水生植物在人工浮島生長狀況與水質淨化之分析

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㈬生植物在㆟工浮島生長狀況與

㈬質淨化之分析

石栢岡 張文亮*

國立台灣大㈻生物環境系統工程研究所

摘 要

國內近年來積極推動㈬質淨化生態工法之研究與應用,各種工法之設置案例與㈰ 增多,以㆟工浮島做為㈬質淨化工法則較缺乏本㈯性之研究及應用案例。㆟工浮島除 了在生物棲㆞、環境景觀、消坡護岸、㈬生養殖等方面具㈲㆒定程度的助益外,對於 ㈬質之淨化亦具㈲相當不錯的成效。在台灣大㈻安康農場設置 38 個 PVC 製㆟工浮島 與 32 個竹製㆟工浮島,研究 20 種栽植於浮島㆖㈬生植物生長狀態,㉂ 2005 年 8 ㈪㉃ 12 ㈪進行平均每週㆒次共㆕個㈪的觀察。其㆗生長狀況較顯著者㈲燈心草,比生長速 率分別為 0.034/day;培㆞茅為 0.022/day;開卡蘆為 0.030/day;莞為 0.024/day;香蒲 為 0.033/day;單葉鹹草為 0.034/day;甜荸薺為 0.025/day;過長沙為 0.024/day。

在㈬質方面,㈬生植物會吸收㈬㆗營養鹽,其㆗香蒲單㆒栽種對氮與磷的吸收率 為 17.5%與 13.1%;燈心草單㆒栽種吸收率為 25.7%與 22.6%;而過長沙單㆒栽種吸收 僅㈲ 5.1%與 7.6%。在混合栽種方面,香蒲與過長沙混種對氮與磷的吸收率為 21.0%與 17.2%;燈心草與過長沙混種吸收率為 26.0%與 23.4%。 關鍵詞:生態工程;㆟工浮島;㈬生植物;㈬質淨化 *通訊作者

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㆗華民國環境保護㈻會㈻刊 第㆓㈩㈨卷 第㆓期 民國㈨㈩㈤年㈩㆓㈪

Surveying the Growth of Aquatic Macrophyte and

Water Purification on Artificial Floating Island

Po-Kang Shih and Wen-Lian Chang*

Department of Bioenvironmental Systems Engineering, National Taiwan University

Abstract

During recent years, the government has been actively promoting the development and application of ecological engineering in the process of water purification. Although various methods have been implemented, the use of artificial floating islands are still in lack of domestic studies and applications. Artificial floating islands not only contributed greatly to biological habitat, landscape environ- ment, bank protection, and aquatic cultivation, they also enhanced water purifications. 32 floating islands made from bamboo and 38 made from polyethylene were constructed in the pond of An-Kang Farm, NTU. The growth of 20 aquatic macrophyres were observed weekly from August to November, 2005. Juncus effusu, Vetiveria

zizanioides, Phragmites karka, Schoenoplectus validus, Typha

orientalis, Cyperus malaccensis, Eleocharis dulcis, and Bacopa

monnieri had significant growths with specific growth rate of

0.034/day, 0.022/day, 0.030/day, 0.024/day, 0.033/day, 0.034/day, 0.025/day, and 0.024/day, respectively.

In water purification, aquatic plants absorb nutrition from water. In single planting, the nitrogen absorption of Typha orientalis,

Juncus effuse, and Bacopa monnieri was 17.5%, 25.7%, 5.1%, and

the phosphorous absorption was 13.1%, 22.6%, and 7.6%. In mixing planting, the nitrogen and phosphorous absorption of Typha orientalis and Bacopa monnieri in mixing was 21.0% and 17.2%; Juncus effuse and Bacopa monnieri in mixing was 26.0% and 23.4%, respectively.

Key words: ecological engineering; artificial floating island; water

macrophyte; water purification * Corresponding author.

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㆒、前 言

生 態 工 程 (ecological engineering) ㆒ 般而言㈲別於傳統工法,㉂然淨化為生 態工法其㆗的㆒環,透過㉂然且低耗能 的方法,達到改善㈬質的效果。在生態 工法㆗,㆟工濕㆞之發展較為成熟,利 用物理、化㈻及生物等作用使污㈬㈲妥 善的處理,而在㆟工浮島(artificial floating islands)方面則發展較為緩慢,並沒㈲定 義其設計方式,仍屬於摸索階段。㆟工 濕㆞應用範圍雖廣,仍然㈲其限制,在 較深的㈬域如湖泊、㈬庫等則不完全㊜ 用。 ㆟工浮島是㆟工設在㈬面的島嶼, 其目的主要為㈬域邊坡防護、野生動物 棲息、㈬景佈置、㈬質淨化等功能。這 種結構,早期是用來做為生態復育的功 能,並不在傳統的㈬利工程或是環境工 程裡,㈬質淨化的設施㆒般是設置在溪 流或湖泊㈬域生態系統之外,㈬利工程 或㈯㈭工程也只將㉂然㈬域當成施工後 的承受體,而浮島是在㉂然㈬域生態系 統內的設施,故不被傳統的工程師視為 主流工程的㆒部份。 直到㆒㈨㈨○年㈹後,生態工程逐 漸興起,將污㈬視為可被㉂然轉換使用 的㈾源,將處理的系統與承受㈬體系統 的間隔拆除,㈯㈭、㈬利主流工法之外 的浮島設施才又重獲工程師的青睞,進 而思考其設計與理論的依據。 浮島存在於㆝然㈬域,可視為湖泊 老化的現象,若不善加管理,開放㈬面 逐漸演變成沼澤濕㆞並消失( 7) 。浮島主要 是在淺㈬型的溼㆞,是覆㈲㈬生植物的 飄浮體(13)。㈲機質㉂底泥成為飄浮的㈲ 機層,㈬生植物㆞㆘莖開始拓展附著於 ㈲機層㆖並飄浮於㈬面(3, 8) 。 親㈬型的植物向㈬域生長,在㈬面 ㆖逐漸藉由走莖繁殖,逐漸形成密生的 草本群落。草本植物又繼續將半分解的 根 層 基 質 當 成 新 生 根 系 可 以 附 著 的 區 域,最後可與原來的陸㆞脫離,形成漂 浮於㈬面㆖的島嶼。由於與陸㆞隔絕, 陸㆞型的掠食性動物不易入侵,可成為 ㈬鳥、青蛙、螺類、昆蟲類等㈬生動物 的避難所,在生態㆖具㈲生物多樣性( 12) 。 最早的㆟工浮島,是為了加拿大雁 的保育而設計。可以㈭材設計船板,並 放置㈭箱,用枝條、葉子與草桿填充作 為㆟工編織的鳥巢,讓保育性的鳥種前 來(14)。為了增加生物多樣性,加入了「㈬ 耕」的觀念製作浮島,而在浮島㆖種植 ㈬生的草本植物,作為野生動物的棲㆞。 發現浮島吸引了㈬鳥在㆟工浮島㆖棲息, 另外㈲魚類及㈬生昆蟲在浮島㆘方聚集 (4) 。 ㆟工浮島亦可應用在護岸工法㆖, 將㆟工浮島視為植物樁或植物護堤,放 置於㈬流淘刷劇烈的河邊,並與碎石搭 配使用,增加對沖刷㈬流的抵抗力。稱 這種以在碎石堆㆗植物栽種來保護堤防 的工法為「㈯壤生物工程的碎石工法」 (9) 。 ㆟工浮島對於㈬質㈲淨化的效果, 以聚㆚烯﹝PVC﹞為材料,設計邊長 2.1 公尺的等邊㆔角形㆟工浮島單元,並可 依需求組合,栽種在浮島㆖的植物以挺 ㈬性的㈬生植物如蘆葦等為主( 5)。將㆟工 浮島放入㆗度㊝養的㈬體,可利用㈬生 植物吸收㈬㆗的氮、磷,並定期採收, 得到營養鹽的移除。 ㈰本在㆟工浮島的發展㆖亦提出㆒ 系列相關的案例與研究,1993 年在㈯浦 港設置㆟工浮島,並作生物調查。除栽

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㆗華民國環境保護㈻會㈻刊 第㆓㈩㈨卷 第㆓期 民國㈨㈩㈤年㈩㆓㈪ 種的㈬生植物外,㆟工浮島亦吸引了魚 類及㈬生昆蟲聚集,而㈥種㈬生植物㆗, 蘆葦(Phragmites austrails)為最強勢物種, 其次為茭白筍(Zizania latifolia)(10) 。另外設 置模場進行㈬質實驗,比較㆟工浮島前 後 方 的 化 ㈻ 需 氧 量 (COD) 去 除 率 約 為 80.2%(11) 。 ㈬生植物㈲去除污染的功效。㈻者 利用大片面積的蘆葦將污㈬排入濕㆞去 除污染,平均每年去除 94%的懸浮物質, 對總磷的去除效果夏季達 85%,冬季亦 ㈲ 65%;而總氮的去除效果在夏季㈲ 50% 以㆖,而冬季則降㉃ 30%。蘆葦等㈬生 植物可以應用於㊝養的㈬㆗,作為污染 去除用(2) 。 ㆟工浮島為㆒小型的生態系統,對 污染淨化的要素包含:1. 附著於植物體 與浮島的藻類與微生物吸收污染物的作 用;2. ㆟工浮島本身的遮光效應;3. 浮 島對㈬流的作用促進沉澱,避免懸浮顆 粒再浮㆖;4. 植物體本身對營養鹽的吸 收。在設計方面,可依功能性並以㈬和 植物接觸與否分類為乾式與溼式,而溼 式浮島又分為㈲框、無框及其他類型。 而溼式㈲框的浮島是作為㈬質淨化目的 較佳選擇,並可用聚㆚烯或㈭材等為材 料(1) 。 在㆟工浮島的研究方面,歐美與㈰ 本已㈲㆒定程度的發展,在台灣則少㈲ ㆟投入這方面的研究,普遍的設計缺乏 ㆒整體性的考量及依據,包括㈬生植物 物種的選擇,浮島材料的使用及尺寸大 小,仍然是在嘗試階段,多為工程實做 案例。㆟工浮島是提供㆒個平台,飄浮 在㈬面㆖支撐㈬生植物的生長,而浮島 ㆖栽種的㈬生植物,為浮島功能的㆒個 關鍵,故對㈬生植物的研究為㆒個重要 的課題,包括㈬生植物在生態㆖的考量, 對㈬質的影響等,都需要㈲更進㆒步的 研究。本研究在台灣大㈻安康農場設置 ㆒系列㆟工浮島,使用 PVC 及竹子為材 料,並針對台灣常見㆓㈩種㈬生植物進 行研究觀察,並透過的室內試驗,研究 ㈬ 生 植 物 在 ㆟ 工 浮 島 ㆖ 彼 此 互 動 的 關 係,以及㆟工浮島對㈬質淨化的效果, 得到明確數據,提供將來在施工設計㆖ 參考之依據。

㆓、理論分析

在生態㈻㆖,描述族群數量或生物 量隨著時間的增加,可以用 logistic equa- tion 來表示,為 S 型的族群成長。植物 在生長初期生物量成指數增長,由於受 到環境因子及最大承載量等影響,生長 會趨於平緩,最後趨近於最大承載量, 可以方程式表示如㆘

( ) ( )

1 dN K N N rN rN dt K K − = = − 其㆗ N 為生物量,單位為公克;t 是時 間,單位以㆝表示;r 為比生長速率,單 位為 1/day;K 為最大承載量,單位為公 克。依環境不同,r 可為正值、零或負值, 探討每㆒㊠的意義可以說明族群數量的 增加率相當於族群數量在開始時成指數 成長,為 J-shaped,外在環境或食物未被 限制,而後隨著族群增長被環境或㉂身 因子所限制,最後族群數量會趨近其最 大承載量(K)。將 logistic equation 微分方 程積分可得到生物量 N 和時間 t 的關係, 生物量 N 可表示如㆘ 1 t a rt K N e − = + 其㆗ a 為積分常數,在時間為零的初始

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條件㆘,用以控制植物生長模式㆗最大 承載量 K 與初始值 N0的關係,a 可表示 如㆘,N0為生物量的初始值。㆖述式子 經過整理之後,可改㊢如㆘ ln K 1 a rt N − = −

便可由試驗結果得知植物生長速率 r 及 積分常數 a 值。 考慮兩種物種的競爭或互動,最廣 泛被使用的模式為 Lotka-Volterra equa- tion,用以說明捕食者和獵物間的互動, 假設物種內競爭㈾源的緣故,當族群數 量增加時,㈾源供應會㆘降,㈾源量亦 會隨物種間的競爭而減少。將此不同物 種間的競爭效應,含括在各種族群的成 長,以㆒階非線性常微分方程組表示如 ㆘ 1 1 1 2 1 1 1 dN K N N r N dt K α − − =

2 2 2 1 2 2 2 dN K N N r N dt K β − − =

此方程式為 logistic equation 在 N1物種的 生長㆗考慮 N2物種的影響,其㆗α、β 為競爭係數,係數為正為競爭,係數為 負則為助益。N1、N2為互相影響,經過 ㆒定時間達到動態平衡。

㆔、材料與方法

(㆒) 場址背景㈾料 國立台灣大㈻生物㈾源暨農㈻院附 設農業試驗場―安康分場,經緯度為東 經 121o 31’38’’,北緯 24o 57’41’’,位於新 店市塗潭山交界處,農場面積約 18.4 公 頃,為新店溪支流安坑溪所發育形成的 平緩河階㆞形,粒徑分析結果,㈯壤組 成以砂質壤㈯為主,同時由於農場內開 發程度較低,加㆖維護得宜,因此生物 ㈾源相當豐富。 台大安康農場內現㈲㆒㈬塘,作為 農場內灌溉渠道之蓄㈬池,㈬源主要來 ㉂渠道㆖游山溝及少部分住戶排放之生 活污㈬。蓄㈬池面積 0.7 公頃,總儲㈬ 量為 12,950 立方公尺,平均㈬深為 2.5 公尺。㈬塘㆗㈬質的電導度 EC 為 532- 588 µS/cm,溶氧量 DO 為 5.9-6.4 mg/L, pH 值為 6.89-7.21。另外總磷濃度為 0.03- 0.11 mg/L,氨氮濃度為 0.14-0.15 mg/L, 生化需氧量 BOD 為 0.7-2.5 mg/L。㈬質 採 樣 處 為 蓄 ㈬ 池 的 入 ㈬ 口 閘 門 處 , 以 2005 年 8 ㈪ 22 ㈰到 9 ㈪ 15 ㈰,平均每 週㆒次共㆕次的採樣,檢測方法為環保 署公佈之檢測方法為標準。 (㆓) ㆟工浮島單元配置與數量 台灣大㈻安康農場農塘內的㆟工浮 島之設置,為配合後續研究及示範推廣 之功能,主要考量因素在於材料取得之 方便性、經濟性與施工技術性等方面。 而溼式㈲框的類型㊜用於淨㈬型㆟工浮 島,經過評估後決定以 PVC 管及竹子等 兩種材料為浮體構造物,並以塑膠網及 椰纖毯固定於浮體框架㆗,以做為植物 生長之支撐與基質。 浮島製作數量方面,考量浮島總面 積與農塘㈬域面積之比例定為 1/20 ㊧ ㊨,又農塘㈬域之總面積約為 5042 平方 公尺,故浮島總面積應可達 252 平方公 尺,即 63 座㆟工浮島。最後決定製作竹 製浮島 32 座、PVC 管製浮島 38 座,共 計 70 座㆟工浮島,總面積為 280 平方公 尺,約佔總㈬域面積 1/18。

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㆗華民國環境保護㈻會㈻刊 第㆓㈩㈨卷 第㆓期 民國㈨㈩㈤年㈩㆓㈪ 植物來源主要為農場生態池內的㈬ 生植物,挑選出 20 種台灣常見㈬生植物 移植於浮島㆖。㆒個浮島單元㆖僅種植 ㆒種㈬生植物,每個浮島單元平均栽種 植栽為㆕行㆕列,共計 16 叢,將植㈱放 置於挖好的㆖層塑膠網洞㆗,並以㈬苔 (泥炭苔)沾㈬濕潤後覆蓋於植㈱基部,以 做為植物根部的保護,並成為移植初期 養分來源之㆒。 (㆔) 溫室植物生長試驗 根 據 ㈬ 塘 ㆗ ㆟ 工 浮 島 植 物 生 長 狀 況,挑選出㆔種生長狀況良好的㈬生植 物進行試驗,各㈲不同的生長型態,分 別 是 挺 ㈬ 型 的 香 蒲 (Typha orientalis Presl)、挺㈬型的燈心草(Juncus effusus L. var. decipiens Buchen.)、以及挺㈬型但植 ㈱具匍匐性的過長沙(Bacopa monnieri)。 樣區設置在安康農場㈬田堆肥場旁 的花卉棚內,棚頂以不透㈬透明塑膠布 覆蓋,以達到遮雨且透光的效果。放置 ㈦個大型強化塑膠桶,容量為 600 公升。 塑膠桶尺寸為內徑 100 公分,高 75 公分, 內部個放置㆒個小型 PVC ㆟工浮島,製 作方法同㈬塘之實驗,尺寸為 0.5 m × 0.5 m,分為㆕等分,每㆒等分栽種㆒叢植 ㈱。 ㈦ 個 小 型 浮 島 其 ㆗ ㆔ 個 分 別 為 香 蒲、燈心草、過長沙單獨栽種,另外㆔ 個則為香蒲加燈心草、香蒲加過長沙、 燈心草加過長沙兩兩混種,最後㆒個則 無栽種為空白對照。使用㈬源引入農場 ㈬塘的㈬,各桶㈬量裝㉃ 500 公升㈬位 即㈬深為 63.7 公分,試驗期間為 2006 年 1 ㈪ 24 ㈰到 4 ㈪ 20 ㈰,為期㆔個㈪。 (㆕) 研究調查方法 在㈬塘㆗㆟工浮島㆖㈬生植物平均 每週調查其生長㈱高及㈱數,以觀察㈬ 生植物在㆟工浮島㆖生長狀況。 溫室試驗部分,試驗期間每週採㈬ 樣進行㈬㆗營養鹽㈬質分析,並記錄㈬ 生植物生長之㈱高、㈱數,並記錄每次 ㈬位變化,以對應蒸發散量。分析㊠目 包括㈬㆗正磷酸鹽、總磷、氨氮與凱氏 氮。試驗終結後將所㈲植物體採收回實 驗室進行乾重及植物體內氮與磷等營養 鹽之分析。 植物體採收回實驗室以攝氏 80 度 風乾作前處理,得到風乾重,並進行植 物體㆗氮與磷含量分析(6) 。植物體總氮是 以 Kjeldahl 法消化萃取,先取風乾植物 體 250 毫克磨碎粉末於凱氏管㆗後,加 入 2 公克消化藥品 Kjel-tab 粉末﹝硫酸 鉀、硫酸銅、硒粉末以 100:10:1 比例 混合﹞與 6 毫升濃硫酸,其㆗包含㆒個 空白值。以攝氏 370 度消化㆓小時後, 消化完後步驟照㈬質的凱氏氮檢測方法 進行。 植物體總磷的萃取方式是取風乾植 物體 250 毫克磨碎粉末於錐形瓶㆗,加 入 50 毫升濃度 2%醋酸震盪 30 分鐘,其 ㆗包含㆒個空白值。抽濾後以㈬㆗磷酸 鹽的檢測方式進行。 ㈬質檢測方法以環保署公佈之檢測 方法為標準。

㆕、結果與討論

(㆒) ㈬生植物生長評估 ㉂ 2005 年 8 ㈪ 22 ㈰到 12 ㈪ 16 ㈰ 共㈩㆓次,㈬生植物㈱高及密度的生長 率如表 1,其㆗李氏禾、㈬竹葉、台灣 ㈬龍、過長沙以及空心菜因具㈲匍匐性, 貼近塑膠網生長,故㈱高不予記錄。㈱

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高單位為 cm,密度單位為㈱/m2 。平均 生長率為最後㆒次測量值扣除第㆒次測 量值,以試驗期間 114 ㆝來平均,㈱高 生長率單位為 cm/day,密度生長率單位 為㈱/m2 •day。 根 據 ㆟ 工 浮 島 的 ㈬ 生 植 物 生 長 記 錄,不論 PVC 製或竹製的㆟工浮島,植 物生長趨勢分析㆖,整體而言,大致㆖ 是呈先㆖升而後㆘降的趨勢,而後又持 續㆖升的現象。在野外的實驗受到許多 環境因子的影響,所得植物生長曲線無 法像標準曲線般平滑,而影響的其㆗㆒ 個重要時間點是在第 38 ㆝的量測紀錄, 植物的生長達到㆒個高峰,之後開始呈 現㆘降的趨勢。其主要是因為受到 10 ㈪ 1 ㈰的龍王颱風影響,除了部份植㈱遭 風雨吹襲導致受損外,颱風帶來的堆積 物造成㈬塘入㈬口堵塞,入㈬量不足使 得㈬塘㈬位降低,部分以繩索固定於岸 邊的浮島半懸空㆗,而致植物乾枯死亡, 表1 台灣大㈻安康農場㆟工浮島㈬生植物生長率之比較

Table 1. The growth rates of the aquatic macrophytes on artificial floating islands in NTU An-Knag Farm

竹製浮島 PVC 製浮島 ㈬生植物 ㈱高生長率 cm/day 密度生長率 ㈱/m2 •day ㈱高生長率 cm/day 密度生長率 ㈱/m2 •day 開卡蘆 0.00 0.42 0.05 0.20 香蒲 0.09 0.16 0.01 0.11 茭白筍 -0.04 0.03 -0.09 0.04 培㆞茅 0.24 0.10 0.10 0.19 ㈬毛花 -0.13 0.02 0.02 0.41 單葉鹹草 0.02 0.96 0.25 0.55 莞 0.11 0.43 0.04 0.38 大安㈬蓑衣 0.14 0.08 0.24 0.10 柳葉㈬蓑衣 0.13 0.16 -0.08 -0.02 燈心草 -0.09 1.47 -0.06 2.28 甜荸薺 0.00 0.45 -0.09 0.25 芋頭 0.14 0.00 -0.05 0.01 布袋蓮 -- -- 0.12 0.47 荸薺 -- -- 0.06 0.33 李氏禾 ** 0.19 ** 0.12 ㈬竹葉 ** 0.00 ** -0.19 台灣㈬龍 ** 0.01 ** 0.09 過長沙 ** 0.40 ** 1.00 空心菜 ** 0.07 ** 0.01 註:--表示無栽種該種植物 **表示該㈬生植物生長貼近㈬面無記錄㈱高

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㆗華民國環境保護㈻會㈻刊 第㆓㈩㈨卷 第㆓期 民國㈨㈩㈤年㈩㆓㈪ 但經過整理之後植物仍㈲持續生長的趨 勢。 將植物隨時間生長關係回歸,可得 到植物比生長速率 r,並將 20 種㈬生植 物作㆒比較,如圖 1。從生長速率 r 比較 來看,燈心草、培㆞茅、開卡蘆、莞、 香蒲、單葉鹹草、甜荸薺、李氏禾以及 過長沙㈲良好的比生長速率。其㆗燈心 草在生長密度㆖為最大且生長穩定;香 蒲生長狀況整體植㈱較開卡蘆大,且比 生長速率亦較穩定;而在具㈲匍匐性的 植物㆗,過長沙的生長率以及整體密度 都較李氏大。另外單葉鹹草的生長狀況 亦相當良好,但在此以香蒲、燈心草、 過長沙㆔種在㆟工浮島㆗生長穩定且生 長型態差異較大者為室內試驗物種選擇 之考量。 (㆓) 影響浮島植物生長因素 在整個觀察的期間進入秋冬季,氣 溫開始降低,最低降㉃ 13.4 度,部份植 物進入生長較為緩慢的時期或㉁眠期, 植㈱高度維持在㆒定的高度不再㈲明顯 的成長,甚㉃㈲的逐漸㆘降,平均高度 如芋頭最低降㉃ 9.8 cm,㈬毛花 12.0 cm, 而高莖植物茭白筍亦只㈲ 44.9 cm;而植 物生長密度亦維持在㆒定的數量或緩慢 成長,但仍然㈲較不受影響者,在 PVC 結構浮島㆖如燈心草,最高達到 402 ㈱ /m2 ,而過長沙亦㈲ 173.5 ㈱/m2的生長密 度。 本 研 究 所 使 用 的 ㆓ ㈩ 種 ㈬ 生 植 物 ㆗,依據植物生長型態㈵性差異,其㆗ 屬於具㈲㆞㆘匍匐根莖的植物如香蒲及 根 系 發 達 的 培 ㆞ 茅 具 ㈲ 穩 定 之 生 長 情 況,在 PVC 結構浮島㆖分別達到 22 ㈱ /m2 、39.7 ㈱/m2 的生長密度,而多㈱生 長的燈心草、單葉鹹草等生長狀況良好, 植㈱型態匍匐生長的過長沙也呈現相對 較佳之生長狀態,大安㈬蓑衣冬季則進 入其㉁眠期。 本場址㆟工浮島㆖種植之㈬生植物 生長狀態與㆒般濕㆞環境㆗相比較,㆟ 工浮島㆖㈬生植物之生長高度明顯皆低 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 * 燈心草 * 培㆞茅 芋頭 大安水蓑衣 水稻 * 開卡蘆 * 莞 * 香 蒲 水毛花 * 茭白筍 柳葉水蓑衣 * 單葉鹹草 * 甜荸薺 李氏禾 水竹葉 台灣水龍 * 過長沙 空心菜 * 布袋蓮 荸薺 r (1/day) PVC 竹子 圖1 PVC 製與竹製㆟工浮島㈬生植物比生長速率 r 比較

Fig. 1. Comparison of specific growths rate of 20 kinds of aquatic macrophytes on artificial floating islands, made from PVC and bamboo, respectively.

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了許多,生長到㆒定高度則分㈱發展。 從蓄㈬池㈬質㈾料來看,㈬㆗提供的營 養鹽濃度不高為影響因素之㆒。經過㆒ 段時間觀察結果,植㈱生長到固定高度 即停止,或開始枯萎,而在植㈱密度方 面則仍㈲持續生長,達到㆒個動態平衡。 ㈬稻則是由於種植密度過高,使得植㈱ 生長空間不足,最後長到 30 公分高便停 止生長,逐漸枯死。而在㆒般㈬域環境 ㆗生長及繁殖速度極快之布袋蓮,雖然 在此營養鹽較低的㈬域㆗亦能呈現極佳 之生長狀態,生長密度達到 75 ㈱/m2 佔滿整個 PVC 浮島單元空間,實為非常 強勢之物種,在應用㆖需格外小心謹慎。 竹製與 PVC 製浮島在做法㆖存在部分差 異,竹製浮島支撐植物的塑膠網位於㆘ 層竹管㆖方,導致部分區域離㈬較高呈 現缺㈬狀態,而膠製浮島則無此狀況, 使得兩種不同浮體構造的浮島型式因為 作法之差異,造成植物生長群落分布㈲ 些許不同。 (㆔) 植物交互作用與㈬質淨化 根據室內試驗取得植物生長 85 ㈰ 的㈾料,當香蒲與燈心草混合栽種時, 燈心草對香蒲的影響係數α=-0.81,是助 益的關係;而香蒲對燈心草的影響係數 β=+0.32,是㈲抑制的影響。亦即香蒲 與燈心草混合栽種時,香蒲會比其單獨 栽種時㈲更好的生長,而燈心草會比其 單獨栽種時長得較差。 當香蒲與過長沙混合栽種時,過長 沙對香蒲的影響係數α=-0.32,其影響為 助益;而香蒲對過長沙的影響係數β= -0.07,僅㈲少許助益。而由㆖述可以得 知,香蒲與過長沙混合栽種時,香蒲會 比單獨栽種時獲得更好的生長,而過長 沙則影響不大。 當燈心草與過長沙混合栽種時,過 長沙對燈心草的影響係數α=-1.01,㈲相 當的助益;而燈心草對過長沙的影響係 數為 0 影響極小。由㆖述可以得知,燈 心草與過長沙混合栽種時,燈心草會比 其單獨栽種時㈲更好的生長趨勢,而過 長沙幾乎沒㈲受到影響。 過長沙為生長緻密且具㈲匍匐性之 ㈬生植物,在安康農場蓄㈬池㆗栽種㉃ 今經過㈩個㈪,在 PVC 或竹製的浮島㆖ 都㈲極佳之生長狀況,㈲長成「草毯」 的現象,而植物間的互相作用的類型㆗ ㈲提供保護機制並間接產生幫助。而在 此試驗㆗,過長沙長成之「草毯」提供 挺㈬型㈬生植物良好的附著環境,其緊 密的走莖交錯可以使香蒲或燈心草的根 系在物理㆖的發展更加穩固,亦可減少 根 系 直 接 曝 露 於 ㈬ ㆗ 被 魚 類 食 用 的 機 會,此穩固及保護機制亦間接幫助香蒲 及燈心草的生長。 從㈬質㈾料與時間的關係來看,隨 著植物生長而㈬㆗營養鹽濃度㆘降,由 ㈬ 質 ㈾ 料 可 換 算 ㈬ ㆗ 營 養 鹽 質 量 的 減 少,與植物體㆗營養鹽質量的增加作比 較如表 2 及表 3。 表 2、表 3 ㆗植物吸收百分比是植 物吸收量與㈬㆗減少總量的比例,單㆒ 栽種㆗,以過長沙單㆒栽種的吸收程度 為最差,對氮的吸收總合為 5.1%,對磷 的吸收亦僅㈲ 7.6%。在試驗過程㆗觀察 到㈲藻類的大量生長,尤其在過長沙單 獨栽種的桶子㆗,在營養鹽吸收的部分, 受藻類影響相對亦比㈲香蒲及燈心草的 其他桶子大,而過長沙為植物體較小的 匍匐型植物,生物質量亦少,吸收程度 ㈲限。 在混合栽種㆗可以發現會㈲較高的 吸收率,香蒲在混合栽種時,燈心草與

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㆗華民國環境保護㈻會㈻刊 第㆓㈩㈨卷 第㆓期 民國㈨㈩㈤年㈩㆓㈪ 過長沙皆對香蒲㈲助益,為正向交互作 用,其混合栽種對氮與磷的吸收率皆較 單㆒栽種時的香蒲高。 燈心草在混合栽種時,生長被香蒲 所抑制,為負向交互作用;過長沙則幫 助燈心草的生長,為正向交互作用。混 合栽種與單獨栽種的燈心草比較,對氮 與磷的吸收率皆無顯著的差異,顯示燈 心草本身即對㈬質㈲好的淨化效果。 過長沙混合栽種時,對其他兩種植 物㈲助益的效果,而本身不受影響,單 獨 栽 種 的 過 長 沙 對 氮 與 磷 的 吸 收 效 果 低。在試驗過程㆗,過長沙的生長前後 僅㈲兩倍的成長率,而實際在農場㈬池 ㆗觀察的㆕個㈪,PVC 製浮島㆖的過長 沙㈲㆔倍的成長率,並隨著時間增長甚 ㉃更多,故在此試驗㆗觀察到的效果並 不顯著,但在混合其他種植物使用㆖整 體皆對氮與磷的吸收㈲顯著的效果。

五、結 論

㆟工浮島㆖㈬生植物生長狀況良好 者如挺㈬型的香蒲及培㆞茅,在㈱數㆖ ㈲緩慢且穩定的生長;燈心草與過長沙 在浮島㆖生長旺盛,㊜合作為㆟工浮島 植物的選擇;而㈬生植物㆗常見的莎草 科如單葉鹹草、莞等都呈現良好的生長 狀況。禾本科植物如㈬稻、茭白筍及李 氏禾在本研究㆗生長狀況皆不理想。 植物混種實驗方面,緻密匍匐生長 的過長沙對香蒲㈲正面的幫助,其競爭 係數分別為α=-0.32,而對燈心草的競爭 係數為α=-1.01,㈲相當大的助益。其影 響主要來㉂於密生的過長沙對挺㈬型植 物根系的穩固效果,並可提供保護減少 混種物種根系被食用,屬於間接性的幫 助。 在㈬質方面,㆟工浮島對㈬質㈲淨 化的效果,㈬生植物可以吸收氮與磷。 而㈬生植物對營養鹽的吸收以混合栽種 ㈲較好的效果,過長沙分別混合香蒲與 燈心草,對氮磷的吸收率可達 20%以㆖, 單獨栽種的過長沙吸收量㈲限,但可成 為輔助,並配合別種物種使用,間接促 進㈬質淨化效果。

六、建 議

㆟工浮島設計方面,以景觀考量, 竹製㆟工浮島可以達美觀的效果;以耐 用度來看,PVC 製浮島用防㈬膠接合, 相較於用塑膠繩綁的竹製浮島能承受較 多的風浪撞擊與㈰曬,各㈲其㊝勢。建 議採用較耐用的 PVC 構造,在維護與管 理㆖較為便利,並配合過長沙作為基質, 與莎草科或禾本科挺㈬型的植物混合栽 種,對高莖植物㈲間接性的幫助,而「草 毯」覆蓋㆟工構造物亦可㈲效達到美觀 的效果,並提供高莖植物㆒個良性的共 生環境。在㈬生植物支撐可以覆以椰纖 毯保護之以增加㊜當的保護,減少生物 攝食,亦可增加植物穩定效果。 ㆟工浮島㆖的㈬生植物在生長季過 後可以定期採收,可以將營養鹽直接從 ㈬體㆗移除,避免植物體枯死後營養鹽 再度回到㈬體之㆗。

致 謝

本研究感謝行政院環保署「河川㈬ 質 淨 化 工 法 設 計 研 究 計 畫 」 (EPA-94-

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U1G1-02-101)之經費支持。

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數據

Table 1. The growth rates of the aquatic macrophytes on artificial floating islands in  NTU An-Knag Farm

Table 1.

The growth rates of the aquatic macrophytes on artificial floating islands in NTU An-Knag Farm p.7
Fig. 1. Comparison of specific growths rate of 20 kinds of aquatic macrophytes on  artificial floating islands, made from PVC and bamboo, respectively
Fig. 1. Comparison of specific growths rate of 20 kinds of aquatic macrophytes on artificial floating islands, made from PVC and bamboo, respectively p.8

參考文獻