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1、1保水保家植物對雨水截留的貢獻摘 要臺灣屬於山高且河川短易缺水的海島，地面水因地勢關係容易流入海洋，如果降水未經 截留作用，淡水勢必很快就流入海洋，導致地下水難以得到補充，缺水情形就會更加嚴重。 樹林中的降水分成株外降雨量、穿落量、植物幹流量及植物截留量等四部份。而本研究利用 模擬實驗探討植物的雨水截留作用，發現當植物葉片總表面積相同時，表面積大者，降水截 留量較大。葉片朝向也會影響截留量，葉尖朝下生長的葉片較水平伸展和葉尖朝上的葉片截 留能力強。相同葉片大小時，葉片數量愈多的植株，其鬱密度愈高，截留量也較強。植株上 具有附生植物，其截留能力較強，降雨量能有較充分的利用時間。根據實地測量也可佐
2、證 有附生植物的森林，形成共生型的截留效用，使得林內的溫度及相對濕度的變化量較無附 生植物的森林來得緩和，森林更顯得翠綠 。校園的景觀佈置中若能考慮栽植葉片面積較大、樹冠葉片數量多的樹種，並且移植附生 植物至樹幹上，除了可以增加環境的多樣性外，更可以增加雨水的截留量，讓降水不會直接 流失而難以利用。關鍵詞：降水、截留量、附生植物2壹、研究動機有一次和老師到阿里山部落進行冬季訪問時，發現溪流兩側的森林景色截然不同，左 岸森林呈現枯黃，右岸則是林木蒼翠，為何同一條溪流的兩岸卻有這麼明顯的差異存在 呢？為什麼較蒼翠的樹林中其樹木植株上大多長有附生植物呢？種種的問題引起我們研 究的興趣。貳、研究目的一
3、、實地測量所見溪流兩側森林邊緣的溫度與濕度之差異二、植物的葉片大小對雨水截留量的影響三、植物枝葉的角度對雨水截留量的影響四、植物枝葉疏密情形對雨水截留量的影響五、附生的植物對雨水截留量的影響叁、研究器材 童軍棍PVC 塑膠布水桶塑膠葉片大燒杯電子式溫濕度計 竹竿礦泉水塑膠桶崖薑蕨鳥巢蕨影印紙電子天平 絕緣膠帶數位相機塑膠繩大塑膠盆大量筒肆、研究步驟一、實地測量選擇 2 個寒流來襲日及 2 個艷陽日的中午，至前提有差異的森林(見照片 1)，沿著產 業 道路前進，隨意選擇 10 個觀測點，利用電子式溫濕度計測量樹蔭下離地 1.25 公尺高處的溫度與相對溼度，並求平均值。二、自製降水模擬器(一)將半
4、徑 25 cm 的大塑膠盆由中心向外以輻射狀每間格 10 cm 鑽一小孔。(二) 將 2 枝竹竿的一端於樓梯間的平台上固定成 V 字型，另一端懸空處則固定降雨器的塑膠盆兩耳 (見照片 2)。3照片 1：右側樹林枯黃，左側較翠綠照片 2：自製降水器三、模擬樹的裝設(一)取 4 個空的礦泉水塑膠桶作為底座，並將童軍棍插入桶內。固定牢固後，再用絕 緣 膠帶將棍子與桶子間的空隙補滿充當樹幹。(二)將大小不一的塑膠葉片其輪廓描繪在影印紙上，並沿描繪邊線將所繪的圖形葉片 裁剪下來，各取 10 片秤重，不同面積的紙葉片紀錄重量為 W1。(三)將 10 張 A4 影印紙裁成 21.0 cm 29.7 cm 大
5、小的紙片秤重，紀錄重量為 W2。(四)利用重量比較法換算出塑膠葉片的平均面積。計算公式：塑膠葉片的平均面積 / W121.0 cm 29.7 cm / W2(五)先取總面積 2015 cm2的不同數量塑膠葉片固定於 3 組人工樹幹上製作實驗用模擬 樹 且依葉片數量由少至多定為乙、丙、丁，並且頂端葉片位置與最底層的葉片位置相距1/2 樹幹長。甲樹：完全沒有樹葉的模擬樹幹。乙樹：單片葉片面積最大而且葉片數最少。 丙樹：葉片面積較大的楓樹。丁樹：葉片面積較小的楓樹。四、容器附著水分的測量(一)量筒方面：分別取兩支 1000 ml 的大量筒裝水至 1000 ml 刻度時，再分別倒入 100 ml的量筒
6、中，測量 100 ml 量筒裡的水量，紀錄兩支大量筒所減少的水量便是大量筒 內壁所附著的水量，重複 5 次求得平均值為 m1。(二)水桶方面：利用兩支 1000 ml 的大量筒分別量取 1000 ml 自來水倒入水桶中，然後再將水桶的水倒回大量筒中，減少的水量就是水桶壁與大量筒內壁所附著的水量，扣除 m1後，連續 5 次求得平均值為 m2。(三)塑膠布方面：量取 2000 ml 自來水倒在地面塑膠布上，然後將塑膠布上的水倒入水桶中，再量取桶中的水量，重複 5 次求平均值為 P1。所以塑膠布上附著的水量： m3=(2000-P1)-(m2+m1)。(四)降水模擬器方面：量取 2000ml 自來水
7、迅速倒入降水模擬器中，使之降水，待模擬器不再滴水時，測量塑膠布所收集的水量，重複 5 次求平均值為 P2，所以降水模擬器所附著的水量：m4=P1-P2。 五、模擬樹木各部位截留水量的測定(一)模擬樹幹留量測定將沒有枝葉的模擬樹幹甲置於降水模擬器下方。量取 2000 ml 的自來水，迅速倒入降水模擬器中，待降水模擬器不再滴水而且模擬樹幹也不再滴水時，移開模擬樹甲，量取塑膠布收集的水量，重複五次求平均值為 P3。4所以模擬的樹幹截留的水量 m5=P2-P3。(二)葉片總表面積相同，葉片數目不同，枝葉截留量測定依次將乙、丙、丁三模擬樹置於降水模擬器下方，迅速倒入 2000ml 的自來水於降 水模擬器
8、中，直到葉片不再滴水時(見照片 3.4)，移開模擬樹，並測量鋪在地面塑膠 布所收集的水量，連續測量五次求得平均值為P4，所以樹枝及樹葉所截留的水量m6=P3-P4。(三)相同葉片總表面積，不同葉片朝向的角度，枝葉截留量測定1.依次將葉片調整為水平展向，並在降水模擬器中倒入 2000 ml 的自來水，測量鋪 在 地面上塑膠布所收集的水量，連續測量五次求得平均值為 P5。2.將葉片調整為葉尖朝上並高於葉柄，並在降水模擬器中倒入 2000 ml 的自來水， 測量鋪在地面上塑膠布所收集的水量，連續測量五次求得平均值為 P6。3.將葉片調整為葉尖朝下並低於葉柄，並在降水模擬器中倒入 2000ml 的自來
9、水， 測量鋪在地面上塑膠布所收集的水量，連續測量五次求得平均值為 P7。4.比較P5、P6、P7雨水截留量的關係。(四)相同葉片大小，不同葉片數量，枝葉截留量測定1.將乙樹葉片調整為水平展向，裝於樹幹的葉片數量依次為 1 片、3 片、5 片及 7 片。2.於降水模擬器中倒入 2000 ml 的自來水，測量鋪在地面上塑膠布所收集的水量， 連續測量五次求得平均值 P8。照片 3-1：丙樹截留實驗照片 3-2：丙樹截留實驗5照片 3-3：丙樹截留實驗照片 4：丁樹截留實驗六、叢狀附生蕨類雨水截留量的測定(一)將蒼翠森林中取回的崖薑蕨與鳥巢蕨各 5 叢，置於舊報紙上，吸取基部及葉片上 殘留的水分，2
10、天後再分別將蕨類放入塑膠袋中，秤取每袋植物乾重 W1後備用。(二)取出塑膠袋中的蕨類，置入裝水的水桶中，浸泡自來水十分鐘後，再將蕨類由水桶中取出，置於水槽上方滴水，直到植株不再滴水時，置入塑膠袋中秤重，量取 溼重 W2。七、模擬樹幹上附生蕨類降水截留量的變化(一)分別將甲、乙、丙三株模擬樹上離地 70 公分處，固定一株崖薑蕨，並量取 2000 ml 的自來水，倒入降水模擬器中，測量鋪在地面上塑膠布所收集的水量，連續測量五次，紀錄測量結果求得平均值(見照片 5)。(二)與未固定崖薑蕨的模擬樹所測得的結果進行比較。(三)取下崖薑蕨換上鳥巢蕨進行測試。(四)其餘步驟同(一)和(二)。6照片 5-1：
11、甲樹與附生的崖薑蕨照片 5-2：甲樹的崖薑蕨近照照片 5-3：乙樹與附生的崖薑蕨照片 5-4：乙樹與附生的崖 薑蕨近照照片 5-5：丙樹與附生的崖 薑蕨照片 5-6：丙樹與附生的崖 薑蕨近照照片 5-7：甲樹與附生的鳥 巢蕨照片 5-8：甲樹附生的鳥巢 蕨近照照片 5-9：乙樹與附生的鳥 巢蕨7照片 5-10：乙樹與附生的鳥 巢蕨近照照片 5-11：丙樹與附生的鳥 巢蕨照片 5-12：丙樹與附生的鳥 巢蕨近照伍、研究結果一、溪流兩側森林邊緣冬季的溫溼度變化(一)測量人員分成 2 組沿著產業道路同步進行測量，正午所測得的平均溫度是樹幹 上有附生植物的左岸森林溫度為 18.9 ；較沒有附生植物右岸
12、森林的 19.5 低 0.6 。寒流來襲時所測得的左岸平均溫度 14.2 ，較右岸的 12.7 高出 1.5 ，足見左岸的溫度差異較小(如表 1)。而且沒有附生植物的森林落葉明顯地面上乾燥；有附生植物的森林則仍是一片翠綠(見照片 6)，地面較潮濕。表 1：河道兩側所測得的平均溫度 單位：項目室外左岸右岸冬季平時20.518.919.5 寒流來襲1314.212.7 溫度差()7.54.76.8照片 6-1：葉片較大的附生植物照片 6-2：葉片較小的附生植物8(二)所測得的相對溼度則是有附生植物的左岸森林為 59.8也較沒有附生植物的右 岸森林 53.6平時高出平均 6.2；寒流來襲時則左岸森林
13、為 46.1較右岸森林的44.1高出 2(如表 2)。氣候變化對有附生植物的左岸森林所測得的平均相對濕度差仍會較大。 表 2：河道兩側所測得的平均相對濕度 單位：項目室外左岸右岸冬季平時51.959.853.6 寒流來襲42.646.144.1 相對濕度差()9.313.79.5二、模擬樹木降水截留量的差異依照經濟部水資源局的資料，一年降到台灣土地的雨量中，25的雨水被蒸發到大氣中，剩餘的降水則有近 60的比例則是藉由河川直接流入大海中。(一)實驗測量時容器可能被忽略的附著水量1.由於是模擬實驗所以會使用很多的容器及收集工具，浸泡過自來水後，均會殘 留附著的水分，所測得的結果如表 3。2.測得
14、容器及收集工具所附著的水量則是：塑膠布 m3水桶 m2 自製降水器 m4大量筒 m1。表 3：各容器所附著的平均水量 單位：ml項目大量筒 m1水桶 m2塑膠布 m3自製降水模擬器 m4平均附著水量1.282.828.042.54(二)相同葉片總表面積，不同葉片數量的截留量1.塑膠葉片只選擇 3 種大小不一的規格，以利變因的控制。2.依照表 4 所測得的質量，根據質量比較法所換算的葉片平均面積為：(1)最大的葉片 A 面積為 247.75 cm2。(2)次大的葉片 B 面積為 23.15 cm2。(3)最小的葉片 C 面積為 20.23 cm2。表 4：由質量所換算的面積 單位：cm2項目A4
15、 影印紙葉片 A葉片 B葉片 C質量(g)5.1182.0330.190.166 單片面積(cm2)623.7247.7523.1520.233.甲樹只有樹幹沒有葉子屬於樹幹雨水截留，乙丙丁三樹的葉片總面積設定為1732.5 cm2；所以乙樹樹幹約有97 片大葉，丙樹樹幹約有 75 片葉片，丁樹樹幹約有 98 片葉片。4.所測得的降水平均總截留量：乙樹(185.6 ml)丙樹(65.4 ml)丁樹(58.4 ml)； 亦即樹葉的總表面積相同時，葉片面積越大者如 A 其降水總截留量越多(如圖 1)。圖1：單葉片面積與平均總截留量的關係050100150200250300350ABC葉片代號葉片面
16、積(cm2)平均水量(ml)單葉片的平均面積平均總截留量5.由連續五次測量的結果，發現連續降雨時第 1 次或第 2 次的截留效果最好，截留量達到最高，第 3、4、5 次所測量的結果差異不大，而且截留量均較第 1、2次為低(如附表 4)。三、相同葉片數，不同葉片朝向的降水截留量(一)葉片的不同朝向會影響到被截留水分的流動方向，所測量的截留量結果則是葉尖朝下(196.0 ml)葉尖呈水平(185.6 ml)葉尖朝上(158.0 ml) (如圖 2)。(二)連續截流水份的能力則因葉片朝向也有所不同，葉片面積最大的葉片其葉尖朝上時在第 1 次降水時截留量達到 170 ml，隨後的截留量就趨於穩定的 165 ml，葉尖 呈水
