中 華 大 學 碩 士 論 文
簇群植生之抗流機制研究
Flow Resistance Mechanisms of Water Plants in Response to Cluster Patterns
系 所 別：景觀建築學系碩士班 學號姓名：M09607004 張 育 崧 指導教授： 陳 湘 媛 老師
中華民國 九十八 年 八 月
誌 謝
本篇論文的完成，要感謝許多於實驗中幫助過我的同學，及學 弟、學妹們，因為有你們的幫忙才能使本研究能夠順利的完成。
還要感謝我的父母，於求學階段供給我所需的一切，能夠讓我專 心學習。
在此特別感謝我的指導教授陳湘媛老師，於實驗時細心的指導，
以及共同分享、討論研究成果與心得，才能於今日將此篇論文完成。
摘 要
關鍵字：抗流機制、模擬水道、水生植物、生態工程
本研究係從模擬水道出發，探究不同群聚模式的水生植物對於不 同流速之水道，在抗流力方面會產生如何之變化。研究結果發現，簇 群栽培之水生植物，確實較單植者有較強之抗流能力，對環境之適應 能力亦較單植者為強，以水芹菜為例，單植者在面對較高流速沖刷時，
其生長速度趨緩，莖芽組織變得矮小且柔軟，以增加植物的抗流彈性，
此外，其平均根長變短，錨定能力降低，乾鮮重與流速呈反比關係；
至於簇群的水芹菜，在株高、根長與平均綠芽數方面，實驗組與控制 組之差異並不明顯，但是平均單位面積之維管束數量仍是高流速之實 驗組高於低流速之控制組，呈現與單植者相同的結果，亦即水芹菜在 面臨較高流速時，確實以減少莖芽之斷面積但是增加維管束密度的方 式作為生理機制的調整。
Abstract
Key words: flow resistance mechanism, simulated channel, aquatic macrophytes, ecological engineering.
The aim of this study was to examine how clustered aquatic macrophytes respond to different channel flow velocities in terms of changes in their flow resistance mechanisms. Study results showed that the flow resistance ability and environmental adaptability is superior in those planted in the patterns of clusters than those planted singly. Oenanthe javanica DC. (water celery) presented morphological variations at different flow velocities. In singly planted patterns, the growth rate became slow and plant shoots were shorter and softer to increase plant flexibility as flow velocities increased. Root length and root anchorage decreased. Root, stem, and shoot mass were also found to be inversely proportional to flow velocity. On the other hand, the clustered water celery did not show obvious difference in planting height, root length and averaged numbers of green shoots between control groups and experimental groups. However, the numbers of vascular bundles per square micrometer in the experimental groups increased as flow velocity increased, which was the same as the singly planted patterns. It evidenced that the flow resistance mechanisms of water celery when facing higher flow velocity is to decrease its section area but increase the density of vascular bundles.
目 錄
第一章 研究動機與目的
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
第二章 文獻回顧 2.1 國外關於植物對河川影響之相關研究 3
2.2 國外關於水生植物與水流沖刷之相關研究 4
2.3 國內對於河床沖刷防治之相關研究 5
2.4 國內關於水生植物受水流沖刷之相關研究 6
2.5 台灣河川坡度 6
2.6 小結 7
第三章 研究方法與實驗設備 3.1 研究方法與流程 8
3.2 採土樣址及採土原則 8
3.2.1 採土原則 8
3.2.2 蓬來溪環境資料 10
3.2.3 大屯溪環境資料 12
3.3 植物選種 13
3.3.1 植物材料選種依據 13
3.3.2 植栽選定 14
3.4 植物組織切片 15
3.5 實驗設備 16
3.5.1 實驗模擬人工水道模型設備 16
3.6 實驗設計 18
3.6.1 流速控制 18
3.6.2 植物栽種計劃 18
3.6.3 實驗記錄 18
3.6.4 實驗採收 19
3.7 小結 19
第四章 研究結果 4.1 不同流速影響水生植物之生長速度 21
4.2 不同流速之累計新萌綠芽數與黃葉數變化 24
4.2.1 不同流速之累計新萌綠芽數變化 24
4.2.2 不同流速之累計黃葉數之變化 25
4.2.3 不同流速之累計新萌芽數與累計黃葉數之比較 27
4.3 不同流速影響水生植物之生物量 31
4.4 不同流速影響水生植物之型態 32
4.4.1 不同流速之水生植物株高變化 32
4.4.2 不同流速之水生植物直徑變化 33
4.4.3 不同流速之水生植物根長變化 34
4.5 水生植物之生理解剖反應 35
4.5.1 水生植物維管束的變化 35
4.5.2 不同流速之水生植物斷面積與厚度的變化 36
4.6 小結 37
第五章 討論與相關性分析 5.1 相關係數分析 39
5.2 株高與根長之相關性分析 41
5.2.1 控制組株高與根長之相關性分析 41
5.2.2 實驗組株高與根長之相關性分析 42
5.3 株高與直徑之相關性分析 43
5.3.1 控制組株高與直徑之相關性分析 43
5.3.2 實驗組株高與直徑之相關性分析 44
5.4 株高與綠芽數之相關性分析 45
5.4.1 控制組株高與綠芽數之相關性分析 45
5.4.2 實驗組株高與綠芽數之相關性分析 46
5.5 株高與斷面積之相關性分析 47
5.5.1 控制組株高與斷面積之相關性分析 47
5.5.2 實驗組株高與斷面積之相關性分析 48
5.6 株高與平均外徑之相關性分析 49
5.6.1 控制組株高與平均外徑之相關性分析 49
5.6.2 實驗組株高與平均外徑之相關性分析 50
5.7 株高與平均內徑之相關性分析 51
5.7.1 控制組株高與平均內徑之相關性分析 51
5.7.2 實驗組株高與平均內徑之相關性分析 52
5.8 株高與平均厚度之相關性分析 53
5.8.1 控制組株高與平均厚度之相關性分析 53
5.8.2 實驗組株高與平均厚度之相關性分析 54
5.9 根長與斷面積之相關性分析 55
5.9.1 控制組根長與斷面積之相關性分析 55
5.9.2 實驗組根長與斷面積之相關性分析 56
5.10 根長與平均厚度之相關性分析 57
5.10.1 控制組根長與平均厚度之相關性分析 57
5.10.2 實驗組根長與平均厚度之相關性分析 58
5.11 簇群栽植水芹菜之抗流反應分析 58
5.11.1 流速與綠芽數 58
5.11.2 流速與累計黃葉數之相關性 60
5.12 小結 60
第六章 後續研究與建議 6.1 其它植物種類之研究 61
6.2 不同配置模式的研究 61
6.3 跨領域的配合與研究 62
參考文獻 63
圖 目 錄
圖3.1 研究流程圖 9
圖3.2 苗栗南庄蓬萊溪中上游段採土位置圖 10
圖3.3 苗栗南庄蓬萊溪中上游段採土區環境現況 11
圖3.4 苗栗南庄蓬萊溪中上游段採土區動植物生長現況 11
圖3.5 大屯溪龜子山美化工程段採土位置圖 13
圖3.6 大屯溪龜子山美化工程段現況 13
圖3.7 水芹菜 14
圖3.8 人工水道模型示意圖 16
圖3.9 人工水道模型設備圖 17
圖3.10 水芹菜品字型栽種示意圖 18
圖4.1 實驗一簇群栽種之水芹菜於不同流速下之平均綠芽數 22
圖4.2 實驗二簇群栽種之水芹菜於不同流速下之平均綠芽數 22
圖4.3 實驗三簇群栽種之水芹菜於不同流速下之平均綠芽數 23
圖4.4 單株栽種之水芹菜於不同流速下之平均綠芽數 23
圖4.5 實驗一平均流速與累計新萌芽數關係圖 24
圖4.6 實驗二平均流速與累計新萌芽關係圖 25
圖4.7 實驗三平均流速與累計綠芽數關係圖 25
圖4.8 實驗一平均流速與累計黃葉數關係圖 26
圖4.9 實驗二平均流速與累計黃葉數關係圖 26
圖4.10 實驗三平均流速與累計黃葉數關係圖 27
圖4.11 實驗一 AB 槽累計新萌芽數與累計黃葉數 27
圖4.12 實驗一 CD 槽累計新萌芽數與累計黃葉數 28
圖4.13 單植栽植之水芹菜 CD 槽累計新萌芽數與累計黃葉數 28
圖4.14 實驗二 AB 槽累計新萌芽數與累計黃葉數 29
圖4.15 實驗二 CD 槽累計新萌芽數與累計黃葉數 29
圖4.16 實驗三 AB 槽累計新萌芽數與累計黃葉數 30
圖4.17 實驗三 CD 槽累計新萌芽數與累計黃葉數 30
圖4.18 實驗一鮮乾重比較圖 31
圖4.19 實驗一實驗前後平均株高比較圖 33
圖4.20 實驗一簇群栽植之水芹菜實驗前後平均直徑比較圖 33
圖4.21 單株栽種之水芹菜實驗前後根長比較圖 35
圖4.22 實驗一實驗前後平均根長比較圖 35
圖4.23 實驗一平均維管束與斷面積比較圖 36
圖4.24 平均斷面積與厚度比較圖 37
圖4.25 單植方式之水芹菜於不同流速之平均斷面積變化 37
圖5.1 控制組 A 槽株高與根長關係圖 41
圖5.2 控制組 B 槽株高與根長關係圖 41
圖5.3 實驗組 C 槽株高與根長關係圖 42
圖5.4 實驗組 D 槽株高與根長關係圖 42
圖5.5 控制組 A 槽株高與直徑關係圖 43
圖5.6 控制組 B 槽株高與直徑關係圖 43
圖5.7 實驗組 C 槽株高與直徑關係圖 44
圖5.8 實驗組 D 槽株高與直徑關係圖 44
圖5.9 控制組 A 槽株高與綠芽數關係圖 45
圖5.10 控制組 B 槽株高與綠芽數關係圖 45
圖5.11 實驗組 C 槽株高與綠芽數關係圖 46
圖5.12 實驗組 D 槽株高與綠芽數關係圖 46
圖5.13 控制組 A 槽株高與斷面積關係圖 47
圖5.14 控制組 B 槽株高與斷面積關係圖 47
圖5.15 實驗組 C 槽株高與斷面積關係圖 48
圖5.16 實驗組 D 槽株高與斷面積關係圖 48
圖5.17 控制組 A 槽株高與平均外徑關係圖 49
圖5.18 控制組 B 槽株高與平均外徑關係圖 49
圖5.19 實驗組 C 槽株高與平均外徑關係圖 50
圖5.20 實驗組 D 槽株高與平均外徑關係圖 50
圖5.21 控制組 A 槽株高與平均內徑關係圖 51
圖5.22 控制組 B 槽株高與平均內徑關係圖 51
圖5.23 實驗組 C 槽株高與平均內徑關係圖 52
圖5.24 實驗組 D 槽株高與平均內徑關係圖 52
圖5.25 控制組 A 槽株高與平均厚度關係圖 53
圖5.26 控制組 B 槽株高與平均厚度關係圖 53
圖5.27 實驗組 C 槽株高與平均厚度關係圖 54
圖5.28 實驗組 D 槽株高與平均厚度關係圖 54
圖5.29 控制組 A 槽根長與斷面積關係圖 55
圖5.30 控制組 B 槽根長與斷面積關係圖 55
圖5.31 實驗組 C 槽根長與斷面積關係圖 56
圖5.32 實驗組 D 槽根長與斷面積關係圖 56
圖5.33 控制組 A 槽根長與平均厚度關係圖 57
圖5.34 控制組 B 槽根長與平均厚度關係圖 57
圖5.35 實驗組 C 槽根長與平均厚度關係圖 58
圖5.36 實驗組 D 槽根長與平均厚度關係圖 58
圖5.37 流速與綠芽數之關聯性分析 59
圖5.38 流速與累計綠芽數之關聯性分析 59
圖5.39 流速與累計黃葉數之關係圖 60
表 目 錄
表2.1 台灣河川坡度表 6
表4.1 實驗記錄表 20
表4.2 單株栽植之植物於不同流速下之株高變化 32
表4.3 單株栽植之水芹菜實驗前後平均直徑比較表 34
表5.1 相關係數檢定表 40
第一章 研究動機與目的
1.1 研究動機
近年來政府公私部門均大力推動生態工法的觀念與技術，許多關 於生態工程之研究也積極展開，但是這些研究的重點多在河川護岸之 型式、材料、工法，並以植栽之存活比率、綠覆速度做為適生植物種 類之指標，對於長時間監測或實證性的研究較為少見，更少見從植物 之抗流能力出發者。
植生工法常被使用在河川護岸及邊坡穩定的工程上，工程界的共 識是在選種上應考量採用低維護、生長速度迅速、有良好固土能力之 植物種，但是對於適生植物的認定卻常是以生長速度與成活率高低為 選擇的指標，究竟植物對水流的反應是否僅表現在成活率與生長速度 上，還是有其他的生理機制抵抗水流乃是本研究的動機，研究延續前 期單株栽植的水芹菜對於不同流速的抗流機制研究成果為基礎，在本 研究中嘗試改變植栽的配置型式來探討植生抗流時的生理調節機制，
希望能找出簇群植生針對流速改變時所產生的自我調整機制及反應能 力極限。
1.2 研究目的
本研究擬收集國內外相關文獻，做為擬訂實驗設計之準則，並從 文獻中找出台灣河川的分類型式，於實驗室中進行模擬，於實驗採收 時，採用徒手切片方式保存水芹菜的莖部斷面，利用電子顯微鏡觀察
徑等之變化，進一步使用Image J 軟體計算其個別的斷面積、內徑與外 徑。實驗數據將利用統計軟體SPSS 探討彼此間的關係，進一步了解植 栽受到不同流速沖刷後，其所產生的調整機制及反應能力。研究從改 變植栽配置型式卻不改變總株數的情況下，來探討其抗流能力之變 化，可以證實簇群植生方式對抗流能力是否有提升的效果，研究成果 將可提供實務界做為未來施作河道植生工程時之參考依據，也可以確 定河道植生復育工程之適生性物種，而透過資料分析檢測，如果能因 此建立植物抗流的反應模式，對於河川環境的監測也可以有很大的助 益。
第二章 文獻回顧
2.1 國外關於植物對河川影響之相關研究
歷來的研究已證明植被的存在確實影響河流的流速，利用植物做 為河岸緩衝帶的相關研究包括Dabney 等人提出的論點，認為緩衝帶可 降低沖蝕、攔截沉澱物，以及經由緩慢逕流移除污染物質，即使緩衝 帶小於1m 寬也能攔截許多沉澱物（Dabney et al., 2006）。
植被類型在河道形態學上扮演關鍵的角色，研究指出覆有河岸林 緩衝帶的河川寬度要比單純草生帶的河川寬2~2.5 倍；相對的也有人指 出河岸林河川較草岸林河川為窄（Gregory and Gurnell, 1988）。
根據加拿大BC 省的研究指出，重大的河岸侵蝕中，無河岸林河川 的侵蝕為有河岸林的蜿蜒河川的30 倍。
在1993 年 Kansas 洪氾後的研究中，Geyer et al.(2000)指出草岸緩 衝帶的河岸一般平均形成24m 的河岸侵蝕，至於河岸林緩衝帶則多為 土壤沉積（Wynn, 2006）。
針對植被對河岸影響之研究，另有 Simon and Collison 提出河岸植 被對河岸的穩定性有機械與水力兩種影響，有的改善河岸穩定性，有 的卻相反（Simon and Collison, 2002）。
Lewis 提出河道抗力係由兩種因素組成：經由摩擦力產生的能量損 失與河道內流速的變化作用（Lewis, 1997），後者在植被河道中特別明 顯，植物莖的尺寸形成的抗力會導致植株內的低速與植株外的高速這 種大幅度的流速變化，不同莖葉尺寸將形成不同的流速。
2.2 國外關於水生植物與水流沖刷之相關研究
淡水水生植物在流動水流中遭遇潛在的阻力 (拖曳力)時，必須在 形態上加以適應以避免機械性的傷害與連根拔起 。
由於水力會破壞或移動生物體，使得流動水流中之生物棲息受到 機械性的限制（Schutten, 2000），對於植物在形態上的因應，根據研究，
淡水水生植物在流動水流中遭遇潛在的拖曳力時，必須在形態上加以 適應以避免機械性的傷害與連根拔起，部分物種自短莖上長出小而硬 的簇葉狀，以便抵抗強的阻力與加強裸露湖岸的力量。其他物種則遺 傳了流線型的長線狀葉與莖（Sand-Jensen, 2003）。
大部分的物種無關乎生長的形式，會形成很具彈性的枝芽以讓其 順著水流並降低直接暴露於水流的表面積（Koehl, 1984）。
植株變形可能發生在不同形狀的嫩葉、全葉、莖與芽系統，彈性 植物在增加的流速中會彼此緊靠壓縮其葉片，靠緊莖部，以形成較流 線型的形狀，壓低的前緣面對水流並遮住大部分的植物表面積
（Sand-Jensen & Mebus, 1996）。
因植物存在而產生或調整的流速型式與其本身的代謝、物理抗力 及發育等有很強的關聯性，同時與沉澱物、沉澱粒子之再度懸浮、植 物表面微生物及無脊椎生物之生長與存活、或冠層遮蔽的沉澱物等均 相關（Sand-Jensen, 1997）。
草本植物對抗沖蝕之功效包括：攔阻、抑制、延緩及入滲。草本 植物或禾本科植物較木本植物防沖蝕能力佳，主要係因為提供較高之 地表覆蓋。植物將其根部錨定土壤中以支撐植物的地上部，因此對土 壤基質產生強化作用（Greenway, 1987）。植生根系的強度及錨定至岩 層中的厚度則為邊坡植生工程的重點。據研究，草本植物的高地表覆
蓋率是防止邊坡沖蝕的重要因素（Gray and Sotir, 1996）。
水中生物當面臨流速快的環境，會發展出對環境的不同適應，如 型態上、表面結構上或植物體的硬化或強化（Denny, 1988; Niklas, 1994）
當暴露於水流壓力時，植物的流力表現就是其忍受因水流動所引起的 抗流的能力（如：型態的調適）。Sultan (1987)認為適性（fitness）就是 一種生物對環境的適應力，足以讓該生物能夠相對成功存活與繁殖。
此外，研究指出，植物莖的尺寸形成的抗力會導致植株內的低速 與植株外的高速這種大幅度的流速變化，不同莖葉尺寸將形成不同的 流速。就葉片的尺度而言，抗力依莖葉之結構與水力特性而異，例如 其分枝的程度、個體的厚度、每株植物的芽的密度（Manz and Westhoff, 1988），個別枝芽的彈性是很重要的，因為其決定枝芽彎曲，以及植株 受水流壓縮的程度（Sand-Jensen, 2003）。枝芽愈長彈性愈大，但枝芽 愈厚彈性愈差（Manz and Westhoff, 1988）。
從以上文獻回顧可看出，大部分的研究是在模擬流場中以塑膠葉 片或沉水性植物進行流速測試，少有操作於自然河道或者先行試種水 生植物，再以不同流速之水流測試植物之生理反應機制者（Green, 2004;
Järvelä, 2004）。
2.3 國內對於河床沖刷防治之相關研究
根據黃進坤等之研究，導流條長度(L)愈長愈能達到保護的效果。
於彎道中對外岸的保護效果比內岸為佳。當導流條長度大於沖刷坑的 範圍時，其保護效率隨著長度快速的增加，在L = 4Ld 時，其保護效 率可以達到94%，幾乎達到完全的保護功能。(黃進坤等，2006)
水流能量耗損多透過三種方式或它們之間的組合來滿足，即: (1)
增加河寬；(2)減小坡度；(3)加大水流阻力。(陳樹群，鄒青穎，2005) 河床表面粗糙化將使渠床糙率增大，此外，階梯-深潭的發育增加 了水流流路而減緩渠床坡降，兩者作用下皆使水流能耗率減小，進而 降低水流輸砂的能力，達到穩定河床之作用。(陳樹群，鄒青穎，2005)
2.4 國內關於水生植物受水流沖刷之相關研究
水芹菜在面對較大的流速變化時，其反應機制為降低株高、根長，
採收後計算株高與根長之比值，實驗組CD 槽比值要大於控制組 AB，
意謂流速增加會抑制植物根部的生長速度。水芹菜用以避免機械傷害 的反應機制乃是降低植株的高度與直徑，以便有較彈性柔軟的莖部對 抗拖曳力，至於其根部變短，推測乃是為使植株降低錨定作用，以便 有機會尋找更適當的生長環境。(陳湘媛等,2008)
而高蘇白的研究中，於實驗水槽栽植不同密度的水蘊草，利用水 生植物的倒伏現象估計植栽渠道之阻滯係數，再藉由阻滯係數與曼寧 公式的組合，求出植栽渠道的流速。（高蘇白，2008）
2.5 台灣河川坡度
由表2.1 台灣河川坡度表可得知，河川平均坡度多在 2 % 以下，
未來實驗時將參考此數據做為模擬河道之坡度。
表2.1 台灣河川坡度表
中央管河川名稱 長度(km) 平均坡度% 縣市管河川名稱 長度(km) 平均坡度%
二仁溪 61.2 0.130 得子口溪 0.021
阿公店溪 38 0.143 新虎尾溪 49.85 0.093
東港溪 44 0.200 鹽港溪 12 0.161
鹽水溪 41.3 0.339 福興溪 15.3 0.303
花蓮溪 57.28 0.351 老街溪 36.7 0.333
鳳山溪 45.45 0.444 吉安溪 11.4 0.446
曾文溪 138.47 0.500 雙溪 26.81 0.500
頭前溪 63.03 0.526 太平溪 20.5 0.500
濁水溪 186.6 0.526 南崁溪 30.73 0.538
卑南溪 84.35 0.606 美崙溪 15.4 0.833
後龍溪 58.3 0.625 保力溪 20.7 1.370
中港溪 54 0.667 社子溪 24.17 1.587
高屏溪 171 0.667 港口溪 31.18 1.613
淡水河 158.7 0.820 西湖溪 32.5 1.695
急水溪 65 0.847 楓港溪 20.32 2.500
烏溪 119.13 1.087 利嘉溪 37.8 2.632
大安溪 95.76 1.333 率芒溪 22.3 2.857
大甲溪 124.2 1.667 立霧溪 55 3.125
北港溪 82 1.695 蘇澳溪 8.83 3.333
四重溪 31.91 1.695 新城溪 18.13 3.333
朴子溪 75.87 1.887 得子口溪 19.3 4.762
八掌溪 80.86 2.381 南澳溪 48.4 4.762
和平溪 48.2 2.703 知本溪 39.25 5.000
秀姑巒溪 81.15 2.941 枋山溪 25.67 5.263
後龍溪 58.3 3.846 磺溪 13.5 6.667
資料來源：經濟部水利署http://www.wra.gov.tw/
2.6 小結
從國外相關研究中可以得知，對植物在抗流上的研究已開始受到 重視，但侷限於開放河道複雜的不可確定因素，研究仍多以實驗室操 作為主，且多以塑膠葉片為實驗材料者，實驗的方式則多以模擬河道 中植被如何影響流速為重點，對於植物因應流速變化的生理反應機制 如莖葉分歧、植物生理反應之變化等之研究較少，也因此可預見此領 域的研究價值（陳湘媛，2009）， 本研究擬以簇群栽植的型式來探討 其與單植型式者在植物對抗水流之生理反應方面會有那些差異性。
第三章 研究方法與實驗設備
基於相關文獻之蒐集整理，本研究以水芹菜為實驗材料，並以實 驗室內之模擬水道為操作場所，以便控制植物之生長條件，並利於植 物生長狀況之記錄，以下就研究方法、流程與實驗設計分項說明。
3.1 研究方法與流程
在研究方法上，本研究係以文獻回顧及實驗室條件限制決定實驗 水槽之尺寸，由於過去的相關研究較著重於水生植物的抗流能力檢 驗，對於植物生理機制反應則較少提及，因此本研究在實驗設計上特 別重視每周水芹菜的生長變化記錄，採收後並進行切片檢視，比較流 速對控制組與實驗組水生植物的影響，實驗前記錄單一植物之鮮重、
株高、根長與綠芽數量、匍匐莖數量，實驗後則增加記錄植物的乾重。
整體研究流程，參考圖3.1 研究流程圖。
3.2 採土樣址及採土原則 3.2.1 採土原則
由於研究擬以河川砂石為植物栽培介質，以更能模擬實際河道之 環境，因此選擇兩處河川為採土區，即苗栗縣南庄鄉蓬萊溪中上游段
（參考圖3.2 苗栗南庄蓬萊溪中上游段採土位置圖），與台北縣三芝鄉 的大屯溪整治河段（參考圖3.5 大屯溪龜子山美化工程段採土位置 圖），至於採土原則如下：
一、未經過人為整治過之天然河川或經整治但植生已穩定之河川。
二、人員車輛可及性高的地點。
三、採土周圍有植栽及生物生長，未受污染之土樣。
四、採取約 10cm 的表層土壤。
五、過大的石塊及多餘的水份於採土前事先排除。
圖 3.1 研究流程圖 研究動機與目的
文獻回顧
實驗設計
材料之選定 栽種型式 模擬水道坡度 模擬流速
實驗記錄
實驗採收
徒手切片 水芹菜生物量
分析實驗數據
結果與討論
結論與建議
3.2.2 蓬來溪環境資料
蓬萊溪是中港溪的上游重要支流之一，位於苗栗縣南庒鄉蓬萊村，因 屬上游河段，河岸植被樹木茂密，河中大石林立，以前蓬萊溪因清澈 的河水、豐富的魚蝦，每至假日吸引眾多遊客至此戲水烤肉，因此造 成河川污染，加上因網捕、毒魚而破壞河川生態，基於特硃的地理環 境及團結的護魚理念，鄉公所乃積極推動封溪護漁，希望能夠讓河川 休養生息，以提供魚類優良的棲地（資料來源：台灣河川復育網站）。
圖3.2 苗栗南庄蓬萊溪中上游段採土位置圖
採土位置
圖3.3 苗栗南庄蓬萊溪中上游段採土區環境現況
桂竹 桂竹苗
長梗苧麻 曼陀羅苗
鱗蓋蕨 蜂蛹
3.2.3 大屯溪環境資料
位於台北縣三芝鄉之大屯溪（又稱龜子山溪），因歷經 2000 年象 神颱風、2001 年納莉颱風所帶來的土石流，造成河道箱涵阻塞、河岸 沖毀、農地流失等災害，台北縣水保局於2000 年先進行溪底橋之改建 工程（含橋上下段石籠護岸），2003 年行政院公共工程委員會選擇此地 為觀摩示範區-生態工法博覽會的第一站，台北縣政府負責活動的規劃 辦理及溪岸砌石護岸工程，行政院農委會水保局則協助辦理該示範段 箱籠護岸及溪底橋上游兩岸景觀綠美化工程，並且持續進行該示範段 整治（資料來源：台灣河川復育網站）。
關於大屯溪之採土，場址選定在大屯溪龜子山植生綠美化工程段 下游50 m 處，為生態工法河溪整治工程之示範河段，迄今完工三年，
河岸與河床目前植生狀況良好，河床有泥沙堆積，有水生動植物存在，
昆蟲部分有水蠆，植物則以次生林先驅植物五節芒與入侵種大花咸豐 草為優勢草種（參考圖3.6 大屯溪龜子山美化工程段現況）。在採土區 土壤質地表土10 cm 處以砂質土壤為主，大於 10 cm 深則以黏土為主，
有腐臭味，故僅採取表層土壤。採土時以圓鍬採土，儘可能去除過大 石塊及濾掉溪水。
圖3.5 大屯溪龜子山美化工程段採土位置圖
圖 3.6 大屯溪龜子山美化工程段現況（陳湘媛攝）
3.3 植物選種
3.3.1 植物材料選種依據：
一、為配合水槽尺寸，植物材料之尺寸需低於 30cm
二、植物生長勢強、易於繁殖、多年生草本、分佈範圍廣。
採土位置
四、低人工維護，天然之環境可自然生長。
五、根系需有良好之固土定砂能力。
3.3.2 植栽選定
水芹菜：繖形科 Apiaceae 學名：Oenanthe javanica DC.
一、植物分佈：全台灣水溝邊、田畦及溪岸頗常見。
二、植物生理特性：多年生草本，植物體多分枝，高可達30cm，
全株具芹菜之香味。莖中空，表面有稜脊，無毛。葉互生，
一至三回羽狀複葉，小葉卵形、橢圓形至線形，鋸齒緣。複 繖形花序，花白色；萼片三角狀披針形，宿存；花瓣倒卵形，
長約 2.5mm。離果，脈隆起。分布於熱帶亞洲。
(http://content.edu.tw/primary/ country/tc_ua/n012/html/5-4.htm，950409 )
圖3.7 水芹菜
（資料來源：http://tai2.ntu.edu.tw/udth/bin/fot1.exe/browse?bid=3&page
=1031）
3.4 植物組織切片
由於文獻中較少看到相關學者對於植栽受到流速影響後，從植栽 自體的生理反應做研究的資料，於是本研究擬採用植物組織切片，觀 察實驗後水芹菜維管束組織的變化，以探討植栽受到流速影響後，其 自體所產生之生理反應。
一般常見到的植物組織切片有兩種方式如下：
一、埋蠟切片法（Paraffin method）
利用埋蠟切片技術針對實驗後採集之植物材料進行維管束與 切片組織分析，埋蠟切片之過程概略為：固定→洗滌→脫水→浸 蠟→埋蠟→切成薄片→貼於載玻片上→乾燥→溶蠟→脫水及染色
→封片（蔡淑華，2000）。埋蠟之目的在於做成永久片後可以清楚 比較在不同實驗條件下（如栽培密度或流速）植物在生理結構上 產生的細微變化，是從植物解剖學的角度對「抗流機制」做分析
（陳湘媛等，2008）。
二、徒手切片法（Free hand section）
由於埋蠟手續繁複，僅能選取部分植栽抽樣分析，為取得更 完整之資料，所有實驗後採集之植株均以徒手切片法留下新鮮的 莖部組織，分別以F.A.A.固定液（福馬林 5 ml，冰醋酸 5 ml 以及 50%~70%酒精 90 ml）暫時保存，留待記錄斷面積與植物組織。
因埋蠟切片法之步驟及花費時間較長，故本實驗僅採用徒手 切片法做為保存植物組織之方法。
3.5 實驗設備
3.5.1 實驗模擬人工水道模型設備如下：
一、水槽：1cm 厚可調式壓克力水槽兩組，長 200cm，寬 30cm，
高40cm。
二、抽水馬達 2 具。
三、植栽槽木箱，長 90cm，寬 29cm，高 5cm，板厚 1cm，以樹 脂與鐵釘膠著固定。
四、三尺長 40w 雙管植物燈兩盞。
五、定時器 Timer (設定照光時間 6:30am~17:30pm) 六、溫度計。
圖3.8 人工水道模型示意圖
整體設備 變頻馬達
進水口
變頻馬達
集水槽1 集水槽2
坡度調節閥
調節閥
A-A’ B-B’
入水口 尾水閘板
流量計 開關與調速器
坡度調節閥 三尺植物燈
定時器 集水槽
進水口 出水口與尾水閘板
圖3.9 人工水道模型設備圖
3.6 實驗設計 3.6.1 流速控制
一、實驗組流速不變；控制組每三周調高流速一次。
二、控制組轉速為 16.00HZ；實驗組轉速分別為 15.75HZ、
18.75HZ、21.75HZ、24.75HZ、27.75HZ。
3.6.2 植物栽種計劃
一、於栽種前每株水芹菜先於電子秤秤得其鮮重，再測量水芹菜 之株高、直徑、綠芽數與根長。
二、每組植栽箱槽種植 3 株一簇共 48 株水芹菜，採品字型種植，
初期兩槽固定相同流速讓水芹菜生長勢穩定後調整實驗組流 速。
三、植栽槽覆土深度 4cm。
圖 3.10 水芹菜品字型栽種示意圖 3.6.3 實驗記錄
一、記錄頻率為每周一次，記錄項目為綠芽數、黃葉數及其它生 理現象。
二、原則上實驗以十五周為一期，當實驗組存活率低於50%時結 束實驗採收植栽，並測量植栽鮮重、乾重、根系長度與與株 高。
水流方向
3.6.4 實驗採收
一、採收後測量個別水芹菜之高度及根長、最高綠芽之直徑、地 下匍匐莖之長度、鮮重。
二、採用徒手切片法，將水芹菜莖的斷面切片後，於電子顯微鏡 中拍照，並使用 Image J 軟體計算其斷面積，並計算維管束數 量。
三、於攝氏 105℃、24 小時烘乾後測其總乾重。
3.7 小結
於文獻中較少看到從植物生理面對不同流速反應之研究，本研究 從人工模擬水道為出發點，將植物栽種於水道內，待其生長穩定後再 給予不同的流速沖刷，每星期記錄水芹菜之生長狀況，於最終採收時 再將水芹菜解剖切片，如此繁雜的步驟是為了能夠更精確的得到實驗 數據，進而探討植物自體抗流反應的生理變化，研究期間一共完成三 次實驗，分別於以下章節討論。
第四章 研究結果
本研究主要以簇群方式栽植水芹菜，以便與單植方式之抗流反應 做比較，研究期間一共完成三次實驗，分別為實驗一，從2008 年 9 月 至2009 年 02 月，歷時 18 周；實驗二，自 2009 年 1 月至 2009 年 5 月，
歷時18 周；與實驗三，自 2009 年 2 月至 2009 年 05 月，歷時 13 周。
實驗一與實驗三係以苗栗縣蓬萊溪上游土壤為栽培土，實驗操作地點 在中華大學，實驗二則以台北縣三芝鄉的大屯溪整治河段土壤為栽培 土，實驗操作地點為台北科技大學，見表4.1 實驗記錄表。
表4.1 實驗記錄表
實驗一，於中華大學水環實驗室中進行，流速範圍從0.10 m/s 至 1.40 m/s，歷時 18 週，於栽種第 5 週時出現蚜蟲蟲害，施予有機酸鉀
時間 週數 實驗樣土 實驗地點
實驗一
2008 年 09 月 24 日至 2009 年 02 月 04 日
18 苗栗蓬萊溪 新竹中華大學
實驗二
2009 年 01 月 16 日至 2009 年 05 月 21 日
18 台北大屯溪 台北科技大學
實驗三
2009 年 02 月 13 日至 2009 年 05 月 01 日
13 苗栗蓬萊溪 新竹中華大學
鹽製劑100 倍稀釋液噴灑驅蟲，於第 6 周蟲害開始減緩，實驗於第 18 週時因存活率低於50%，乃終止實驗。
實驗二，於台北科技大學水工實驗室中進行，流速範圍從0.10 m/s 至1.40 m/s，歷時 18 週，於栽種第 4 周時，實驗組 D 槽出現白紋蝶幼 蟲蟲害，因害蟲個體較大，使用人工除蟲；於第5 週 AB 槽出現蚜蟲 蟲害，施予有機酸鉀鹽製劑100 倍稀釋液噴灑驅蟲，第 6 周 CD 槽也 出現蚜蟲蟲害，驅蟲後兩槽蟲害都於第 8 周時開始減緩，於 18 周後因 成活率低而停止實驗。
實驗三，於中華大學水環實驗室中進行，流速範圍從0.07 m/s 至 0.80 m/s，歷時 13 週，於栽種第 3 週時出現蟲害，施予有機酸鉀鹽製 劑100 倍稀釋液後隔週蟲害趨緩，但於第 6 周時水芹菜發生病害，莖 部癱軟並大量死亡，第13 週時植株全部死亡，於是終止實驗。
從三次實驗中，可以歸納出水芹菜因應不同流速而產生的生長變 化，包括綠芽數目變化、乾鮮重變化，以及型態上的變化等，以下分 別討論。
4.1 不同流速影響水生植物之生長速度
實驗一最初，控制組植栽槽AB 平均綠芽數為 3.00；實驗組 CD 槽 之平均綠芽數為3.19，實驗組約高出控制組 6.3%（圖 4.1）。當流速調 整至1.40 m/sec 時，控制組植栽槽 AB 平均綠芽數為 3.2；實驗組 CD 槽之平均綠芽數為3.07，實驗組約低於控制組 4.1%，雖然差異並不顯 著，仍能看出流速影響簇群栽種之水芹菜的綠芽生長。
實驗一 水芹菜平均流速與平均綠芽數關係圖
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 栽植週數
m/sec
0 1 2 3 4
5 AB槽流速
(m/sec) CD槽流速 (m/sec) A B C D
圖 4.1 實驗一簇群栽種之水芹菜於不同流速下之平均綠芽數 實驗二中，控制組植栽槽AB 平均綠芽數為 4.46；實驗組 CD 槽之 平均綠芽數為3.54，實驗組約低於控制組 20.6 %（圖 4.2）。當流速調 整至1.20 m/sec 時，控制組植栽槽 AB 因蟲害因素造成植株死亡；實驗 組CD 槽之平均綠芽數雖為 3.3，但存活率亦僅有 2%，教 AB 槽維持較 長的時間，初步推測提高流速能減緩水芹菜蟲害擴散之速度。
於單株植栽中水芹菜實驗中，因植株栽植株距較大，蟲害傳播速 度因此降低，如發生蟲害時投藥便不再復發，於簇群型式栽種之水芹 菜，因植株之間較為緊密，病蟲害傳播速度提高，施藥後復發機率也 較容易，使得植栽較容易罹病凋萎。
實驗二 水芹菜平均流速與平均綠芽數關係圖
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 栽植週數
m/sec
0 2 4 6 8
10 AB槽流速
(m/sec) CD槽流速 (m/sec) A B C D
圖 4.2 實驗二簇群栽種之水芹菜於不同流速下之平均綠芽數
實驗三中，控制組植栽槽AB 平均綠芽數為 4.53；實驗組 CD 槽之 平均綠芽數為4.36，實驗組約低於控制組 3.8 %（圖 4.3）。
當流速調整至0.6 m/sec 時，因實驗組 AB 與控制組 CD 植栽均感 染病蟲害，造成全部植栽死亡，使得實驗終止。
實驗三 水芹菜平均流速與平均綠芽數關係圖
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 栽植週數
m/sec
0 1 2 3 4 5 6 7
8 AB槽流速
(m/sec) CD槽流速 (m/sec) A B C D
圖 4.3 實驗三簇群栽種之水芹菜於不同流速下之平均綠芽數 在單株種植之水芹菜實驗中，成小幅度梯度增加流速的實驗組水 芹菜在流速達到1.00 m/sec 時出現生長遲滯現象（圖 4.4），但是在簇群 栽種之水芹菜，其綠芽數至流速達到1.40 m/sec 時仍呈緩慢增加趨勢，
可以說明簇群栽種可以提升水芹菜之抗流能力。
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 Weeks after planting
Flow velocities of planters AB & CD (m/s)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Average green shoots
Flow velocities of planter AB (m/s) Flow velocities of planter CD (m/s) Control group Planter A Control group planter B Experimental group planter C Experimental group planter D
圖4.4 單株栽種之水芹菜於不同流速下之平均綠芽數（陳湘媛，2009）
4.2 不同流速之累計新萌綠芽數與黃葉數變化 4.2.1 不同流速之累計新萌綠芽數變化
從實驗一中得知，控制組水芹菜的綠芽數呈穩定上升趨勢，在第 六周時因出現蟲害，所以綠芽數之增加速度趨緩，A 槽之綠芽數甚至 有下降情形；至於實驗組部分，每3 週調整流速時，通常綠芽數會於 第2 週產生衰退現象，但於第 3 週生長勢穩定後綠芽數目又開始上升，
直至流速到達1.40 m/s 時，綠芽數還是在持續生長（圖 4.5），高於單 植方式的抗流極限1.00 m/s，由此可知簇群栽植之水芹菜耐受性更優於 單植者，於簇群栽種時雖面臨高流速的變化，仍能快速的適應水流並 萌發出新芽。
實驗一 平均流速與累計新萌芽數關係圖
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 栽植週數
流速 m/sec
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
累計綠芽數
AB槽流速 (m/sec) CD槽流速 (m/sec) A
B
C
D
圖 4.5 實驗一平均流速與累計新萌芽數關係圖
實驗二於第五周時修剪水芹菜的老葉，讓新萌綠芽直接受到不同 流速的沖刷，實驗過程中也反應與實驗一相同的生長趨勢，實驗組每3 週調整流速時，綠芽數會於第2 週產生衰退現象，但由於實驗二在栽 種後第13 週發生蟲害，使得植株大量死亡，也造成綠芽數大幅度下降
（圖4.6）。
實驗二 平均流速與累計新萌芽數關係圖
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 栽植週數
流速 m/sec
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
累計綠芽數
AB槽流速 (m/sec) CD槽流速 (m/sec) A
B
C
D
圖4.6 實驗二平均流速與累計新萌芽關係圖
實驗三中，從第1 週至第 7 週綠芽數都呈緩慢生長趨勢，但於第 6 週時因水芹菜發生蟲害，乃於第七周時修剪水芹菜的老葉，隔週發現 植株大量死亡，也使得綠芽數大量減少，於第13 週時植栽全部死亡，
乃結束本次實驗（圖4.7）。
實驗三 平均流速與累計新萌芽數關係圖
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 栽植週數
流速 m/sec
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
累計綠芽數
AB槽流速 (m/sec) CD槽流速 (m/sec) A
B
C
D
圖4.7 實驗三平均流速與累計綠芽數關係圖 4.2.2 不同流速之累計黃葉數之變化
實驗一中，從第1 週至第 6 週累計黃葉數量增加情形較緩，至第 7 週累計黃葉數開始提升，於第9 週時，控制組 AB 因招受蟲害，使得
15 週無上升之趨勢（圖 4.8）。
實驗一 平均流速與累計黃葉數關係圖
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 栽植週數
流速 m/sec
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
累計黃葉數
AB槽流速 (m/sec) CD槽流速 (m/sec) A
B
C
D
圖4.8 實驗一平均流速與累計黃葉數關係圖
實驗二中，從第 1 週至第 11 週累計黃葉數發生情形較緩，至第 12 週累計黃葉數開始提升，在栽種後第13 週發生蟲害，使得植株大量死 亡，於第14 週達到最大黃葉數，隔週實驗組 AB 植栽全數死亡，只剩 控制組CD 槽少數植栽存活，於第 18 週存活率更只剩下 2%，使得實 驗終止（圖4.9）。
實驗二 平均流速與累計黃葉數關係圖
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 栽植週數
流速 m/sec
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00
累計黃葉數
AB槽流速 (m/sec) CD槽流速 (m/sec) A
B
C
D
圖4.9 實驗二平均流速與累計黃葉數關係圖
實驗三中，從第1 週至第 8 週累計黃葉數發生情形較緩，至第 9 週因水芹菜發生病害，莖部癱軟植株大量死亡，累計黃葉數開始提升
（圖4.10）。
實驗三 平均流速與累計黃葉數關係圖
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 栽植週數
流速 m/sec
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
累計黃葉數
AB槽流速 (m/sec) CD槽流速 (m/sec) A
B
C
D
圖4.10 實驗三平均流速與累計黃葉數關係圖 4.2.3 不同流速之累計新萌芽數與累計黃葉數之比較 4.2.3.1 實驗一累計新萌芽數與累計黃葉數之比較
實驗一中， AB 槽新萌芽數雖低於黃葉數，但持續有再萌發新芽，
實驗中從第9 週至第 18 週因受到蟲害之影響，造成老株死亡，但匍匐 莖上的匍匐芽卻還在繼續萌發生長，於第18 週時，新萌芽生長情形良 好，並未衰退，一直到第18 週時新萌芽數量還略高於黃葉數（圖 4.11）， 第18 週時因存活率低於 50%，故將植栽採收。
實驗一 AB槽累計新萌芽數與累計黃葉數
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 栽植週數
流速 m/sec
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
綠芽與黃葉數
AB槽流速 (m/sec) A綠芽
B綠芽
A黃葉
B黃葉
圖4.11 實驗一 AB 槽累計新萌芽數與累計黃葉數
實驗一中，CD 槽因受到不同流速的沖刷，使得植株於第 8 週流速 約0.40 m/s 時開始顯現新萌芽數低於黃葉數的情形，但還是持續有新 芽生長，至第18 週流速約 1.40 m/s 時新芽還是持續增加（圖 4.12），
並從落後黃葉數變為二者數量相近。但是在單株栽種方式的水芹菜，
同樣以累計新萌芽數與累計黃葉數相比較，卻是在流速達到1.00 m/s 時累計黃葉數已多於累計綠芽數，由此可推測簇群栽種的水芹菜抗流 能力大為提升，大於單植的水芹菜。第18 週時雖然持續萌發新芽，但 由於存活率低於50%，乃將植栽採收。
實驗一 CD槽累計新萌芽數與累計黃葉數
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 栽植週數
流速 m/sec
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
綠芽與黃葉數
CD槽流速 (m/sec) C綠芽
D綠芽
C黃葉
D黃葉
圖4.12 實驗一 CD 槽累計新萌芽數與累計黃葉數
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 Weeks after planting in exp. III
Flow velocities of planter CD (m/s
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Average accumulated green/ yellow shoots of planter CD
Flow velo cities o f planter CD (m/s)
Average accumulated g reen new s hoo ts o f planter C Average accumulated g reen new s hoo ts o f planter D Average accumulated y ellow s hoots in planter CC' Average
accumulated y ellow s hoots in planter DD'
圖 4.13 單植栽植之水芹菜 CD 槽累計新萌芽數與累計黃葉數
（陳湘媛，2009）
4.2.3.2 實驗二累計新萌芽數與累計黃葉數之變化
實驗二中，AB 槽於第 1 週至第 12 週新萌芽生長情形良好，因第 13 週發生蟲害，使得植株大量死亡，造成新萌芽數遠低於黃葉數，於 第14 週後因全數死亡故結束實驗，還看不出較明顯的累計黃葉與累計 綠芽之差異（圖4.14）。
實驗二 AB槽累計新萌芽數與黃葉數
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 栽植週數
流速 m/sec
-2.00 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00
綠芽與黃葉數
AB槽流速 (m/sec) A綠芽
B綠芽
A黃葉
B黃葉
圖4.14 實驗二 AB 槽累計新萌芽數與累計黃葉數
實驗二中，CD 槽於第 1 週至第 13 週新萌綠芽生長情形良好，但 新萌芽數於第14 週流速約 1.10m/s 時開始減少（圖 4.15），自第 16 周 起累計新萌芽數量已與黃葉數量相當。
實驗二 CD槽累計新萌芽數與黃葉數
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 栽植週數
流速 m/sec
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00
綠芽與黃葉數
CD槽流速 (m/sec) C綠芽
D綠芽
C黃葉
D黃葉
圖4.15 實驗二 CD 槽累計新萌芽數與累計黃葉數
4.2.3.3 實驗三累計新萌芽數與累計黃葉數之變化
實驗三中，AB 槽第 1 週至第 7 週新萌綠芽生長情形良好，但於第 6 週時由於水芹菜感染病蟲害，造成植株大量凋萎，在第 9 週新萌芽數 開始低於黃葉數，於第11 週水芹菜全數死亡，乃結束本次實驗（圖 4.16）。
實驗三 AB槽累計新萌芽數與黃葉數
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
栽植週數 流速 m/sec
-1.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
綠芽與黃葉數
AB槽流速 (m/sec) A綠芽
B綠芽
A黃葉
B黃葉
圖4.16 實驗三 AB 槽累計新萌芽數與累計黃葉數
實驗三中，CD 槽第 1 週至第 7 週新萌芽生長情形良好，於第 6 週 時水芹菜感染蟲害，在第9 週時流速約 0.40 m/s，黃葉數開始高於新萌 芽數，植株大量凋萎，於第10 週時全數死亡（圖 4.17）。
實驗三 CD槽累計新萌芽數與黃葉數
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
栽植週數 流速 m/sec
-1.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
綠芽與黃葉數
CD槽流速 (m/sec) C綠芽
D綠芽
C黃葉
D黃葉
圖4.17 實驗三 CD 槽累計新萌芽數與累計黃葉數
4.3 不同流速影響水生植物之生物量
實驗一操作之初，控制組 AB 總鮮重為 57.72 gm；實驗組 CD 總鮮 重為52.39 gm，實驗組低於控制組 9.2 %，但在栽種 18 週後採收，控 制組AB 之總鮮重為 8.33 gm，實驗組之總鮮重則為 13.46 gm，此時實 驗組之總鮮重約高於控制組61.6 %，參考圖 4.18 實驗一鮮乾重比較圖。
當以攝氏105℃，24 小時烘乾後，控制組 AB 總乾重為 0.75 gm，
實驗組總乾重為1.25 gm，實驗組之總乾重約高於控制組 66.7 %。主要 原因為控制組AB 受到蟲害使得老株死亡，剩下匍匐莖上的匍匐芽持 續萌芽生長，但生出的新芽較為矮小；但實驗組CD 受到蟲害的情形 無控制組AB 嚴重，存活的老株能夠繼續萌發新芽，連帶使實驗採收 後控制組AB 較實驗組 CD 生物量為低。
在單株實驗中，採收後實驗組的平均鮮重低於控制組43.4 %，但 於簇群栽種實驗中，卻是實驗組之平均鮮重較控制組高66.7 %，可據 此推斷簇群栽植之水芹菜抗流能力提升，於流速達1.40 m/s 時尚有 50%
之成活率，其生長勢不像單株者在流速達0.8 m/s 時生長已經趨緩，而 是有更高的環境適應能力。
實驗一 鮮乾重比較圖
0 10 20 30 40 50 60 70
實驗前鮮重 實驗後鮮重 實驗後乾重
gm
A B C D
4.4 不同流速影響水生植物之型態 4.4.1 不同流速之水生植物株高變化
實驗一中控制組AB 實驗前平均株高為 129.5 mm；實驗組 CD 的 實驗前平均株高為130.1 mm，實驗組較控制組高 0.46 %；實驗 18 週 後控制組AB 平均株高為 69.1 mm；實驗組 CD 的實驗後平均株高為 80.3 mm，實驗組較控制組高 16.2 %（圖 4.19）。
於單株實驗中，實驗組CD 在平均株高上要較控制組 AB 低矮（陳 湘媛，2009），例如單株栽植實驗 I 中，實驗組低於控制組約 54.3 %，
實驗II 中也有約 10%的差距，實驗 III 則是實驗組略高於控制組 7.0%，
但是株高平均值均低於實驗之初始值，表示流速對水芹菜之株高確有 影響，見表4.2 單株栽植之植物於不同流速下之株高變化（陳湘媛，
2009）；於簇群栽植實驗中，實驗一的實驗組 CD 比控制組 AB 平均株 高要高16.2 %，與單植者結果不同，由此可知簇群栽種的水芹菜，能 抵抗的流速範圍較單株植栽者更廣。
表4.2 單株栽植之植物於不同流速下之株高變化
Height after exp. I (mm)
Height before exp. II (mm)
Height after exp. II (mm)
Height before exp III. (mm)
Height after exp. III-1 (mm)
Height after exp. III-2 (mm) Control group
planter A 195.5 175.3 80.4 131.9 255.2 106.5
Control group
planter B 183.0 169.3 70.0 123.3 251.5 107.6
Experimental group
planter C 111.1 168.5 67.6 123.0 253.1 108.7
Experimental group
planter D 94.5 173.7 67.3 127.5 253.4 120.3
資料來源：陳湘媛，2009
實驗一 實驗前後平均株高比較圖
0 20 40 60 80 100 120 140 160
實驗前株高 實驗後株高
mm
A B C D
圖4.19 實驗一實驗前後平均株高比較圖 4.4.2 不同流速之水生植物直徑變化
實驗一中控制組AB 在實驗前平均直徑為 1.72 mm；實驗組 CD 在 實驗前平均直徑為1.70 mm，實驗組較控制組低 1.2 %；實驗 18 週後 控制組AB 平均直徑為 0.80 mm；實驗組 CD 的實驗後平均直徑為 0.73 mm，實驗組低於控制組 8.8 %（圖 4.20），顯示簇群栽植的水芹菜於 高流速時植株的直徑會變小，此與單株栽種的結果相同（表4.3），推 測水芹菜雖然是以簇群方式栽種，但仍會以降低直徑的方式，讓植株 本身與水流接觸的面積減少，以避免受到高流速的機械性傷害。
實驗一 實驗前後平均直徑比較圖
0 0.5 1 1.5 2
實驗前直徑 實驗後直徑
mm
A B C D
表4.3 單株栽植之水芹菜實驗前後平均直徑比較表
Diameter after exp. I (mm)
Diameter before exp II. (mm)
Diameter after exp II. (mm)
Diameter before exp. III (mm)
Diameter after exp. III-1 (mm)
Diameter after exp. III-2 (mm) Control group
planter A 1.33 2.59 0.97 2.10 1.80 1.15
Control group
planter B 1.23 2.6 1.14 2.09 1.80 1.10
Experimental group
planter C 1.11 2.65 0.97 2.08 1.79 1.17
Experimental group
planter D 1.03 2.98 0.90 2.22 1.86 1.10
資料來源：陳湘媛，2009
4.4.3 不同流速之水生植物根長變化
實驗一中控制組AB 實驗前平均根長為 47.4 mm；實驗組 CD 的實 驗前平均根長為43.0 mm，實驗組低於控制組 9.3 %；於實驗 18 週後，
控制組AB 平均根長為 36.8 mm；實驗組 CD 的實驗後平均根長為 41.6 mm，實驗組高於控制組 13.0 %。
於單株實驗中，實驗組CD 在平均根長方面明顯比控制組 AB 較 短，顯示水芹菜面臨高流速之惡劣環境，以降低根長的方式離開原來 的生長地區，讓自己有機會尋求更佳的生存環境（圖4.21）（陳湘媛，
2009），於簇群實驗中，實驗組CD 卻比控制組 AB 高出 13.0%（圖 4.22）， 由此推斷簇群栽種的水芹菜，於1.40 m/sec 的流速中，還能夠繼續適應 生長，因此尋求更佳生長環境之急迫性並無單株栽植者大，其在根長 變化上的反應也因此並不明顯。
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0
Root length (mm
Control group plante r A
26.4 30.4 42.0 45.4
Control group plante r B
28.7 22.5 39.8 49.0
Experime nta l group plante r C
24.6 19.1 45.1 41.7
Experime nta l group plante r D
23.3 20.0 40.5 44.6
Root le ngth be fore e xp. II
(mm)
Root length a fte r exp. II (mm)
Root le ngth before e xp. III
(mm)
Root lengt h after e xp. III-2
(mm)
圖4.21 單株栽種之水芹菜實驗前後根長比較圖（陳湘媛，2009）
實驗一 實驗前後平均根長比較圖
0 10 20 30 40 50 60
實驗前根長 實驗後根長
mm
A B C D
圖4.22 實驗一實驗前後平均根長比較圖
4.5 水生植物之生理解剖反應 4.5.1 水生植物維管束的變化
實驗一採收後進行水芹菜的徒手切片，測得控制組AB 的平均維 管束為3.4，實驗組 CD 的平均維管束為 3.6，實驗組高出控制組 5.9 %
（圖4.23）。
