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把螢火蟲請回大安森林公園?不只為人,是為生態

彭 琬馨
・2016/05/19 ・2413字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 492 ・五年級
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東勢螢火蟲。圖/Calvine Wu@flickr

你上次看到號稱生態指標的螢火蟲是什麼時候?近年越來越多民眾加入賞螢行列,光是三到五月一個繁殖期,在台中苗栗幾個熱門地點,平均每年湧入數十萬人賞螢。大家對生態環境越來越重視,因此更重要的是讓更多環境恢復至螢火蟲棲地的品質。今(2016)年,台北市政府工務局在木柵、榮星花園、大安森林公園三個地點,分別推動螢火蟲棲地保育與復育工作,在前兩個地點,工務局把焦點放在棲地的改善與擴大,目的是要增加螢火蟲現有數量;而大安森林公園則是二十多年前曾出現螢火蟲,如今早已不見蹤影,工務局在當地進行復育,希望螢火蟲「回家」,讓民眾不用千里迢迢跑到郊外,就能在都市中獲得點點螢光相伴。

然而此舉是不是有可能對當地生態帶來負面影響?在原先螢火蟲已經絕跡的地點進行復育有沒有爭議?會不會成為另一種放生不成反放死?這些問題對主導這次計畫的台大昆蟲系教授楊平世來說都早已想透徹,但他也謹慎表示,地點選擇的評估必須小心、小心、再小心。

憂心引入外來種破壞生態平衡

「我其實本來是不贊成的。」從事昆蟲研究三十年,雖已到準備退休的年紀,楊平世仍活躍於昆蟲界,他說,隨便亂放螢火蟲,很有可能引起大災難。人類基於自身物種觀點,引入原本不屬於當地的外來種,就可能因為干涉物種互動關係,最後反而破壞生態平衡。

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黃緣螢。圖/黃義欽@flickr

事涉敏感,選在大安森林公園進行復育,其實是層層考量下的決定,楊平世說,「如果過去不曾有螢火蟲出沒,我就不支持」。這次在大安森林公園野放的螢火蟲以黃緣螢為主,黃緣螢是生長在台灣平地、低海拔地區的螢火蟲,喜歡棲息在水流流速較緩的水域中,並且以水中的螺貝類為食。考量地緣相近,團隊選擇來自木柵公園和動物園的黃緣螢族群,作為這次野放的種源,而這個決定背後也有科學:「假若野放族群沒控制好,很容易引起基因汙染,產生島內中間型。」也就是說就算是同個品種,分屬不同族群,也會因為居住地的不同,在基因上有些微差異,選擇地緣鄰近的族群是一個折衷的辦法。

此外,為了不破壞當地生態,如何選擇幼蟲的糧食也很重要。這次一共放了兩種田螺、一種川蜷,而在放這些物種前復育團隊也做了很多功課。楊平世提到,要放田螺之前,必須先對當地生態進行徹底的調查和評估,否則新物種的加入很容易產生競爭、破壞生態平衡。這次在大安森林公園因為沒有原先在地的田螺,所以比較不會產生競爭問題。

野放螢火蟲只是開始  維護才是最大挑戰

螢火蟲復育前期,除了要進行棲息地處理外,還得在實驗室培育螢火蟲,分階段在地點施放。在春秋兩季螢火蟲的繁殖期間,楊平世會透過評估田螺數量(螢火蟲幼蟲糧食),來判斷當地環境是不是能承受目前的螢火蟲野放數量,評估後再進行增減。即使螢火蟲順利野放了,這個任務仍還  不  算  結  束,復育團隊仍需要繼續觀察螢火蟲在當地生活的狀況。若要說一個復育計畫到底成不成功,則是以最後出現的螢火蟲成蟲數量來判斷,若達到野放數量的十分之一,計畫就稱得上成功。

負責這次螢火蟲採種、飼養的國立台北護理健康大學通識中心兼任助理教授吳加雄則認為,不管在哪,野放後的維護,往往才是復育的最大挑戰,民眾對生態不夠了解,也成為後續維護的最大困難。我實地走訪位在大安森林公園的小生態池,周圍圍繞著茂密的野薑花,吳加雄說,這是為了營造葉子交疊的空間,讓成蟲棲息;不只如此,為避免螢火蟲受城市光害干擾,大安森林公園生態池旁的路燈,也採用波長 590 奈米的琥珀色光 LED 燈,讓螢火蟲「看不見這些光源」,一方面兼顧人類照明需求、也能減少人工光源對螢火蟲造成的負面影響。

野薑花
復育螢火蟲的水池旁種了野薑花,讓牠們可以在茂密葉子交疊的空間中躲藏。圖/彭琬馨攝影。

如此費心的設計,在民眾眼裡卻不一定視如珍寶。從棲地打造設計到完工,全程參與的吳加雄告訴我,畢竟有些民眾還是以「漂不漂亮」的角度來檢視螢火蟲生態池,因此不是以「景觀」為主要考量的螢火蟲復育棲息地,若成為生態素養不夠高的民眾、野放外來種(如吳郭魚)的新地點,復育計畫就可能前功盡棄。

目前已於 2015 年 11 月、2016 年 1 月及 2016 年 4 月,在大安森林公園進行三次螢火蟲野放工作,吳加雄表示目前已野放 400 隻黃緣螢,而在四月底的觀察中記錄到約 100 隻次(因計算時無法排除是否重複計算,無法確定多少隻,而以隻次計算)。

復育優劣 一體兩面

台灣最早的螢火蟲紀錄來自 1911 年學者 Olivier Pic 的觀察,當時發現台灣總共有 21 種不同的螢火蟲; 1930 年代,日本學者在台灣的調查,讓螢火蟲種類上升到三十多種;1990 年代以後,螢火蟲調查進入活躍期,光是目前知道的種類就有七十幾種,分布區域遍布全台。

楊平世說,如果這次計畫能成功,未來勢必會有更多人想加入復育行列,但復育帶來的優劣其實一體兩面,需要對當地生態情況有所掌握,才不會讓原本的好事一樁不小心反而成為當地生態問題。

參考資料

  • 「火金姑來吃茶-台灣螢火蟲之研究、利用與保育」 國立臺灣大學昆蟲學系楊平世教授演講紀實
  • 行政院農業委員會夜間及休閒昆蟲主題館,黃緣螢介紹頁面

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彭 琬馨
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一路都念一類組,沒什麼理科頭腦,但喜歡問為什麼,喜歡默默觀察人,對生活中的事物窮追不捨。相信只要努力就會變好,相信科學是為了人而存在。 在這個記者被大多數人看不起的年代,努力做個對得起自己的記者。


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如何幫畜牧業減排溫室氣體?——教會小奶牛上廁所,可有效降低「一氧化二氮」排放!

阿咏_96
・2021/10/17 ・2612字 ・閱讀時間約 5 分鐘

近年來,大眾對於「氣候變遷」這個詞越來越不陌生,國際間也會簽訂不同協議與政策,來減緩溫室氣體的排放,講到這邊,我們通常會想到化石燃料的使用,但較少被人們注意到的是,畜牧業也是排放甲烷、二氧化碳、一氧化二氮等溫室氣體的大宗,甚至會造成水污染及空氣污染。

最近由心理學家團隊發表的研究,提出一種可能的解決方案,以減少畜牧業對環境的影響,也就是——「教小奶牛上廁所」!

看到這邊一定頭上冒出好幾個問號,為什麼畜牧業會對氣候變遷造成影響?是哪方面的影響?為什麼教奶牛尿尿可能可以減緩對環境的衝擊呢?要怎麼教?

圖/Pixabay

畜牧業和氣候變遷到底有什麼關係?

首先,根據聯合國糧食與農業組織 (FAO) 的報告,全球畜牧業每年約排放 7.1 兆噸的二氧化碳,大約是人為排放溫室氣體的 14.5%,其中,牛是排放量最大的物種,佔畜牧業排放量的 65 %,而大約來自於腸道發酵、糞便儲存與加工、飼料生產過程、其他能源使用等活動,FAO 也提出了目前評估可實行的減緩方案,其中一項便是提高奶牛的飼料開發以及飼養技術,來減少消化過程中和分解糞便時產生的甲烷 (CH4) 與一氧化二氮 (N2O) 。

而這篇研究的主角之一就是一氧化二氮 (N2O) ,雖然它只佔全球溫室氣體總排放量的 5% ,但它把熱留在地球的能力卻將近是二氧化碳的 300 倍!除此之外,每次排放的一氧化二氮 (N2O) 都會停留在大氣中超過一世紀,可以說是一種「長壽」的溫室氣體。從 1990 年起,紐西蘭的一氧化二氮排放量增加了五成,主要是來自乳製品業擴展以及氮肥使用,因此紐西蘭政府制定了一個目標,要在 2050 年之前將一氧化二氮的排放減少到淨零。

但這和牛有什麼關係呢?

紐西蘭的一氧化二氮排放量增加與乳製品業擴展有關。 圖/Pixabay

從「牛尿尿」開始的氮旅程

原因是牛尿液中氮含量很高,而動物尿液中的氮來源主要是尿素  (CH₄N₂O),在紐西蘭和澳洲,通常將牛飼養在戶外,牠們排尿之後,就開始一趟名為「氮循環」的旅程,首先尿素會迅速在土壤裡被水解成銨鹽 (NH4+) ,再經過微生物「亞硝化菌」氧化成亞硝酸根 (No2),接著,另外一群微生物「硝化菌」,將亞硝酸鹽 (No2) 再氧化成硝酸根 (NO3),以上的過程稱為「硝化作用 (Nitrification) 」。

當然,旅程還沒有結束,另一群稱作「脱硝菌」或「脫氮菌」的微生物會將硝酸鹽還原成氮氣 (N2),叫做「去硝化作用」或「脫氮作用」,而一氧化二氮 (N2O) 是反應的中間產物,會直接被釋放到大氣中。

難道把牛飼養在牛舍裡就沒有問題了嗎?

代誌不是憨人想得這麼簡單!當牛尿液中的氮和地板上的糞便混在一起時,會產生另一種空氣污染物——氨 (NH4)。

File:Nitrogen Cycle 2.svg
生態環境中的氮循環系統。細菌在其中扮演了關鍵角色,將氮源轉換為各種化合物,能夠被生物利用。圖/WIKIPEDIA

所以,如果牛的尿液可以被收集處理,裡面所含的氮就可以被轉換,減緩對環境的衝擊,但是要怎麼收集牛的尿液呢?

最直接的方式就是,教小牛到「廁所」裡尿尿。

要怎麼教會小牛尿尿?獎勵和拆解步驟是關鍵

研究團隊利用行為心理學的原理,訓練小牛到特定的地方排尿,這個原理便稱為「操作制約 (Operant Conditioning)」,由美國哈佛大學心理學教授史金納 (B.F. Skinner) 於 1938 年提出,當時有個著名的動物實驗稱為「史金納箱 (Skinner Box)」,將飢餓的小白鼠放在箱子裡,內有電動裝置紀錄動物的正確反應次數和頻率,因飢餓不安而活動的小白鼠,偶然壓到槓桿就會得到少量食物,當以後小白鼠看到槓桿,再去壓桿的頻率就會比以前高。對小白鼠來說,因反應而出現的食物是「強化物」,對壓桿這個「操作性反應」產生了強化作用。

除此之外,他們還運用訓練小孩上廁所,一種叫做「反向鏈接技術 (Backward Chaining Technique) 」的方式,將目標拆解成小步驟,從最後一步開始訓練到第一步。

首先,小牛被限制在圍欄設置成的廁所區域裡,當小牛排尿後再給予牠們喜歡的食物進行強化。然後,把小牛帶到圍欄外的一條走廊上,並再次強化進去廁所裡尿尿的行為,如果小牛在走廊上就排尿,便會用讓牠稍微不開心的噴水阻止牠。

經過幾次強化訓練,他們訓練的八頭小牛中,有七隻學會了在廁所尿尿,而且學習的速度和人類小孩差不多快!牠們大約只受了 15 天的訓練,大部分的小牛在 20 至 25 次排尿後學會了整套,比三到四歲的人類小孩還快。

小奶牛在廁所尿尿的影片。資料來源/參考資料 1

由此,研究團隊得到了兩個結論,第一是牛能夠學會注意自己的排尿反射,在準備尿尿時會移動到廁所裡;第二,在可以得到獎勵的情況下,牠們學會先憋尿,除非到了正確的地方。

牛牛學會了,然後呢?

在知道可以訓練牛牛到廁所排尿後,下一步要怎麼做才能夠離減排溫室氣體的目標越來越近呢?

作者認為希望未來可以優化廁所裝置,自動檢測排尿以及給予獎勵,就像是放大版的史金納箱一樣。除技術層面外,像是紐西蘭、澳洲等地的畜牧業,大多將牛飼養在開放的圍場,應該要把廁所設在哪裡,或者牛願意走多遠過來上廁所,都是需要進一步了解的問題,也才能夠將這項技術真正運用在不同國家的畜牧業,實際做到減緩畜牧業對氣候變遷的影響。

參考資料

  1. Dirksen, N., Langbein, J., Schrader, L., Puppe, B., Elliffe, D., Siebert, K., … & Matthews, L. (2021). Learned control of urinary reflexes in cattle to help reduce greenhouse gas emissions. Current Biology, 31(17), R1033-R1034.
  2. Gerber, P. J., Steinfeld, H., Henderson, B., Mottet, A., Opio, C., Dijkman, J., … & Tempio, G. (2013). Tackling climate change through livestock: a global assessment of emissions and mitigation opportunities. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO).
  3. 張春興(民80)。教育心理學:三化取向的理論與實踐。台灣東華書局。
  4. Backward Chaining Technique
  5. 全國法規資料庫:空氣污染防治法施行細則
  6. The science of nitrous oxide

阿咏_96
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