109 年 國立臺北大學自然資源與環境管理研究所甲組《生態學》

本題要求解釋「總初級生產力」(Gross primary productivity, GPP)並說明其生態上的意義或重要性。

名詞解釋：
總初級生產力 (Gross primary productivity, GPP) 是指在一個特定時間和空間內，生產者（主要是植物、藻類和藍綠菌）透過光合作用將無機物（二氧化碳和水）轉化為有機物（醣類）的總速率。它代表了生態系統中能量輸入的基礎。

生態上的意義或重要性：

1. 能量流動的起點： GPP 是生態系統中所有能量的最初來源。所有其他生物（消費者和分解者）最終都依賴於生產者固定的能量來維持生命活動。
2. 碳循環的關鍵： GPP 是將大氣中的二氧化碳固定到生物圈的重要過程。它影響著大氣 CO2 濃度，進而與全球碳循環和氣候變化息息相關。
3. 生態系統生產力的指標： GPP 是衡量生態系統生產能力的重要指標。

本題要求解釋「物種均勻度」(Species evenness)並說明其生態上的意義或重要性。

名詞解釋：
物種均勻度 (Species evenness) 是描述一個生態系統或群落中，各個物種的個體數量分配是否均勻的指標。它衡量的是相對豐度 (relative abundance) 的平等程度。一個物種均勻度高的群落，意味著各個物種的個體數量大致相等；反之，物種均勻度低的群落，則可能由少數幾個優勢物種佔據絕大多數的個體數量，而其他物種數量則非常稀少。

生態上的意義或重要性：

1. 生物多樣性的組成部分： 物種均勻度是生物多樣性 (biodiversity) 的兩個主要組成部分之一，另一個是物種豐富度 (species richness)。高均勻度通常與高生物多樣性相關。
2. 生態系統穩定性： 一個物種均勻度高的群落，通常被認為比由少數優勢物種主導的群落更穩定。這是因為：

本題要求解釋「共同演化」(Coevolution)並說明其生態上的意義或重要性。

名詞解釋：
共同演化 (Coevolution) 是指兩個或多個物種之間，由於相互作用（如捕食、寄生、競爭、互利共生等）而產生的相互適應性演化過程。簡單來說，一個物種的演化性狀會對另一個物種產生選擇壓力，而另一個物種的演化性狀又會反過來對第一個物種產生選擇壓力，這種持續的相互影響導致雙方物種都發生演化上的改變。

生態上的意義或重要性：

1. 物種形成與多樣性： 共同演化是驅動物種形成和生物多樣性產生的一個重要機制。例如，一種花朵的形狀和顏色不斷演化以吸引特定的傳粉者，而傳粉者也演化出對應的口器結構和行為來有效獲取花蜜，這種相互適應可能最終導致新物種的產生。
2. 生態關係的形成與維持： 許多關鍵的生態關係，如捕食者-獵物、寄生者-宿主、傳粉者-植物、種子傳播者-植物、互利共生等，都是共同演化的結果。例如，獵食者演化出更敏銳的感官和更快的速度來捕捉獵物，而獵物則演化出更強的逃避能力和偽裝技巧。

本題要求解釋「特化種」(Specialist species)並說明其生態上的意義或重要性。

名詞解釋：
特化種 (Specialist species) 是指在生態上對特定環境條件、食物來源或棲息地有高度依賴性的物種。牠們通常具有特定的生理、形態或行為特徵，使其能夠在非常狹窄的生態位 (niche) 中生存和繁殖。與之相對的是廣布種 (generalist species)，牠們對環境的適應範圍較廣，能夠利用多種資源並在多樣的環境中生存。

生態上的意義或重要性：

1. 生物多樣性的指標： 特化種的數量和健康狀況常被視為衡量一個棲息地或生態系統健康與完整性的重要指標。牠們的存在往往代表著一個特定、未被嚴重干擾的生態環境。
2. 對環境變化的敏感性： 由於對特定條件的高度依賴，特化種對環境的變化（如棲息地破壞、氣候變遷、引入外來物種等）通常非常敏感，容易受到威脅而面臨滅絕風險。這使得牠們成為保育工作中的優先關注對象。

本題要求解釋「初級生態演替」(Primary ecological succession)並說明其生態上的意義或重要性。

名詞解釋：
初級生態演替 (Primary ecological succession) 是指在一個「全新」的、先前沒有生命存在或所有生命（包括土壤）都已被徹底清除的環境中，生物群落從無到有、逐漸發展變化的過程。這種環境可能包括新形成的火山岩、裸露的沙丘、冰川退縮後裸露的土地等。初級演替的特點是土壤的形成是一個漫長且關鍵的起始階段。

生態上的意義或重要性：

1. 生命起源與定殖的基礎： 初級演替揭示了生命如何從最初的無機環境中萌生、發展並最終建立起複雜的生態系統。它是探討生命起源和早期地球生態系統演化的重要模型。
2. 土壤形成與生態系統建立： 在初級演替過程中，地衣、蘚苔等先驅物種首先定殖，牠們分泌的酸性物質幫助風化岩石，並在其表面累積有機質，逐漸形成土壤。土壤的形成是初級演替最關鍵的步驟，它為後續更複雜的植物群落（如草本、灌木、喬木）的生長提供了必要的基質和營養。

本題要求解釋「氣候變遷減緩」(climate change mitigation)與「氣候變遷調適」(climate change adaptation)的定義。

定義說明：

1. 氣候變遷減緩 (Climate Change Mitigation)：

   • 核心概念： 減緩是指採取行動以減少溫室氣體 (greenhouse gases, GHGs) 的排放，或是增加溫室氣體的移除，從而降低未來氣候變遷的嚴重程度。
   • 目標： 目標是從根本上減少導致氣候變遷的原因，即大氣中溫室氣體濃度的上升。
   • 策略與措施範例：
     • 減少化石燃料的使用，轉向再生能源（太陽能、風能、水力等）。
     • 提高能源效率，減少能源消耗。
     • 發展和推廣低碳交通工具。
     • 改善工業製程，減少工業排放。
     • 推動永續農業和林業，增加碳匯（如植樹造林、森林管理）。
     • 發展碳捕捉、利用與封存 (CCUS) 技術。

2. 氣候變遷調適 (Climate Change Adaptation)：

   • 核心概念： 調適是指調整自然或人類系統以應對實際或預期的氣候影響，或是其後果，從而減少其危害或利用其有利的機會。

本題要求說明如何運用生態系統或生物多樣性來達成氣候變遷減緩 (mitigation) 與氣候變遷調適 (adaptation)，並各舉一例。

運用生態系統/生物多樣性達成氣候變遷減緩 (Mitigation) 的例子：

• 核心概念： 減緩的目標是減少大氣中的溫室氣體濃度。生態系統和生物多樣性可以透過「碳匯」(carbon sink) 的功能來吸收和儲存二氧化碳。
• 例子：
  • 森林保育與復育 (Forest Conservation and Restoration)： 森林，特別是成熟的森林和熱帶雨林，是地球上最大的陸地碳庫。透過保育現有的森林，避免砍伐和森林大火，可以防止儲存的碳釋放到大氣中。同時，透過植樹造林和森林復育計畫，可以增加森林面積，讓樹木透過光合作用吸收更多的二氧化碳，將碳固定在生物質（樹幹、樹枝、葉片、根系）和土壤中。
  • 濕地與紅樹林保育 (Wetland and Mangrove Conservation)： 濕地和紅樹林生態系統具有極高的碳儲存能力，其固碳效率甚至可能高於許多陸地森林。保育這些藍碳生態系統 (blue carbon ecosystems) 可以有效減少碳排放，並維持其固碳功能。

運用生態系統/生物多樣性達成氣候變遷調適 (Adaptation) 的例子：

本題要求判斷「生態系統或生物多樣性提供氣候變遷減緩功能」屬於生態系服務的哪一種類別。

生態系服務 (Ecosystem Services) 通常被分為四種類別：

1. 供給服務 (Provisioning Services)： 指生態系統直接為人類提供的產品，如食物、淡水、木材、纖維、藥材、基因資源等。
2. 調節服務 (Regulating Services)： 指生態系統透過調節自然過程而產生的效益，通常與環境的穩定和淨化有關，如氣候調節（碳固存、降溫）、水質淨化、洪水控制、病蟲害控制、授粉等。
3. 文化服務 (Cultural Services)： 指生態系統為人們提供的非物質效益，如娛樂、美學價值、精神慰藉、教育、科學研究機會等。
4. 支持服務 (Supporting Services)： 指維持其他三類生態系服務所必需的基礎過程，如初級生產力（固碳）、土壤形成、營養循環、水循環、棲息地提供等。

本題要求說明「承載量」(carrying capacity)是固定還是持續變動，並說明原因。

承載量 (Carrying Capacity, K)：
承載量是指在特定環境條件下，資源（如食物、水、棲息地）能夠持續供應該特定物種族群生存和繁殖的最大族群規模。超過承載量，族群的死亡率會增加，出生率會下降，族群規模會因此受到限制。

承載量是持續變動的：

承載量並非一個固定不變的數值，它會隨著環境條件的變化而持續變動。

原因說明：

1. 資源的變動：
   • 季節性變化： 許多環境資源（如植物的生長、昆蟲的數量、水源的豐沛程度）會隨著季節而有規律的變化。例如，在夏季植物生長旺盛時，草食動物的承載量可能較高；而在冬季，資源匱乏時，承載量則會下降。
   • 長期氣候變遷： 長期的氣候模式改變，如乾旱、洪水、溫度升高或降低，都會顯著影響資源的可獲得性，進而改變承載量。例如，長期乾旱會導致植被減少，降低草食動物的承載量。
   • 自然災害： 如森林大火、洪水、疾病爆發等，會瞬間大幅減少資源，導致承載量急劇下降。

本題要求說明生物緩衝帶受損後，陸地養分會向哪兩種生態系統移動，以及由此導致的現象。

名詞解釋：

• 生物緩衝帶 (Biological Buffers)： 在養分循環的語境下，生物緩衝帶通常指能夠減緩或吸收養分（如氮、磷）從陸地向水體遷移的自然區域。最典型的例子是沿岸帶的植被、濕地、沼澤、森林等。這些區域的植物、微生物和土壤能夠截留、轉化和儲存養分，防止其大量進入河流、湖泊和海洋。

養分遷移方向：
當生物緩衝帶（如沿岸濕地、森林植被）受到嚴重損害（如開發、污染、過度放牧、森林砍伐）時，其截留和吸收養分的能力會大大降低。這將導致陸地系統中過剩的養分（特別是來自農業施肥、工業排放和污水等來源的氮和磷）更容易地被徑流和滲漏帶入鄰近的水體。
因此，陸地養分會主要向以下兩種生態系統移動：

1. 淡水生態系統 (Freshwater Ecosystems)： 如河流 (rivers)、湖泊 (lakes)、溪流 (streams) 等。
2. 海洋生態系統 (Marine Ecosystems)： 如河口 (estuaries)、海岸帶 (coastal zones)、開放海域 (open ocean) 等。

導致的現象：
當大量養分（特別是氮和磷）進入淡水和海洋生態系統時，會引發一系列嚴重的環境問題，其中最主要的現象是：

• 優養化 (Eutrophication)：
  • 機制： 過量的氮和磷會刺激水體中的藻類和浮游植物異常快速地生長，形成所謂的「藻華」(algal blooms)。

本題的背景是新聞報導移除入侵物種，而一般大眾對此有疑慮。本題要求解釋為何外來種 (alien species) 或入侵物種 (invasive species) 能夠在新環境中快速繁衍。

外來種在新環境快速繁衍的原因：

外來種之所以能在新的、非原生的環境中快速繁衍，通常是因為牠們擺脫了原棲地的一些限制因子，並且能夠適應新環境的某些特徵。主要原因包括：

1. 缺乏天敵和寄生生物 (Lack of Natural Enemies and Parasites)：

   • 在外來物種的原生棲地，牠們的族群規模受到其天敵（捕食者、寄生蟲、病原體）的有效控制。當牠們被引進新環境時，這些原有的「控制因子」往往沒有一同被引進。
   • 缺乏天敵和寄生生物，意味著外來種的死亡率大大降低，牠們的繁殖潛力得以充分發揮，族群得以迅速增長。這也是為何許多科學家主張在引進外來種時，應嚴格檢疫，防止病蟲害的傳播。

2. 充足且未被競爭的資源 (Abundant and Unexploited Resources)：

   • 新環境可能擁有名為該外來物種的食物、空間、水源等資源，而這些資源在新環境中可能沒有被原生的物種充分利用，或者原生的競爭者較弱。
   • 外來種可能適應性較強，能利用的資源範圍比本地物種更廣，或者牠們的繁殖策略（如高繁殖率、快速生長）能夠讓牠們在資源豐富的環境中佔據優勢。

本題要求從生態學和經濟學的角度，向家人或朋友（一般大眾）說明人工移除入侵物種的必要性，以回應其「殺害生命」或「浪費稅金」的疑慮。這需要結合科學原理和實際影響，進行有說服力的溝通。

溝通策略與論點：

首先，承認大眾的感受是重要的，例如「我理解你們覺得移除動物像是殺害生命，這聽起來很殘忍，而且稅金花在這裡也很可惜。但是，我們需要從更全面的角度來看待這件事，因為這些『入侵物種』的影響，可能比我們想像的還要嚴重。」

接著，分點說明其必要性，可以從以下幾個面向切入：

一、生態系統的危害：為何是「入侵物種」，而非僅僅是「外來種」？

1. 嚴重破壞生態平衡，威脅本地物種生存：

   • 解釋： 「入侵物種」不是單純的外來物種，牠們有能力在新環境中快速繁殖並擴散，對本地的生態系統造成重大危害。牠們的危害性在於「入侵」和「破壞」。
   • 舉例：
     • 掠食者： 如埃及聖環（埃及聖䴉，又稱埃及雁）會掠食本地鳥類的蛋和雛鳥，對本地鳥類族群造成毀滅性打擊。綠鬣蜥可能破壞本地植物，影響原生昆蟲和小型動物的棲地。
     • 競爭者： 入侵物種可能與本地物種競爭食物、水源、棲息地，例如斑腿樹蛙可能與本地蛙類競爭繁殖地和食物，進而導致本地蛙類數量下降。
     • 疾病傳播者： 有些外來種會攜帶本地物種沒有抵抗力的疾病。
     • 棲息地改變者： 某些入侵植物（例如銀合歡、小花蔓澤蘭）會排擠本地植物，改變棲地結構，影響依賴本地植物的昆蟲、鳥類等。
   • 結論： 這種破壞導致本地物種數量減少，甚至瀕臨滅絕，長期來看，就是生物多樣性的喪失，這是地球生命網的重大損失。

2. 影響生態系統功能：

   • 解釋： 生態系統的各個組成部分是相互關聯的。入侵物種的出現，會擾亂原有的食物鏈、營養循環、授粉等重要生態過程。
   • 舉例： 如果大量本地蛙類被入侵蛙類取代，會影響到依賴本地蛙類為食的掠食者（如蛇、鳥類），也可能改變昆蟲的族群結構。
   • 結論： 生態系統功能的失調，會影響其穩定性、生產力和對環境變化的抵抗力，進而影響到人類賴以生存的自然資源。

二、對人類社會和經濟的危害：為何移除是「必要」且「值得」的？

1. 經濟損失巨大：
   • 解釋： 入侵物種的危害不僅是生態層面，對人類社會和經濟也會造成龐大損失，這些損失遠超過移除的成本。
   • 舉例：
     • 農業損失： 入侵昆蟲、雜草、鳥類（如埃及聖䴉）會破壞農作物、影響收成、增加農藥使用成本。
     • 漁業損失： 入侵物種可能改變水體生態，導致本地魚類減少，影響漁業產值。
     • 基礎設施破壞： 某些入侵物種（如某些鳥類築巢）可能破壞建築物、電力設施。
     • 觀光旅遊影響： 生態景觀的破壞、特定物種的消失，也會影響生態旅遊的吸引力。
   • 稅金問題的辯護： 移除入侵物種的稅金，其實是「預防性投資」，相較於任由其擴散後造成的長期、巨額經濟損失，移除的成本是相對較低的。