PBL挑戰:用科技改變農業與社區生活
隨著氣候變遷導致高溫頻發、水資源日益減少,如何在有限資源下持續生產高品質農作物成為各地農業面臨的重大挑戰。
農業篇:如何用感測與AI技術因應氣候變遷與糧食永續?
閱讀理解訓練:
智慧自動水耕種植一部曲 | 人道對抗饑餓繪本
首先介紹了馬爾薩斯人口陷阱的概念,討論了如何人口增長壓力導致對農業生產的需求急劇增加。
接著,我們探討了鳥糞島法案如何暴露了天然肥料來源的侷限性及其對農業發展的影響。
從故事中建構國中化學知識:哈伯-博施過程的介紹,這是一個工業合成氨的方法,標誌著現代農業時代的開始。我們強調這一科技突破如何使得氮肥的大規模生產成為可能,從而極大地提高了全球糧食生產效率。
在全球氣候變遷、全球人口持續增長對農業產生了前所未有的挑戰,成為迫切需要解決的問題。
智慧農業的概念引入資訊技術,水耕栽培不依賴土壤,通過溶液中來培養植物,這種方法不僅可以減少對土地的依賴,也能有效節水和降低優養化,而物聯網(IoT)、大數據分析和人工智慧(AI),這些技術更進一步提高農業效率,實現精準農業管理。
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水耕種植研究計畫:
今日任務 Task of the Day
各組決定負責的研究項目
研究目的 Purpose of Research
這次的研究目的是了解水耕種植如何在沒有土壤的情況下種出健康的植物。我們希望知道水耕是否能節省土地、減少土壤流失,並且幫助未來糧食不足的問題。我們也想知道植物在水耕環境中的生長速度和外觀變化。
The purpose of this research is to learn how plants grow without soil. We want to know if hydroponics can save land and reduce soil problems. We also observe how fast the plants grow in water.
種植方法 Planting Method
先把海綿切成小塊,放入種子並保持濕潤。發芽後,我們把植株放進網盆,並放在水耕箱上方。營養液的濃度要保持EC 1.2-1.8,燈光每天提供約 12 小時,讓植物可以健康進行光合作用。
We used the deep-water hydroponic method. We put the seeds in wet sponges and waited for them to sprout. Then we moved them into net pots and added nutrient solution.
The plants received light for about 12 hours every day.
觀察紀錄 Observation Log
根長多長? 葉子變大或變多? 顏色是否變深,是否有斑點,是否有不正常的地方,請描述它? 水位與營養液的顏色?
How long are the roots? Did the leaves become bigger or more in number? Did the color of the leaves become darker? Are there any spots on the leaves? Is there anything unusual? Please describe it. What is the water level and the color of the nutrient solution?
結果與結論 Results and Conclusion
我們的植物大部分長得很好,葉子變得濃綠、根變長。我們學到水耕不需要土壤,也比較不會有蟲害。只要有水和光,植物也能健康生長。我們認為水耕能在未來土地不足時幫助世界更多人獲得食物。
Most of our plants grew well. The leaves were green and the roots became long. We learned that plants can grow without soil if they have water and light. Hydroponics may help solve future food problems.
每組至少寫 100 字中文(可多)
再一起轉成 精簡英文(約 3~4 句)
水耕種植實作紀錄:
智慧感測、垂直農法及AI協作coding調控app,培養學生系統性思考與永續發展觀念,解決氣候變遷挑戰
Germination Area Stage 發芽區栽培階段 | Day 0 - 3 Sowing 第 0-3 天
Wet-Wrap 濕敷
淹灌讓種子在發芽期容易缺氧,故 0-3 天是使用濕敷,發芽後3-7天淹灌。
Lighting 燈光
在第0天,發芽區的燈光維持於50 µmol/m2/s 的光量,必需提供光量以確保完整整的發芽,穴盤上需要覆蓋保濕蓋以確保種子維持濕潤,在24小時候,光量可提升至250 µmol/m2/s。
Temperature溫度
在發芽區內於播種後第一個24小時維持20°C有兩個主因:
在發芽的關鍵時段內,讓種子維持濕潤是很重要的,低溫低光高濕可避免種子過乾。
種子最佳發芽溫度為15.6°C-26.7°C。 ( HGIC ) ,15°C-20°C (農業部)
2日之內可發芽:當氣溫超過 25°C-30°C時,由於萵苣胚乳細胞之細胞壁與膜間氣體交換速率受阻而導致種子進入熱休眠狀態而不發芽,需特殊處理促進發芽,如GA3處理浸種冷藏處理。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。
Day 4 -7 - Transplanting & Sub-irrigation
第 4-7 天幼苗移植 & 淹灌
將發芽的幼苗,移植到定植綿上
保持苗株直立與置中
種苗的淹灌允許水分由穴盤底部被植物吸收。
把溫度調高至25°C,在此溫度下,種苗有最佳的成長速率。
Day 4 -7 - Transplanting & Sub-irrigation
第 4-7 天幼苗移植 & 淹灌
將發芽的幼苗,移植到定植綿上
保持苗株直立與置中
種苗的淹灌允許水分由穴盤底部被植物吸收。
把溫度調高至25°C,在此溫度下,種苗有最佳的成長速率。
Day 8 - Removing Double Seedlings & Seedling Selection
第 8 天 - 幼苗篩
依據它們第一片子葉展開的大小 (約直徑1公分)來進行篩選,若幼苗的生長不合格 (直徑小於1公分),將直接被淘汰。一般來說,大約會有20至30%的幼苗會被淘汰。在此階段成長良好沒被淘汰的幼苗,在第11天移植時大多也會通過。幼苗的篩選別對於作物品質的均一性來說是非常重要的。
單一穴格中如有超過一株的幼苗需在第 8 天予以移除,以確保作物的均勻成長。此時也可留意發芽率來了解種子的品質與此階段的生長條件是否適當。在這個階段中,提供均一的環境條件以確保作物的均一成長是非常關鍵的!
Day 21 - Spacing
第21天 - 疏植
萵苣的葉片已經大到會干擾到其他鄰近萵苣的生長了,在第21天進行疏植可以讓萵苣有足夠空間繼續生長。
生菜不耐熱,高溫或水分壓力會導致生菜抽苔變苦。
回家作業:下廚實作與分享 Home Assignment:Cooking & Sharing
腳本設計 Script Planning
拍攝 30–60 秒短片,內容包含:
介紹料理
烹飪過程
與家人分享畫面
1–2 句英文感想
成果展示 Presentation Day