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什麼是中度干擾假說?

林大利_96
・2014/06/12 ・3233字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 557 ・八年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

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photo by John McColgan

會寫這篇文章的原因是一覺醒來,發現臉書上的朋友突然對「中度干擾假說」充滿好奇。不禁嘖嘖稱奇,這個生態學的假說,還有機會在鄉民之間熱絡起來?不過無妨,就藉由這個機會介紹一下這個假說是在幹嘛,沒事多喝水、沒事長知識。不過先說明一下,這個玩意兒要用一些其他的專有名詞來解釋,如果每個名詞都講清楚篇幅會過長,所以請大家自行估狗或有空再聊聊其他的專有名詞吧。

研究生物多樣性的時候,常常是在問一些問題:「哪裡生物的種類多?哪裡生物的種類少?為何而多?為何而少?」。當然,影響一個地區物種多寡的原因很多,其中一個主題是探討多樣性(diversity)和干擾(disturbance)之間的互動關係。而中度干擾假說(intermediate disturbance hypothesis, IDH)就是其中一個解釋。

有事沒事戳一下會怎樣?

在生態學中,干擾(disturbance)是一個暫時使環境狀態發生改變的事件,這個改變幅度超過環境平時的小幅變動。干擾的影響通常劇烈且快速,會導致部分生物消失。不同的干擾作用的空間範圍與時間長短也不盡相同,規模可大可小,頻率孰繁孰罕,天然的干擾如火災、水患、颱風、地震、海嘯、氣候變遷和昆蟲大發生,人類的干擾則包括過度開發及過度獵捕等等[1]。這樣看起來,干擾似乎不是什麼好東西,無論規模大小,感覺影響挺負面的。換句話說,干擾的強度或頻度超過某個程度,會削弱生物的繁殖與擴張,使當地的群集不飽和,物種多樣度沒有達到應有的水準。

戳幾下似乎比較好?

然而,也有觀點認為干擾是維繫生物多樣性的重要元素[2,3]。在探討多樣性和干擾之間的關係時,研究珊瑚和樹木等固著性生物(sessile species)的案例中[2]發現:使物種多樣度(species diversity)最高並非發生在干擾的強度(或頻度為免版面混亂,看到強度請自行加上「或頻度」)最高或最低時,而是在不高不低的中度(並非指中數或平均值)。主張中度干擾假說的論述認為:在干擾強度太強時,導致大多數的物種難以生存,僅有少數繁殖力強或擴張力強的拓殖者(colonizer)能夠生存,如老鼠和禾草。干擾強度太低時,優勢的競爭者(competitor)會極度強盛,競爭排斥較劣勢的物種,物種多樣度也不高。因此,只有在適度的干擾之下,拓殖者和競爭者能夠共存,因而有最高的物種多樣度,使干擾和多樣性之間關係呈現駝峰狀關係(hump-shaped relationship)。

中度干擾假說的概念模型:(a) 干擾強度低時,物種多樣度不高;(b)干擾強度適中時,物種多樣度呈現最高;(c)干擾強度高時,物種多樣度也不高。

中度干擾假說的知名研究案例是研究潮間帶礫石上的附生藻類[4]。經常受海浪拍打而滾動的礫石體積較小,反之則體積較大,作者以此作為受干擾程度的指標。作者發現:(1)在較小顆、較常滾動的礫石上,藻類的物種多樣度較低,主要由生長快速的拓殖者組成。(2)大顆的礫石上則主要由優勢的競爭者所組成,多樣度也較低。(3)不大不小的礫石上同時具有競爭者和拓殖者,呈現較高的物種多樣度。

另一方面,是從地景生態學(landscape ecology)的觀點來看中度干擾假說:干擾會使部分棲地及其中生物消失,使當地的生物進行次級演替(secondary succession),可以說是刺激當地生物重新拓殖的開始。無論規模大小的干擾發生,都會改變當地的地景,形成各種不同面積的小區塊,這種區塊稱為「孔隙」(gap)。例如森林中間發生了小火災,燒了一小部分,這個部分就是孔隙。接著,孔隙中的小草、灌木、小樹、大樹會隨著不同的時期慢慢長回來(如下圖5, 6, 7, 8),這些不同的階段就稱為演替階段(succession stage)。

所以,以植物為例的話,各位可以看到下圖,不同演替階段的植物成員都不盡相同。也就是說,中度的干擾,前前後後在森林裡形成許多孔隙,因為孔隙形成的時間不同,隨著時間過去,每一個孔隙所處的演替階段也不同。換句話說,這個森林裡面含有的各種不同演替階段,使整體的空間異質度(spatial heterogeneity, 指空間複雜的程度)較高,所含的微棲地(micro-habitat)也就更多樣,能容納不同生態棲位(ecological niche)的生物也越多,使物種多樣度增加。這樣的理論,稱為「空間異質度理論」(spatial heterogeneity theory)[5]。生態棲位越多,越能避免因種間競爭(interspecies competition)所造成的局部絕種。

次級演替示意圖(作者Katelyn Murphy,創用CC授權 BY-SA 3.0)

中度干擾假說受到的批評

那麼,干擾和物種多樣度的關係都像中度干擾假說的預測一樣,呈現駝峰狀的關係嗎?肯定不是這樣的啦,回顧87篇研究干擾與物種多樣度關係的文獻,發現有25篇認為兩者之間無關係、25篇呈現正向關係、16篇為駝峰狀關係、18篇為負向關係、3篇為倒U型關係[6]。更近期的回顧也顯示駝峰狀關係並不普遍[7]。競爭排斥原理(competitive exclusion principle)不是只會導致劣勢的物種滅絕,也有可能促成物種的種化(speciation)。對具備移動能力的動物而言,大可一走了之,特別是在棲地異質度高的環境,另覓生存新天地不見得是難事[8, 9]。有的觀點認為,干擾並非作用於降低競爭排斥的力度,而是使生物的豐度(abundance)下降之後,造成平均個體的成長率(per capita growth rate)呈現負值,使族群一蹶不振[10]。另外,有些觀點則認為干擾和物種多樣度之間會比測互相影響、互為因果,兩者無限循環的交互作用。當我們觀察現象時,已經作用許久,難以釐清究竟是雞生蛋還是蛋生雞[11]

圖片7
Mackey 和 Currie (2001) 回顧87篇研究干擾與物種多樣度關係的文獻,發現有25篇認為兩者之間無關係、25篇呈現正向關係、16篇為駝峰狀關係、18篇為負向關係、3篇為倒U型關係。

之所以會有這些爭議,通常是兩者所見的環境狀況、生物種類、空間與時間的尺度有所不同而導致的歧見。干擾對生物的影響,要考量干擾作用的空間尺度與觀察空間尺度的差別。如果干擾的空間尺度大於所觀察的空間尺度,例如一顆巨石砸毀整個花盆,較適合以干擾作用解釋。如果干擾的空間尺度遠小於所觀察的空間尺度,例如一大片森林遇到多次小規模的崩塌和火災,可能較適用中度干擾假說的解釋。

大自然的干擾與生物群集之間,經過頻繁且複雜交互作用,形成我們現今所見的生命世界,而且持續的在變化。雖然中度干擾假說的適用性有限,甚至這個理論該不該存在,學術界正吵得火熱[10, 12, 13]。但是,至少我們很確定,過強的干擾會讓生命大量的消失。以往是自然發生的干擾與生物互動,現在還增加了許多種類與強度不盡相同的人為干擾,對生命世界帶來龐大的衝擊。如果我們還無法控制這些過度的人為干擾,一但超出生物所能負荷的臨界,那麼這個生命世界也只能向下沉淪。

引用文獻

延伸閱讀

  • 超級反對中度干擾假說的Jeremy Fox的部落格,他認為這假說根本是個打不死的殭屍,恨不得把它給廢了。這個部落格文章戰意甚深,底下的回應也很精采,有興趣的讀者不妨看看,自己跳下去戰也行。
文章難易度
林大利_96
19 篇文章 ・ 7 位粉絲
來自森林系,目前於特有生物研究保育中心服務。興趣廣泛,主要研究小鳥、森林和野生動物的棲地。出門一定要帶書、對著地圖發呆很久、算清楚自己看過幾種鳥。是個龜毛的讀者,認為龜毛是一種科學寫作的美德。

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野生動物們,別來可無恙?
GJW_96
・2022/07/06 ・4031字 ・閱讀時間約 8 分鐘

  • 作者:翁國精/國立屏東科技大學野生動物保育研究所 副教授
山羌。圖/inaturalist

小時候,我對野生動物最深刻的印象是來自高雄縣旗山、六龜、甲仙一帶林立的山產店。像是倒掛在鳥籠裡的狐蝠、瑟縮在狗籠裡的白鼻心、炒得香噴噴的山羌肉,還有跟橡皮筋一樣久嚼不爛的飛鼠肉(是的,我嚼過橡皮筋),都帶給我很大的衝擊。

這時期的台灣森林,是一個由消費市場驅動,獵人扮演頂級掠食者的生態系,同時,開墾和伐木,也夾擊著野生動物的生存。後來,在民國 78 年野生動物保育法頒布後,這種色香味俱全的野生動物體驗,逐漸走入歷史。而沒有了野生動物的消費市場,原住民也不再依賴狩獵作為經濟來源,再加上國家公園、保護留區相繼設立,野生動物開始獲得了休養生息的契機。

野生動物們過得好嗎?透過自動相機一探究竟

所以,這些年來野生動物們過得好嗎?問題的答案從來就是個謎。
即便在國家公園裡面也只有零星、短期的動物相調查。

到底台灣的野生動物資源如何變化?保育工作是否有成效?就連生態學者也難以一窺全貌。2013 年,鼬獾狂犬病爆發,我們終於意識到,自己對於野生動物資源缺乏掌握。

原先,我們以為 1961 年後,台灣就已經沒有動物的狂犬病案例,那麼,2013 年的爆發,到底是新的境外移入疫情?還是代表其實這 50 年來,狂犬病在台灣從來沒有消失過?

鼬獾。圖/inaturalist

​​​​​​雖然現在基因定序的技術非常成熟,但是我們沒有 50 年前的病毒基因可供比對,於是鼬獾的族群變化就成了最關鍵的答案。如果台灣的狂犬病從來沒有消失,則鼬獾應該已經適應與病毒共存,成為保毒宿主,族群不會有劇烈的變動;但如果這波爆發是新傳入的疫情,則鼬獾的族群勢必受到衝擊,會有非常明顯的減少。

可惜的是,台灣從來沒有針對任何野生動物做長期的監測,所以林務局與防檢局在狂犬病爆發後開始合作,在苗栗、南投、台東等三個狂犬病最早出現的縣市以自動相機監測鼬獾。之後由林務局逐步擴大規模至全台及蘭嶼、綠島,在林班地架設自動相機監測樣點,拍攝中大型的哺乳動物。

目前為止,台灣以及蘭嶼綠島共有將近 300 個自動相機的監測樣點持續運作中,且監測樣點的數量,也仍在持續增加中。

重新開始監測野生動物!

自動相機是目前野生動物監測方法中效率最高,且最廣泛被使用的調查工具(圖1),操作方法可以標準化、自動化且全年無休。這些相機由巡山員負責操作及回收資料,各林管處承辦人員辨識照片,屏東科技大學野生動物保育研究所、以及嘉義大學森林暨自然資源學系,負責訓練人員及確認資料正確性,之後進行分析及撰寫報告(參考資料1),而中央研究院的生物多樣性研究中心,則負責開發軟體、並建立「臺灣自動相機資訊系統」(圖2),提供照片資料倉儲、搜尋、統計分析等功能。

圖1:監測野生動物的自動相機。
圖2:中央研究院生物多樣性研究中心負責開發的臺灣自動相機資訊系統。目前尚未公開。

為了反應動物族群量的變化趨勢,所有照片資料都被轉換成「單位時間拍到的有效照片數」,概念上相當於「單位努力捕獲量」,國際上慣稱為相對豐度指標 (relative abundance index),國內則慣稱為 OI 值(occurrence index)。

這個指標受到動物族群量和動物活動頻度的影響,兩個因子的變化都會改變指標,所以並無法直接用指標值換算出動物的實際族群量;也因為如此,我們通常將指標值稱為族群豐度或相對豐度,而不是實際族群量或族群密度。

但是根據許多研究,這個指標和實際的族群量呈高度的正相關,也就是動物數量增加的時候,指標也會上升,動物減少的時候指標,會隨之下降,因此很適合用於反應動物族群量的變化趨勢。目前的哺乳動物長期監測網,有將近 300 台相機持續運作當中,跨單位的合作,讓陸域中大型哺乳動物的監測邁向長期化、系統化、標準化、公開化的里程碑。

雖然過去我們曾錯過了數十年,但經過了這些年的監測,我們發現哺乳動物們除了石虎還需要我們再加把勁之外,其他物種其實都過得還不錯,而且無論是不是保育類都是如此(圖3)。山羌、山羊、水鹿豐度不斷上升,狩獵壓力不曾稍減的野豬趨勢持平,鼬獾似乎已經從狂犬病的侵襲中回穩,穿山甲也有穩健的表現。

圖3:。林務局自動相機長期監測網的監測成果。

台灣森林的樣貌正在演替

這樣看來,台灣的森林似乎再度欣欣向榮了?可惜,其實未必。

因為頂級掠食者的減少,目前草食獸正逐漸接手,主宰森林的演替方向。擁有登山經驗的朋友或許會發現,某些中高海拔森林中的芒草牆消失了,森林底層的植被比過去更稀疏甚至消失(圖4,圖5),從前需要砍草鑽行的苦日子不再,造林用的苗木,也因為被草食獸取食而導致造林失敗。

圖4:在草食獸的啃食下,一定高度(稱為啃食線,browsing line)以下的樹葉、附生植物及地被植物都幾乎消失。圖為楠梓仙溪林道旁的森林。
圖5:梅蘭林道盡頭七溪山一帶,海拔約 2300 公尺。
左圖為 2006 年 12 月所攝,右圖為 2015 年 12 月同一地點所攝,可見芒草及其他地被植物幾乎完全消失(屏科大森林系吳幸如老師提供)。

以水鹿為例,許多地區開始出現水鹿啃食樹皮的現象(圖6),像是知本森林遊樂區、塔塔加遊憩區(圖7)、南橫天池及沿線的登山步道等(圖8),連遊客都向國家公園表達關切。水鹿啃樹皮的時候還會挑選樹種,而且偏好啃食小樹。這種選擇性的啃食,正慢慢改變台灣的森林樹種組成,甚至是演替的方向,當然也陸續影響了共同生活在森林中,依賴這些植物的小型哺乳動物、鳥類和昆蟲等。

台灣的森林,正從鐘擺的一端——頂級掠食者主宰的世界,擺向另一端——草食獸決定的樣貌。

圖6:水鹿在楠梓仙溪林道啃食紅檜樹皮。掃描 QR code可看影片。
圖7:塔塔加黑森林步道上遭水鹿啃食的鐵杉與光禿的地表。(周庭安/攝)
圖8:南橫天池遭水鹿啃食的五葉松。

事實上,野生動物數量的改變不僅僅影響森林的樣貌,更回過頭來衝擊著人類的文化和對於保育的思考。因為野生動物的增加,獵人不再需要翻山越嶺追尋獵物的蹤影,狩獵範圍逐漸退縮到部落附近,甚至能夠當天來回。狩獵的技能、山林智慧的傳承,以及傳統領域的維護,都因此而面臨危機。

雖然狩獵活動未曾消失,但早已對野生動物不構成威脅,如同墾丁的梅花鹿,因為成功的復育而導致高位珊瑚礁森林及農作物受到危害,迫使墾丁國家公園必須逐步「回收」野放成功的鹿隻。未來,會不會有一天,水鹿將會從人們心目中的「森林吉祥物」,轉變為森林和農作物的害獸?

台灣水鹿。圖/inaturalist

小結

過去,獵人們會注意動物的數量,而調整自己的狩獵頻度和地點,多的時候多打,少的時候就少打、或者換地方打,讓動物有休養生息的機會。換句話說,獵人其實就是自然資源的經營管理者,而狩獵文化,則是一種永續的資源利用模式。

而從野生動物經營管理的角度來看,野生動物是一種可再生資源,人類可對野生動物做合理的利用,並確保其永續生存。為了維護生物多樣性,物種間不平衡的現象可以由人類適度介入處理。

所以,從現狀來看我們曾經勾勒的保育的美好願景,是不是遺漏了我們自己?

人類和野生動物都是生態系的一份子,彼此以有形無形的方式聯繫著​​。目前草食動物族群量上升主要是因為原有的捕食者幾乎消失,但捕食者消失,卻不是一個正常的生態系應有的現象。

圖/envato elements

草食動物對森林環境的衝擊,會影響到共域的其他物種,例如森林底層的昆蟲、鳥類、其他哺乳動物等,以及森林的發育和演替。如果任其發展,除了森林裡的動植物受衝擊,也會因為跟人類的接觸而引發疾病、交通安全、農損等問題,最後草食動物的族群,也會因為超出環境承載量而快速崩毀。

當我們忘了把自己加入願景的規劃中,就會讓好不容易回歸自然的梅花鹿轉眼變成害獸被回收,或者如獼猴面臨我們的危害防治手段;而當我們只考慮自己的時候,就會造成像流浪犬貓、被放生的外來種等等對環境和動物帶來的危害。​​​​食物鏈中雖然有掠食者和獵物之分,但沒有永遠的強弱和輸贏,兩者永遠互相依存。

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GJW_96
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目前任職於國立屏東科技大學野生動物保育研究所,專注於水鹿的研究。

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魚的年齡怎麼看?讓OceanTag告訴你
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2020/11/19 ・2633字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 472 ・五年級

本文由 國立海洋生物博物館 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/許君咏

身為陸生動物,海洋對我們而言是個美麗又神秘的存在。一說到海洋生物,人們充滿許多好奇和疑問,除了「是誰住在深海的大鳳梨裡」,有哪些問題是大家都想問的呢?你知道這些問題的答案嗎?

今天就讓我們一起來解開這些疑惑吧!

最多人想知道的海洋生物大哉問

Q1:魚的年齡如何判斷?

就像是可以從樹的年輪同心圓判斷樹齡一樣,我們可以將魚的脊椎骨磨平後觀察,而魚的耳石也可以作為判斷年齡的材料,耳石位於硬骨魚類的內耳中,雖然依不同魚類,形狀大小有所差異,不過耳石的體積會隨年齡增長而變大,夏天與冬天的生長速度不同,所以可以從生長環區別出來。但以上兩者判斷材料都會隨棲地、季節、溫度等變化,因此判斷魚的年齡還是需要有經驗的專家喔!

Q2:小丑魚和海葵有合作的行為嗎?

小丑魚本身分泌特別黏液,讓海葵誤認是其它雜物,不是可以吃的魚。而海葵就像是一位可靠的保全兼房東,它的刺細胞會攻撉其它魚類,小丑魚躲在海葵內部可以得到保護;小丑魚可以協助清潔海葵,並趕走海葵的掠食者,像是稱職的好管家,所以一般被認為是互利共生。但也有學者認為小丑魚和海葵的取食對象相同,彼此可能是競爭者,因為行動快速的小丑魚常搶走海葵的食物,對海葵是弊多於利,因此應為片利共生。

白條海葵魚 Amphiprion frenatus。圖/Ocean Tag學習網

Q3:海馬是魚類嗎?

答案為「是的!」

咦?海馬跟魚長得又不像,怎麼會是魚呢?來重新認識海馬吧!

其實海馬只是鱗片變成板狀,尾鰭完全退化,脊椎則演化到像是猴子尾巴一樣,可以捲曲鉤住突出的物體,來固定身體位置。而小到幾乎透明的魚鰭,能夠讓海馬「上上下下左左右右」移動,只是速度蠻緩慢的,因此通常海馬會以偽裝和硬化成皮狀的皮膚來逃避掠食者。

而海馬的生殖方式也很酷,是由母魚將卵產在雄魚腹中的育兒囊裡,經二到三週的懷卵期,再由公魚孵出小海馬,所以在海馬的世界裡,大腹便便的可是海馬爸爸喔!

然而可愛的海馬目前正面臨極大的危機,每年數以百萬計的海馬被捕撈以製成傳統中藥使用為主,或供水族館飼養。加上人類為了經濟發展大量破壞海草區、紅樹林及珊瑚礁等海馬的天然棲息地,影響尤其深遠。

刺海馬 Hippocampus histrix 。圖/Ocean Tag學習網

什麼?看完這些大解密還不夠?還想要了解更 DEEP 的海洋知識嗎?

叮咚!你的好友海洋維基百科已上線。

最近海生館推出「Ocean Tag 學習網」,前段的知識以及影音都是在網站上找到的,感覺就像把整座海生館搬進手機裡。

現在,一起來認識Ocean Tag 學習網上最棒的三大功能吧!

「館藏」功能:小孩子才做選擇,特寫、影音、生物繪圖全都要!

目前海生館已經收錄超過 3 萬筆以上的影像及影音資料,在 Ocean Tag 裡,只要輸入關鍵字就可以找到這些可愛的海洋生物。身為海洋大明星,除了美照外,當然還有影音頻道介紹牠們的生活環境、與其他生物的互動等等。最令人驚艷的是,還有精美的生物繪圖,能夠將生物的外型特徵看仔細。

Ocean Tag將黑白生物繪圖典藏數位化。尖吻鱸(扁紅眼鱸) Lates calcarifer (Bloch, 1770)。 圖/Ocean Tag學習網

「學習」功能:準備好了嗎?一同泡進知識海吧

Ocean Tag 依照 12 年國教課綱期程中與海洋相關的課程,從館方資料庫中撈取資料,讓老師與學生能直接在網站上找到有趣的海洋知識,用生動的圖片及影片學習。如果想要了解不同的生態系組成、海洋保育及各種大哉問,像是海洋哺乳類和人類有什麼不同、海生館收容剛孵化的小綠蠵龜怎麼照顧等等,都能夠在 Ocean Tag 上找到答案喔!

海生館的小綠蠵龜。圖/Ocean Tag學習網

「趨勢」功能:連結知識與時事,成為「最潮」的海洋生物迷!

最近有哪些海洋的相關研究發表了呢?哪些物種被列為保育類了?氣候變遷對海洋生物造成什麼影響?

Ocean Tag 除了海生館數位化之外,還連結了與海洋有關的最新新聞,讓我們在欣賞海洋之美的同時,也能夠時時關心海洋環境的近況,將利用上述兩個功能學到的知識與時事結合。

我們與海洋生物的距離

海生館大洋池。圖/Ocean Tag學習網

台灣因集天然環境優點為一「身」,因此擁有豐富的海洋生物類群,小小的島嶼卻有全世界十分之一多的海洋生物種類。然而,這些珍貴的海洋資源,在污染及不當捕撈下日漸減少,有許多以往常見的海洋生物已經消失,因此我們更需要了解這個美麗的生態系並且好好珍惜它。

污染日漸嚴重,威脅著海洋環境。圖/Ocean Tag學習網

Ocean Tag 便是希望透過博物館數位化,拉近我們與海洋生物的距離,讓我們只要打開手機就能認識這些海洋知識,越是深入了解,越能夠懂得如何守護這片海。

最後還是要借航海王的經典台詞:

「把寶藏都放在 Ocean Tag了,想要的話就去找吧!」

參考資料

  1. 106年海洋講堂系列專書
  2. 尼莫的房事-從出生搖籃到生命的搖籃
  3. 海馬奇特的外型是如何發生的?
  4. 國立海洋生物博物館
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「地球之肺」亞馬遜森林不供氧,它的功能比你想得更複雜
陳柏成 (Po Cheng Chen)
・2019/10/17 ・1815字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 506 ・六年級

亞馬遜森林,素來便有「地球之肺」的美名,而近期發生的森林火災,讓人不禁擔憂:「如果亞馬遜森林沒了,是否地球上就沒有足夠的氧氣呼吸了?」有趣的是,若先回歸「地球之肺」之名,我們可以發現,其實肺所要做的是將外界空氣的氧攜入體內的血液中,以供身體各器官使用;也就是說,其實肺的功能並不是產生氧,而是有效的吸收氧氣來提供生物使用。

也因此,我們以「地球之肺」之名來描述亞馬遜森林供氧這件事,一開始就並不全然精準。當然,若我們將地球類比為人體,則以「肺的主要功能是將氧氣從空氣運輸到血液中,並將二氧化碳從血液中排出」這事實來看,確實尚為一可接受的比喻;然而這就帶到另一個問題:亞馬遜森林之於整體地球,是否真的貢獻了一定程度的氧氣量?

素有地球之肺美名的亞馬遜森林,其攝於2009年。圖/Wikipedia

長期來說,亞馬遜森林對於氧氣淨產量幾乎為零

依據英國牛津大學(Oxford University)生態學家 Yadvinder Malhi 的研究,事實上以長期來看,亞馬遜森林對於整體地球的氧氣淨產量幾乎為零。其理由在於,森林本身透過光合作用(photosynthesis)所產生的氧,會透由自身生態系統內生物的呼吸作用(respiration)、微生物分解枯葉或樹木等原因所消耗掉。因此,亞馬遜森林對整體地球所貢獻的氧氣其實非常低。

另一方面,美國科羅拉多州立大學(Colorado State University)大氣科學系教授 Scott Denning 則指出,產氧的生物通常會透由另一種方式消耗氧,如呼吸作用或是死亡後其他微生物對其的分解作用,因此目前生態系的產氧與耗氧幾乎都是相互抵消的。目前地球大氣中氧氣占近 20%,主要的提供者推測來自於海洋的藻類。由於在海洋,死亡的藻類生物有可能在尚未被微生物完全分解利用前便埋藏至海底,因此耗氧與產氧之間的抵消作用降低,便能緩慢增加地球整體的氧含量。然而這過程需要很長的時間尺度,並非一時片刻即可完成。

全球的氧氣透由陸地及海洋生態圈、大氣以及岩石圈之間交互作用達到傳輸與平衡。其中埋藏(burial)作用可增加大氣中的氧含量,而與岩石之間的氧化作用(oxidation)則會消耗大氣中的氧氣。圖/Wikipedia

既然亞馬遜森林對整體地球氧的淨產量幾乎為零,那麼難道對於地球的含氣量就沒有其他貢獻了嗎?

亞馬遜森林的功能,比你想得更複雜

答案恐怕沒這麼簡單。原因在於地球本身存在著複雜的生態系統,我們甚至可以這麼說:所有的生命與非生命之間都是透由某種關係息息相連著。我們現在已知,海洋中的藻類對於地球的供氧佔有重要角色,那麼亞馬遜森林是否能影響海洋中藻類的多寡?答案是有可能的。

亞馬遜森林中的植物透過蒸散作用,使水氣被帶至上空形成雲河

例如,亞馬遜森林中的植物透過蒸散作用,使水氣被帶至上空,形成了廣大的「雲河」。當這些雲河流動至山脈後,受地形抬升效應水氣凝結成水滴,落回至地面;在這過程中透過對岩石的侵蝕作用,進一步將其沉積物帶入海底,於是成了海洋中藻類的養分來源。更有趣的在於,海洋中的藻類也能透過另一種形式給予雨林養分。舉例來說,死亡的矽藻堆積在海底,經由數百萬年以上的地形作用,原本的海床成為了富含鹽的沙漠,於是當風將這些富含矽藻殼的塵土吹到雨林,便又成為了促進雨林生長的養分。

這一系列的交互過程,讓我們看到了地球上的生命與環境間的互動是如此的息息相關。因此,讓我們回歸到一開始的問題:「亞馬遜森林是否為地球貢獻了氧氣?」答案真的是否嗎?縱使亞馬遜森林本身在地球的氧氣淨產量不大,然而其除了具有維繫生物多樣性的重要性外,透過生物與非生物在不同時間尺度的作用,可以發現其與地球上每一份子的關係依然是緊緊相繫著。

也因此,亞馬遜森林是否為地球貢獻了氧氣?這個問題的答案,便取決了我們用什麼樣的角度與高度,看待這片孕育我們一切萬物的美麗大地。

參考資料

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陳柏成 (Po Cheng Chen)
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熱愛自然科學,曾擔任PanSci實習編輯,現於美國夏威夷大學就讀博士班。如有任何問題,歡迎來信:consciencecpc@gmail.com