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樹癌「褐根病」是怎麼傳播的?如何有效防止病害傳播?

活躍星系核_96
・2020/04/02 ・2770字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 552 ・八年級

  • 文/巫宗錡、鍾嘉綾

樹木的平靜表面,受地下的「褐根病」威脅

行人在行道樹間穿梭,鄰居在庭院中修剪櫻花樹,孩童在公園的大榕樹下乘涼、嬉戲,這些都市林木看似平靜自在的陪伴在我們四周,樹木是我們生活中不可或缺的一部份,他們也默默奉獻一己之力,從葉片吸收大氣中的二氧化碳加以固定,排出新鮮的氧氣,以根系抓住土壤同時涵養水資源,達到調節氣候的功能。樹木更是都市生物的住所,建立都市特殊的生態系。

然而,樹木的生活並不像表面上這樣安穩平靜,除了有許多病蟲害會從樹木上掠奪養分,土表下看不到的地方,也有病原菌伺機而動。在臺灣、香港、澳門等熱帶與亞熱帶地區的都市林,褐根病 (Brown root rot) 是近年來赫赫有名、對樹木極具威脅性的敵人。事實上,包括美屬西太平洋群島、日本琉球群島上的森林也都受到嚴重的褐根病危害。

感染褐根病而枯死的鳳凰木。圖/作者提供

當褐根病菌 (Phellinus noxius) 入侵樹木的根部組織,便會開始大肆破壞,造成木材組織的腐朽,原本堅固的根變得脆弱,影響根系吸收土壤中的養分,甚至因為支撐力下降而容易倒伏。佇立在你我生活周遭的林木如果被褐根病攻陷而無預警倒下,可能壓壞房屋與車輛、阻礙交通;如果壓到行人或行進中的車輛,後果更是不堪設想。因此我們通常會選擇移除生病的樹,這句話說來簡單,處理起來卻是件大工程!

處理褐根病的常見做法:移除病樹再消毒土壤

首先要砍除地上部的枝葉,接著以挖土機將樹頭及埋在土裡的根系挖出。在移除的過程中,由於被感染的木材組織質地疏鬆,會有許多大大小小的殘根留在現場。為了去除感染源,目前最常使用土壤燻蒸法於處理褐根病的罹病地,作法是先移除病樹的地上部、樹頭與根系之後,把白色粉狀的燻蒸劑「邁隆 (dazomet)」 與土壤充分混和,並將土壤含水量調整至 40-60%,土表則以黑色塑膠布覆蓋,邁隆遇水會分解產生有毒氣體異硫氰酸甲酯 (methyl isothiocyanate),可以廣泛殺滅各種微生物。

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清除病樹的樹頭與土壤中的殘根。圖/作者提供

消毒土壤有必要嗎?褐根病菌真的會由土壤傳播嗎?

褐根病菌佔領了木材組織後,已知可在植物殘體上存活長達數年,伺機等待新種植的樹木誤觸陷阱,或因人為挖掘使木塊隨著土壤移動到新的土地。然而,如果沒有了木材殘體,土壤裡還會有活的褐根病菌存在嗎?香港曾有研究指出,在病樹或健康樹木周圍的土壤裡,都有機會偵測到褐根病菌的DNA,因此推測褐根病菌會藉由土壤傳播。然而,土中的DNA也可能只源自植物根部或已死亡的微生物。

土壤裡到底有沒有活的褐根病菌,將會大大影響防治策略的選擇,因此開啟了我們追捕土壤中褐根病菌的任務。

追追追!土壤中真的有褐根病菌嗎?

如果土壤會傳播褐根病菌,那就代表侵略者原本就先埋伏在根系周圍的土壤裡,等待時機發動攻擊。而當受感染的病樹的根系已經嚴重腐朽,或許褐根病菌也開始向外擴張到周圍的土壤裡。

我們以臺灣大學校園作為研究地點,由八個褐根病發生地收集了44次的土壤樣本,看看能不能從土壤中分離出褐根病菌。由於土壤內充斥著各種細菌、真菌等微生物,我們幫褐根病菌開了一條 VIP通道,使用只有褐根病菌才能長好長滿的培養基,讓它們能直接現形。沒想到在所有的篩選中,竟然完全無法從罹病地的土壤中揪出褐根病菌

難道褐根病菌可以像間諜一樣隱匿,輕易逃過追捕嗎?我們決定主動出擊,直接收集了附著在病樹根部的根圈土壤,或土壤中受感染的殘根上沾黏的土壤,這些根部組織表面甚至可以觀察到褐根病菌絲匯集形成的菌絲面,侵略者都已經現形了,這下即使它潛伏在土壤中也難逃我們的法眼了吧!沒想到分離結果仍然一無所獲。但凡走過必留下痕跡,我們藉由能追蹤褐根病菌的專一性引子對,發現土壤中確實可以偵測到它的 DNA,然而隨著病樹被移除,褐根病菌在土壤中留下的 DNA蹤跡則會越來越少。

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即使從帶有菌絲面的病根表面土壤中,同樣也分離不到活的褐根病菌。圖/作者提供

實驗證實:褐根病菌無法靠土壤傳播,清除殘根即可防止病害

這真是令人亢奮的情報呀!原來褐根病菌沒辦法在土壤中隨意生長,擴張它們的領土,而是只能固守在樹木根部或是殘根組織中,並且在健康樹木根系接觸到這些被感染的組織時,才會發動攻擊。褐根病菌並不像其他土媒病原菌,可以產生厚膜孢子或菌核等抗逆境的構造,長時間存活在土壤之中;而且土壤環境險惡,有各式各樣的微生物為了爭奪生活空間而彼此競爭、抑制,褐根病菌可能無法與其抗衡。因此我們認為,只要把已經被褐根病菌攻佔的殘根從土壤中清除乾淨,整塊土地都將重獲自由,逃離它們的魔掌

為了驗證這個觀點,我們在臺大校園內一處罹病地上,把生病萎凋的鳳凰木樹頭和根部移除之後,僅僅撿除被褐根病菌霸佔的殘根組織,再種植很容易受感染的枇杷樹苗,持續追蹤一整年後,這些枇杷樹各個生長茁壯,枇杷樹的根部組織無法分離出褐根病菌,也偵測不到病原菌的 DNA。

這表示只要清除掉土壤中的殘根組織,就不必再擔心樹木會接觸到病原菌,更不用害怕土壤中會有褐根病菌發起進攻的號角。我們以實驗證明了土壤並非褐根病菌的棲息地和傳播媒介,除了釐清病害的散播模式,也讓我們在與褐根病的長期抗戰中看到希望。

清除褐根病罹病地的殘根後,補植的枇杷在一年後依然健康。圖/作者提供

目前病害防治技術的發展,還難以讓已經感染褐根病的樹木擺脫病原菌的魔爪,我們能做的是幫助健康的樹木建立護城河,避免樹木的根系接觸到褐根病菌,也就是所謂的「預防勝於治療」,而清除感染源是最基本也最有機會根除病害的方法。

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既然了解到土壤中不存在褐根病菌,土壤燻蒸等處理方式的效果與使用時機,或許可以有更深入的討論。但可以確定的是,只要把褐根病菌佔領的殘根組織從土壤中確實移除(後續可送焚化爐銷燬),現場剩餘的微小木材碎屑經由土壤腐生菌自然分解,便可讓被褐根病菌佔領的土地重獲新生。

本文重點整理

  1. 藉由土壤分離培養、DNA 偵測與種植感病植物等方法,可驗證土壤中不存在(或只有極微量的)褐根病菌活體,土壤並非褐根病菌的棲息地或傳播媒介。
  2. 病樹根部組織是褐根病菌的主要傳播媒介,與健康樹木根系接觸可能造成感染。
  3. 罹病地復育:清除被褐根病菌感染的殘根組織非常非常重要!只要殘根撿除乾淨,即使種植容易生病的植物也不會被感染。

參考文獻

  1. Chang, T. T. 1996. Survival of Phellinus noxius in soil and in the roots of dead host plants. Phytopathology 86:272-276.
  2. Wang, Y. F., Meng, H., Gu, V., and Gu, J. D. 2016. Molecular diagnosis of the brown root-rot disease agent Phellinus noxius on trees and in soil by rDNA ITS analysis. Appl. Environ. Biotechnol. 1:81-91.
  3. Wu, Z. C., Chang, Y. Y., Lai, Q. J., Lin, H. A., Tzean, S. S., Liou, R. F., Tsai, I. J., and Chung, C. L. 2020. Soil is not a reservoir for Phellinus noxius. Phytopathology 110(2):362-369. 
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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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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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