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如何預測來年楓糖漿的產量?

葉綠舒
・2014/11/21 ・1613字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 440 ・四年級

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圖片來源:wiki

隨著台灣的飲食日漸西化,相信吃過美式鬆餅(pancake)的朋友一定不少。鬆餅可以配果醬、奶油、巧克力醬,但是筆者最愛加了楓糖漿的鬆餅。

美洲大陸食用楓糖漿的歷史已經數不清了,從北美的印地安人(North American Indians)的口述歷史中可以得知,他們很早就懂得在春天來時,在糖楓(sugar maple)樹上鑽孔,收集樹汁(篩管韌皮部[phloem的]汁液)再加熱蒸發製成楓糖漿。

一般來說都是在春天來時製作,此時糖楓把儲存在根部的養分分解成為蔗糖(sucrose),經由篩管運輸到地上部分,提供樹木本身長出新芽與新葉使用。由於葉片是植物主要進行光合作用的器官,如糖楓這類落葉喬木,在秋天的時候會把葉片裡面的養分分解後運輸到根部儲存,接著開始落葉;因此,等到春天來時,在新芽尚未長成新葉時,便需要根部提供養分。所以,這時候樹汁的量是最多的,裡面的糖份也相對較高。

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楓糖漿。圖片來源:wiki

雖然糖楓可以生產到百歲,但是,因為每棵樹每季大約只能產出一公升的楓糖漿,因此,楓糖農夫們最關心的就是:到底明年的楓糖產量如何?要製成上面這樣一瓶甜蜜蜜的楓糖漿可不容易。糖楓包括了三種品種的楓樹:糖楓(the sugar maple,Acer saccharum), 黑楓樹(the black maple,A. nigrum)以及紅楓樹(the red maple,A. rubrum)。糖楓要長到三十到四十歲的才能開始採樹汁,每棵樹最多只能鑽三個孔。每棵樹每年春天只能產出35-50公升的樹汁,而這個樹汁還要加熱濃縮20-50倍,才成為我們看到的楓糖漿。真的是滴滴皆辛苦啊!

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楓糖的產量要從兩個角度去看,一個是樹汁的多寡,另外一個是樹汁的品質。由於楓樹的樹汁裡面只有2-3%是糖份,再濃縮是必需的手段,但是樹汁裡糖份的百分比也很重要。雖然百分之二跟百分之三好像只相差百分之一,但是在濃縮的過程中,含有百分之三糖份的樹汁,當然可以少濃縮很多囉。

過去,楓糖農夫們經常試著用今年的天氣來預測來年楓糖漿的產量。但是,最近哈佛大學的研究團隊,在收集了十七年的資料,分析以後發現:真正對楓糖漿產量影響最大的,不是天氣,而是糖楓的種子產量。

研究團隊收集了十七年來Vermont地區的氣候、楓糖漿產量,以及當地糖楓的種子產量。他們發現,在2000年、 2006年、與2011年這三個年份,糖楓樹們產生了大量的種子,而2001年、2007年、2012年楓糖樹汁的質與量都下降了。

糖楓大約每二到五年就會來一次種子大爆發(mast seedling event),由於楓樹的種子是靠風傳播,因此當種子大爆發時,就會看到滿天的迷你竹蜻蜓在飛翔。而滿天的迷你竹蜻蜓起飛之後,接著就是糖楓樹汁產量下降。

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Acer_saccharum_seeds
糖楓的種子。圖片來源:wiki

不過,雖然種子的產量是主要影響糖楓樹汁的產量的因素,天氣還是有些影響的。主要影響糖楓樹汁的產量的天氣因素包括當年三月的最低溫與最高溫,以及四月的最高溫。當研究團隊把種子的產量、三月最低溫與最高溫,以及四月的最高溫一起列入考慮時,大約可以預測79%的糖楓產量上的變數了。其實仔細想想,種子的產量影響來年樹汁的質與量,並不意外。怎麼說呢?因為形成種子的時候,植物一定會把大部分的養分都灌注到種子上,這樣在種子離開親本以後才能有足夠的養分對抗可能的逆境。而每年植物也只有一樣多的日子可以吸取養分、進行光合作用,所以當種子大爆發的時候,也就意味著大部分的養分都拿去結子了,當然留在根部用來形成來年的樹汁的部分就減少囉!

最後,哈佛的團隊也告訴大家,今年Vermont的糖楓們種子產量並不多,因此只要天氣沒有太大的變化,明年對糖楓農夫們來說,應該會是個好年頭。

參考文獻:

原刊載於作者部落格 老葉的植物王國

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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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鬆餅好朋友!你知道甜滋滋楓糖漿怎麼來的嗎?
活躍星系核_96
・2020/09/23 ・2217字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 453 ・五年級

  • 文/Carol Hsu|生科系畢業,目前工作與臨床試驗相關。喜歡植物,想要小丑魚。

今早,我想來點麥當勞的美式煎餅配咖啡?

等等,你是不是忘記給我楓糖漿。

鬆餅與楓糖。圖/Pexels

其實,楓糖漿( Maple Syrup )可不只是搭配美式煎餅的小角色。在加拿大,人們更加楓糖漿視為國寶,楓糖漿更有著「液體黃金」的響亮稱號。

楓糖漿不只擁有甜而不膩的好滋味,更是富含維生素以及胺基酸等養分,且具有高營養價值,有益於身體健康;此外,相較於其他糖類,楓糖漿的熱量也較低,因此食用時較不會為身體帶來過多的負擔。

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那麼,楓糖漿究竟是如何製成的?又是從何而來的呢?

鑿開楓糖樹幹收集汁液,甜滋滋糖水就此攻佔餐桌

早在 17 世紀時,居住在北美大陸的印地安人,就已經開始食用楓糖漿。

在印第安語中,楓糖叫做「Sinzibuckwud」,意思是「汲取自樹木」 (Drawn from the wood )。在春天來臨時,他們會將糖楓樹(sugar maple)剖開或是鑿洞,藉此收集樹幹的汁液,並且將其加熱蒸煮,蒸發掉多餘的水分,熬製成我們所熟知的楓糖漿。

圖/Pexels

楓糖漿主要成分是蔗糖(sucrose),但是楓樹的汁液,是含有葡萄糖、有機鹽類、胺基酸、酵素等有機物質。楓糖漿嘗起來有著不同風味,除了因為來自不同樹種、地區之外,還有在於這些成分比例上的不同。

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那麼,這甜甜的楓樹汁液又是如何形成的呢?

夜晚結凍、白天融化,溫差大讓楓樹汁液被擠出

有別於普遍認知中,植物輸導組織中的木質部(xylem)是負責運輸水分及礦物質,韌皮部(phloem)負責運送養分。這含有蔗糖的楓樹汁液,是源自於楓樹木質部的汁液(sap)。

在北美大陸,冬季與春季的交替之時早晚溫差很大,溫暖的白天與凍結的夜晚週期地更替,此時,楓樹中的水分正處於凍融循環之中,不斷地結冰、融化,然後再結冰。

圖/Pexels

當午夜來臨,環境溫度降低,此時楓樹中木質部的水氣遇冷結凍成冰;到了白天,溫度漸漸升高,夜晚形成的冰融化,進而導致樹幹中的氣體膨脹,對於外壁產生壓力,這壓力會將楓樹汁液從根部推向莖頂,然後從最近的出口離開樹幹。因此,在收集糖楓樹汁液時,若是對糖楓樹施加壓力,可是能獲得正常產量的三倍以上的楓樹汁液呢!

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可不是所有的楓樹都能用來製作糖漿。在眾多種類的楓樹種中,糖楓、紅楓以及黑楓最常被拿來製作楓糖漿,其樹幹枝葉的含糖量平均有 2~3%;以糖楓樹為例,其汁液的含糖量大多落在 2 至 3 %,含糖量較高的樹汁液還可以達到 5 至 6%甚至 10%。

那影響楓糖漿的產量及甜度的因素是什麼呢?

天氣因素、種子產量,都會影響楓糖甜度與產量

影響楓糖汁液含糖量的因素,除了樹種間的差異,另一因素則是取決於楓樹冬季時儲存多少的糖。楓樹枝液的糖分,主要是來自於秋冬時儲存於根部的養分,楓樹在秋季時落葉及儲備養分,待春季時,再將養份分解,提供給初生的新芽。

像楓樹這種耐蔭樹種,會傾向在冬季貯藏較多的糖。只要照射到足夠的陽光及擁有充足的水分和養分,楓樹就可不斷地行光合作用,製造出更多的糖。這糖份的產量,是遠比自身生長所需的量來的更多,因此才能在樹蔭遮蔽的貧瘠時提,維持基本生命所需。

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此外,楓樹汁液在樹幹中的流動也會受到夜晚結凍與白天溶融的溫度差所影響,對於楓糖漿生產者而言,出太陽的時候,是收集楓糖汁液的好日子,因此,3、4月時的最高溫與最低溫溫差,會影響楓樹汁液的產量。

圖/Pexels

不只有天氣因素會影響楓糖產量,近期研究指出,楓樹種子的散播量,在楓糖漿產量預測上扮演著重要的角色。

研究團隊收集了過去 17 年來佛蒙特州 28 個站點,楓糖漿的產量以及糖楓樹總種子含量,結果發現,當楓樹的種子產量爆發時,隔年的楓糖漿的產量都會下降,因此可知,楓糖漿的產量會隨著糖楓樹種子的產量增加而降低。

楓樹汁液所含的糖以及種子需要的養分,都是由楓樹中的碳水化合物合成,因此樹木生產大量種子的時候,其所能生產的楓糖的量就大幅降低。

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雖然楓樹種子產量明顯影響楓糖漿的產量,天氣對於楓樹汁液的影響仍是不容小覷的。因此,如果把種子的產量、天氣以及溫度都一起列入考慮的話,或許就能更準確預測明年楓糖漿的產量囉!

對了,楓樹喜歡寒冷的環境,太過炙熱的環境,對於楓樹的生長以楓糖漿的產量都會造成衝擊。在享用楓糖漿帶來的美味同時,也別忘了好好愛護地球,一起減緩全球暖化的速度。

參考資料

  1. Rapp, J. M., & Crone, E. E. (2015). Maple syrup production declines following masting. Forest Ecology and Management335, 249-254.
  2. Duchesne, L., Houle, D., Côté, M. A., & Logan, T. (2009). Modelling the effect of climate on maple syrup production in Québec, Canada. Forest ecology and management258(12), 2683-2689.
  3. Pallardy, S. (2008). Physiology of woody plants Third edition.
  4. http://susan-plant-kingdom.blogspot.com/2014/11/maple-syrup.html
  5. https://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141103102440.htm
  6. https://botanistinthekitchen.blog/2013/03/18/maple-syrup-mechanics/

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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