114 年 國立臺灣大學農藝系暨研究所作物甲組《作物學》

本題主要考查學生對極端氣候、氣候變遷對水稻生產的影響、節水措施以及水稻生產對環境的潛在危害的認識。

(1) 極端氣候與氣候變遷對水稻生產的影響：
極端氣候事件（如乾旱、洪水、熱浪、強風）和長期氣候變遷（如溫度升高、降雨模式改變）都會對水稻的生長發育、產量和品質造成嚴重影響。

• 溫度升高：高溫會加速水稻生長，縮短生育期，影響光合作用和呼吸作用的平衡，導致結實率下降、稻米品質變差（如蛋白質含量下降、澱粉糊化溫度改變）。尤其在抽穗開花期的高溫，會嚴重影響授粉結實。
• 降雨模式改變：
  • 乾旱：缺水會導致水稻生育不良，生育期延長，產量大幅下降，嚴重時甚至無法收成。
  • 洪水/強降雨：淹水過深或持續降雨會導致水稻缺氧、養分淋洗、病蟲害發生，甚至倒伏，影響產量與品質。
• 極端天氣事件：
  • 熱浪：造成高溫逆境，影響生理機能。
  • 強風：可能導致水稻倒伏，影響收割。
  • 病蟲害：氣溫升高和濕度變化可能有利於某些病蟲害的發生與蔓延。

(2) 適用於水稻生產的節水措施：
為了因應水資源短缺和氣候變遷帶來的乾旱，發展與應用節水灌溉技術至關重要。

• 間歇灌溉 (Intermittent Irrigation)：取代傳統的淹水灌溉，在水稻生育期間，讓稻田間歇性地保持淹水和排水的狀態。例如，在分蘗期和抽穗期後，可採用「濕潤灌溉 (Wetting and Drying)」或「乾濕交替灌溉 (Alternate Wetting and Drying, AWD)」。AWD 是一種在稻田淹水後，讓其自然乾燥至一定程度（如土壤出現裂縫）再重新灌水的技術，可顯著減少用水量，同時也有助於促進根系生長、減少甲烷排放。
• 噴灌或滴灌系統 (Sprinkler or Drip Irrigation)：雖然在台灣水稻田較少直接使用，但在特定情況或與其他作物輪作時，這些高效率的灌溉方式可以更精確地控制水量，減少蒸發和滲漏損失。
• 耕作管理：

本題主要探討台灣咖啡的生產時程、品質差異、產區海拔影響以及咖啡豆的後製加工方法。

(1) 低海拔與高海拔咖啡生產時程與品質差異及原因：

• 生產時程 (Growth Period)：

  • 低海拔地區：溫度較高，生長速度較快，咖啡樹可能較早開花結果，採收期可能較早或較集中。但高溫也可能加速果實成熟，縮短採收期。
  • 高海拔地區：溫度較低，生長速度較慢，咖啡樹需要更長的時間來發育果實，因此採收期通常較晚，且可能較長，果實成熟較為緩慢而均勻。

• 品質差異 (Quality Differences)：

  • 低海拔地區：
    • 風味：通常風味較為直接、強勁，酸度可能較低，苦味和醇厚度（body）較明顯。容易因高溫而產生「曬乾味」或「熟味」不足的問題。
    • 香氣：香氣可能較為平淡或不複雜。
    • 酸度：酸度通常較低。
    • 甜度：甜度發展可能不如高海拔地區。
  • 高海拔地區：
    • 風味：通常風味較為細緻、複雜、圓潤，具有明亮的花果香、柑橘類或莓果類酸質，醇厚度佳。低溫有助於果實緩慢發育，累積更多的糖分和芳香物質。
    • 香氣：香氣豐富且層次分明。
    • 酸度：酸度較為明亮、活潑，常被形容為「水果酸」。
    • 甜度：甜度累積較高，口感更佳。

• 可能的原因 (Reasons)：

  • 溫度 (Temperature)：這是最關鍵的因素。低溫延緩了咖啡果實的成熟過程，使得果實有更長的時間累積糖分、有機酸及揮發性芳香物質。高溫則會加速成熟，可能導致部分風味物質未能充分發展。
  • 日夜溫差 (Diurnal Temperature Variation)：高海拔地區通常日夜溫差較大，這有利於咖啡樹進行光合作用累積養分，並在夜間緩慢轉化為糖分和芳香物質。
  • 日照強度與時數 (Sunlight Intensity and Duration)：海拔越高，日照強度可能較強，但雲霧繚繞也可能影響日照時數。適度的日照有助於光合作用，但過強的日照或長時間曝曬在高溫下，可能對咖啡豆品質造成負面影響。
  • 土壤與水分 (Soil and Water)：不同海拔的土壤組成、排水性、降雨量和濕度也會影響咖啡樹的生長。

(2) 咖啡收穫後加工方法（日曬、水洗、蜜處理）之說明與比較：

• 日曬法 (Natural Process / Dry Process)：
  • 說明：將採收下來的咖啡果實（櫻桃）直接鋪在日曬場或棚架上，經過陽光曝曬乾燥。在乾燥過程中，果實的外層果皮、果肉、果膠層會逐漸乾燥，最終脫水。

本題主要探討綠肥作物的定義、功能、作用機制，以及具體的豆科與非豆科綠肥作物及其優點。

(1) 綠肥作物定義與其作為肥料的機制：

• 定義：綠肥作物是指為了改良土壤肥力、增加有機質、抑制雜草、防治病蟲害等目的而種植的作物，在開花前或盛花期時，將其整株（或部分）翻埋入土壤中，使其腐解，進而轉化為土壤的養分和有機質。這些作物通常生長迅速，生長量大，且能有效利用土壤中的養分。

• 如何作為肥料：

  • 養分來源：
    • 豆科綠肥：其根部有與根瘤菌共生的能力，能固氮（將空氣中的氮氣轉化為植物可利用的形態），因此在翻埋入土後，能釋放出大量的有機氮素，直接補充土壤的氮肥。
    • 非豆科綠肥：雖然不能固氮，但它們能從土壤深層吸收養分（如磷、鉀、鈣、鎂等），並將這些養分帶到地表。當綠肥翻埋後，這些養分會隨著其腐解而釋放出來，供後續作物利用。
  • 有機質增加：綠肥作物被翻埋後，其豐富的有機質會被土壤微生物分解，轉化為腐植質。腐植質能改善土壤結構，增加土壤的保水、保肥、通氣及排水能力，提高土壤的緩衝性，並為土壤微生物提供食物來源。
  • 養分循環：綠肥作物的種植與翻埋，實際上是將土壤中（或大氣中）的養分，透過植物體暫時儲存，再以有機態形式釋放回土壤，形成一種有效的養分循環，減少化肥的依賴。
  • 養分釋放速度：綠肥的養分釋放速度取決於其種類、成熟度、翻埋深度及土壤條件（溫度、濕度、微生物活性）。一般而言，豆科綠肥的氮釋放速度較快。

(2) 三種豆科與三種非豆科綠肥作物及其好處：

• 豆科綠肥 (Leguminous Green Manures)：
  1. 田菁 (Sesbania spp., e.g., Sesbania rostrata)
     • 好處：生長快速，產量大，固氮能力強（尤其是會生長在莖部的節上，稱為莖部根瘤菌）。耐濕、耐貧瘠，能有效抑制雜草。開花前翻埋，能快速釋放大量氮素。
  2. 紫雲英 (Astragalus sinicus)
     • 好處：是台灣常見的冬季綠肥，能有效固氮，增加土壤有機質。其根系發達，有助於改良土壤結構。能為蜜蜂等授粉昆蟲提供蜜源。在稻田休耕期種植，可改善土壤。
  3. 埃及三葉草 (Trifolium alexandrinum)

本題主要探討雜草的負面定義之外，其可能存在的正面價值，以及在不使用化學除草劑的情況下，農民可採取的雜草管理策略。

雜草對生產可能帶來的益處 (3項)

雖然雜草的普遍認知是與作物競爭養分、水分、光線，並可能攜帶病蟲害，但適當存在或特定種類的雜草，在某些情況下，也能對農業生產帶來益處：

1. 改善土壤結構與防止水土流失：

   • 某些雜草（如某些草本植物）擁有發達的根系，可以穿透土壤，增加土壤的通氣性與滲水性，改善土壤結構。
   • 當作物生長密度較低或休耕期，雜草能形成植被覆蓋，保護土壤表面免受雨水沖刷和風力侵蝕，有效防止水土流失，尤其是在坡地或易受侵蝕的地區。

2. 增加生物多樣性與吸引益蟲：

   • 多樣化的雜草種類可以提供多樣化的棲地和食物來源，吸引並支持各種昆蟲（包括傳粉昆蟲、天敵昆蟲）和其他小型生物。
   • 某些雜草開花時，能吸引授粉昆蟲（如蜜蜂、蝴蝶），有助於作物的授粉。
   • 另一些雜草能吸引或庇護害蟲的天敵（如瓢蟲、草蛉、寄生蜂），透過「誘集作物 (trap crop)」或「庇護作物 (refuge crop)」的概念，幫助控制作物田的害蟲密度。

3. 作為指示植物或補充養分：

   • 某些雜草的生長與土壤的特定條件（如酸鹼度、養分含量、濕度）有密切關聯。例如，生長旺盛的某些雜草可能指示土壤中氮含量較高，或土壤較為緊實。這可以作為農民判斷土壤狀況的參考。
   • 某些雜草（尤其是豆科雜草）也能固氮，或從土壤深層吸收養分。當這些雜草在適當時機（如休耕期）被翻埋入土，便能將養分釋放回土壤，補充養分，類似綠肥的功能。

農民可使用的非化學除草管理策略 (3項)

在不使用化學除草劑的情況下，農民可以運用多種整合性的雜草管理（Integrated Weed Management, IWM）策略，以達到控制雜草、維持作物生產的目的：

1. 物理防治 (Physical Control)：
   • 機械除草：利用各種農具（如鋤頭、耙子、割草機、曳引機連結的旋耕機或耘草器）將雜草移除或破壞。這是在小規模耕作或特定作物（如行株距較寬的作物）中常見且有效的方法。

本題主要考查學生對甘藷（地瓜）的生產特性、用途以及栽培的環境條件和適期。

(1) 甘藷生產的特色：

• 耐旱、耐貧瘠：甘藷的根系發達，具有較強的耐旱能力，即使在較為乾燥的環境下也能維持生長。同時，它對土壤的適應性強，在較貧瘠的土壤中也能生長，因此在台灣許多地區，包括丘陵地、旱地，都適合種植。
• 匍匐性莖葉生長：甘藷的地上部莖蔓會匍匐在地表蔓延生長，形成茂密的植被，具有較好的土壤覆蓋效果，有助於減少土壤水分蒸發和抑制雜草生長。
• 塊根發達：甘藷的主要經濟產物是其地下膨大的塊根，塊根的形成與發育受品種、土壤、氣候和栽培管理影響很大。
• 生育期長，需溫暖氣候：甘藷是喜溫作物，生育期較長，需要充足的日照和高溫來促進塊根的膨大。
• 繁殖容易：主要透過莖蔓扦插繁殖，繁殖率高，栽培管理相對容易。

(2) 甘藷的用途：

• 食用：
  • 鮮食：塊根可蒸、煮、烤、炸食用，是重要的糧食和蔬菜。
  • 加工食品：可加工成地瓜圓、地瓜粉（用於製作粉圓、麻糬、麵條）、地瓜籤、地瓜脆片、地瓜籤餅、地瓜酒、地瓜醋等。
  • 澱粉原料：地瓜澱粉是重要的食品添加劑和工業原料。
• 飼料：塊根和莖葉都可作為豬、牛等牲畜的優良飼料，尤其在農家常被用來餵豬。
• 工業用途：
  • 酒精生產：地瓜可發酵生產酒精。
  • 澱粉應用：地瓜澱粉可用於紡織、造紙、醫藥等工業。
• 綠肥與覆蓋作物：其茂密的莖葉可以作為綠肥翻埋入土，增加土壤有機質。其匍匐性也能有效覆蓋地面，抑制雜草。

(3) 種植甘藷的氣候條件、生長條件與生長適期：

• 氣候條件 (Climate Conditions)：
  • 溫度：甘藷是喜溫作物，生長最適溫度為 25-30°C。塊根開始膨大需要 20°C 以上的溫度。生育期間的平均溫度最好能維持在 22°C 以上。低於 15°C 生長緩慢，10°C 以下生長停滯，有霜凍時塊根會受損。

本題考查學生對玉米依用途分類的認知，以及不同類別玉米在收穫部位和產品特性上的差異。

玉米（Zea mays L.）是一種用途非常廣泛的作物，依其主要用途可分為以下四類：

1. 甜玉米 (Sweet Corn)

• 用途：主要供鮮食，作為蔬菜或零食。
• 收穫部位：主要收穫其未成熟的穗（玉米筍及玉米粒）。
• 產品特性：
  • 粒的特性：玉米粒內含有較高濃度的可溶性糖（蔗糖），而澱粉含量相對較低。這是其甜味的主要來源。
  • 質地：玉米粒質地柔軟，水分含量高，口感脆甜。
  • 採收時機：必須在授粉後 18-24 天，當玉米粒乳熟期（milk stage）時採收，此時糖分最高，質地最佳。若成熟過度，粒中的糖分會轉化為澱粉，甜度下降，質地變硬。
  • 儲存：採收後糖分會快速轉化，風味和甜度會迅速下降，因此鮮食甜玉米最好在採收後盡快食用或冷藏。

2. 硬質玉米 / 飼料玉米 / 糧食玉米 (Dent Corn / Feed Corn / Grain Corn)

• 用途：這是產量最大、最廣泛使用的玉米類型，主要用於飼料、工業原料（如製造酒精、澱粉、糖漿、玉米油）及部分食品加工。
• 收穫部位：主要收穫其成熟的玉米穗，並僅利用玉米粒。
• 產品特性：
  • 粒的特性：玉米粒的胚乳主要由硬質澱粉（horny starch）和粉質澱粉（floury starch）組成，質地堅硬。其名稱「Dent Corn」源於成熟時，玉米粒頂部（胚乳）水分散失後會產生一個凹陷（dent）。
  • 澱粉含量高：富含澱粉，蛋白質和脂肪含量相對較低。
  • 用途：是豬、雞、牛等畜禽的主要飼料來源。也可加工提取澱粉、玉米油、生產玉米糖漿（如高果糖玉米糖漿）、玉米酒精（生質燃料）等。
  • 儲存：成熟的玉米粒較耐儲存。

3. 糯玉米 (Waxy Corn / Glutinous Corn)

• 用途：主要供鮮食，尤其在亞洲地區，是製作傳統點心、粽子、年糕等的重要原料。
• 收穫部位：主要收穫其成熟或近成熟的玉米穗，利用玉米粒。
• 產品特性：
  • 粒的特性：其胚乳的澱粉成分主要是直鏈澱粉（amylose）含量極低（小於 1%），而支鏈澱粉（amylopectin）含量極高。這種澱粉結構使得煮熟後質地非常黏稠、軟糯、有彈性，有獨特的口感。
  • 質地：煮熟後呈現黏糯、Q彈的口感，與甜玉米的脆甜或硬質玉米的堅實不同。
  • 顏色：有黃色、白色、紫色（黑糯米玉米）等品種。

4. 爆裂玉米 / 爆米花 (Popcorn)

• 用途：專門用於製作爆米花，作為休閒零食。
• 收穫部位：主要收穫其成熟的玉米穗，利用玉米粒。
• 產品特性：
  • 粒的特性：爆裂玉米的玉米粒具有特殊的結構：外殼（pericarp）堅硬且相對不透水，內部水分含量適中，胚乳是較為堅硬的玻璃質澱粉（vitreous starch）。

本題主要考查學生對台灣本地常見牧草的認識，包括其種類、栽培方法及在飼料需求增加的背景下的重要性。

近年來，由於國際原物料價格波動，進口飼料成本不斷上升，因此發展與利用本土牧草資源，以降低畜牧生產成本，提高產業競爭力，成為重要的課題。台灣氣候溫暖多雨，適合多種牧草生長。以下介紹台灣三個主要牧草及其栽培方法：

1. 狼尾草 (Pennisetum purpureum)

• 簡介：狼尾草是台灣最普遍且重要的牧草之一，又稱為象草。其植株高大，生長快速，產量高，適應性強，耐旱、耐濕、耐貧瘠。
• 栽培方法：
  • 繁殖方式：主要採用無性繁殖，以莖節扦插為主。將成熟的莖蔓剪成約 20-30 公分的插穗，每段至少有 2-3 個節，直接插入整好的土壤中。也可利用種子繁殖，但品種純度較不易控制。
  • 土壤與氣候：對土壤要求不嚴，砂質土壤、壤土均可，但以肥沃、排水良好的土壤為佳。喜高溫，生長適溫為 25-30°C，需充足日照。
  • 整地與種植：整地時需深耕，清除雜草。插穗可採水平或斜插，株距約 30-50 公分，行距約 80-100 公分。
  • 施肥與管理：為確保高產，需重施基肥（如堆肥、雞糞肥）並配合追肥。每次割收後，應儘速追施氮肥，以促進快速再生。
  • 採收：通常在種植後 6-8 週，當植株高度達 1-1.5 公尺時，即可第一次採收。之後可依生長情況，每 4-6 週採收一次。採收高度約離地面 10-15 公分，以利再生。
  • 用途：是牛、羊、鹿、兔、豬等各種家畜的重要芻料，可鮮食、製成青貯飼料或乾燥草粉。

2. 盤固草 (Digitaria decumbens)

• 簡介：盤固草又稱百慕達草，是台灣另一種重要的暖季型草種。其匍匐莖發達，能迅速覆蓋地面，形成濃密的草皮，耐踐踏，適應性強，對土壤要求不嚴。
• 栽培方法：
  • 繁殖方式：主要透過匍匐莖和根莖進行無性繁殖。可直接鋪設草皮，或將匍匐莖剪成小段後播種。種子繁殖亦可，但較少用。
  • 土壤與氣候：對土壤適應性廣，從砂土到黏土均可生長，但以排水良好的壤土為佳。喜高溫，生長適溫約 20-30°C，需充足日照。
  • 整地與種植：整地要平整，清除雜草。鋪設草皮時，需將匍匐莖壓實於土壤表面。