風兒請你輕輕吹
國中組 第二名
縣 市:金門縣
校 名:金城國中
作 者:翁振傑、陳劭農
吳雅婷、黃盈斐
指導教師:黃靜柯、黃雪蔭
翁振傑:(金門縣金城國中304班)從小家中就只有我一個孩子,時常會覺得無聊,因而嘉愛閱讀故事書、小說,對於科學新普也有濃厚的興趣。很高興能和其他三位同學一起做科作,也得到黃老師鼎力的指導,更深感榮辛能獲得第二名。
陳劭農:(金門縣金城國中304班)平常我喜歡打撞球、運動、玩電腦及閱讀。我的名字中,邵農的意思便是勤勉,當然父母也是望子成龍,朋友都喜歡叫我「陳農」,我的長相和一剪梅中的男主角很像,不過我比較帥,許多女同學也之傾迷。
吳雅婷:(金門縣金城國中304班)我---吳雅婷,出生於一個小康的家庭,家裡除了父母外,還有哥哥和姊姊,當然還有一ㄊㄨㄚ的好朋友,他們就像是指引,成長路途一路走來,讓我不寂寞。我最大的興趣便是看書,報紙、漫畫、小說、雜誌、上至天文,下至地球,都能令我愛不釋手,這些書幫助我了解許多事,不僅是知識,還有讓我明白了,這個世界是如此之大,而我又如此渺小,藉著書,我重新認識了這個世界。
黃盈斐:(金門縣金城國中304班)我出生在純樸的金門,一個和樂的小康家庭,除了父母之外,尚有一哥一姊,均就讀大學。嗜好在於演奏樂器、唱歌、旅遊、看書。個性活潑愛笑,但有時會突然很沈默。對於未來充滿希望,因為興趣廣泛,故還在找尋真正所長。最大願望是環遊世界。
一、研究動機
清風徐來,水波不興;那一夜,風兒叮噹響起,雨兒斷斷續續,沙沙作響;心中盤算丹恩到來,景象未知,清晨風雨加劇;風兒,你為什麼不輕輕吹呢?時鐘滴答滴答走著,約近中午,狂風怒吼,待在家中臨窗注視外界景色,晦黯天空,不時霹靂啪啦聲響,傳入耳中,夜深了,外界響聲也漸漸平靜,〝丹恩〞你走了。翌日起床,風停雨止,走出屋外,行道樹東倒西歪,斷枝連連,交通中斷,公路無一倖免,啊!綠色風獅爺,您受傷了,經年累月,您屹立不搖,這一回,卻損傷連連,一一伏地不起,看到這麼多的殘枝落葉,被吹倒的樹,心中不禁起了疑惑,為何平日屹立不搖的樹木,會在一夕之間傾倒斷折這麼多?再加上颱風後的一段日子中,外界的訊息幾乎完全中斷,更驅使了我們想一探究竟的好奇心。為此,幾個夥伴,抱著關愛的心情,金門走透透,希望能更加認識家鄉。
二、研究目的
1.瞭解此次颱風造成樹木倒下之原因。
2.推測颱風的行徑與樹木倒下之間的關係。
3.瞭解不同樹種受損之情形及所能承受的風力。
4.地形、風和植物三者關係探討。
5.土質對於樹木受風力之影響。
6.樹木內部構造、葉形與受損的關係。
三、研究過程
研究構想一
(一)方法:以騎踏車的方式,實際觀察田野現象,瞭解受損情況,並從觀察中每的幾個地方,取一段適當的距離,加以統計,瞭解問題,探討原因。
(二)結果:
如下之調查表:
地點 |
樹種 |
調查 總數 |
折斷 |
扭斷 |
歪斜 |
全倒 |
植株 倒向 |
土質 |
地形 |
||
底部 |
中部 |
中部 |
頂部 |
||||||||
夏墅
│
延平 郡王祠 |
木麻黃 |
121 |
4 |
60 |
5 |
1 |
13 |
12 |
西偏南 |
紅土礫層 |
台地 |
竹 |
29 |
0 |
0 |
0 |
1 |
17 |
4 |
||||
榕樹 |
5 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
||||
樟樹 |
11 |
2 |
3 |
1 |
0 |
3 |
0 |
||||
其它 |
31 |
0 |
5 |
0 |
0 |
7 |
2 |
||||
延平 郡王祠
│
水頭 |
木麻黃 |
131 |
2 |
70 |
4 |
1 |
15 |
3 |
西偏南 |
花岡片麻岩 近代沈積物 |
海邊高地 |
竹 |
36 |
0 |
2 |
0 |
0 |
26 |
1 |
||||
榕樹 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||||
其他 |
36 |
0 |
12 |
2 |
0 |
9 |
1 |
||||
稚暉亭 │ 碼頭 |
木麻黃 |
78 |
6 |
33 |
8 |
6 |
12 |
2 |
北北西 |
花岡片麻岩 |
海邊高地 |
榕樹 |
3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||||
相思樹 |
27 |
0 |
6 |
0 |
0 |
4 |
7 |
||||
其他 |
50 |
3 |
12 |
9 |
2 |
11 |
1 |
||||
舊金城 │ 古崗 |
木麻黃 |
148 |
10 |
76 |
8 |
1 |
16 |
3 |
西---北 |
近 代 沈積物 |
平原 |
竹 |
56 |
1 |
10 |
0 |
0 |
14 |
8 |
||||
其他 |
34 |
3 |
10 |
2 |
0 |
2 |
4 |
||||
珠山 │ 賢厝 |
木麻黃 |
29 |
5 |
8 |
0 |
2 |
7 |
4 |
西北 |
紅土 礫層 |
台地 |
其他 |
13 |
1 |
4 |
0 |
0 |
2 |
0 |
||||
合計 |
|
839 |
37 |
311 |
39 |
15 |
158 |
52 |
|
|
|
地點 |
樹種 |
調查 總數 |
折斷 |
扭斷 |
歪斜 |
全倒 |
植株 倒向 |
土質 |
地形 |
||
底部 |
中部 |
中部 |
頂部 |
||||||||
下埔下 │ 湖下 |
木麻黃 |
75 |
4 |
19 |
1 |
0 |
8 |
22 |
西北 |
近代沈積物 |
丘陵 |
其它 |
66 |
0 |
19 |
5 |
3 |
12 |
9 |
||||
湖下 │ 慈湖 |
木麻黃 |
97 |
6 |
29 |
6 |
1 |
5 |
19 |
西、西北 |
近代沈積物 |
平原 |
其它 |
101 |
1 |
23 |
3 |
0 |
6 |
21 |
||||
雙鯉湖 │ 南山 |
木麻黃 |
73 |
3 |
28 |
9 |
0 |
3 |
21 |
西、西北 |
近代沈積物 |
平原 |
竹 |
13 |
2 |
0 |
0 |
0 |
4 |
4 |
||||
其它 |
35 |
4 |
18 |
1 |
2 |
2 |
1 |
||||
南山 │ 北山 |
木麻黃 |
63 |
3 |
24 |
2 |
0 |
11 |
8 |
西、南 |
近代沈積物 |
平原 |
其它 |
46 |
3 |
18 |
3 |
0 |
5 |
2 |
||||
北山 │ 古寧國小 |
木麻黃 |
73 |
4 |
28 |
8 |
1 |
9 |
11 |
西北 |
近代沈積物 |
平原 |
榕樹 |
9 |
0 |
2 |
0 |
0 |
2 |
2 |
||||
其它 |
83 |
11 |
13 |
11 |
1 |
9 |
15 |
||||
安歧 │ 湖南 |
木麻黃 |
35 |
6 |
7 |
6 |
0 |
8 |
1 |
西北 |
近代沈積物 |
丘陵 |
檸檬桉 |
23 |
0 |
3 |
4 |
0 |
4 |
3 |
||||
其它 |
71 |
13 |
16 |
5 |
0 |
3 |
5 |
||||
寧中小 │ 盤山 |
木麻黃 |
62 |
4 |
23 |
6 |
1 |
8 |
4 |
西北 |
近代沈積物 |
丘陵 |
棟樹 |
95 |
0 |
0 |
0 |
0 |
6 |
0 |
||||
橡樹 |
104 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
||||
其它 |
44 |
7 |
11 |
3 |
0 |
4 |
4 |
||||
榜林 │ 金城 |
木麻黃 |
70 |
7 |
1 |
8 |
2 |
10 |
9 |
西、北 |
近代沈積物 |
丘陵 |
棟樹 |
102 |
1 |
4 |
0 |
0 |
23 |
0 |
||||
榕樹 |
7 |
3 |
0 |
0 |
0 |
4 |
0 |
||||
其它 |
64 |
9 |
9 |
8 |
4 |
3 |
11 |
||||
合計 |
1141 |
91 |
305 |
89 |
15 |
150 |
172 |
|
|
|
地點 |
樹種 |
調查 總數 |
折斷 |
扭斷 |
歪斜 |
全倒 |
植株 倒向 |
土質 |
地形 |
||
底部 |
中部 |
中部 |
頂部 |
||||||||
中山林 │ 中興崗 |
木麻黃 |
77 |
5 |
27 |
7 |
3 |
8 |
1 |
西北 |
紅土礫層 |
平原 |
松樹 |
75 |
0 |
1 |
0 |
0 |
7 |
6 |
||||
相思樹 |
51 |
0 |
0 |
2 |
1 |
9 |
4 |
||||
棟樹 |
23 |
0 |
5 |
2 |
0 |
4 |
2 |
||||
其他 |
19 |
0 |
2 |
0 |
0 |
3 |
3 |
||||
中興崗 │ 尚義村 |
檸檬桉 |
25 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
西北 |
花岡片麻岩、金門層 |
斜坡 |
南洋杉 |
43 |
0 |
2 |
0 |
0 |
5 |
0 |
||||
木麻黃 |
62 |
2 |
28 |
11 |
1 |
0 |
0 |
||||
棟樹 |
54 |
0 |
0 |
5 |
0 |
18 |
1 |
||||
相思樹 |
27 |
0 |
6 |
0 |
2 |
8 |
1 |
||||
其它 |
11 |
1 |
0 |
0 |
0 |
4 |
0 |
||||
尚義村 │ 成功 |
木麻黃 |
53 |
3 |
18 |
2 |
2 |
0 |
4 |
西北 |
花岡片麻岩、金門層 |
海岸平地 |
相思樹 |
36 |
0 |
4 |
1 |
0 |
12 |
2 |
||||
榕樹 |
3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||||
其它 |
28 |
1 |
2 |
7 |
1 |
3 |
4 |
||||
料羅 圓環
│
柏村 |
松樹 |
32 |
0 |
12 |
0 |
0 |
4 |
0 |
西北、北北西 |
近代沈積物 |
平地 |
木麻黃 |
49 |
6 |
8 |
9 |
2 |
0 |
2 |
||||
光臘樹 |
17 |
0 |
1 |
3 |
1 |
3 |
5 |
||||
其它 |
22 |
4 |
7 |
0 |
0 |
1 |
0 |
||||
柏村 國小 |
木麻黃 |
28 |
1 |
4 |
2 |
0 |
1 |
0 |
北北西 |
近代沈積物 |
平原 |
松樹 |
11 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
3 |
||||
南洋杉 |
6 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5 |
0 |
||||
相思樹 |
23 |
0 |
6 |
3 |
0 |
1 |
4 |
||||
其它 |
20 |
0 |
2 |
0 |
0 |
0 |
5 |
||||
合計 |
1141 |
91 |
305 |
89 |
15 |
150 |
172 |
|
|
|
地點 |
樹種 |
調查 總數 |
折斷 |
扭斷 |
歪斜 |
全倒 |
植株 倒向 |
土質 |
地形 |
||
底部 |
中部 |
中部 |
頂部 |
||||||||
官裡
小西門 |
木麻黃 |
185 |
12 |
48 |
9 |
2 |
5 |
5 |
西 |
紅土礫層 |
平原 |
相思樹 |
49 |
2 |
9 |
2 |
0 |
8 |
4 |
||||
樟樹 |
39 |
2 |
5 |
3 |
2 |
4 |
0 |
||||
其它 |
35 |
2 |
3 |
6 |
2 |
4 |
1 |
||||
尚義機場
尚義村 |
懷樹 |
46 |
2 |
8 |
0 |
0 |
6 |
1 |
北 偏 西 |
金門層 |
海岸 平地 |
樟樹 |
32 |
3 |
5 |
1 |
2 |
6 |
0 |
||||
木麻黃 |
64 |
1 |
13 |
0 |
0 |
8 |
2 |
||||
白楊樹 |
42 |
0 |
9 |
0 |
2 |
5 |
0 |
||||
其它 |
29 |
1 |
4 |
0 |
0 |
9 |
3 |
||||
開瑄國小
成功 |
南洋杉 |
12 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
西北 |
花岡片麻岩 |
斜坡 |
木麻黃 |
51 |
1 |
7 |
1 |
0 |
9 |
3 |
||||
棟樹 |
15 |
2 |
3 |
0 |
0 |
2 |
2 |
||||
其它 |
8 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
||||
農試所
中正公園 |
木麻黃 |
77 |
2 |
8 |
1 |
0 |
4 |
7 |
北 偏 西 |
近 代 沈積物 |
平原 |
榕樹 |
20 |
1 |
3 |
0 |
0 |
3 |
0 |
||||
其它 |
44 |
3 |
4 |
4 |
1 |
5 |
1 |
||||
陽明
溪邊 |
樟樹 |
110 |
5 |
19 |
0 |
0 |
8 |
2 |
北 |
近 代 沈積物 |
小丘陵 |
木麻黃 |
151 |
12 |
17 |
23 |
3 |
19 |
3 |
||||
相思樹 |
28 |
4 |
5 |
1 |
0 |
4 |
0 |
||||
其它 |
49 |
5 |
5 |
1 |
3 |
11 |
0 |
||||
沙美
吳坑 |
木麻黃 |
125 |
11 |
16 |
1 |
2 |
10 |
4 |
西北 西南 |
近 代 沈積物 |
丘陵 |
榕樹 |
20 |
1 |
3 |
0 |
0 |
3 |
0 |
||||
其它 |
44 |
3 |
4 |
4 |
1 |
5 |
1 |
||||
嚨口
安歧 |
檸檬桉 |
43 |
0 |
0 |
0 |
0 |
20 |
0 |
西 |
近 代 沈積物 |
平地 |
木麻黃 |
41 |
6 |
7 |
0 |
4 |
2 |
0 |
||||
其它 |
50 |
3 |
6 |
0 |
2 |
7 |
2 |
||||
瓊林
后沙 |
木麻黃 |
83 |
10 |
18 |
0 |
2 |
14 |
0 |
西北 |
紅土礫層 |
台地 |
檸檬桉 |
53 |
3 |
0 |
0 |
0 |
21 |
2 |
||||
棟樹 |
26 |
1 |
3 |
1 |
0 |
4 |
0 |
||||
其它 |
67 |
6 |
10 |
1 |
1 |
7 |
1 |
||||
山后
山西 |
木麻黃 |
50 |
6 |
1 |
0 |
1 |
7 |
0 |
西南 |
花岡片 麻 岩 |
丘陵 |
楓樹 |
46 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||||
其它 |
43 |
2 |
3 |
2 |
1 |
2 |
0 |
||||
馬山
官澳 |
木麻黃 |
117 |
10 |
13 |
0 |
1 |
15 |
1 |
西 偏 南 |
近代沈積物 |
平地 |
樟樹 |
13 |
0 |
2 |
1 |
0 |
3 |
0 |
||||
其它 |
66 |
0 |
4 |
0 |
1 |
16 |
7 |
||||
合計 |
1971 |
123 |
265 |
61 |
34 |
262 |
54 |
|
|
|
(三)討論:
1.金門島西南部,所受創的樹木都以偏西為主,或稍偏北偏南,可見此次颱風東風影響之大,據觀察,樹木的倒伏,只要一定高度以上(約五、六公尺左右),幾乎無一倖免,尤其以木麻黃最為嚴重,許多樹木只有上半部枝葉折斷,而底部根莖仍在,應是此次颱風先風大雨小之緣故,更可見斷折情形大可分兩種:
折斷:因風瞬間力大,使之朝一方向折斷,折處較明顯
扭斷:因風使之受創,但不足造成完全折斷,在不同的風向下,而逐漸有被扭轉的感覺,其扭斷處,如雞絲而旋轉。
2.許多地方倒向不一,據推測,應為渦旋氣流造成。
3.觀察中,金門島西半部樹木的倒向,大致上仍然以倒向西為主,偶爾有一兩棵倒向北方。
4.在海邊或小山坡上,樹木的受損較平地嚴重,符合地形上的效應,尤其以金門高中至北山一帶,損傷更為嚴重,倒向也較為淩亂。
5.在樹種抗風性上,可以發現同一地點,木麻黃較其他樹種更缺乏韌性,所以往往較其他樹種倒下更為慘重。
6.金門中部及東南半島樹木受災情形,都是偏向西北。
7.觀察中樹種較以往多,因而發現,檸檬桉生長得非常高,但幾乎無受傷害,可見其韌性之強。另外,測中可見楝樹通常成群,偏斜向同一方,但少有折斷。
8.在樹木受風方面,以中山林為例,由於當地樹木眾多〈以松樹為主〉,儼然成為一片樹林,所以受影響只有迎風面一帶,其他則只有少數幾株歪斜,可見,若是同條件下,單獨一顆樹遠比樹林更易倒斷。
9.由觀察中可以瞭解整體而言,西半島災情勝於東半島,而除了西半島外,其他地方的災情則南半島又勝於北半島,尤其以東北半島最無影響,只有樹梢末端稍許折斷。
10.樹木在地表時,以邊界層風速分佈來看,樹末梢所受的風力較大,因而金門許多的樹受損較輕的只有頂端折斷,而低莖植物受損較輕,由此也可瞭解。
11.由觀察中,了解金門大致可分為紅土及砂質壤土,植物生長在兩種不同土壤,大致情形如下:
(1)紅土:金門西半島大致以紅土為主,紅土密度較大、較堅硬,故植物生長於其上時,根部所能承受之力較大,但也較容易產生折斷,也較不容易產生風倒。若是降雨後,土壤則會較鬆軟。
(2)砂質壤土:砂質壤土的土壤較為鬆散,但澆過水後並未有太大的改變,乾燥的砂質壤土也較潮濕的紅土較鬆軟,因而生長在此種土壤上的植物常發生伏倒。
12.在太武山系東側及五虎山系東北地方的土壤為風成砂土,由於主要成分為細小的砂礫,理應受損慘重,但因距離颱風中心稍遠,或山系的阻擋作用,比起其他地方可稱輕微。此乃地形效應吧!由山後民俗文化村附近的楓樹林,受損可看出,因前有太武山及五虎山的阻擋,大大的減低了風對其的影響力。
研究構想二繼田野調查後,尋找資料,並從資料中和所觀察得到的結果,加以推論、分析:
此次颱風中,金門於10月8日23時便開始進入暴風圈內,於10月9日20時方正式脫離颱風之範圍。再從資料中可以得知,以10月9日11時金門本島離颱風眼最近,西約50公里。而小金門理所當然更為靠近颱風眼,因在颱風眼邊緣處乃是風速最強的地方,所以小金門之受損較金門更為慘重,金門西半島的受損又明顯大於金門東半島。而此次金門洽在丹恩颱風行路線中,金門正好位於颱風的危險象限中,因此丹恩雖為中度颱風,卻造成金門樹木極大傷害的一大原因。
在此次丹恩颱風中,可以感覺得先風而雨,再根據資料可以判斷,10月8日前之累積雨量較少,土壤尚未完全濕潤而較為堅硬,但因風速強大,在此情形下,易造成地下部所受風壓尚未完全傳至根部,便把樹木折斷,而到了下午,累積雨量逐漸增加,造成土壤潮濕、鬆軟,因而當強風來襲時,植物根部之支援力減少而發生風倒。
風壓和風速的平方成正比,根據日本氣象學會所得的經驗式:
P = 0.124V2
式中P為風壓每平方公尺上承受的公斤數,V為風速的每秒公尺速。若以丹恩颱風之間的最強瞬間風速約43m/sec來說,帶入計算公式,一棵固定不動的樹平均一平方公尺需承受約222公斤的力,由此可瞭解木麻黃的折斷,和南洋杉受損情況的合理解釋。
研究構想三
從田野調查及資料分析之後,轉而利用模擬實驗加以探討樹木個別特性,更加深入了解。
實驗一
1.目的:探討各種不同樹種之間,所能承受力的特性。
2.器材:樹枝(聖誕紅、木麻黃、楓樹、楝樹、榕樹、檸檬桉、相思樹、南洋杉)、紙板、彈簧秤、繩子、尺、量角器、筆。
3.步驟(方法):
(1)取一種樹枝後,分別以目測取前、中、尾端,分別綁上繩子。
(2)把紙板用兩桌子固定夾住,並把樹枝置於桌邊。
(3)以手固定樹枝,並以一處為基準點,測量上述三處與基準點的距離,及三處的周長。
(4)以彈簧秤垂直掛於樹枝上,並記錄於紙上,施力不同時樹枝彎曲的度 數。
實驗二
1.目 的:經過實驗一後,深覺欲使樹枝折斷實為不易,故另想新方法來測知各樹木間支線力的差別。
2.實驗器材:樹枝(木麻黃、楓樹、楝樹、榕樹、檸檬桉、相思樹、南洋杉)、砝碼、繩子。
3.方法步驟:
(1)將樹枝以固定比例置於兩桌之間,用重物把兩側壓好,在其中點繫上繩子。
(2)掛上砝碼,直到樹枝折斷,再加以計算砝碼的重量。
4.結果:
5.討論:
(1)實驗中,力一樣,彎曲度愈大而末折斷者,證明其韌性愈佳,而不斷加大所施的力,最早折斷的樹枝,支援力較弱,而能夠承受較大的力而不折斷者支援力較好。韌性大小比較如下:
南洋杉>聖誕紅>榕樹>棟樹>木麻黃>相思樹>檸檬桉>楓樹
支援度大小比較如下:
相思樹>棟樹>檸檬桉>榕樹>楓樹>南洋杉>木麻黃
但在實驗之中變因實在太多,所得結果未必十分正確,因而我們盡可能控制其變因,以達到最精準的效果。
(2)在實驗之中也可發覺南洋杉之木材堅硬,且韌性也良好,但在此風災後,卻可見其迎風面之樹枝幾乎全部折斷,故可推出其原因在於分枝部分結構是否穩固,而南洋杉正因此部位脆弱,而容易折斷,但主幹卻非常堅硬,不易受損。其他如楝樹、檸檬桉其分枝部分便明顯強多了,故樹木倒斷與否,便和其分枝的結構有極大的關係。
(3)韌性好的植物在風吹的情況下,若不超過其支援度的最大界限,因易彎曲,使受風面積減少,成為其有力的條件。
(4)從實驗中可發覺若是樹枝越短,則施同樣的力,彎曲的度數較樹枝長的彎曲度數小,其可根據:
L=F×d(力矩 = 作用力 ×力臂)
來解釋便合理。同樣的,若樹木越硬,同樣的風力較不易使之彎曲,但只要力量一超過極限,則變容易倒斷,聖誕紅極為最佳例證,而韌性強的則反之。
研究構想四
大約瞭解樹木的韌性後,利用顯微鏡,觀察橫切面,以了解樹木的韌性是否和內部構造有關。
觀察結果
樹種 |
橫切剖面構造 |
觀察情形 |
葉面構造 |
楓樹 |
學名:Liquidambar formosana Hance 觀察情形:中柱部分成不規則狀,細胞部分極為密集,木質部細胞,由中柱向四周輻射排列,排列極為密集,其組織間有許多中空小孔,係為維管束。其木質部細胞排列極為緻密,硬度較大,但韌性不佳,再加上由於枝葉繁茂,受風面積大,推測其受損應相當嚴重。但金門的楓樹群多新栽,高度不高,相對減少了受損程度。 |
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苦楝 |
學名:Melia azedaraach Linn 觀察情形:中柱部分成不規則變形蟲狀,其細胞為圓形層層交疊而成。木質部細胞排列極為緊密,支持力強。樹皮較厚實,也可抵擋一些風力,降低損害度。 |
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榕樹 |
學名:Ficus nicrocarpa Linn.f.var.microcarpa 觀察情形:中柱呈不規則狀,其木質部細胞排列情形比楓樹稀疏,比苦楝緊密,故其韌性應介於楓樹與苦楝間,但實驗結果其韌性比苦楝好,有可能是其木質部另外含有較多的纖維,增加其韌性。 |
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聖誕紅 |
學名:Euphorbia pulcherrima 觀察情形:樹皮薄,形成層分布廣,中柱呈不規則圓形,木質部比例小,細胞排列鬆散,因此其支持度極差。就像許多草本植物,雖然韌性頗佳,但因為木質部比例小,支持力不夠,故在一般較強的風速下,反而會折斷受損,而聖誕紅也是如此,由實驗結果可得聖誕紅韌性最差,想必是其支持度不足的原因。 |
木麻黃 |
學名:Casuarina spp. 觀察情形:中柱部分為圓形,位在最中心點,細胞由此點向四周輻射排列,其中有幾道排列特別密集,在顯微鏡下顏色較深的細胞,將整個木質部七等分〈但並不很平均〉木麻黃的結構極為特殊,有向像支柱似的細胞支持整個木質部,而其他部分則保留其韌性,故我們推斷木麻黃不僅在支持度及韌性方面都有其優勢。但由金門地區木麻黃樹群受損情形嚴重看來,應該和其樹齡、枝葉生長和受風面積有關。 |
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檸檬桉 |
學名:Eucalyptus citriodora 觀察情形:中柱呈橢圓形〈深褐色〉,樹皮極厚,維管束眾多,散佈在組織間。木質部細胞排列緻密〈紅色〉故其支持度佳,硬度大,再加上樹皮極厚,也降低其受損程度。 |
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南洋杉 |
學名:Araucaria exceisa 觀察情形:中柱偏一側成長,樹皮薄,形成層厚,木質部細胞細胞間隔有序,有活動的空間,故能承受較大的力而隨風彎曲不折斷也不容易扭斷,韌性極好。 |
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相思樹 |
學名:Acacia confusa 觀察情形:木質部細胞排列緻密,可見其支持力強,可以承受較大的力,但韌性不好,在顯微鏡下可見木質部間有明顯的綠色部分,推測為其葉綠體。 |
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附註 |
1.植物的中柱,是隨年齡的漸增而漸漸變小且不明顯,故我們在顯微鏡下所見柱 的大小不一主要和其年齡有關,但大致上不影響我們對植物木質部細胞的觀察。 2.變態葉為順環境,演變為各種不同形態,其葉子具備多種功能,因此較脆弱,受風力 最弱。 |
討論
1.木麻黃、南洋杉等高大的木若遇上強大的風速,由於茂盛的枝葉,增加了受風之面積,擴大了阻力,而木本植物有堅固的木質部,但卻較缺乏韌性,因而在此強風下,造成嚴重的災情,而草木植物在此強風作用下也有損害,但遠比木本植物受損程度更為輕。反之,若在平常情況下,由於木本植物有堅固的木質部,因而風對其不致造成影響,而草本植物卻可能其缺乏堅固的木質部而造成傷害。由此可以瞭解,一切事物中,優點往往成為其缺點,缺點也往往成為其優點,而外在環境可能便是兩者之間的關鍵。
2.從此觀察實驗的結果. 可發現植物內部細胞排列疏密合宜,則受風時能把力傳至各部位,便能 抵抗強大的風力。
3.木本農作物及果樹,地上部承受 風壓發生動搖,導致莖基部發生彎曲運動(彎曲力量=地上部所受之壓×自樹幹基部至風壓中心之高度)。
M=ph ……….(1)
M:彎曲力量 P:風壓力
h:從基部至風壓中心之高度
P=1/2PV2CDA……….(2)
P:空氣密度 CD:抵抗係數 A:受風投影面積
由(1)、(2)式可知<作物或果樹地上部承受風壓所產生的彎曲力量,隨風速、莖高度、受風面積而定。如莖高,地上部枝形茂盛,其承受之風壓愈大,發生彎曲之程度愈強。如該作物之莖基部抵抗力弱,則易發生斷裂;基部強固則可將地上部所承受之風壓負荷傳遞至根部。而根部承受地上部風壓力之強弱,需視支援根部之土壤是否穩固,根群之分佈是否理想。如土壤堅實,根系向各方分佈均勻,則跟部之抗風力會增強;但是由於颱風來襲時常挾帶豪雨,導致土壤發生沖失或鬆軟,使支根露出或翹起,作物根部之支援力減少而發生風倒。
稻、麥等禾本科作物,在幼苗期間,不易因受強風吹襲發生倒伏;但是當生育期進入成熟期時,穗部因穀粒充實而重量增加,莖稈因此無法承受風壓,很容易倒伏,同時倒伏程度與吹襲時間成正比。通常莖稈及葉梢對於風壓之支援力,隨品種及栽培環境而異。例如高莖、稈基部較細、稈壁較薄、厚膜組織發育欠佳、葉梢捲曲不良者,比較容易發生倒伏。而金門盛產高梁稈細而柔軟,極易順勢而隨風搖擺,且夏秋季正直高成熟期,渾重的高梁穗加重了高梁稈的壓力,也擴增其受力面,因此高梁田受災慘重。
五、結論
1.從整個觀察實驗過程中,可以發覺,木麻黃耐酸鹼、抗鹽性、抗風力等特性強,且在於平時的風力下,因主幹木質穩固,不易受到影響,因而可在沿海地帶多加種植以木麻黃為主的防風林,在內陸地區,則可種植具有經濟、觀賞價值的植物,如此外圍的木麻黃就可保護內陸的植物,使木麻黃成為名符其實的-綠色風獅爺!
2.由於丹恩颱風由金門島南方登陸,颱風眼經金門島西約50km北上,金門正處於中心外圍影響,風速最大,因此樹木倒向幾乎都呈西或西北向,小金門災情也應勝於金門島,西半島勝於東半島,東南半島勝於東北半島。樹木在地表時,樹梢所受風力較大,因此受損較輕的多為末梢折斷,也因此低莖植物受損較輕,且樹林抗風力較單獨樹木好。
3.由調查中可以瞭解到此次丹恩颱風對各種不同樹種造成的影響如下:木麻黃>樟樹>榕樹>相思樹>檸檬桉>南洋杉>棟樹
4.由於10月9日上午風大而累積雨量尚未使土讓充分濕潤,下午累積雨量增多,推測早上樹木大多以折斷為主,下午則大多以連根拔起、伏倒居多。而在土質方面,若為堅硬紅土,則多以樹幹中部或末梢折斷,若為砂質壤土,則淺根性植物大多整株倒下。地形方面,山坡地或海邊較內陸平地受損嚴重。東北部有太武山與五虎山阻擋,故受損不嚴重。
5.樹木韌性:南洋杉>聖誕紅>榕樹>棟樹>木麻黃>相思樹>檸檬桉>楓樹 ;樹木支援度:相思樹>棟樹>檸檬桉>榕樹>楓樹>南洋杉>木麻黃; 但實際受損情形又與分枝結構、高度、受風面積、風速、樹木抵抗力、土壤、地形、地點有極大關係。
6.風 速 小:許多高木的樹,木質部細胞排列緻密,且所佔比例大,增強高大樹木的支援力。而許多細莖的草本植物,因缺乏木質部且細胞排列疏鬆,故支援力不佳,易受風而損害。
風 速 大:高大的樹木由於受風面積大,損害嚴重,而許多低小的樹木反而損害較輕。
六.參考資料
1.國中地球科學 國立編譯館主編
2.國中生物 國立編譯館主編
3.颱風百問 中央氣象局
4.流體力學概論 葉清松、王鴻烈
5.金門常見的綠化植物 金門縣政府
6.科學月刊第七卷第五期
7.科學月刊第十一卷第十一期
8.金門地質地貌 吳啟騰、林英生
評語
本作品探討颱風來襲時,金門植物被毀壞之情形,作者發現在丹恩颱風吹襲全台時,對不同樹種造成的影響如下:
木麻黃>樟樹>榕樹>相思樹>檸檬樹>南洋杉>棟樹。本作品產地調查資料基本能利用鄉土材料進行有意義之推論,作者共四人,能分工合作達成研究目標具有團隊精神。