中學生交報告1：淺談植物形態對於雨水攔截之能力

壹、前言

一、研究動機

今年台灣水資源匱乏的情況愈來愈嚴重，並且造成人民的恐慌，根據經濟部水利署的資料統計，新竹區域的重要水庫，石門水庫，五月初的水庫儲水量只剩9.8%，預測剩餘天數15天，危及民生用水。由於台灣先天地形坡短流急，無法有效攔截雨水，總降雨量大，但實際留在水庫的水不到兩成，又加上最近天氣乾燥，久無颱風，降雨量少，缺水才會變成如此嚴重的課題。如果下雨時，植物若能將雨水截流，減緩雨水落入土壤的時間，這將可能有效減緩地面逕流水的排出，使雨水轉變為地下水或是進入水庫，將可有助於水土保持。

圖一 : 台灣水庫即時水情5月22日

（圖一資料來源 : 經濟部水利署）

二、研究目的

希望能夠透過實驗，針對植物的葉序排列方式、葉片的大小和枝條上著生的角度，找出最有效的攔阻模型，進而對於水資源的保護，找到大自然中對於攔水較有效的植物，將其種植在水庫附近，以幫助攔水進入水庫。

三、研究方法

(一) 瞭解植物葉序的種類與特性，製作四種葉序的模型，做為實驗模擬樣本。

(二) 實驗四種植物葉序模型，置於同樣雨量實驗狀態下，攔阻雨量的能力，找出哪一種植物葉序的攔阻效果最佳。

(三) 實驗同種植物葉序模型，置於同樣雨量實驗狀態下，葉子的大小不同，是否影響攔阻雨量的能力，找出植物葉子大小對於雨水攔阻效果的關係。

(四) 實驗同種植物葉序模型，置於同樣雨量實驗狀態下，枝條的角度不同，是否影響攔阻雨量的能力，找出植物葉子角度對於雨水攔阻效果的關係。

(五) 綜合以上實驗模型，找出最佳有效的攔阻能力組合。

五、困境與展望

(一)目前困境

在做實驗的過程中，原本使用磁漏斗懸吊方式，因發現每次實驗晃動，造成實驗無法準確，同時其篩孔孔徑過大，水量會因晃動而集中某區域，因此改良後改以玻璃漏斗固定架的方式，同時解決晃動與水量不均勻的問題。反放在紙板上的玻璃漏斗，維持水平較易控制，落水會較均勻落在植物模型上方，為解決水流篩孔過大問題，於玻璃漏斗面貼塑膠膠膜，其表面以細針扎孔，使水量可均勻分布，但此工作屬手工作業，其孔間距會有不同，較難控制。所以，為固定落水位置統一，使用膠帶標記，標記量筒於平底鍋的固定位置，可增加變因的掌控度。原本想使用水龍頭搭配灑水器或是寶特瓶瓶口戳洞，但發現前者無法控制進水量，而後者擠水時會晃動到瓶子，這樣無法有效控制變因。因此，選擇加玻璃漏斗做為模擬降雨裝置，利用毛根做為植物莖，因毛根是一次使用，做完濕掉就必須丟棄，所以製作每一枝的形狀、角度，都有些許差異，可能會造成實驗誤差，但也以利求實驗變因修正調整到最小範圍。

會採用模擬的原因，主要是希望針對葉子著生方式探討攔阻水的效果，但真實的植物，可能比較難控制變因，因為每種植物可能在生理組成結構上又有不少差異，所以若取真正的植物來做實驗，可成就更難掌控好控制變因的部分。希望能突破這些大自然中各類植物型態上的神奇差異，期待統整並推測有較加攔阻雨水效果的植物特徵。

(二)未來展望

如果未來能重現實驗，可以設計自動落水裝置，控制落水速度，上面也可以裝設水平儀，使落水平分布在植物模型上方，而植物的枝條和葉子可以用3D列印，如此一來，模型就不會有誤差，而且可以重複使用。除此之外，可以設計更多不同植物葉序模型，因為我所製作的是最基礎的植物模型，變化較少，之後可以將實驗數據轉為公式，比對不同植物的資料，推算出截水能力最佳的植物，為土地留存較多的水，減少逕流淡水直接沖至海洋。

陸、結論

依據實驗結果，我們得知叢生和主幹與支條交叉呈45度大葉子的植物，對雨水的攔截能力較佳，可拉長水流入土壤的時間，不會瞬間馬上流失，較能增加土地保水量，即使水量的差異不大，只有大約2~3ml，還是能根據著生形態加以合理的推測。實驗無法有完全的正確性，只有最接近的答案，建議政府能夠在水庫附近多種植此類植物，可以增加水庫之的水量，間接解決缺水問題，也可以在山坡地種植此種植物，加強水土保持，防止土石流的發生，保護台灣的水資源，期待以後有新的實驗告 訴我們更多的答案。

柒、引註資料

張碧員、林麗琪(2018)。賞葉: 葉知識百科＆葉形圖鑑。商周出版社。

經濟部水利署(2020年5月22日)。台灣水庫即時水情。

植物知多少。

http://icontent.nkps.tp.edu.tw/naturesci/Intro.aspx?funcID=4&taxonID=9&specID=145

隨想物理(2017年9月7日)。「科學」（方法）是一種還是很多種？

https://pb.ps-taiwan.org/catalog/ins.php?index_m1_id=4&index_id=224

行政院農業委員會水土保持局臺中分局(2018年10月22日)。山坡地的水土保持方法。