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樹木斷頭修剪的便宜行事,埋下了颱風來臨時的危機!

活躍星系核_96
・2017/09/13 ・5252字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

文/台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

每到颱風季節,我就會想起那些危險樹木釀成災害的新聞標題,像是「倒樹壓死孕婦  胎兒危殆」、「颱風撂倒 4928 棵路樹阻交通 估後天清完」、「颱風路邊停車遭砸爛怎麼賠?」······等等。由於類似報導一再出現,許多人開始畏懼城市裡的樹木、害怕它們變成安全隱憂,於是「樹大招風,颱風即將來襲,還不快進行修剪!」的抱怨就一次又一次擠爆 1999,要求行道樹管理相關單位趕快動起來。這也就是為什麼在颱風來臨前,我們經常能夠看到行道樹被一刀斷頭的原因。

2015 年蘇迪勒颱風造成的危害。圖/By  台灣綠化技術協會,樹呆子團隊
2015 年蘇迪勒颱風造成的危害。圖/By  台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

平時人們喜愛在炎炎烈日下享受大樹的遮蔭,也醉心於綠樹成林的「花園城市」,但只要一聽說颱風要來,我們就開始恐懼都市巨人可能即將帶來的災害而粗暴的修剪。但到底是誰說不修剪,樹木就會斷裂或倒伏呢?修剪真的能夠達到目的嗎?

這一刀粗暴的剪下去對樹木會產生什麼影響,我們真的知道嗎?

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有行道樹遮蔭的都市,能有效地提供較為涼爽的休息空間。圖/By ARCFLY

參天大樹內建的「鋼骨」結構

大約 3 億年前,最早的針葉樹在地球出現。直至今日,全世界最高、且仍存活的大樹是位於北美的世界爺,它已經 3,500 歲,身高達 115 公尺,等同 40 層樓高;重約 3 百萬公斤,名列「地表最大生物」排行榜。如此巨大的樹體,除了需要撐住自身的重量,還得同時承受千年來狂風暴雨的侵襲,才能屹立至今。

在頂天立地的歲月之中,樹從葉片的光合作用中獲取維繫生命所需的營養,但也隨著茁壯而日益「樹大招風」--環境中的風力帶給樹體很大的側向壓力,因此樹的主幹、枝條與根系的力學結構都得夠強大,才能堅挺不驚。若是一棵健全的樹,它的主幹和第一層側枝形成「骨架枝幹」構成樹的主體架構,如同建築物的鋼骨結構支撐著樹體,保持樹體不變形。

健全樹木的主幹與第一層側枝形成堅固的骨架枝幹結構,一旦破壞就很危險。斷頭修剪造成巨大公安危機。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

會在風中變形的都是柔軟的細枝,而且細枝就算斷裂也影響不大。受風後,不同方向的細枝互相消力、縮小樹體的受力面積,減少樹體骨架枝幹的受力。我們所擔心的主幹斷裂,樹早有了解決方法。

可是,如果是重達幾噸的老樹側枝在颱風天劇烈搖晃,叫人怎麼能不擔心呢?

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側枝髓心錐,甲樹枝攬牢牢

樹木的主枝與側枝間的結構如何才抵受得住強風?為何有的樹承受不住?

近代樹木醫學之父—-美國學者 Alex Shigo 博士多年來針對樹木進行解剖研究,在 1985 年提出枝幹的結構型態,包含了「側枝髓心錐」與「環枝組織」

樹木的側枝結構,很像是建築物中的懸臂樑,但樹木的枝條可以伸長數公尺遠,比起人造建築物還要厲害。用解剖的角度來看,原來是有個三角形的錐體結構,深埋至樹心,稱為「側枝髓心錐」。當我們樹呆子團隊第一次看到樹體內部的側枝髓心錐,也覺得不可思議。

在初春的時候,側枝會先生長,等到晚春時主幹再生長。側枝和主幹在一年年互相交錯生長的過程中,會在樹體內形成三角形的錐體結構,讓側枝髓心錐越來越穩固,最後變得像是緊緊的釘在樹體內,這樣的結構才能夠撐起懸臂般的巨大側枝。

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側枝在成長的過程中形成特殊的抗力結構。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊
特殊的倒鉤三角錐,使樹幹不脫落。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

樹的保命應急,反成公安危機

每次颱風假一過,我們這些樹呆子立馬背上相機,穿梭在台中市的綠園道、校園和行道樹旁,就是為了瞭解斷裂枝條的形態。我們發現不管枝條是大還是小,斷裂的枝條都呈現同一種形態:它們都不是「側枝髓心錐體」的結構!原來那些都是樹木新長的側枝,由樹皮最外面幾層長出的潛伏芽枝條,僅僅只是黏在樹皮上。

為什麼這些潛伏芽長出來的新枝都只是黏在皮上?讓我們來抽絲剝繭一下:

首先,葉子是樹木賴以維生的重要器官,葉子光合作用產生的碳水化合物,提供樹體呼吸的能量與生長的材料。然而若是便宜行事的斷頭修剪,一刀下去便使樹木失去了所有葉片,這就像是股票被斷頭,一夕之間所有的努力都化為烏有。

一旦失去了葉片,樹木就顧不得自己的力學結構,只求能先有一口飯吃。於是原本在樹體內休眠睡著的芽體,就在此刻被激發出來、長成新的枝條與葉片,讓樹體能夠維持生理運作。但這些潛伏芽長成的潛伏芽枝條,缺乏積年累月穩固結構的「側枝髓心錐」,不具有結構力而僅僅只是黏在皮上,自然就會在颱風天搖搖欲墜。就像在山坡地上蓋房子,矛樁只打在地表,沒有進入岩盤,結構不穩固,當然非常危險。

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斷頭後,高處長出的枝條就只黏在一層樹皮上,大風來就斷,非常危險。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊
在斷頭式修剪後長出的幼嫩不具有結構的新枝。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊。

不定時炸彈:潛伏芽枝形成的夾皮枝幹

斷頭修剪後,受刺激生長的潛伏芽枝,由於缺乏頂芽分泌生長素壓抑而直立生長,在數年後會形成「多主幹」現象。這現象指的是多個主幹因無空間生長而靠在一起,中間的形成層壞死,產生「夾皮現象」,這樣的形態稱為「V字夾角」。

從外表看,枝條結構完整,但內部卻是夾皮產生的裂縫。夾皮的位置,成為受風時,受力最集中的應力集中點,斷裂風險高,是非常危險的結構。樹木力學大師 Claus Mattheck 也在 1995 年研究報告中進行樹體結構的分析,說明夾皮位置是應力最大的集中點 。在2015年的「樹木身體語言與診斷」一書中,也說明了夾皮的危險性 。

潛伏芽、不定芽枝很容易成為多主幹,成為內包裂縫的危險樹體。側風就使樹體龜裂、斷折。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊。

2003年, E. Thomas Smiley 所發表的研究《夾皮是否會降低雙主幹/枝的強度?》(Does included bark reduce the strength of codominant stems?) 以夾皮枝幹與非夾皮枝幹進行拉扯實驗,結果顯示枝幹斷裂的形態是一致的,皆是從兩枝幹接合處平均分離,且夾皮枝與非夾皮枝幹相比相當脆弱,枝幹越細也越容易斷裂。

2016年,彭奕森發表的學位論文《以有限元素分析樹木枝幹結構力學的探討》,以枝幹結構為對象進行力學的模擬分析,結果也顯示枝幹結構中,最大的應力發生在缺乏平滑的連接,「V字夾角」是應力最大的集中點。

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由學者的實驗與我們實際走訪觀察的結果看來,顯見夾皮枝條是危險的,因為你根本不知道什麼時候會斷掉。但在斷裂前,我們可由一個部分來判斷夾皮是否持續在龜裂。若是持續龜裂的裂縫,樹體會試圖修補而快速反應生長,形成「凸耳狀的膨大結構」,可作為判斷夾皮多主幹有無持續龜裂的一個重點。這樣的型態常在黑板樹上看到,台中市街道上隨處可見。

黑板樹這些年被貼上很多標籤,脆弱的枝條、破壞鋪面的根系、開花時的臭味,似乎罪狀可以列成一串,也成了台中市民最討厭的樹木。但,如果沒有曾經的斷頭修剪,黑板樹可是結構完整的參天大樹啊,怎麼會脆弱至斯呢?委身在小小的植穴,年年被瘋狂的斷頭,還要背負罵名,我不禁想,要是我是被移植到都市中的黑板樹,有多麼痛苦?

常做為行道樹卻潛藏夾皮枝幹斷裂危機的黑板樹。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊。

樹木的未來,需要我們的監督

潛伏芽枝、夾皮枝、多主幹樹體沒有側向結構,就是樹體在颱風一來就裂開的主因,歷來造成了非常多的公共危險與傷害。而如果我們可以理解樹木,少些錯誤的修剪方式,或許颱風天斷裂的枝條會少一點。

許多研究人員針對樹木斷頭做過研究調查,主張應避免斷頭修剪(Shigo, A. L. ,1986;Karlovich et al., 2000;堀大才, 2012)。美國國家標準協會(ANSI)制定的 A300 準則在 2008 年也提到斷頭與「獅尾剪」都是不可被接受的修剪方式(“Topping and lion’s tailing shall be considered unacceptable pruning practices for trees. ”)

颱風後,到台中綠園道走一趟,斷裂的潛伏芽枝特徵明顯易見,這都是斷頭修剪造成的後果。斷頭修剪後的新枝,結構脆弱,失去了從小培養的自體支撐架。看見路上一棵棵剛修剪後如同電線桿的樹木,我們知道它的一生已經毀了,永遠無法長回具有錐體的結構。就算是再次生長新枝的樹木,外表看似枝葉茂盛,但卻是暗藏危險。

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我們樹呆子真的期待管理單位能夠看到樹木的問題,停止殘暴的修剪。享受綠蔭遮蔽時,彷彿理所當然;修剪時,卻是任意妄為,我們卻還奢望生活中,有綠意盎然的大樹?當然,為了營造安全的都市生活,修剪是重要且必要的。但在修剪前,應該先制定「修剪目的」,確認為何修剪。若沒有明確的目的,就不應該進行。我們需要更多的人,加入我們樹呆子的行列,管理單位才沒有理由再說,「民眾打爆 1999,要我們趕快進行修剪」。

你或許好奇,是不是沒有修剪準則?以台中市來說,其實政府已依「臺中市公園及行道樹自治管理辦法」頒布「修剪計畫書」,也有作業規範供下載,關鍵在於最後一哩路的執行與堅持。

走在路上,我們總是看到許多樹跟我們揮手,呼喊著「救我!」「救我!」(喔!這不是靈異事件)。不再斷頭修剪,更是自救的前提。為了我們自己,饒了樹吧!

  1. 世界爺(加州紅木)
  2. 【世界之最】世界最高的樹種:美國紅杉
  3. Shigo, A. L. (1985). How tree branches are attached to trunks. Canadian Journal of Botany, 63(8), 1391-1401.
  4. Thomas, P. 2000. Trees: their natural history. Cambridge: Cambridge University Press.
  5. Shigo, A. L. 1998. A new tree biology and dictionary. Shigo and Trees, Associates LLC. USA.
  6. 堀大才,2010,枝と幹の構造と剪定の理論,樹の生命第8号。
  7. Prof. Dr. Claus Mattheck
  8. Claus Mattheck
  9. Mattheck, C. (1995). Biomechanical optimum in woody stems. Plant stems: physiology and functional morphology, 27-90.
  10. Mattheck, C., Bethge, K., & Weber, K. (2015). The body language of trees: encyclopedia of visual tree assessment. Karlsruhe Inst. of Technology-Campus North.
  11. Smiley, E. T. (2003). Does Included Bark Reduce the Strength of Codominat Stems?. Journal of Arboriculture, 29(2), 104-106.
  12. 彭奕森(2016)。以有限元素分析樹木枝幹結構力學的探討。國立中興大學園藝學系所學位論文。
  13. KARLOVCH, D., Groninger, J. W., & Close, D. D. (2000). Tree condition associated with topping in southern Illinois communities. Journal of Arboriculture, 26(2), 87-91.

延伸閱讀

作者簡介|台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

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以前的我們跟你一樣,走在路上對於行道樹是冷漠的。景觀庭園設計,圖面畫的美美的,卻忘了植物最重要的生存條件。當我們享受綠色隧道同時,我們都忘了哭泣的樹木,等待著我們的救援。試圖喚起大家對綠化管理與樹木保育的重視,為台灣留下一棵棵百年的老樹。我們自稱樹呆子,是幫樹說話,為“木”開“口”,謂之“呆”。

透過與樹對話,透過樹木的身體語言,讓科學化的綠化知識與技術走入日常。在醫治樹木的過程,大樹教導我們樹木生命知識的奧意深不可測,激勵我們更謙卑的用科學的精神向自然學習。我們試圖將千年大樹的智慧也運用在果樹、茶樹,並分享無毒樹木醫學知識與態度給樹木相關的朋友。

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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拆解邊緣AI熱潮:伺服器如何提供穩固的運算基石?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/05/21 ・5071字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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本文與 研華科技 合作,泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言,總能牽動整個 AI 產業的神經。然而,我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線,那如果哪天「網路斷了」,會發生什麼事?

想像你正在自駕車打個盹,系統突然警示:「網路連線中斷」,車輛開始偏離路線,而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭,開始暴走跳舞,甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎?當然不是!也因為如此,「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端,AI 就能在現場即時反應,不只更安全、低延遲,還能讓數據當場變現,不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ?

邊緣 AI,乍聽之下,好像是「孤單站在角落的人工智慧」,但事實上,它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前,像是企業、醫院、學校內部的伺服器,個人電腦,甚至手機等裝置,都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。簡單來說,就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力,「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

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那麼,為什麼需要這樣做?資料放在雲端,集中管理不是更方便嗎?對,就是不好。

當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。/ 圖片來源:MotionArray

第一個不好是物理限制:「延遲」。
即使光速已經非常快,數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房,再把分析結果傳回來,中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回,就算只是幾十毫秒的延遲,對於需要「即刻反應」的 AI 應用,比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時,每一毫秒都攸關安全與精度,這點延遲都是無法接受的!這是物理距離與網路架構先天上的限制,無法繞過去。

第二個挑戰,是資訊科學跟工程上的考量:「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送,湧入的資料數據量就像超級大的水流,一下子就把水管塞爆!要避免流量爆炸,你就要一直擴充水管,也就是擴增頻寬,然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理,把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端,是不是就能減輕頻寬負擔,也能節省大量費用呢?

第三個挑戰:系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時,一旦網路不穩、甚至斷線,那怎麼辦?很多關鍵應用,像是公共安全監控或是重要設備的預警系統,可不能這樣「看天吃飯」啊!邊緣處理讓系統更獨立,就算暫時斷線,本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應,這在工程上是非常重要的考量。

所以你看,邊緣運算不是科學家們沒事找事做,它是順應數據特性和實際應用需求,一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇,是我們想要抓住即時數據價值,非走不可的一條路!

邊緣 AI 的實戰魅力:從工廠到倉儲,再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了,接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢?它強就強在能夠做到「深度感知(Deep Perception)」!

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所謂深度感知,並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減,而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型,從原始數據裡面,去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

研華科技為例,旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例,利用物件偵測模型,快速將工業產品中的瑕疵挑出來,而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測,因此品管上能達到一致性,減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中,檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品,替工廠節省大量人力,同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。/ 圖片提供:研華科技

此外,在智慧倉儲場域,研華與威剛合作,研華與威剛聯手合作,在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台,打造倉儲系統的 AMR(Autonomous Mobile Robot) 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣,AMR 不需要事先規劃好路線,靠著感測器偵測,就能輕鬆避開障礙物,識別路線,並且將貨物載到指定地點存放。

當然,還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning ),除了可以做備忘錄跟排程規劃以外,還能將實務上碰到的問題記錄下來,等到之後碰到類似的問題時,就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問,那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了?其實,對許多企業來說,內部資料往往具有高度機密性與商業價值,有些場域甚至連手機都禁止員工帶入,自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安,又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言,自行部署大型語言模型(self-hosted LLM)才是理想選擇。而這樣的應用,並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現:要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型,會不會太吃資源?這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一:如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」,又不減智慧。接下來,我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

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語言模型瘦身術之一:量化(Quantization)—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像:有些畫面細節我們肉眼根本看不出來,刪掉也不影響整體感覺,卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此,只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示,什麼是浮點數?其實就是你我都熟知的小數。舉例來說,圓周率是個無窮不循環小數,唸下去就會是3.141592653…但實際運算時,我們常常用 3.14 或甚至直接用 3,也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思! 

然而,量化並不是那麼容易的事情。而且實際上,降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時,工程師會精密調整,確保效能在可接受範圍內,達成「瘦身不減智」的目標。

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。/ 圖片來源:MotionArray

模型剪枝(Model Pruning)—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型,其實就是在搭建一整套類神經網路系統,並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而,在這麼多參數中,總會有一些參數明明佔了一個位置,卻對整體模型沒有貢獻。既然如此,不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候,總會雜草叢生,但這些雜草並不是我們想要的作物,這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在,而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術,就稱為 AI 模型的模型剪枝(Model Pruning)。

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模型剪枝的效果,大概能把100變成70這樣的程度,說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助,但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型,僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手,採取更治本的方法:一開始就打造一個很小的模型,並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」,是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾(Knowledge Distillation)—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下,一位經驗豐富、見多識廣的老師傅,就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在,他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案,老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」,例如「為什麼我會這樣想?」、「其他選項的可能性有多少?」。這樣一來,小小的學徒模型,用它有限的「腦容量」,也能學到老師傅的「智慧精髓」,表現就能大幅提升!這是一種很高級的訓練技巧,跟遷移學習有關。

舉個例子,當大型語言模型在收到「晚餐:鳳梨」這組輸入時,它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯:50%,蝦球:30%,披薩:15%,汁:5%」。在知識蒸餾的過程中,它可以把這套機率表一起教給小語言模型,讓小語言模型不必透過自己訓練,也能輕鬆得到這個推理過程。如今,許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成,讓我們得以在資源有限的邊緣設備上,也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是!即使模型經過了這些科學方法的優化,變得比較「苗條」了,要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料,並且高速、即時、穩定地運作,仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說,要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型,真正放到邊緣的現場去發揮作用,就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

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邊緣 AI 的強心臟:SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色!那麼,它到底厲害在哪?

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要?因為 GPU 的設計,天生就擅長做「平行計算」,這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的!

你想想看,那麼多數據要同時處理,就像要請一大堆人同時算數學一樣,GPU 就是那個最有效率的工具人!而且,有多張 GPU,代表可以同時跑更多不同的 AI 任務,或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果,在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎!

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房,有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計,體積相對緊湊,散熱空間也比較好(這對高功耗的 GPU 很重要!),部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算,進行「工程化」,讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格,背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場,系統穩定壓倒一切!你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧?這些設計確保了部署在現場的 AI 系統,能夠長時間、穩定地運作,把實驗室裡的科學成果,可靠地轉化成實際的應用價值。

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研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。/ 圖片提供:研華科技

台灣製造 × 在地智慧:打造專屬的邊緣 AI 解決方案

研華科技攜手八維智能,能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署,及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析,還是其他 AI 相關的服務,都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務,讓企業在啟動 AI 專案前,大幅降低前期投入門檻,靈活又實用。

台灣有著獨特的產業結構,從精密製造、城市交通管理,到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全,都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是,這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示,這些都需要分秒必爭的即時回應。

如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果,往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI,不只是一項技術創新,更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場,就能被有效的「理解」與「利用」,是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石!

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忘記帶傘怎麼辦?試著挑把「樹傘」吧!——《解讀身邊的天氣密碼》
晨星出版
・2022/11/12 ・2300字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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當一場大雨滂沱襲來,我們都曾衝向一棵樹去尋求掩護,在這之前,幾乎不會去考慮不同樹種的問題,但在各種樹種下的避雨體驗是相當不同的。在下一場雨到來之前,這是件值得稍微思考的事情。讓自己沉醉在閱讀樹傘的藝術之中,你將迫不及待地渴望下雨,這樣你就可以更進一步去探索。

下雨時要選擇哪棵樹避雨呢?圖/Pexels

葉片與保護傘效應

每個樹種的樹冠各有不同,雲杉、甜栗、杜松、山楂擁有非常茂密的樹冠,樺木、落葉松和柳樹的樹冠則是稀疏、開放式的,歐洲赤松、赤楊木和橡樹的樹冠介於兩者之間,但樹冠茂密度只是一個考量因素。

樹葉的大小和保護傘效應之間存在著令人驚訝的關係

樹葉愈大就有愈多的雨水流入地面,這與多數的人在衝去避雨時所猜想的相反;在大雨中,穿過山毛櫸葉子的雨水是松針的兩倍;橡樹並不是一把好雨傘,穿過它的雨水比被它擋住的還要多;如果你好奇原因是什麼,答案就在樹葉的構造裡。

闊葉樹的葉子將雨水引向葉子的尖端(所以潮溼的地區常見尖銳樹葉),雨水滴落前,一片葉子最多承受一滴雨水;針葉比闊葉更細,每片樹葉也都能乘載一滴雨水,而且一片闊葉的面積等同十幾根或更多的針葉。

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每片針葉也都乘載一滴雨水。圖/維基百科

所有樹傘的抗風程度都不盡理想,陣風吹過、雨水滑落。

樹枝形態是保護力關鍵

雨下得愈小愈短暫,任何一把樹傘都有讓你保持乾燥的能力。雖說它們最終都會投降讓雨水通過,但樹種之間的放行方式也大相逕庭。

有些樹對遮蔽躲雨的行人很體貼:它們把雨水收集在樹枝上並引導雨水流到樹幹,猶如一條小溪流沿著樹皮將雨水匯流到地面上;另一種則是讓雨水從樹的中心落到最寬的部分,就像塑膠傘一樣。也有一些讓雨水直接穿過樹枝落到你的頭上,滴滴答答響個不停。我不知道你怎麼想,但我覺得樹外不停下著雨好過在衣服上發現一團水漬;望著雨水順著樹皮向下流,絕對比感受雨從你背上順流而下要有趣得多。

值得花點時間細想一下,哪些樹善良,哪些愛惡作劇?

關鍵在於樹枝的形態

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向著天空傾斜或是向著地面傾斜的樹枝,比起水平的樹枝更適合當作雨傘;向下傾斜的樹枝,像是雲杉、洋松和其他的針葉樹,它們會將雨滴從樹的中心和你頭上引向樹的周圍。大雨來臨時,可以找找穿著巨大雨滴裙的樹。

雲杉是個好選擇!圖/維基百科

樹枝向著天空伸展的樹,像是楊樹、山毛櫸、檜木、杜松、一些柳樹和針葉樹,會將雨水引流到樹幹。大雨過後,站在一棵山毛櫸旁,你會目賭激流順著光滑的樹皮流下,一路躍出一叢叢的苔蘚。(苔蘚之所以生長在這裡,是因為這些雨水渠道,並非許多人認為是樹的北側造就了苔蘚。)

橡樹、雪松、落葉松和歐洲赤松有許多水平的樹枝並且態度惡劣。雨水匯集在樹冠上直到雨水過多、樹葉無法承受。此時樹枝不會將過量的雨水向內或向外引導,而是讓雨水直接落在我們身上。

最大的驚喜可能是杜松,密集的針葉樹冠和樹枝的形狀結合,使它成為保護傘的典範。它善於接住雨水使其遠離地面,以至於這些灌木叢下有時會有一片微型沙漠,像真菌這類乾燥地區的特殊有機體會在此處蓬勃生長。然而,杜松矮小並多刺,這意謂著很少會有人爭相跑到杜松下躲雨。

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歐洲雲杉獲得最佳樹傘獎可說是實至名歸。它結合了密集的針葉樹冠,樹高、樹寬也十分剛好,還擁有出色的枝條型態與相對的豐富性。

最佳樹傘——歐洲雲杉。圖/維基百科

我喜歡在大雨中一邊看著雨水淋溼附近其他樹木的樹幹,一邊享受雲杉帶來的乾爽。雲杉樹幹在傾盆大雨中保持乾燥的時間,長到令我驚喜。

感受樹傘之美

當大雨伴隨強風,雨水就會被吹到樹幹上。暴風雨後,當我走過當地的山毛櫸林,我注意到樹幹上有兩種不同的直條雨水紋路:一條是我們剛才討論過的,雨水從樹枝流進來而形成的通道;另一條是風揮灑的圖畫。它們時而交疊,時而遵循不同的路徑,它們經常交織在一起,在樹皮上創造出溼漉漉的格子圖案;剛開始你會以為這只是隨機的現象,不過當你的眼睛能明辨兩種雨水紋路的成因,箇中道理就清晰可見,就此揭開了隨機現象的神祕面紗。

乾燥的日子裡,我們也可以在林地裡享受雨水的不對稱性。請注意,森林裡永遠不會出現完全相同的地表,混合了落葉、下層植被、裸地、樹樁等。

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基於上述的原因,溼度差異很大,最潮溼的地方往往會有植物群落,像是苔蘚,與附近較為乾燥的地區差異甚大。比較看看雲杉和橡樹林下的地面,保護傘的好壞之分因人而異。

——本文摘自《解讀身邊的天氣密碼》,2022 年 10 月,晨星出版,未經同意請勿轉載。

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樹木斷頭修剪的便宜行事,埋下了颱風來臨時的危機!
活躍星系核_96
・2017/09/13 ・5252字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

文/台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

每到颱風季節,我就會想起那些危險樹木釀成災害的新聞標題,像是「倒樹壓死孕婦  胎兒危殆」、「颱風撂倒 4928 棵路樹阻交通 估後天清完」、「颱風路邊停車遭砸爛怎麼賠?」······等等。由於類似報導一再出現,許多人開始畏懼城市裡的樹木、害怕它們變成安全隱憂,於是「樹大招風,颱風即將來襲,還不快進行修剪!」的抱怨就一次又一次擠爆 1999,要求行道樹管理相關單位趕快動起來。這也就是為什麼在颱風來臨前,我們經常能夠看到行道樹被一刀斷頭的原因。

2015 年蘇迪勒颱風造成的危害。圖/By  台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

2015 年蘇迪勒颱風造成的危害。圖/By  台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

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平時人們喜愛在炎炎烈日下享受大樹的遮蔭,也醉心於綠樹成林的「花園城市」,但只要一聽說颱風要來,我們就開始恐懼都市巨人可能即將帶來的災害而粗暴的修剪。但到底是誰說不修剪,樹木就會斷裂或倒伏呢?修剪真的能夠達到目的嗎?

這一刀粗暴的剪下去對樹木會產生什麼影響,我們真的知道嗎?

有行道樹遮蔭的都市,能有效地提供較為涼爽的休息空間。圖/By ARCFLY

參天大樹內建的「鋼骨」結構

大約 3 億年前,最早的針葉樹在地球出現。直至今日,全世界最高、且仍存活的大樹是位於北美的世界爺,它已經 3,500 歲,身高達 115 公尺,等同 40 層樓高;重約 3 百萬公斤,名列「地表最大生物」排行榜。如此巨大的樹體,除了需要撐住自身的重量,還得同時承受千年來狂風暴雨的侵襲,才能屹立至今。

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在頂天立地的歲月之中,樹從葉片的光合作用中獲取維繫生命所需的營養,但也隨著茁壯而日益「樹大招風」--環境中的風力帶給樹體很大的側向壓力,因此樹的主幹、枝條與根系的力學結構都得夠強大,才能堅挺不驚。若是一棵健全的樹,它的主幹和第一層側枝形成「骨架枝幹」構成樹的主體架構,如同建築物的鋼骨結構支撐著樹體,保持樹體不變形。

健全樹木的主幹與第一層側枝形成堅固的骨架枝幹結構,一旦破壞就很危險。斷頭修剪造成巨大公安危機。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

會在風中變形的都是柔軟的細枝,而且細枝就算斷裂也影響不大。受風後,不同方向的細枝互相消力、縮小樹體的受力面積,減少樹體骨架枝幹的受力。我們所擔心的主幹斷裂,樹早有了解決方法。

可是,如果是重達幾噸的老樹側枝在颱風天劇烈搖晃,叫人怎麼能不擔心呢?

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側枝髓心錐,甲樹枝攬牢牢

樹木的主枝與側枝間的結構如何才抵受得住強風?為何有的樹承受不住?

近代樹木醫學之父—-美國學者 Alex Shigo 博士多年來針對樹木進行解剖研究,在 1985 年提出枝幹的結構型態,包含了「側枝髓心錐」與「環枝組織」

樹木的側枝結構,很像是建築物中的懸臂樑,但樹木的枝條可以伸長數公尺遠,比起人造建築物還要厲害。用解剖的角度來看,原來是有個三角形的錐體結構,深埋至樹心,稱為「側枝髓心錐」。當我們樹呆子團隊第一次看到樹體內部的側枝髓心錐,也覺得不可思議。

在初春的時候,側枝會先生長,等到晚春時主幹再生長。側枝和主幹在一年年互相交錯生長的過程中,會在樹體內形成三角形的錐體結構,讓側枝髓心錐越來越穩固,最後變得像是緊緊的釘在樹體內,這樣的結構才能夠撐起懸臂般的巨大側枝。

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側枝在成長的過程中形成特殊的抗力結構。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

特殊的倒鉤三角錐,使樹幹不脫落。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

樹的保命應急,反成公安危機

每次颱風假一過,我們這些樹呆子立馬背上相機,穿梭在台中市的綠園道、校園和行道樹旁,就是為了瞭解斷裂枝條的形態。我們發現不管枝條是大還是小,斷裂的枝條都呈現同一種形態:它們都不是「側枝髓心錐體」的結構!原來那些都是樹木新長的側枝,由樹皮最外面幾層長出的潛伏芽枝條,僅僅只是黏在樹皮上。

為什麼這些潛伏芽長出來的新枝都只是黏在皮上?讓我們來抽絲剝繭一下:

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首先,葉子是樹木賴以維生的重要器官,葉子光合作用產生的碳水化合物,提供樹體呼吸的能量與生長的材料。然而若是便宜行事的斷頭修剪,一刀下去便使樹木失去了所有葉片,這就像是股票被斷頭,一夕之間所有的努力都化為烏有。

一旦失去了葉片,樹木就顧不得自己的力學結構,只求能先有一口飯吃。於是原本在樹體內休眠睡著的芽體,就在此刻被激發出來、長成新的枝條與葉片,讓樹體能夠維持生理運作。但這些潛伏芽長成的潛伏芽枝條,缺乏積年累月穩固結構的「側枝髓心錐」,不具有結構力而僅僅只是黏在皮上,自然就會在颱風天搖搖欲墜。就像在山坡地上蓋房子,矛樁只打在地表,沒有進入岩盤,結構不穩固,當然非常危險。

斷頭後,高處長出的枝條就只黏在一層樹皮上,大風來就斷,非常危險。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

在斷頭式修剪後長出的幼嫩不具有結構的新枝。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊。

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不定時炸彈:潛伏芽枝形成的夾皮枝幹

斷頭修剪後,受刺激生長的潛伏芽枝,由於缺乏頂芽分泌生長素壓抑而直立生長,在數年後會形成「多主幹」現象。這現象指的是多個主幹因無空間生長而靠在一起,中間的形成層壞死,產生「夾皮現象」,這樣的形態稱為「V字夾角」。

從外表看,枝條結構完整,但內部卻是夾皮產生的裂縫。夾皮的位置,成為受風時,受力最集中的應力集中點,斷裂風險高,是非常危險的結構。樹木力學大師 Claus Mattheck 也在 1995 年研究報告中進行樹體結構的分析,說明夾皮位置是應力最大的集中點 。在2015年的「樹木身體語言與診斷」一書中,也說明了夾皮的危險性 。

潛伏芽、不定芽枝很容易成為多主幹,成為內包裂縫的危險樹體。側風就使樹體龜裂、斷折。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊。

2003年, E. Thomas Smiley 所發表的研究《夾皮是否會降低雙主幹/枝的強度?》(Does included bark reduce the strength of codominant stems?) 以夾皮枝幹與非夾皮枝幹進行拉扯實驗,結果顯示枝幹斷裂的形態是一致的,皆是從兩枝幹接合處平均分離,且夾皮枝與非夾皮枝幹相比相當脆弱,枝幹越細也越容易斷裂。

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2016年,彭奕森發表的學位論文《以有限元素分析樹木枝幹結構力學的探討》,以枝幹結構為對象進行力學的模擬分析,結果也顯示枝幹結構中,最大的應力發生在缺乏平滑的連接,「V字夾角」是應力最大的集中點。

由學者的實驗與我們實際走訪觀察的結果看來,顯見夾皮枝條是危險的,因為你根本不知道什麼時候會斷掉。但在斷裂前,我們可由一個部分來判斷夾皮是否持續在龜裂。若是持續龜裂的裂縫,樹體會試圖修補而快速反應生長,形成「凸耳狀的膨大結構」,可作為判斷夾皮多主幹有無持續龜裂的一個重點。這樣的型態常在黑板樹上看到,台中市街道上隨處可見。

黑板樹這些年被貼上很多標籤,脆弱的枝條、破壞鋪面的根系、開花時的臭味,似乎罪狀可以列成一串,也成了台中市民最討厭的樹木。但,如果沒有曾經的斷頭修剪,黑板樹可是結構完整的參天大樹啊,怎麼會脆弱至斯呢?委身在小小的植穴,年年被瘋狂的斷頭,還要背負罵名,我不禁想,要是我是被移植到都市中的黑板樹,有多麼痛苦?

常做為行道樹卻潛藏夾皮枝幹斷裂危機的黑板樹。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊。

樹木的未來,需要我們的監督

潛伏芽枝、夾皮枝、多主幹樹體沒有側向結構,就是樹體在颱風一來就裂開的主因,歷來造成了非常多的公共危險與傷害。而如果我們可以理解樹木,少些錯誤的修剪方式,或許颱風天斷裂的枝條會少一點。

許多研究人員針對樹木斷頭做過研究調查,主張應避免斷頭修剪(Shigo, A. L. ,1986;Karlovich et al., 2000;堀大才, 2012)。美國國家標準協會(ANSI)制定的 A300 準則在 2008 年也提到斷頭與「獅尾剪」都是不可被接受的修剪方式(“Topping and lion’s tailing shall be considered unacceptable pruning practices for trees. ”)

颱風後,到台中綠園道走一趟,斷裂的潛伏芽枝特徵明顯易見,這都是斷頭修剪造成的後果。斷頭修剪後的新枝,結構脆弱,失去了從小培養的自體支撐架。看見路上一棵棵剛修剪後如同電線桿的樹木,我們知道它的一生已經毀了,永遠無法長回具有錐體的結構。就算是再次生長新枝的樹木,外表看似枝葉茂盛,但卻是暗藏危險。

我們樹呆子真的期待管理單位能夠看到樹木的問題,停止殘暴的修剪。享受綠蔭遮蔽時,彷彿理所當然;修剪時,卻是任意妄為,我們卻還奢望生活中,有綠意盎然的大樹?當然,為了營造安全的都市生活,修剪是重要且必要的。但在修剪前,應該先制定「修剪目的」,確認為何修剪。若沒有明確的目的,就不應該進行。我們需要更多的人,加入我們樹呆子的行列,管理單位才沒有理由再說,「民眾打爆 1999,要我們趕快進行修剪」。

你或許好奇,是不是沒有修剪準則?以台中市來說,其實政府已依「臺中市公園及行道樹自治管理辦法」頒布「修剪計畫書」,也有作業規範供下載,關鍵在於最後一哩路的執行與堅持。

走在路上,我們總是看到許多樹跟我們揮手,呼喊著「救我!」「救我!」(喔!這不是靈異事件)。不再斷頭修剪,更是自救的前提。為了我們自己,饒了樹吧!

  1. 世界爺(加州紅木)
  2. 【世界之最】世界最高的樹種:美國紅杉
  3. Shigo, A. L. (1985). How tree branches are attached to trunks. Canadian Journal of Botany, 63(8), 1391-1401.
  4. Thomas, P. 2000. Trees: their natural history. Cambridge: Cambridge University Press.
  5. Shigo, A. L. 1998. A new tree biology and dictionary. Shigo and Trees, Associates LLC. USA.
  6. 堀大才,2010,枝と幹の構造と剪定の理論,樹の生命第8号。
  7. Prof. Dr. Claus Mattheck
  8. Claus Mattheck
  9. Mattheck, C. (1995). Biomechanical optimum in woody stems. Plant stems: physiology and functional morphology, 27-90.
  10. Mattheck, C., Bethge, K., & Weber, K. (2015). The body language of trees: encyclopedia of visual tree assessment. Karlsruhe Inst. of Technology-Campus North.
  11. Smiley, E. T. (2003). Does Included Bark Reduce the Strength of Codominat Stems?. Journal of Arboriculture, 29(2), 104-106.
  12. 彭奕森(2016)。以有限元素分析樹木枝幹結構力學的探討。國立中興大學園藝學系所學位論文。
  13. KARLOVCH, D., Groninger, J. W., & Close, D. D. (2000). Tree condition associated with topping in southern Illinois communities. Journal of Arboriculture, 26(2), 87-91.

延伸閱讀

作者簡介|台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

以前的我們跟你一樣,走在路上對於行道樹是冷漠的。景觀庭園設計,圖面畫的美美的,卻忘了植物最重要的生存條件。當我們享受綠色隧道同時,我們都忘了哭泣的樹木,等待著我們的救援。試圖喚起大家對綠化管理與樹木保育的重視,為台灣留下一棵棵百年的老樹。我們自稱樹呆子,是幫樹說話,為“木”開“口”,謂之“呆”。

透過與樹對話,透過樹木的身體語言,讓科學化的綠化知識與技術走入日常。在醫治樹木的過程,大樹教導我們樹木生命知識的奧意深不可測,激勵我們更謙卑的用科學的精神向自然學習。我們試圖將千年大樹的智慧也運用在果樹、茶樹,並分享無毒樹木醫學知識與態度給樹木相關的朋友。

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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樹木有「精氣」才能茁壯?淺談種樹的眉眉角角——《聆聽樹木的聲音》
麥田出版_96
・2022/08/31 ・2684字 ・閱讀時間約 5 分鐘

  • 作者/詹鳳春

每一棵樹生長所需的「坪數」不同

樹木根系的活力,關係著地上部枝幹的健全性。地上部與地下部兩者生長關係為表裡一致。

土壤為根系的生存空間,若無充分的土壤環境是無法確保樹木健全的生長。為了維持樹木活力,首先必須了解樹木根系的特徵,才能確保土壤環境與根系之間生長環境。

根系與土壤之間的關係與樹木特性、生理、生態等有關。當土壤影響樹木時,樹木也同樣影響土壤,彼此之間環環相扣。

依據樹種不同,各自基因要素構成根系生長模式。樹木之間共通的習性,如順著重力方向往下伸長稱為垂直根系,也有垂直往下伸展後以一定角度斜出,稱為斜出根系。其他與地表面平行方向伸展為水平根系。

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水平根系的樹種,即使在土壤層淺或深的情況下都可以生長。但是,深根型的樹種,在土壤層較深時可以生長良好,反而土壤層淺時容易出現生長不良的狀況。

由於根系受到限制,當往下伸展的根系受到阻礙,就無法發揮機能。因此,土層淺時種植水平根系的樹種。深根性的樹種,預先確保土層厚度使根系能充分伸展。

芒果樹是深根樹種,水平根相對細小。圖/Wikipedia

如何快速判斷樹木對土壤空間的需求?

一般常說,樹木根系分布在樹冠內的區域寬幅。但也有部分樹種,根系伸展遠超過樹冠外的水平根系。僅停留在樹冠內伸展根系的樹種反而少。如此一來,究竟樹木需要多大的空間才能適當的生長,至今依舊無法確實判斷。

但也可以就根系吸收的範圍掌握,如細根百分五十的分布範圍集中於樹冠半徑之內,以此作為樹木管理面積的一個基準。

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實際上,植栽時要確保面積也確實有其難度。原則上以根系能夠伸展的面積越寬闊越好,特別是行道樹改以綠帶狀種植,這要比單獨的植栽穴提供了更寬廣的空間。

除了坪數外,根系的成長也與「建材」有關!

另一方面樹冠生長茂密,根系也會彼此之間出現相互競爭的關係。

植栽的土層,存在許多的大型石礫、不透水層等,這也讓原本根系形態出現許多的變化。換句話說,根系除了先天遺傳要素,也會受到後天環境的物理條件影響。如黏土質時,根系容易伸展不良;其次為砂質土,而最適切為壤土。

根系除了先天遺傳要素,也會受到後天環境的物理條件影響,比如土壤。圖/Pixabay

樹木若種植於黏土質時,下雨時黏土易於分散,變得黏稠、摩擦抵抗也隨著減少。當持續晴天時,反而黏土粒子因乾燥而固結如同水泥般,這類的土性是非常容易阻害根系伸長生長。

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一般土壤表層分布細根多,同時表層的有機物、孔隙量、氧氣量較多進而促進生長。相對之下,越到下層土壤的孔隙越少,根系生長也就越為不良。

土壤的濕度、溫度、透氣程度,又會如何影響樹木?

樹木要能健全生長,前提之下需健全的根系。

根系與乾濕、土性、通氣等土壤的物理化學有關。

尤其根系生長,容易受到土壤水分的影響。例如;部分樹種於濕潤地生長良好,但過濕及乾燥則容易生長不良。

再者,細根的外部形態及組織也會因土壤水分而出現變化。常見乾燥地,吸收根的數量較多、細且短、木質化偏早等。相對的,生長於濕潤地的樹木因吸收根少、粗且長。

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根系呼吸時需要充分的空氣,並釋放二氧化碳。

主要是以氫的形態被固定於土壤粒子表面,並作為養分吸收。也就是說;根的呼吸與養分吸收之間有密切的關係,新生白根的機能為呼吸作用及養分吸收。

根系生長,也會受到地溫的影響。

冬季至春季之間,隨著地溫的上升,根系生長旺盛。根系生長於攝氏 5 度前後開始, 10 度以上開始活躍,其中以 20-25 度最為旺盛。

寒冷季節地溫下降,不僅導致落葉,也會導致地下根系生長速度降低。圖/Pixabay

但是,這需要持續維持一定氣溫,同時地溫升高才能達到促進根系生長效果。

一般地溫高,可促進土壤中有機物的分解,供給養分。反之秋季至冬季之間,因地溫的下降導致生長減少。即使冬季地上部的枝葉活動停止,若能確保地溫,根系也可以持續生長。

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根量、葉量的關係相當緊密

樹木進行修剪時,因切除枝條同時失去大量的葉量。

葉作為光合作用進行物質生產,當葉量減少時地上部、地下部的整體活力也隨著降低。當失去超過一半以上的葉量,容易影響成長量。

儘管依樹種不同而有所差異,通常失去超過百分之 70 以上葉量容易導致枯損、甚至枯死。

由於葉量減少,直接影響根系儲存物質以外,還有細根的生長。

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隨著細根先端活力降低,接著吸收能力低下,移動至枝葉的物質也會受到限制。因此葉量減少時,根系活力降低也阻礙樹木生長。

隨著細根成長,日常發生枯死、脫落的根;經由分解作為土壤養分,之後所殘留的土壤孔隙也提供物理、生物效益並改善土壤。

根也有「精氣」一說?從季節來剖析!

樹木的發根及生長,也與根的精氣有很大關係。

當春天時,因為根的精氣強,所以發根也旺盛,此時移植容易存活。夏天時,由於樹冠枝葉精氣旺盛,根的精氣較弱,因此發根不良,樹木一旦移植容易枯死。

隨著季節,根系的生理現象也不同。就現代的樹木生理詮釋;是以季節的展葉、伸長、發根現象、植物激素變化、儲藏的物質移動理解。

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另一方面,古代對於移植樹木,認為移植時若不適時疏伐枝葉,受到風的影響根系容易動搖。更認為移植枯死主要因素,在於受風而動搖根系。

過去以來,移植時因切除根系,使水分吸收量減少。為了控制樹冠枝葉蒸散,必須疏伐枝葉以確保生存。

雖然古代移植樹木並非以樹木生理、物質吸收等作為出發點,但就根系活力的確保觀點上,確實也為樹木生理的一環。

——本文摘自《聆聽樹木的聲音》,2022 年 7 月,麥田出版

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1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。

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每到颱風季節,我就會想起那些危險樹木釀成災害的新聞標題,像是「倒樹壓死孕婦  胎兒危殆」、「颱風撂倒 4928 棵路樹阻交通 估後天清完」、「颱風路邊停車遭砸爛怎麼賠?」······等等。由於類似報導一再出現,許多人開始畏懼城市裡的樹木、害怕它們變成安全隱憂,於是「樹大招風,颱風即將來襲,還不快進行修剪!」的抱怨就一次又一次擠爆 1999,要求行道樹管理相關單位趕快動起來。這也就是為什麼在颱風來臨前,我們經常能夠看到行道樹被一刀斷頭的原因。

2015 年蘇迪勒颱風造成的危害。圖/By  台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

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健全樹木的主幹與第一層側枝形成堅固的骨架枝幹結構,一旦破壞就很危險。斷頭修剪造成巨大公安危機。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

會在風中變形的都是柔軟的細枝,而且細枝就算斷裂也影響不大。受風後,不同方向的細枝互相消力、縮小樹體的受力面積,減少樹體骨架枝幹的受力。我們所擔心的主幹斷裂,樹早有了解決方法。

可是,如果是重達幾噸的老樹側枝在颱風天劇烈搖晃,叫人怎麼能不擔心呢?

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側枝髓心錐,甲樹枝攬牢牢

樹木的主枝與側枝間的結構如何才抵受得住強風?為何有的樹承受不住?

近代樹木醫學之父—-美國學者 Alex Shigo 博士多年來針對樹木進行解剖研究,在 1985 年提出枝幹的結構型態,包含了「側枝髓心錐」與「環枝組織」

樹木的側枝結構,很像是建築物中的懸臂樑,但樹木的枝條可以伸長數公尺遠,比起人造建築物還要厲害。用解剖的角度來看,原來是有個三角形的錐體結構,深埋至樹心,稱為「側枝髓心錐」。當我們樹呆子團隊第一次看到樹體內部的側枝髓心錐,也覺得不可思議。

在初春的時候,側枝會先生長,等到晚春時主幹再生長。側枝和主幹在一年年互相交錯生長的過程中,會在樹體內形成三角形的錐體結構,讓側枝髓心錐越來越穩固,最後變得像是緊緊的釘在樹體內,這樣的結構才能夠撐起懸臂般的巨大側枝。

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側枝在成長的過程中形成特殊的抗力結構。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

特殊的倒鉤三角錐,使樹幹不脫落。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

樹的保命應急,反成公安危機

每次颱風假一過,我們這些樹呆子立馬背上相機,穿梭在台中市的綠園道、校園和行道樹旁,就是為了瞭解斷裂枝條的形態。我們發現不管枝條是大還是小,斷裂的枝條都呈現同一種形態:它們都不是「側枝髓心錐體」的結構!原來那些都是樹木新長的側枝,由樹皮最外面幾層長出的潛伏芽枝條,僅僅只是黏在樹皮上。

為什麼這些潛伏芽長出來的新枝都只是黏在皮上?讓我們來抽絲剝繭一下:

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首先,葉子是樹木賴以維生的重要器官,葉子光合作用產生的碳水化合物,提供樹體呼吸的能量與生長的材料。然而若是便宜行事的斷頭修剪,一刀下去便使樹木失去了所有葉片,這就像是股票被斷頭,一夕之間所有的努力都化為烏有。

一旦失去了葉片,樹木就顧不得自己的力學結構,只求能先有一口飯吃。於是原本在樹體內休眠睡著的芽體,就在此刻被激發出來、長成新的枝條與葉片,讓樹體能夠維持生理運作。但這些潛伏芽長成的潛伏芽枝條,缺乏積年累月穩固結構的「側枝髓心錐」,不具有結構力而僅僅只是黏在皮上,自然就會在颱風天搖搖欲墜。就像在山坡地上蓋房子,矛樁只打在地表,沒有進入岩盤,結構不穩固,當然非常危險。

斷頭後,高處長出的枝條就只黏在一層樹皮上,大風來就斷,非常危險。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

在斷頭式修剪後長出的幼嫩不具有結構的新枝。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊。

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不定時炸彈:潛伏芽枝形成的夾皮枝幹

斷頭修剪後,受刺激生長的潛伏芽枝,由於缺乏頂芽分泌生長素壓抑而直立生長,在數年後會形成「多主幹」現象。這現象指的是多個主幹因無空間生長而靠在一起,中間的形成層壞死,產生「夾皮現象」,這樣的形態稱為「V字夾角」。

從外表看,枝條結構完整,但內部卻是夾皮產生的裂縫。夾皮的位置,成為受風時,受力最集中的應力集中點,斷裂風險高,是非常危險的結構。樹木力學大師 Claus Mattheck 也在 1995 年研究報告中進行樹體結構的分析,說明夾皮位置是應力最大的集中點 。在2015年的「樹木身體語言與診斷」一書中,也說明了夾皮的危險性 。

潛伏芽、不定芽枝很容易成為多主幹,成為內包裂縫的危險樹體。側風就使樹體龜裂、斷折。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊。

2003年, E. Thomas Smiley 所發表的研究《夾皮是否會降低雙主幹/枝的強度?》(Does included bark reduce the strength of codominant stems?) 以夾皮枝幹與非夾皮枝幹進行拉扯實驗,結果顯示枝幹斷裂的形態是一致的,皆是從兩枝幹接合處平均分離,且夾皮枝與非夾皮枝幹相比相當脆弱,枝幹越細也越容易斷裂。

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2016年,彭奕森發表的學位論文《以有限元素分析樹木枝幹結構力學的探討》,以枝幹結構為對象進行力學的模擬分析,結果也顯示枝幹結構中,最大的應力發生在缺乏平滑的連接,「V字夾角」是應力最大的集中點。

由學者的實驗與我們實際走訪觀察的結果看來,顯見夾皮枝條是危險的,因為你根本不知道什麼時候會斷掉。但在斷裂前,我們可由一個部分來判斷夾皮是否持續在龜裂。若是持續龜裂的裂縫,樹體會試圖修補而快速反應生長,形成「凸耳狀的膨大結構」,可作為判斷夾皮多主幹有無持續龜裂的一個重點。這樣的型態常在黑板樹上看到,台中市街道上隨處可見。

黑板樹這些年被貼上很多標籤,脆弱的枝條、破壞鋪面的根系、開花時的臭味,似乎罪狀可以列成一串,也成了台中市民最討厭的樹木。但,如果沒有曾經的斷頭修剪,黑板樹可是結構完整的參天大樹啊,怎麼會脆弱至斯呢?委身在小小的植穴,年年被瘋狂的斷頭,還要背負罵名,我不禁想,要是我是被移植到都市中的黑板樹,有多麼痛苦?

常做為行道樹卻潛藏夾皮枝幹斷裂危機的黑板樹。圖/By 台灣綠化技術協會,樹呆子團隊。

樹木的未來,需要我們的監督

潛伏芽枝、夾皮枝、多主幹樹體沒有側向結構,就是樹體在颱風一來就裂開的主因,歷來造成了非常多的公共危險與傷害。而如果我們可以理解樹木,少些錯誤的修剪方式,或許颱風天斷裂的枝條會少一點。

許多研究人員針對樹木斷頭做過研究調查,主張應避免斷頭修剪(Shigo, A. L. ,1986;Karlovich et al., 2000;堀大才, 2012)。美國國家標準協會(ANSI)制定的 A300 準則在 2008 年也提到斷頭與「獅尾剪」都是不可被接受的修剪方式(“Topping and lion’s tailing shall be considered unacceptable pruning practices for trees. ”)

颱風後,到台中綠園道走一趟,斷裂的潛伏芽枝特徵明顯易見,這都是斷頭修剪造成的後果。斷頭修剪後的新枝,結構脆弱,失去了從小培養的自體支撐架。看見路上一棵棵剛修剪後如同電線桿的樹木,我們知道它的一生已經毀了,永遠無法長回具有錐體的結構。就算是再次生長新枝的樹木,外表看似枝葉茂盛,但卻是暗藏危險。

我們樹呆子真的期待管理單位能夠看到樹木的問題,停止殘暴的修剪。享受綠蔭遮蔽時,彷彿理所當然;修剪時,卻是任意妄為,我們卻還奢望生活中,有綠意盎然的大樹?當然,為了營造安全的都市生活,修剪是重要且必要的。但在修剪前,應該先制定「修剪目的」,確認為何修剪。若沒有明確的目的,就不應該進行。我們需要更多的人,加入我們樹呆子的行列,管理單位才沒有理由再說,「民眾打爆 1999,要我們趕快進行修剪」。

你或許好奇,是不是沒有修剪準則?以台中市來說,其實政府已依「臺中市公園及行道樹自治管理辦法」頒布「修剪計畫書」,也有作業規範供下載,關鍵在於最後一哩路的執行與堅持。

走在路上,我們總是看到許多樹跟我們揮手,呼喊著「救我!」「救我!」(喔!這不是靈異事件)。不再斷頭修剪,更是自救的前提。為了我們自己,饒了樹吧!

  1. 世界爺(加州紅木)
  2. 【世界之最】世界最高的樹種:美國紅杉
  3. Shigo, A. L. (1985). How tree branches are attached to trunks. Canadian Journal of Botany, 63(8), 1391-1401.
  4. Thomas, P. 2000. Trees: their natural history. Cambridge: Cambridge University Press.
  5. Shigo, A. L. 1998. A new tree biology and dictionary. Shigo and Trees, Associates LLC. USA.
  6. 堀大才,2010,枝と幹の構造と剪定の理論,樹の生命第8号。
  7. Prof. Dr. Claus Mattheck
  8. Claus Mattheck
  9. Mattheck, C. (1995). Biomechanical optimum in woody stems. Plant stems: physiology and functional morphology, 27-90.
  10. Mattheck, C., Bethge, K., & Weber, K. (2015). The body language of trees: encyclopedia of visual tree assessment. Karlsruhe Inst. of Technology-Campus North.
  11. Smiley, E. T. (2003). Does Included Bark Reduce the Strength of Codominat Stems?. Journal of Arboriculture, 29(2), 104-106.
  12. 彭奕森(2016)。以有限元素分析樹木枝幹結構力學的探討。國立中興大學園藝學系所學位論文。
  13. KARLOVCH, D., Groninger, J. W., & Close, D. D. (2000). Tree condition associated with topping in southern Illinois communities. Journal of Arboriculture, 26(2), 87-91.

延伸閱讀

作者簡介|台灣綠化技術協會,樹呆子團隊

以前的我們跟你一樣,走在路上對於行道樹是冷漠的。景觀庭園設計,圖面畫的美美的,卻忘了植物最重要的生存條件。當我們享受綠色隧道同時,我們都忘了哭泣的樹木,等待著我們的救援。試圖喚起大家對綠化管理與樹木保育的重視,為台灣留下一棵棵百年的老樹。我們自稱樹呆子,是幫樹說話,為“木”開“口”,謂之“呆”。

透過與樹對話,透過樹木的身體語言,讓科學化的綠化知識與技術走入日常。在醫治樹木的過程,大樹教導我們樹木生命知識的奧意深不可測,激勵我們更謙卑的用科學的精神向自然學習。我們試圖將千年大樹的智慧也運用在果樹、茶樹,並分享無毒樹木醫學知識與態度給樹木相關的朋友。

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia