全國中小學科展

第一名

禽畜糞堆肥除臭與氨氣資源化

禽畜糞堆肥常伴隨氨氣排放而有異味問題。目前成本低、培養易的木黴菌已廣泛用在堆肥中來加速發酵。此外,部分業者會將含氨臭的氣體蒐集再以稀硫酸水洗,產物硫酸銨可作為氮肥,但多被排棄。本研究結合木黴菌添加與排氣稀硫酸水洗,可縮短堆肥期程,更將氨氣肥料化,以(1)木黴菌合適添加劑量、(2)稀硫酸水洗參數等二項為試驗主軸。結果顯示:(1)添加2/100木黴菌可使堆肥成品中總氮增加13%,減少氨排放;(2)含氨排氣經pH 6-7稀硫酸水洗,98%的氨氣轉化成含約1,400 mg/L之硫酸銨溶液,氮含量為300 mg/L,相當於沼渣沼液農地施灌水準。

線蟲土壤食物網監測模式建立與功能性調節

將線蟲世代短、生物量大、分布廣泛以及多樣化的功能等優勢,用於監測並調節土壤服務與食物網功能。其中拭鏡紙搭配柏門式漏斗分離土壤線蟲的效果最佳,並建立新型線蟲土壤食物網監測模式,改善過去無法觀察土壤食物網組成問題。藉由文獻數據分析與自行採樣結果,發現線蟲功能群因土壤肥力或擾動改變,且c-p1與c-p2功能群線蟲的占比間高度負相關(-0.6>R>-1),可深入探討各功能群間的交互作用,但成熟指數過高(MI=3.17)可能影響新模式分析。此外,初步探討將線蟲接種至土壤中,調節土壤養分與土壤食物網組成,期待未來能夠透過更長時間實驗觀察,提升線蟲對各種土壤食物網最佳的功能性調節模式,為土壤的永續發展做出更具體的貢獻。

樹樹如遇-最佳可視化金屬樹與可視化氧化還原

我們的實驗是極微型綠色化學實驗模組:放在自製拍攝台上、使用手機拍攝倍率5.0倍、載玻片與蓋玻片中間夾0.025mm厚的純銅片、陰與陽兩電極相距10.0mm、陰極上有一高度2.0mm底寬2.4mm的等腰三角形、兩極切割時儘量減少毛邊,加入0.1毫升1.00M的硫酸銅水溶液、通9.0伏特的直流電壓、通電時間210秒內, 就可完成錄影實驗觀察。本實驗可觀察到最佳化的可視化金屬樹生長、最簡易與快速化的可視化氧化還原反應,每次使用反應的溶液量,比一般使用量縮減率200倍以上,其成本低、易操作、立即性 (9秒內就可看到)、可視化、效果明顯、趣味性強、微距的實驗過程與結果,是改進化學在金屬樹實驗及氧化還原反應實驗觀察的重大突破。

高山生態群聚植物集中開花與昆蟲交互作用網絡之研究

本研究首度以植物學、花粉學、昆蟲學及生態統計學探討臺灣高山傳粉生態網絡。花季中期以蜂類為主,後期為蠅類。昆蟲及植物交互網絡緊密連結無子群體,仰賴關鍵物種支撐。蜂期為高山薔薇、玉山櫻草、貓兒菊、信義雄蜂;蠅期為一枝黃花、貓兒菊、家蠅。此兩期昆蟲與植物的穩健性不足,蠅期更易崩解。蜂類訪花具多樣性,蠅類訪花較專一。因蜂類、蠅類習性與身體特徵不相同,蠅類對花展幅 (Visit Unit)大、花冠筒淺、花冠筒筒徑小、還原糖含量高、花粉及花蜜之間的距離大、柱頭面積小的植物較能專一攜帶其花粉。共用傳粉者帶來異種花粉,以GLMM分析同異種花粉數量變化關係,發現一起開花略助於授粉。貓兒菊已入侵成為關鍵物種,花粉汙染90%的物種,必須移除。

尿之有道-小便斗噴濺物理學

本研究旨在探討男性使用直立式或懸掛式小便斗時,尿流量、身高、和斗壁距離、入射角等因素,對於尿液噴濺面積和範圍之影響。研究方法包括:以頻閃燈和慢速攝影、tracker分析與雷諾數,辨識不同流量對層流和紊流之變化量;採用小便模擬器、Vernier氣壓計和力度計,測得水流和反彈流對斗壁作用力,終以蒙地卡羅法扇形區和Image J分析兩組小便斗噴濺面積和範圍。主要研究結果包括:1.以tracker 分析獲知流量和流速關係,從雷諾數變化量驗證流量小易受紊流噴濺、流量大則易受反彈流噴濺。2.尿緩=15mL/s,距斗壁30 cm 平射,反彈流噴濺最少;4.身高>=170 cm、25mL/s,平射兩種小便斗,噴濺面積與範圍皆最小;5.以600射角和對準排水孔,噴濺面積和範圍最大;6.本研究亦討論和改進尿液噴濺的研究方法。

「震」面對決—探討對一般房屋最有效的防震方式

台灣位於環太平洋地震帶上,全世界每年平均有超過90%的地震都在這裡發生。也因此,台灣常常遭到地震的波及與危害,這激起了我們對地震與防震方式的好奇心。因此,我們開始了一連串的研究,經過大量實驗研究之後,我們發現:對房屋會造成最大影響的是梁柱的粗細以及房屋的面積;對一般房屋最有效防震的方式為阻尼減震。

探討校園樹木固碳力-量化統計樹木固碳量與碳吸存效率之研究

本研究針對校園樹木分析其固碳能力,透過生長量法測量全校樹種的固碳量,並利用光合作用法分析苦楝與毛柿在不同季節的碳吸存效率。結果顯示,全校927棵樹的總固碳量達197.36噸,等於723.65噸二氧化碳當量,且固碳能力集中於榕樹、木賊葉木麻黃、印度紫檀及印度橡膠樹等(佔61%)。未來校園植樹應考量速生與長壽型樹種的組合,以兼顧短期與長期的固碳穩定性。光合作用實驗發現,苦楝及毛柿皆於夏季有最高之碳吸存量,而苦楝在全年之總吸存量較毛柿多,但是季節變化幅度較大;相較之下,毛柿全年皆維持較低但穩定的固碳效益,且單位面積之碳吸存量亦較苦楝高。最後調查並計算全校之電力排碳量並分析碳中和情形。

新型碳點微胞作為金屬離子的回收與應用

本研究以Marquis試劑修飾碳化韭菜籽萃取物微胞,成功合成出新型的碳點微胞M-CLSEMs,其表面有豐富的官能基,在修飾磺酸根後於水中的分散性與穩定性佳,並有激發波長相關光致放光之特性相似碳點。M-CLSEMs有效回收多種重金屬離子,對於鎳、鉛、鐵、鉻與金離子有將近100%的極高回收率;銀、鈷、銅、鋅、鋁與鈀離子也有70%以上的回收率。M-CLSEMs可作為還原劑與穩定劑,透過快速、綠色合成的方式製備出水相及有機相的金和鈀奈米粒子,並成功進行4-硝基苯酚的催化還原反應。未來將可嘗試利用M-CLSEMs合成出不同的金屬奈米粒子,運用於有機金屬催化、汙染物的降解、抑菌、癌症治療等方面。

布紙薑薑好—布袋蓮複合紙之探討

本研究以布袋蓮作為主要造紙原料,混合野薑花、楮木紙漿,探討布袋蓮複合紙的製作,希望能減少木材的使用並增加布袋蓮的經濟價值。透過造紙過程、紙張性質評估布袋蓮造紙的可行性,比較添加野薑花及楮木紙漿的差異性,並透過自製裝置進行抗張、抗破力、透光度、曝曬後顏色安定性等紙張性質,探討布袋蓮複合紙的應用及價值。 結果發現,布袋蓮複合紙有質感,添加野薑花纖維可提升紙張抗拉及抗破力,添加楮木紙漿可提升吸水、吸油效果。使用漂白劑以二段式漂白,能將布袋蓮紙張漂白,增加文書利用價值。最後,透過專家評估及創作,可作為彩畫、版畫、窗紙、包裝材等多用途應用,幫助破壞環境生態的布袋蓮找到新的利用價值,為環境盡一份心力。

北極地區河口水體自然對流現象之實驗探討

本研究旨在探討北極地區河口水體之自然對流現象,並解析其特殊羽流形態與形成機制。我們調配不同濃度的食鹽水模擬海水與河水進行實驗,使用壓克力水槽建置鹽水與淡水的對流環境,以模擬河海交界處河水與海水的交互作用情形。此外,利用注射筒與自製水槽模擬河水局部對流形成羽流(Plumes)之情形,並測定不同鹽水濃度的羽流之流速。實驗結果顯示,鹽水與水之密度差較小時(鹽水鹽度小於20 psu),對流速度較慢且較易形成穩定蘑菇狀羽流;反之,鹽水與水之密度差較大時,對流速度較快,容易產生不穩定蘑菇狀羽流。