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地下茎合轴丛生—刺竹横走茎侧出单杆散生-水土保持学系PPT

归档日期:10-29       文本归类:箭竹属      文章编辑:爱尚语录

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  指導教師:林信輝 學生:翁書敏 學 號99年11月22日 植生工程暨生態環境系統研究室 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 大綱 簡報 泥岩土壤酸鹼度高,坋粒含量多,乾燥時堅硬,潮濕時軟化 ◎泥岩分佈 泥岩(Mudstone)又稱青灰岩,台灣西南部地區泥岩分佈甚廣,涵蓋了嘉義縣、台南縣與高雄縣等地區。田永銘等(1994)提出台灣泥岩的分布主要有三處: 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 (1)西南部泥岩地區:北自新營附近的龜重溪,南抵高雄壽山與旗楠公路附近之麓山丘陵;主要的地層包括:新化、關廟的六雙層;左鎮、南化、古亭及田寮等地區的古亭坑層,烏山頭水庫附近的二重溪、崁下寮、六重溪地層等。 (2)花東泥岩地區:分布於海岸山脈的南側及其西緣向北延展約七十公里,達花東縱谷安通溫泉附近。其中以位於台東市郊東北八公里之利吉村出露最為標準,稱為利吉層。 (3)恆春半島泥岩區:分布於恆春半島的西半部,從枋寮南延至墾丁國家公園,稱為墾丁層。 (1) (2) (3) * ◎泥岩地區氣候環境特性 顏富士等(1993)研究氣候環境對台灣西南部泥岩邊坡發育過程指出,當地氣候有以下幾點特點: 如台南每年十月至次年三月的降雨量為175㎜,而同期的蒸發量則為689㎜ 又加以夏溫高,蒸發量大(夏季日蒸發量高達9.1㎜),空氣中濕氣常呈現飽和狀態,亦產生雷雨。 尤其夏季六、七、八三個月,佔總降雨量80%以上 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 * ◎泥岩地區土壤性質 泥岩地區本身pH值高、交換性鈉(Na+)含量多,質地細、有機質少、N、P含量低、K含量高,故易引起分解作用。此外,泥岩乾燥時堅硬如石,表面呈魚鱗龜裂,且泥岩膠結不良,遇水迅速崩解,又因受過度壓密作用,當壓力消除或受雨水淋洗時,所造成裂隙常導致雨水向泥岩內部迅速滲入,因其特性導致泥岩地區常發生週期性崩塌問題。而裸露坡面,年平均沖刷深度高達7.5 公分,造成地被植物消失。 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 泥岩遇水之回脹崩解 泥岩溝狀沖蝕 泥岩乾燥之洋蔥狀剝落 * 呂錦明(1996)對竹類依其地下莖之發育形式及其型態來分類,較容易掌握其生活型,而其各類不同之材料取得、栽培方法與技術,也使其經營管理方式有所不同。 地下莖合軸叢生—刺竹 橫走莖側出單桿散生—桂竹 橫走莖側出合桿叢生—箭竹 走出莖合桿叢生—玉山矢竹 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 * 高齊治(1998)依據野外調查指出刺竹叢根域範圍隨刺竹稈徑增大而呈指數增加,其胸高直徑與根域範圍關係式如下: 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 R = 178.937 D2.775 R:根域範圍(cm2) D:竹稈之最大胸高直徑(cm) * 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 ◎根系對土壤的影響 根據Greenway(1987)之研究,植物根系與邊坡土壤之互動機制,可分為水文機制及力學機制等二方向。 從上述說明可見,植生對於坡地是有保障防止破壞的作用,但在陡坡地及山脊處,因樹木本身重量受地震力搖動,則可形成破壞力的加大。再則植生覆蓋促進了入滲,也加速風化深入岩層,對順向坡安定威脅變大,也增加了地震作用下的破壞範圍。故植生復舊是必需及經濟性可行的,可以加速邊坡恢復穩定性, (1)截留作用(Interception) 降雨經過植物吸收及蒸發損失而減少逕流量,又由於幹流延緩雨水到達地面時間,有利於增加入滲率、減少表面逕流。 (2)入滲作用(Infiltration) 根系與樹幹擴張分布增加地表粗糙度,提高土壤滲透率。 (3)蒸散作用(Transpiration) 一般降到地面上之雨量約有50~85%是經由地面蒸發及葉面蒸散而返回大氣中,能降低土壤含水量及地下水水位,並減少孔隙水壓力,減輕土體自重。 * 1.水文機制: (1)根系加勁補強作用(Roots reinforcement) 增加土壤凝聚力,使土壤抗剪力增加。部份深根植物可將根部延伸到潛在滑動面下,因此對邊坡穩定有增強作用;部分淺根植物,其根系對土粒亦有相當之凝聚效果。 (2)根系錨定與拱壁作用(Arching resistance) 土壤於坡面之任意相鄰兩根林木間引起土壤拱壁作用而產生土壤拱阻抗力。此土拱可提供阻抗力以抵抗土拱後方持續下滑之土體。 (3)林木超荷重(Surcharge) 林木自重將增加坡面荷重,進而增加垂直及水平應力。於緩坡地林木的荷重有利於坡面安定,於陡坡林地則有不利影響。 (4)風的搖撼作用(Windthrowing) 風的搖撼作用在使風力動能傳遞至植生之根部,如此將增加土壤之受剪應力,降低邊坡之穩定性。 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 * 2.力學機制: 流程圖 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 資料蒐集 試驗樣區 根系型態調查 土壤入滲試驗 坡面沖蝕情況 結果與討論 * 根系斷面 鬚根 單環入滲 沖蝕溝 前人研究 1.供試植物材料 (1)名稱:刺竹 (2)學名:Bambusa stenostachya Hackel (3)英名:Thorn Bamboo (4)特性:沿海地區植之以防風定砂或山坡之野溪邊植為護坡;稈肉堅厚,強度高,可供建築及編製材料。 (5)分佈:原生長在中國東南閩粵各省,台灣則主要分佈在台灣南部海拔0~500公尺處。適合生長於向陽開闊地、耐乾旱及貧瘠之地。 (來源:台灣的自然資源與生態資料庫III-農林漁牧) 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 * 稈高5-24 公尺,徑5-15 公分,幼桿綠色,老稈則灰綠或棕綠色。地下莖屬於地下莖合軸叢生型,因其叢生的特性,刺竹立地生長後就不會改變其生長位置。 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 * 刺竹耐旱能力較佳,且刺竹具有對地表的覆蓋保護、土體的握裹固結及土壤化育等功能,為泥岩裸露坡整治之良好過渡植物與主要造林樹種。 2.樣區位置 烏山頭水庫位於水庫位於曾文溪支流官田溪上游,主要行政區為臺南縣官田鄉、六甲鄉、大內鄉、東山鄉,海拔高度約300公尺以下,集水區內土地利用有竹林、次生林、農墾地、草生地等。主要竹種為刺竹、長枝竹及麻竹,而集水區內竹林、闊葉林及針葉林等林地面積約佔集水區面積之59%,且水庫蓄水區內多為竹林地區。 集水區範圍 試驗地點 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 * ◎樣區植物群落 高度超過10公尺以上主要植物種類為:木麻黃、刺竹等,高度5-10公尺之植物種類則包括:龍眼、山棕、菲律賓榕、血桐、稜果榕等,5公尺以下之植物種類多以草本植物為主如絹毛鳶尾、龍船花、含羞草、金腰箭、五節芒等,而藤本植物則如:小花蔓澤蘭、三角葉西番蓮、盤龍木等。整體而言,高度超過10公尺以上之植物較為稀少,多以早期人為栽植為主;而10公尺以下之植物種類多為自然生長。 稜果榕 三角葉西番蓮 絹毛鳶尾 金腰箭 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 * 3.刺竹根系調查 竹林地邊坡崩塌其原因為剪應力增加,土壤抗剪強度降低,除受外力如地震力、風力、降雨強度、林地坡度、地質等因子影響外其內力系平衡之根莖亦值得探討。選取樣區以1m×1m×1m範圍,細心挖除竹林地土壤且不使地下部根莖受到破壞,以瞭解竹林地下根系之生長分布及組織結構情形。 刺竹林樣區 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 刺竹根系 調查情形 * 4.土壤入滲試驗 入滲率測定採用單筒式入滲計(single-ring),入滲鋼筒長30 cm、桶徑為22 cm,於選定的試驗地將入滲計垂直打入土中約2/3筒長,並於離地面5 cm標示止水線穩定水壓,最後以人工供水方式,於每隔一分鐘紀錄滲入土壤之水量,持續供水一小時進行土壤入滲速率試驗。 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 F = 10Q / A t F:土壤水之入滲速率(mm/min) Q:入滲量(cm3) A:圓筒斷面積(cm2) t :時間 single-ring 30cm 22cm * 1.刺竹根系型態 調查結果,刺竹平均長度為16.57 m,胸徑範圍12-16 cm ,推測所選定之刺竹地下根域面積約為39.28 m2。 地下莖屬於地下莖合軸叢生型:地下莖連接於稈之基部,屬於直立型地下莖,根系之範圍隨地下莖的擴充向外分布,但因叢生的特性,刺竹立地生長後就不會改變其生長位置,不像散生型竹類隨著根、莖遍佈地表層位置,隨著生長而改變。由新竹之地下莖側芽萌發新筍,依此繼續孳生不息。 而刺竹根系於泥岩地區生長情形形態變化不大,根系範圍隨時間增大,根系生長快速,根系深度可達1-3 m,根系密度較高之區域大都分布於0-100 cm,表層(0-10 cm)為細密網狀根系,若竹叢未加以管理,範圍不再擴大,竹林內竹稈雜亂交錯且長出之新竹變小甚至於死亡。 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 * 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 初步調查結果,接近地表面之鬚根較細,而深度0-15 cm之鬚根平均根徑為0.96 mm;深度15-30 cm鬚根平均根徑為2.1 mm;深度30 cm以下之鬚根平均根徑為1.8 mm。對照根徑分級表可得知刺竹根徑屬於極細根至小根之範圍,其根徑表面具有皮層可保護根系。此外,觀察其鬚根可發現刺竹鬚根發達且於鬚根上長有更微小之細根,其根徑約為0.01 mm左右,因其生長環境多為泥岩地區,土壤水分含量較低且保水能力較差,因而需要大量微小鬚根吸收土壤水分以提供地上部生長所需。 根徑(mm) 根級 0.5 極細根 0.5~2 細根 2~5 小根 5~10 中根 10~20 粗根 20 極粗根 (來源:高齊治, 1998) * 高:13~15m 深:2~3m 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 刺竹鬚根 刺竹根系 * 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 地下莖合軸叢生根系型態示意圖 現地根系觀察 * 現地 狀況 試驗 季節 土壤深度 (cm) 孔隙度 (%) 含水率 (%) 容積密度 (g/cm3) 有機質 (%) 根系 夏季1 0-20 41.86 32.48 1.16 2.19 20-40 46.14 30.50 1.20 2.09 夏季2 0-20 40.86 28.76 1.02 2.01 20-40 42.14 26.37 1.16 1.89 秋季1 0-20 47.66 17.37 0.96 3.26 20-40 48.34 22.31 1.18 2.91 秋季2 0-20 53.38 19.02 1.06 2.87 20-40 44.72 23.84 1.26 2.43 無根域 夏季1 0-20 40.76 29.36 1.07 1.83 20-40 41.86 23.72 1.18 1.73 夏季2 0-20 37.76 28.89 1.17 1.76 20-40 36.86 26.75 1.21 1.53 秋季1 0-20 58.75 18.50 0.91 2.17 20-40 47.87 18.31 1.27 1.99 秋季2 0-20 40.01 20.03 1.40 2.03 20-40 42.04 21.23 1.43 1.74 樣區土壤質地以壤土為主,其他土壤質地為砂質壤土、砂質粘壤土與粘質壤土 ,屬於中質地土壤。 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 2.土壤質地 * 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 3.土壤入滲試驗 刺竹林樣區土壤初始入滲率在4.34-53.92 mm/hr之間,飽和入滲率在0.13-8 mm/hr之間;試驗地區初始入滲率與飽和入滲率,為有根系土壤大於無根系土壤。 刺竹(根系) 刺竹(根系) 刺竹(無根域) * 1.土壤水分入滲對坡面沖蝕的影響 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 發生降雨時,部分雨水通過林冠層時被截留,部分雨水則經由幹流、穿落雨降落在地面上,部分漥蓄在地表或經入滲作用貯存在土壤孔隙中,林地的枯枝落葉層與土壤入滲能保持水分,可削減洪峰流量、延遲洪澇時間,降低洪澇災害。 土壤先前含水量愈高,抗沖蝕能力愈高,沖蝕量與逕流量也愈多(王永琦, 2004) 。而於泥岩地區之道路開發或降雨沖蝕等因素,導致沖蝕溝產生,進而使刺竹根系裸露,造成整叢刺竹向下滑落。 * Bcrit:根柱或錨樁之最大允許臨界間距 Hz:產生作用力土層之垂直厚度 K0:側向土壓係數 C′:土壤有效凝聚力 C1′:基礎滑動面之土壤有效凝聚力 γ: 土壤比重 β:有效土體坡度 φ′:土壤之有效內摩擦角 Φ1′:沿基礎滑動面間之有效內摩擦角 前言 材料與方法 結果與討論 後續研究 若竹與竹之間距太小,易抑制竹稈之生長,間距過大則易產生拱璧作用減弱,以刺竹生長及經濟性之考量,刺竹之栽植間距以5~6 m為適當(高齊治,1998) 。 2.竹叢最大間距與坡面沖蝕之關係 * * * * * * * * * *

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