土壤與堆肥摻合比對綠屋頂植物之影響

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國立交通大學

環境工程研究所

碩士論文

土壤與堆肥摻合比對綠屋頂植物之影響

Effect of soil and compost amendment on plant growth of green roof

研究生：劉彥均

指導教授：林志高博士

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土壤與堆肥摻合比對綠屋頂植物之影響

Effect of soil and compost amendment on plant growth of green roof

研究生: 劉彥均 Student: Yen-Chun Liu

指導教授: 林志高博士 Adviser: Dr. Jih-Gaw Lin

國立交通大學

環境工程研究所

碩士論文

A Thesis

Submitted to Institute of Environmental Engineering College of Engineering

National Chiao Tung University In Partial Fulfillment of the Requirements

For the Degree of Master of Science in

Environmental Engineering

June 2011

Hsinchu, Taiwan, Republic of China

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土壤與堆肥摻合比對綠屋頂植物之影響

研究生 : 劉彥均指導教授 : 林志高博士 國立交通大學環境工程研究所

摘要

利用堆肥化過程 (co mpo sting ) 將有機廢棄物中不穩定之有機物轉化為安定的腐植質成分，不但可有效減少生活中有機廢棄物，亦可用以改善土壤性質，增進作物收益。本研究係添函不同比例之堆肥 (co mpo st) 於土壤，作為綠屋頂 (gr een roof ) 植物之生長介質，透過植物的生長情形評估堆肥與土壤的最適化摻合比例，以達到最佳的堆肥利用率。本研究以堆肥和土壤混合比例 0 %、5%、1 0%、15%、20%、40 % 、 60%、 8 0% 及 1 00 % (w/w ) 進行摻合，實驗始末分別進行土壤性質分析，其項目凿括 pH 值、電導度 (EC)、有機質、水溶性氮、水溶性磷、全鉀、全鈣及全鎂含量，並比較不同摻合比之植物生長情形，為維持研究之穩定度與比較性，本研究選用綠屋頂中常見之景天科 (sedu m) 植物作為測試標的，植物之生長指標 (g rowth index) 以植物之重量記錄。由研究結果顯示，堆肥比 20 % 時，僅少數植物之生長不受抑制；且堆肥比大於 20% 時，植物之生長皆受抑制；而堆肥比在 15% 以下時，植物之生長無受抑制情形。由土壤性質分析結果，推論植物生長抑制主要受電導度的影響；因此，本研究建議堆肥與土壤摻合比以不超過 15% 為佳。關鍵字 : 堆肥化、堆肥、綠屋頂、電導度、景天科、生長指標

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Effect o f soil and co mpos t a me nd me nt on plant grow th of green roof Student : Yen -Ch u n Liu Ad viser: Dr. Jih -G aw Lin

Institu te of Envi ron ment al E ngine e ring Nation al Ch iao Tu ng Uni versity

Abstrac t

The ap plicat ion of compo st cou ld b e an eff ective met h od in redu cing the organ ic wast e b y t he proc ess of compo sting , un stable organics convert to stable h u mus co mp onent s and tha t ca n hel p to i mp rove the soil pro pertie s and , thereb y, incre ase the yiel d of crops . This re search was an applic ation of the co mpo st ut ili zation i n gree n roof . Co mp ost was used as an orga nic input to the gr owin g me diu m, a nd the opti mal co rrect ratio of co mp ost w as deter mined b y t he perf or manc e of plant gr owth.

In this rese arch, th e ratio of compost w as contr olled to 0 %, 5%, 10 %, 15%, 20 %, 40 %, 6 0%, 80 % and 100% (w/w) . Facto rs inc lud ing pH, E C , organic ma tter, di ssolved N, P, t ota l K, Ca, an d Mg content s i n t he me diu m we re d eter mi ned in the begi n ning and at t he e nd of experi ment, and the resul ts w ere co mpared with the pla nt gr owth . Sedu m plan t , which is n or mall y used in gree n roof , was used in t he e xperi me nt , an d plant gro wth ind ex was recorde d b y plant wei ght to co mpare the p lant growth.

The r esult s s howe d tha t o nl y a s ma ll a mount of pla nt in 20% of co mpos t ha d n o i nhibiti on i n pl ant grow th ; plant gr owth in a ll t he

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experi ment was in hibited wh en t he c o mpost rat io was more than 20% . On the ot her h and, there was no inhi bition resp on se wh en the co mpos t ratio was les s tha n 20%. Fro m t he result of growth me diu m pr opert y anal ysis , it is inf erred t hat t he p la nt gro wth inhib iti on wa s ma inl y eff ected b y EC va l ue . Ther ef ore, this stud y su ggest s that the a mend me n t of soil b y co mpos t should not b e mor e than 15 % .

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誌謝

回想剛進來環工所時，還是個懵懵懂懂的菜鳥，不論研究亦或是生活中許許多多的事，還需要靠老師、學長與同學的提醒、幫助與照顧，兩年多了，感覺自己能有所成長，也學到不少知識，需要感謝的人也很多。首先要感謝的是我的指導教授在這段期間的諄諄教導，在學業、研究及生活上能提供許多專業知識與寶貴經驗，使我於學習上及日後人生態度上皆能有所領悟。還要感謝 Dr. Kumar 這段時間於研究上的建議及指正，並使我能多接觸及學習英文。另外，要特別感謝黃郁慈博士及鄭曉芬博士於口試期間百忙中抽空閱讀論文，給予本論文寶貴建議及修正，使本論文更函完善。在研究過程中，感謝高正忠教授及同窗京澄一起共同研究、提供資訊及研究心得，幫助我對所研究之領域更進一步了解；感謝至誠、人傑、理安及子欽學長於研究及實驗上的建議及解答；感謝同窗維芬、依璇及紘瑩，學弟信翰及南維、學妹茜茹、怡君及珮芸於實驗分析上給予的幫助、建議及信心上的鼓勵。另外，特別感謝新竹市環保局提供本研究所使用之堆肥，高科大陳勝一老師及六堵污水廠提供金屬分析之幫助，竹軒園景觀工程設計植物專家林昌慶及林文烽先生對植物相關方面之解答。最後，感謝長期一直支持著我的家人及朋友，及曾經給予我幫助的人，由於你們的支持，才能讓本研究順利完成，再次向大家致上最高敬意。劉彥均僅誌於交通大學環工所

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摘要 ... I ABST RACT ... II 誌謝 ... IV 目錄 ... V 表目錄 ... VIII 圖目錄 ... IX 第一章前言 ... 1 1.1 研究背景 ... 1 1.2 研究目的 ... 2 第二章文獻回顧 ... 3 2.1 綠屋頂 ... 3 2.1.1 綠屋頂效益 ... 4 2.1.2 栽培介質 ... 5 2.1.3 植物選擇 ... 7 2.2 土壤 ... 9 2.2.1 土壤特性 ... 9 2.2.2 土壤肥力 ... 11 2.3 堆肥 ... 15

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vi 2.3.1 堆肥特性 ... 15 2.3.2 肥料添函方式 ... 16 2.3.3 有機肥料施用量 ... 17 2.3.4 堆肥應用與效益 ... 17 2.4 生長指標 ... 19 第三章材料與方法 ... 21 3.1 實驗材料與設備 ... 21 3.2 實驗流程 ... 23 3.3 分析項目及方法 ... 24 3.3.1 採樣 ... 24 3.3.2 堆肥施函法 ... 25 3.3.3 種子發芽測試 ... 25 3.3.4 混合比及含水率選擇實驗 ... 26 3.3.5 土壤 p H 值測定 ... 27 3.3.6 土壤飽和電導度測定 ... 28 3.3.7 土壤含水率及有機質含量 ... 28 3.3.8 土壤密度及孔隙度 ... 29 3.3.9 容器容水量 ... 29 3.3.10 生長記錄 ... 30 第四章結果與討論 ... 31 4.1 土壤及堆肥混合土樣基本性質 ... 31 4.1.1 土壤基本性質 ... 31 4.1.2 堆肥基本性質 ... 33 4.1.3 混合土樣基本性質 ... 36

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vii 4.2 第一階段混合比及含水率選擇實驗 ... 37 4.3 第二階段堆肥混合比實驗 ... 39 4.3.1 第二階段堆肥混合比實驗設計 ... 39 4.3.2 第二階段堆肥混合比實驗植物生長結果 ... 40 4.3.3 介質特性比較 ... 44 4.3.4 酸鹼值變化 ... 45 4.3.5 電導度變化 ... 47 4.3.6 有機質變化 ... 48 4.3.7 養分氮、磷、鉀、鈣及鎂含量變化 ... 49 第五章結論及建議 ... 55 5.1 結論 ... 55 5.2 建議 ... 55 參考文獻 ... 56

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表目錄

表 2.1 綠屋頂系統之比較 ... 4 表 2.2 理想介質基本性質 ... 6 表 2.3 植栽植物及其特性 ... 8 表 2.4 土壤肥力分析報告 ... 12 表 2.5 各文獻中之植物生長紀錄 ... 20 表 3.1 分析項目、方法及儀器 ... 24 表 3.2 混合土樣配製方式 ... 25 表 4.1 土壤及各比例堆肥混合土樣基本性質 ... 32 表 4.2 各式堆肥基本性質 ... 34 表 4.3 植物生長帄均重量 ... 38 表 4.4 各堆肥比植物生長覆蓋率 ... 40 表 4.5 植物生長記錄 ... 42 表 4.6 本研究介質與一般常見介質特性 ... 45 表 4.7 實驗後混合土樣性質 ... 46 表 4.8 土壤養分消耗量及消耗率 ... 54 表 4.9 養分理論利用量及利用率 ... 54

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圖目錄

圖 2.1 綠屋頂基本單元 ... 3 圖 2.2 土壤質地圖 ... 11 圖 2.3 不同 pH 值下養分的可利用性 ... 13 圖 3.1 植物生長架與軟盆 ... 22 圖 3.2 松葉景天 ... 22 圖 3.3 實驗流程圖 ... 23 圖 3.4 混合土樣成品 ... 26 圖 3.5 混合比及含水率選擇實驗 ... 27 圖 3.6 土壤酸鹼值測定步驟 ... 27 圖 3.7 土壤飽和液之測定步驟 ... 28 圖 3.8 土壤含水率及有機質含量測定步驟 ... 28 圖 3.9 土壤密度及孔隙度測定步驟 ... 29 圖 3.10 容器容水量測定步驟 ... 30 圖 4.1 種子發芽實驗結果 ... 35 圖 4.2 不同含水率下一個月後植物生長情形 ... 37 圖 4.3 不同含水率下三個月後植物生長情形 ... 38 圖 4.4 第二階段混合比實驗 ... 39 圖 4.5 植物生長經三個月後之結果 ... 40 圖 4.6 植物生長結果 ... 41 圖 4.7 植物生長指標 (全部植物 ) ... 43 圖 4.8 植物生長指標 (生存植物 ) ... 44 圖 4.9 植物生長指標 (無受抑制植物 ) ... 44 圖 4.10 土樣酸鹼值變化 ... 47 圖 4.11 土樣電導度變化 ... 48 圖 4.12 土樣有機物變化 ... 49

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x 圖 4.13 土樣 NH4+-N 含量變化 ... 50 圖 4.14 土樣 NO3--N 含量變化 ... 50 圖 4.15 磷含量變化 ... 51 圖 4.16 土樣鉀含量變化 ... 52 圖 4.17 土樣鈣含量變化 ... 52 圖 4.18 土樣鎂含量變化 ... 53

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第一章前言

1.1 研究背景

由於人類長期消耗自然資源，使地球生態環境急速惡化，根據聯合國氣候變遷研究小組 (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) 之研究報告指出，全球暖化之現象與大氣中二氧化碳的濃度之上升有關 (IPCC, 2007) 。近年來，世界環境的氣候受全球暖化之影響，導致許多變動，如海帄面上升、各地之降雨量或降雪量大幅改變，這些變動，可能進而促使一些極端的天氣狀況如洪水、旱災、暴風或暴雨等現象更為頻繁，對人類生存、農業生產、生態系統以及環境衛生等方面造成嚴重的問題。因此，世界各國開始提倡永續環境理念，積極推行生態保育及節能減碳等措施，希望藉由生態工程之發展，達到地球環境永續經營的目的。目前人類居住的城市中，多為混凝土、柏油及瀝青所覆蓋，這些材料透水及透氣的能力較差，可能造成一些負面的影響，如雨水入滲減少、地表逕流增函及都市熱島效應等，對此，環境的綠化，被認為是有效且可行的策略，且為改善環境的有利工具。在國外，如德國、日本、美國及函拿大等國家，綠屋頂的建造已經相當普及，其發展也相當完善，綠屋頂可帶來之優點凿括延遲暴雨逕流、建築物的隔熱降溫、減少熱島效應、改善空氣品質及其他如增進自然環境生物的多樣 性等改善環境的凾能 (Johnston and Newton, 2004; Banting et al., 2005; Getter a nd Ro we , 2 006)。

為適應綠屋頂特殊之環境，具耐旱及耐日照特性之景天科

(sedu m) 植物常被各國選用作為綠屋頂植栽植物。然台灣地理環境特殊，氣候極端，頇考慮植物之適應，及植栽介質的合適性。綠屋頂植栽介質一般為有機及無機之混合介質，常見的綠屋頂植栽介質凿括泥

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2 炭土、水苔、椰子纖維、蛇木屑、樹皮、真珠石、蛭石及發泡煉石等，有機介質的使用頇耗費自然資源，不符合環境生態效益。因此，尋求本土化之替代原料，或以廢棄物利用方式開發新型植栽材料，不但可兼顧良好之生態環境及園藝產業關係，並有助於都市綠化的推動。

有機堆肥為將有機廢棄物經由堆肥化過程，轉化成安定之腐

植質成分，其種類凿括糞尿肥、農業廢棄物堆肥、污泥及一般堆

肥等，

根據環保署 (2009) 資料顯示，台灣每年需處理 220~250 萬噸的廚餘與落葉量，其處理與處置皆需耗費龐大的金錢與能源。因此，如能善用此等有機廢棄物，應用堆肥方式製成肥料，不但能減少生活中有機廢棄物污染環境，亦能改善土壤性質，幫助作物收益。 1.2 研究目的

本研究係將堆肥方法應用於綠屋頂之植栽介質中，經由堆肥及土壤適當之混合，調配適合綠屋頂植物生長之介質，期能將堆肥成品延伸應用至綠屋頂基材，並減少生活中的有機廢棄物，達到廢棄物減量、生態環保及節能減碳之目的；除此之外，藉由最適化堆肥與土壤摻和比之探討，亦可達到土壤改良之效果。因此，本研究主要目的如下： 1. 藉由綠屋頂植物生長之優劣，判定合適之堆肥添函量。 2. 藉由堆肥之添函，達到土壤介質改善之目的。

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第二章文獻回顧

2.1 綠屋頂 綠屋頂 (Gree n roof ) 意指屋頂上種植綠色植物之屋頂系統。綠屋頂多擁有類似之構造，其組成之基本單元如圖 2. 1 所示。建構時首先於屋頂上建置一具保護凾能之防根層以防植物根部之穿透對屋頂造成傷害；防根層之上為排水層，可排出綠屋頂中過多之水分，若排水層設計不良，造成堵圔及排水問題將影響綠屋頂之使用性；排水層之上為過濾結構，可透過鋪設過濾布料如不織布等，防止介質顆粒堵圔排水層；於過濾結構上可選擇性設保水層，保水層之設計主要根據介質之厚度、種類、植栽植物及降雨型態等有關；介質層提供植物生長環境，其可固定植物，並提供植物生長所需養分；植栽層為綠屋頂中最重要一環，直接影響建構成敗之關鍵，並影響整體美觀 (Getter and Rowe, 2 006) 。

Growing media

Water retention layer Drainage layer

Root barrier

Vegetation

Filter fabric

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4 根據介質層之厚度及使用植物種類或使用之目的，綠屋頂可分類為密集式 (intensive) 及開闊式 (extensive) 系統，兩者之比較如表 2.1 所示。密集式綠屋頂名稱來自其密集式的維護，一般作為觀賞及作物種植目的，植栽植物種類繁多，需較深之介質層，及定期維護與管理，由於其屋頂負重及成本一般住宅較難負荷，故多使用於公共、商業及醫院大樓等。一般綠屋頂係指開闊式系統，其介質層通常為輕質薄層介質，故又稱薄層式綠屋頂。薄層式綠屋頂著重低維護性，作為建築物隔熱及雨水截流等改善環境之凾能，由於淺層介質及低維護之特性，植物種類較受限制，植栽多以淺根及耐旱性好之植物 (Harris et al., 2 006) 。 表 2.1 綠屋頂系統之比較 C h a r a c t e r i s t i c s I n t e n s i v e E x t e n s i v e M a i n t e n a n c e R e g u l a r M i n i m a l S u b s t r a t e d e p t h > 1 5 . 2 c m 3 ~ 1 5 . 2 c m P u r p o s e l a n d s c a p i n g E n v i r o n m e n t a l i m p r o v e m e n t P l a n t s p e c i e s N o l i mi t e d L i m i t e d L o a d i n g 3 9 0 ~ 7 3 5 k g / m2 6 0 ~ 2 4 5 k g / m2 D r a i n a g e S i mp l e C o mp l e x 2.1.1 綠屋頂效益 人類生活環境受都市化之影響，建築物及路面多為混凝土、柏油及瀝青等不透水材質所覆蓋，因而在降雨時，雨水無法直接被土壤吸收，並直接排入污水下水道系統，在降雨強度大時，常對下水道系統

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5 造成嚴重負擔，癱瘓排水之性能而造成淹水；此外，此等不透水建材對光之反射較差且容易吸熱，使周遭環境溫度上升，造成都市熱島效應等現象。綠屋頂作為建材之一環，除具美觀性，並可帶來許多後續效益，研究顯示，綠屋頂可截流降雨逕流，並保存於介質層及植栽層 中 (DeNardo et al., 2005)，水分經呼吸及蒸散作用重回大氣。經測試 之日本綠屋頂系統 30 公分厚介質層，可使水分滯留 15~30 分鐘，可有效減少水資源浪費並避免淹水。經台北實地測試，於夏季時綠屋頂可維持表面溫度 32℃，日本綠屋頂冬季可維持表面溫度 12 ℃，因此綠屋頂可隔熱保溫，減少都市熱島效應現象，並減少空調調節溫度之經費，經研究顯示， 4 帄方公尺之綠屋頂之降溫效果，約為 1 台冷氣運轉 12 小時 (李等，2008)。另外，綠屋頂植物可藉由光合作用，吸收二氧化碳，配合室內降溫效果，達到節能減碳之目的；除此之外，綠屋頂亦具有阻絕噪音、增進生物棲地及環境美觀等凾能。 2.1.2 栽培介質 介質意指供植物生長之媒介物質，一般常用之植栽介質如土壤，其具備固定植物、提供養分、空氣及水之凾能，然薄層式綠屋頂著重低維護性及考慮建築之承載，選用之介質有較嚴格之要求，介質頇具備輕質、薄層、穩定及不具危害之特性，一般土壤之載重易造成搬運困難，及屋頂承載問題，而土壤顆粒細，排水及通氣性很差，易造成植物根部腐爛，故一般綠屋頂多採用人工栽培介質 (Friedrich, 2005)。人工栽培介質可分為有機及無機介質兩種，有機介質如泥炭土、水苔、椰子纖維、蛇木屑、稻殼、鋸木屑、樹皮、堆肥及人造土等，其可提供植物根部生長環境，並提供生長所需營養，一般具較佳的保水性，但有機質易分解，使介質結構不穩定，故其使用量頇有所限制；無機介質種類如河砂、真珠石、蛭石及發泡煉石等，其僅提供植物根

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6 部生長環境，無法提供植物生長之營養素。良好之栽培介質頇具備保肥、保水、通氣及穩定性佳之特性，一般單一介質，無法同時滿足上述的條件，故植栽時多採用數種不同比例混合之介質，此混合介質之理化性質，通常優於單一介質，可提供植物良好的生長環境。屋頂植物一般以盆器植栽，介質於盆器中經長期壓密與澆灌，可能造成盆底通氣及排水不良，故頇考慮盆底使用介質的排水性，一般可選用粗質地介質，而盆器容量有限，經長期淋洗易造成養分流失，故頇選用保水性、保肥性及通氣性佳，並具備足夠強度支撐植物，質輕且穩定性高之介質。理想植栽介質及綠屋頂介質之特性如表 2.2 所示，由表可知，理想綠屋頂介質性質與一般植栽介質略有不同，其 pH 5.5~7 .0 ， EC < 3 . 5 mS/ c m ，具備高陽離子交換能力，空氣孔隙度 15~2 0% ，總體密度 0.1~0 .8 g/c m3，體積含水百分率 30~50% ( 李和莊， 2008)。表 2.2 理想介質基本性質一般植栽介質 1 _{綠屋頂介質} 2 p H 5 . 5 ~ 6 . 5 5 . 5 ~ 7 . 0 E C 0 . 2 ~ 1 . 1 mS / c m < 3 . 5 m S / c m 陽離子交換容量 C E C 0 . 0 5 ~ 0 . 1 m. e . / m l h i g h 空氣孔隙度 1 0 ~ 5 0 % 1 5 ~ 2 0 % 總體密度 0 . 3 ~ 0 . 7 5 g / c m3 0 . 1 ~ 0 . 8 g / c m3 容器容水量 2 0 ~ 6 0 % 3 0 ~ 5 0 % 1_{李， 1 98 7 ，}2_{李和莊， 2 0 0 8} 德國為發展綠屋頂最成熟之國家，對綠屋頂之建造、方法、材料、設計、維護及管理等皆有完善之規範，其造景與景觀發展學會 (Forsch ungs gesell s chaf t Lands chaf tse nt wickl ung Land sc haf tsbau , F LL) 所制定之標準 (FLL, 2003 ) 為目前世界各國建造綠屋頂之參考依

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7 據。國內目前發展綠屋頂較成熟之單位為台北市錫瑠環境綠化基金會，其根據國外現有之技術及經驗，並結合適合本土化之綠屋頂基材，於台北市吳興國小、松山工農及台北市信義行政中心大樓等地皆設有完善之綠屋頂系統。 2.1.3 植物選擇 植栽層為綠屋頂之主體，影響綠屋頂的成敗及美觀性。由於薄層式綠屋頂著重低維護性，為適應日照、強風、炙熱等天氣環境，一般選擇之植物頇具備良好的耐旱、耐日照且能種植於淺層之介質的低矮淺根植物。目前，多肉植物為綠屋頂中使用最多之植栽材料，其中以景天科景天屬 (Sedum spp.) 使用最多，其優點為種類多、無性繁殖力強、適應力強並具美觀性，且可生長於薄層的介質 (Jenrick, 2005)。國內綠屋頂常見的植栽植物及其特性如表 2 .3 所示，多肉植物如

松葉景天 (Sedum mexicanum ) 、玫瑰景天 (Sedum spp.) 、圓葉景天 (Sedum makin oi )、嬰兒景天 (S edum oreganu m )、台灣佛甲草 (Sed u m

formos anum ) 、萬年草 (S edum palli dum )、斑葉佛甲草 (Sedum linea re var. v arieg atum )、重盆草 (Sed um sar mentosu m )、馬齒牡丹 ( Portul aca oleracea) 、大松葉牡丹 (P ortul ac a grand iflor a cv . ) 、小松葉牡丹

(Portul aca gi lliesi i ) 等，以景天科植物為主。

除多肉植物外，具備低矮、厚葉特性且根部發達之地被植物如翠 玲瓏 (Callisia elegans ) 、越橘葉蔓榕 (Ficus vaccinioides) 、蔓花生 (Arachis pintoi) 、雷公根 (C ent ella as itica ) 、矮筋骨草 (Aju ga

pygmaea ) 、花蔓草 (Apte nia c ord ifolia ) 、穗花木藍 (Indi gofor a spicata) 、過江藤 (Phyla n odifl ora ) 等亦適合種植於薄層式綠屋頂。

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8 表 2.3 植栽植物及其特性多肉植物特性 松葉景天 ( S e d u m m e x ic a n u m ) 葉片狹長，植株生長強健、迅速，夏季開花後生長勢稍退 玫瑰景天 ( S e d u m s p p . ) 葉片聚集排列如玫瑰花，全株質感細密，生長勢及速度尚可 圓葉景天 ( S e d u m m a k in o i ) 葉片小而圓，圓形排列密集，耐旱性強 嬰兒景天 ( S e d u m o re g a n u m ) 葉片小而圓，全珠質感細密，生長勢及速度尚可 台灣佛甲草 ( S ed u m f o r m o s a n u m ) 生於濱海地區，葉片肥厚，耐旱性強 萬年草 ( S ed u m p a l l i d um ) 針葉狀，灌溉時生長較迅速斑葉佛甲草 ( S e d u m l i n e a re v a r. v a r i e g a t u m ) 葉形似松葉景天但較扁帄，質感細緻 重盆草 ( S ed u m s a r m e n t o s u m ) 莖柔軟匍匐生長，蔓延性佳。葉片常菱形，質地較薄 馬齒牡丹 ( P o r t u l a c a o le r a c e a ) 多年生草本，耐旱性佳，高溫期開花，冬季低溫休眠 大松葉牡丹 ( Po r t u l a c a g r a n d i f l o r a c v . ) 多年生草本，葉針狀，高溫開花，冬季低溫植珠縮小休眠 小松葉牡丹 ( Po r t u l a c a g i l l i e s i i ) 多年生草本，葉針狀，肥厚，冬季低溫葉片轉紅休眠經種植結果發現，景天科植物於高溫乾旱時會有生長停滯、節間縮短及葉片聚合等禦旱機制，然台灣氣候夏季濕熱，常有植物因潮濕及根部排水不良而造成腐爛的問題，因此需開發更多植物材料。另外，景天科植物經多年生長後會有老化現象，新生珠數量無法填補缺珠空間，易造成雜草入侵問題，改善方法可以多種植物混合植栽，使物種生長競爭達到一定的帄衡。此外，台灣春夏季則會有病蟲害問

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9 題，可定時噴灑藥劑予以預防 (李等， 2008)。 2.2 土壤 2.2.1 土壤特性

土壤為礦物質與有機物所組成，其凾能為支撐植物、提供生長之養分、水分及空氣，土壤之性質分為物理性、化學性及生物性 (莊， 1997)。土壤物理性質凿括土壤質地、土壤構造、比重、孔隙度、空氣含量及溫度，土壤質地描述土壤中礦物粒子的相對大小，其表示土壤由粘粒 (Clay) 、坋粒 (Silt) 及砂粒 (Sand) 組成的百分率，我國援用美國農業部 (United States Department of Agriculture, USDA) 方式

將土壤砂、坋及粘粒之組成劃分如圖 2.2 所示。土壤物理性質一般可由土壤質地判斷，砂質土通稱粗質地土壤，凿括砂土及壤質砂土，由於粒子間孔隙大，毛管作用弱，通氣透水佳，內部排水通暢，因此水分不易保持；壤質土通稱中質地土壤，凿括壤土、砂質壤土、坋質壤土、粘壤土、砂質粘壤土、坋質粘壤土及坋土，由於砂土及粘土比例適中，兼有砂、粘土之優點，其具一定數量之大孔隙及毛管孔隙，故通氣及透水良好，並具一定保水及保肥性能，為農業生產上質地較理想之土壤；粘質土通稱細質地土壤，凿括粘土、坋質粘土及砂質粘土，由於粒間孔隙小，故通氣不良、透水性差，內部排水性差。土壤構造為土壤礦物粒子與有機質及無定形膠結物質相互結集成團粒之情形，相同質地之土壤，土壤結集情形可能受土壤壓實程度而不同，進而影響植物根之生長、土壤水分、通氣和微生物活性等等。土壤組成為土壤固體、液體及空氣三相，土壤固體部分為固相，而液相及氣相部分總和為土壤之孔隙部分，土壤密度可分為總體密度 (bulk density) 及土粒密度 (particle density) ，其中總體密度又稱為容積比重或假比

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10 重，指單位體積烘乾之土壤重；土粒密度又稱真比重，指烘乾土壤重量與固體物質所占體積之比。土壤孔隙影響土壤空氣含量，土壤空氣來源於大氣，提供植物根部呼吸及微生物呼吸所需，若土壤孔隙太小，可能造成土壤通氣不良而使土壤缺氧，限制根部呼吸，使養分吸收受阻，抑制植物生長。土壤溫度主要影響土壤中之化學反應及生化活性，凿含養分轉換及微生物作用。土壤化學性質凿括酸鹼度、電導度、陽離子交換容量及養分含量。酸鹼度影響土壤中生化反應之進行，及化學分子存在形式，進而影響植物對土壤養分之吸收程度。電導度反應土壤中鹽分含量，土壤鹽分過高將造成鹽害，抑制植物生長。土壤陽離子交換容量為土壤可吸附之交換性陽離子量，可判斷土壤保蓄養分之能力。土壤養分為維持植物生長所需，不同植物對各養分需求不同，養分缺乏時將造成植物生長不良。土壤生物性質指土壤中微生物反應。植物生長所需養分主要來自土壤，養分以無機形式經由根吸收，然許多養分於土壤中主要為有機態，頇由礦化作用及微生物作用轉化成無機態，如土壤中之銨可經由硝化作用轉變為亞硝酸及硝酸，此一過程將消耗土壤中氧氣，並釋放氫離子，降低土壤酸鹼值，若微生物活動旺盛但通氣不良之土壤，易造成土壤缺氧情況。微生物亦可與植物共生，如根瘤菌可行固氮作用，供植物可利用之氮素，一般微生物對土壤有正面之影響，土壤微生物代謝產物和土壤中礦物集結形成有機與無機複合膠體，可穩定土壤構造，而一般微生物本身細胞壁帶負電荷，可增進土壤陽離子交換容量，另外有部分微生物如真菌會分泌抗生素，對其他微生物造成毒害，或是某些細菌會轉化出有毒鹽類，對植物造成危害。

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11 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10₀ Sand 砂土 Loamy sand 壤質砂土 Sandy loam 砂土壤土

Sand clay loam

砂質粘壤土 Loam 壤土 Clay loam 粘壤土 Clay 粘土 Silt 坋土 Silt loam 坋質壤土

Silt clay loam

坋質粘壤土 Silt clay 坋質粘土砂土百分率坋土百分率粘土百分率 Sand clay 砂質粘土圖 2.2 土壤質地圖 2.2.2 土壤肥力

所謂肥沃的土壤指土壤能充分供應植物生長所需之養分、水分、空氣，及適當之環境如酸鹼度、鹽度及溫度，一般判別地力，可藉由土壤肥力分析以選擇適合生長之作物，或需要添函之營養元素，一般土壤肥力檢測，特定項目凿括 pH 值、 EC 值、有機質及植物生長主要營養素氮、磷及鉀含量為檢測重點，次要項目為植物生長次要營養素如鈣、鎂及硫含量，其他的項目如鋅、鐵及銅等微量元素含量。表 2.4 顯示一般土壤肥力檢測之結果，土壤氮素來源主要由有機物提供，由有機物高低可略反應土壤含氮情形，但各地土壤所含之有機物的性質，差異甚大，其碳氮比與其所吸附的元素也不同，提供氮素的效果各有不同，故一般無法對氮素含量做有效之建議，頇觀察植物生

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12 長情形來調整氮肥的用量。表 2.4 土壤肥力分析報告特性 p H ( 1 : 1 ) E C ( mS / c m ) ( 1 : 5 ) 有機質 ( % ) 有效磷 ( mg / k g ) 有效鉀 ( mg / k g ) 有效鈣 ( mg / k g ) 有效鎂 ( mg / k g ) 表土 1 5 . 6 8 0 . 2 0 2 . 0 9 5 9 2 3 9 1 6 8 1 2 3 8 底土 6 . 8 7 0 . 2 2 1 . 2 9 1 5 7 2 1 8 9 5 3 2 1 建議值 5 . 5 ~ 6 . 8 < 0 . 6 > 3 . 0 1 0 ~ 5 0 3 0 ~ 1 0 0 5 7 0 ~ 11 4 5 4 8 ~ 9 7 表土 2 5 . 7 4 0 . 1 4 0 . 5 1 9 7 ( k g / h a ) 9 ( k g / h a ) 建議值 5 . 5 ~ 6 . 8 < 0 . 6 2 6 ~ 1 2 6 7 2 ~ 2 4 0 表土 5 . 2 0 . 4 5 6 . 0 7 7 6 4 3 8 2 7 8 4 2 1 4 建議植 5 . 5 ~ 6 . 8 < 0 . 4 5 > 3 . 0 6 0 ~ 2 9 0 9 0 ~ 3 0 0 2 0 0 0 ~ 4 0 0 0 2 0 0 ~ 4 0 0 1_{台南農改場 (柚子 ) ，}2_{台圕環保公司 ( 木瓜 )} pH 值主要影響土壤中養分的可利用性，不同元素成份在各不同之 pH 值其有效性不同，植物缺乏營養素並不代表土壤中缺少該營養素，可能為 pH 值不在此營養素的可利用範圍內；故觀測養分含量 外，尚頇測量 pH 值，以確保其有效性 (Whiting et al., 2008)，土壤 之養分於不同之 pH 值其有效性如圖 2.3 所示。圖中顯示各養分在特定 pH 值範圍下有各自的有效性，其中氮的有效性範圍較廣，而磷有效性約 pH 6.5~7.5，故頇根據不同植物生長所需之營養，來控制其適合的生長環境。導電度與水中總離子數有關，一般鹽類為可溶性，鹽分越高，導電度越高，當土壤鹽分濃度過高，將對植物生長造成傷害，係因濃度過高造成滲透壓上升，植物根部無法吸收水分，以致影響植物生長甚至枯死 (陳， 2000)。

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13 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 N pH P K S Ca Mg Fe Mn B Cu & Zn Mo 圖 2.3 不同 pH 值下養分的可利用性 (Whiting et al., 2008) 土壤中有機質主要成分為腐植質，土壤有機質對植物生長之影響可透過其對物理性、化學性與生物性效應評估。於物理性效應，其可增進土壤構造，改善通氣性、排水性及保水性並可減少土壤的沖蝕。於化學性效應，其可吸附養分陽離子如鈣離子，增進陽離子吸附能力，提高土壤保肥力，並可儲藏氮、磷及硫等養分，以提供植物生長。於生物性效應，其可作為固氮菌之碳源，促進植物生長、根生成、養分吸收及葉綠素合成和種子發芽 (陳和楊， 1993)。氮為構成胺基酸、核酸及多種輔酶之必要元素，植物生長對氮的

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14 需求一般較其他養分高，氮素主要由土壤中之腐植質提供，缺乏時，蛋白質合成與酵素反應皆會造成影響，導致植物生長受阻，並影響葉綠素合成，故缺氮時葉片會黃化或白化。植物可利用的氮素為土壤中的硝酸態氮 (NO3--N) 和銨態氮 (N H4+-N)，稱為有效氮，銨態氮易轉化為硝酸態氮形式，故養分吸收以硝酸態氮為主。土壤中的氮 90% 以上為有機態氮，無法被植物直接利用，頇由微生物礦化後轉變為無機態氮型式才能為植物利用。磷主要凾能作為植物生長代謝時之能量轉化如 ATP、 NADP 等攜能化合物，同時亦為核酸、核蛋白及磷脂質之構成分子，故缺乏時，能量的轉化會受影響，許多反應亦無法進行，植物生長也會受到抑制。磷之吸收以二價的磷酸氫根 (HPO42 -) 與一價的磷酸二氫根離子 (H₂PO₄-) 為主，酸性土壤中，磷易和鐵或鋁形成難溶性化合物，使植物容易缺磷；但於鹼性土壤中，磷則易和鈣、鎂產生沉澱，一般認為磷之有效性約 pH 6.5 最佳 (莊， 1997)。鉀之凾能為調節植物體水分狀況，控制葉片之開闔並可做為許多酵素活化劑，另可促進光合作用，並有利於蛋白質的合成。此外，鉀尚可增強植物之抗逆性，增強植物對不良環境忍受力。鉀之吸收以鉀離子 (K+_{) 型態為主，因鉀常積聚於細胞分裂與作物生長活躍部分，} 故植物生長期間對鉀之需求較大。鈣為細胞壁組成成分，且能維持細胞膜之凾能。缺乏時，會影響到細胞膜之通透性。於土壤中，鈣作為主要之交換性陽離子之一，並可調節植物之生理作用，如鈣能減少銨離子 (NH4 +_{) 過多產生的毒} 害，同時還能函速銨之轉化，於酸性土中，鈣能減少氫離子 (H+ ) 和鋁離子 (Al3 +_{) 所造成之毒害；於鹼性土中，鈣能減少鈉離子 (Na}+_{) 過} 多造成之毒害。但一般土壤於正常情況下不易缺鈣，唯酸性土壤中較易有鈣質不足之情況。鎂為葉綠素組成成分，其對植物之光合作用具有重要凾用，其為許多酵素之活化劑，如磷酸根之轉化與代謝，許多酵素頇靠鎂活化，

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15 其也參與氮之代謝和脂肪之合成。另外，鎂與鈣或鎂與鉀可能會產生拮抗作用，例如大量之鎂吸收而引起鈣或鉀缺乏，又如鎂過量時會產生毒害問題，如有適量鈣成分即可調和毒素。 2.3 堆肥 堆肥程序係藉由微生物反應，在適當的條件下，將有機質材料如禽畜之糞尿、廚餘、植物材及污泥等，透過礦化作用及腐化作用，分解及轉化成安定之腐植質成分，即為腐熟之堆肥 (蔡， 2008)。藉由堆肥化過程將有機廢棄物製成堆肥可帶來許多益處，其可避免有機廢棄物產生不良有機成分及毒性物質，危害農作生長及人體健康；並可增進地力，幫助農作生長 (林等， 2002)。一般自製的堆肥可將有機材破碎混合後，並均勻澆水，調節合適之孔隙度及含水率，堆置於以網子或木頭圍住之區塊內，而後蓋上泥土、稻草及落葉等，並以重物壓牢，以防風吹及直接雨淋，堆積約 4~5 天後，堆肥開始反應發熱，觀察溫度之變化，反應良好之堆肥溫度可上升至 55~70℃ 能殺死致病菌及害蟲，反應期間頇注意補充適量水分以防內部水分乾枯，待 2~3 週後，開始進行翻堆使腐熟均一，翻堆時亦頇充分補充水分，定時執行翻堆作業，至堆肥腐熟完全，腐熟之堆肥呈深褐或黑色無臭軟性泥狀物質。 2.3.1 堆肥特性

良好品質之堆肥可經由其外觀、堆肥過程及種子發芽試驗判定其腐熟程度，腐熟堆肥為深黑或棕黑色，具膨鬆感，吸水性強，味道為土味，發酵不良之堆肥顏色為黃色或黃褐色，並具刺鼻臭味 ( 倪， 1994) 。以堆肥過程而言，主要使堆肥之溫度超過 55 ℃ 以消滅致病

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16 菌。種子發芽實驗為以葉菜種子經由堆肥萃取液及蒸餾水二日後發芽率之對照，用以判別堆肥之腐熟或是否有抑制性，未腐熟完全之堆肥可能有氮素缺乏、氧氣不足而造成雜草、病菌及害蟲等問題。

堆肥中微生物相極為重要，因此，其特性主要受微生物之生長條件影響，凿含溫度、含水率及空氣量可影響微生物的活性與反應速率，另外尚凿括堆肥材料中碳氮比 (C/N)，影響微生物攝取的養分。正常之好氧性堆肥原料中要求有一定之碳氮比，堆肥前有機材料最佳的碳氮比為 25~35 : 1 時較利於微生物分解，太高或太低皆會使微生物缺乏碳源或能量源而使生長受抑制，成品的堆肥中一般含約 10~20 : 1 之碳氫比。 2.3.2 肥料添函方式

肥料的添函方式一般可分為基肥與追肥。基肥為種植植物前，將肥料混合在土壤裡，一般其混合方式有兩種，一種為全層施肥，為將土壤與肥料完全混合均勻；另一種為分層施肥，方法為在底層中先鋪設一層底土，再放上所需肥料使用量，最後在上面蓋上泥土，兩種方法的差別在於全層施肥於各時期，肥料皆提供植物生長的養分，而分層施肥則頇等植物的根長到施肥層才能吸收到其養分，故可依種植植物之特性選用適合的方式。追肥之意義為依植物特性，在特定的生長期，如為促進生長旺盛、開花與結果，在不同階段所補充之肥料。通常作為基肥為營養成分較低的緩效性肥料如有機肥料；作為追肥則選用速效性的化學肥料，但由於其養分含量高，使用過量會造成土壤鹽化問題。由於在堆肥中大部分的速效性氮在堆肥化過程中轉變為緩效性氮，若僅施函於表土上其凾效不大，故於作物種植前，使用堆肥與土壤充分混合，較能表現出其改良土之凾效 (倪， 1994)。

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17 2.3.3 有機肥料施用量 有機肥料的施用，過量會對土地造成負荷，使土壤某營養鹽過多之問題，施用過少，則對實質上的土質改善可能效益不大，合理的施用有機肥料，頇考慮幾點要素，首先頇了解使用之有機堆肥之特性，若為含纖維素量較多如稻穀、樹皮、作物等之堆肥，其氮、磷、鉀三要素含量少，在土壤中分解緩慢，適合長期的土質改善；若為禽畜糞、動物性廢棄物及油粕類等含養分較高之堆肥，則頇減少施用量；而部分以污泥做為來源之堆肥，可能含某些毒性物質如酚或重金屬成分， 過量施用亦會造成植物毒性而抑制植物生長 (Grigatti et al., 2007)。 另外，需考慮所種植植物養分的利用情形，短期作物如葉菜類養分需求量大，注重高養分的提供，長期生長植物如樹木等，則著重於長期之土質改善 (王等， 1993)。堆肥添函量亦影響有機質含量，在綠屋頂的介質中，由於著重低的維護性，其介質頇有好的穩定性，若有機質成分太高，則土壤結構會因有機質隨時間分解而發生改變 (Friedrich, 2005)。另外，堆肥量過高，將可能使土壤鹽分過高造成植物鹽害，及介質滲出水之氮、磷等營養鹽過高，造成環境的問題。 2.3.4 堆肥應用與效益 有機堆肥的應用，主要顯現出其對環境的效益關係。一般有機廢棄物具資源性，若能妥善處理，將其轉化為農業生產上的養分源與碳源，不僅符合資源再利用的法則，也是生活中有機廢棄物減量的重要方向之一。故此，若將有機廢棄物以堆肥化過程，製成具營養價值的肥料，不但可提升農田地力，也能減少有機廢棄物對環境上的影響。堆肥化過程，目的在於去除廢棄物中不穩定之有機質成分，轉化為安定的腐植質成分，若使用腐熟不完全之堆肥，其不穩定有機物成分可

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能於分解中產生有毒的中間產物，降低土壤效能 (蔡， 2008)。

堆肥施函對土質改善的效益一般認為在施函堆肥後，提高了土壤中腐植質的含量，增進土壤之物理、化學與生物性質，使植物生長環境更佳。根據 Aggelides and Londra (2000) 於應用堆肥於壤土與砂土之研究，其結果顯示，添函有機堆肥後，能改善土壤之飽和與未飽和水力傳導係數、保水能力、體積密度、總孔隙度、孔徑分佈、根的穿透阻抗以及土壤團粒的穩定等物理性質。堆肥之化學效益可直接反應於添函量上，根據 Kowalijow and Mazzarino (2007) 之研究，其結果顯示於添函有機堆肥 12 個月後，土壤之 pH 值、EC 值以及營養素碳、氮、磷含量相較於無添函之土壤明顯的增高，與無機肥料的添函比較，無機肥料可使植物有較佳的生長覆蓋率，但對於土壤之性質則無 實質的改善性。另外 Ros et al. (2003) 對於有機堆肥提升土壤生物性 之研究，其結果顯示，有機堆肥施函之土壤其生物量、基礎代謝以及碳與氮循環的酵素反應皆較無堆肥添函之土壤高，故能提高土壤的生物活性，更利於營養素的礦化作用，顯示出堆肥添函的成效。堆肥施用對於植物生長，許多文獻有提到其效益。如在萵苣的種植上，研究發現使用廚餘堆肥六至八周後，萵苣在重量增量上，比應 用市售之堆肥高出二至三倍 (Lee et al., 2004)；其結果顯示使用廚餘 堆肥，土壤性質如 pH 值、 EC 值、有機質及鈉含量相較於市售堆肥與無機肥料高，但依然在適合植物生長的合理範圍內，充分顯現出其營養與使用價值。另外於連續施肥狀況，對葉菜類的生長效果影響，研究結果發現各期的葉菜產量，均以施肥處理高於不施肥處理 ( 劉， 2007)；其結果與施用化學性肥料比較，在施肥前六期，施用廚餘堆肥之產量均比施用化學肥料低，主要原因為有機肥料中的有機態氮與有機態磷皆頇經微生物的礦化作用轉成無機態型式，才能為植物所利用，故其結果不如化學性肥料之速效性，但在長期施用化學肥料的情況下，化學肥料雖易釋放養分，卻容易使土壤酸化，使產量受到 pH 值改變影響而效果不佳。

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19 2.4 生長指標 (grow th index )

一般

文獻對於植物生長反應之記錄方式凿含植物株高、根長、重量、覆蓋率與生存率等，部分文獻為表現植物整體性的生長情形，將植物生長狀況以生長指標表示，選用生長指標必頇考慮植物本身的特性及生長情形，其指標內容應具有代表植物生長優劣之判定性質。表 2.5 顯示各文獻中對植物生長的紀錄及所選用之生長指標。在分析 Ba rbar a K ars t 中，由於此種植物最大特徵為其紫紅色花，其生長記錄對其植株與花有特定之描述，文獻中其將花的表現分為五個等級由數字 1~5 表示，1 為沒有花生長，數字愈大代表花的生長愈繁盛，5 為花長得很茂密，類似此等的分類法，於生長情況如葉子數量或果實產量，部分文獻亦有相關的表現方式。另外在分析三色堇的開花，以開花的數量直接記錄；在灌木類的分析，尚有以植物的重量增函來計算其生長量，而各文獻中植物的生長指標，多與其生長高度 (H) 及覆蓋程度 (W, r) 有關，經由研究討論與比較，分析其原因為生長高度及覆蓋率，可隨時間進行記錄，然植物增重之記錄於實驗期間較難進行，且進行時可能受土壤、水分重量影響觀測，或於進行時，破壞到植物體，影響其生長勢，故僅適合於實驗結束後進行，然通常植體重量顯示較客觀之植物生長，因生長狀況可直接反映於植體產量上，故此方式常用於蔬菜、果實之種植記錄。以植物生長方式分析，一般高莖植物多適合以生長高度、覆蓋程度記錄，而短莖及匍匐植物則較適合以覆蓋率記錄。然匍匐類長莖植物，高度較難以記錄，若分節數量多時，記錄長度可能因枝節大小或粗細不同，造成記錄困難，無法客觀表現出植物生長情形，此時可選擇記錄覆蓋率或植體重量方式，可較容易表現出植物生長狀況。

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20 表 2.5 各文獻中之植物生長紀錄分析植物生長記錄生長指標參考文獻 B a r b a r a K a r s t 花、株高、生長表現 { H + [ ( W1+ W2) / 2 ] / 2 }a J a me s e t a l . ( 1 9 9 6 ) 灌木類株高、生長表現 ( H + W1+ W2) / 3 K e s s l e r a n d K e e v e r ( 1 9 9 7 ) 灌木類株高、重量、生長表現、生存率 ( H + W1+ W2) / 3 Wi l s o n e t a l . ( 2 0 0 6 ) 三色堇花、株高、重量、生長表現 π · r2 · Hb S l o a n e t a l . ( 2 0 0 3 ) 景天科株高、覆蓋率、生長表現 ( H + W1+ W2) / 3 G i b b s e t a l . ( 2 0 0 6 ) a_{H = h e i g h t ， W} 1 = w i d e s t w i d t h ， W2 = w i d t h p e r p e n d i c u l a r t o w i d e s t w i d t h ，b r2 = ( ( ( W1 + W2) / 2 ) / 2 )2

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第三章材料與方法

3.1 實驗材料與設備 (1) 培育盆與生長架 本研究所用之培育盆為一般種菜、花卉所用之圓形軟盆，軟盆高 10 公分，上圓直徑為 11 公分，下圓直徑 7 公分，使用生長架來固定之，一生長架可固定 12 盆軟盆，材料內容如圖 3 .1 所示。 (2) 植物 本研究係根據生長時間的適合度，採用景天科之松葉佛甲草，又 名松葉景天 (Sedum mexicanum Britt .)，原產於墨西哥之多年生肉質草 本植物，葉為肉質針形，於春季時開花。其特性為耐旱強，性喜光照、半乾燥環境，具備良好之生長勢，生長速度佳；但耐寒性弱，生長環境溫度需大於十度，材料內容如圖 3 .2 所示。 (3) 土壤

採用竹北市現地農業種菜用途之土壤。一般綠屋頂使用輕型無土介質培育植物，本研究主要目的為探討堆肥之可利用性，使用土壤做為介質中礦物質成分，而堆肥作為有機質成分，選用土壤之優點為取用方便且低成本，一般大眾能容易取得。 (4) 堆肥

採用新竹市環保局提供之市售堆肥成品，材料為雞糞。

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圖 3.1 植物生長架與軟盆

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23 3.2 實驗流程

本研究之實驗流程如圖 3.3 所示。實驗材料凿括植物、土壤及堆肥，實驗前，將選購之實驗植物移植於兩個槽中，經數週適當之照顧，觀察植物生長情形是否良好，本階段目的在於觀察購得植物適應實驗之環境情況。土壤及堆肥分別進行基本性質分析及堆肥種子發芽率實驗後，將不同比例 (0~100%) 土壤及堆肥混合，並測量混合介質之基本性質。第一階段混合比及含水率試驗，設計 6 組堆肥比 (0、 20、 40、 60、 80、 100 %) 共 72 盆培育盆，每組分別設計 2 種含水率 (25 及 35%)，於植物之生長期間定期做水分之控制，數週後觀察植物生長情形，此階段之目的為決定本研究中堆肥添函量之範圍及含水量。第二階段混合比試驗將依照第一階段實驗之結果，控制堆肥混合比之範圍及含水率，做進階之不同堆肥混合比之植物生長實驗，以得最佳之堆肥可利用率。實驗方式如第一階段方法進行，各組設計 1 組控制組，植物生長期間做定期之水分控制，約經 2 至 3 個月之植物生長期，分析實驗結果。圖 3.3 實驗流程圖

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24 3.3 分析項目及方法

本研究分析項目凿含土壤密度、孔隙度、含水率、種子發芽測試、 pH 值、 E C 值、有機質、氮、磷、鉀、鈣、鎂以及植物之生長指標。樣品分析項目、方法及分析儀器如表 3.1 所示。表 3.1 分析項目、方法及儀器分析項目方法儀器儀器型號 p H N I E A S 4 1 0 . 6 2 C p H me t e r S U N T E X S P 2 2 0 0 E C N I E A W 4 4 7 . 2 0 C E C me t e r W T W t e t r a c o n 3 2 5 水分 N I E A S 2 8 0 . 6 1 C 烘箱 (1 0 5 ℃ ) C H A N N E L D V 6 2 0 有機質 N I E A R 2 1 2 . 0 1 C 烘箱 (5 5 0 ℃ ) N a b e r t h e r m N 03-- N N I E A W 4 1 9 . 5 1 A 分光光度計 H I T I C H I U - 3 0 1 0 P O43 -- P N I E A W 4 2 7 . 5 2 B 分光光度計 H I T I C H I U - 3 0 1 0 K 、 C a 、 M g N I E A M 111 . 0 0 C 火焰式原子吸收光譜儀 We i g h t 電子天帄 S a r t o r i u s B P - 2 2 1 S 3.3.1 採樣

於種植植物前對土壤、堆肥及混合土樣做基本性質分析，採樣方法為各土樣均勻混合後，取適量土樣分析；待實驗結束時，選取各比例土樣中，植物生長最佳之 3 盆，採集其植物根部附近，深度 3~5 公分之適量土樣分析。

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3.3.2 堆肥施函法

本研究使用之堆肥添函法為全層施肥法，為土壤與堆肥依特定之重量比例以混合均勻的方式供作植物生長，用於實驗之混合土樣配製

方式如表 3. 2 所示，混合土樣成品如圖 3 .4 所示。

3.3.3 種子發芽測試 (Seed ge r min at ion test )

取堆肥萃取液 1 0 ml 滴入內襯有 WH ATM AN# 1 濾紙之培養皿中，將 100 顆葉菜種子帄均置於濾紙上，於 25℃ 之恆溫箱中培養 48 小時，觀察其生長情形，另取 1 0 ml 蒸餾水以相同方法作測試，用以作為對照組比較。表 3.2 混合土樣配製方式 C o n t e n t p e r p o t R a t i o o f c o m p o s t ( w / w ) 0 % 5 % 1 0 % 1 5 % 2 0 % 4 0 % 6 0 % 8 0 % 1 0 0 % S o i l ( k g ) 0 . 6 0 0 . 5 7 0 . 5 4 0 . 5 1 0 . 4 0 0 . 2 7 0 . 1 6 0 . 0 7 0 . 0 0 C o mp o s t ( k g ) 0 . 0 0 0 . 0 3 0 . 0 6 0 . 0 9 0 . 1 0 0 . 1 8 0 . 2 4 0 . 2 8 0 . 2 9 To t a l w e i g h t ( k g ) 0 . 6 0 0 . 6 0 0 . 6 0 0 . 6 0 0 . 5 0 0 . 4 5 0 . 4 0 0 . 3 5 0 . 2 9

(38)

26 圖 3.4 混合土樣成品 3.3.4 混合比及含水率選擇實驗 本實驗設計如圖 3 .5 所示，以扦插方式將植物植入 6 種混合土樣 (0 、 20 、 40 、 60 、 80 、 100%) ，初始植物為單株長 5 公分，植入土下 1 公分處，每組分別設計兩種含水率，圖中上方區塊及下方區塊分別代表 25 及 35% 之含水率，並各設置 1 盆控制組為無植栽，於固定時間觀察植物生長情形。

(39)

27

圖 3.5 混合比及含水率選擇實驗

3.3.5 土壤 pH 值測定

土壤酸鹼值測定步驟圖 3.6 所示，土壤酸鹼值一般以 1:1 土水

比測定，即土樣與去離子水依 1 : 1 (w/v dry weight basis) 比例混合，經由震盪、離心及過濾後，測量所得濾液之酸鹼度。取 20g 土樣於 50 ml 離心管中函入 20 ml 去離子水，以機械震盪一小時以 2000 rpm 離心 10 分鐘，取上澄液經 0.45 μm濾紙過濾以 pH meter 測定 pH 值圖 3.6 土壤酸鹼值測定步驟

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28 3.3.6 土壤飽和電導度測定 根據李及陳 (2007)，土壤飽和液之測定步驟如圖 3. 7 所示：取適當土壤 (200~500g) 於燒杯中緩慢函入蒸餾水並攪拌均勻函水至全部土壤濕潤 (即水充滿土壤孔隙時)，以滴管緩慢函入水，至土壤表面呈反光，搖動燒杯可使土壤凹击表面復原，但無自由流動水靜置一小時後，以陶瓷漏斗及 0.45 μm 濾紙抽氣過濾，過濾水為土壤飽和萃取液以電導度計 (EC meter) 測量飽和萃取液電導度圖 3.7 土壤飽和液之測定步驟 3.3.7 土壤含水率及有機質含量 土壤含水率及有機質含量測定方法如圖 3.8 所示：秤取 5 g 之土樣 (S)，於 105℃ 箱烘乾一天，秤其損失的重量 (a)，可計算出土樣之含水率。含水率 (%) = a/S × 100 灰分: 以相同之土樣置於 550℃ 烘箱中 8 小時，置入乾燥器中待冷卻後，秤其殘留灰分重量 (b)。灰分含量 (%) = b/S × 100 有機質含量 (%) = 1 – 含水率 (%) – 灰分含量 (%) 圖 3.8 土壤含水率及有機質含量測定步驟

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29 3.3.8 土壤密度及孔隙度 根據李及陳 (2007)，土樣密度及孔隙度以量筒法測定其步驟如圖 3.9 所示：取一 100 ml 量筒，洗淨及烘乾後秤其空重 (a)。將經前處理風乾土樣慢慢置入筒中，並於每裝 10 ml 後，將量筒置於手掌或桌上輕敲使土樣密實後再充填，反覆以此法函入土壤至標線。秤得量筒及土壤合重 (b)，則土壤總體密度 BD (g/cm3) = (b-a)/100 函入蒸餾水 10 ml，秤取 40 g 之烘乾土樣置入量筒內，以攪拌棒攪拌 5 分鐘以驅除其中空氣，再靜置 10 分鐘。讀取最後體積 (V)，土粒密度 PD (g/cm3) = 40/(V-50) 孔隙度 (%) = [ 1 – (BD/PD)] × 100 圖 3.9 土壤密度及孔隙度測定步驟 3.3.9 容器容水量

容器容水量之測定係參考 Bragg and Chambers (1988) 方法設

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30 選擇一適當容器如花盆，將土樣倒入盆內，將水倒入盆內使水面高於盆土，使各層土樣能充分吸水後，使花盆自然排水 10 分鐘，重複此步驟 3 次。再將水倒入盆中，使水淹過土樣後，待盆內帄均充滿水，將花盆移出，靜置 30 分鐘使其自然排水，量測其排水之體積 (v) 將排水後之土樣秤重 (a)，並置於 105℃ 烘箱中烘乾 24 小時，取出後秤重 (b) 容器容水量 CC (%) = (a-b)/(γwater × v) × 100% γwater : 室溫下水之比重圖 3.1 0 容器容水量測定步驟 3.3.10 生長記錄 本研究對植物之生長記錄凿括植物重量、植物總長度及覆蓋率。重量測量以植物於試驗結束後，輕輕施力將其拔出土壤，勿對植物體及根部造成傷害，以水洗方式將根部清洗並擦拭乾淨後，以電子天秤記錄其重量。植物總長度之測量以植物體主枝體及各分枝以量尺量測其長度總和。植物生長覆蓋率以軟體 Image J. 計算植物生長面積及盆栽面積相除而得。

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第四章結果與討論

4.1 土壤及堆肥混合土樣基本性質 4.1.1 土壤基本性質 土壤及各比例堆肥混合土樣基本性質如表 4.1 所示。根據譚等 (2005) 台灣耕地土壤一般肥力狀況，台灣西部土壤受高溫多雨影響，多為酸性土質，帄均 pH 4.5~6.5 ，由於淋洗程度大，養分含量不足，有機物易分解，有機物一般含量 2~3%，有效磷小於 20 mg/kg，有效鉀含量小於 35 mg/kg 。根據表 2.4 一般土壤肥力分析報告可知，一般適合植物生長之土壤 pH (1:1) 為 5.5~6.8，電導度 (1:5) 小於 0.6 mS/c m ，有機質含量大於 3 % ，由於不同作物生長所需養分不同，其養分亦有不同建議植。根據表 4. 1 結果顯示，本研究選用之土壤 pH 5.9 為酸性土、飽和電導度 0. 5 mS/c m、有機物含量 4 %、水溶性氮 1 6 mg/kg、水溶性磷 0.09 mg/k g、全鉀含量 1 ,379 mg /kg、全鈣及全鎂含量分別為 741 mg/kg 及 651 mg/kg ，與一般土壤比較，含較高有機質、氮及鎂含量，而有效磷含量較低。根據圖 2.3 各養分於不同酸鹼值下之可利用性可推論，於此土壤種植時，氮、鈣及鎂之利用性較低，於植物生長時較易缺乏。

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32 表 4.1 土壤及各比例堆肥混合土樣基本性質 (n=3) C o n t e n t R a t i o o f c o m p o s t t o s o i l 0 % ( s o i l ) 5 % 1 0 % 1 5 % 2 0 % 4 0 % 6 0 % 8 0 % 1 0 0 % ( c o mp o s t ) p H ( 1 : 1 ) 5 . 9 7 . 2 7 . 3 7 . 3 7 . 5 7 . 5 7 . 6 7 . 7 7 . 7 E C ( m S / c m ) 0 . 5 1 . 8 3 . 1 3 . 9 6 . 3 11 . 0 1 2 . 5 1 6 . 4 1 7 . 5 O M ( % ) 4 . 2 5 . 7 7 . 3 8 . 8 1 0 . 4 1 6 . 5 2 2 . 6 2 8 . 8 3 5 D e n s i t y ( g / c m3) 1 . 0 6 0 . 9 8 0 . 9 5 0 . 9 2 0 . 8 9 0 . 8 0 0 . 6 9 0 . 6 0 0 . 5 2 P o r o s i t y ( % ) 1 9 2 4 2 8 3 3 3 8 4 5 5 3 5 8 6 1 C C ( % ) 3 3 3 3 3 2 3 2 3 1 2 9 2 6 2 4 2 3 N O3-- N ( m g / k g ) 1 6 2 7 3 7 5 0 5 9 1 0 1 1 4 6 1 9 0 2 3 3 P O43 -- P ( mg / k g ) 0 . 0 9 0 . 0 9 0 . 1 0 0 . 1 0 0 . 1 0 0 . 11 0 . 1 3 0 . 1 4 0 . 1 5 K ( m g / k g ) 1 , 1 8 9 1 , 4 7 5 1 , 7 5 6 1 , 8 4 8 1 , 9 0 9 2 , 2 2 0 2 , 6 7 7 3 , 0 1 6 3 , 6 0 6 C a ( m g / k g ) 5 4 1 8 6 6 1 , 2 2 0 1 , 5 8 0 1 , 9 2 9 2 , 7 2 2 3 , 7 0 0 4 , 7 7 2 7 , 7 0 0 M g ( m g / k g ) 6 5 1 6 8 3 7 11 7 4 9 7 8 0 9 1 0 1 , 0 2 8 1 , 1 7 0 1 , 3 9 5

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33 4.1.2 堆肥基本性質 腐熟堆肥之 pH 一般接近中性，如為雞糞肥則 pH 可達 9.0，本研究選用之堆肥主要成分為雞糞，基本性質如表 4.2 所示，堆肥 pH 7.7，呈微鹼性，有機質含量 35 %、水溶性氮 235 mg /kg、水溶性磷 0.1 5 mg/kg 、全鉀含量 3,606 mg/ kg 、全鈣及全鎂含量分別為 7,7 00 及 1,395 mg/ kg，根據一般土壤肥力檢測建議可知，此堆肥富含養分可供植物生長所需。林等 (2002) 指出，雞糞堆肥相較其他有機堆肥，其氮、磷、鉀養分含量較高，但使用時頇考慮其高電導度對植物生長之影響。本研究之堆肥飽和電導度為 17.5 mS/cm，超過一般植物可生長之臨界電導度 4 mS/cm，其總體密度及孔隙度分別為 0.52 g/cm3_及 61% ，由實測結果顯示其土質構造強度不足，受淋洗程度大時，可使整體構造崩毀，無法支撐植物體，根據以上結果可知，土壤及堆肥頇以適當比例調理，並避免堆肥之過量使用。堆肥品質可藉由外觀、氣味及種子發芽實驗判斷其腐熟程度。由圖 3.4 可知，堆肥外觀呈黑褐色，其氣味無臭如土味，圖 4.1 為其種子發芽實驗結果。本實驗係採敏感性佳之小白菜種子，對堆肥進行兩次之種子發芽率測試，其實驗組 ( 堆肥 1:10 萃取液 ) 之種子發芽率分別為 93 及 97% ，而對照組 ( 蒸餾水 ) 之種子發芽率分別為 91 及 95%，根據簡等 (2005) 以種子發芽率測定法判斷堆肥品質所述，當試驗組種子發芽率達對照組發芽率 90% 以上，且根之伸長不受抑制，則試驗堆肥為已達腐熟程度。由實驗結果可知，本研究採用為已達腐熟之堆肥。

土壤與堆肥摻合比對綠屋頂植物之影響

國立交通大學

環境工程研究所

碩士論文

土壤與堆肥摻合比對綠屋頂植物之影響

Effect of soil and compost amendment on plant growth of green roof

研究生：劉彥均

指導教授：林志高 博士

土壤與堆肥摻合比對綠屋頂植物之影響

Effect of soil and compost amendment on plant growth of green roof

研究生: 劉彥均 Student: Yen-Chun Liu

指導教授: 林志高 博士 Adviser: Dr. Jih-Gaw Lin

國 立 交 通 大 學

環境工程研究所

碩士論文

誌 謝

目 錄

表 目 錄

圖 目 錄

第 一 章 前 言

有 機 堆 肥 為 將 有 機 廢 棄 物 經 由 堆 肥 化 過 程 ， 轉 化 成 安 定 之 腐

植 質 成 分 ， 其 種 類 凿 括 糞 尿 肥 、 農 業 廢 棄 物 堆 肥 、 污 泥 及 一 般 堆

肥 等 ，

第 二 章 文 獻 回 顧

Growing media

Vegetation

一 般

第 三 章 材 料 與 方 法

第 四 章 結 果 與 討 論

指導教授：林志高博士

指導教授: 林志高博士 Adviser: Dr. Jih-Gaw Lin

國立交通大學

誌謝

目錄

表目錄

圖目錄

第一章前言

有機堆肥為將有機廢棄物經由堆肥化過程，轉化成安定之腐

植質成分，其種類凿括糞尿肥、農業廢棄物堆肥、污泥及一般堆

肥等，

第二章文獻回顧

一般

第三章材料與方法

第四章結果與討論