Friday, July 05, 2002

 

F-會說話的植物(Talking plants)

讓植物說話,似乎是一項不可思議的問題,怎麼讓它說話呢?

人類會說話目的在傳達信息,動物會說話也在傳達某種信息,植物會說話也是希望傳達某種信息。只是這種信息的傳遞的方式略有不同,如何將它串接起來,是一項大的工程技術。有一則真實故事是,有一個人因車禍受傷,結果全身麻木,躺在病床上,無法動彈,他腦海裡千頭萬緒,只是無法讓外界瞭解。後來其家人發現他仍會眨眼,於是靈機一動,要他回答「是」時眨一下眼,回答「否」時眨兩下眼皮,結果他竟然能與外界溝通了,最後還寫了一本書。

植物本身的想法是否也是如此呢?他是否也同樣苦惱著如何跟外界細說,他打算要成長的過程呢?Peter是這方面的植物工程專家,他腦海裡一直在打轉,是否能像那位親友靈機一動一樣,讓植物自己透露心中的秘密。

有一次,Peter開車載我到奈德懷克的一家溫室農戶訪問,他說:這家溫室以種Ficus觀葉植物為主。溫室很大,約有十公頃左右,雖不是最現代化的,但所種的Ficus各種年齡的都有,可以讓你細細品嚐。

我們走進去,經過堆滿待出貨植栽的作業室,先見到溫室的主人。Peter為我介紹。這位主人約四十出頭,看起來是一位很篤實的農民,可惜不會英文。他稍微寒喧了一下就進去了。因為Peter的研究成員正要在此舉辦一個講習會,向附近的農友說明他們研究的成果,所以主人要先準備場地。看樣子,他們他像台灣一樣,要做一些農業推廣的工作,只是台灣做農業推廣的人很辛苦,常要特別千拜託,萬拜託,才有小貓兩、三隻,並且還要免費提供飲料及紀念品。

我們走過作業室,就見到一大片空曠的溫室空間。一條平整的中央走道,貫穿整個溫室,讓人有強烈的由近而遠、由大而小的視覺感。一道陽光下來,將桁架的倩影也印在路面上。幼苗盆整齊地排放在走道兩旁的地上,構成整齊的長條綠色園壇。整個溫室幾乎為直線條所組成,走道線、桁架線、軌道線等無數的直線聚焦於遠方的一點,構成一種有趣的立體透視。陽光與遮蔭簾的陰影在花圃的表面上烙上生動的橫條斑紋,上下交相輝映,有如從遠方的那個焦點,逐漸暉開而來的漣漪。

走道上,有一條很長很長的平面輸送帶佈設於路旁,從遠遠的那邊到最近的這邊,可以想像當盆栽一個一個送到工作室來的時候,那種列隊而來的一種雄壯氣象。

邊走我邊問Peter說:「今天的研究成果主題是什麼呢?」

Peter笑著說:「等一下你聽就知道了。」我想他是在開玩笑。等一下他們都用荷蘭語講,吱吱喳喳地,我只是「鴨子聽雷」,又能知道什麼?

Peter說:「今天要發表的技術是利用影像處理探討Ficus 生長過程中之品質。如你所看到的這個溫室種滿Ficus 。但Ficus的形狀不一,它是一種以葉為觀賞對象的植物。其成苗高度連盆約一米左右,在室內佔相當大的空間。故若能事先瞭解Ficus的生理習性,及其對週遭的反應,然後利用電腦學習的過程,事先針對每個獨立的Ficus進行分級或個別照顧,便可以在預期的時間內達到某一預定的等級。」

我心想道:「要想知道一棵植物的生長特性,可能比知道一個女孩子的生理期還難呢。」不過,我沒說出來。他接著說:「對植物而言,影像處理系統是收集此項資料之最佳工具,當然也可以先採用手測的方式。需要量測的特性是依植物而定,但植株高度、側枝長度及葉面密度等則是植物的重心,對其未來的成長相當重要。」

最近與Peter常在一起,也聽他常提及此項研究工作的進展。他的計畫下,有一位研究助理Babra在幫忙,她與我同一個辦公室一段時間。對於品質控制,Peter常提起一個新的觀念,認為對植物生長若能愈早做品質控制的工作,其所需的成本會比收穫時才做品質控制來得低。

例如,玫瑰盆花的品質控制,若能配合在植物行走系統裡,使植物能個別處理,再利用電腦的記憶能力,對個別植物品質在其成長過程中加以控制。以便隨時掌握植物發展過程中之品質,而非在收穫時才做蓋棺論定,為時已晚。

我忍不住問Peter說:「讓植物說話,是怎樣的一種觀念呢?怎麼與這項技術聯繫在一起?」

「啊,是啊,這種觀念聽來可笑,但實際上是一種『個別處理』與『事先分級』的兩項理念的結合。當然『個別處理』有時又需與「『植物會走路』」的觀念配合,正如剛進來時看到的那條長輸送帶的功能一樣,把盆栽一個送過來,就有辦法一個一個分別處理。而『植物會說話』,是一個邏輯思考的問題。事實上,以形狀發展也好,植物本身的肢體語言也好,植物是無時無刻地在與我們說話。只是我們需要利用儀器或特殊方法去瞭解而已。」
原來植物會說話,是這層意思,但這與我們每天對植物的性狀進行測量,有什麼特別之處呢?

Peter似乎瞭解到我的狐疑,接著說道:「利用資料可以瞭解植物之生長及發展,這是大家已有的共識,若能使『資料學習』的過程與植物之生理演變過程相關聯,則由『資料學習』更可以發掘植物成長的奧秘。而將資料學習應用於其他知識領域,如氣候控制、養液的調配等,則會更有利於植物未來的生長與發展。」

「因此,若能藉感應器及影像處理技術所得之資訊,以專家系統建立植物成長模式,再以此模式作為預定未來品級的標準,則一種會使植物『說話』的觀念乃自然形成,並可為生產者所應用。他們甚至可以利用植物本身作為『感應器』,對其成長作動態控制。」

這時,許多農民都陸續到來了,他們有年輕的,也有中年的;有男的,也有女的,大約20人。這比台灣的農民都是『沒齒沒牙』的阿公、阿媽及抱著小孫子來的情形好的太多了。聽說,荷蘭今年景氣特別好,回來經營溫室的特別多,而且都是年輕一輩的。

Babra他們還準備幻燈機,還有許多資料,沒有任何紀念品,但只有咖啡,咖啡對荷蘭人而言似乎比我們的茶來得重要。對於這種學術研究成果的問題,農民每人幾乎顯示高度的興趣。他們所提出的問題很多,有些還必須由Peter及幾位主事者下場立即作答。我趁他們討論當中,先到溫室內部走了一趟。

走在溫室中,有一種走在光明中的感覺,因為它的亮度似乎已達到極限,讓你找不到黑暗的痕跡。Ficus,一大片一大片,充滿整個溫室。成苗長高後,好像站不住花盆的樣子,每株均必須有兩枝竹子支撐著,遠遠看去,很像從頂上吐出絨絨的髮絲。一部份剛出土的幼苗則仍需要保溫,所以還特別建一個墜道型塑膠溫室特為庇護,形成溫室中的溫室,別有一番情趣。

空曠的溫室中,只見二、三個工人正整理成苗的出貨。他們在盆栽區內,放置活動的平面軌道,將盆栽收集於萬向四輪板車上,沿著軌道運至走道中央。到中央走道之後方才串連起來,一台緊接一台,好像火車的車箱一樣,拖帶著往前進。

有些工作區則設有懸吊式的承板,兩側各以支撐吊在軌道上,軌道直接固定在溫室的桁架上。如此工人僅需將出貨的盆栽置於承板上,送至中央通道上,再運往作業室。

冬天日照時間很短,怎麼辦?有些幼苗區只好加裝人工輔助燈。幾乎每隔六公尺這有一盞燈,整整齊齊地排在溫室的桁架上,有如公路的照明燈。

今天天氣不錯,但溫室的溫度較高,即使天窗已經開啟到最大,人在裡面都有點想出汗。此時遮蔭簾已開始關閉,以調節室溫。在走道之兩側亦吊掛大風扇,一旦溫度真的太高時,可再利用恆溫開關自動控制風扇,進行室內送風。

溫室的灌溉系統仍採用淹灌的方式,利用潮汐系統,由盆底補充水分。而地板也作為冬天加熱系統,加熱管埋在地面以下,使植物能充分獲得保暖的效果。

過不久,他們把講習的成員帶到溫室生長區來實地觀察。他的助手Babra解釋道:「這裡有幾批Ficus及對照組,試驗組經過影像分級的,其生長就顯得特別整齊,品質也較一致,因此將來出貨時,分級的工作將會減少很多。」

「事先資料的收集除影像技術外,亦可用其他儀器測量與植株相關的變數,諸如植床及根部溫度、不同層次之空氣溫度、葉溫、濕度、淨輻射量及溫室溫度等等,使用儀器除一般常用熱電偶溫度計外,亦可使用紅外線溫度計(Heymann Pyrosor)。」Babra解釋道。

Peter 特別將其中一盆拿到走道來。這種Ficus的葉子特別多,有如榕樹,葉面有臘質。根部強勁,有些根已經穿透盆底,從底部伸到外面來。

「這樹長大後有多高呢?」我問道。

「不一定,有些可以長到與人齊,可以放在室內,是一種半蔭的植物,可以維持室內長綠。」其中一位農民說。

但是,看起來許多農民對這項技術似乎還有許多疑慮,問題也特別多。而且過程中所用的技術層次較高,必須用到電腦模式,真正效果仍需待印證。

影像技術是新近的發展,其應用似乎也相當廣。台大在這方面也進行了多年,但多數應用在收穫後的水果品質的判定,對於植物體本身,則較少涉及,主要在其外形複雜,困難度較高。

我忽然想到剛剛談到的手測問題:「以前沒有影像處理時,如何測量這些特性呢?」

Peter似乎被這個問題打斷了原先的思緒,但又覺得我的問題涉及基本技術,於是說道:「量測面積或計算數量,比較有用的工具是採用透明紙上繪製格線。例如:要測量一棵植物中心之葉面積時,可利用以植株平均高度之1/4為長,及最大植株寬度之80%為寬構成之長方形來量測。將此長方形透明紙分成100個方格,置於植物之前,並估計有多少格完全被葉面佔滿。」

「同樣技術可以用在花卉方面,估計多少花及其如何分佈在整個植體面上。在透明紙上繪上一個正方,並分成四部份,依各部份比較分數。所得之資料中,將每一獨立的植物之各特徵的變化與發展繪成圖表,並繪製植群之組成圖。就終端產品作評判,並試著就所量測之數據找出其與終端產品品質間之關係。此研究探影像處理技術,處理速度就快速多了。」

「這種事先測量判斷的方式會有什麼好處呢?」我問道。

「好處有時候可能是無形的。」他接著說道:「在這種方式下,生產者就可以控制植物在預定期間的成長,並控制其在出貨前達到預定之品質。此外,這種方式亦可透過適當調節或補償措施,調整生長速度,以克服因氣溫太冷或太暗所產生之成長不良的問題。如此,在整個生產過程上,不僅可節省能源,而且可以達到品質控制的目的。」

「問題是,每一種植物均要有足夠資料收集,並在稍早時段中進行分析。然後利用這些資料訓練類神經網路系統,使系統能迅速應用於生產的工作。」 Peter 強調說。「而最終的問題則是成本的節省方面。」

「何以如此?」我乾脆打破沙鍋問到底。

Peter也講得興起,說道:「一般言,能源之使用將與生產體積、實際之品質(內在與外在)及送貨之時刻相關。其所獲得之利益可由能源、CO2減少量、葉部含氮量等指標顯示出來。植物之育種、氣候控制、以類神經、雜交育種與植物生理合併的系統,配合影像技術可以進一步改良環境保護措施。」

「這範圍好像蠻廣的,不是嗎?」我問道。

「是啊,」他繼續說道:「在盆栽方面,則特別需要在不同階段先進行分級,如此可確保最後收穫階段的品質。這種在生產階段藉植物說話所顯示的資訊事先分級的觀念,應比傳統的在最後階段分級為佳,其產品品質也較一致。均勻的作物可以獲得均均的處理,不良的則可事先淘汰。同時由於收穫時品質一致,其所需之收獲人力亦較少,因為整齊度在幾近100%下,使用自動化機械進行集缽作業亦比較容易。」

我心想,原來讓植物說話,本是一種事先分級的觀念,不僅是舊技術的提升與新技術的應用,還需應用專家系統建立品質決策模式,才能達到這種品質分級的效果。

走出溫室,太陽正忙著下山,又大又圓的輪廓,一半已沉到地平線下。這真是一趟知識之旅。不知道那一天,植物真的能說話的刻,我們期望她是輕聲細語呢,還是暴跳如雷的吼叫聲呢?
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