VEEESL 5年耕耘5年豐收之10年大計

近(2002~2003)、中(2003~2005)、長程(2005~2007)目標及工作項目

  

1.      實驗室作業流程規劃與各項儀器之串聯、並聯
工欲善其事，必先利其器，Veeesl實驗室擁有水土保持植生界最豐富之儀器資源，若經巧手之雕琢，必更能散發其光彩而非只是曇花一現。
(1)設備擴充與提升。
   a.發芽箱改為多功能生長箱

         b.電腦升級  

   c.研究環境之改善
      (2)植物生理感測與根系物理作用系統與data log結合應用

      (3)儀器是死的，人是活的。應整合各種可用儀器，而不是單點使用，別人做什就跟著做。

2.      植物材料之培育管理
空有利器而無施作對象，也是徒然而無用武之地。因此，選定適量植物進行先期育苗作業，以利日後供試植物用，此為植生研究室應必備之長期資源，缺少此預備能量，一開始就輸人半年以上了。

3.      優勢、先驅及適生植物生長模式之建立
    依台灣水土保持之問題地區，建立優勢、先驅或適生之植物(草本、木本)生長模式，以葉片面積、枝數、莖徑及乾物重為初期(一、二年內)之成長指標，定性、定量分析及探討地區微氣象因子(T、RH、quantun、wind)等對乾物重、光合成作用速率之影響(微觀與巨觀)，而後依建立之生長模式，定量預測、模擬乾物重、根系、及根力之累積量與對問題地區之量化影響。
(1)泥岩地區
(2)崩塌地
(3)石灰石礦區
(4)紅土台地
(5)海岸地區
(6)水庫濱水緩衝帶

4.      衛星影像及光學儀器在植生方面之應用
利用衛星影像及光學儀器建立植生之生理反應，物理作用之吸收、穿透及反射物理量測定，而達到非破壞性且大面積對水土保持植生、生態保育、地景生態、自然演替之變異探討與情境模擬。
(1)Imagine、ArcView ＆ Fragstats 軟體
從事衛星影像之整合à網格化、數位化à建立位相關係圖檔à生態指標計   算à分析探討水土保持、地景生態功能。
(2)ArcGis軟體
應用地理統計技術，配合衛星影像或現場試驗、觀測資料，推估崩塌地、泥岩地區、紅土台地、海岸地區之植群分析、土壤養分、水分、坡面沖蝕等之分析，而後進行實際調查之驗證工作
(3)植生根系非破壞測定
植物根系生長於土壤介質中，非破壞無法得知其生長及分布，擬利用高頻率光學發射與接收儀器(如透地電達…)；用以分析生物性根系與無生命介質對高波能量吸收之差異值，定性到定量探查出植物根系之生長分佈、趨勢及在水土保持惡地(泥岩、崩塌地、紅土…等)之生長情況與對坡面穩定之連續性監測。
(4)葉綠素計之應用
利用螢光量Fv、Fm值之變化（PAM2000）、量化為植物在逆境中之反應， 以評估其生長能力，或SPAD-502葉綠素指標計，量化為判釋之模式(找出最佳模式，以前作的大部分是錯的，因為統計分析能力與物理知識不足，導致錯誤的結論)並與其他植物生長量(乾物重、葉面積等)相結合。
(5)植物光學與熱傳導等物理性之建立                                                      
先針對大面積植群(刺竹、相思樹、草地)等之大尺度（rough），進步至小尺度（精細）；分別測定其日照量透過率、能量透過率、分光光譜、長波輻射及折射率等，物理、熱傳特性，以作為衛星影像監督式分類之基礎及日後實地驗證之應用。                                                                                                        

    (6)植生水土保持上物理作用之探討                                                                                        

      a.      大型直剪試驗(含植生之逆境變化與回復力，崩塌模擬（剪力之大小），含根土體不同含水量  
      對邊坡穩定之影響)

      b.      根力非破壞性評估(植生物理量、光學資料)

c.       根系引拔抗力廣泛性資料之建立（泥岩、崩塌地、海岸..等）

d.      水土保持植物、物理量資料之建立

e.       植物物理量、生長量、根引拔抗力及土壤剪力之結合（非破壞性之物理量或光學模式評估）

f.        植生對侵蝕之量化模式（水蝕、風蝕）

g.       國內外主要植生根系力學作用之組合模式

h.       配合自然工法做植物物理作用與地景生態之物種能量流動

6.植物單葉生理測定與全株生理之結合

        植物界對植物之生理測定，大都以單葉為之，然於水土保持、森林等實務應用中，以全株或植群之整體作用才具代表性。因此，必須結合單葉與全株之差異性測定與修正，使單葉之生理反應，來代表全株之生理、物理作用才具簡易實用性(複雜化-簡易化)。

(1)淨光合作用速率指標

             結合Li-6400、Li6200與植物生長箱，並建立與乾物重、生長模式、PPFD、PAR、RH、T等之回歸模式。

(2)蒸發散速率指標

結合蒸發散重量法與Li-6400、Li6200之蒸散速率，並加入修正因子（LAI、C、ε…）。

(3)葉氣孔導度與各項環境因子的量化關係

(4)氣候變遷後之植物生理、物理變化

控制560ppmCO2濃度(國際上氣候變遷的定義)，瞭解水土保持植物之生理變異及對環境之影響(耗水量、水分逆境等)，作為未來氣候變遷在不同水土保持惡地(泥岩、崩塌地、紅土台地等)植物生理、物理作用之模擬與預測

(5)水土保持C3、C4植物特性之廣泛建立與逆境轉換之探討

研究崩塌地、泥岩代表植物之CO2消耗日、季節趨勢，進而量化為指標模式，並與各種生理逆境搭配，以瞭解優勢植物與典型C3、C4植物之差異、逆境轉換及其量化之模式。

(6)建立全株植物單葉淨光合成、溫度等之3D立體分布

             搭配建立之蒸發散模式，並利用工程數學技術（積分方式），求得全株植物之各項生理、物理特性之3D分布情形。

(7)光學、生理與物理儀器單位之整合

     由於使用儀器之不同，同種物理量其單位並不相同，使得無法比較國內外之研究結果，利用現代回歸技術整合研究室相關儀器的單位，成為統一比較標準，實是所需。

   (8)無重力或非地球重力下之植物生長行為

              此為現今NASA全球公開徵求之研究計畫（解決外太空之人類食物問題），為植物界深具挑戰之問題。

7.航空噴植材料之開發與應用

        良好噴植材料講究其對地面之附著效果、沖蝕預防與植物種子之發芽率。因此，可延續此兩三年內，零零碎碎之噴植試驗與發芽試驗(雖然結果是錯的，但至少數據是有一定的信賴區間的)，進行試驗數據之重新整理，建立何種材料(粘著劑)、配方等在不同坡度、地質、高度、微氣候等環境因子下之最佳噴植效果的量化模式(最低沖蝕量、最高發芽率、最佳水土保持生態及景觀效果)。

  

（1）    發芽：模擬各崩塌地之溫濕度變化趨勢於生長箱內，如此發芽試驗才具實務上之效益（除非你能控制野外之溫濕度???）

（2）    噴植效果：量化為各影響因子的回歸模式，才具實用價值

（3）    配合生長量模式以評估效益

  

8.微氣候資料之持續監測

        在水土保持界，對於微氣象資料之收集，大都屬於短暫的(半年、一年)，如能建立長期之微氣象資料，對日後之研究基礎及說明力，將少人可置否，且深具學術價值。鑑於今之data log數據收集器已普遍低簾化，多點同步化之間測(必要時，可用GSM，在研究室監控、操作及修改程式)，將有助於將不同地點之微氣象資料量化與植生變異性、演化趨勢比較、衛星影像資料之結合(驗證基礎資料)，及作為未來之情境模擬（時間序列分析與預測）。

(1)  週期性分析：傅立業轉換、頻譜分析

(2)  模式建立

(3)  差異性定性定量分析探討

(4)  混沌行為分析

9.自然生態工法與植生工法量化模式之建立

        彙整歷年來之自然工法與植生工法相關資料，包括各種材料之植生效用、景觀效果、生態效益，建立一套日後之評估模式，以避免流於現今的表象且定性、含糊不清之自然生態工法與毫無章法、自由心證的定性評估植生工法（專家系統）。

10.實驗室之植生技術測試與校正之認證訓練

        進行實驗室人員品質管理訓練，測試負責人與操作人員之認證訓練，期日後能參加中央標準檢驗局之測試及ISO之認證，此乃研究室之終極目標。

11.研究室基礎教材及新知之收集

(1)    迫切需要，成長、改造與轉型之捷徑，少此機制一切都為空談

(2)    建立網路查詢機制，收錄國際上植生之新知與文獻(Full paper)。

(3)    加入研究室發展領域之國內外學會會員。

(4)    建立研究室發展領域之專屬圖書資料並分類建檔。

(5)    建立研究室網站，作為教學、推展與研發之溝通管道。

(6)    透過各種管道引進研究室需要之技術與資源

(7)    建立師生、學長姐、學弟妹間之研究討論的e化管道（e-mail，避免面對面之壓力與流於形式）。

(8)    整體改造概略流程

                            

12.研究人員必備技術

對於試驗數據之分析探討，國外提出如上圖所示之方法。亦即數據分析需藉由迴歸分析與數值分析之技術，加以：

定量化→模式化→驗証、修正→數學公式化

(1)數值分析：

        乃解非解析解的問題。大都需撰寫程式的配合牛頓法，Rank法以求得逼近解。此方法對於較缺乏程撰寫的veeesl人員，可能短期內無法勝任。

(2)迴歸分析：

        本研究室已具50％之功力，若能配合SPSS，SAS，BMPD，Multreg，ETS，T SERIES等統計套裝軟體，將更如虎添翼，有助資料數據之正確地定量分析探討以更接近真理，而不是定性的描述與看圖說故事(生理日、月變化，植生調查…)。

        現代迴歸之精神：

        點統計(傳統迴歸)→線→面→虛擬意像空間，亦即是由(一維)→(二維)→(三維)→(四維以上)之分析探討

現代迴歸之重要性：

    美國TMD，運用現代回歸技術，使飛彈之攔截準確度大於複雜之物理、流體動力學修正模式

  

13.研究室建議修習課程

        (1)veeesl叢書(1～20)

        (2)植物生理學(植物系、森林系、或自修即可，因國內大都還停留在定性之

描述、探討)

        (3)工程數學在植生之應用(本研究中程目標，特別是第6條第6項)

        (4)熱傳學(農機系)

        (5)迴歸分析(農機系)----迫切需要（必修）

        (6)生物環境系統分析(土環系)

        (7)地理統計(配合ArcGis，土環系)

(1)    遙感探測(配合Imagine，森林系)

(2)    植生崩塌地穩定分析(配合Stable 6，台大)

(3)    地景生態學與空間變遷(配合Fragstats，目前國內尚在起步中)

(4)    時間序列分析（情境模擬與預測，逢甲）

14.改造經費與效益評估

veeesl之改造計劃，雖看起來蠻龐雜且環環相扣的，而其中又包含微觀與巨觀，大尺度及小尺度的研究，但也並非遙不可及。因為相關之研究，除無重力、衛星影像及光學應用（第４條，第6條第8項）外，其餘之初步成果已有三十幾篇paper發表在國內外之期刊上。因此，本10年大計所列之近、中、長程目標，可隨時拆解、插入與擴充，實乃一多功能且相容性極高之整體性永續經營計劃。

（1）儀器整合（5萬元）

（2）儀器改造與修復（１０萬）

（3）數據收集器（2台，１０萬或租用）

（4）文獻蒐集與新書（５萬）

（5）應用套裝軟體（已取得大量盜版的水土保持高level產品）

（6）衛星影像及基本圖（設法取回、整理或重買）

（7）各項實驗作業流程（３萬）

（8）光譜反射接收分析儀（?萬，缺此設備，衛星影像部分只能停留在小區域、照片或目視之定性分類與驗證上）

  

預期效果：

（1）串聯多年來研究資料，並加以整合成一系統化知識，而非只是現象說明之資訊。

（2）５年內可保有水土保持植生界之實質地位，１０年內無出其右者。

（3）建立起生態環境系統化研究室，真正名符其實。

（4）可容納未來至少的２０位研究生之論文題材（博碩士，深淺不同），不致流於茫然無助，漫無方向。

（5）建立起植生對水土保持效益之量化模式與評估技術，一洗世人對水土保持植生乃一門沒什麼學問之哲學的認知。

15.結語與建議

（1）花須勘折直須折，莫待無花空折枝。水土保持植生部分，目前仍停留在經驗、定性的採討。此時為吾等重大之危機（漫無目標、隨性而作、蜻蜓點水之研究心態），亦是我們重新出發之轉機與生機。

（2）有些事是無法傳授的、幫忙的，需要靠自己去突破。道理是需要點化的，而不用灌的與隨性說說的。所謂一點即通，佛祖摘一朵花予阿難佛，他就開悟了，你我在此說聽看了那麼久，又能領悟多少呢?

（3）做研究猶如瞎子摸象，若想第一次就知道真正結果與真理，常會流於無知、盲點與錯誤而不自知。

（4）學如逆水行舟，不進則退。從親身的投入，才能深入挖掘問題，進而培養興趣，有所突破，也才有充實感。

（5）對事物需有逆向思考之認知，別人講的不一定是對的，還需求証，即所謂的「大膽假設，小心求證」。

（6）不要懼於寫作，因為大家發表的文章都是錯的（除非是定理、定律，但也有可能被推翻），只是看誰錯的比較少，如何解釋，以較接近事實而已。

（7）研究生主力應放在研究，從研究中培養興趣，就會愈有充實感，也才不枉此人生歷程。

（8）對問題之研究，不能亂槍打鳥，隨興而起。需要針對問題核心，有系規、規律的整體構思，以免流於膚衍、表象之虛有其表而敗絮其中。

（9）試驗時應盡量複雜化（知道的影響因子全都放進去），再由複雜中理出頭緒予以簡單化、經濟化，使人易懂其最終結果與簡易技術，這才是數據分析之精神與目的。