113 年 國立臺灣大學農藝系暨研究所作物甲組《作物學》

本題主要考查土壤碳匯的概念、低碳農業的田間管理策略，以及這些策略如何影響土壤碳儲存。

核心觀念：
土壤碳匯（Soil Carbon Sink）是指土壤吸收並儲存二氧化碳（$CO_2$）的能力。低碳農業旨在透過各種管理措施，減少溫室氣體排放並增加碳的固定，其中增加土壤碳儲量是重要的一環。不整地栽培（No-till Farming）與保育耕犁（Conservation Tillage）是兩種常見的低碳田間管理策略，它們透過改變耕作方式來影響土壤結構、有機質分解速率及碳的輸入與輸出。

解題步驟：

1. 說明不整地栽培與保育耕犁的差異：

   • 不整地栽培 (No-till Farming)： 指在播種前完全不進行翻耕，直接將種子播入前一期作的作物殘體覆蓋的土壤表面。現有的作物殘體會被保留在土壤表面，或僅進行最小程度的擾動。
   • 保育耕犁 (Conservation Tillage)： 指在耕作過程中，盡量減少對土壤的翻耕程度，並盡量保留前一期作的作物殘體在土壤表面。常見的保育耕犁方式包括：
     • 淺耕 (Chisel Plow)： 使用淺耕犁，僅將土壤表層耕動約 10-15 公分深，不翻轉土塊。
     • 輪耕 (Ridge Tillage)： 在收穫後，使用輪耕機在原有的壟上進行耕作，形成新的壟，同時保留壟間的作物殘體。
     • 零耕 (Zero Tillage)： 與不整地栽培類似，但有時可能包含少量機械處理，例如使用開溝器。
     • 少耕 (Reduced Tillage)： 減少翻耕的次數或深度。

   主要差異點： 不整地栽培是保育耕犁中最極端的形式，完全避免翻耕；而保育耕犁則允許一定程度的、較淺的或有選擇性的耕作，但仍強調保留土壤表面覆蓋物和減少土壤擾動。

本題考查作物連作障礙的成因，需要從化學、物理、生物三個層面進行闡述。

核心觀念：
連作障礙（Continuous Cropping Obstacles）是指同一塊土地連續種植同一種作物或同科作物，導致作物生長不良、產量下降、品質變差的現象。其成因複雜，通常是多種因素綜合作用的結果。

解題步驟：

1. 化學層面的原因：

   • 養分失衡與耗竭： 長期種植同一作物會使其對特定養分的需求不斷被滿足，導致該養分在土壤中被大量消耗，形成相對的養分缺乏。同時，作物根系分泌物或死亡後分解產物，可能抑制其他有益養分的有效性，或產生拮抗作用。
   • 土壤 pH 值改變： 不同作物對土壤 pH 值的要求不同。長期種植同一作物，其根系分泌物、代謝產物或施肥習慣的改變，可能導致土壤 pH 值向不利於該作物生長的極端方向偏移。
   • 有害代謝產物累積： 作物根系會分泌多種代謝產物，其中一些可能對自身或後續同種作物產生抑制作用，例如某些茄科作物會分泌抑制劑，累積在土壤中影響後續的生長。這些物質的累積是連作障礙的重要化學因素。
   • 微量元素失衡： 某些微量元素（如錳、鐵）的形態或有效性可能因長期特定作物的種植而改變，例如某些作物會在土壤中累積特定金屬離子，影響其後續生長。

2. 物理層面的原因：

   • 土壤結構破壞： 頻繁的耕作、灌溉、排水等管理措施，以及作物根系的生長與分解，可能導致土壤團粒結構遭到破壞，土壤變得緊實，通氣不良，水分滲透性降低。這會影響作物根系的生長、呼吸以及養分水分的吸收。

本題考查毛豆（Edamame）的生產管理與性狀，特別是針對新品種「高雄13號」的特性進行提問。

核心觀念：
毛豆的採收時機、產量構成、品質標準（合格莢）以及特定農藝性狀（如結莢位高）對其生產效益和市場價值有重要影響。

解題步驟：

(1) 毛豆宜在哪個生育時期採收？(5分)

• 關鍵點： 毛豆的採收目標是獲得成熟但未乾硬的豆莢，此時豆粒飽滿，風味最佳，且適合鮮食或加工。
• 採收時機判斷：
  • 生理成熟度： 當豆莢內的豆粒發育飽滿，但莢的顏色仍為鮮綠色，豆粒尚未變黃或變乾時。
  • 外觀指標： 莢的顏色由鮮綠轉為淡綠或略帶黃綠，豆粒在莢內有明顯的鼓脹感。
  • 質地指標： 輕輕擠壓豆莢，豆粒應有飽滿的彈性。
  • 風味指標： 這是最關鍵的，通常在豆莢飽滿、豆粒呈現乳白色或淡黃色（取決於品種）時，風味最佳。
• 具體生育時期： 毛豆從開花結莢到豆粒飽滿採收，大約需要 20-30 天，具體時間因品種、氣候和管理條件而異。一般而言，當大部分豆莢內的豆粒飽滿，莢的顏色仍保持鮮綠或淡綠時，即可視為適宜採收期。對於「高雄13號」此類早熟或中熟品種，從播種到採收約需 80-100 天。
• 總結： 毛豆的採收時機應選擇在豆莢飽滿、豆粒發育良好但尚未乾硬、莢呈鮮綠或淡綠色、風味最佳的時期。通常是從開花結莢後約 20-30 天，或在播種後約 80-100 天。

(2) 計算毛豆莢的產量時, 產量構成要素為何？(6分)

• 核心概念： 產量構成要素是將總產量分解成多個可量化的組成部分，以便分析和改進。對於毛豆莢的產量，其構成要素包括：
• 構成要素：
  1. 每株（或每叢）的結莢數 (Number of pods per plant/bush)： 指一株毛豆植株上能夠形成並發育成熟的豆莢總數。
  2. 每莢的粒數 (Number of beans per pod)： 指平均每個豆莢內有多少粒豆。毛豆通常是兩粒莢，但也有單粒莢或三粒莢。
  3. 單粒（或單莢）的重量 (Weight per bean/pod)： 指每一粒豆（或每一莢毛豆）的平均重量。這與豆粒的大小、飽滿度以及水分含量有關。
• 計算公式：
  總產量（例如：公斤/公頃）= (每公頃株數) × (每株結莢數) × (每莢粒數) × (單粒重量)
  或者
  總產量（例如：噸/公頃）= (每公頃株數) × (每株結莢數) × (每莢平均豆粒數) × (單莢重量)
  （注意：這裡的「單莢重量」已包含了豆粒重量和莢的重量）
• 「高雄13號」的優勢： 題目提到「高雄13號」合格莢產量可達 9-10.5 噸/公頃，這意味著它在上述一個或多個構成要素上表現優異，例如可能擁有較多的結莢數、較高的合格莢率、較大的豆粒等。

(3) 請問何謂合格英？(5分)

本題考查臺灣常見四個甘藷（地瓜）品種的性狀差異與品種特色。

核心觀念：
甘藷品種的差異體現在植株形態（葉片、莖蔓）、薯塊特性（形狀、大小、顏色、質地、用途）以及對環境適應性和抗病性等方面。理解這些差異有助於選擇適合不同用途和環境的品種。

解題步驟：
以下將逐一說明並比較這四個品種的性狀差異與品種特色：

1. 台農57號 (Tainung No. 57)

• 葉片： 葉片較大，呈心臟形，葉色為綠色。
• 薯塊：
  • 形狀： 紡錘形（兩端較尖，中間較粗）。
  • 大小： 中大型。
  • 表皮顏色： 淡黃色至黃褐色。
  • 薯肉顏色： 乳白色至淡黃色。
  • 質地： 質地細緻、鬆軟、水分含量適中，煮後不易變硬。
• 品種特色：
  • 用途： 廣泛用於鮮食、加工（如地瓜球、地瓜圓、地瓜酥），是臺灣最普遍的食用甘藷品種之一。
  • 口感： 口味香甜，帶有淡淡的芋頭香氣，口感鬆軟綿密，是許多人喜愛的品種。
  • 栽培特性： 生長勢強，產量穩定，抗病性中等。

2. 台農66號 (Tainung No. 66)

• 葉片： 葉片中等大小，呈闊卵形，葉色為綠色。
• 薯塊：
  • 形狀： 圓形至橢圓形。
  • 大小： 中型。
  • 表皮顏色： 橙紅色。
  • 薯肉顏色： 橙紅色。
  • 質地： 質地較為緊實，水分含量較低，煮後仍保有一定韌性，不易鬆散。
• 品種特色：
  • 用途： 主要用於加工，尤其適合製作地瓜粉、澱粉、飼料，也可作為輔助食糧。因其橙紅色的薯肉，富含β-胡蘿蔔素，被稱為「紅地瓜」。
  • 營養價值： β-胡蘿蔔素含量高，有助於維生素A的合成，對眼睛健康有益。
  • 栽培特性： 生長勢強，產量高，對病蟲害的抗性較佳。

3. 台農73號 (Tainung No. 73)

• 葉片： 葉片中等大小，呈卵形，葉色為綠色。
• 薯塊：
  • 形狀： 紡錘形。
  • 大小： 中大型。
  • 表皮顏色： 淡黃色。
  • 薯肉顏色： 黃色。
  • 質地： 質地較為乾爽，纖維較少，煮後口感鬆軟，但不如台農57號綿密。
• 品種特色：
  • 用途： 主要用於鮮食和加工，口感介於台農57號和台農66號之間。
  • 風味： 口味香甜，帶有濃郁的地瓜香氣。
  • 栽培特性： 生長勢強，抗病性較佳，對環境適應性廣。

4. 桃園二號 (Taoyuan No. 2) / 台農11號 (Tainung No. 11)

• 注意： 題目中列為「桃園二號」，但此品種在臺灣農業試驗體系中常與「台農11號（黃金地瓜）」混淆或視為同一品種，其主要特色為金黃色的薯肉。在此以「桃園二號」的名稱來描述，並補充其著名特色。
• 葉片： 葉片中等大小，呈闊卵形，葉色為綠色。
• 薯塊：
  • 形狀： 圓形至橢圓形。
  • 大小： 中型。
  • 表皮顏色： 淡黃色。

本題考查臺灣特色茶「蜜香茶」的相關知識，包括其香氣成因、茶樹繁殖、特定茶品（蜜香紅烏龍）的製程，以及茶葉生產中的特殊現象（茶乳）。

核心觀念：
蜜香茶的獨特香氣源於小綠葉蟬（小綠葉蟬，Jacobiasca formosana）的吸食；茶樹繁殖是重要的農業基礎；製茶過程是影響茶葉風味的關鍵；茶乳則是一種與茶葉品質相關的現象。

解題步驟：

(1) 該獨特熟果香及蜜香的成因？(5分)

• 關鍵： 蜜香茶的獨特香氣並非來自傳統製茶工藝，而是茶樹受到「小綠葉蟬」吸食後的生理反應。
• 成因說明：
  1. 小綠葉蟬的吸食： 在特定環境條件下（例如無農藥、生態友善的茶園），小綠葉蟬會聚集在茶樹嫩葉上吸食汁液。
  2. 茶樹的生理反應： 茶樹為抵抗小綠葉蟬的吸食，會啟動一系列的防禦機制。其中，茶樹會釋放出更多的「次級代謝產物」，特別是「揮發性有機物」（Volatile Organic Compounds, VOCs）。
  3. 香氣物質的形成： 這些誘導產生的揮發性有機物，在經過萎凋、殺菁（或發酵）、乾燥等製程後，會轉化形成蜜香茶獨特的香氣。主要的香氣成分包括：
     • 醇類 (Alcohols)： 如芳樟醇（Linalool）、香葉醇（Geraniol）等，具有花香、玫瑰香。
     • 酮類 (Ketones)： 如 β-紫羅酮（β-Ionone）等，有紫羅蘭、果香。
     • 酯類 (Esters)： 如乙酸芳樟酯（Linalyl acetate）、乙酸香葉酯（Geranyl acetate）等，帶來花香、果香。
     • 醛類 (Aldehydes)： 如反-2-己烯醛（trans-2-Hexenal）等，有青草、果香。
  • 「熟果香」與「蜜香」： 這些揮發性物質的組合，產生了類似於成熟水果（如桃子、荔枝）的甜香，以及類似於蜂蜜的濃郁蜜香。
• 總結： 蜜香茶的獨特熟果香及蜜香，是茶樹在受到小綠葉蟬吸食後，為了自我防禦而誘導產生並轉化形成的揮發性有機物所構成。

(2) 茶樹的繁殖方式。(10分)

• 核心概念： 茶樹（Camellia sinensis）的繁殖是確保茶園永續經營和品種改良的基礎。主要分為無性繁殖和有性繁殖兩種。
• 繁殖方式：
  1. 無性繁殖 (Vegetative Propagation)： 這是目前商業化茶園最主要的繁殖方式，目的是保持母樹的優良性狀（如品種的香氣、產量、抗病性等）。
     • 扦插 (Cutting)：
       • 原理： 從優良的母樹上剪取枝條（通常是半熟枝或熟枝），插在培養介質中，使其生根發育成新植株。
       • 優點： 能夠穩定遺傳，保持品種的純度和優良特性；繁殖速度相對較快。
       • 注意： 選擇健壯、無病蟲害的枝條，適當的扦插時間（通常是春季或秋季），並提供適宜的溫濕度和介質。
     • 嫁接 (Grafting)：
       • 原理： 將優良品種的枝條（接穗）嫁接到另一個茶樹品種的根系（砧木）上。
       • 優點： 可以結合兩個品種的優點，例如利用砧木的抗病性或耐旱性，同時保留接穗的優良品質；對於一些不易生根的品種，嫁接是有效的繁殖方法。
       • 應用： 在品種改良或特定環境下種植時較常用。
     • 組織培養 (Tissue Culture)：
       • 原理： 在無菌條件下，利用茶樹的組織（如芽、葉、胚）在含有培養基的培養瓶中進行快速繁殖。
       • 優點： 繁殖速度快，可以在短時間內獲得大量無菌、遺傳性狀穩定的植株；可篩選及複製優良品種。
       • 應用： 用於種苗生產、品種改良研究，或快速擴繁稀有品種。
  2. 有性繁殖 (Sexual Propagation)：
     • 原理： 通過茶樹種子進行繁殖。茶樹開花結果後，種子是經過有性生殖產生的。
     • 優點： 繁殖成本相對較低；種子繁殖的後代可能具有新的基因組合，有潛力產生新的優良變異。
     • 缺點： 由於茶樹是異花授粉的植物，種子後代無法保持母本的性狀，遺傳性狀差異大，後代植株的品質（如產量、風味）難以預測，通常不適用於商業化生產需要穩定品質的茶園。
     • 應用： 主要用於茶樹育種（選育新品種）和種苗的砧木來源。

(3) 蜜香紅烏龍的製茶過程。(10分)