崑山科技大學 機械工程系 學生專題製作報告

崑山科技大學 機械工程系

學生專題製作報告

蘆葦的擴展與地層下陷

Expansion of common Reed and Land subsidence

指導教授：陳恕行副教授

專題組員：朱建璋 學號：4960H218 李信毅 4960H216 楊勝華 4960H223 顏雅瑩 4960H236

中華民國 100 年 5 月

蘆葦的擴展與地層下陷

朱建璋 李信毅 楊勝華 顏雅瑩

崑山科技大學機械工程系

摘要

一些地區（如中國的華北平原等地，台灣的雲嘉南一帶）以地下 水作為工業、農業、養殖漁業和生活用水的主要來源，這些地區過量 開採地下水，造成地層下陷，某些沿海地區還造成海水滲入，造成地 下水鹽化，進而導致土壤中的酸鹼跟著改變。

此外，過度使用地下水造成地下水位下降，會使河水斷流，水源 枯竭，甚至造成地裂縫，以及地下水污染、土壤鹽漬化、濕地消失，

植被退化，土地沙化，且造成土地防洪以及調節的功能喪失等環境問 題。地下水資源比地表水容易受到污染而又難以恢復，所以要保護地 下水資源。

本論文要研究與討論，地層下陷導致土壤鹽化，與蘆葦在地層下 陷之區域的大量拓展之關係；觀察蘆葦在海水區域與淡水區域的生長

狀況，比較其生物相不同的差異。

關鍵字：蘆葦、鹽化、地層下陷、地下水。

誌 謝

在製作專題期間經歷了許多的挑戰，透過陳恕行老師與學長們的 幫忙，才能完成此次的專題研究。在此我們感謝老師與學長們的付出 與指教。

收先透過老師在生物光電方面的專業知識，指導我們研究的題目 與方向，使我們在除了本科系以外的領域有所斬獲，並從中了解到生 物、生態環境的多變性，從中提出許多問題與老師討論，所獲得的知 識與經驗，是我們沒有想到的收穫，也在討論的過程中聽聞老師精闢 的見解與教導，使得這個研究能夠順利的進行。

期間也有與學長在實驗上的交流，使我們更能了解實驗器材之操 作，在這過程中，也提出許多問題與學長討論以及與學長共同進行實 驗，讓我們減少了很多無謂的浪費以及錯誤。

在此真誠的感謝，學長們以及老師的耐心、細心的教導與討論；

這項研究的產生，透過了組員們的努力以及多方的指教才有可能完成 的，再次感謝幫忙過的老師以及學長，辛苦了！謝謝！

目錄

頁碼

中文摘要………...Ⅰ 誌謝………III 目錄...Ⅳ 圖目錄...Ⅵ 表目錄...Ⅷ

一. 諸論………1

1.1 研究背景………2

1.2 文獻回顧………3

1.3 動機與目的………4

1.4 研究方法介紹………5

二. 研究流程………6

三. 實驗………7

3.1 實驗器材………7

3.2 土壤………7

3.3 水域………8

3.4 實地觀察蘆葦型態………9

3.5 蘆葦根部觀察………10

3.6 蘆葦莖部觀察………12

3.7 蘆葦葉子觀察………13

3.8 盧葦與芒草的比較………15

3.8.1 芒草 ………15

3.8.2 蘆葦 ………16

3.8.3 特性比較 ………17

四. 結果與討論………18

4.1 蘆葦在淡水與海水的生長差異………18

4.2 蘆葦根部鹽析出情形 ………18

4.3 蘆葦大量擴展對原有生態的衝擊………20

五. 結論………21

參考文獻………22

圖目錄

圖 1.1 蘆葦實體………1

圖 3.1 實驗器材………7

圖 3.2 蘆葦構造………8

圖 3.3 蘆葦實地觀察………9

圖 3.4 蘆葦實地觀察………9

圖 3.5 蘆葦實地觀察………9

圖 3.6 蘆葦實地觀察………9

圖 3.7 蘆葦實地觀察………9

圖 3.8 蘆葦實地觀察………9

圖 3.9 蘆葦實地觀察………9

圖 3.10 蘆葦實地觀察………9

圖 3.11 蘆葦根部………10

圖 3.12 蘆葦根部顯微圖………10

圖 3.13 蘆葦根部顯微圖………11

圖 3.14 蘆葦莖部………12

圖 3.15 蘆葦莖部顯微圖………12

圖 3.16 蘆葦莖部顯微圖………13

圖 3.17 蘆葦葉部………13

圖 3.18 蘆葦葉部顯微圖………14

圖 3.19 蘆葦葉部顯微圖………14

圖 3.20 蘆葦葉部顯微圖………15

圖 3.21 芒草………16

圖 4.1 根部鹽分析出實驗圖………18

圖 4.2 根部鹽分析出實驗圖………19

圖 4.1 根部鹽分析出實體………19

圖 4.1 根部鹽分析出實驗圖………20

表目錄

表 1 流程圖………6 表 2 特性比較………17 表 3 特性比較………17

一.諸論

1.1 研究背景

蘆葦（學名：Phragmites australis）(圖 1)是生長於沼澤、河沿、

海灘等濕地的一種植物，遍佈於全世界溫帶和熱帶地區，蘆葦屬的植 物大約有 10 種，有的分類學家認為蘆葦是蘆葦屬的唯一種類。

(圖 1.1)蘆葦實體

蘆葦為多年生草本植物，地下有匍匐的根莖，可以在適合的地區 迅速地鋪展繁殖，一年可以平鋪延伸 5 米以上，地上莖高達 2-6 米，

叢生，葉長達 20-50 厘米，排列成兩行，圓錐花序，花穗長 10-40 厘 米，每個小穗有 4-7 朵小花，屬風媒花。美洲亞種植株比較矮小。

蘆葦是保護濕地環境和野生動物的重要物種，許多種鳥類棲息在蘆葦 叢中。

蘆葦桿含有纖維素，可以用來造紙和人造纖維。中國從古代就用 蘆葦編製「葦席」鋪炕、蓋房或搭建臨時建築。古代各國都有用蘆葦 的空莖製造的樂器——蘆笛，蘆葦莖內的薄膜做笛子的笛膜使用。蘆 葦穗可以作掃帚，花絮可以充填枕頭。蘆葦的根是一種中藥——蘆根，

性寒，味甘，功能是清胃火、除肺熱，主治熱病煩渴、胃熱嘔吐、肺 癰等症。

蘆葦具有藥用功能，亦可為造紙纖維。由於生質能源發展，也可 以成為替代性的能源作物，可見其具備禾草資源多樣性利用之特性。

另外蘆葦又名葭、蒹葭。

1.2 文獻回顧

在古代，各國人民都已經熟悉蘆葦，有許多關於蘆葦的故事和傳 說。法國拉·封丹寓言曾經講合力抗擊風的蘆葦群比大樹更堅強，比喻 弱小的群體比強大的個體要更能抵抗外來侵襲。中國古代故事《蘆花 記》講後媽虐待前子，用蘆花為他做棉衣，雖厚軟但不暖和。

蘆葦之生長季以初春為起始，盛夏為最大產草量，秋冬因抽穗而 乾重逐漸下降。台灣春季多以陽曆 2-3 月為起始， 7 月為盛夏，9-10 月後開始入秋。

蘆葦在古代稱為蒹葭，在《詩經》也有關於蘆葦的名著：

《詩經 秦風 蒹葭》

蒹葭蒼蒼，白露為霜。所謂伊人，在水一方，

溯洄從之，道阻且長。溯游從之，宛在水中央。

蒹葭萋萋，白露未晞。所謂伊人，在水之湄。

溯洄從之，道阻且躋。溯游從之，宛在水中坻。

蒹葭采采，白露未已。所謂伊人，在水之涘。

溯洄從之，道阻且右。溯游從之，宛在水中沚。

1.3

動機與目的

由於氣候變遷導致目前水災氾濫，因此這樣的環境會造成某些植 物的快速生長，例如：蘆葦。所以我們將研究蘆葦如何防範水災。

蘆葦是經常聽到的水邊植物，也的確，蘆葦是在沙洲或河堤等近的地 方，蘆葦常會和寒芒搞混，不過還是有所區別的，蘆葦的莖是中空的，

曾見有人將蘆葦的莖用來當做潛水幫助呼吸的東西，而寒芒不是，另 外，寒芒到處可見，不像蘆葦是擇水而生。

所以當水災發生時造成積水，其他的植物會因根部泡水過久而死 掉，反觀蘆葦不會因為根部泡水過久而腐爛死亡，更有可能藉由積水 促成蘆葦更加蓬勃發展。

藉由研究蘆葦與水災的關聯性中，發現蘆葦對地層下陷的影響尤大，

顧將研究方向延伸至蘆葦與地層下陷的關係。

1.4 研究方法介紹

本研究從觀察到的蘆葦生長環境探討生態間的互動，提供評估地 層下陷影響的資料。從實驗可以發現蘆葦的生長條件與土壤酸鹼有很 大的關係，由於地下水水位下降，引起海水入侵地下含水層，造成地 下水鹹化，間接使得土壤鹽化，而受到地層下陷影響，有些土地因為 長期的積水不退，逐漸的發展成為溼地的型態，或者是因為地下水資 源枯竭及地下水質鹽化、土壤鹽化。

利用蘆葦作測試，觀察蘆葦在酸鹼濃度改變較大的環境中是否會 影響生長的模式。

二. 實驗流程

(表 1)流程圖

三.實驗 3.1 實驗器材

(圖 3.1)實驗器材

3.2 土壤

本研究以濕地之蘆葦為研究對象，於不同生長時期進行土壤有機 碳含量變化分析。當水底的底泥在缺氧狀態時，產生臭味有毒的硫化 氫，蘆葦能夠輸送空氣到底泥。蘆葦藉由根系輸送有機酸到土壤，增 加曠野土壤的肥沃性。研究發現表層含鹽量最少，越往下則含鹽量越 高，以20-30 cm 為最高，其下層土壤則與之無差異，造成此變化之原 因，與各土層浸水狀況及水源有關。蘆葦耐鹽、耐鹼、耐厭氧、且在 砂質或黏質土都可以生長，改善土壤表土入滲狀態，增加土壤導水係 數。

(圖3.2) 蘆葦構造

3.3 水域

蘆葦能夠生長在水邊，又能生長在缺水的曠野，影響蘆葦生長的 主要生態因子是水分。但它對水分的適應幅度很寬，從土壤濕潤到長 年積水，從水深幾厘米至lm以上，都可以形成蘆葦群落。蘆葦是溼地 淨化水質的重要物種，蘆葦根莖錯綜發達，能在河口地讓流速變緩，

將水中的懸浮粒攔截下來，有機質沉澱後帶給溼地豐富的養分；它的 根系能吸附其中的金屬元素，寄存於植物體內，減低對溼地和海洋的 污染。

蘆葦分布於圳溝邊、河堤沼澤及沿海濕地。

3.4 實地觀察蘆葦型態

(圖3.3)蘆葦實地觀察 (圖3.4) 蘆葦實地觀察

(圖3.5) 蘆葦實地觀察 (圖3.6) 蘆葦實地觀察

(圖3.7) 蘆葦實地觀察 (圖3.8) 蘆葦實地觀察

(圖3.9) 蘆葦實地觀察 (圖3.10) 蘆葦實地觀察

3.5 蘆葦根部觀察

(圖3.11)蘆葦根部

(圖3.12)蘆葦根部顯微圖

(圖3.13)蘆葦根部顯微圖

3.6 蘆葦莖部觀察

(圖3.14)蘆葦莖部

(圖3.15)蘆葦莖部顯微圖

(圖3.16)蘆葦莖部顯微圖

3.7 蘆葦葉子觀察

(圖3.17)蘆葦葉部

(圖3.18)蘆葦葉部顯微圖

(圖3.19)蘆葦葉部顯微圖

(圖3.20)蘆葦葉部顯微圖

3.8 蘆葦與芒草的比較

芒草（學名：Miscanthus）(圖11)是各種芒屬植物的統稱，含有 約15到20個物種，屬禾本科。原生於非洲與亞洲的亞熱帶與熱帶地區。

其中一個物種中國芒（M. sinensis）的生長範圍延伸到了溫帶亞洲，

包括日本與韓國。

一部分的芒屬植物，如中國芒與巨芒（M. giganteus，又名大象 草），被應用來作能源作物，以生產生物燃料，主要為酒精。也有一 些芒草培養用來作為觀賞植物。更多則以雜草的形式，生存於野外或 人工設施周圍。

(圖3.21)芒草

界： 植物界 Plantae

門： 被子植物門 Magnoliophyta 綱： 單子葉植物綱 Liliopsida 目： 禾本目 Poales

科： 禾本科 Poaceae

亞科： 黍亞科 Panicoideae 屬： 芒屬 Miscanthus

3.8.2 蘆葦

蘆葦（學名：Phragmites australis）

界： 植物界 Plantae 目： 禾本目 Poales 科： 禾本科 Poaceae

亞科： 蘆竹亞科 Arundinoideae 族： 蘆竹族 Arundineae

屬： 蘆葦屬 Phragmites 種： 蘆葦 P. australis

3.8.3 特性比較 (表2)特性比較

花色 生長環境

蘆葦 黃褐色 河邊、沼澤、沙洲、沼地間(半水生) 芒草 淡紅紫色 山地、乾地(陸生)

(表3) 特性比較

葉子 植物生長方式 莖節 繁殖方式

蘆葦 細長披針形 單獨 明顯(類竹結) 種子、地下莖

芒草 劍形 叢生 不明顯 種子

四、結果與討論 4.1蘆葦在淡水與海水的生長差異

蘆葦相較於大部分綠色植物而言，對於海水的忍受力相對較高；

常見於海淡水交界處，較靠近海水的區域，其根部生長情形是沿水面 而成平行生長，此外還離水面有一段距離；而在靠近淡水的區域，其 根部生長情況，也是沿水面而生但較錯綜複雜，沒有在海水附近的一 致性。

由於發現此情形，進而與老師討論與實驗的結果，得知此情形的 發生確實與海淡水的鹽分差異有關。

4.2蘆葦根部鹽析出情形

觀察風乾後的蘆葦根部，發現根部有鹽析出的情形。

(圖4.1)根部鹽分析出實驗圖

(圖4.2)根部鹽分析出實驗圖

(圖4.1)根部鹽分析出實體

(圖4.1)根部鹽分析出實驗圖

4.3 蘆葦大量擴展對原有生態的衝擊

由於蘆葦生長快速與生存條件容易，致使許多魚塭以及河堤邊、

出海口以及海淡水交界處，大量的生長與繁殖；進而導致大量的蘆葦 取代了原生的物種，並且單一性的取代了原有的物種，導致了部份生 物因為沒有其適合居住的環境或植物進而遷徙或是在蘆葦擴展區域的 減少，實驗採集中也發現，蘆葦與芒草共生的情形相當廣泛。

但經由觀察，只要有這兩種植物出現之水域，幾乎都不會有別種 植物大量的生長在其周圍；故此可假設，蘆葦的大量生長及擴展對原 有生態平衡有相當的衝擊與影響。

五、結論

由於地層下陷導致土壤鹽化，經由觀察發現地層下陷較輕微或已 經獲得改善的區域，蘆葦大量生長藉由顯微鏡觀察蘆葦根、莖、葉的 情形，並且風乾蘆葦根部後觀察是否有鹽份析出或結晶，進而討論蘆 葦大量生長之區域與地層下現有無直接關聯。

通過採集風乾後蘆葦根部的土壤與類似鹽分析出的結晶，經由顯 微鏡觀察中得知，其析出的成分是鹽的結晶；得知蘆葦不會自行吸收 鹽分，從而明白在海水與淡水附近的生長情形為何在距離以及根部生 長情況有所差異。

實驗觀察得知，蘆葦生長在離水面的遠近，與海水及淡水有很大 的關係，從中討論出的結果：地層下陷後土壤會跟著鹽化，導致蘆葦 與水面的距離增加；要得之觀察之區域的地層下陷有無更加惡化的判 定，可以從蘆葦有無大量生長，以及生長過程中是否有靠近水面擴展 的情形；另也可以挖掘其根部，觀察期根部的生長情況，如果呈現錯 綜複雜較無明顯之沿水面生長情況，即是地層下陷之情形有獲得改善 之徵兆。

參考文獻

(1) 維基百科 網址:

http://zh.wikipedia.org/wiki

(2) 邱年永等著 原色臺灣藥用植物圖鑑(3)- 233蘆葦 p257 南天書 局出版

(3) 鄭武燦 編著 台灣植物圖鑑 下冊 3594蘆葦 p1797 國立編譯館 主編

(4) 臺灣藥用植物資源名錄 行政院衛生署 中醫藥委員會編 蘆葦92 年10月94頁