 i.蘿美。
圖表 18蔬菜單位重量價格折圖
4.4.1 蔬菜單位面積生產重量
單位面積(cm²)內所生產重量之價格之定義如下表所示：
表格 19 單位面積(cm²)內所生產重量之價格代號
變數 敘述
作物 i 在時間 t 的批發價 作物 i 單株生長所需面積 作物 i 單株重量
公式如下所示：
圖表 19蔬菜單位面積生產重量價格折線圖
按照新的作物價格考量後的排程結果如表格 20。排程時去除明顯較為高價的韭菜及青 蔥，其餘七種作物價格曲線雖錯綜排列仍挑選出作物 d.蕹菜 f.莧菜 i.蘿美，依折線圖顯示 前三月蕹菜價格高於其他，而第四月份開始莧菜則高於蕹菜，故第三月份起至第六月份改種植 莧菜。直至第八月份蘿美價格作高，在第七月份種植。由此可知排程結果依據作物採收時期較 高者排列出最佳收益排程。
表格 20 單位面積生產重量價格生產排程結果
Year 1 2
Month 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Rank
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4.4.2 蔬菜單日單位面積生產重量
最後的排程價格計算又添入生長期（以日為單位），計算出單日單位面積所生產重量之價 格為基準(如下圖表 20)，套入生產排程程式中作計算，價格較高者為所選之作物。由於折線 圖當中韭菜價格明顯高於其他作物，若只考量種植單一作物則可列為最佳作物，由於研究所需 為多重作物之探討則將之剔除，以其他價格相似之作物套入排程系統當中。
單日單位面積所生產重量之價格之定義如下表所示：
表格 21 單日單位面積所生產重量之價格代號
變數 敘述
作物 i 在時間 t 的批發價 作物 i 單株生長所需面積 作物 i 單株重量
作物 i 成長（以日為單位）
公式如下所示：
圖表 20蔬菜單日單位面積生產重量價格折線圖
按照新的作物價格考量後的排程結果如表格 22。相較於單位面積生產重量之排程結果，
單日單位面積生產重量價格考慮到生長期以至於價格曲線有所不同。依照前一價格排程時挑選 種植的作物為蕹菜、莧菜及蘿美，但由於莧菜生長期較蘿美及蕹菜長(約一週)，價格曲線則皆 在蘿美及蕹菜以下，更有趣的是對照前一折線圖(圖表 19)青蔥因需要兩個月的生長期在單日 單位面積生產重量價格表現也大大不同。
Year 1 2
Month 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Rank
1 d d d d i d i i i d i d d d d i i i i i i i d d 2 d d d d d d i i i d i d d d d i i i i i i i d d 3 d d d d d d i i i d i d d d d i i i i i i i d d 4 d d d d d d i i i d i d d d d i i i i i i i d d 5 d d d d d d i i i d i d d d d i i i i i i i d d
表格 22 單日單位面積生產重量價格生產排程結果
依照重新計算的單日單位面積生產重量價格、單日單位面積生產重量價格套入 Yang and Yulius 的排程系統得到兩種不同的排程結果。單日單位面積生產重量價格，考量每種作物在 每一平方公分的土地面積能生產的平均重量再乘上批發價格作為數據；而單日單位面積生產重 量價格則取用前者數據再除以作物最短生長天數得之。相較於模型一單一作物選擇，模型三不 僅價格的計算方式不同更添加了多種作物為多重作物選擇之探討，亦刪除了模型二中作物生長 期較長(番茄、辣椒)、單株作物生長重量較難計算者(番茄、辣椒)和作物價格於折線圖中皆高 於其他作物者(韭菜、青蔥)，根據折線圖及排程結果之表格的對照，可發現排程結果會依照作 物採收時期價格較高者在不同期間的互補作為挑選。由於模型三作物數量僅九種，依肉眼觀察 即能發現折線圖與排程結果表格中作物挑選的關係，若要挑選更多種作物則能在人本身難以輕 易判斷的狀況下，幫助挑選出最適合的種植作物。
第五章 第五章 第五章
第五章 結論 結論 結論 結論
本研究根據農業推廣手冊所提供適合的水耕作物，考量各作物不同的生長空間、市場價格 以及作物單位面積之重量，經由 Yang and Yulius 於 2012 年所建立的排程系統，來探討各類 作物選擇對植物工廠的重要性。我們發現植物工廠的作物選擇是非常重要的，最佳的選擇策略 為挑選蔬菜互補每日單位面積生產重量的價格曲線。我們根據 Yang and Yulius 於 2012 年所 建立的排程系統，依造事先選定的作物進行最佳化之排程，而根據排程即可計算出最大利潤。
依據模型一以及模型二所計算出之結果，發現若只考慮植物生長期及單位重量價格，而沒 有考量作物在單位面積生產重量和每日單位面積生產重量之價格，選擇生長期短以及蔬菜較重 之作物可獲得較高利潤。但此一結果將無法反映出每單位面積所獲得之利潤，這將會造成作物 收益價格不如實際狀況。在考量作物在單位面積生產重量和每日單位面積生產重量之價格後，
其排程的結果將較適切地選擇多項價值互補作物，以達到獲利的最大化。
植物工廠與有機農業差異性在第二章中我們有詳細的探討，透過分析植物種植要素與生產 出之產品種類，依據消費者對於食品安全重視的程度，本研究發現一般民眾認為的有機農業與 植物工廠作物並不完全相等，此項結論讓我們更了解植物工廠的作物種類。
電價計算方式，在我們原本的觀念中植物工廠理應屬於農業用電，但在參訪國內的植物工 廠太平洋鮮活後，發現到原來植物工廠是屬於電動力農業。植物工廠成本中，電價在能源成本 中佔了絕大部分，如果能夠找到可重複利用之發電系統，將使用之電循環利用，那將會減少許 多能源成本，使植物工廠在運作上更為環保節能，經營面上也能夠得到更大效益。
實際參訪野菜工房後，對於野菜工房積極推廣在家設立小型植物工廠，這項新穎的想法大 大推翻了傳統農業耕種的辛勞感，傳統農業靠天吃飯常常不能預期收穫，而植物工廠在完全受 到人為控制的環境下，每期之收穫與利潤可以經過簡易的計算而得到，相對於傳統農業更為穩 定。
