2012年4月3日

科博館《樹木的身體語言特展》海報

上個月去了科博館,特地去看《樹木的身體語言特展》,不只聽演講還花了一下午待在展場了充電練功,一趟下來,學到非常多東西!讓我帶出課堂上生物課時,多了許多可以教授的事件了。

以下圖片都是翻拍展場的海報,另外圖片上的說明,儘可能按照原文案,但還是參雜自己所學的知識和語氣,重新寫了一些。





樹木的基本生理-樹木的生長
樹木會長高,也會長胖。長高就是一次生長,又稱伸長生長,莖頂的分生組織具有保持分裂與分化的能力,它會分泌生長素讓莖伸長;而長胖就是二次生長,又稱肥大生長,這個過程是維管束形成層進行分裂,它會向內長出木質部,向外長出韌皮部,這個過程會讓莖部逐漸加粗長胖。





樹木的基本生理-芽與枝的種類
樹木長芽之後形成的枝條,可分兩大類,一種稱為結構枝,另外一種則是非結構枝。

頂芽和側芽都稱為「定芽」,由這些定芽長出的枝幹會和髓心相連,在結構上非常堅固,因此稱為結構枝。

「非結構枝」是由不定芽或休眠芽所長出的枝條。當樹木受傷之後,由傷口增生出的芽,就稱為不定芽,而休眠芽則是本來被抑制發芽的側芽。

頂芽存在的時候,會分泌生長素,除了促進莖的延長之外,也會抑制側芽的生長。這些側芽處於休眠狀態,存在樹幹外層沒有萌發,又稱為潛伏芽。





樹木的基本生理-頂芽優勢
由於頂芽會分泌生長素,抑制側芽生長,因此頂芽存在時,側芽就不會活動,這就叫作頂芽優勢。

當頂芽受到傷害會失去活力的時候,莖頂分生組織無法合成「生長素」,致使側芽的「細胞分裂素」含量增加,因此原先潛伏的側芽或不定芽就會萌發,長出新枝條供應養分。

但是潛伏芽和不定芽長出的枝條,只和樹幹外側連結,結構上非常不穩,很容易而斷裂而造成樹木本身或人車的傷害。


被斷頭的樹木,常可以見到斷頭處會在萌發出新芽長枝條,乍看之下很有生命力,其實隱藏了危機。

茶園裡茶樹生長得矮小,其實也就是不斷被摘芯,頂芽優勢消失,因此側芽萌發。





樹木的基本生理








樹木的基本生理-樹木中空腐朽的智慧


植物的輸導組織包括韌皮部和木質部,韌皮部主要運送葉片行光合作用合成的有機物,而木質部則是運送由根部吸收而上的水分。

由木質部構成的木材,可分為中心顏色較深的心材和顏色較深的邊材。心材的木質部細胞累積油脂、樹膠、單寧等物質,失去輸導作用,而邊材仍然具有輸導作用。95%的水分運送,都是在3年內形成的邊材進行。









樹木的基本生理-輸送器官









樹木的根本


樹根的廣度:以闊葉樹為例,根圈的範圍直徑可達樹冠的兩倍,面積可達樹冠的七倍。
樹根的深度:「樹有多高,根就有多深」,這是不正確的。美國世界爺的高度,可達115公尺,但其主根只有2.5公尺,地上部份與地下部份高度比例近約 40:1。

而樹木的地上部份和地下部份的質量比例約為4:1,若是扣除佔樹木質量60%的樹幹,則根部和樹冠則大約相近,佔樹體質量的20%。也就是說地下就有一個和樹冠一樣的根系結構。

樹根除了吸收水分養分以外,也負責穩固樹體,樹木的根雖然不深,但根會自體相連(正所謂「盤根錯節」),也會和鄰近的樹木的樹根連結,甚至也會抓住石頭,這些都是為了穩定「根本」

要讓根部發育良好,需要三個重要條件,滲水、透氣和排水。樹根需要充裕的水分,但排水不良或是積水,都會讓根部轉為進行無氧呼吸,產生乙醇或乙烯,反而傷害根部。









樹木的根本-樹木根系的吸水機制

樹木的根系依型態和粗細,分為主根、側根、細根和根毛。

雖然前述根系面積極為廣大,但是並不是每個部位都能吸水,依吸水能力可分為木化根和白根。成為木質化的「木化根」,幾乎沒有吸水能力,只剩下儲存養分、支持和同化物質的能力。白根是能吸水的部份,靠的是白色細根的根毛帶,這樣具吸水力的根系,又稱為「有效根群」。

根的吸收能力來自兩個作用,一個是蒸散作用的拉力,另外一個則是根壓的推力。

植物超過90%的水分都是由葉片蒸散,因為水的內聚力和水與細胞壁的附著力,使得水分在維管束中運輸呈現連續水柱。當葉片蒸散形成的張力經由連續水柱傳導到葉脈的導管時,就驅動了導管中的水由下向上運送,這就像是用吸管吸水一樣。


另外根壓則是因根部主動運輸無機鹽進入細胞,造成根部細胞溶質濃度升高,使得根部滲透壓大於土壤滲透壓,因此水分進入根部產生根壓。






樹木的根本-細根的分佈原因與影響


由於根部需要主動運輸無機鹽造成根壓,因此需要大量氧氣進行呼吸作用,吸水根自然會往氧氣、水分多的區域生長。

根的吸水部份主要在根尖進行,在根尖中,又以根毛部的吸水能力最大。不論是深根型或淺根型的樹木,細根幾乎80-90%都在表層下30公分的土壤。

常見樹木浮根的現象,就是因為表層土壤遭受長期踩踏、夯實,導致缺氧缺水,因此根部會愈長愈上浮。






樹木的環境反應能力


環境的改變,會導致樹木的成長也發生改變。包括偏向生長、接觸生長、力學結構強化、自我區隔防禦等。








環境反應結構-偏向生長
樹木本來應直挺挺生長,但是如果土壤不穩、生長在傾斜地,或是風大的情況,就會造成樹木發生偏心生長,樹輪不再是同心圓,這是用來強化不穩定的樹木結構。

闊葉樹和針葉樹面對傾斜的狀況時,兩者有不同的反應。
闊葉樹傾斜時,會在傾斜的相反側年輪快速二次生長,並長出粗根來拉住樹幹,穩住樹體,因此被稱為拉拔材。而枝條的年輪也會呈現拉拔的型態,枝條上方為了拉住樹幹而快速生長,因此年輪較寬。意即將枝條橫切之後,會看到上方部位的年輪會較寬,下方則較窄。

而針葉樹恰好相反,當它傾斜時,會在傾斜的同側年輪快速生長,頂住傾斜的樹幹,因此被稱為支撐材。而枝條的年輪也呈現支撐的狀態,將枝條橫切之後,會看到下方的年輪較寬。







環境反應結構-接觸生長


當樹木碰到異物,像是其他或自己的樹幹、繩索、欄杆等物體,在接觸位置周圍的形成層會快速進行細胞分裂,以包覆異物,這會造成樹木養分和水分的運輸受阻,而成為樹木力學結構的缺陷。
 





環境反應結構-結構補強反應


當樹木因外傷而造成病原菌入侵,會導致樹木中空腐朽,這會造成力學結構上的缺陷。若中空範圍比例不大,則樹木的力學強度不會改變,但樹幹中空比例過大,則會造成像水管一樣的中空。
當樹木因外傷腐朽,它們會在腐朽處兩側形成圓柱型的窗框材,加強樹幹的力學結構,彌補中空造成的缺陷。
 




環境反應結構-抗病機制


「樹木的防禦機制」CODIT (Compartmentalization of Decay InTrees)是美國學者Alex Shigo(1985)所提出。

當樹木受傷時,死亡組織沒有被修復,樹木做的是將受傷部位包圍防止擴散,並在其他位置上長出新生組織取代舊組織,彌補腐朽缺陷。

它們防禦的機制有兩點,一是產生變色材、防禦層,二是產生形成層隔離壁。

當病原菌入侵時,活細胞會聚集抗病性的化學物質包圍腐朽感染區域,成為「抗病組織」。
因為累積許多化學物質,會使得防禦區木材顏色變深,稱為變色材。為了防止腐朽菌繼續擴大,在腐朽區旁的深色硬化木材則是強力抗菌的「防禦層」。

當腐朽菌嚴重入侵樹幹或主要枝條時,為了防止腐朽菌繼續入侵,形成層會形成「形成層防禦層」來阻隔防禦,避免腐朽繼續入侵。

製造防禦壁的能力,依樹勢有所不同,強者可快速製造強力隔離壁,弱者則可能更弱,甚至死亡。

當樹木不斷的受傷,它們就會不斷抵抗,直到耗盡養分為止。因此不當修剪或外力傷害造成傷口,容易造成病原菌入侵,也讓樹木為了防禦而耗盡養分衰弱死亡。

當樹木受傷之後,要讓樹木受傷材質成為腐朽材,才能夠防腐,其他外加的傷口塗劑都只是暫時性的,並沒有預防功能。
 








樹木的基本力學結構







樹木的基本力學結構-單一主幹型態
每年樹木肥大生長時,側枝的形成層在初春時會先長,然後才換主幹的形成層。因此主幹每年都會不停的生長,把側枝的基部包覆起來,形成「環枝組織」。主幹和側枝的纖維走向是S型,中間區域是環枝組織,有縱向的包覆力。

每年側枝和主幹輪流交替生長,就會形成一個三角錐形狀的「懸臂髓心樁結構」,讓側枝得以和髓心相連,穩固的固定在樹幹中。前述的結構枝之所以穩固,就是因為這樣的結構。










樹木的基本力學結構-多主幹形態


如果將主幹斷頭修剪,會造成失去頂芽優勢,而使不定芽和潛伏側芽萌發成為不定枝。數年之後,這些枝條會發育成為「多主幹」的現象。

正常發育的枝條和主幹之間角度較大,而這些不正常發育的枝條則和主幹之前夾角較小,猶如V字型,當枝條愈來愈粗,則會靠在一起,中間的形成層壞死,而產生夾皮現象。

夾皮現象的特徵是兩側夾皮的尖端,會肥大成為凸出耳狀膨大。夾皮看起來正常,但結構上有缺陷,其只有外側是真正相連,內側仍為分開的狀態,容易因強風而拉扯斷裂。



若能讓雙主幹生長的角度夠大,就會成為U字型枝,這樣就能降低危險性了。













常見的綠化問題與對策-修剪篇







常見的綠化問題與對策-主幹修剪問題
主幹斷頭修剪:造成潛伏芽和不定芽長成非結構枝,增加公共危險。斷頭處沒有葉片足以供應養分,因此會腐朽死亡,造成樹木中空。







常見的綠化問題與對策-側枝修剪問題


側枝修剪錯誤,造成傷口無法癒合,而使病原菌入侵。修剪過深,則會切掉環枝組織,造成樹幹纖維切斷,影響養分運輸。修剪留得太長,也會因殘留無養分供應的枯死枝條,而阻止傷口癒合,未來仍有可能腐朽空洞。









常見的綠化問題與對策-側枝修剪對策
正確的側枝修剪,應該保護環枝組織,保留癒合的組織,讓樹木自然修復傷口。







常見的綠化問題與對策-種植問題
浮根
鋪面夯實或積水,會造成吸水根的死亡或浮根(因為吸水根約90%分布在地表下30公分)。
二段根
花台覆土太高,缺乏排水造成積水問題,下方根系會腐爛,且覆土之後,土壤下方的吸水根會缺氧。因此樹木會長出新的根系,形成二段根。





常見的綠化問題與對策-種植對策
種植樹木的重點:深挖、淺植、通氣、排水
1.植穴深度至少超過1公尺。
2.回填土墊高,使土球1/4高出地面。
3.根系周圍埋設「導根排水措施」



常見的綠化問題與對策-種植、移植篇





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