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怕熱的你可以躲在冷氣房吃冰,怕熱的高山植物該怎麽辦?

Iyusungu Su
・2021/07/26 ・2971字 ・閱讀時間約 6 分鐘

像島嶼一樣的高山

不知不覺夏天即將來臨,炎熱的天氣常常讓人受不了,只想整天躲在冷氣房中吹冷氣喝冰涼的飲料降溫,不過人類覺得熱可以往比較涼快的地方跑,想喝水就有水可以喝。植物呢?如果植物覺得熱或者口渴會發生什麼樣的事情?

隨著全球暖化,全世界的高山植群生態系受到非常大的威脅。其實,高山環境可以提供一些喜歡寒冷溫度的植物生長,如同一個島嶼在一片汪洋中提供一片陸地給陸生生物棲息空間一樣。相信大家都知道氣候變遷造成全球暖化,全球溫度逐漸上升,使得極圈冰山融化入海中,導致海平面上升,陸地面積將會減少,影響了陸地生物的生存空間。一樣的事情也發生在高山生態系中,且更為直接,如圖 1,假設原本年均溫 5℃ 的等溫線在海拔 3,000m 處,但因為全球暖化氣溫升高,等溫線向上移動至海拔 3,200m 處,等於適應年均溫 5℃ 以下的植物可以生活的空間就越來越被限縮了,生存也將遭遇危機。

圖 1 高山生態系受全球暖化影響,生存空間限縮。圖/作者自製

而原本是喜歡冷的高山植物居住的區域,因為溫度上升,讓原本住在海拔比較低的這些可以適應較熱溫度的物種可以往更高海拔的區域移動,整個區域喜歡熱的植物就會越來越多,稱為植群嗜熱化 (thermophilization) 現象。

高山植物的珍貴資源:水分

水分在高山上同樣是非常重要的環境因子,高山上土壤層淺薄,水分儲存不易,在高山上春季植物發育所需水分很大一部分來自於冬季融雪產生的水分,而全球暖化會導致高山上積雪量減少,進而導致高山上水分儲存減少,且高溫會導致水分蒸發量增加,可能會影響部分對水分需求比較大的物種生存。

山土壤層淺薄,水分儲存不易,高山植物發育所需水分,很大一部分來自於冬季融雪。圖/Pexels

簡而言之,在山上住著一群怕熱且需要喝水的植物,而因為全球暖化的緣故,他們一直往更高的地方找涼快的地方躲,且山上能喝到的水以及他們可以生活的地方已經越來越少了,同時他們原本生活的空間被比較不怕熱也比較不需要水的植物佔據,整個高山耐熱耐旱的植物也越來越多。

世界高山植群組成變化

世界上高山眾多,而臺灣更是一個多山之島,高於海拔 3,000m 的山就超過 200座,而在其他國家以及臺灣是否有發生高山植群逐漸朝向耐熱與耐旱的物種變化的現象呢?

不同的研究團隊在世界各地高山做了許多植群變化之研究。圖/Pexels

Gottfried et al. (2012) 在歐洲阿爾卑斯山做了相當多的研究,他們發現歐洲大陸60 座山頭樣區之植物組成在 2001 – 2008 年間嗜熱性的低海拔物種普遍顯著增加,而較高海拔的物種減少。且在歐洲大部分高山地區嗜熱化程度與溫度上升程度成正比,進而導致原生於較低海拔物種向上遷移。Hamid et al. (2020) 在喜馬拉雅山區使用嗜熱指標分析也發現隨著溫度逐漸升高,原生較低海拔物種近年於高海拔山區優勢度逐漸增加。在瑞士的研究也發現因為低溫對物種限制減弱,使山頂區域新增 15 – 21 種原生於較低海拔的物種,且原本有耐寒優勢的物種逐漸被淘汰 (Wipf et al., 2017)。

臺灣的高山植群變化是否相同?

在臺灣目前總共完成六座高海拔樣區山頭的第三次複查,資料共橫跨十年,在這十年間高山上溫度明顯上升,整體平均每年約上升約 0.045℃ (林政道等,2019)。此上升幅度較 IPCC (2020) 提出的北美西部、歐洲阿爾卑斯山和亞洲高山地區平均每年上升 0.03 ± 0.02°C 更快。在降水量變化方面,近十年年降水量低於長期平均線的年份也比較多,過去研究表示在臺灣地區春季降水量自 1990 年代起呈現下降趨勢,而梅雨季節降水量在近 50 年呈現緩慢下降,有相同趨勢,且整體水分環境是越來越乾的 (周佳,2017)。

這樣的環境變化之下,我們大部分高山樣區的植群嗜熱化程度在這十年之間有些微的提升,但皆不顯著 (林政道等,2020),意思是說我們的高山植群嗜熱化還是有發生,但是不明顯。這樣的現象與 Gigauri et al. (2016) 的研究有類似的結果,他們在 2001 – 2008 年於高加索中部高山地區也發現嗜熱化現象發生,不像歐洲其他高山地區明顯,他們推測可能有其他因素在影響高山植群的組成變化。

研究發現,台灣高山上溫度的上升幅度,比世界其他高山地區來得更快。圖/蘇昱 攝

我們改良了嗜熱指標成為 “嗜濕指標”,來討論看看在高山上喜歡濕潤環境的植物變多還是喜歡乾旱環境的植物變多,結果上我們發現在大多數山頭嗜濕指標在近十年皆呈現下降的趨勢,有半數山頭顯著下降 (林政道等,2020)。這代表著在臺灣的高山植群逐漸朝向比較喜歡較為乾燥環境的物種變化。這樣的發現也與世界其他地區有類似結果,Steinbauer et al. (2019) 在阿爾卑斯山東部發現高山植物在近20年逐漸朝向適應溫暖與乾燥環境的物種變化;Carilla et al. (2018) 在阿根廷安地斯山脈研究指出該地區高山環境中因為水分環境變乾燥使菊科及禾本科等草本物種增加,而灌木減少;Abdaladze et al. (2015)在喬治亞高山地區同樣發現因為環境趨於乾燥使灌木類與部分對於水分需求較大之植物優勢度降低;Kobiv et al. (2017)在烏克蘭高山發現如 Veronica alpinaPedicularis oederi 等較喜歡潮濕環境物種減少。

在臺灣,高山水分環境對於高山植物的影響或許大於溫度,但也不是說溫度上升不重要,除了嗜熱化的現象還是有發生之外,溫度升高也會導致水分蒸發與蒸散更加快速,進而使環境更加乾燥,也會影響需要較多水分植物的生長。

圖/蘇昱 攝

我們在家中吹冷氣享受涼爽空間的同時,也盡量要做好節能減碳的工作,增加對於環境的友善表現。近年登山風氣興起,在欣賞美麗的高山美景時也千萬別忘了遵守無痕山林的原則,除了足跡什麼都不留下,除了相片與回憶,什麼都不帶走,大家一同來守護我們美麗的山林。

參考資料

  1. 林政道、劉以誠、郭礎嘉、賴宇傑、李丁在、蘇昱 (2019) 臺灣高海拔山區草原生態系調查與監測 (1/3)。行政院農業委員會林務局 108 年度科技計畫研究報告。108 農科 – 10.7.1 – 務 -e5。
  2. 林政道、劉以誠、郭礎嘉 (2020) 臺灣高海拔山區草原生態系調查與監測 (2/3)。行政院農業委員會林務局 109 年度科技計畫研究報告。
  3. 周佳、李明安、許晃雄、洪志誠、盧孟明、陳正達、鄭兆尊 (2017) 臺灣氣候變遷科學報告 2017-物理現象與機制。國家災害防救科技中心。
  4. Abdaladze, O., G. Nakhutsrishvili, K. Batsatsashvili, K. Gigauri, T. Jolokhava, G. Mikeladze (2015) Sensitive Alpine Plant Communities to the Global Environmental Changes (Kazbegi Region, the Central Great Caucasus). American Journal of Environmental Protection 4(3-1):93–100.
  5. Carilla, J., S. Halloy, S. Cuello, A. Grau, A. Malizia, F. Cuesta (2018) Vegetation trends over eleven years on mountain summits in NW Argentina. Ecology and Evolution 8(23):11554–11567.
  6. Gigauri, K., M. Akhalkatsi, O. Abdaladze, G. Nakhutsrishvili (2016) Alpine plant distribution and thermic vegetation indicator on GLORIA summits in the Central Greater Caucasus. Pakistan Journal of Botany 48(5) 1893–1902.
  7. Gottfried, M., H. Pauli, A. Futschik, M. Akhalkatsi, P. Barancok, J. L. B. Alonso, G. Coldea, J. Dick, B. Erschbamer, M. R. F. Calzado, G. Kazakis, J. Krajci, P. Larsson, M. Mallaun, O. Michelsen, D. Moiseev, P. Moiseev, U. Molau, A. Merzouki, L. Nagy, G. Nakhutsrishvili, B. Pedersen, G. Pelino, M. Puscas, G. Rossi, A. Stanisci, J. P. Theurillat, M. Tomaselli, L. Villar, P. Vittoz, I. Vogiatzakis, G. Grabherr (2012) Continent-wide response of mountain vegetation to climate change. Nature Climate Change 2:111–115.
  8. Hamid, M., A. A. Khuroo, A. H. Malik, R. Ahmad, C. P. Singh, J. Dolezal, S. M. Haq (2020) Early Evidence of Shifts in Alpine Summit Vegetation: A Case Study From Kashmir Himalaya. Frontiers in Plant Science 11:1–16.
  9. IPCC (2020) Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate. Available at: https://www.ipcc.ch/srocc/. Accessed: 16 August 2020.
  10. Kobiv, Y. (2017) Response of rare alpine plant species to climate change in the Ukrainian Carpathians. Folia Geobotanica 52:217–226.
  11. Steinbauer, K., A. Lamprecht, P. Semenchuk, M. Winkler, H. Pauli (2019) Dieback and expansions: species‐specifc responses during 20 yearsof amplifed warming in the high Alps. Alpine Botany 130: 1–11.
  12. Wipf, S., C. Rixen (2017) Long-term changes in summit plant diversity in the Swiss National Park. K. Bauch (Ed.), 6th symposium for research in protected areas (pp. 741–744). Mittersill, Austria: Salzburger Nationalparkfonds.

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Iyusungu Su
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一位研究臺灣海拔 3,000m 以上高山植群生態的研究生,研究樣區幾乎都是要重裝走好幾天才能到達,在山上的日子也發現一些高山植物的變化,希望能分享給大家。

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陸上生命的根源:菌根菌——《真菌微宇宙》

azothbooks_96
・2021/09/26 ・1538字 ・閱讀時間約 3 分鐘
  • 作者 / 梅林.謝德瑞克
  • 譯者 / 周沛郁

我們目前還不清楚菌根關係最初是怎麼形成的。有些人大膽提出,最初的相遇溼黏而沒有條理──藻類被沖上泥濘的湖岸和河岸,而真菌在這些藻類體內尋找食物和庇護。有些則主張,藻類來到陸地時,體內已經帶著真菌夥伴了。里茲大學(University of Leeds)教授凱蒂.菲爾德(Katie Field)解釋,不論如何,「它們很快就變得依賴彼此」。

常出現於兒童繪本的毒蠅傘,就是一種能與植物共生的菌根真菌。圖/WIKIPEDIA by R Henrik Nilsson

菲爾德是一位傑出的實驗者,投入多年的時間研究現存最古老的植物支系。菲爾德用生長箱模擬遠古的氣候,並用放射性示蹤劑,測量生長箱裡真菌和植物之間的交換作用。真菌與植物的共生方式提供了線索,讓我們了解植物和真菌遷移到陸地的最早階段是怎麼互動的。化石也讓我們一瞥這些早期的聯盟。最精細的樣本來自大約四億年前,含有明確的菌根菌痕跡──羽狀瓣和今日一模一樣。菲爾德讚歎道:「你可看到真菌居然就長在植物細胞裡。」

最早的植物幾乎只是一坨綠色組織,沒有根或其他特化的結構。而這些植物逐漸演化出粗糙的肉質器官來容納真菌同伴,真菌則搜尋土壤中的養分和水。最初的根演化出來時,菌根關係已經存在五千萬年了。菌根菌是陸地上後續所有生命的根源。菌根(mycorrhiza)這個詞真是取得好。根(rhiza)隨著真菌(mykes)存在於世。

數億年後的今天,植物演化出更細、生長更快、更能見機行事的根,這些根表現更像真菌。不過即使是這些根,探索土壤的表現也無法超越真菌。菌根的菌絲比最細的根細了五十倍,長度可以超越植物根部達一百倍,比植物根部更早出現在植物上,延伸到根系之外。有些研究者更進一步。我的一位大學教授向一班吃驚的學生吐露:「植物其實沒有根,只有真菌根,也就是菌根。」

毒蠅傘在樹的細根上形成的外生菌根。圖/WIKIPEDIA by Ellen Larsson

菌根菌太多產,菌絲體占土壤中活生物量的二分之一到三分之一。根本是天文數字。全球土壤表層十公分之中,菌根菌絲的總長度大約是我們銀河系寬度的一半(菌絲長 4.5 × 1017 公里,銀河系寬度 9.5 × 1017 公里)。如果把這些菌絲熨成一片,總表面積是地球上乾燥土地面積的二點五倍。然而,真菌不會停滯不動。菌根菌絲迅速死去、再度生長(一年十到六十次),一百萬年後,累積的長度會超過已知宇宙的直徑(菌絲長 4.8 × 1010 光年,已知宇宙直徑是 9.1 × 109 光年)。菌根菌已經存在了大約五億年之久,而且不限於土壤表層十公分的地方,所以這些數字顯然低估了。

植物和菌根菌在彼此的關係中產生一種極化現象──植物的莖處理光與空氣,真菌和植物的根則處理周圍的土壤。植物把光和二氧化碳打包成醣類和脂質。菌根菌則把固著在岩石裡的養分拆開,分解物質。這些是真菌在雙重棲位下的情況──真菌一部分的生命發生在植物體內,一部分在土壤中。菌根菌駐紮在碳進入陸生生命循環的入口,牽起大氣和土地的關係。時至今日,菌根菌就像擠進植物葉和莖裡的共生真菌,會幫助植物應付乾旱、炎熱和其他許多陸地生命一開始就有的逆境。我們稱為「植物」的,其實是演化成來栽培藻類的真菌,以及也演化來栽培真菌的藻類。

——本文摘自《真菌微宇宙:看生態煉金師如何驅動世界、推展生命,連結地球萬物》,2021 年 8 月,果力文化

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azothbooks_96
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