它才不是鳳梨！地表最強植物「空氣鳳梨」的歷史與應用

本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位。

• 採訪撰文／陳儀珈
• 責任編輯／簡克志
• 美術設計／蔡宛潔

你以為的大氣，不是真實的大氣！

大氣邊界層是人類的生活範圍，也是大部分空氣污染物存在的地方。然而，傳統氣象學模擬的大氣邊界層結構並不符合臺灣的真實情況，因此真實的空氣污染現象和理論的模擬預測間往往存在顯著的差異，導致污染防制策略缺乏精確的指引。

中央研究院「研之有物」專訪院內環境變遷研究中心研究員兼空氣品質專題中心執行長周崇光，他是建立空品專題中心的主要推手，研究團隊從大氣結構出發，試圖改善臺灣空氣品質的診斷及預報，這項計畫集結了來自民生公共物聯網、國家高速網路與計算中心、環境保護署等跨部門的資源，以下讓我們一起看周崇光怎麼說。

根據國際貨幣基金組織（IMF） 2021 年的報告，臺灣位列全球第 22 大經濟體，這個只有 3.6 萬平方公里的小小島國，一年內卻可以創造出高達 7,855.89 億美元的市場價值。

在美國國家航空暨太空總署（NASA）公布的地球夜景照中，我們彷彿可以看見，高樓一棟棟升起、工廠一座座建成、百貨一間間林立，在又長又窄的西半邊，從北到南形成臺北、臺中和高雄三大都會區。

西部臨海，東部靠山，這個寬度可能不到 100 公里的窄長地區，不僅聚集了臺灣 2,300 萬人的極大多數人口，凝聚出商業與工業的巨大產能，更集結了大量、複雜的「空氣污染物」。中研院「研之有物」專訪周崇光研究員，請他從空氣品質與都市氣象學的角度，細細剖析空污議題在這座海島上的獨特之處。

臺灣雖然小，但空汙問題好複雜！

臺灣國土面積僅有 3.6 萬平方公里，以大氣尺度來看非常的小，然而，我們在空氣污染面臨的挑戰卻異常艱鉅。

臺灣不僅處於許多境外污染源的下風處，接受來自各方的空氣污染物，各大都會區也因為地形的關係吃足了苦頭，整個中西部更是在窄長的地域中，面臨來自山、海的多重影響。

以下圖的臺中都會區為例，臺中位處於中央山脈西側的中央，本身是一個有數個開口的盆地，被多重大氣動力機制所影響，包含季風、海陸風、山谷風以及熱島環流，形成極度複雜的區域環流。

盆地內的空氣污染物原本就不容易擴散，再加上複雜的大氣環流和大氣化學反應，讓臺中的空氣品質狀況非常、非常的複雜，無法使用現有的大氣理論進行簡單的描述，使得大氣科學家極為不易於觀測和研究臺中的空污情形。

「這裡就像是巫婆煉湯一樣。」周崇光這麼說。

臺灣在東北風的影響下，不適合傳統的高煙囪理論

周崇光笑著說，到處觀察「煙囪」是他的職業病。

大陸環境的大氣結構相對簡單，自歐洲工業革命開始，傳統大氣科學的理論都告訴人們：越高、風越大，只要把煙囪建得高高的，就可讓風把污染物吹散、吹到很遠的地方。

「到了大陸國家，你會發現他們煙囪排出來的煙，經常是非常穩定的水平煙流，可以飄得很遠，這種煙流挾帶著空氣污染物飛到 10 幾公里外都不是問題！」，然而反觀臺灣的煙囪，卻很少出現這樣的水平煙流。

根據中研院空品專題中心對火力發電廠的煙流觀測資料，如果臺灣的煙囪蓋得跟大陸國家一樣高，有時候反而容易造成空氣污染物的累積。

從上圖可知，當臺灣處在微弱東北風的大氣環境之中，西部沿海風速最快的大氣區域（藍底），大約落在 200～400 公尺高之間，此區的風速大約為 5～6 公尺/秒左右，以東北風為主，是空氣污染物的「最佳擴散區」。

若是再往上，到了 450～800 公尺左右，風速驟然下降（橘底），僅有 0.5～3 公尺/秒。這個區域的大氣就像是被下層的東北風與上層的南風「夾擊」一樣，在兩個不同方向的風的對切之下，形成一個風速很低的「污染累積區」。

因此，若臺灣真的按照傳統的大氣理論建造高煙囪時，反而會讓煙囪的高溫煙流進入污染累積區；換個做法，如果煙囪低一點，才可以被強風吹散。

不過周崇光話鋒一轉：低煙囪設計要相當謹慎，也很難推行。高溫煙流排出去會有很明顯的白煙（水蒸氣凝結），一般人都不喜歡看到白煙離居住地太近，因此實務上還會特別做加熱設計，讓煙流先往上浮，再擴散，等於加高了煙囪的高度，這在工程上稱為「有效煙囪高度」。降低煙囪高度除了有視覺污染的問題，污染排放點離民眾越近，當工廠發生緊急異常排放時，異常事件的衝擊風險也會越大。

和傳統理論不一樣？那就做出臺灣自己的資料吧！

這麼經典的高煙囪理論，為什麼不能用在臺灣？

周崇光表示，大氣科學的理論大都源自於美國、歐洲，使得傳統大氣理論都更適用於大陸環境之下，因此難以直接應用於臺灣地狹人稠的海島結構，而中研院空品專題中心的目標之一，就是發展出屬於臺灣的「空污氣象學」。

周崇光提到：「臺灣跟大陸國家的空間條件實在差太多，所以我們必須要更精確知道，臺灣空氣污染物的高度分布到底長什麼樣子，才能更有效的管制並改善空品狀況。」

既然臺灣無法參考大陸型國家的大氣狀況，那麼小一點的、近一點的國家呢？韓國、日本的有沒有參考的價值？

周崇光笑著說，「你知道嗎？臺中盆地也才 10 幾公里，但是外圍的中央山脈高達 3,000 公尺以上！」就算是韓國、日本，它們的地理空間也比臺灣大多了，而且地形也沒有這麼複雜。

當這麼多的工廠、車輛都擠在這小小的區域，究竟會對臺灣的空氣品質造成多嚴重的後果？某種程度來說，這也許是個細思極恐的問題呀。

因此，為了國內空污氣象學的發展，搞懂臺灣的大氣邊界層（Atmospheric boundary layer）是刻不容緩的工作。

大氣邊界層除了是人類的生活範圍，也是大部分的空氣污染物存在的地方，又被稱為行星邊界層（Planetary boundary layer）。在氣象學中，大氣邊界層指的是「直接受到地表作用影響」的大氣，高度從地表一直到數百至數千公尺不等，是大氣層中最靠近地球表面的部分。

然而，傳統氣象學所模擬出來的大氣邊界層結構並不符合臺灣的真實情形，因此，大氣科學家必須釐清大氣邊界層的氣象參數、動力機制，未來才能夠更精準的找到影響都市氣象以及空氣品質的關鍵因子。

但周崇光也感慨的說，「坦白講，目前臺灣還沒有辦法很『系統化』的改善邊界層的模擬條件，但我們仍然不斷的在努力，透過很多很多的調查、研究、模擬參數，漸漸地發展出半經驗、半理論的結構，最終的目標是歸納成一個系統性的成果，作為臺灣空污氣象學最扎實的理論基礎。」

從大規模的調查研究、積極補足知識的缺口、重新建立理論模型，到回頭檢視國家的空污防制策略，大氣科學家必須腳踏實地的、一步一步的，藉由大氣科學研究的力量，才能讓空氣品質管制更上一層樓。面對迫切的空氣污染防制議題、空污氣象學理論的不足，「空氣品質專題中心」也應運而生。

中研院在「大氣物理與化學」的研究群早已相當成熟，有著極為厚實的研究經驗和基礎，然而為了讓研究目標更明確、進一步聚集研究能量並進行跨部門的合作，中研院以提出空污議題的科學解釋與建議對策為目標， 2021 年 1 月在環境變遷研究中心之下成立空氣品質專題中心，成為全國規模最大的空氣品質專業研究機構。

除了宣示中研院對空污議題的重視之外，如此一來，研究預算的匡列、人力的評估，都有更紮實、更有架構的基礎。擺脫以往研究員們「自動自發」的空品研究，在中心的管理之下，空污的學術研究更能夠產生聚焦效果。

更精確的空氣品質預報

如果大家點入行政院環保署的空氣品質監測網，可以發現，目前來自中央監測的空氣品質預報的解析度並不高，由於空品狀況站數僅有 85 站，只能以「北部」、「竹苗」、「宜蘭」、「花東」、「中部」、「雲嘉南」、「高屏」等大範圍空品區進行未來三日的預報，尚無法以「縣市」或更小的區域為單位提供精準的預報。

因此，為了提供更先進的空氣品質預報，致力掌握國內 PM_2.5 及 O₃ 等空氣污染物濃度變化情形的「高解析度空氣品質診斷與預報模式發展計畫」，是空品專題中心相當關鍵的研究計畫之一，此計畫是行政院前瞻基礎建設中「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」的一個分支，集結了中研院、國家高速網路與計算中心、環保署等跨部門資源。

該計畫預計發展一套 1 km*1 km 高解析度的 72 小時空氣品質預報模式，並描繪空氣污染物的 3D 空間分布，預期能夠對臺灣地區 PM_2.5 及 O₃ 生成與傳輸過程進行更精確的模擬，進而應用於空氣污染事件的預報和成因診斷。

周崇光將這個計畫比喻為一個「神經系統」，由環保署統合高達 10,000 個感測器，就像是神經系統中的神經元，負責感知大氣環境中的變化，並透過民生公共物聯網提供的神經網路，將資訊傳輸至國家高速網路中心的超級電腦，而超級電腦就像是大腦一樣，提供強大的運算力，使得空污模式得以統合氣象條件、污染物排放量、以及感測器提供的環境變化狀況，計算和預報未來幾天空氣品質的可能變化。

雖然感測器來源不一，不同層級的靈敏度也有所落差，但隨著近年技術的進步和突破，微型感測器對 PM_2.5 的監測資料已經具有足供參考的準確度，目前各縣市大約都有 100 個以上的微型感測器，環保署已經在全臺灣佈建了約 10,000 個感測器，透過高密度的監測數據進行資料分析，有效掌握全臺各地的空品狀態。

此外，此研究計畫也希望藉由感測器的大量需求，協助推動臺灣感測器的產業，與經濟部、工研院合作推動感測器的國產化。目前工研院的技術已經技轉給國內廠商，國產感測器在環保署監測網的佔有率已達將近 3 成，未來會持續輔導相關廠商。

研究計畫一邊發展預報系統，也一邊透過微型感測器資料即時驗證預報的成效。就像是如果寫考卷時，我們可以一填答就馬上得知正確答案時，就可以隨時檢討自己的計算流程到底哪裡出了問題，不斷修正，找出最正確的解方。

同理，拜微型感測器遍布全臺之賜，大氣科學家逐漸能夠快速驗證空氣品質預報的模擬結果，有朝一日，國內空污的物理化學機制以及關鍵污染源，將不再是讓人頭痛的黑盒子。目前由於 PM_2.5 的感測器已相對成熟且數量足夠，因此中研院空品專題中心已成功驗證 3 km*3 km 解析度之 PM_2.5 預報資料，最終目標是精確到 1 km*1 km。

如何讓空氣品質變好，又不影響現有的生活？

在中研院環變中心周崇光研究員帶領下的空品專題中心，其中一個核心精神，就是要對社會關鍵議題有貢獻。

專注發表學術論文是科學研究的本質，也是科學進步的動力，不過進行社會議題相關的科學研究通常會更辛苦，往往會花費極大的心力與時間。

做空氣污染防制就像是「精準醫療」的概念一樣，如何讓藥物只攻擊癌細胞而不對身體的其他地方造成太大的副作用？經過科學研究的探索後，如何讓臺灣的空氣品質更好而不衝擊社會文化和經濟？

空污管制並非是一味阻擋臺灣經濟和工業發展，空品專題中心希望可以藉由科學的力量，更精準、更沒有副作用的改善臺灣空氣品質。

除了大氣科學理論和空氣污染排放清單有所不足之外，像是能源政策、交通規劃、國土計畫都需要重頭思考。周崇光說：「一路研究下去，我們開始疑惑，當初為什麼我們都傻傻的，把這麼多的大型污染源擺在海邊，讓海風把污染物往內陸帶？為什麼臺灣的國土利用那麼集中？」這一些命題，都是一環扣一環。

最後周崇光強調，「空氣品質絕對是應用導向的研究，因此，我們除了做科學，也要讓這些研究結果有願景、有視野，讓臺灣變得更好。」

• 作者、攝影 / 胖胖樹（王瑞閔）

遙遠的拉丁美洲，承載太多太多的歷史、文化與生態。如果真的要在我心裡面找一個此生必去、必看的地方，那就是亞馬遜吧！

小時候沒有智慧型手機，也沒有電腦跟網路，我總是期盼著商展^[註1]。除了有吃、有玩，還有書攤。我在攤位上，第一次看到來自亞馬遜的真實影像。

那本書是我剛上小學，1989 年出版。那年，國內外都發生很多大事；那年，誠品書店剛成立；那年，圖鑑還非常稀少。當時我在北港牛墟的商展上如獲至寶。照片正中央是一株長在水邊的號角樹，相較於《小牛頓》雜誌或《漢聲小百科》裡精美的手繪圖，這張書中全頁彩色照片帶給我的衝擊，至今我仍然記得。

從那之後，我不斷蒐集魚類與植物圖鑑，還有跟熱帶雨林相關的所有資料。對亞馬遜的了解，隨著一本又一本的著作不斷堆疊加高；對亞馬遜的嚮往，也在一張又一張彩色照片中日益加深。

可是，在首次接到溫佑君老師邀請同遊亞馬遜時，我卻感到不安，好幾次想要婉拒。彷彿是近鄉情怯，在心中找了各式各樣的理由——沒有人幫我照顧植物、身體不舒服不能走長路、外語能力不好、流年不適合出遠門……諸如此類的鬼話。反而是我的家人與摯友不斷鼓勵我前往，而且大家都主動提出要幫我澆花。

整個過程彷彿老天爺刻意安排，一切準備就緒。所有工作都自動錯開，原本一度復發的椎間盤突出也突然好轉了。

暌違多年，終於背上行囊，一個人靜靜的出發，飛抵基多。

出發前一週，我整理了一份想看、可能看到的植物名錄。到了當地，果然如我想像，植物的多樣性遠超過我所知所學。亞馬遜的壯闊，也不是照片或影片就能呈現。

當時台灣植物圈的盛大展覽正如火如荼展開。我錯過了盛會，可是老天爺卻賜予我一個更加綺麗、壯觀的雨林展。

從基多蘇克雷元帥國際機場出來，我開啟搜索雷達，注意沿途所見的一切。剛到飯店，我迫不及待開始觀察、拍攝種種美洲原生植物。從這裡，開始了我的植物朝聖之旅。

吸收水氣就能活的鳳梨！而且長在樹上？

厄瓜多首都基多市位於安地斯山區，海拔 2800 多公尺，接近赤道，四季氣溫變化小，年降雨 1000 毫米，雨季為 6 至 9 月。

就如我預期，基多零星可以見到一些空氣鳳梨。雖然種類不多，但樹上與電線上隨處可見俗稱球青苔^[註2]的種類。我在心裡竊喜，彷彿翻開尋寶手冊打了一個勾：「野生的鳳梨科植物，找到！」

從安地斯山脈進入亞馬遜雨林區當天，我總是一隻眼睛盯著窗外，一隻眼睛隨時注意海拔高度的變化。景色轉換間，樹上的鳳梨科植物，也從銀葉系的空氣鳳梨，慢慢被積水鳳梨與綠葉系空氣鳳梨所取代。

往後幾天，鳳梨科植物排山倒海而來，或大或小，種類多到不知誰是誰，甚至連屬別都不容易判斷。有的非常巨大，葉片下垂超過一公尺；有的非常迷你，大概只有銅板大小。

印象比較深的，有厄瓜多阿奇多納次生林裡，著生在棕櫚葉上的植株，可能是蜻蜓鳳梨屬^[註3]吧！還有法國太太飯店裡的鳳梨，竟然著生在光滑的竹子上。

道理我都懂，所以怎麼連電線上都有鳳梨？

奧塔瓦洛市集的電線上，長有成排的空鳳，襯著蔚藍的天空、街景，就像明信片一般。百年莊園的大樹上，積水鳳梨與空氣鳳梨同時出現，彷彿替大樹裝扮。還有庫科查^[註4]火山口湖畔生態步道兩側石礫地上的皇后鳳梨^[註5]、巨大地生型的拉傑斯空氣鳳梨^[註6]，也令人驚豔。而溫泉飯店附近，到處都是花序下垂的仙女散花空氣鳳梨^[註7]，台灣也曾引進過。

還記得我是因為箭毒蛙而認識了積水鳳梨。章錦瑜 1990 年出版的著作《室內觀賞植物》是我第一本記載較多鳳梨科植物的圖鑑。那時候市面上的觀賞鳳梨種類不多，玩家也少。2000 年代到台北念書，從網路論壇塔內植物園與日文圖鑑《空氣鳳梨手冊》^[註8]見到了大量鳳梨的原生地照片，對於這些奇特的植物有了更多的認識^[註9]。

一眨眼二十多年過去了，厄瓜多的鳳梨科植物原鄉，將這一切又拉回了眼前。一幕幕新的經歷融入了回憶，在我的雨林遊歷護照中，又增添新的一頁。

安地斯山的天然大雨傘

進入安地斯山的雲霧林，植被景觀開始改變，積水鳳梨、火鶴、樹蕨類相繼出現。此時我開始坐立難安，恨不得能下車觀察。但是因為相信後面還會碰到，所以一直忍耐，一直忍耐。

沒多久，在蜿蜒的山路中我一眼就注意到兩種葉片巨大的植物，終於按捺不住，興奮地大叫停車，直接衝到植物旁。這是我心裡早有預期的邂逅，沒想到來得那麼快、那麼突然。就在一個轉彎，兩種蟻塔屬^[註10]植物映入眼簾。

蟻塔又稱大葉草，是非常特殊的分類群。新的分類屬於大葉草目、大葉草科、大葉草屬，有 60 多種，分布在拉丁美洲、東非、馬來群島及大洋洲，喜歡溫暖潮溼的環境。由於葉片巨大，頗具觀賞價值，國外許多植物園都有栽培。除了路旁野生的植株，後來下榻的飯店也栽培不少，既幸運又開心。

快看！樹懶最愛吃的植物

海拔繼續降低，到了 1000 公尺左右，我特別喜歡的大葉植物號角樹開始出現。我已經從座位上跳起，急著跟團員們呼喊：「快看快看，那個那個就是號角樹。」事後想想，大家應該不知道我為什麼如此興奮吧！

繼續前進，在阿奇多納的主要公路，路旁開始出現一棵一棵橫倒的大樹。司機停在半路，導遊不斷透過電話企圖了解前方路況。我趁機溜下車察看。此時海拔已剩下 700 多公尺。號角樹、冰淇淋豆、巴拿馬草、芒萁、米氏野牡丹、樹胡椒、含羞草、蔓綠絨、竹芋相繼出現。

我終於可以一親原生地的號角樹芳澤，也終於能夠近距離觀察其螞蟻共生的現象。只是很遺憾，因為抗爭事件，它們一一倒臥在路旁。

在導遊跟當地連繫後，確定沒有辦法到達特納，只能臨時在阿奇多納找飯店落腳。事後回想，這個突如其來的決定，反倒像是包裝成意外的禮物，豐富了觀察植物的地點與機會。

司機避開大路，轉進石子路。此時此刻，我與亞馬遜的距離，只隔著一片玻璃車窗。再前進沒多久，我們被迫下車步行。可是我的心卻無比雀躍。

號角樹、棕櫚、樹蕨與各種爬藤交錯，叢林感十足。下一步，巨大的二叉巴拿馬草兀立面前。這才知道我在家栽培多年的草，竟然有機會長得比我還高。

往後每一天，仔細觀察當地的號角樹，發現長成這樣的植物一共有三種，兩種是號角樹，一種是亞馬遜樹葡萄^[註11]。兩種號角樹都跟我栽培的有所差異，是完全不同的物種。

背著大相機走在叢林裡，三不五時抬頭仰望，想看看是否可以找到樹懶。因為拍一張樹懶抱著號角樹的相片，一直在我的夢想清單名列前茅。儘管此行在號角樹上見到的不是樹懶，而是尾巴可以捲在樹上的白腹蜘蛛猴^[註12]，還有活化石麝雉^[註13]，依舊無比開心^[註14]。

微出國，自己打造小雨林

走進雨林裡，除了看植物，也會留意各種動物的蹤影。畢竟我從小就跟所有小朋友一樣，喜歡各式各樣的動物。只是當認識的動物多了，發現許多種類都以雨林為家，才刺激我深入去認識雨林。

多年來，我在自己的小雨林裡栽培號角樹、巴拿馬草、二叉巴拿馬草等許多植物，企圖模擬亞馬遜的風光。只是過去，我都是從照片或影片中窺見亞馬遜，而這一刻卻身在其中。原來，我的想像是對的；原來，不能出國的時候，也可以在自己營造的小雨林裡懷念亞馬遜的美好。

註解

1. 最初商展是指流動市集，不分日夜。
2. 學名：Tillandsia recurvata。
3. 學名：Aechmea。
4. 西班牙文：Cuicocha。
5. 學名：Puya sp.。
6. 學名：Tillandsia lajensis。
7. 學名：Tillandsia complanata。
8. 英文：New Tillandsia Handbook。
9. 更多觀賞鳳梨的引進與栽培史，請參考《看不見的雨林—福爾摩沙雨林植物誌》。
10. 學名：Gunnera。
11. 學名：Pourouma cecropiifolia。
12. 學名：Ateles belzebuth。
13. 學名：Opisthocomus hoazin。
14. 更多關於號角樹的生態與文化，請參考《看不見的雨林—福爾摩沙雨林植物誌》。

編譯 / 黃洛維

在森林的頂端，也就是「林冠」（canopy），常常可以看到附生植物。有一種常見的附生植物是屬於鳳梨科的，被稱為積水鳳梨。積水鳳梨會利用它們的根，緊緊抓住樹的枝幹。它們的花苞周圍長出許多長型的葉子。下雨時，雨會沿著這些葉子流入中央的花苞中。花苞中積水，會形成一個小池塘。這個小池塘是一個迷你的生態系。落葉或是其他的植物殘骸會落入這個小池塘。小鳥和小型哺乳動物會來池塘喝水，也常將牠們的排泄物留下。蚊子會到水中生卵。蜻蜓的幼蟲也會吃蚊子的幼蟲。這裡還有一種其他環境所沒有的色彩鮮豔小青蛙。有時，螃蟹，蠑螈，蛞蝓，蚯蚓，甲蟲，蜥蜴，和小型蛇類也會來到這個小池塘。

積水鳳梨提供了動植物棲息的場所，小池塘也收集了許多有機物質，供給積水鳳梨許多營養。這些營養對積水鳳梨來說是很珍貴的，因為它們無法像一般植物從土壤中吸收養分。

積水鳳梨的仿生應用是一個立體的農業耕種方式。就像積水鳳梨所生活的森林，也是立體的。一般的農地，是以平面的方式來種植作物。傳統的平面農地有許多限制。比如，能耕種的土地是很有限的，並且在人口集中的城市，通常無法自給自足，而需要從外地運送大量的食物。人口一直在成長，都會中的人口也是持續的在成長。一個立體的耕種空間，可以讓土地得到更好的利用，也就是每單位土地的產出可以增加。並且可以讓食物的種植更靠近人群，讓人可以食用在地食材。這個立體農場利用水耕，也讓營養能在系統裡循環，就像積水鳳梨與它的小生態系一樣。

原文出處：Ask Nature-Epiphytes capture nutrients: bromeliads, Ask Nature-Vertical farming

研究文獻：Attenborough, D. 1995. The Private Life of Plants: A Natural History of Plant Behavior. London: BBC Books. 320 p.

轉載自週日閱讀科學大師