第二章 前人研究
2.3 樹液流之時間遲滯
(Godstein et al., 1998)。基本上，長時間儲存水之利用主要來自木質部中可利用之 水分；此外，土壤含水率亦會影響儲存水之利用狀況(Waring and Running, 1976)。
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由冠層蒸散量與樹幹基部樹液流量的差值，可知兩者間樹幹儲存水之利用狀 況。若為正值則表示樹冠層流失掉的水分大於從樹幹基部補充的水分，此時必須 消耗樹幹儲存水以補足蒸散所需的水分；負值則代表樹幹基部注入的水分在供應 冠層蒸散之後，仍有剩餘的水分提供林木儲存。通常樹幹會在下午或晚上至隔天 清晨蒸散作用重新開始之前，進行儲存水的補充(Goldstein et al., 1998)。
2.5. 國內樹液流研究國內樹液流研究國內樹液流研究國內樹液流研究 口木荷(Schima superba)、長尾栲(Castanopsis carlesii)及小葉赤楠(Syzygium
buxifolium)等三種優勢樹種觀測樹液流。經由一年多的樹液流連續監測，並記錄光
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2.6. 雲杉屬植物之概述雲杉屬植物之概述 雲杉屬植物之概述雲杉屬植物之概述
雲杉屬植物樹冠為圓錐狀，枝幹輪生，通常 20 m 至 60 m 高，樹皮為黑色至 紅棕色，通常有鱗片狀裂紋。芽苞球狀，頂端銳尖，葉環繞生長於枝條周圍，通 常可存留十年(Taylor et al., 1994)。
雲杉屬為溫帶主要樹種，其在白堊紀及第三紀已出現(柳榗，1966)，而 Ran et al.(2006)對於 33 種雲杉屬植物的研究指出，最早的雲杉屬植物起源於北美洲，並 經由白令海峽路徑播遷至亞洲，接著再由亞洲播遷至歐洲。目前雲杉屬植物分布 範圍最北可至北極圈，最南可至亞熱帶地區(圖 3)，分布於北美洲的 P. sitchensis 以及 P. breweriana 被認為是雲杉屬之基礎物種。
圖 3、雲杉屬植物現今之分布(改繪自: http://www.conifers.org)。
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第三章 第三章 第三章
第三章 研究材料與方法 研究材料與方法 研究材料與方法 研究材料與方法
3.1. 研究材料研究材料研究材料研究材料
本研究以臺灣雲杉為材料。臺灣雲杉適生於涼爽潮濕之環境，主要存在於陰 濕之坡面(劉靜榆，1991)，分布範圍為中央山脈海拔 2000 至 3000 m 之間，包括塔 塔加鞍部，丹大溪、楠梓仙溪及大甲溪等溪流的上游區域(圖 4)，並常與紅檜、鐵 杉及些許闊葉樹種混生(陳正和，2004)。本研究樣區所處臺灣中部塔塔加鞍部之雲 杉每年抽芽一次，大約於 5 月抽出當年生枝條並展葉，其針葉長 1 至 1.5 cm，寬 2 至 3 mm，附著於枝條突起之葉枕上，針葉之壽命為 2 至 3 年(藍永翔，2010)，烘 乾後易脫落(圖 5)。
圖 4、臺灣雲杉全省分布。藍色線條代表北回歸線 (資料來源:農委會林務局生態資 源資料庫)
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(a) (b)
圖 5. 臺灣雲杉(a)實體照片及(b)毬果及枝葉圖(來源：Flora of Taiwan, 2nd ed.)。
3.2. 樣區概述樣區概述樣區概述樣區概述 3.2.1 地點地點地點地點
本研究樣區位於塔塔加長期生態研究雲杉林永久樣區(23°29’10’’N,
120°52’40’’E)，海拔 2610 m。該永久樣區位於塔塔加鞍西北側，即南投縣信義鄉 與嘉義縣阿里山鄉交界處，塔塔加玉山登山口附近(圖 6)。其坡向為東南方，坡度 30-45°，土層多巨石(鍾年鈞，1998)。
圖 6、樣區地形圖(資料來源：Google Earth)
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圖中 avg-Temp 為平均月均溫，avg-Prep 為平均月累積降水量(資料來源:大氣資料 庫)
3.2.3 植被植被植被植被
調查樣區為臺灣雲杉之天然老熟林，由生長錐鑽取之樹芯資料推估，其樹齡 約 300 年(藍永翔，2010)。本樣區屬臺灣雲杉林型，垂直結構主要分成四層，第一 樹冠層以臺灣雲杉為主，並參雜些許華山松(Pinus armandii)與臺灣紅檜
(Chamaecyparis formosensis)，第二層樹冠層以臺灣鐵杉(Tsuga chinensis )為主，而 中層小徑木有高山新木薑子(Neolitsea acuminatissima )、玉山新木薑子(Litsea
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morrisonensis)、異葉木樨(Osmanthus heterophyllus )、狹葉莢蒾(Viburnum
touchanense)、玉山懸鉤子(Rubus hayatakoidzumii Naruh.)等，而下層植被則有高山 酢醬草(Oxalis acetosella)、 冷杉異燕(Helictotrichon ahietetorum)、玉山箭竹 (Yushania niitakayamensis )等，此外臺灣雲杉之小苗並不會出現在林下(曾彥學，
1991)。
3.3. 樹液流測量方式樹液流測量方式樹液流測量方式樹液流測量方式 3.3.1. 樣木選擇及樣點設置樣木選擇及樣點設置樣木選擇及樣點設置樣木選擇及樣點設置
本研究樣區內選擇三株樹勢完整、生長狀況良好，平均高度高於 30 m，並且 經由生長錐鑽取樹芯確定邊材寬度至少為 6 cm 之老熟木，分別命名為 TM1、TM3 及 TMid，各樣木之基本資料如表 1。
樣木確定後，選定頂層、中層、底層此三個不同高度觀測位置。頂層觀測位 置於樹冠頂部直徑大於 25 cm 且上下 30 cm 範圍內無側枝生長之主幹；三株樣木 之上層觀測位置大致位於距樹頂 4-6 m 處。中層觀測位置則位於冠層中間點上、下 30 cm 內無側枝生長之處。底層觀測位置因樣木設有 Dendrometer，為避開干擾，
基本上設於距地面 2 m 處，若高度下方 30 cm 有 Dendrometer 經過，則將底層觀測 位置上移 (表 1 及圖 8)。
分層觀測位置確定後，分別於頂層與中層之南、北兩面設置樹液流觀測樣點，
而於底層東、西、南、北四個方位設置樣點。上述樣點主要用以觀測邊材表層 0-2 cm 處之樹液流。為更進一步觀測邊材深層之樹液流速，在各樣木底層東南方處增 設一個深層樣點，觀測該樣點邊材 2-4 cm 以及 4-6 cm 之樹液流速(圖 8)。
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表 1、三株樣木基本資料
TM1 TM3 TMid
樹高(m)
32.0 40.3 34.3
枝下高(m) 11.1 7.7 11.4
頂層探針位置高度 (m) 29.1 32.6 30.3
中層探針位置高度 (m) 17.5 27.4 24.5
底層探針位置高度 (m) 2.6 2.7 2.4
頂層探針位置直徑 (m) 0.72 0.86 0.20
中層探針位置直徑(m) 0.95 0.7 0.32
底層探針位置直徑 (m) 1.35 1.24 0.86
頂層探針位置邊材深度 (cm) 20 8 8
底層探針位置邊材深度 (cm) 9 8 6
† TM1 有兩個髓心；TM3 頂層直徑部分因測量點於分枝附近，故較中層大
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圖 8、(a)不同高度及(b)不同方向與深度探針架設示意圖
3.3.2. 熱消散探針法熱消散探針法熱消散探針法熱消散探針法
此樹液流測量方法為 Granier (1987)實驗中所運用之熱消散探針法，故又稱 Granier 法。此種測量方式需要加熱探針(heater sensor)與比較探針(reference sensor) 此兩種探針。加熱探針有兩個迴路，其一是加熱迴路，本研究以銅為加熱迴路之 導線，在電源調配後使探針發出 0.2 W 之固定熱量；另一個迴路則以銅與鈷兩金屬 作為熱電偶(thermal couple)，主要之功能為利用電流經過不同金屬產生之電壓差來 測量週遭溫度。比較探針只有熱電偶迴路，而無加熱之迴路，因此比較探針只有 探測溫度之功能。
熱消散探針法即是利用兩種探針之間的溫度差得知樹液流速的快慢。加熱探 針主要是利用樹液流水分運輸帶走熱量的機制，當樹液流速越快，帶走的熱量越 多，則兩探針之間的溫度差越小，反之則越大。探針之配置必須將加熱探針架設 於比較探針之上方，以避免樹液流向上流動攜帶之熱量影響比較探針之基礎溫度 值(圖 9)。
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圖 9、熱消散探針及其裝置示意圖(來源：Granier, 1987)
3.3.3. 樹液流探針之架設樹液流探針之架設樹液流探針之架設樹液流探針之架設
本實驗所使用之探針，為手工自製探針。一般樣點之架設，首先以剉刀小心 挖取上下兩個面積約 1.5 cm 乘以 1.5 cm 之正方形，並去掉樹皮至邊材表面。此兩 個正方形小洞距離約 12-15 cm，避免太近會互相干擾，太遠會影響兩者電線的連 結。接著以直徑 0.2 cm 之鑽頭，垂直樹幹在兩正方形內各鑽取深度為 2 cm 之孔洞。
並將一加熱探針輕敲置入上方孔洞，而下方之孔洞則輕敲置入一比較探針(圖 10)。
架設深層樣點時，則以挫刀挖取三個面積約約 1.5 cm 乘以 1.5 cm 之正方形，並去 掉樹皮至邊材表面，此三個正方形的配置為一邊長約 12-15 cm 之倒三角形，而倒 三角形之下端架設比較探針，另外兩角則架設距邊材表層 2-4 cm 及 4-6 cm 之探針。
探針線路架設完畢後，遂以錫盒蓋住，以防止太陽輻射對探針之熱量偵測干擾。
探針架設完畢後，遂以資料收集器(Campbell-CR1000)每半小時紀錄 1 筆平均樹液 流速資料。
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圖 10、熱消散探針法之探針架設流程圖(以楓香樹幹做為架設示範)。
3.4. 氣象資料之收集氣象資料之收集氣象資料之收集氣象資料之收集與補遺與補遺與補遺 與補遺
本研究之太陽輻射資料取自臺大實驗林麟趾山簡易氣象觀測站，其距塔塔加 鞍部樣區之直線距離約 1 公里，觀測時間自 2010 年 1 月至 2012 年 6 月。樣木溫 度與相對濕度資料之取得則來自架設於樣木 TM1 及 TM3 冠層之溫溼度計(HOBO Pro v2)，以及臺大實驗林塔塔加鞍部林內簡易氣象觀測站之溫度及相對濕度資料，
該氣象站蒐集距地面 1.5 m 及 20 m 之溫溼度資料。
樣木 TM3 之溫濕度計資料多有缺值，然其資料與樣木 TM1 之溫濕度計資料具 高度相關(r2 = 0.98)，是以本研究遂以 TM1 之溫溼度資料作為三棵樣木之基準氣象 資料。樣木 TM1 之溫濕度計因故障，導致部分 2011 年溫濕度資料蒐集中斷。將 樣木 TM1 之溫濕度計溫度與相對溼度資料分別與鞍部林內氣象站資料做比較後，
發現該站距地面 1.5 m 所蒐集之溫度與相對濕度資料與 TM1 冠層所蒐集之資料相
19 為當時之相對濕度(Campbell and Norman, 1998)。
根據(Sadler and Evans, 1989)之飽和蒸汽壓計算公式如下:
= 0.61078 × )-(.-.,'(.)*+, (3)
20 多數的學者以交叉相關函數(Cross correlation function, CCF)方式，找出兩時間序列 相關性最高的時間點。其概念為以時間為移動單位，前後移動兩數列，計算兩者
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在不同遲滯時間組合之相關係數，而相關係數最高者，其時間差即為兩序列之遲 滯時間 (圖 11 )。
圖 11、樣木 TM1 頂層及底層樹液流速 CCF 分布。∆t 為頂層與底層之遲滯時間
3.5.6. 不同深度樹液流速之比較不同深度樹液流速之比較不同深度樹液流速之比較不同深度樹液流速之比較
比較不同深度樹液流速之方法與比較不同方位之方法一樣，均以 X-Y 散布圖 及線性迴歸線作為比較流速之依據。然因不同深度之樹液流速有時間遲滯之現象，
是以需先將其經過時間遲滯校正後，再比較流速快慢。
3.5.7. 不同方位及深度對於樹液流量估算之誤差與平均樹液流速計算不同方位及深度對於樹液流量估算之誤差與平均樹液流速計算不同方位及深度對於樹液流量估算之誤差與平均樹液流速計算不同方位及深度對於樹液流量估算之誤差與平均樹液流速計算 (1) 不同不同不同不同方方方方位位位位估算樹液流量之誤差估算樹液流量之誤差估算樹液流量之誤差估算樹液流量之誤差
本章節以樹幹四方位平均樹液流速估算之樹液流量為方位標準樹液流量，且
本章節以樹幹四方位平均樹液流速估算之樹液流量為方位標準樹液流量，且