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金門地區第61屆中小學科學展覽會 作品說明書
科 別：生物組 組 別：國小組
作品名稱：炭為觀止－生物炭改良土壤成效初探 關 鍵 詞：生物炭、土壤改良、作物種植（最多3個）
編 號：
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目錄
摘要 ... 1
壹、研究動機 ... 1
一、前言... 1
二、文獻探討 ... 1
貳、研究目的 ... 2
一、研究目的 ... 2
二、研究問題 ... 3
參、研究設備及器材 ... 4
一、材料選定： ... 4
二、使用設備及器材：... 5
肆、研究方法 ... 6
一、研究流程圖 ... 6
二、研究方法－基礎實驗 ... 6
三、研究方法－主要實驗 ... 9
伍、研究結果 ... 11
(一)比較土壤加入不同比例（0%、1%、2%）的生物炭後，其保水性及排水性的差 異。 ... 11
(二)在不同的給水情境下，比較土壤加入不同比例的生物炭後，對作物成長的影 響。 ... 19
陸、討論 ... 27
柒、結論 ... 28
捌、參考資料及其他 ... 29
一、未來展望 ... 29
二、參考資料 ... 29
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摘要
我們準備了砂質土、黏質土並加入不同比例的生物炭，想要了解在乾旱(0.5倍 水)、正常給水和淹水(3倍水)的情況下，這兩種不同的土壤對作物生長狀況有什麼影 響。透過基礎實驗一~五，我們發現生物炭具有吸水、保水、排水等效果；而在主要實 驗一~六中，我們發現生物炭適當的加入，無論是在乾旱、正常或是淹水的給水情境，
都能讓蘿蔓萵苣在收成時長得更高、更重，尤其在乾旱(0.5倍水)情況下，生物炭添加 比例效果更明顯，而本次實驗我們只選用風倒木作為生物炭探討以及蘿蔓萵苣作為種 植的樣本，未來也許可以嘗試種植不同的作物，以了解生物炭的加入對不同農作物的 生長有什麼影響，或取用不同金門農作廢棄物製作生物炭，探討對農作物或土壤改良 的影響情形。
壹、研究動機
一、前言
近年來金門農民最困擾的事情只有一件—土地乾旱，依照金門氣象站資料顯示，2 020年金門年總降雨量僅有476.5ml，因此我們準備在今年的實驗中，拯救金門土壤乾旱 的困境，所以我們邀請到了草根工作室的生物炭專家–劉晉宏老師來協助我們一起探 討這個問題。
劉老師告訴我們：莫蘭蒂颱風過後，風倒木太多，以往處理的方式大多只是把風 倒木變小塊，體積並沒有縮小，如果能把風倒木做有效的運用，不僅能改善風倒木過 多的問題，也許還能和農民們合作，一起改善金門的土壤環境呢！
所以我們想要了解生物炭的保水、吸水和排水性到底是否有如傳聞中那麼厲害，
是否能改良土壤，讓作物長得更好。為了讓實驗更貼近近年來極端氣候的情境，我們 甚至還模擬了乾旱、淹水兩種情況，想知道在這些給水的情境下，不同比例的生物炭 加入對農作物的成長會不會有影響。
二、文獻探討
(一)生物炭
廣義的生物炭是指各種農業廢棄物經過高溫低氧炭化處理之後的產物，除了可以 拿來烤肉之外，還具有吸濕、除臭、淨水、排水等功能。本研究所用之生物炭是根據
《金門地區生物炭循環農業推動計畫期末成果修正報告書》中所提及2016年莫蘭蒂颱 風侵襲金門所吹倒的風倒木所燒製而成的產物。
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(二)金門農業現況
土壤貧瘠一直是金門農民最頭痛的問題，也因此島內蔬菜水果等物質缺乏，農產 品常常需要從台灣本島運送，造成時間與經費成本增加，此外，蔬果新鮮程度也因此 大打折扣。根據《兩岸小三通之動植物檢疫與檢查現況》，葛卓崙（2001）指出金門 耕地多土壤貧瘠而且雨量少，較適合種植旱作雜糧及部分蔬果，金門農民所種植的作 物中又以高梁與小麥為最大宗。
(三)氣候變遷
全球暖化、溫室效應等語詞已經在我們耳邊縈繞許多年，什麼是全球暖化呢？當 大氣和海洋中的溫室氣體過量，地球便會猶如被籠罩在厚厚的溫室中，使得太陽照射 的熱量難以散去，進而引發各種極端天氣。近年來極端氣候變化莫測，水災、旱災頻 傳，而正是因為這些不可抗力因素，造成農作物歉收，而根據金門氣象站資料顯示，2 020年金門年總降雨量僅有476.5ml，湖泊都乾涸見底，大大影響了植物生長的條件。
(四)相關研究
過去已有前人對生物炭在作物栽培上做過相關研究，如陳韻圓（2016）以雞屎作 為來源製作生物炭，而楊盈（2018）則是以番茄的廢枝葉作為來源製作生物，兩者的 研究均指出生物炭對作物生長並無顯著的助益；而在第59屆科展中，趙庭瑤及鍾亞靖
（2019）指出花生殼生物炭以1:50之比例混入培養土，對於小白菜、莧菜、香菜的生長 具有顯著的效果；劉晉宏（2018）在《金門地區生物炭循環農業推動計畫期末成果修 正報告書》中使用空心菜短期栽培試驗，實驗結果顯示，依據不同添加比例，空心菜 的短期產量可增加10%~30%。
貳、研究目的
我們想了解使用風倒木所燒製的生物炭及肥料共同施加，在不同的氣候環境下
（水災、正常、旱災）對於作物生長表現有何影響，希望能透過這次的實驗了解生物 炭是否能改善金門土壤貧瘠以及對抗乾旱的問題，進而找出在農業運用的方法，因此 我們的研究目的分成下列幾項：
一、研究目的
(一)比較土壤加入不同比例的生物炭後，其保水性及排水性的差異。
(二)在不同的給水情境下，比較土壤加入不同比例的生物炭後，對作物成長的影響。
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二、研究問題
(一)比較土壤加入不同比例(0%、1%、2%)的生物炭後，其保水性及排水性的差異。
1-1生物炭的吸水效果如何？
1-2砂質土加入不同比例(0%、1%、2%)生物炭後，排水速率有什麼差異？
1-3黏質土加入不同比例(0%、1%、2%)生物炭後，排水速率有什麼差異？
1-4砂質土加入不同比例(0%、1%、2%)生物炭後，保水效果如何？
1-5黏質土加入不同比例(0%、1%、2%)生物炭後，排水效果如何？
(二)在不同的給水情境下，比較土壤加入不同比例的生物炭後，對作物成長的影響。
2-1在0.5倍的給水情境下，砂質土中加入不同比例(0%、1%、2%)生物炭對作物生 長有什麼影響？
2-2在0.5倍的給水情境下，在黏質土中加入不同比例(0%、1%、2%)生物炭對作物 生長有什麼影響？
2-3在正常給水情境下，在砂質土中加入不同比例(0%、1%、2%)生物炭對作物生 長有什麼影響？
2-4在正常給水情境下，在黏質土中加入不同比例(0%、1%、2%)生物炭對作物生 長有什麼影響？
2-5在3倍給水情境下，在砂質土中加入不同比例(0%、1%、2%)生物炭對作物生 長有什麼影響？
2-6在3倍給水情境下，在黏質土中加入不同比例(0%、1%、2%)生物炭對作物生長 有什麼影響？
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參、研究設備及器材
一、材料選定：
（一）實驗作物
由於蘿蔓萵苣的採收期相對較短，可 在短時間獲得足夠的實驗數據，菜苗取得 也容易，因此我們選用蘿蔓萵苣作為本次 實驗的作物。
（二）土壤
金門的土壤多為風化而成的紅土，顆 粒大多為粗粒土，如圖3-1所示，土質又可 分為兩類：砂質土及黏質土。金門風大、
表層肥沃的土壤被風帶走，所以有機質的 含量相當低，不利種植作物。而黏質土土 質較黏膩、不易排水；砂質土則是保水功 能較差，在極端氣候的環境下均不適合種 植作物，為了貼近金門農民的種植情況，
本研究選用金門在地的砂質土及黏質土作 為實驗用土。
（三）生物炭
2016年，莫蘭蒂颱風橫掃金門，狂風吹倒了許多樹木，造成金門全島林木損失慘 重，每條道路的受損樹木高達七成，極為大量的林木傾倒折損面對大量的風倒木囤 積，以往處理的方式大多只是把風倒木變小塊，再換到另一處場所堆置，這樣的處理 方式，體積並沒有縮小，沒能有效解決風倒木過多的問題，如果能把風倒木做有效的 運用，不僅能改善風倒木過多的問題，也許還能和農民們合作，一起改善金門的土壤 環境，因此我們這次的科展選用的即是這些風倒木所燒製而成的生物炭，這些生物炭 由劉老師提供，其燒製過程及炭化程度均經過檢驗。
（四）肥料
2020年起，金門新建置的堆肥場運用最新技術製作堆肥：先由機械分選和破碎廚 餘，再經高速發酵，最後堆置1.5個月，廚餘堆肥便大功告成，這種處理方式可以大幅 縮短廚餘發酵時間並且提升堆肥品質，且生產出的堆肥也不會有異味（莊煥寧，202 0），因此本次科展我們選用來自金門堆肥處理場的有機堆肥。
圖3-1 金門地區主要土壤種類及分布
取自：《金門的地質與土壤》網址：http://libr
ary.taiwanschoolnet.org/cyberfair2005/jhes/cont01/
cont1-04.htm
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二、使用設備及器材：
（一）使用設備：
設備及器材
各式盆栽 各式量杯 電子秤 平板電腦
鏟子 密籃 尺 剪刀、美工刀
夾鏈袋 烤肉網 寶特瓶
（二）本次實驗使用主要材料：：
風倒木生物炭、蔓蘿萵苣菜苗、砂質土、黏質紅土、肥料、水 實驗使用主要材料
風倒木 生物炭
蔓蘿萵苣
菜苗 砂質土 黏質土 肥料 水
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肆、研究方法 一、研究流程圖
二、研究方法－基礎實驗
本實驗之基礎實驗所使用的盆器代碼(如表4-1)，以下表的規則編號：
表4-1基礎實驗所使用的盆器代碼
第一碼 第二碼 第三碼
說明 基礎實驗次別。如
基礎實驗一則標註 為
一、基礎實驗二則 為二…，以此類推
土質類別。
如砂質土則標示為 A，黏質土則標示 為B。
在土壤中，生物炭 加入比例。
加入0%則標為1，
加入1%則標為2，
加入2%則標為3。
範例 如：二A3盆，則表示在基礎實驗二中，加入2%生物炭的砂質
土
備註：所有砂質土及黏質土皆由密籃統一篩過三次後，使土質顆粒大小一致，再進 行排水性及保水性實驗。
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（一）基礎實驗一-生物炭的吸水性 實驗設計：
探討問題：
1.100公克的生物炭可以吸收多少水量？
2.100公克的生物炭需要花多少時間才能把水吸飽？
註：為了避免水分蒸散造成測量誤差，每天在量秤 完重量後均以加蓋方式確保水分不會蒸散。
圖4-1 基礎實驗一示意圖
（二）基礎實驗二、三-砂質土、黏質土加入不同比例(0%、1%、2%)的生物炭之排水速率測試 實驗設計：
步驟一：準備三個盆器編號二A1、二A2、二A3及B1、三B2、三B3
步驟二：在400公克的砂質土及黏質土分別加入0%、1%及2%的生物炭，充分混合均 勻，並各別裝入二A1、二A2、二A3以及B1、 三B2、三B3中
步驟三：在盆器下方放置燒杯，承接排出的水，並秤重
步驟四：為了減少澆水速率不同對實驗結果的影響，使用自製的澆水器（如圖4-2），
同時間對各三個盆器澆灌100公克的水，每五秒鐘記 錄一次落下水量，直到 水量均無變化
步驟五：五分鐘後，再次重複步驟4，一共操作並記錄三次 步驟一：以2公升量杯盛裝1000公克的水
步驟二：加入100公克塊狀的生物炭
步驟三：每日瀝乾生物炭，測量燒杯中剩餘水的總重
步驟四：重複操作三組，並計算平均值
步驟五：持續測量、記錄直至水分重量連續兩天相同
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探討問題：
1.加入0%、1%及2%生物炭後的砂質土及黏質 土的排水速率有什麼差異？
註：為避免時間誤差，每次實驗均以兩支手機錄 影記錄磅秤數值，一支架於上方，一支架於前 方，以回顧影片的方式記錄各秒數之落下水量。
圖4-2基礎實驗二示意圖 自製澆水器使用方法：
（三）基礎實驗四、五-砂質土、黏質土加入不同比例(0%、1%、2%)的生物炭之保水 性、排水性測試
實驗設計：
瓶子下方 鑽洞、插
竹筷
加水進瓶
子 拴緊瓶蓋 平放拔掉
竹筷
打開瓶蓋，直立 後水即會從下方
小洞口流出
步驟一：各準備三個盆器編號四A1、四A2、四A3（砂質土）及五B1、五B2、
五B3（黏質土）
步驟二：在400公克的砂質土、年質土分別加入0%、1%及2%的生物炭，充分 混合均勻，並各別裝入四A1、四A2、四A3及五B1、五B2、五B3中
步驟三：在盆器下方放置燒杯，承接排出的水，並秤重
步驟四：每天同一時間對三個盆器澆灌100公克的水，經過24小時之後，
記錄三個盆器中水分的重量（砂質土）及三個盆器中所排出水分 的重量（黏質土）
步驟五：連續記錄五天，藉以觀察砂質土、黏質土加入不同比例生物炭後，對 保水性、排水性的影響
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研究問題：
1. 在砂質土中加入0%、1%及2%的生物炭對砂質土的保水性有什麼影響？
2. 在黏質土中加入0%、1%及2%的生 物炭對黏質土的排水性有什麼影響？
圖4-3 基礎實驗四示意圖 圖4-4 基礎實驗五示意圖
三、研究方法－主要實驗
在主要實驗中，為了模擬乾旱(0.5倍水)、正常給水、淹水(3倍水)等三種不同情 境，在砂質土、黏質土中加入0％、1％、2％之生物炭對作物生長狀況的影響，我們一 共種植了18盆作物，主要實驗所使用的盆器代碼，編號如下表4-2所示：
表4-2主要實驗所使用的盆器代碼
為了觀察砂質土、黏質土加入0%、1%、2%生物炭在三種給水情境下，作物的生 長表現，我們在種植作物時，將以下控制變因盡可能相同，使其對作物生長的影響減 至最小：
土質類別 砂質土 黏質土
生物炭
加入量 0% 1% 2% 0% 1% 2%
0.5倍給水 A1 A2 A3 B1 B2 B3
正常給水 A4 A5 A6 B4 B5 B6
3倍給水 A7 A8 A9 B7 B8 B9
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◆作物的起始狀態：
挑選具有4-5片葉 子、重量相差在2克以 內、高度相差3公分以 內的作物作為研究樣 本。
◆種植環境：
所有作物都種植 於實驗教室外的走 廊，讓所有的盆栽接 收到的日照時間及強 度盡量一致。
◆盆器大小：
種植盆器使 用6吋盆器，土 壤統一使用800 克加入0%、1
%、2%生物炭。
◆施肥方式：
所有萵苣均五天 施加一次肥料，將16 公克的肥料平均覆蓋 於土壤上方。
（一）主要實驗一~六-0.5倍、正常給水、3倍水的給水情境下，在砂質土或黏質土中 加入不同比例生物炭對作物生長的影響
實驗設計：
探討問題：
1. 0.5倍給水情境中，在砂質土及黏質土中加入不同 比例生物炭對作物生長的有什麼影響？
2. 正常給水情境中，在砂質土及黏質土中加入不同 比例生物炭對作物生長的有什麼影響？
3. 3倍給水情境中，在砂質土及黏質土中加入不同 比例生物炭對作物生長的有什麼影響？
圖4-5 主要實驗示意圖 步驟一：在三種不同給水情境中各準備3個盆器，並在砂質土中編號A1-A9，黏
質土中編號B1-B9，如表4-2所示
步驟二：在800公克的砂質土及黏質土分別加入0%、1%及2%的生物炭，充分混合 均勻，並各別裝入盆器中
步驟三：盆器內放置有機肥料16公克，並各種植生長情況類似的蘿蔓萵苣1株
步驟四：每日給水100公克（標準量的0.5倍）、200公克（標準量）、600公克
（標 準量的3倍），種植兩週，記錄作物的起始重量、收成重量
步驟五：種植期間，每日記錄作物的葉片長度、葉片數量，藉以觀察18盆盆器作物 的成長狀況
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伍、研究結果
(一)比較土壤加入不同比例（0%、1%、2%）的生物炭後，其保水性及排水性的差異。
1-1生物炭的吸水效果如何？
三盆100克生物炭加入1000g的水後，剩餘水重量如下表5-1及圖5-1所示：
表5-1生物炭的吸水性 重量(g)
經過天數 剩餘重量1 剩餘重量2 剩餘重量3 剩餘重量平均 1 1000 1000 1000 1000.00
2 885 923 848 885.33
3 883 921 838 880.67
4 864 910 832 868.67
5 860 902 827 863.00
6 849 881 816 848.67
7 854 877 804 845.00
8 854 877 804 845.00
圖5-1生物炭的吸水性
實驗發現：
透過上表及上圖我們可以發現，生物炭確實具有吸水的效果，且吸水的速度 在第一天在第一天至第二天吸水速率最快，第三天之後吸水速率減緩，100公克的 生物炭吸飽水份需要七天的時間，在七天之後平均可以吸附155公克的水分，而在 第七天之後吸水量達到停滯狀態，第八天之後便不再吸水。
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1-2砂質土加入不同比例（0%、1%、2%）生物炭後，排水速率有什麼差異？
下表5-2為砂質土加入0%、1%、2%生物炭，澆灌100公克的水，每五秒鐘記錄一次 落下水量，直到水量均無變化，所排出的水總重量共三次：
表5-2 砂質土加入0%、1%、2%生物炭排水速率
基礎實驗二-砂質土加入不同比例的生物炭之排水速率測試（單位:g）
經過 秒數
第一次加水 第二次加水 第三次加水
二A1 二A2 二A3 二A1 二A2 二A3 二A1 二A2 二A3 5 1 1 3 1 1 3 1 0 0 10 14 18 20 16 27 31 17 14 0 15 27 28 25 42 53 68 35 36 17 20 28 30 25 60 76 87 55 58 49 25 28 30 25 70 84 98 74 73 71 30 28 30 25 74 89 102 84 81 82 35 28 30 25 74 89 103 87 84 85 40 28 30 25 74 89 103 88 84 85 45 28 30 25 74 89 103 88 84 85
將砂質土中加入0%、1%、2%生物炭製，在三次加水後，所排出水的總重量製 作成以下折線圖做比較如圖5-2、5-3、5-4：
圖5-2 砂質土加入不同比例的生物炭之排水速率測試(第一次加水)
實驗發現1：
根據上圖在第一次加水後，到第10秒前，加入2%生物炭的砂質土其排水速 率最佳，其次為加入1%生物炭，沒有加入生物炭的砂質土排水速率最差；第15 秒後排水速率差異不大，但並無因為添加越多生物炭，排水量就增多，故在第一 次加水100公克的情境裡，在砂質土中加入生物炭，一開始確實可以增加土壤的 排水速率，但對於排水量並無太大影響。
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圖5-3砂質土加入不同比例的生物炭之排水速率測試(第二次加水)
圖5-4砂質土加入不同比例的生物炭之排水速率測試(第三次加水)
實驗發現2：
第二次加水後，可以發現水分排出約在第25秒至30秒間趨緩。加了2%生物炭 的砂質土排水速率最佳，1%生物炭次之，未加入生物炭的砂質土排水速率最 差。因此在第二次加水的測試中，在砂質土中加入生物炭確實可以增加土壤的排 水速率，也可增加排水量，且加入2%生物炭的效果優於加入1%生物炭。
實驗發現3：
第三次加水後，可以發現多餘水分的排出需要更多時間，落水重量約在第3 0秒至35秒間趨緩。砂質土無論有無加入生物炭，最後排出的水量差別不大，然 而加了2%生物炭的砂質土在前20秒的排水速率落後於加入1%生物炭及未加入生 物炭的砂質土，約在第25秒時，其落水重量才追上其餘二者。我們推論在第三 次加水後，在砂質土中加入生物炭對於土壤的排水速率的影響不大，對砂質土 排水量的影響也差別不大。
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將三次加水後的重量平均後計算，如下表5-3及圖5-5：
表5-3砂質土加入0%、1%、2%生物炭平均排水速率 重量(g)
經過秒數 二A1 二A2 二A3
5 1.00 0.67 2.00 10 15.67 19.67 17.00 15 34.67 39.00 36.67 20 47.67 54.67 53.67 25 57.33 62.33 64.67 30 62.00 66.67 69.67 35 63.00 67.67 71.00 40 63.33 67.67 71.00 45 63.33 67.67 71.00
圖5-5 砂質土加入不同比例的生物炭之排水速率測試(三次平均)
1-3黏質土加入不同比例（0%、1%、2%）生物炭後，排水速率有什麼差異？
下表5-4為黏質土加入0%、1%、2%生物炭，澆灌100公克的水，每五秒鐘記錄一次 落下水量，直到水量均無變化，所排出的水總重量共三次：
實驗發現：
透過上表及上圖我們可以發現，在短時間內做測試，加入生物炭後的砂質 土，其排水速率及排水量確實略優於沒有加入生物炭的砂質土，但砂質土的性質本 來就屬於排水性較佳的土壤，因此我們想進一步測試，在加入不同比例生物炭的的 砂質土中加入水後，靜置一天後，是否能有不同效果，因此有了1-4的實驗。
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表5-4黏質土加入0%、1%、2%生物炭排水速率
基礎實驗三-黏質土加入不同比例的生物炭之排水速率測試（單位:g）
經過 秒數
第一次加水 第二次加水 第三次加水
三B1 三B2 三B3 三B1 三B2 三B3 三B1 三B2 三B3
5 2 1 1 1 1 3 0 0 4
10 8 1 11 21 26 31 16 37 31 15 10 1 21 35 35 46 44 56 56 20 10 1 21 42 35 50 51 62 67 25 10 1 21 42 35 50 65 65 69 30 10 1 21 42 35 50 68 68 69 35 10 1 21 42 35 50 68 68 69 40 10 1 21 42 35 50 68 68 69 45 10 1 21 42 35 50 68 68 69
將黏質土中加入0%、1%、2%生物炭製，在三次加水後，所排出水的總重量製 作 成以下折線圖做比較如圖5-6、5-7、5-8：
圖5-6 黏質土加入不同比例的生物炭之排水速率測試(第一次加水)
實驗發現1：
在第一次加水後，黏質土無論是排水量和排水速率均明顯較砂質土差。而加 入2%生物炭的黏質土其排水速率最佳，其次為沒有加入生物炭的黏質土，加入1
%生物炭的砂質土排水量僅1公克，排水速率表現最差。從上圖我們無法推論在 加水100公克的情境裡，在加入生物炭確實對黏質土的排水速率有何影響。
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圖5-7 黏質土加入不同比例的生物炭之排水速率測試(第二次加水)
圖5-8 黏質土加入不同比例的生物炭之排水速率測試(第三次加水)
實驗發現2：
第二次加水後，可以發現水分排出約在第15秒至20秒間趨緩。加了2%生物 炭的黏質土排水速率最佳，未加入生物炭的黏質土最終排水量優於加入1%生物 炭的黏質土。在排水速率的表現中，前10秒是生物炭加入越多排水速率越快，
然而加入1%生物炭的黏質土在排水10秒後便停止了，因此最終排水量落後於其 餘二者。
我們推論在兩次加水100公克的情境裡，加入生物炭未必能增加黏質土的排 水量，僅在加入2%生物炭的組別中能看出排水速率及排水量較佳。
實驗發現3：
這次加水後，黏質土無論有無加入生物炭，最後排出的水量差別不大。
在排水速率的表現中，有加入生物炭者明顯優於未加入生物炭者，而加入1
%或者2%生物炭何者排水速率較優則未能在這次實驗中觀察出。
我們推論在三次加水100公克的情境裡，在黏質土中加入生物炭能讓土壤的 排水速率變快，對黏質土的排水量則影響不大。
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將三次加水後的重量平均後計算，如下表5-5及圖5-9：
表5-5黏質土加入0%、1%、2%生物炭平均排水速率
基礎實驗三-黏質土加入不同比例的生物炭之排 水速率測試三次平均(單位:g)
經過秒數 三B1 三B2 三B3 5 1.00 0.67 2.67 10 15.00 21.33 24.33 15 29.67 30.67 41.00 20 34.33 32.67 46.00 25 39.00 33.67 46.67 30 40.00 34.67 46.67 35 40.00 34.67 46.67 40 40.00 34.67 46.67 45 40.00 34.67 46.67
圖5-9 黏質土加入不同比例的生物炭之排水速率測試(三次平均)
實驗發現：
透過上表及上圖我們可以發現，在短時間內做測試，加入生物炭後的黏質土，其 排水速率及排水量在15秒前確實略優於沒有加入生物炭的黏質土，但加入1%生物炭的 黏質土在第15秒後的排水量卻較無加入生物炭的黏質土差。
而黏質土性質屬於保水性較佳的土壤，因此我們想進一步測試，在加入不同比例 生物炭的的黏質土中加入水後，靜置一天後，是否能有更顯著的效果，因此有了1-5的 實驗。
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1-4砂質土加入不同比例（0%、1%、2%）生物炭後，保水效果如何？
砂質土加入不同比例（0%、1%、2%）生物炭加入200g的水後，其盆栽內含水 重量如下表5-6及圖5-10所示：
表5-6 砂質土加入不同比例生物炭之保水性 重量(g)
經過天數
含水重量
四A1 四A2 四A3
第一天 92 95 97
第二天 126 139 134
第三天 134 142 143
第四天 119 134 129
第五天 121 135 130
圖5-10 砂質土加入不同比例（0%、1%、2%）生物炭之保水性 1-5黏質土加入（0%、1%、2%）生物炭後，排水效果如何？
黏質土加入不同比例（0%、1%、2%）生物炭加入200g的水後，其盆栽內排水重 量如下表5-7及圖5-11所示：
表5-7 黏質土加入不同比例生物炭之排水性 重量(g)
經過天數
排出水量
五B1 五B2 五B3
第一天 0 10 11
第二天 72 66 60
第三天 93 90 92
第四天 96 92 94
第五天 88 89 91
實驗發現：
可以發現無論是加 入1%或2%的生物炭，
每天加入200g靜置一天 後，均可增加砂質土的 保 水 性， 但 加 入 2 % 生 物炭其保水效果未必優 於加入1%生物炭者。
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圖5-10 黏質土加入不同比例（0%、1%、2%）
生物炭之排水性
(二)在不同的給水情境下，比較土壤加入不同比例的生物炭後，對作物成長的影響。
下表為蘿蔓萵苣分別種植在800g的砂質土加入不同比例（0%、1%、2%）生物炭，
每日加入100g、200g及600g的水，經過十四天後成長的情形 ：
砂質土(添加生物炭比例) 黏質土(添加生物炭比例)
0% 1% 2% 0% 1% 2%
0.5 倍 的 給 水 情 境
正 常 給 水 情 境
實驗發現：
第一天加入水，靜置一天 後，無論是加入1%或2%的生物 炭可以增加黏質土的排水性，
但在第二天，無添加生物炭的 黏質土卻略優於加入生物炭的 黏質土，第三天後，三者之間 的落差均在3公克以內，無明顯 太大差異，我們推論添加生物 炭的黏質土在短時間內其排水 效果較明顯，若持續添加水，
其排水效果並不明顯。
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3 倍 的 給 水 情 境
以下為2-1~2-6，分別為在800g的砂質土加入不同比例（0%、1%、2%）生物炭，
每日加入0.5倍給水情況(100g)、正常給水(200g)、3倍給水情況(600g)下，並紀錄蘿蔓萵 苣其成長的高度，共紀錄十四天，各組變化情形如下表5-8~5-13所示，圖5-12~5-16為經 過十四天後，蘿蔓萵苣成長高度的變化 ：
2-1在0.5倍的給水情境下，在砂質土中加入不同比例（0%、1%、2%）生物炭對 作物生長有什麼影響？
作物成長高度，如下表5-8所示，圖5-12為經過十四天後，成長高度的變化 ： 表5-8 在0.5倍的給水情境下砂質土中加入不同比例生物炭之作物成長情況
高度（cm）
天數 A1 A2 A3
1 12 12 11.5
2 12 12.5 11.5
3 12 12.5 12
4 12 12.5 12
5 12 12.5 12
6 12.5 13 12
7 12.5 13 13
8 12.7 13 13
9 12.8 13.3 13
10 12.8 13.4 13.2
11 13 13.5 13.2
12 13 14.2 13.3
13 13.4 14.2 13.4
14 13.4 14.5 14.1
成長高度變化 1.4 2.5 2.6
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圖5-12 砂質土在0.5倍給水情下作物成長高度 的變化圖
2-2在0.5倍的給水情境下，在黏質土中加入不同比例（0%、1%、2%）生物炭對 作物生長有什麼影響？
作物成長高度，如下表5-9所示，圖5-13為經過十四天後，成長高度的變化 ： 表5-9 在0.5倍的給水情境下黏質土中加入不同比例生物炭之作物成長情況
高度（cm）
天數 B1 B2 B3
1 11 11 11
2 11 11.5 11
3 11.5 11.5 11.5
4 11.5 11.5 11.5
5 11.5 12 12
6 12 13 12.2
7 12.3 13 12.5
8 12.3 13.1 13
9 12.3 13.2 13
10 12.5 13.4 13.3
11 13 13.5 13.5
12 13.1 13.6 13.5
13 13.2 14 13.9
14 13.3 14 14.2
成長高度變化 2.3 3 3.2
實驗發現：
經過14天，在砂質土中加 入1%及2%生物炭的作物，其 成長高度變化皆優於無加入生 物炭的作物，但加入1%、2%
生物炭的作物兩者之間成長高 度差異並不大，加入2%略優於 加入1%生物炭的作物。
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圖5-13 黏質土在0.5倍給水情下作物成長高度 的變化圖
2-3在正常給水情境下，在砂質土中加入不同比例（0%、1%、2%）生物炭對 作物生長有什麼影響？
作物成長高度，如下表5-10，圖5-14為經過十四天後，成長高度的變化 ： 表5-10 在正常的給水情境下砂質土中加入不同比例生物炭之作物成長情況
高度（cm）
天數 A4 A5 A6
1 11 9 11.5
2 11 9 12
3 11.5 10.5 12
4 11.5 10.5 12
5 12 11 12
6 12.5 11 12.9
7 12.6 12 13
8 13 12 13.5
9 13 12.5 13.5
10 13.1 12.8 13.5
11 13.2 13.5 13.7
12 13.3 13.6 14.2
13 13.5 13.7 14.3
14 13.6 14.1 14.3
成長高度變化 2.6 5.1 2.8
實驗發現：
經過14天，在黏質土中加入1
%及2%生物炭的作物，其成長高 度變化皆優於無加入生物炭的作 物，但加入1%、2%生物炭的作物 兩者之間成長高度差異並不大，
加入2%略優於加入1%生物炭的作 物。
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圖5-14 砂質土在正常給水情下作物成長高度的 變化圖
2-4在正常給水情境下，在黏質土中加入不同比例（0%、1%、2%）生物炭對 作物生長有什麼影響？
作物成長高度，如下表5-11所示，圖5-15為經過十四天後，成長高度的變化 ： 表5-11在正常給水情境下黏質土中加入不同比例生物炭之作物成長情況
高度（cm）
天數 B4 B5 B6
1 11 10.5 11
2 11 11 12
3 11 11.5 12
4 11 12 12
5 11.5 12 12
6 11.5 12 12
7 11.5 12 12.1
8 12 12 12.5
9 12 12.3 12.9
10 12.1 12.5 13.5
11 12.2 12.6 13.8
12 12.2 13 13.9
13 12.4 13.1 13.9
14 12.8 13.5 14
成長高度變化 1.8 3 3
實驗發現：
經過14天，在砂質土中加 入1%及2%生物炭的作物，其 成長高度變化皆優於無加入生 物炭的作物，加入1%生物炭的 作物成長高度最佳，加入2%略 優於無添加生物炭的作物。
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圖5-15 黏質土在正常給水情下作物成長高度的 變化圖
2-5在3倍給水情境下，在砂質土中加入不同比例（0%、1%、2%）生物炭對 作物生長有什麼影響？
作物成長高度，如下表5-12所示，圖5-16為經過十四天後，成長高度的變化 ： 表5-12 在３倍給水情境下砂質土中加入不同比例生物炭之作物成長情況
高度（cm）
天數 A7 A8 A9
1 11 11 11
2 11.5 11 11
3 12 11 11
4 12 11 11
5 12 11.5 12.5
6 12 13 13
7 13 13.2 13
8 13 13.6 13.6
9 13 13.8 13.7
10 13 14 13.8
11 13.2 14 14
12 13.7 14.5 14.1
13 13.8 14.8 14.3
14 13.8 14.8 14.4
成長高度變化 2.8 3.8 3.4
實驗發現：
經過14天，在黏質土中加入1
%及2%生物炭的作物，其成長高 度皆優於無加入生物炭的作物，
但加入1%及2%生物炭的作物其 成長高度並無差異。
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圖5-16 砂質土在3倍給水情下作物成長高度的 變化圖
2-6在3倍給水情境下，在黏質土中加入不同比例（0%、1%、2%）生物炭對 作物生長有什麼影響？
作物成長高度，如下表5-13所示，圖5-17為經過十四天後，成長高度的變化 ： 表5-13 在３倍給水情境下黏質土中加入不同比例生物炭之作物成長情況
高度（cm）
天數 B7 B8 B9
1 10 10 10
2 10.5 10 10
3 10.5 10.5 11
4 11 10.5 11
5 11 11 11.5
6 11.5 11.5 12
7 12.5 12.4 12
8 12.5 12.5 13
9 12.5 12.5 13.7
10 12.6 12.5 13.8
11 12.6 12.6 13.8
12 12.6 13 13.9
13 12.7 13 14.1
14 12.7 13.2 14.3
成長高度變化 2.7 3.2 4.3
實驗發現：
經過14天，在砂質土中加 入1%及2%生物炭的作物，其 成長高度皆優於無加入生物炭 的作物，但加入1%優於加入2
%的作物，兩者成長高度為3.8 cm及3.4cm。
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圖5-17 黏質土在３倍給水情下作物成長高度的 變化圖
綜觀上述，在不同給水情況下，不論是砂質土或是黏質土中，作物在有加入生物 炭的土壤中，成長高度變化都多於在沒有添加生物炭的土壤中，但是在有加入1%及2%
生物炭的土壤中，作物在這兩者之間成長高度變化並無因添加生物炭越多而成長高度 越多，其中砂質土中加入1%生物炭，作物在正常給水及3倍給水的情況下，成長高度 變化甚至優於加入2%生物炭；而黏質土加入1%或2%在正常給情況下，作物成長高度 無明顯差異，但在0.5倍及3倍給水情況下，加入2%生物炭的作物成長高度變化優於加 入1%；兩種土質中，在0.5倍水的情形下，生物炭確實有因比例增多而影響作物成長情 形，因此我們推論，在缺水的情況下，生物炭能發揮其效能較佳。
實驗發現：
經過14天，在黏質土中加 入1%及2%生物炭的作物，其 成長高度皆優於無加入生物炭 的 作 物， 但 加 入 2 % 的 生 物 炭，作物成長高度優於加入1
%生物炭的作物。
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陸、討論
1. 為什麼在探討生物炭吸水量中，三組皆為一百公克生物炭的吸水重量落差能達到73 公克之多呢？
表6-1 生物炭塊數比較
組別
總數 剩餘重量1 剩餘重量2 剩餘重量3
接觸
面積 約18*15平方公分 約16*15平方公分 約21*15平方公分
比較圖
我們取三組皆為一百公克生物炭來進行實驗，經過八天後發現三組吸水的速率接 近，但個別之間的吸水重量落差達73公克，後來發現三組生物炭中大小塊數量差異甚 多，因此我們將三組生物炭再一次拿出來平鋪在1*1的方格紙上所占的面積如表6-1，
發現面積較大的第3組，其吸水量及吸水速率最佳，其次為第1組，最差為生物炭面積 最小的第2組。因此我們推測生物炭的吸水量及吸水速率會受到接觸到水的面積大小影 響，接觸到水的面積越多，吸水量及吸水速率越多及越快，因此生物炭其表面的面積 較大，會增加吸水量及吸水速率。
此次實驗我們並沒有將顆粒面積再進行更深入的探討，關於顆粒面積大小的吸水 速率，可納入下次探討項目，利用不同孔隙大小之篩網篩出細顆粒、中顆粒及粗顆粒 之生物炭，並以相同方式測試生物炭之吸水特性。
2.為什麼在砂質土中第一次加水後看不出加入生物炭的差異，第三次加水後，加入2%
生物炭在砂質土中排水速率反而變慢呢？
我們猜測第一次加水時，土質皆為乾燥的情況下，加入100公克的水後，砂質土仍 在吸收階段，因此我們推測400公克的砂質土，看不出加入不同比例生物炭之排水速率 的差異，短時間內，再加入三次100公克的水後，其含水量已達飽和狀態，因此有無加 入生物炭，對砂質土的排水速率及排水量影響不大。
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3. 在砂質土及黏質土的實驗中，為什麼保水性及排水性不是生物炭加越多越好？
生物炭的特性，除了吸水性佳，添加在土壤中增加孔隙也具有排水的功能，因此 我們猜測加入越多的生物炭，生物炭除了有保水功能外，亦可能也兼顧排水功能，故 加入2%生物炭其保水及排水效果未必優於加入1%生物炭，亦或者兩者之間的總克數差 異不大，看不出明顯差異，因此此部分可作為下次科展延伸探討，將生物炭添加的比 例之間的差異拉大，比較更多不同比例的生物炭（1%、5%、10%）的保水性及排水性 差異，是否增加生物炭的加入量會影響其保水性及排水性，但我們可以確定的是加入 生物炭後確實能增加砂質土的保水性及黏質土的排水性。
4.在正常給水情況下，加入1%的生物炭的作物生長情形為何會優於加入2%生物炭?
在不同給水情境下，皆無法推論加入2%的生物炭，其生長情形會優於1%，我們推 測可能是種植及觀察的時間僅有兩週，可再將時間拉長看其變化差異；亦可能是添加 的克數差異不夠明顯，因此無法看出添加越多生物炭，作物成長高度會越好。
柒、結論
1. 生物炭確實具有吸水的效果，且吸水的速度在第一天在第一天至第二天吸水速率 最快，第七天之後吸水量達到停滯狀態，第八天之後便不再吸水，接觸到水的面積越 多，會增加吸水量及吸水速率。
2. 在短時間內(以五分鐘為基準)，排水性佳的砂質土，有加入生物炭其排水速率及排水 量略優於沒有加入生物炭的砂質土；排水性差的黏質土，有加入生物炭的其排水速率 及排水量在15秒前略優於沒有加入生物炭，但15秒後其排水性並無因添加生物炭而變 佳。
3. 靜置一天後，無論是加入1%或2%生物炭，均可增加砂質土的保水性，但加入2%生物 炭其保水效果未必優於加入1%生物炭者；在黏質土中，第一天加入水後，無論是加 入1%或2%的生物炭可以增加黏質土的排水性，但在第二天之後其排水性並無因加入 生物炭而增加。
4. 在不同給水情況下，不論是砂質土或是黏質土中，作物在有加入生物炭的土壤中，成 長高度變化都多於在沒有添加生物炭的土壤中，但是在有加入1%及2%生物炭的土壤 中，作物在這兩者之間成長高度變化並無因添加生物炭越多而成長高度越多。
5. 這次實驗無法推論黏質土的排水性及作物在不同土壤中成長的高度會因添加生物炭比 例越多而增加，但在0.5倍水給水情境下，生物炭會因加入生物炭比例增加而作物成 長高度增加。
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捌、參考資料及其他
一、未來展望
本研究為利用金門風倒木做為生物炭添加物以及蘿蔓萵苣作為種植的樣本，未來 也許可以嘗試種植不同的作物，以了解生物炭的加入對不同農作物的生長有什麼影 響，或取用不同金門農作廢棄物製作生物炭，探討對農作物或土壤改良的影響情形。
另在此次實驗中，有幾個部分可再下次延伸作探討，其一為在生物炭吸水速率的 實驗中，關於顆粒面積大小的吸水速率，可納入下次探討項目，利用不同孔隙大小之 篩網篩出細顆粒、中顆粒及粗顆粒之生物炭，並以相同方式測試生物炭之吸水特性。
其二是，無法看出在砂質土的保水性、黏質土排水性，以及在不同給水情境下，
作物成長高度，會因添加生物炭比例越多，而有更佳的效果，因此下次可將生物炭添 加的比例之間的差異拉大，比較更多不同比例的生物炭（1%、5%、10%）的保水性及 排水性差異，是否增加生物炭的加入量會影響其保水性及排水性，以及作物生長的情 形。
二、參考資料
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楊盈（2018）。番茄生物炭混合介質對甘藍及番茄幼苗生長及對番茄萎凋病防治之影 響。中興大學園藝學系所學位論文。
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趙庭瑤，鍾亞靖（2019）。生生炭熄～生生不息！－花生殼生物炭與肥料共同施加對
葉菜作物生長之影響。第59全國中 小學科展生物科。
