108 年 國立臺灣大學海洋研究所生漁組與漁科研究所（2研究所組聯招）《生態學（B）》

好的，這是一份針對國立臺灣大學海洋研究所生漁組與漁科研究所（2研究所組聯招）108 年度生態學（B）考科第一題的詳解。

這題主要在探討台灣島生態多樣性豐富的原因，核心觀念在於理解影響生物多樣性的主要驅動因子，包括地理位置、地形、氣候、地質歷史以及人為活動等。

第一題：台灣島具有豐富的生態多樣性，請問原因為何？

解題過程：

台灣島之所以擁有豐富的生態多樣性，可以從以下幾個關鍵面向來解釋：

1. 地理位置與板塊運動的影響：

   • 解釋： 台灣位於環太平洋火山帶與菲律賓海板塊、歐亞板塊的交界處，是地質活動活躍的區域。這種板塊碰撞不僅造就了台灣高聳的山脈，也使其經歷了複雜的地質演變。
   • 為什麼： 地質活動的頻繁（如造山運動、火山活動、地震）創造了多樣的地貌，包括高山、丘陵、平原、海岸線等，這些不同的棲地類型為不同物種的演化和生存提供了基礎。同時，板塊運動也影響了台灣島的形成與變遷，可能導致物種隔離或交流，進而促進物種分化。

2. 地形的垂直分佈與複雜性：

   • 解釋： 台灣島雖然面積不大，但擁有極高的海拔落差，從海平面到超過 3,900 公尺的玉山。這使得島上出現了從熱帶、亞熱帶、溫帶到寒帶的垂直氣候帶。
   • 為什麼： 這種劇烈的海拔變化，創造了極為多樣的棲地類型，包括海岸、低地闊葉林、中海拔針闊葉混淆林、高山寒原等。不同的海拔高度對應著不同的溫度、濕度、日照等環境因子，使得能夠適應不同環境的物種在此生存，形成垂直分布的生物群落。例如，低海拔的熱帶雨林與高海拔的溫帶針葉林，其物種組成截然不同。

3. 氣候的多樣性：

   • 解釋： 台灣位於亞熱帶與熱帶交界，受季風氣候影響，北部多雨，南部較乾燥；同時，隨著海拔升高，氣溫下降，形成多樣的氣候條件。
   • 為什麼： 溫暖濕潤的氣候條件適合生物生長，而季風帶來的季節性變化（乾季、濕季）也促使生物演化出適應策略。高海拔地區的低溫和多雪環境，則為溫帶和寒帶物種提供了棲息地。這種氣候的多樣性，直接影響了植被的分布，進而支持了多樣的動物群落。

4. 地理位置的「橋樑」與「孤島」效應：

   • 解釋： 台灣島在地理上介於東亞大陸與太平洋島嶼之間，在冰河時期與大陸相連（陸橋），也曾與周邊島嶼隔絕。
   • 為什麼：

這題考的核心觀念是「風險評估」與「科學證據」在公共衛生與環境保護決策中的應用。具體來說，它要求考生從生態學和環境科學的角度，評估核災後農產品放射性污染的風險，並以此為基礎，論述禁止輸入的科學合理性。

解題過程：

要論述應否禁止福島及周邊地區農產品輸入台灣，我們需要從以下幾個科學角度進行評估：

1. 放射性物質的擴散與殘留分析：

   • 原理： 核災事故會釋放出放射性物質，這些物質可能透過空氣、水體、土壤等途徑擴散，並殘留在環境中，進而進入食物鏈。
   • 科學論述：
     • 放射性核種的種類與半衰期： 福島核災釋放的放射性核種，例如碘-131（半衰期約8天）、銫-134（半衰期約2年）和銫-137（半衰期約30年），其半衰期長短決定了其在環境中殘留的時間。碘-131在事故後不久就會衰變，但銫-137的影響則會持續數十年。
     • 環境介質的傳輸與沉降： 放射性物質會隨著風和洋流擴散。對於農產品，主要關切的是土壤和水源的污染。放射性粒子可能沉降在農田土壤中，或被植物吸收。
     • 生物累積與生物放大： 某些放射性核種（如銫）容易被植物吸收並進入食物鏈。雖然生物放大（biomagnification）在放射性核種中不如某些持久性有機污染物（POPs）顯著，但生物累積（bioaccumulation）是需要考量的。

2. 農產品的放射性污染監測與評估：

   • 原理： 透過科學的檢測方法，量化農產品中放射性物質的含量，並與國際安全標準進行比較。
   • 科學論述：
     • 採樣與檢測方法： 應建立標準化的採樣計畫，涵蓋不同種類的農產品、不同地區（福島及周邊地區），並使用高靈敏度的輻射偵測儀器（如伽馬能譜儀）來檢測放射性核種的種類與活度。
     • 劑量評估： 根據檢測到的放射性活度，結合食用量、人體代謝模型等，評估消費者可能攝入的輻射劑量。這需要考慮不同年齡層、不同飲食習慣的族群。
     • 國際安全標準： 參考國際原子能總署（IAEA）、世界衛生組織（WHO）等國際組織制定的食品中放射性物質限量標準。例如，對於銫-137，國際上通常有每公斤幾百貝克（Bq/kg）的參考值。

3. 風險溝通與不確定性：

   • 原理： 科學評估總存在不確定性，有效的風險溝通能讓公眾理解決策的科學基礎。
   • 科學論述：
     • 不確定性分析： 任何風險評估都存在不確定性，例如環境擴散模型的準確性、生物吸收率的變異性、長期健康影響的預測等。科學家需要量化這些不確定性。
     • 預防原則（Precautionary Principle）： 在科學證據尚不明確或存在潛在嚴重危害時，採取預防性措施。禁止輸入可以視為一種預防性的風險管理策略，尤其是在公眾對食品安全高度敏感的情況下。
     • 科學證據的演變： 隨著時間推移，環境監測數據會累積，對放射性物質在生態系統中的行為理解也會加深。決策應能根據新的科學證據進行調整。

應否禁止的科學論述：

• 支持禁止的科學論點：
  • 潛在的長期健康風險： 即使在安全標準以下，長期、低劑量輻射暴露的健康影響仍存在不確定性，特別是對於兒童等敏感族群。
  • 監測的挑戰與成本： 要確保所有進口農產品都完全符合安全標準，需要極其嚴格且持續的監測體系，這在操作上可能非常困難且成本高昂。
  • 公眾接受度與信任： 即使科學評估認為風險極低，但若公眾對食品安全缺乏信任，禁止輸入可以有效緩解社會恐慌，維護社會穩定。

好的，這是一題關於生態廊道的概念與應用題，特別聚焦於水生動物在河川環境中的利用。核心觀念在於理解生態廊道的定義，以及如何將此概念應用於河川環境，以促進水生動物的移動、棲地連結與族群存續。

三、何謂生態廊道 (Ecological corridor)？如果從水生動物的對河川環境利用的角度來看，你認為河川生態廊道的設計與管理應該從哪些方面著手？

解題過程：

本題可分為兩大部分：首先定義生態廊道，其次探討河川生態廊道的設計與管理。

(a) 生態廊道的定義

生態廊道（Ecological corridor）是指在破碎化的棲地中，連結兩個或多個重要棲地斑塊的線性或非線性區域。其主要功能是促進物種的移動、基因交流，以及維持生態系統的連結性與功能。簡單來說，它就像是動物們在被人類活動切割的環境中，可以安全移動、遷徙或擴散的「通道」。

(b) 河川生態廊道的設計與管理應從哪些方面著手？

從水生動物對河川環境的利用角度來看，河川生態廊道的設計與管理需要考量水生動物的生態習性、移動需求以及河川本身的物理、化學與生物特性。以下從幾個關鍵面向闡述：

1. 連結性與連續性 (Connectivity and Continuity)：

   • 為何重要： 河川生態廊道最核心的功能是提供移動路徑。對於水生動物而言，這意味著能夠從一個棲地移動到另一個棲地，例如進行繁殖、覓食、避難或尋找適宜的棲息環境。斷裂的河川會阻礙這種移動，導致族群隔離、基因多樣性下降，甚至滅絕。
   • 設計與管理：
     • 移除或改善阻礙物： 識別並移除或改造阻礙水生動物移動的結構，例如不當設置的攔砂壩、水力發電廠的渦輪機、過高的堤防、或過小的涵管。對於無法移除的結構，可設計魚梯（fish ladder）、升魚機（fish lift）或提供繞道通道（bypass channel）。
     • 維持河岸植被與水域連結： 確保河岸的植被帶（riparian zone）能夠提供遮蔽、食物來源，並穩定河岸。同時，要確保河岸植被與水域之間有良好的連結，讓陸域與水域生態系統能相互支援。
     • 考慮不同物種的需求： 不同水生動物（如魚類、底棲無脊椎動物、兩棲類）對移動路徑的寬度、水深、流速、底質等有不同需求。設計時需涵蓋這些多樣化的需求。

2. 棲地品質與多樣性 (Habitat Quality and Diversity)：

   • 為何重要： 廊道不僅是移動的路徑，也應該提供足夠的、高品質的棲息環境，讓動物在移動過程中能獲得休息、覓食、繁殖等。單純的通道而無適宜的棲地，將降低廊道的有效性。
   • 設計與管理：
     • 恢復與營造多樣化棲地： 在河川廊道內，應盡量恢復或營造多樣化的棲地結構，例如深潭、淺瀨、急流、緩流區、卵石床、沙洲、水草區等，以滿足不同物種、不同生命階段的需求。

好的，這題考的是全球氣候變遷對海洋生物的影響，以及可能的因應之道。核心觀念在於理解氣候變遷（如暖化、酸化、海平面上升等）如何透過不同的機制，對海洋生物的生理、行為、族群結構及生態系功能產生短、中、長期的衝擊，並思考如何減緩這些衝擊或協助生物適應。

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四、全球氣候變遷與暖化對於海洋生物會造成短、中、長期的影響。請舉出一個海洋生物的例子，並嘗試提出可能的因應之道。

解題思路：

本題要求我們針對全球氣候變遷與暖化對海洋生物的影響，提出一個具體的生物例子，並探討其短、中、長期的衝擊，最後提出可能的因應之道。解題過程可以分為以下幾個步驟：

1. 選擇一個合適的海洋生物例子： 選擇一個對氣候變遷的指標性或代表性生物，例如珊瑚礁生物、魚類、浮游生物、海鳥、海洋哺乳類等。考量到氣候變遷的影響面向（溫度、pH值、氧氣、海平面等），選擇一個能充分展現這些影響的生物會比較有利。
2. 闡述氣候變遷對該生物的短、中、長期影響：
   • 短期影響 (Short-term impacts)： 指立即或在短時間內（數天至數月）發生的影響，通常與極端氣候事件或生理反應有關。
   • 中期影響 (Medium-term impacts)： 指在數月至數年內發生的影響，可能涉及行為改變、繁殖成功率下降、族群結構變化等。
   • 長期影響 (Long-term impacts)： 指在數年或數十年以上發生的影響，可能導致物種分布改變、族群滅絕、生態系結構重組等。
3. 提出可能的因應之道 (Possible coping strategies)： 這些因應之道可以從不同層面思考，包括：
   • 減緩氣候變遷本身 (Mitigation)： 減少溫室氣體排放，從根本上解決問題。
   • 調適策略 (Adaptation)： 協助生物適應已發生的或不可避免的氣候變遷。這可能包括棲地保護與復育、建立海洋保護區、基因保存、人工繁殖、移動棲地等。
   • 科學研究與監測 (Research and Monitoring)： 加強對氣候變遷影響的監測與研究，以制定更有效的策略。

具體解題過程：

我們選擇珊瑚礁生態系中的珊瑚蟲 (Coral polyps) 作為例子，因為珊瑚對溫度和海洋酸化的敏感性極高，是氣候變遷的指標性受害者。

(a) 珊瑚蟲面臨的氣候變遷影響：

• 短期影響：

  • 白化 (Coral bleaching)： 當海水溫度異常升高（即使僅升高 1-2°C 持續數週）時，珊瑚蟲會將體內共生的蟲黃藻 (zooxanthellae) 驅逐，導致珊瑚失去顏色而變白。蟲黃藻為珊瑚提供大部分能量，失去牠們會嚴重削弱珊瑚的健康。
  • 生理壓力增加： 溫度升高會增加珊瑚的新陳代謝速率，但若超出適應範圍，反而會導致生理功能失調。

• 中期影響：

  • 生長速率下降與繁殖能力減弱： 持續的熱壓力或海洋酸化會抑制珊瑚的碳酸鈣骨骼沉積速率，使其生長變慢。同時，白化事件後若未能及時恢復共生藻，珊瑚的繁殖能量會嚴重不足，導致繁殖成功率下降。
  • 疾病易感性增加： 處於壓力下的珊瑚更容易受到細菌、病毒等病原體的感染。

好的，這題主要在探討陸源營養鹽輸入對海洋生態系的影響，以及如何進行管理。這是一個結合了陸域與海洋生態學、環境科學以及資源管理的綜合性問題。

第五題詳解

本題旨在探討陸源營養鹽（例如氮、磷）進入海洋後，對海洋生物群聚、海洋生態環境（如水質、底棲環境）以及漁業資源所造成的影響，並進一步提出相應的管理策略。這牽涉到營養鹽的來源、擴散、在海洋中的轉化過程，以及最終對生態系功能和人類活動（漁業）的衝擊。

解題過程：

首先，我們需要釐清「陸源營養鹽」的定義及其主要來源。陸源營養鹽主要指來自陸地，透過各種途徑（如河流、雨水沖刷、地下水、大氣沉降）進入海洋的氮（N）和磷（P）等元素。這些營養鹽是海洋浮游植物生長必需的元素。

接著，我們將分述其對海洋生物、生態環境及漁業的影響，最後提出管理辦法。

一、對海洋生物的影響

陸源營養鹽的增加，特別是氮和磷，會導致海洋中的初級生產力（Primary Productivity）改變。

• 浮游植物的過度增生（藻華，Algal Blooms）：

  • 原因： 營養鹽的增加直接促進了浮游植物的生長。當營養鹽濃度超過浮游植物的限制因子時，就會發生大規模的浮游植物增生，形成藻華。
  • 影響：
    • 物種組成改變： 某些對營養鹽反應較快的浮游植物種類（如甲藻、藍綠藻）可能大量繁殖，排擠其他種類，降低生物多樣性。
    • 有毒藻華： 部分藻華可能由產生毒素的藻類組成，這些毒素會透過食物鏈累積，危害海洋生物甚至人類。
    • 光線穿透度降低： 大量浮游植物會遮蔽陽光，影響水下生態系（如海草床、珊瑚礁）的光合作用。
    • 氧氣消耗： 當大量浮游植物死亡後，其分解過程會消耗水中的溶解氧。

• 底棲生物的影響：

  • 原因： 死亡的浮游植物沉降至海底，分解時消耗氧氣，可能導致底層水域缺氧（Hypoxia）甚至無氧（Anoxia）。
  • 影響：
    • 底棲生物死亡： 缺氧環境會導致底棲生物（如貝類、蝦蟹、底棲魚類）大量死亡，改變底棲群聚結構。
    • 底棲生態系功能受損： 影響底泥的化學性質，可能釋放硫化氫（H₂S）等有毒物質，進一步惡化環境。

• 食物鏈的改變：

  • 原因： 浮游植物的組成和數量改變，會影響以其為食的浮游動物，進而影響更高級的消費者（魚類、海洋哺乳動物等）。
  • 影響：
    • 特定魚種的豐度變化： 某些魚類可能因食物來源改變而增加或減少。
    • 生物累積與生物放大： 若藻華產生毒素，這些毒素可能在食物鏈中累積和放大。

二、對生態環境的影響

• 水質惡化：

  • 原因： 藻華的產生使海水顏色改變（綠色、紅色等），透明度降低。藻類死亡分解過程會產生異味，並消耗水中溶解氧。
  • 影響： 降低水體景觀價值，影響休閒活動。

• 溶解氧變化：

  • 原因： 如前所述，藻華的分解會大量消耗溶解氧，導致水體缺氧。
  • 影響： 形成「死亡區」（Dead Zones），生物無法生存。

• 優養化（Eutrophication）：

  • 原因： 陸源營養鹽的過量輸入是造成海洋優養化的主要原因。
  • 影響： 整個海洋生態系結構和功能的失衡，生物多樣性下降，生態系統恢復力減弱。

• 底泥變化：

  • 原因： 大量有機物沉降和缺氧環境改變了底泥的氧化還原狀態。
  • 影響： 影響底棲生物的棲息地，可能釋放磷等營養鹽，形成內部回饋，加劇優養化。

三、對漁業的影響

• 漁業資源的改變：
  • 正面影響（短期或特定情況）： 營養鹽增加初期，可能促進浮游生物生長，進而增加某些以浮游生物為食的魚類（如沙丁魚、鯷魚）的數量，短期內可能提高漁獲量。
  • 負面影響（長期或嚴重情況）：
    • 經濟魚種減少： 缺氧、有毒藻華、棲息地破壞等，會導致許多對環境要求較高的經濟魚種（如石斑魚、鯛魚）數量下降或消失。