111 年 國立臺灣大學生態演化研究所《生態學（A）》

本題主要在探討生物間的互利共生關係，特別是地衣的組成。

地衣（Lichens）是一種由真菌（fungi）和藻類（algae）或藍綠菌（cyanobacteria）共生形成的複合有機體。在這個關係中，真菌提供結構支持、水分和礦物質的吸收，而藻類或藍綠菌則透過光合作用提供碳水化合物（能量）。這是一種典型的互利共生 (mutualism) 關係。

本題考查植物與菌根真菌（mycorrhizal fungi）之間的互利共生關係。菌根真菌是與植物根系共生的真菌，對植物吸收水分和養分有重要作用。

在這個互利共生關係中，植物是生產者，能進行光合作用產生有機物（主要是醣類）。植物將這些有機物（如碳水化合物）提供給菌根真菌，作為其能量來源。而菌根真菌則能擴大其吸收水分和無機養分（如磷、氮）的範圍，並將這些養分傳遞給植物，同時幫助植物吸收更多水分。

本題考查對「潮間帶生態系」（intertidal ecosystem）的定義與地理位置的理解。

潮間帶是指介於高潮線和低潮線之間的海岸區域，也就是在一天中會受到海水漲退潮影響的區域。這個區域的生物必須能夠適應頻繁變化的環境條件，如水分、鹽度、溫度、光照和波浪衝擊等。

本題考查生物間的互動關係，特別是間接且負面的影響。

生物互動關係可以分為直接互動（如捕食、纏鬥）和間接互動。間接互動是指一個物種的行為或存在影響了另一個物種，但這種影響不是直接的物理接觸或作用。負面影響表示對該物種的生存、生長或繁殖不利。

選項分析：
(A) 互利共生（mutualism）：兩種生物互相幫助，對雙方都有益。這是正向互動，與題幹描述不符。
(B) 偏利共生（commensalism）：一種生物受益，另一種生物不受影響。這也是單向的影響，且受益方受益，另一方不一定受負面影響。

本題考查生物群集（community）的物種多樣性（species diversity）的組成要素。

物種多樣性是衡量一個群集生物組成複雜程度的重要指標，通常包含兩個主要面向：

1. 物種豐富度（Species Richness）：指在一個特定區域或群集中，存在多少種不同的物種。
2. 物種均勻度（Species Evenness）：指在一個群集中，各個物種的個體數量分佈是否均勻。如果所有物種的個體數量都差不多，則均勻度高；如果少數物種數量非常多，而大部分物種數量很少，則均勻度低。

選項分析：
(A) 物種組成（species composition）和物種豐富度（species richness）：物種組成是指群集中有哪些物種，這是物種多樣

本題考查生態學研究方法的分類。題目描述了生態學家比較兩個地點的植物物種多樣性，並將其與土壤養分含量關聯起來，觀察到養分高的地方物種數少，養分低的地方物種數多。

研究方法的分類：

• 操縱性實驗（Manipulative Experiment）：研究者主動改變一個或多個變因（自變項），並觀察其對其他變因（依變項）的影響。
• 觀察研究（Observational Study）：研究者觀察自然現象，記錄數據，但不主動干預。
  • 經驗性觀察（Empirical Observation）：指基於實際觀察和測量所得的數據，是科學研究的基礎。
  • 重複觀察（Repeated Observation）：指在不同時間或地點，對同一現象進行多次觀察，以確認模式或趨勢。
  • 文獻回顧（Literature Review）：指整理、分析和評估已發表的研究文獻。

本題考查如何驗證一個關於土壤養分與植物多樣性之間關係的科學假說。

假說為：「較高的土壤養分含量會導致植物多樣性增加」。要驗證這個假說，我們需要操縱土壤養分含量，並觀察對植物多樣性的影響。

選項分析：
(A) 在自然界進行經驗性觀察：如同上一題所述，僅僅觀察自然界的兩個地點，並不能確定因果關係。雖然自然觀察可以提供線索（例如，養分高的地方物種數少，養分低的地方物種數多，這與假說相反），但無法排除其他混雜因素（如光照、水分、土壤質地等）的影響。
(B) 進行操縱性實驗（例如在溫室或公共花園）：這是驗證因果關係的最佳方法。

本題考查物種均勻度（species evenness）的概念。均勻度是指一個群集中，各個物種的個體數量分佈是否平均。

• 森林一：有 10 種樹，所有物種都「相對常見」（relatively common）。這意味著個體數量分佈比較平均，沒有哪個物種特別占優勢。
• 森林二：有 15 種樹，但只有 2 種是「優勢種」（dominant），3 種是「常見種」（common），其餘的（15 - 2 - 3 = 10 種）是「稀有種」（rare）。

本題考查生態學中常用的物種多樣性指數（diversity index）。

物種多樣性指數是用來量化群集物種豐富度和均勻度的指標。題目列出了一些選項，需要辨識出哪些是標準且常用的多樣性指數。

選項分析：
(A) 組成指數（Compositional index）：這不是一個標準的多樣性指數名稱，雖然物種組成是多樣性的基礎。
(B) Sørensen 指數：Sørensen 相似性係數（Sørensen's similarity coefficient）常用來比較兩個群集之間物種組成的相似度，而不是直接衡量單一一個群集的物種多樣性。其公式為 $2C / (A+B)$，其中 C 為兩個群集共有的物種數，A 和 B 分別為群集 A 和 B 的物種數。

本題考查生態學中關於干擾（disturbance）與物種多樣性之間關係的理論。

研究發現，許多生態系統的物種多樣性與干擾頻率或強度之間存在一種非線性的關係。當干擾非常少（低頻率或低強度）時，一些競爭力強的物種會排擠其他物種，導致多樣性下降。當干擾非常頻繁或強烈時，大多數物種無法存活，只有少數能適應劇烈變化的物種得以生存，多樣性也因此下降。而在干擾程度處於中間（neither too high nor too low）時，物種有足夠的時間恢復，但又不會被強勢物種完全排擠，因此物種多樣性達到最高。

這個現象被稱為「干擾-多樣性中間假說」（Intermediate Disturbance Hypothesis, IDH）。

本題考查生態學中對特定物種角色的分類，特別是那些對群集結構和多樣性有重大影響的物種。

題目描述了一種海星（Pisaster）在潮間帶生態系中的作用：牠的存在能夠控制其他物種（主要是藤壺）的優勢地位，並因此增加了整個群集的物種多樣性。這種對群集結構和多樣性有不成比例影響的物種，被稱為「關鍵種」（keystone species）。牠們的移除會導致群集結構劇烈改變，甚至崩潰。

選項分析：
(A) 頂級草食動物（top herbivores）：指以植物為食的最高階消費者。雖然海星可能捕食某些生物，但其關鍵作用在於調節其他物種的數量，而非僅僅是頂級草食動物的身份。

本題考查描述群集結構中物種間取食關係的術語。

群集結構（community structure）是指群集中生物的組成和組織方式。其中，物種之間的取食關係（feeding interactions）是構成群集結構的重要部分。

選項分析：
(A) 營養階層（trophic levels）：指生物在食物鏈中所處的位置（如生產者、初級消費者、次級消費者等）。雖然營養階層是食物網的一部分，但它本身只是對生物的一種分類，而不是對整個取食關係的「總結」。

核心觀念

初級生產（primary production）是生產者利用光能或化學能，將無機碳固定為有機物的過程，主要由植物、藻類及部分自營生物完成。

初級生產可分為：

• 總初級生產量（gross primary production, GPP）：所有初級生產者在單位時間內固定的有機物總量。
• 淨初級生產量（net primary production, NPP）：扣除初級生產者自身呼吸作用消耗後，實際累積並可供生態系其他生物利用的有機物量。

其關係式為：

$$\mathrm{NPP}=\mathrm{GPP}-R_a$$

其中：

• $\mathrm{GPP}$：總初級生產量
• $R_a$：初級生產者的呼吸作用消耗量
• $\mathrm{NPP}$：淨初級生產量

因此，淨初級生產量代表植物等生產者的淨生物量增加。

解題方法

題幹已指出 gross production 是所有初級生產者所完成的總初級生產量。判斷 net production 的定義時，關鍵是確認總固定量中有哪些部分沒有留下來形成新的植物生物量。

初級生產者在固定有機物的同時，也必須進行呼吸作用，以取得生長、維持與繁殖所需的能量。因此：

$$\text{總固定量} = \text{呼吸消耗量} + \text{淨累積量}$$

移項可得：

$$\text{淨累積量} = \text{總固定量} - \text{呼吸消耗量}$$

也就是：

$$\mathrm{NPP}=\mathrm{GPP}-R_a$$

所以正確選項為（A）。

選項分析

（A）gross production minus the respiration by primary producers

此敘述正確。

淨初級生產量就是總初級生產量扣除初級生產者自身的呼吸作用消耗：

$$\mathrm{NPP}=\mathrm{GPP}-R_a$$

剩餘部分才是植物體內實際累積的有機物，並可進一步供草食動物、分解者等異營生物利用。

本題考查影響水生生態系初級生產力的主要限制因子。

陸地生態系的初級生產力通常受限於養分（如氮、磷）、溫度和水分。

在水生生態系（如海洋、湖泊）中，初級生產者（主要是浮游植物）的光合作用同樣需要養分、溫度和適當的光照。然而，對於大多數水生生態系，尤其是在開闊水域，**養分的可獲得性（nutrient availability）通常是限制初級生產力的最主要因素。雖然光照也很重要，但水體中的懸浮物和溶解物會散射和吸收光線，影響光線穿透深度，因此水體透明度（water transparency）**間接影響了光能的有效利用，但養分的可獲得性往往是更根本的限制。溫度和 pH 值雖然有影響，但通常不是最主要的限制因子。

選項分析：
(A) 水 pH 值：pH 值會影響某些生物的生存，但對光合作用的直接限制作用通常不如養分和光照。

本題考查估計溫帶草原（temperate grassland）草本植物初級生產力（primary production）的常用方法。

初級生產力的估計通常基於生物量（biomass）的測量。在溫帶草原，草本植物是主要的初級生產者。

選項分析：
(A) 測量土壤養分：土壤養分是影響生產力的因素，但不能直接測量生產力本身。
(B) 在冬季收穫地上生物量：冬季時，草本植物的地上部分多已死亡並枯萎，雖然容易收集，但這代表的是「淨死亡生物量」或「殘留生物量」，而不是該年生長季的「淨初級生產力」。初級生產力是指在生長季內，生產者淨增長的有機物總量。

本題考查估計森林群集中木本植物（woody species）初級生產力（primary production）的方法。

木本植物的生產力估計與草本植物不同，因為它們是多年生植物，且生長緩慢，每年新增的生物量（木材、樹枝、樹葉等）需要被量化。

選項分析：
(A) 砍伐所有樹木並稱重：這是一種破壞性方法，且一次性砍伐無法得知年生產力的增加量，只能得到總生物量。在實際研究中，通常不會為了測量而砍伐所有樹木。
(B) 測量樹木直徑的年增量，並換算成木材生物量的增量：這是估計木本植物生產力的常用方法之一。透過測量樹幹的直徑（如胸高直徑，DBH）隨時間的變化，可以推算木材體積的增長，進而估計木材生物量的年淨增長。

本題考查磷循環（phosphorus cycle）的來源。

磷循環與碳循環、氮循環等不同，它是一個典型的沉積型循環（sedimentary cycle），其主要庫存在於岩石和土壤中，沒有顯著的大氣氣態形式。

選項分析：
(A) 有機物的分解：分解作用會將有機態磷轉化為無機態磷（磷酸鹽），釋放到土壤或水中，這是磷在生態系統內部循環的一個重要過程，但它不是磷的「主要來源」。
(B) 海洋沉積物和礦物沉積物，透過風化釋放：岩石（特別是含磷礦物，如磷灰石）是地球上磷的主要儲庫。

本題考查初級演替（primary succession）初期，植物生長面臨的限制因子。

初級演替發生在原本沒有土壤或生物的區域，例如火山爆發後的熔岩地、冰川退卻後的裸露岩石地，或是題目中提到的山坡坍方（landslide）後形成的裸露地。在這些區域，土壤形成是演替的關鍵第一步。

在演替的極早期階段，土壤非常貧瘠，缺乏有機質和必需的礦物質養分。植物的生長會受到這些養分的嚴重限制。

選項分析：
(A) 氮（nitrogen）：氮是植物生長必需的巨量元素，在貧瘠的土壤中通常含量非常低。在初級演替初期，氮的缺乏常常是限制植物生長的主要因素之一。
(B) 磷（phosphorus）：磷也是植物生長必需的巨量元素，同樣在貧瘠土壤中含量較低，也可能成為限制因子。

本題考查凋落物分解（litter decomposition）在生態系中的重要性。

凋落物分解是由微生物（細菌、真菌）和小型無脊椎動物（如蚯蚓、彈尾蟲）等分解者（decomposers）對死亡的有機物（如落葉、枯枝、動物遺體）進行分解的過程。這個過程對於生態系的物質循環至關重要。

選項分析：
(A) 減少來自死亡生物質的競爭：死亡的生物質本身不會與活體生物競爭資源，分解者的作用是將其轉化，而不是競爭。

本題考查對「島嶼生物地理學理論」（Island Biogeography Theory）的實驗驗證方法。該理論主要探討島嶼上的物種數與島嶼大小、隔離度之間的關係，以及物種的定殖（colonization）與滅絕（extinction）動態。

為了驗證該理論，科學家需要觀察在一個受限的環境（島嶼）中，新物種如何定殖以及現有物種如何滅絕。一個經典的實驗是模擬「淨空島嶼」（cleared island），即移除島上所有生物，然後觀察物種如何重新定殖。

題目提到實驗者在佛羅里達的紅樹林島嶼上進行實驗，並將島嶼分為對照組和處理組。

選項分析：
(A) 在處理組島嶼上殺死所有昆蟲，然後觀察島嶼距離大陸遠近的定殖速度：這個實驗設計是為了測試「移除生物」後，島嶼的「定殖」速率。如果處理組（殺死昆蟲）的定殖速度與對照組（未殺死昆蟲）不同，並且與島嶼距離大陸的遠近相關，則能支持島嶼生物地理學理論。

本題考查對人為氣候變遷（anthropogenic climate change）的正確描述。

人為氣候變遷是指由於人類活動，特別是燃燒化石燃料和森林砍伐，導致大氣中溫室氣體濃度升高，進而引起全球氣候系統的長期、方向性改變。

選項分析：
(A) 降低全球溫度並主要影響熱帶和亞熱帶森林，使其更容易遭受霜凍事件：這與事實相反。人為氣候變遷的主要特徵是全球暖化，即全球平均溫度升高。
(B) 暖化海水並改變洋流方向；

本題考查臭氧層破洞（ozone hole）的成因。

臭氧層位於平流層（stratosphere），主要功能是吸收來自太陽的有害紫外線 B（UV-B）輻射，保護地球上的生物。臭氧層的濃度降低，形成所謂的「臭氧洞」，最著名的是出現在南極上空。

臭氧層破洞的主要原因是人類活動排放的某些化學物質，特別是氯氟烴（Chlorofluorocarbons, CFCs）。CFCs 是一種穩定、不易分解的化合物，被廣泛用於製冷劑（如冰箱、空調）、噴霧劑推進劑和發泡劑等。當 CFCs 釋放到大氣中後，會緩慢上升到平流層。在平流層，紫外線會使 CFCs 分解，釋放出氯原子（Cl）。

本題考查森林次生演替（secondary succession）過程中，木本物種（woody species）數量的變化趨勢。

次生演替發生在已經有土壤和部分生物存在的區域，例如火災、砍伐或棄耕後。在森林的次生演替過程中，通常會經歷以下階段：

1. 先驅群落（Pioneer Community）：由草本植物、灌木等快速生長、對光照需求高的物種組成。
2. 演替中期（Mid-successional Stages）：灌木和速生喬木（pioneer tree species）開始出現並佔據優勢。
3. 頂極群落（Climax Community）：由生長緩慢、壽命長、對陰影有較強耐受性的木本植物（如陰性喬木）組成。

本題考查島嶼生物地理學理論（Theory of Island Biogeography）的核心預測。

該理論由 MacArthur 和 Wilson 提出，主要關注島嶼上的物種數（S）與兩個主要因素的關係：

1. 島嶼大小（Island Size）：較大的島嶼能支持更多的物種，因為牠們提供更多的棲息地空間、資源，並能容納更大的種群，從而降低滅絕率。因此，預測是：較大的島嶼擁有較多的物種。
2. 島嶼隔離度（Island Isolation）：島嶼與大陸（或主要棲息地）的距離。距離越遠的島嶼，物種的定殖（colonization）越困難，滅絕率相對較高，因此預測是：越孤立（距離越遠）的島嶼擁有較少的物種。

核心觀念

年實際蒸發散量（annual actual evapotranspiration, AET）是地表一年中實際蒸發與植物蒸散所消耗的水量，單位為 $\text{mm/year}$。

AET 同時受到兩類因素限制：

1. 水分供給：主要由降水量 $P$ 提供。降水不足時，即使大氣蒸發需求很高，實際蒸發散仍會受到水分限制。
2. 能量與蒸發需求：主要與溫度有關。溫度升高通常代表可用能量與大氣蒸發需求增加，使潛在蒸發散量（PET）上升。

可用簡化關係表示：

$$AET \approx \min(P,\ PET)$$

其中 $P$ 為降水量，$PET$ 為潛在蒸發散量。$PET$ 受溫度、空氣濕度、風速、日射等因素影響；但 AET 還會受到實際水分供給量限制。

在未考慮灌溉的情況下，水量平衡也可寫成：

$$AET = P - R - \Delta S$$

其中 $R$ 為逕流量，$\Delta S$ 為土壤或地表儲水量的變化。因此，降水是決定 AET 的重要水分來源。

解題方法

題目問的是「實際蒸發散量」的主要影響因素，不是「潛在蒸發散量」。

判斷時應抓住兩個限制：

• 降水決定環境中有多少水可供蒸發與植物利用；
• 溫度反映蒸發所需的能量與大氣乾燥程度，影響蒸發需求。

因此，最完整且最符合 AET 定義的因素組合是「降水量與溫度」。

選項分析

(A) temperature and air humidity

本題考查微生物在受限環境（如培養皿）中的種群生長模型。

當一個種群（如細菌）開始在一個新的、資源豐富的環境中繁殖時，如果沒有其他限制因素，牠們會以最快的速率進行繁殖，這通常是指數增長（exponential growth）。在指數增長模型中，種群的增長率與當前種群大小成正比。

• 指數增長：模型為 $dN/dt = rN$，其中 $N$ 是種群大小，$t$ 是時間，$r$ 是內在增長率。其解為 $N(t) = N_0 e^{rt}$。
• 幾何增長（geometric growth）：通常用於離散時間（非連續）的繁殖。模型為 $N_{t+1} = \lambda N_t$，其中 $\lambda$ 是每代的增長因子。

核心觀念

本題考查「淨初級生產量」（net primary production, NPP）的流向，以及生態系中的兩條主要能量通道：

1. 牧食通道（grazing food chain）：植物被草食動物取食。
2. 碎屑通道（detrital food chain）：植物死亡組織、落葉、枯枝與根部等有機物，經分解者與碎屑食者利用。

初級生產者透過光合作用固定的總能量稱為總初級生產量（GPP），扣除植物自身呼吸作用消耗的能量後，剩餘可供生態系其他成員利用的部分稱為 NPP：

$$\mathrm{NPP}=\mathrm{GPP}-R_{\mathrm{plant}}$$

其中 $R_{\mathrm{plant}}$ 為植物呼吸作用消耗量。

NPP 並不等於植物最後永久儲存的有機物，而是植物生長所產生的有機物總量，其後會被草食動物取食、死亡後進入碎屑系統，或暫時留在植物組織中。一般陸域生態系中，NPP 的多數會以枯落物、死亡根系與植物殘體的形式進入分解者與碎屑食者系統。

解題方法

判斷 NPP 的主要去向時，應比較：

• 被草食動物直接取食的部分；
• 植物死亡後形成枯落物與碎屑、再被分解者和碎屑食者利用的部分；
• 暫時留在活植物體內的部分。

在多數陸域生態系中，草食動物直接取食的植物生產量比例通常不高，大量植物組織會在死亡後進入土壤表面的凋落物層或地下根系碎屑，成為細菌、真菌、蚯蚓、等足類等分解者與碎屑食者的資源。因此，NPP 的主要流向是碎屑通道。

選項分析

(A) Being processed in by decomposers and detritivores

本題考查全球暖化對苔原（Tundra）生物群落的影響，以及為什麼苔原受到的影響最大。

苔原是一種寒冷的生物群落，其特徵是永久凍土（permafrost）的存在，即土壤深層長期處於冰凍狀態。苔原的植被主要是低矮的草本植物、苔蘚、地衣和矮小的灌木。

隨著全球暖化，苔原地區的氣溫顯著升高，這對苔原生態系產生了多方面的影響。其中最顯著的影響之一是永久凍土的融化。

選項分析：
(A) 土壤結冰融化導致大量 N₂O 釋放到大氣中：凍土融化確實會影響土壤的微生物活性，可能改變氮循環，釋放氮氧化物（N₂O）。N₂O 是一種溫室氣體，但甲烷（CH₄）的釋放量通常更大，影響也更為關鍵。
(B) 土壤結冰融化導致大量 CH₄ 釋放到大氣中：這是苔原地區受暖化影響最顯著的原因之一。永久凍土中儲存了大量的有機碳（來自古代死亡的植物和動物）。當永久凍土融化時，這些有機物暴露在有氧或無氧的分解環境中。

本題考查邏輯斯諦增長模型（logistic growth model）中，種群增長率最大時的種群大小。

邏輯斯諦增長模型的數學表達式為：
$\frac{dN}{dt} = rN \left( 1 - \frac{N}{K} \right)$
其中：

• $N$ 為種群大小
• $t$ 為時間
• $r$ 為內在增長率（intrinsic rate of increase）
• $K$ 為環境承載能力（carrying capacity）
• $\frac{dN}{dt}$ 為種群的瞬時增長率

本題考查生物種群空間分佈模式（dispersion pattern）的形成原因，特別是均勻分佈（uniform dispersion）。

生物種群的空間分佈模式主要有三種：

1. 聚集分佈（Clumped dispersion）：個體成群分佈，是最常見的模式。原因包括：資源分佈不均、社會性行為（如群居）、繁殖方式（如種子散播不均）。
2. 隨機分佈（Random dispersion）：個體的位置與其他個體的位置無關，發生在資源均勻分佈且個體間無相互作用時。
3. 均勻分佈（Uniform dispersion）：個體之間保持一定距離，呈規則的間隔分佈。這種模式通常是由個體間的相互排斥作用引起的。

本題考查全球碳循環中，陸地生態系統中最大的活躍碳儲庫（active terrestrial carbon pool）。

活躍的碳儲庫是指碳能夠在其中相對快速地進行交換的庫，而不是長期封存的庫（如地質儲層）。陸地生態系統中的主要活躍碳庫包括：

• 生物圈（Biosphere）：包括植物、動物和微生物。
• 土壤（Soil）：土壤有機質是陸地生態系統中非常重要的碳儲庫。
• 大氣（Atmosphere）：二氧化碳。

選項分析：
(A) 動物（Animal）：動物體內的碳含量相對較少，其在碳循環中的活躍度高，但總量與植物和土壤相比很小。
(B) 植物（Plant）：植物通過光合作用固定大量碳，是陸地碳循環的重要組成部分，但其總量通常少於土壤碳。

本題考查外來入侵種（invasive alien species）的辨識。外來入侵種是指非本地物種，一旦進入新的生態系，其族群快速擴張，對本地生態系、經濟或人類健康造成負面影響。

我們需要逐一辨識題目中列出的物種，判斷其是否為台灣的外來入侵種。

1. 山羌 (Formosan Sambar Deer, Rusa unicolor swinhoii)：是台灣的原生動物。
2. 野狗 (Feral dogs)：通常指被棄養或逃逸的家犬，在野外繁殖。牠們是外來種，且可能對本地野生動物造成影響，可以視為外來入侵種。
3. 野貓 (Feral cats)：同野狗，是外來種，對本地鳥類、小型哺乳動物等造成威脅。
4. 大冠鷲 (Crested Serpent Eagle, Spilornis cheela )：是台灣的原生猛禽。

本題考查魚類的滲透壓調節（osmoregulation）機制，並找出錯誤的敘述。

魚類生活在不同的水環境中，需要調節體內水分和鹽分的平衡，以維持穩定的內環境。

• 海水魚（Marine fish）：海水鹽度高於魚體內部。海水魚會不斷失去水分到環境中，並從水中吸收鹽分。為了克服這個問題，牠們：
  • 會主動飲水（drink water）來補充失去的水分。
  • 透過鰓（gill）的主動運輸機制，將多餘的鹽分排出體外。
  • 腎臟產生濃縮的尿液，盡量減少水分流失。
• 淡水魚（Freshwater fish）：淡水鹽度低於魚體內部。淡水魚會不斷從環境中吸收水分，並失去體內的鹽分。為了克服這個問題，牠們：
  • 不主動飲水。

本題考查種群增長模型中，何種條件下種群規模保持穩定。

我們需要分析不同增長參數所代表的意義：

• 連續增長模型 (Continuous growth model)：通常使用內在增長率 $r$。
  • $dN/dt = rN$
  • 如果 $r > 0$，種群指數增長。
  • 如果 $r < 0$，種群指數衰減。
  • 如果 $r = 0$，種群大小 $N$ 保持不變，即 $dN/dt = 0 \times N = 0$。
• 離散增長模型 (Discrete growth model)：通常使用增長因子 $\lambda$。
  • $N_{t+1} = \lambda N_t$
  • 如果 $\lambda > 1$，種群增長。
  • 如果 $0 < \lambda < 1$，種群衰減。
  • 如果 $\lambda = 1$，種群大小 $N_t$ 保持不變，即 $N_{t+1} = 1 \times N_t = N_t$。

根據以上定義，我們來評估各項：

核心觀念

本題考查實驗組與控制組的散佈圖判讀，以及肥料對植物資源分配的影響。

• 縱軸為種子重量，代表 seed size。
• 橫軸為種子數量，代表 seed number。
• 左圖為未施肥的 Control group，右圖為施肥的 With fertilizer group。

比較兩組資料時，應觀察資料點在縱軸與橫軸方向的整體位置是否改變，而不能只看單一資料點。

解題方法

1. 比較種子大小：
   施肥組的資料點大多集中在約 $330$–$410$ 微克；控制組則多集中在約 $220$–$330$ 微克。施肥組整體位於較高的縱軸位置，因此施肥使種子重量增加，也就是 增加種子大小。

2. 比較種子數量：
   兩組資料點在橫軸上的分布範圍與集中位置大致相近，沒有明顯整體向右或向左移動。因此，施肥對種子數量 沒有明顯影響。

所以句子應填為：

Fertilizer treatment increased seed size and had no effect on seed number.

選項分析

本題考查對圖表數據的綜合分析，特別是關於種子大小與種子數量之間權衡（trade-off）的結論。

權衡（trade-off）是指生物體在資源有限的情況下，將資源分配到某個性狀上，會導致其他性狀的資源分配減少。對於植物繁殖而言，通常是在生產「種子數量」和「種子大小」（或品質）之間存在權衡。

分析對照組（Control）：
觀察對照組的圖，當種子數量（X軸）增加時，種子重量（Y軸）呈現下降趨勢（從約 400 μg 降至約 200 μg）。這表明在資源未額外補充的情況下，植物傾向於將資源分配給更多的種子，但每個種子的平均大小會減小。這是一種明顯的「種子大小與種子數量之間的權衡」。

分析施肥組（With fertilizer）：
觀察施肥組的圖，當種子數量（X軸）增加時，種子重量（Y軸）並沒有像對照組那樣顯著下降。種子重量的分佈範圍約在 250-400 μg，其下限比對照組的 200 μg 高。

本題考查哪些生態現象可以「獨立證明」正在發生的競爭（ongoing competition）。

競爭是指兩個或多個生物體為了獲取同一種有限資源而發生的相互作用，這種相互作用對雙方都有負面影響。

選項分析：
I. 資源利用差異（Resource use difference）：當兩個物種利用資源的方式不同時（例如，一個吃種子，另一個吃葉子），這「可能」是競爭的結果（競爭導致牠們分化，以減少直接競爭），但也「可能」是其他原因造成的（例如，牠們演化出了不同的食性，而它們之間可能根本沒有競爭，或者只是非常輕微的競爭）。因此，單獨的資源利用差異「不足以」證明正在發生的競爭。它只是競爭的一個「潛在證據」，但不是決定性的。

II. 特徵位移（Character displacement）：這是指由於競爭，兩個先前相似的物種在形態、生理或行為上發生了差異化，以減少對相同資源的競爭。例如，兩個物種的喙長原本相似，但由於競爭，其中一個物種演化出較長的喙，另一個演化出較短的喙。特徵位移是「競爭的結果」，它表明過去或現在存在競爭，並且這種競爭已經導致了物種的差異化。因此，特徵位移本身就證明了存在競爭。

本題考查「資源」（resource）在生態學上的定義。

資源是指生物體生存、生長和繁殖所必需的，並且是有限的、會被消耗的物質或條件。

選項分析：
I. 被浮游動物消耗的氧氣（Oxygen being depleted by zooplankton in the ocean）：氧氣是水生生物生存必需的物質。浮游動物消耗氧氣，這意味著氧氣在某些區域可能成為有限的資源。因此，氧氣在這裡可以被視為一種資源。
II. 老虎在叢林中呼吸的氧氣（Oxygen breathed by tigers in the jungle）：氧氣是陸地動物（包括老虎）生存必需的物質。

核心觀念

本題考查「植食作用（herbivory）」與「捕食作用（predation）」的區分，以及種子被取食對植物族群繁殖的影響。

一般而言：

• 取食植物的莖、葉、根，通常歸類為植食作用。
• 取食植物的種子，雖然取食者仍屬草食性動物，該行為在生態學功能上常視為捕食種子（seed predation）。

原因在於種子代表植物的胚或下一世代。種子被吃掉後，通常無法萌發並形成新個體，因此種子取食會直接降低植物的繁殖成功率與族群更新率。

解題方法

判斷關鍵不在於取食者是不是草食動物，而在於被取食的植物部位是否代表植物的「繁殖單位」。

種子具有胚、儲藏養分與種皮，是植物新個體的起始階段。當動物取食種子時，等同於消耗植物的繁殖體，使該種子無法完成萌發與繁殖。因此，生態學上將這種作用視為捕食的一種特殊形式，即種子捕食。

相較之下，莖、葉、根主要是植物的營養器官。取食這些部位通常會造成植物組織損失，卻不必然使整株植物死亡，也不一定直接摧毀其繁殖潛力，因此標準分類歸為植食作用。

選項分析

(A) stems：莖

本題要求從生態學角度指出新聞報導句子中的問題，並在20字內回答。

句子：「在研究中，研究人員調查了台灣大學主校園的蝴蝶族群。」

從生態學角度來看，一個「族群」（population）通常指的是「同一物種」在「同一時間」且「同一地理區域」的所有個體。

問題點在於「台灣大學主校園的蝴蝶族群」。

1. 物種單一性：台灣大學主校園內不可能只有一種蝴蝶。蝴蝶的種類很多。

這是一道申論題，要求學生根據生態學知識，針對台灣特有種或原生種，撰寫一份研究計畫的摘要（Project Summary）。摘要包含兩個部分：概述（Overview）和學術價值（Intellectual Merit）。

解題思路與架構：

第一步：選擇研究對象

• 需要選擇一個台灣的原生動物或植物。考慮到研究的可行性（MS program in IEEB, within two years）和生態學的相關性，可以選擇：
  • 植物：如台灣杉（Cunninghamia konishii）、台灣油杉（Keteleeria formosana）、玉山箭竹（Yushan Arundinaria）、某些特有蘭花、或對環境變化敏感的植物。
  • 動物：如台灣黑熊（Ursus thibetanus formosanus）、台灣獼猴（Macaca cyclopis）、台灣藍鵲（Urocissa caerulea）、某些特有蛙類、或對棲地變遷敏感的昆蟲。
• 為了方便操作和研究，選擇一個相對容易觀察、數據較易收集的物種會比較好。例如，台灣藍鵲（Urocissa caerulea）是一種常見且具社會性行為的鳥類，其棲地與人類活動的互動也值得研究。

第二步：構思研究主題與問題

• 基於選擇的研究對象，構思一個生態學上的研究問題。例如，針對台灣藍鵲：

  • 牠們的棲地選擇如何受到都市化或農業活動的影響？
  • 牠們的繁殖生態學（如巢位選擇、配偶選擇、育雛行為）如何受到環境變化的影響？
  • 牠們的社會行為（如合作繁殖）如何適應其生存環境？
  • 牠們的食性如何隨季節或棲地變化而調整？

• 假設我們選擇研究台灣藍鵲的棲地選擇與繁殖成功率，探討其與棲地破碎化（habitat fragmentation）的關係。

第三步：撰寫「概述」（Overview）部分（12分）

• 研究背景（Background）：
  • 簡述台灣藍鵲的生態重要性（如台灣特有種，具代表性）。
  • 指出台灣的棲地破碎化是普遍現象（如都市擴張、農業開發）。
  • 棲地破碎化可能對鳥類繁殖產生負面影響（如減少棲地面積、增加干擾、影響覓食、影響尋找巢位等）。
  • 因此，研究台灣藍鵲的棲地選擇與繁殖成功率，對了解其族群動態和保育策略至關重要。
• 研究目標（Research Objective(s)）：
  • 主要目標：評估棲地破碎化對台灣藍鵲棲地選擇與繁殖成功率的影響。
• 具體目標/研究目的（Specific Aims）：
  • Aim 1：量化不同棲地類型（如森林、農地、都市邊緣）的破碎化程度。
  • Aim 2：調查台灣藍鵲在不同棲地類型中的巢位選擇偏好。
  • Aim 3：評估不同棲地類型和破碎化程度對台灣藍鵲繁殖成功率（如產卵數、孵化率、雛鳥存活率）的影響。
• 假說（Hypotheses）：
  • H1：台灣藍鵲偏好選擇棲地破碎化程度較低的區域進行築巢。
  • H2：棲地破碎化程度較高的區域，台灣藍鵲的繁殖成功率會較低。
• 研究方法（Research Approach）：
  • 野外調查：
    • 選擇研究區域（例如，台灣北部某區域，包含不同程度棲地破碎化的樣區）。
    • 使用 GPS 記錄台灣藍鵲的巢位位置，並測量巢位周圍的棲地特徵（如植被覆蓋、樹種、離人類活動的距離、棲地斑塊大小與連結度等），以量化棲地破碎化程度。
    • 定期監測巢位，記錄產卵數、孵化數、孵化率、離巢雛鳥數、雛鳥存活率等繁殖參數。
  • 數據分析：
    • 使用空間分析方法（如 GIS）量化棲地破碎化指標。
    • 使用統計模型（如迴歸分析、統計檢定）分析棲地特徵（特別是破碎化指標）與巢位選擇、繁殖成功率之間的關係。
  • 可行性說明：這些方法對於 MS 學生在兩年內完成是可行的，特別是如果研究範圍設定在一個較小的區域內，並且能夠獲得必要的 field work 支援。