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百年戰爭:葡萄酒與根瘤蚜蟲的歷史

劉筱蕾_96
・2016/02/10 ・5493字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 567 ・九年級

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說到百年戰爭,通常想到的應該是英法之間因為王位而發生的諸多爭端,其中又牽扯了當時經濟文化均處於優勢,現在則是知名酒區的勃艮地公國。既然是長達百年的戰爭,可歌可泣的故事當然不少,像聖女貞德就出生於這個時代。但我想討論的,其實是另一種長期抗戰,葡萄與昆蟲間直到今天還在持續的演化戰爭,而戰爭的代價,則影響到了人類重要的作物之一──葡萄。

史上最強饕客,造成歐洲19世紀的經濟浩劫。當時法國70%的葡萄因為根瘤蚜蟲而死亡,成千上萬賴以維生的釀酒家族經濟因此崩潰。 Credit: Great French Wine Blight
史上最強饕客,造成歐洲19世紀的經濟浩劫。當時法國70%的葡萄因為根瘤蚜蟲而死亡,成千上萬賴以維生的釀酒家族經濟因此崩潰。
Credit: Great French Wine Blight

入侵者檔案: 葡萄根瘤蚜

前面所提到的昆蟲,就是葡萄根瘤蚜蟲(Daktulosphaira vitifoliae)。葡萄根瘤蚜蟲原產於北美,寄生於葡萄屬 (Vitis) 的植物,它的生活史相當複雜。

葉癭型感染來說,當被產在葡萄葉背上的雌、雄卵 (male egg and female eggs) 孵化後 (此階段其口器發育不全且缺乏消化系統) 的雄蟲與雌蟲 (有性蚜的若蟲階段是在卵內完成的,孵化後直接是成蟲) 不會進食,兩者交配後雌蟲會在葡萄藤的樹皮內產下一顆越冬卵 (overwintering egg) 隨即死亡 (標準的牡丹花下死,做鬼也風流)。

當春天來臨,越冬卵會發育成若蟲 (nymph),若蟲會發育成幹母 (fundatrix, stem mother),並爬上葡萄嫩葉,將唾液注入葉肉組織造成葉癭,並在癭中行孤雌生殖產卵,繁殖好幾個世代。這個階段的若蟲蛻皮 4 次,第一階段的若蟲又叫爬行者 (crawler)。爬行者有較好的活動能力,可能會繼續感染其他葉子,或是遷移到根部展開另一種類型 (根瘤型) 的傳染。

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根瘤型的感染中,爬行者向下爬到根部,鑽孔並進入根部尋找養分。這型的感染會在葡萄的生長季藉由孤雌生殖持續5-7個世代,並經過土壤縫隙向其他未受感染的根傳播。

進入秋季後的最後一代若蟲會在根部冬眠,直到春季再重新開始活動。但是根瘤型傳染循環在某些情況下會受到刺激,某些個體發育成有翅型成蟲 (alate),會離開植株至在新植株葉片上並以孤雌生殖方式產下雌雄卵 (小顆的卵為雄卵,大顆的為雌卵),重新進入上述的葉癭型有性世代。

葡萄根瘤蚜蟲的生活史。 Credit: Biology and Management of Grape Phylloxera
葡萄根瘤蚜蟲的生活史。 Credit: Biology and Management of Grape Phylloxera

有趣的是,葡萄根瘤蚜蟲的生活史會因為寄主的不同而有所改變,當寄主是北美的原生葡萄時,葉癭型與根瘤型的傳染都會發生,可是如果宿主變成歐洲葡萄 (Vitis. vinifera, 就是釀酒葡萄),就幾乎沒有葉癭型傳染。所以對葡萄酒產業來說,根瘤蚜蟲最大的問題是對歐洲葡萄根部的危害。當爬行者在鑽孔的同時,也會分泌物質,使組織增生 (產生所謂的根瘤),也讓葡萄的傷口無法癒合,直到最後根瘤蚜與其他後續的病蟲害感染殺死植株。在 19 世紀的歐洲,葡萄根瘤蚜的爆發,幾乎毀掉了所有的釀酒葡萄。19 世紀晚期,全歐洲的酒莊不顧一切,甚至不惜燒毀世代傳承的古老葡萄園,以阻止這場葡萄瘟疫的蔓延。然而,葡萄根瘤蚜蟲還是傳到了幾乎全歐洲:以法國為例,超過 70% 的法國葡萄藤死於根瘤蚜蟲,估計歐洲當時 2/3 – 9/10 的葡萄園因此被毀。

兩兵相接:葡萄根瘤蚜的奇幻漂流

可是原產於北美東部的根瘤蚜蟲怎麼會跑到歐洲去開大絕,摧毀歐洲的葡萄園呢? (老實講,當時歐洲人也把天花等疾病帶到美洲……算是某種程度的非法正義) 先講結論,這是外來種防治重要性的最佳例子。

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關於葡萄根瘤蚜進入的歐洲的原因,有幾個可能的說法,其中一個是當時英國的園藝學者將北美的葡萄屬植物做為珍貴的植物標本運送至英國;另一個可能性是農學家把北美的葡萄屬植物引進法國,作為病蟲害防治的材料。在沒有保育生物學概念的當時,當然沒有人會想到檢疫的問題,完全引狼入室 (那保育生物學概念發達的今天還瘋狂引入外來種的台灣是…….? 詳見【政府帶頭破壞生態系列】管它吃魚吃肉放流外來種就是不對一位自然科教師的沉痛抗議)。不過也同時要考量到時代背景,由於19世紀蒸汽船的發明而加快的交通速度,也增加了根瘤蚜蟲被帶到非原生地的可能性。進入歐洲之後,葡萄根瘤蚜又再跟著殖民者的腳步,進入了南非、紐西蘭、澳洲等殖民地。

生物不學好,長大護家萌…….可能生物資源通通都被破壞光了 Credit: 公視
生物不學好,長大護家萌…….可能生物資源通通都被破壞光了。Credit: 公視

從葡萄根瘤蚜的生活史可以知道,儘管根瘤型根瘤蚜繁殖的機制會造成樹勢逐漸虛弱,但不會立刻出現病徵。由於歐洲葡萄從來沒有遭遇過類似的蟲害,所以當根瘤蚜進入歐洲後數年,從 1863 年起,南法酒農漸漸發現,自己的葡萄一棵棵變得衰弱,產量大減,然後死亡,並像瘟疫一樣的向外傳播。在絕望之下,各種神奇方法出現了 (電台賣藥),有的酒莊對著葡萄園唱誦《聖經》 (驅魔路線),抓狂的法國農人曾試圖在每株葡萄藤下都放一隻蟾蜍,想用「以毒攻毒」的辦法來驅逐瘟疫。沒有最荒謬,只有更荒謬,薄酒萊地區的人們甚至曾把男學生從學校上抓到田裡,要求他們一天至少兩次對著葡萄藤……尿尿。

鷸蚌相爭,漁翁得利:西班牙釀酒業的興起

順道一提,由於西班牙各產區之間的距離較遠,可能也因為西班牙某些葡萄品種跟地區天生能抵抗葡萄根瘤蚜,所以當鄰國法國遭受根瘤蚜浩劫期間,許多法國酒商跨越庇里牛斯山,來到離波爾多最近的西班牙里奧哈(Rioja)和那瓦勒(Navarra)產區大批量購買葡萄酒,以補充法國當時葡萄酒生產的不足。因此,雖然西班牙也是根瘤蚜的疫區之一,但卻成為法國這次不幸最大的受益者:他們順理成章的吸收了法國當時先進的釀酒文化和工藝,進而帶動了整個西班牙葡萄酒產業的興起。直到今天,每年 9 月 7 – 8 日被訂為葡萄根瘤蚜節(Festa della Filoxera),在馬德里跟加泰隆尼亞等地都會有狂歡活動,參加者會 cosplay 成葡萄根瘤蚜的樣子,在街上放煙火,慶祝葡萄根瘤蚜對法國葡萄酒工業的破壞(敵人的敵人就是朋友?)

我其實無法理解扮成蟲走在街上狂歡的興奮感…… Credit: Robin Allaby
我其實無法理解扮成蟲走在街上狂歡的興奮感……
Credit: Robin Allaby

最新戰爭武器;嫁接的使用

回到根瘤蚜的防治,從 1860 年代疫情爆發之後,根瘤蚜的正規基礎研究也不斷的進行。在 1868 年,深受根瘤蚜蟲害所苦的農人前往位於蒙佩利爾的農業工程師學校 (Montpellier SupAgro) 求救。Montpellier 的研究者很快發現所謂的「瘟疫」其實是寄生在根部的蚜蟲所造成的。1869 年,英國的昆蟲學家發現,這種蚜蟲,其實與英國自 1863 年起受到的葡萄葉蟲害的致病昆蟲一致。也在同一年,科學家們發現這種昆蟲早在 1855 年時美國研究者已經描述過其生態行為,也因此得知葡萄根瘤蚜蟲是個原裝進口的美國貨。

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一開始,科學家的試圖解決疫情的方法是雜交。從種子銀行含藏著解決未來糧食問題的關鍵可以得知,藉由不同品系,甚至不同種間的雜交,人們可以試圖結合兩邊親本的優秀性狀。然而培育出來的結果發現,釀出來的酒有一個強烈的風味! 而且法國當地的研究者對雜交葡萄出來的酒的品質也有所疑慮,所以這個方法當然沒有被廣泛採用。

然後,燈燈燈燈~ 嫁接就登場了!在  1872 年,法國人 Jules Emile Planchon 和美國人 Charles Valentine Riley 等人組成的研究小組,建立了針對葡萄根瘤蚜的嫁接管理。通過將歐洲葡萄接穗嫁接到美國本土葡萄品種的砧木上,來抵禦根瘤蚜的對歐洲葡萄根部的危害。在演化生物學的觀點中,時間是個非常重要的因素,在原生地,由於葡萄根瘤蚜與原生葡萄屬植物長期接觸,根瘤蚜寄生的葡萄個體如果產生嚴重的病害,留下後代的機會相對較小,所以幾代之後,能對抗根瘤蚜的個體就會逐漸被篩選出來,而產生美國本土葡萄對葡萄根瘤蚜的抗性。

天擇作用的機制 Credit: Evolution
天擇作用的機制。Credit: Evolution

由於長期演化出來的抗性,根瘤蚜蟲對北美原生葡萄的生長影響不大。波爾多葡萄栽培家 Leo Laliman 將這個方法在波爾多推廣,才總算抑制住了根瘤蚜不斷蔓延的趨勢。但是細心的讀者可以發現,這個方法是治標不治本,因為宿主還在,所以根瘤蚜從來沒有在歐洲被移除,頂多只能說經由嫁接,讓歐洲葡萄有相對健康的根系吸收水分和無機鹽,維持生長而已。

嫁接為植物在園藝中所使用的其中一種繁殖方法,把植物體的一部分(接穗)固定在另外一個植物體(砧木)上,使其組織相互運送水分養分。 Credit: Graft
嫁接為植物在園藝中所使用的其中一種繁殖方法,把植物體的一部分(接穗)固定在另外一個植物體(砧木)上,使其組織相互運送水分養分。Credit: Graft

道高一尺,魔高一丈: Biotype B 出現

把嫁接技術運用在葡萄根瘤蚜管理之後,第一階段暫時結束。看來歐洲葡萄在外籍美國傭兵,跟人類的外部支援之下,稍微占了上風。但是,葡萄根瘤蚜也沒有被殲滅,隨時有死灰復燃的機會。之前提過,隨著葡萄酒產區的拓展,歐陸之外的其他地區也用同樣的方法抑制了葡萄根瘤蚜的疫情。但到了 19 世紀初期,歐陸使用的砧木品系之一──AXR#1 開始無法抵抗葡萄根瘤蚜侵襲,同樣的現象也發現在西班牙、南非、與加州。這次根瘤蚜的再出現對加州的影響最大,因為當時加州兩個最有名的葡萄酒產區,那帕 (Napa) 和索諾瑪 (Sonoma) 大約有 75% 的葡萄都接在 AXR#1 上面,最後當地的栽培者大約花了 60 億美元重新嫁接新的砧木。

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加州在1938年時曾做過田間試驗,確認 AXR#1 能成功抵抗葡萄根瘤蚜,才開始大量作為砧木使用,怎麼在只過了不到50年的1983,葡萄的死亡事件又在加州發生了呢?

研究者觀察了加州的砧木品系後,指出這種寄生在 AXR#1 上的葡萄根瘤蚜,現在被稱為 biotype B,有與原來的葡萄根瘤蚜,現在叫 biotype A,有不同的生態特性。Biotype B 其實也在其他砧木上出現,但是只對 AXR#1 產生傷害。如果比較 AXR#1 跟其他砧木的種源,會發現 AXR#1 的親本有歐洲葡萄的成分。科學家們研究後發現,當葡萄根瘤蚜對北美原生葡萄的適應性增加 (也就是就算寄生在北美原生葡萄上,對植株造成的傷害也不那麼大),對歐洲葡萄的適應性就會降低。隨著美洲葡萄砧木品系在人類產業的需求下大肆擴張,葡萄根瘤蚜對美洲葡萄的適應性也逐漸提高了,很可能讓原本帶有歐洲葡萄的成分的砧木品系 (像是 AXR#1) 受到波及,無法跟上葡萄根瘤蚜與北美原生葡萄的生存競爭而被逐漸淘汰。

這個歐洲葡萄、北美葡萄面對根瘤蚜性狀之間的演化關係,可以被生物學家們用愛麗絲夢遊仙境中的故事情節來描述。簡單的說,生物之間存在許多的互動 (就是生物課本中說的競爭、掠食、共生等關係)。當某一生物產生突變,增加了適應性的同時,並定會影響其他競爭者相對的適應性。而這些物種為了維持競爭的態勢,也必須產生相應的改變,不然就會遭到淘汰的命運。在這樣的演化過程中,雖然彼此的相對適應性並沒有增加,但是大家都改變了;但如果有某方不變,就很可能遭到淘汰 (詳細的理論概念請看我的偶像之一,台大王弘毅老師的介紹 紅皇后:愛麗絲在鏡中奇緣裏學到的生存競爭法則,與紅皇后與有性生殖)。

你以為你沒在動,其實你在跟著別人向前跑。如果你真的沒在動,或是動得不夠快,你就要被淘汰了! Credit: Alice & Red Queen
你以為你沒在動,其實你在跟著別人向前跑。如果你真的沒在動,或是動得不夠快,你就要被淘汰了!
Credit: Alice & Red Queen 

除了嫁接之外的方法,各方專家也持續在開發各種不同的方法來防治葡萄根瘤蚜。其中唯一執行之後 100% 有效的方法是「隔離」,也就是不要讓可能帶有葡萄根瘤蚜的植物跟所有的設備、器材、甚至工作人員的服裝接觸植株……其實完全是預防重於治療的概念,因為真正能殺死的根瘤蚜的農藥太毒,而一般的藥劑或處理方法也無法完全殺死根瘤蚜。畢竟雖然用嫁接抑制,但葡萄根瘤蚜從來都沒有消失啊! 有些葡萄酒的生產國執行「鎖國政策」,除非事前申請並消毒,所有植物一律不許進入國內。這個國家就是智利,智利由於安地斯山脈和太平洋的包圍,再加上嚴格的檢疫系統,也使其至今沒有遭受根瘤蚜的為害。

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結語

這場長達百年的演化對抗至今還在持續,雖然有時會有某方相對站上風,但從來沒有真正的勝利者或失敗者出現 (畢竟兩個物種現在都還存在)。有道是「不怕神一般的敵人,只怕豬一般的隊友」,人類在這場戰爭中完全就是豬一般的隊友。看完整個過程,可以發現根本就是人類引起了這場戰爭,在過去這一百多年,人類在雙方之間穿針引線的情節所在多有,從外來種的引進、防除方法的建立……人類的角色為了自己的經濟利益,有時在幫葡萄根瘤蚜,有時則努力維持歐洲葡萄的生存 (但卻又被砧木的抗性演化倒打一記回馬槍)。到底是情愛的糾葛?命運的糾纏?金錢的誘惑?還是利益的衝突? 這一切命運的糾葛又將會產生何種結果,就讓我們繼續看下去 (菸)~

  • 致謝:感謝Emily Yo (釀酒師之路版主)、老友陳陽發、跟新友張妤貞對專業內容與文章結構上的修改。本文為作者參與歐盟居禮夫人人才培育計畫創新訓練網絡(Innovative Training Networks, Marie Curie Actions)之子計畫 MicroWine 所撰寫。

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參考資料:

  1. Granett, J., et al. (2001). Biology and management of grape phylloxera. Annual review of entomology, 46: p. 387-412.
  2. Downie, D.A. (2002). Locating the sources of an invasive pest, grape phylloxera, using a mitochondrial DNA gene genealogy. Molecular Ecology, 11: p. 2013-2026.
  3. Phylloxera
  4. Great French Wine Blight
  5. Phylloxera: the parasite that changed wine forever
  6. 歷史丨葡萄根瘤蚜的“饋贈”
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劉筱蕾_96
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森林系出身,遵守農院傳統熱愛喝酒吃肉的動漫宅,在英國漂流完之後到美國Smithsonian Institution 繼續漂流。我的興趣是植物的演化與馴化。這個過程表現了生物被自然和人為條件「雕塑」的過程。希望能擔任生物與歷史研究間的橋樑,並把研究中的所學到的小故事跟科學觀念分享給大家。

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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【成語科學】移花接木:「三十六計」之一竟然來自農務經驗?
張之傑_96
・2023/08/02 ・1028字 ・閱讀時間約 2 分鐘

這個成語得自園藝上的經驗,在民間流傳已久,成為「三十六計」之一,比喻暗中使用手段,以甲替換乙。明代小說家淩濛初,在其短篇小說集《二刻拍案驚奇》中,首次使用這個成語,作為其中一篇的篇目「同窗友認假作真,女秀才移花接木」。

這篇小說的大意是說,有位聞小姐女扮男裝到學校讀書,和同學魏撰之、杜子中感情最好,但心中屬意杜子中。有位景小姐卻看中女扮男裝的聞小姐。後來魏、杜二人得知聞小姐的真實身份,都想娶她。聞小姐施出移花接木之計,將景小姐介紹給魏撰之,自己和杜子中結為夫婦。

談到這裡,小朋友可能還是懵懵懂懂,那就造兩個句吧。

這篇得獎的作品已被人檢舉,是將某小說家的作品改頭換面、移花接木而成。

這張老虎照片雖是移花接木之作,但電腦合成手段高明,連專家都沒看出來。

按照往例,接下去該談談這個成語的科學意義。移花接木,指得就是嫁接。果樹因發生突變,有時結得果實特別好吃、或特別大。農民發現這樣的果樹,就會留下它的種子,希望子代結的果實和親代一樣好吃、或一樣大。如果播種後不如預期,農民還有一招,就是插枝,如果可以插活,所結的果實絕對可以「掛保證」,我們常吃的葡萄,就是用插枝繁殖的。

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插枝(扦插)技術。圖/wikimedia

然而,有些果樹插枝根本就插不活;靠播種嘛,子代結的果實不能保持親代的優良特性。薔薇科的蘋果、梨、桃、李子、櫻桃就屬於這一類。嫁接技術還沒發明前,這類果樹如有一棵結的果實特別好吃、或特別大,那麼就只有這一棵,無法衍生出很多棵。

中國人幾千年前就發明了嫁接技術。農民一旦發現某一棵果樹結的果實特別好吃、或特別大,就割下一小段枝條,接在另一棵的樹枝(砧木)上。當嫁接的枝條和砧木結為一體,「嫁」到砧木上的枝條就可以繼續生長,結出和親本一樣好吃、或一樣大的果實。

嫁接技術。圖/wikimedia

嫁接廣泛用在果樹、花卉等園藝上。美國著名人類學家戴蒙在他的名著《槍砲、病菌與鋼鐵》裡說:「這些果樹(蘋果等)得靠複雜的農業科技——嫁接,中國在農業起源不久,就發展出這項科技。」戴蒙認為,嫁接是不斷實驗的結果,絕對不是偶然的運氣。

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張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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桶裝酒和瓶裝酒不可或缺的材料!淺談木材如何增添酒香——《飲食的香氣科學》
麥浩斯
・2022/10/08 ・2602字 ・閱讀時間約 5 分鐘

利用木頭香氣做成的酒?

製造聞名世界的名酒時會利用到橡木和杉木等木材的香氣。

  • 橡木桶

觀察世界名酒的製造工程,可發現在發酵和蒸餾後的熟成階段,會下功夫進一步去增添豐富的香氣。除了成分本身隨著時間所產生的變化外,最大的影響要素是來自容器的木桶所轉移的香氣。

葡萄酒、白蘭地和威士忌(見本書 P72)都需要裝桶熟成。歐洲地區會使用橡木(櫟木)桶來熟成葡萄酒和蒸餾酒。要使用全新木桶還是再次塡充的木桶,以及使用前內部是否烘烤……,這些決定都會影響到成品的香氣。如果使用全新木桶,就可將非常明顯的木材香氣轉移至酒當中。此外,烘烤木材亦可促進新的香氣分子之生成。

葡萄酒需裝桶熟成。圖/Pexels

樹木細胞壁中的木質素由各種分子所連接而成,其結構就算在天然化合物當中亦可說是相當複雜。燃燒木質素會產生癒創木酚(藥劑類的煙燻香氣)、香草醛(香草般的甜香)和異丁香酚(辛辣的香氣)。

  • 吉野杉木桶

江戶時代的日本,所有的酒都是儲存在杉木或檜木桶中的桶裝酒。直到江戶時代晚期為止,在江戶飮用的酒都是從上方地區(上方指首都圈,江戶時代的上方指京都大阪一帶,廣義的上方包含近畿地區。)的酒廠花費 5~10 天運送而來的 「下行酒」,因此一般喝的酒都含有來自木桶所轉移的香氣。現代的酒雖多以玻璃瓶包裝販售,但桶裝酒的風味仍然受到靑睞。

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桶材的香氣會因產地和木材的製作方法而異,據說製作酒桶最頂級的木材是樹齡介於 60~90 年間的吉野杉甲付材(外層呈白色,內層偏紅)。

裝桶前的淸酒和桶裝酒之間的香氣有何差別呢?有一個實驗將淸酒在 15°C 下裝桶儲藏兩周後再分析其中的香氣成分,發現桶裝酒中可測得來自杉木的倍半萜類以及倍半萜醇類的香氣分子。根據天數長短和溫(4°C、15°C 和 30°C)不同,香氣的轉移程度亦有所不同。酒精濃度越高,所萃取出的香氣分子就越多,這也是因為香氣分子具有比起水更容易溶於酒精的性質之故(見本書 P66)。

  • 桶裝酒和料理

俗話說「吃鰻魚就是要配桶裝酒」,但這有任何根據嗎?這和「香氣」的功能是否相關?

雖然我們沒有找到任何科學實驗能證實桶裝酒的香氣能讓鰻魚吃起來更美味,但根據關於桶裝酒和料理適性的研究結果顯示,桶裝酒具有緩解油膩的功能*。比較吃了美乃滋後喝水、普通酒以及桶裝酒的結果,口中感覺最為淸爽的便是桶裝酒。經過調查,這是因為桶裝酒較易將油脂乳化之故。因此,當享用富含油脂的菜餚時,不妨先試試搭配桶裝酒吧。

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下次享用富含油脂的菜餚時,不妨試試搭配桶裝酒。圖/Pexels

*〈桶裝酒對食品中的油脂和鮮味之影響〉,高尾佳史,釀協,第 110 卷,第 6 期(2015 年)

葡萄酒的「軟木塞香氣」會影響葡萄酒的香氣嗎?

不能說「沒有」。以下便舉兩個例子來看軟木塞對香氣的影響。

  • 帶松脂香氣的葡萄酒

說到葡萄酒生產國,人們首先會想到法國、義大利和西班牙,但其實希臘才是歐洲最早的葡萄酒生產地,他們早在西元前 1500 年時就會釀造葡萄酒了。

希臘有一款自古流傳至今,利用木材香氣所製成的風味葡萄酒,這種白葡萄酒具有松脂風味,稱作「松脂酒(Retsina)」。古希臘時期,在儲存和運輸葡萄酒時會使用「雙耳瓶(Amphora)」,這是一種帶有兩個把手的素面陶器。而據說松脂酒便是因為當時用松脂來密封所產生的。松脂原本只是用來密封酒瓶的酒塞,卻在無意中賦予了葡萄酒獨特的風味,成就了松脂酒獨一無二的吸引力。現今在松脂酒的製造過程中,會在葡萄汁中加入松脂以增添風味。

古希臘時期,會將葡萄酒儲存在帶有兩個把手的素面陶器——雙耳瓶(Amphora)中。圖/Pixabay

松脂的香味含有大量聞起來像針葉樹的香氣「α-蒎烯」。針對 α-蒎烯的研究顯示,在嗅聞這種氣味 90 秒後,可觀察到自律神經活動的變化,可能具有舒緩心神之作用。或許人們之所以喜歡松脂酒,便是因為從松脂酒的獨特香氣中感受到某種安定精神的效果也說不定。

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  • 軟木塞的加工與香氣

葡萄酒酒塞和葡萄酒香氣間的密切關係從古希臘時期一直延續到後來的時代。在現代,針對用於葡萄酒酒塞的軟木塞之氣味開始受到了質疑。

自古羅馬以來,歐洲葡萄酒在儲存及運送時一直都是使用木桶。木桶由木板製成,運輸上雖然方便,但從防止氧化的角度來看並不十分優異。

現代常見的 「玻璃瓶 + 軟木塞」 形式要到 17~18 世紀才出現。正因為有了這項創新,我們才能為了維持風味或者增進風味以年為單位長期儲存葡萄酒。製作軟木塞的材料為栓皮櫟的樹皮。

現今常見的玻璃瓶 與軟木塞 組合,是一直到 17、18 世紀才出現的。圖/Pexels

然而,人們開始發現,這種由軟木塞所衍生出的香氣分子對葡萄酒品質有著負面影響。法語中被稱為「軟木塞味(Bouchonne)」,聞起來是一股發霉的臭味。導致這項氣味生成的原因不止一個。以前認為這種令人不快的氣味是因消毒氯化處理時所產生的 TCA(2,4,6-三氯苯甲醚)所導致,但也有報告指出,在栓皮櫟當中發現了 TCA 的存在。

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由於 TCA 的閾値較低(見本書 P29),因此即使含量甚微,人也很容易感受到。此外,已知 TCA 除了本身帶有異臭,同時還會影響嗅覺,掩蓋掉其他香氣。據說 1~5% 的葡萄酒會產生這種污染,因此也有許多人提倡用旋轉瓶蓋取代軟木塞。提倡軟木塞以外的理由除了 TCA 之外,尙有其他原因,現在還在摸索最佳方案當中。

——本文摘自《飲食的香氣科學:從香味產生的原理、萃取到食譜應用,認識讓料理更美味的關鍵香氣與風味搭配》,2022 年 8 月,麥浩斯,未經同意請勿轉載。

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