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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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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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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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晨星出版
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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

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  • 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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