0

0
0

文字

分享

0
0
0

當寒暑成災(一):微氣候護農糧?

陳 慈忻
・2014/06/19 ・2822字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 560 ・八年級

本文由科技部補助,泛科學獨立製作

USDA_and_UK-ADAS_textural_triangle
土壤粒徑分級中的USDA系統,將土壤由大至小分為砂粒(sand)、粉砂粒(silt)、黏土(clay)。/來源:wiki

中國文化大學依傍在大屯山群間,陳守泓教授坐在研究室,窗外就是紗帽山、七星山和大屯山,儘管如此,作為地理系新進老師的他並不清閒,每個星期要教授集水區分析、地理資訊系統應用、航測概論、環境永續發展、氣候學、土壤學等課程,他開玩笑的說,有點懷念以前在行政院農委會農業試驗所當助理研究員的日子,那時他專心一意的研究「作物生長環境要素」。從陳守泓的談吐與課表,散發著自然地理的魅力,本專題邀請陳守泓暢談氣象因素對農作物生長影響。
 
四季循環 作物需要面各種氣候挑戰
 
其實在糧食安全的主題下不會使用寒災、暑災等名詞,因氣象事件影響糧食作物生長的機制不只是在冬天和夏天,作物生長在一年四季不同的節氣會面臨到各種危機,從農委會出版的農業年報的天然災害分類來看,有雨害、風害、寒害、旱害,就農糧專家而言,這些氣象災害可以從一整年的氣候周期來看。

農業年報會提供每一年的災害及對應的災害損失的統計資料,不同天然災害對於不同種作物、不同地區造成的影響程度不同。以一年剛開頭因低溫而發生的「寒害」來說,就不會對已收割完的水稻造成損失,但是對一些熱帶的果樹就會造成影響,其影響又可分為即時性和延時性兩種。
 
例如蓮霧就是會受寒害即時性影響的果樹,儘管在中部地區蓮霧是夏季生產的水果,屏東縣因緯度較低而可以在冬天生產蓮霧,藉由季節錯開取得生產的優勢,但是寒流來的時候蓮霧就無法承受低溫而產生「裂果」的生理反應。另外一些春季開花、夏季結果的果樹,例如楊貴妃愛吃的荔枝,它的花會因為寒害而發生即時性的萎凋或開花時間延後的延時性影響。
 
「旱害」反而比較少發生在夏天,而是發生在梅雨季節,因為整個冬天都屬於雨量少的狀態下,梅雨要是來的晚或來的少,就會發生旱害,尤其是靠降雨而非灌溉系統的山坡地作物,例如春茶,農民一年就等這一批,如果因缺乏雨水而長不好,會造成嚴重的經濟損失;相反的如果梅雨來的太多,也會發生雨害。
 
最嚴重的「雨害」發生在夏季,不只是因為颱風豪雨的關係,同時也因為許多作物在這個季節收成,經濟損失特別大。受雨災影響最嚴重的作物是蔬菜,每到颱風過後蔬菜都特別貴,其實不是因為蔬菜本身被颱風吹倒,而是因為大雨後的菜葉類作物急需排水,依生理機制將氣孔打開後,剛好颱風過後出大太陽,使蔬菜容易萎凋、腐爛。在這種情形下,土質較疏鬆、排水性能較好的土壤,可以對雨災有較好的抵禦能力,但是排水性較好的土壤同時無法保持濕潤,面對旱害的調適能力則較差。
 
不過彰化、雲林一代會成為台灣重要的蔬菜栽培區不是沒有原因的,陳守泓指出,現今我們彰化、雲林所看到的菜園主要位於濁水溪新舊河道所沖積出的土地上。在土壤質地分類中,依粒徑大小分為砂(sand,粒徑大於0.05mm)、坋土(silt,粒徑介於0.002~0.05mm)、黏土(clay,粒徑小於0.002mm),由於濁水溪的沖積扇的土壤屬於砂質沖積土,含黏土成分最低,因此可以同時具砂質土壤的有排水性和粉砂質土壤的涵水力。因此許多農民會運用「客土」的方式,就是指挖適合種植作物的土壤來自己的農地用。
 
溫度:影響農作生長的重要環境因子
 
寒害時溫度急速降低會對作物產生影響,但是溫度降低的機制是什麼?一般溫度下降的機制包括「輻射冷卻」與「平流冷卻」兩種。尤其在春秋兩季,白天萬里晴空的狀況下,夜晚的地表溫度反而降低的更快,因為乾爽的天氣缺乏水氣這種重要的溫室氣體,留不住地表溫度,稱為輻射冷卻;但是導致寒害的降溫機制則是平流冷卻,因為在強烈大陸冷氣團入侵之下,大面積的冷空氣隨著高壓入境造成溫度下降,比起輻射冷卻只持續一個夜晚的影響更久,溫度下降的程度也更大。
 
不過,在一般氣象觀測站所量測之溫度無法作為參考,因為標準的測量規範,溫度計必須置於陽光曝曬不到的地方,然而作物大多直接曝曬在陽光之下,因此作物本身的溫度需要另外觀測。
 
科學上怎麼描述溫度對作物生長的影響?「積溫法」是衡量作物成熟的農業科學方法,其理論假設不考慮日照長度、光強度、 病蟲害、水分等情況下,超出生長基礎溫度的溫度(base temperature,即作物生長至少需要的溫度),與作物的生長速率為一直線的關係。例如水稻的基礎溫度是10度C,則當日最高溫度與最低溫度的平均,再減去基礎溫度,則是該日的「有效積溫」,透過實驗,從作物栽種到作物成熟期間,將每一日的有效積溫累加起來,可以量測出不同作物達到成熟期所需的總有效積溫,進而應用在作物的栽培管理上。
 
微氣候經營 保護作物度災
 
除了不同的氣象事件會導致各種農業災害外,同樣的氣象事件在同種作物上產生的效應,也可能因農民的栽培技術而產生差異,而每種農作物所生長的高度不同,實際影響作物生長狀況的不是氣象站位置所量測到的環境因子監測數據,而是實際在作物生長的垂直、水平範圍內的環境因子狀態,稱為作物生長的「微氣候」。
 
如果栽種密度過高,行株距過窄的情況下,會導致作物無法通風、產生悶熱,因微氣候狀態產生的後續影響包括不通風而授粉不易,或因溫度過高而熱死或衍生病害:例如水稻在夏天有可能產生稻熱病,除了種植過密導致溫度較高容易有稻熱病外,種植過密也會促使稻熱病在植株間傳播。此外,些微的溫差也會導致結果品質的差異,這些都是農民可能要負擔的經濟成本,要與經濟利益一起考量。
 
微氣候是可以經營的,常見的微氣候經營是用來管理作物裁培,譬如蓮霧栽培時,有時會看到農民將蓮霧果實包起來,是為了要「催花」,因為遮光可以促進花芽分化。
 
不過微氣候經營也可以應用在寒害的防範上,陳守泓做過一個葡萄抗寒的研究,儘管寒流來襲之下無法避免平流冷卻,但是可以在小範圍內經營相對溫暖微氣候。陳守泓帶著學生、助理在果園內燒好幾桶熱水,使得水氣增加的情況下能吸收更多的長波輻射,避免熱量散失,進而達到溫室效果。經過對照組的產量比較,證實這個措施是有效的寒害防範方式。
 
農民經年累月的經驗,有自己一套因應氣候的方式,然而某些風險仍不可避免地造成生計損失,如何降低農業風險,乃至於如何共同承擔農業風險,是當代公民值得關注的課題。(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

 

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

文章難易度
陳 慈忻
55 篇文章 ・ 0 位粉絲
在丹麥的博士生,專長是用機器學習探索人類生活空間,正在研究都市環境變遷與人類健康的關係。曾擔任防災科普小組編輯、社會創新電子報主編。

0

0
1

文字

分享

0
0
1
風力發電機使夜晚地表氣溫升高
陸子鈞
・2012/06/08 ・346字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 494 ・六年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

一項新的研究發現,風力發電大大地改變了當地的氣候,特別是夜間的溫度。德州中西部有著世界上最大的四座風力發電廠,科學家利用量測熱島效應( urban heat islands)的方法,檢視一萬平方公里的衛星影像後發現,從2003年到2011年的夏季,超過95%有風力發電機的區域較沒有的區域夜間地表溫度平均高出0.65°C。一般情況下,在夜間,越接近地表的空氣溫度較低,而風扇會攪動空氣,將上層較溫暖的空氣帶到地表。這項研究發表在《自然‧氣候變遷》(Nature Climate Change),是首次透過衛星發現氣溫上升的證據,而不是僅在電腦模擬。科學家強調,該地區暖化的成因很簡單,就是風力發電快速發展,若拆除風扇這效應則會消失。

資料來源:ScienceShot: Wind Farms Warm the Night [29 April 2012]

陸子鈞
294 篇文章 ・ 4 位粉絲
Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
當寒暑成災(一):微氣候護農糧?
陳 慈忻
・2014/06/19 ・2822字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 560 ・八年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由科技部補助,泛科學獨立製作

USDA_and_UK-ADAS_textural_triangle
土壤粒徑分級中的USDA系統,將土壤由大至小分為砂粒(sand)、粉砂粒(silt)、黏土(clay)。/來源:wiki

中國文化大學依傍在大屯山群間,陳守泓教授坐在研究室,窗外就是紗帽山、七星山和大屯山,儘管如此,作為地理系新進老師的他並不清閒,每個星期要教授集水區分析、地理資訊系統應用、航測概論、環境永續發展、氣候學、土壤學等課程,他開玩笑的說,有點懷念以前在行政院農委會農業試驗所當助理研究員的日子,那時他專心一意的研究「作物生長環境要素」。從陳守泓的談吐與課表,散發著自然地理的魅力,本專題邀請陳守泓暢談氣象因素對農作物生長影響。
 
四季循環 作物需要面各種氣候挑戰
 
其實在糧食安全的主題下不會使用寒災、暑災等名詞,因氣象事件影響糧食作物生長的機制不只是在冬天和夏天,作物生長在一年四季不同的節氣會面臨到各種危機,從農委會出版的農業年報的天然災害分類來看,有雨害、風害、寒害、旱害,就農糧專家而言,這些氣象災害可以從一整年的氣候周期來看。

農業年報會提供每一年的災害及對應的災害損失的統計資料,不同天然災害對於不同種作物、不同地區造成的影響程度不同。以一年剛開頭因低溫而發生的「寒害」來說,就不會對已收割完的水稻造成損失,但是對一些熱帶的果樹就會造成影響,其影響又可分為即時性和延時性兩種。
 
例如蓮霧就是會受寒害即時性影響的果樹,儘管在中部地區蓮霧是夏季生產的水果,屏東縣因緯度較低而可以在冬天生產蓮霧,藉由季節錯開取得生產的優勢,但是寒流來的時候蓮霧就無法承受低溫而產生「裂果」的生理反應。另外一些春季開花、夏季結果的果樹,例如楊貴妃愛吃的荔枝,它的花會因為寒害而發生即時性的萎凋或開花時間延後的延時性影響。
 
「旱害」反而比較少發生在夏天,而是發生在梅雨季節,因為整個冬天都屬於雨量少的狀態下,梅雨要是來的晚或來的少,就會發生旱害,尤其是靠降雨而非灌溉系統的山坡地作物,例如春茶,農民一年就等這一批,如果因缺乏雨水而長不好,會造成嚴重的經濟損失;相反的如果梅雨來的太多,也會發生雨害。
 
最嚴重的「雨害」發生在夏季,不只是因為颱風豪雨的關係,同時也因為許多作物在這個季節收成,經濟損失特別大。受雨災影響最嚴重的作物是蔬菜,每到颱風過後蔬菜都特別貴,其實不是因為蔬菜本身被颱風吹倒,而是因為大雨後的菜葉類作物急需排水,依生理機制將氣孔打開後,剛好颱風過後出大太陽,使蔬菜容易萎凋、腐爛。在這種情形下,土質較疏鬆、排水性能較好的土壤,可以對雨災有較好的抵禦能力,但是排水性較好的土壤同時無法保持濕潤,面對旱害的調適能力則較差。
 
不過彰化、雲林一代會成為台灣重要的蔬菜栽培區不是沒有原因的,陳守泓指出,現今我們彰化、雲林所看到的菜園主要位於濁水溪新舊河道所沖積出的土地上。在土壤質地分類中,依粒徑大小分為砂(sand,粒徑大於0.05mm)、坋土(silt,粒徑介於0.002~0.05mm)、黏土(clay,粒徑小於0.002mm),由於濁水溪的沖積扇的土壤屬於砂質沖積土,含黏土成分最低,因此可以同時具砂質土壤的有排水性和粉砂質土壤的涵水力。因此許多農民會運用「客土」的方式,就是指挖適合種植作物的土壤來自己的農地用。
 
溫度:影響農作生長的重要環境因子
 
寒害時溫度急速降低會對作物產生影響,但是溫度降低的機制是什麼?一般溫度下降的機制包括「輻射冷卻」與「平流冷卻」兩種。尤其在春秋兩季,白天萬里晴空的狀況下,夜晚的地表溫度反而降低的更快,因為乾爽的天氣缺乏水氣這種重要的溫室氣體,留不住地表溫度,稱為輻射冷卻;但是導致寒害的降溫機制則是平流冷卻,因為在強烈大陸冷氣團入侵之下,大面積的冷空氣隨著高壓入境造成溫度下降,比起輻射冷卻只持續一個夜晚的影響更久,溫度下降的程度也更大。
 
不過,在一般氣象觀測站所量測之溫度無法作為參考,因為標準的測量規範,溫度計必須置於陽光曝曬不到的地方,然而作物大多直接曝曬在陽光之下,因此作物本身的溫度需要另外觀測。
 
科學上怎麼描述溫度對作物生長的影響?「積溫法」是衡量作物成熟的農業科學方法,其理論假設不考慮日照長度、光強度、 病蟲害、水分等情況下,超出生長基礎溫度的溫度(base temperature,即作物生長至少需要的溫度),與作物的生長速率為一直線的關係。例如水稻的基礎溫度是10度C,則當日最高溫度與最低溫度的平均,再減去基礎溫度,則是該日的「有效積溫」,透過實驗,從作物栽種到作物成熟期間,將每一日的有效積溫累加起來,可以量測出不同作物達到成熟期所需的總有效積溫,進而應用在作物的栽培管理上。
 
微氣候經營 保護作物度災
 
除了不同的氣象事件會導致各種農業災害外,同樣的氣象事件在同種作物上產生的效應,也可能因農民的栽培技術而產生差異,而每種農作物所生長的高度不同,實際影響作物生長狀況的不是氣象站位置所量測到的環境因子監測數據,而是實際在作物生長的垂直、水平範圍內的環境因子狀態,稱為作物生長的「微氣候」。
 
如果栽種密度過高,行株距過窄的情況下,會導致作物無法通風、產生悶熱,因微氣候狀態產生的後續影響包括不通風而授粉不易,或因溫度過高而熱死或衍生病害:例如水稻在夏天有可能產生稻熱病,除了種植過密導致溫度較高容易有稻熱病外,種植過密也會促使稻熱病在植株間傳播。此外,些微的溫差也會導致結果品質的差異,這些都是農民可能要負擔的經濟成本,要與經濟利益一起考量。
 
微氣候是可以經營的,常見的微氣候經營是用來管理作物裁培,譬如蓮霧栽培時,有時會看到農民將蓮霧果實包起來,是為了要「催花」,因為遮光可以促進花芽分化。
 
不過微氣候經營也可以應用在寒害的防範上,陳守泓做過一個葡萄抗寒的研究,儘管寒流來襲之下無法避免平流冷卻,但是可以在小範圍內經營相對溫暖微氣候。陳守泓帶著學生、助理在果園內燒好幾桶熱水,使得水氣增加的情況下能吸收更多的長波輻射,避免熱量散失,進而達到溫室效果。經過對照組的產量比較,證實這個措施是有效的寒害防範方式。
 
農民經年累月的經驗,有自己一套因應氣候的方式,然而某些風險仍不可避免地造成生計損失,如何降低農業風險,乃至於如何共同承擔農業風險,是當代公民值得關注的課題。(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

 

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

文章難易度
陳 慈忻
55 篇文章 ・ 0 位粉絲
在丹麥的博士生,專長是用機器學習探索人類生活空間,正在研究都市環境變遷與人類健康的關係。曾擔任防災科普小組編輯、社會創新電子報主編。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
全球首座垂直森林施工中
thisbigcity城事
・2012/03/01 ・679字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 479 ・五年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

作者:Catherine de LangeGreen Futures

義大利米蘭天空中,很快將出現一片森林,目前正在興建的兩棟摩天大樓,即將成為全球第一座垂直森林,由建築師波埃里(Stefano Boeri)設計的Bosco Verticale雙樓斥資6500萬美元,完成後將設有豪華公寓,每間都設有寬廣陽台,可種植約900棵小樹及其他植物,總面積為一萬平方公尺。

除了為居民提供戶外綠色空間、讓城市獲得亟需的綠景,這項計畫應該還具備多項優點,例如:

  • 過濾污染
  • 吸收二氧化碳與粉塵粒子
  • 降低建築物噪音污染
  • 改善微氣候
  • 阻擋夏季太陽輻射,節省能源
  • 減少雨水溢流、避免水患

波埃里宣稱,這些設計成本所需只比一般高樓大廈增加5%。

表面上看來,這項概念很簡單,隨著人口增加,世界需要更多住宅用地,綠地與其向外擴張,何不向上增生?愈來愈多人也都能接受這種想法,美國芝加哥與韓國水原都出現類似計畫。

美國耶魯大學「都市生態與設計實驗室」主任費爾森(Alexander Felson)亦認為,「確實可能有助改善微氣候與空氣粒子」,但提醒「建築物若要同時支撐樹木與濕土重量,整體興建所需能源」讓人對最終是否永續存疑,他主張採取較溫和的策略,著重於綠屋頂。

本文原載於獨立專業永續團體「未來論壇」雜誌《Green Future》及 ThisBigCity城事照片來源:Daniel Iodice

thisbigcity城事
45 篇文章 ・ 0 位粉絲
《城事》為永續城市部落格,長期發掘關於建築、設計、文化、科技、運輸、單車的都市創新構想,曾數度獲獎。《城事》網羅世界各地城市生活作者,文章曾發表於Next American City、Planetizen、Sustainable Cities Collective、IBM Smarter Cities等網站。《城事》遍尋全球,在世界奮力邁向永續的時刻,呈現城市帶來的種種機會,力求保持樂觀,但不忘批判。