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桂竹林根系特性與其引拔力學關係之研究

相關探討 ( 下 )

桂竹林根系特性與其引拔力學關係之研究

相關探討 ( 下 )

黃冠翔 59842102

中華民國九十九年ㄧ月

國立中興大學水土保持學系國立中興大學水土保持學系Department of Soil and Water ConservationNational Chung Hsing University

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簡報流程

伍、研究回顧與建議

参、研究方法肆、結果討論

桂竹林根系特性與其引拔力學關係之研究相關探討

貳、文獻回顧 壹、前 言

3

肆、結果與討論

4

根系幾何型態

N=1 型地下莖生長受到阻礙，無法向外延伸，此型態較少。N=2 型地下莖之基本型，桂竹由地下莖之芽萌發，此類型常見。N=3 型、 N=4 以上型為基本型（ N=2 型）之再生根，生長角度約 30°~90° 之間。

結果與討論 1/

11

5

正向引拔抗力與相關因子之迴歸分析

桂竹引拔抗力

生長環境假設相同，並將所有因子列入，所得之模式為 :P = 115.34+76.23D-5.9Wu-1.97Wd +85.41n-13.33ω R2 = 0.62

項目 樣株

胸高直徑

D(cm)

引拔抗力

P(kg)

地上部重

Wu(kg)

地下部重

Wd(kg)

斷根數

n(根)

土壤水分含量

ω(％)

1 3.3 375.5 4.7 6.7 2 11

2 3.4 165 3 2 1 7

3 3.5 232.9 7 4.3 1 12

4 3.5 277.8 4.8 1.5 1 6

5 3.5 395.2 4.5 0.85 2 8

6 4 263.5 6 5.8 1 18

7 4.2 457.7 8.3 10.2 2 8

8 4.2 503.2 7 13.7 2 10

9 4.5 415.6 9.5 11.4 2 10

10 4.5 489.7 10.5 6.5 2 11

11 4.6 513.4 11 10 2 10

12 4.8 375.5 10 11.5 2 8

13 5 409.5 6.9 12 2 10

14 5 470 9.3 10.5 2 11

15 5 501.9 10 14.2 3 10

16 5 624.1 9 6 3 13

17 5 633 9.1 9 2 7

18 5.5 509.3 10 18.6 3 13

19 5.5 539.9 17.3 9.7 3 7

20 5.5 599.7 12.5 13 2 9

21 5.6 319 10.5 10 2 17

22 5.7 695.5 5.8 5.6 2 7

23 5.7 452.7 9.5 11.3 2 11

24 5.7 465.9 16.2 13 2 8

25 5.8 507.3 10 13.2 2 13

26 5.8 546.7 11 14.2 4 12

27 6.2 498.7 12 9 2 11

28 6.5 578.6 14 15 3 13

29 6.6 535.2 16 19.6 2 8

30 7 509.3 16 17.7 3 15

30

(1)

因子間重合性檢定 項目

因子 VIF 值 ( )

Yr 0.8712 6.25

Wu 0.76 4.17

n 0.55 2.22

ω 0.3 1.43

2iR 2

1

1 iR

各項影響因子之 VIF 值均小於 10 ，表示各影響因子間並無重合之狀況，可為初步推估之參考。

結果與討論 2/

11

6

篩選後迴歸式

桂竹引拔抗力

P = 58.99 D+77.08n （ 2 ）

以實驗數據與 (1) 式判斷，在無參數影響下，引拔抗力 (P) 值應為零，也就是說，模式中應無常數項之存在，故再剔除模式之常數項，並以 T檢定 (0.1 ％之顯著水準 )逐步篩選較具代表性之影響參數。經篩選後所得之迴歸模式為 :

R2 = 0.97＊＊＊

為瞭解 (2) 式是否合理及符合常態分布等物理特性，將模式之預測值與量測值之差值，殘差分析繪製標準化殘差值，預測值均在標準化殘差值 =0軸附近分布，其差值未有顯著之曲線分布、發散與不規則圖形等情形，表示 (2) 式在一定之顯著水準下，具有良好之預測性能，顯示此模式之合理性。

-3

-2

-1

0

1

2

3

200 300 400 500 600 700

Pr預測 值

標準化殘差值

標準化殘差圖

結果與討論 3/

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7

建立非破壞性之迴歸模式

桂竹拉拔抗力 (7/7)

考量往後模式在應用上能達到非破壞性的目標，本研究另選取可直接量測之胸高直徑 (D) 作為推估拉拔抗力之參數。以0.1 ％之顯著水準為標準，經迴歸結果所得如 (3) 式，其適用範圍為 3.3cm≦D≦7cm 之間使模式除了具有良好預測外，亦具實用價值。

P =87.077 D (3) R = 0.67 1.023 ＊＊＊

結果與討論 4/

11

8

側向 - 建立非破壞性之迴歸模式

桂竹拉拔抗力 (7/7)

本研究另選取可直接量測之胸高直徑 (D) 作為推估側向引拔抗力之參數。以 0.1 ％之顯著水準為標準，經迴歸結果所得如 (4)式，其適用範圍為 3.0cm≦D≦6.1cm 之間使模式除了具有良好預測外，亦具實用價值。

P =12.946 D (4) R = 0.77 2.5499 ＊＊＊2

-2

-1

0

1

2

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Pr預測 值

標準化殘差

模式標準化殘差圖 Table 1. The results of pulling resistance of Makino’s Bamboo.

表1 桂竹根系側向引拔試驗結果

Table 1. The results of pulling resistance of Makino’s Bamboo.

表1 桂竹根系側向引拔試驗結果

y = 12.946x2.5499

R2 = 0.7689

0

200

400

600800

1000

1200

1400

1600

2 3 4 5 6 7

(cm)胸徑

(kg)

最大拉力

結果與討論 5/

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9

桂竹根段拉力強度

y =1.85x 2.03 ＊＊＊

為推估不同根徑與根拉張力之關係，以根徑為自變數 (x) 而根拉張力 ( 破壞載重 ) 為因變數 (y) ，進行迴歸分析，結果顯示根拉張力與根徑成指數正相關，其關係式皆達 0.1 ％顯著水準，表示桂竹根徑在 1.35~2.36 cm 間，根之拉張力可以此迴歸式推估，所得方程式如下（ 5） :

R2 = 0.84(5)

結果與討論 6/

11

100.00

100.00

200.00300.00400.00500.00

600.00700.00800.00

900.001000.001100.00

1200.001300.001400.001500.00

1600.001700.00

3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9

( )桂竹 正向引拔

( )桂竹 側向引拔

( )石門水庫山芙蓉 正向引拔

( )石門水庫九芎 正向引拔

( )石門水庫構樹 正向引拔

( )石門水庫山鹽菁 正向引拔

( )石門水庫山黃麻 正向引拔

cm胸徑(桂竹 正向引

)拔( )桂竹 側向引拔

石門水庫山芙蓉( )正向引拔

石門水庫九芎( )正向引拔

石門水庫構樹( )正向引拔

石門水庫山鹽( )菁 正向引拔

石門水庫山(黃麻 正向引

3 267. 92 213. 08 26. 21 24. 29 26. 49 53. 55 31. 15

3. 5 313. 68 315. 68 32. 98 32. 86 29. 69 65. 64 37. 36

4 359. 59 443. 74 40. 24 42. 69 32. 78 78. 29 43. 74

4. 5 405. 64 599. 18 47. 96 53. 77 35. 76 91. 46 50. 26

5 451. 80 783. 86 56. 11 66. 10 38. 66 105. 11 56. 91

5. 5 498. 07 999. 51 64. 67 79. 68 41. 49 119. 20 63. 69

6 544. 44 1247. 79 73. 62 94. 50 44. 25 133. 71 70. 58

6. 5 590. 90 1530. 32 82. 95 110. 55 46. 95 148. 61 77. 57

7 637. 44 92. 63 127. 83 49. 59 163. 88 84. 66

7. 5 102. 66 146. 34 52. 19 179. 50 91. 84

8 113. 02 166. 08 54. 74 195. 46 99. 10

8. 5 123. 71 187. 03 57. 25 211. 75 106. 45

9 134. 71 209. 20 59. 73 228. 34 113. 88

經建置之植物引拔力資料查詢系統，以桂竹常見 3～ 7cm 胸徑比較石門水庫常見水保植物之引拔抗力。桂竹（側向引拔） > 桂竹（正向引拔） >山鹽菁 > 九芎 >山芙蓉>山黃麻 >構樹，以桂竹產生之抵抗力為最大，而以構樹最小

石門水庫常見植物引拔抗力分析 結果與討論 7/

11

11

桂竹根系基本型態

直徑介於 1.3 ~2.5㎝，自地表土層向下深分布至 10~30㎝，大部分位於 10~20㎝。鬚根由地下莖之節長出並向外伸展，自地表向下深至 80~100㎝，鬚根直徑為 0.1~0.2㎝間。

水平主根為主，無垂直主根鬚根皆由地下莖之節長出並向外擴散遍佈地表層鬚根多且密集，約為一般植物之 1~3倍，並隨土層深度增加而遞減因桂竹鬚根含量豐富之特性，能有效覆蓋表層土壤並延遲雨水沖蝕作用，對於抗地表沖蝕能力應佳

側芽呈交互排列狀，萌發分化，出土成筍或生成其他竹根

結果與討論 8/

11

30

20

0

10

30

20

10

40

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桂竹之根系特性

桂竹林根系特性之綜合探討

桂竹根系生長速度快，能有效的網結表層土壤固定於坡面上產生錨定及拱壁之作用，增加坡面下滑抵抗力。 桂竹根部伸展範圍大於樹冠範圍，此種根系生長型態與一般造林樹種根系係以單株之型式生長，根系範圍約等於樹冠範圍有所不同。因此在風力作用下，桂竹根系能提供單位面積之補強作用較大，較不易造成倒伏之現象。

桂竹根系隨地下莖向外擴充，根部韌性強，盤根錯節相互連結成緊密網狀，就如建築物構造中的基礎結構鋼筋網一樣。鬚根含量豐富能保護土壤避免受雨滴直接的衝擊提供表層土壤抗沖蝕之能力 。

分蘗性強，能在短時間內形成大片的簇群，使固著土壤的能力大大的增加。易栽易植而且繁殖容易，生命力強韌。

結果與討論 9/

11

13

30組根徑抗拉強度總合為 7599 kgf/ ㎝ ^2，平均值為 253.3 kgf/ ㎝ ^2 ，比較陳燿榮 （ 2006）中部地區桂竹林根徑抗拉強度平均值 176.5 kgf/㎝ 2 為大，約為一般中拉力鋼筋強度（ 2800 kgf/ ㎝ 2 ）之 9.1% 。

結果與討論 10

/11

桂竹根系初期生長與其它樹種根力補強作用不同，桂竹以地下莖匍匐生長，而一般林木在幼木時期之補強作用以單獨方式無法一起發揮補強之功能。

根據調查桂竹之根系，其鬚根數量多且分布土層深度可達 70~100cm ，雖主根分布較淺，但其鬚根數量較多且分布深，因此桂竹為淺根性且鬚根密布型植物。

綜上調查研判分析，桂竹林地下莖具有良好的水土保持及國土保安功能

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本研究僅就石門水庫地區做個案調查，依生理與物理方面之整體探討而言，由於立地特性不同與土壤不安定等複雜因素所影響，因此在不同地區之植生特性等尚需進一步研究。

經引拔試驗發現竹林 5 年以上應力有下滑趨勢，故需持續擇伐 5 年生以上之老竹竹桿，藉以促使竹林的年輕化，並提高桂竹林之生產力及防災機能。而最重要的是竹林本身必須為受到良好的經營管理，才能使竹林發揮國土保安及防災之功能。

結果與討論 11

/11

15

伍、研究回顧與建議

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研究回顧與建議1/5

桂竹地下莖屬橫走側出單稈散生型，伸展與拓植能力強，桂竹根系基本型態主要是以水平主根為主，並無垂直主根型態，而鬚根皆由地下莖之節長出並向外擴散遍佈地表層，鬚根多且密集，數量約為一般植物之 1~3倍，並隨土層深度增加而遞減。因桂竹鬚根含量豐富之特性，其網結作用可使表層土強化，能有效覆蓋表層土壤並延遲雨水沖蝕作用，初步判斷桂竹對於抗地表沖蝕能力應佳。

一 . 桂竹根系初期生長與其它樹種根力補強作用不同，桂竹以地下莖匍匐生長，抵抗力就如數量多的筷子折斷相當不易，而一般林木在幼木時期之補強作用以單獨方式無法一起發揮補強之功能。據調查桂竹之根系，其鬚根數量多且分布土層深度可達 70~100cm ，雖主根分布較淺，但其鬚根數量較多且分布深，因此桂竹為淺根性且鬚根密佈型植物 。

二 .

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桂竹因其淺根性及所生長位置常位於人為利用之道路旁（因採取容易）或河岸之水流攻擊岸，以致讓人感覺上桂竹林極易崩塌，但事實上不然。（陳耀榮 2007）調查發現桂竹林再次崩塌之機率很低。(2007.賴俊帆 ) 桂竹林地之崩塌與破壞及土壤流失並不易發生。（陳本康 2005）調查艾莉颱風造成石門水庫集水區 854公頃中之六大類土地利用（原始林、人工林、竹林、河岸、人工利用、其他），其中竹林崩塌面積與人工林在六大類中同屬最低。（中華民國環境綠化協會， 2007）統計石門水庫集水區崩塌地，以二元羅吉斯迴歸模式分析結果，石門水庫集水區崩塌地發生與否與竹林無顯著的影響。再從本研究現地引拔試驗結果，發現桂竹林根系具有比同胸（根）徑之植物，甚至比常見到之水土保持先趨植物有更高之抗引拔力。以近年來石門水庫集水區崩塌地周邊植物生長分佈來看，崩塌地上方常看到竹林，我們可否反過來思考為何崩塌地常停止於桂竹林下方！本研究結果發現桂竹林根系錯綜複雜有如天然之地下加勁材料，管理完善之桂竹林具良好之連續性，破壞不易，抵抗沖蝕之能力強，故能充分保護崩塌坡頂，崩塌地不易向源侵蝕。故桂竹林造成崩塌及致集水區原水污濁之源罪，應再探討。

三 .

研究回顧與建議2/5

18

現今桂竹林因經濟價值低，地主常疏於照顧，任其生長未定期擇伐與維護管理，形成株林老化現象，產生後續水土保持問題。如可用心維護管理，定期擇伐或從事竹產業升級，予以補助，增加台灣竹業生機以避免竹林荒廢，產生後續水土保持問題。

五 .

本研究為取得具代表之統計數據，無論現地正向或側向引拔試驗 及根徑破壞試驗，均採取 30次以上有效數據。且國內鮮少有側向引拔之經驗及數據，試驗中發現桂竹之側向引拔力較正向引拔力大，且隨胸徑之越大，差異更大，此乃正向引拔時其地下根承受剪力較大，根徑之剪力不如拉力。此現象顯示側向引拔時地下根發揮如加勁之力量，此乃其他植物沒有的特色。

四 .

研究回顧與建議3/5

19崩塌地桂竹根系之殘差應力與再生能力，為其他樹種無法比擬之特性 ， 建議可再深入研究。

八 .

近年來木本或草本植物之引拔研究報告相當有限，且側向引拔之試驗更少，且各自方法依據不一，故難以整合應用。本研究傀集前人相關近似之引拔數據，整理成資料庫查詢系統，以輸入胸（根）徑即可簡易求得拉力強度，希達到日後以非破壞試驗，僅以輸入查詢方式即可取得數據，提供邊坡穩定分析，及規劃設計時之用。希望日後相關引拔抗力之資料，後人可再加強研究並修正連結程式，增加自動篩選等功能，使引拔抗力查詢系統更人性化並更臻至完善。

七 .

桂竹引拔抗力以不同拉拔速度進行測試時，所反應之尖峰拉拔抗力值會有差異，拉拔速度越快尖峰拉拔抗力值則越大（賴俊帆 2007）。本試驗之正向以速度為 4.992 mm/min 定速拉拔，側向以瞬間求取最大引拔抗力，以桂竹固定胸徑 6.5cm比較，桂竹 ( 側向引拔抗力 )雖可達到桂竹 ( 正向引拔抗力 ) 之 2.5倍，但在引拔速度不同情形下比較其差異性似有再探討餘地，建議日後可再以相同速率條件下進行引拔試驗，並進一步比較探討，可得到更具代表性之結果。

六 .

研究回顧與建議4/5

20

竹林與非竹林地景觀生態與保育功能的差異調查不同立地條件土壤含水量、土壤粒徑組成結構及滲透率，比較竹林與主要造林樹種、優勢樹種間對水土沖刷及水源涵養機能之差異。

九 .

研究回顧與建議5/5

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參考文獻

•中華民國環境綠化協會， (2007) ，「石門水庫集水區崩塌地調查監測暨植生保育對策方案之研究計劃」，經濟部水利署北區水資源局。•賴俊帆（ 2007 ）桂竹根系拉拔試驗及其坡面之穩定性評估 碩士論文•陳本康，（ 2005 ）石門水庫集水區崩塌特性及潛勢評估研究 博士論文•林信輝、陳意昌， (1993) ，「崩塌地植生特性及其保育功能之研究」， 82 年度水土保持與集水區經營研究成果彙編 PP.98-112 。•林信輝， (2001) ，「水土保持植生工程」，高立圖書有限公司。•林信輝、高齊治， (1999) ，「西南部泥岩地區刺竹根力特性之研究」，中華水土保持學報 30(1) ： 1-11 。•林維治， (1958) ，「台灣竹類生長之研究」，台灣省林業試驗所試驗報告第 54 號。•林維治， (1976) ，「台灣竹亞科植物之分類」，台灣省林業試驗所試驗報告第271 號。•陳意昌、張俊斌、林信輝 (2002) ，「崩塌地先趨植物根力模式分析」，第三屆海峽兩岸山地災害與環境保育研討會論文集。•陳燿榮， (2006) ，「桂竹林地崩塌機制動態之調查研究」，國立中興大學水土保持學研究所論文。•張俊斌、林信輝， (1995) ，「中橫崩塌地優勢植物根力特性之研究」，中華水土保持學報 26(4) ： 235-243 。•戴廣耀、楊寶霖、沈榮江， (1973) ，「台灣竹林資源」，農復會、林務局、航測隊、屏東農專合作計畫 PP.82 。•阿部和時， (1991)，「根系の引き拔き抵抗力によるセン断補強強度の推定」，日本綠化工學會誌 16(4)： 37-45。

22

簡報完畢

敬請斧正