於不同光照下甘藍種苗生長於不同光照下甘藍種苗生長之非破壞性量測之非破壞性量測

國立臺灣大學農業機械工程學系

鍾國基　林達德

一、前言 近年來，國人對蔬菜的消費逐年增加；政府也大力推廣穴盤種苗的栽培自動化，以降低生產成本，因此若能瞭解蔬菜種苗的生長資料，找出使穴盤蔬菜種苗生長最好的溫室環境，必能提高蔬菜生產的品質與產量。 本試驗則利用一套機器視覺自動化量測設備之資料，在不破壞種苗的情形下，取得不同的光照下的甘藍種苗連續生長資料並建立生長模式，此生長資料之收集與分析，將有助於蔬菜種苗的生產管理與溫室環境之設計。

二、實驗設備• Panasonic攝影機， 70mm可調遠近的鏡頭• 影 像 處 理 卡 （ FF1 DSP Frame Grabber ， Current Technology， Inc， ISA）

• 步進馬達，步進馬達控制器 ( PDC9110)• 打光箱• 旋轉平台• 486 個人電腦一部

三、實驗材料 甘藍 -- 日本 Takii’s出產的初秋甘藍種子。

種植介質 --荷蘭生產的 BVB 4-2號培養，此介質土已含有肥料，種植過程中，不再補充肥料。

種植容器 --盆口直徑 9公分、盆底直徑 6公分、 高約 8公分，底部有 6個排水孔的小花盆裡‧‧

四、實驗方法•種子預措•播種遮蔭•取苗影像及校正影像•執行程式（鄭， 1996 ）計算種苗鮮重、乾重及葉總面積

•執行程式計算種苗的生長模式參數

鄭之方程式 Wf = -2*10-8Ap

2 + 0.001Ap+ 0.0231

Wd =7*10-9Ap2 +7*10-5Ap -2*10-5

Al = 0.0003Ap2 + 2.6336Ap -82.276

Ap ：投影面積

Al ：葉總面積

Wf ：鮮重

Wd ：乾重

生長模式在植物或動物科學的領域中，生長方程式已經被使用了非常多年，通常是提供一個數學方程式來描述在生長過程中和時間相關的一些資料，如植物的乾重，比方說

W ：乾重u ( ) ：表示乾重為時間及本身的函數

tWudt

dW,

非線性迴歸

在植物生長的方程式中，最常用的是指數方程式或者是和指數方程式相關的方程式，這些方程式都不是線性的方程式，所以若想求得這些方程式的參數值，必須使用非線性迴歸最小平方法。

Richards 生長模式

Wo ：表示時間趨近於零時，之值Wf ：表示時間趨近於無限大時，之值k， n：常數（ n -1≧ ）

nf

nnf

nW

WWkW

dt

dW

nktnnf

n

f

eWWW

WWW /1

00

0

Logistic 生長模式

Wo ：表示時間趨近於零時，之值Wf ：表示時間趨近於無限大時，之值μ：常數

1

fW

WW

dt

dW

tf

f

eWWW

WWW

)( 00

0

五、結果與討論 此次實驗在四組不同的光照下進行（自然光、人工光照強光源、人工光照弱光源、人工光照遮蔭）人工光照溫室內，光照時間共 12小時，光照值近似定值，其平均照度約為：

207μmolm-2s-1 （人工光照強光源）

96μmolm-2s-1 （人工光照弱光源）

12μmolm-2s-1 （人工光照遮蔭）

可求得甘藍種苗在非破壞性情形下的生長資料用 Richards和 Logistic分析其生長資料，以非線性迴歸最小平方法求得參數此參數可求得不同時間之甘藍苗資料可以分析其相對生長速率低光照的甘藍苗不可用上述兩模式分析，應該另找其他模式分析

自然光照影像示意圖

人工光照強光源影像示意圖

人工光照弱光源影像示意圖

光照示意圖

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

( )時 間 時

(

μmo

l s

照度

-1 m

-2 ) 自然光

人工光照（強光）人工光照（弱光）人工光照（遮蔭）

由實驗數據所求得之參數，以 logistic模式所預測之甘藍苗相對生長速率

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 5 10 15 20 25

時間（天數 ）

Rel

ativ

e G

row

th R

ate

(1/d

ay)

相對生長速率

自然光照

人工光照強光源

人工光照弱光源

由實驗數據所求得之參數，以 logistic模式所預測之甘藍苗鮮重

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

0 5 10 15 20 25 30

時間（天數）

g甘藍鮮重（）

自然光照

人工光照

人工光照弱光源

Richards 模式 W0=1,Wf=100, k=0.2之甘藍苗鮮重

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25 30 35

時間（天數）

資料點

Logistic 模式 W0=1,Wf=100, μ=0.2之甘藍苗鮮重

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25 30

時間（天數）

資料點

實驗數據與模式迴歸曲線之比較

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

時間（天數 ）

g鮮重（）

模式迴歸實驗數據

由實驗數據求得自然光照下Richards Model 之參數

條件 Richards Model自然光照 Yo (g) δ (g-1) μ γ RMSE (g )

1 0.012 0.353 0.325 1.046 0.1252 0.013 0.361 0.309 0.960 0.0843 0.015 0.443 0.333 1.041 0.0984 0.014 0.385 0.338 1.048 0.1085 0.010 0.316 0.361 1.061 0.1076 0.012 0.285 0.354 1.049 0.1157 0.024 0.509 0.264 0.899 0.0638 0.014 0.361 0.337 1.055 0.090

參數平均 0.014±0.004 0.377±0.066 0.328±0.028 1.020±0.055 0.099±0.018平均資料 0.013 0.361 0.339 1.409 0.091

由實驗數據求得自然光照下Logistic Model 之參數

條件 Logistic Model自然光照 Yo (g) δ (g-1) μ RMSE(g)

1 0.012 0.352 0.315 0.1252 0.012 0.365 0.323 0.0883 0.014 0.444 0.326 0.0984 0.013 0.383 0.328 0.1085 0.011 0.315 0.346 0.1096 0.012 0.284 0.343 0.1147 0.019 0.520 0.298 0.0708 0.013 0.360 0.326 0.090

參數平均 0.013±0.003 0.378±0.069 0.326±0.014 0.100±0.016平均資料 0.013 0.360 0.328 0.091

由實驗數據求得人工光照強光源下Richards Model 之參數

條件 Richards Model人工光照（強光源） Yo (g) δ (g-1) μ γ RMSE (g )

1 0.011 0.315 0.349 1.041 0.1562 0.013 0.375 0.361 1.056 0.1323 0.011 0.255 0.325 1.050 0.1284 0.012 0.385 0.308 1.041 0.1195 0.054 0.458 0.230 0.907 0.0056 0.012 0.327 0.349 1.053 0.1117 0.060 0.449 0.151 0.710 0.0608 0.015 0.324 0.327 1.034 0.127

參數平均 0.024±0.019 0.361±0.065 0.300±0.068 0.987±0.114 0.104±0.045平均資料 0.013 0.308 0.310 0.975 0.126

由實驗數據求得人工光照強光源下Logistic Model 之參數

條件 Logistic Model人工光照（強光源） Yo (g) δ (g-1) μ RMSE(g)

1 0.011 0.314 0.339 0.1562 0.013 0.370 0.346 0.1323 0.011 0.254 0.314 0.1284 0.011 0.281 0.299 0.1205 0.038 0.458 0.273 0.0676 0.012 0.322 0.336 0.1107 0.034 0.359 0.220 0.0918 0.014 0.362 0.320 0.128

參數平均 0.018±0.011 0.340±0.059 0.306±0.039 0.116±0.025平均資料 0.012 0.310 0.318 0.129

甘藍苗在四種光照環境下乾重關係圖

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

( )時 間 天 數

(

g )

乾重

自然光人工光照（強光）人工光照（弱光）人工光照（遮蔭）

甘藍苗在四種光照環境下葉總面積圖

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

( )時 間 天 數

( m

m葉總面積

2 )

自然光人工光照（強光）人工光照（弱光）人工光照（遮蔭）

甘藍苗在四種光照環境下鮮重關係圖

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

( 時 間 天 數）

(

g )

鮮重

自然光人工光照（強光）人工光照（弱光）人工光照（遮蔭）

人工光照遮蔭下，甘藍種苗鮮重關係圖

0. 00

0. 50

1. 00

1. 50

2. 00

2. 50

3. 00

3. 50

4. 00

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

( )時 間 天 數

(

g )

鮮重

1

2

3

4

5

6

7

8

人工光照遮蔭下，甘藍種苗乾重關係圖

0. 00

0. 05

0. 10

0. 15

0. 20

0. 25

0. 30

0. 35

0. 40

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

( ) 時 間 天數

(

g )

乾重

1

2

3

4

5

6

7

8

人工光照弱光源下，甘藍種苗乾重關係圖

0. 00

0. 05

0. 10

0. 15

0. 20

0. 25

0. 30

0. 35

0. 40

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

( )時 間 天 數

(

g )

乾重

1

2

3

4

5

6

7

8

人工光照弱光源下，甘藍種苗鮮重關係圖

0. 00

0. 50

1. 00

1. 50

2. 00

2. 50

3. 00

3. 50

4. 00

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 ( )時 間 天 數

(

g )

鮮重

1

2

3

4

5

6

7

8

人工光照強光源下，甘藍種苗乾重關係圖

0. 00

0. 05

0. 10

0. 15

0. 20

0. 25

0. 30

0. 35

0. 40

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

( )時 間 天 數

(

g )

乾重

1

2

3

4

5

6

7

8

人工光照強光源下，甘藍種苗鮮重關係圖

0. 00

0. 50

1. 00

1. 50

2. 00

2. 50

3. 00

3. 50

4. 00

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

( )時 間 天 數

(

g )

鮮重

1

2

3

4

5

6

7

8

自然光照下，甘藍種苗葉總面積關係圖

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

( )時 間 天 數

葉總面積

( m

m2

)

1

2

3

4

5

6

7

8

自然光照下，甘藍種苗乾重關係圖

0. 00

0. 05

0. 10

0. 15

0. 20

0. 25

0. 30

0. 35

0. 40

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

( )時 間 天 數

(

g )

乾重

1

2

3

4

5

6

7

8

自然光照下，甘藍種苗鮮重關係圖

0. 00

0. 50

1. 00

1. 50

2. 00

2. 50

3. 00

3. 50

4. 00

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

( )時 間 天 數

(

g )

鮮重

1

2

3

4

5

6

7

8