108 年 國立臺南大學生態暨環境資源學系環境生態碩士班《生態學》

本題主要考驗學生對生態學中「競爭排斥原理」以及「棲位」概念的理解與應用。

核心觀念：

1. 競爭排斥原理 (Competitive Exclusion Principle)：此原理指出，當兩個或多個物種在同一有限資源上進行競爭時，只有最能適應環境的物種能夠生存下來，而其他物種最終會被排除。換句話說，兩個物種無法在同一生態位上長期共存。
2. 棲位 (Niche)：
   • 基礎棲位 (Fundamental Niche)：一個物種在沒有競爭者或掠食者等交互作用影響下，所能利用的資源和生存的環境範圍。這是該物種潛在的活動範圍。
   • 實際棲位 (Realized Niche)：在實際生態環境中，由於存在著生物交互作用（如競爭、掠食）或其他環境限制，該物種實際上所能利用的資源和生存的環境範圍。這是該物種實際的活動範圍。

解題思路：

1. 解釋人猴衝突與競爭排斥原理：

   • 壽山地區的臺灣獼猴與人類（遊客、果農）在資源上存在競爭。
   • 資源競爭：食物（遊客掉落的食物、果園中的農作物）、活動空間（山林、遊憩區）。
   • 根據競爭排斥原理，當兩種生物（在此為人類與獼猴）共享同一項有限資源時，競爭強的一方會對另一方產生壓力。在這裡，人類的活動（如遊憩、農業）與獼猴的覓食、活動範圍重疊，導致了衝突。人類的行為（如餵食）可能短期內滿足了獼猴的食物需求，但長期來看，這改變了獼猴的自然覓食行為，並可能加劇與人類的資源競爭，甚至導致獼猴的族群數量增加，進一步擴大對特定資源（如農作物）的壓力。

2. 應用基礎棲位與實際棲位解釋：

   • 獼猴的基礎棲位：在沒有人類干擾、資源充足的原始山林中，獼猴的基礎棲位包含其原有的食物來源（如植物、昆蟲、小型脊椎動物）、棲息地、活動範圍等。
   • 獼猴的實際棲位：在壽山地區，由於人類的活動（如遊憩區、農地、垃圾桶），獼猴的實際棲位被壓縮或改變。牠們學會到遊憩區尋找人類丟棄的食物，或侵入農園取食農作物。這種為了獲取人類提供的或人類活動產生的資源，而改變了其自然覓食行為和活動範圍，是其基礎棲位受到限制，而實際棲位發生了擴張（進入人類活動區域）或改變的表現。
   • 人類的實際棲位：人類在壽山地區的活動（遊憩、居住、農業）也佔據了空間和資源。當獼猴為了生存而進入人類的活動範圍（如農園、遊憩區）尋找食物時，就與人類的實際棲位發生了重疊和衝突。

本題主要探討塑膠垃圾對海洋生態系的影響，特別是其在食物鏈中的傳遞與對人類的潛在危害。

核心觀念：

1. 塑膠的特性與持久性：塑膠不易分解，在環境中可存在數百年甚至千年，這使其成為持久的污染物。
2. 海洋塑膠污染的來源與現況：陸地活動（如河流、風力）和海洋活動（如漁業、航運）是主要來源，大量進入海洋，形成巨型垃圾帶。
3. 對海洋生物的影響：
   • 物理性危害：生物誤食塑膠碎片，可能導致消化道阻塞、飢餓、營養不良、內傷甚至死亡。牠們也可能被塑膠製品纏繞，限制行動、造成傷害或溺斃。
   • 化學性危害：塑膠本身含有塑化劑、安定劑等化學添加物，這些物質可能在生物體內釋出，造成毒性影響。此外，塑膠表面易吸附環境中的持久性有機污染物 (POPs)，如多氯聯苯 (PCBs)、戴奧辛等，這些污染物進入生物體後，會累積並造成健康問題。
4. 食物鏈傳遞 (Biomagnification/Bioaccumulation)：
   • 生物累積 (Bioaccumulation)：生物體內吸收污染物（包括塑膠微粒及其吸附的化學物質）的速度大於其排出速度，導致污染物在體內濃度逐漸升高。
   • 生物放大 (Biomagnification)：污染物在食物鏈的各營養階層中，濃度逐級升高。低營養階層的生物攝食了含有污染物的生物後，其體內污染物濃度會比其食物更高；而高營養階層的生物又攝食大量低營養階層生物，使其體內污染物濃度呈指數級增長。
5. 對人類的影響：
   • 人類透過食用受污染的海鮮（魚、貝類等）而攝入塑膠微粒及相關化學物質。
   • 這些塑膠微粒和化學物質可能對人體健康造成潛在風險，包括內分泌干擾、免疫系統影響、生殖問題，甚至可能與某些癌症有關。

解題步驟：

1. 闡述海洋塑膠垃圾對生物的影響：
   • 物理性傷害：
     • 誤食：從浮游生物、小型魚類到大型海洋哺乳動物，都可能誤將塑膠碎片（尤其是微塑膠）當作食物，導致消化系統阻塞，產生飽足感但無法獲取營養，最終可能餓死。
     • 纏繞：塑膠繩、漁網、塑膠袋等會纏繞海龜、海鳥、鯨豚等，限制其活動、覓食、呼吸，導致受傷、感染、溺斃或被掠食者攻擊。
   • 化學性傷害：
     • 塑膠本身釋放的添加劑（如雙酚A、鄰苯二甲酸酯）可能干擾生物的內分泌系統。

本題旨在探討聯合國推廣食用昆蟲（蟲食）的生態及經濟效益，並要求提出推廣策略。

核心觀念：

1. 生物量轉換效率 (Biomass Conversion Efficiency)：指生物體將攝取的飼料轉換為自身生物量的效率。在生態學中，通常指能量在食物鏈中傳遞的效率，但在此題脈絡下，更側重於飼料轉換為可食用蛋白質的效率。
2. 恆溫動物（如牛、羊、豬）的飼養：需要大量土地、飼料、水，並產生溫室氣體（如甲烷），且轉換效率相對較低。
3. 昆蟲飼養：通常具有飼料轉換效率高、生長快速、佔地少、用水少、溫室氣體排放低等優勢。

解題步驟：

1. 以生物量轉換效率說明畜牧地可減少的原因：

   • 高飼料轉換效率：昆蟲（例如蟋蟀、麵包蟲）將飼料轉換為蛋白質的效率遠高於牛、羊、豬等恆溫動物。例如，生產相同重量的蛋白質，昆蟲所需的飼料量較少。
   • 低飼料需求：由於效率高，飼養昆蟲所需的飼料總量相對較少。
   • 土地需求：飼養昆蟲通常採用垂直飼養（多層架），佔地面積遠小於傳統畜牧業所需的廣大牧草地或飼料種植區。
   • 水資源需求：昆蟲對水的需求也較低。
   • 減少對土地的壓力：綜合以上幾點，若能以昆蟲取代部分傳統畜牧業，將能大幅減少對土地的需求，例如減少牧草種植面積、減少飼料作物種植面積。這意味著可以將原本用於畜牧的土地釋放出來，用於其他用途，如生態復育、森林保育、糧食作物種植（供人食用），或減少土地開發壓力。
   • 溫室氣體排放：傳統畜牧業是溫室氣體（如甲烷、氧化亞氮）的主要來源之一。昆蟲飼養的溫室氣體排放量極低，有助於減緩氣候變遷，進一步減輕對地球資源的壓力。

2. 推廣蟲食取代肉食的策略：

   • 產品開發與多元化：
     • 初期：將昆蟲粉末（如蟋蟀粉）巧妙地融入現有食品中，如麵包、餅乾、能量棒、義大利麵、漢堡排，使其在口感和外觀上盡量不被察覺，降低消費者的心理障礙。
     • 進階：開發直接以昆蟲為主的產品，如昆蟲餅乾、昆蟲能量飲、昆蟲零食，甚至仿製肉品的昆蟲漢堡。
     • 風味調整：透過調味、烹調方式（如油炸、烘烤）來提升昆蟲的美味度。
   • 教育與宣傳：

本題主要探討棕櫚油種植對熱帶雨林生態系統與全球氣候的影響，並要求提出遏止雨林破壞的行動方案。

核心觀念：

1. 熱帶雨林生態系統的價值：
   • 生物多樣性：熱帶雨林是地球上生物多樣性最豐富的地區，棲息著大量的動植物物種。
   • 生態服務：提供水源、調節氣候、固碳、防止水土流失等重要生態服務。
2. 棕櫚油種植的影響：
   • 毀林：為了種植棕櫚樹，大面積的熱帶雨林被砍伐、焚燒，這直接導致生物棲地的喪失，物種滅絕。
   • 生物多樣性喪失：許多特有物種（如紅毛猩猩、蘇門答臘虎）失去家園，面臨生存危機。
   • 土壤退化：單一作物種植（單作）會耗盡土壤養分，且雨林植被被移除後，土壤易受侵蝕。
3. 對全球氣候的影響：
   • 碳排放：熱帶雨林是巨大的碳庫。砍伐和焚燒雨林會將儲存的碳釋放到大氣中，成為溫室氣體，加劇全球暖化。特別是泥炭地（Peatlands）的破壞，會釋放出巨量的二氧化碳。
   • 氣候調節功能喪失：雨林透過蒸散作用調節區域甚至全球的降雨模式和溫度。雨林的消失會導致氣候變遷，可能引發乾旱或洪水。
   • 全球暖化加劇：釋放的溫室氣體增加，導致全球平均溫度升高。
4. 遏止雨林破壞的行動：
   • 國際層面：
     • 消費者的選擇：消費者應選擇購買標示有永續棕櫚油認證（如 RSPO, Roundtable on Sustainable Palm Oil）的產品，抵制來自毀林種植的棕櫚油。
     • 企業責任：跨國企業應確保其供應鏈不涉及毀林，並支持永續棕櫚油的生產。
     • 政府政策與國際協定：各國政府應制定相關法規，限制或禁止進口來自毀林地區的棕櫚油；加強國際合作，提供資金和技術援助給雨林國家，支持其永續發展。
   • 在地（印尼）層面：
     • 加強執法：嚴格取締非法砍伐和焚燒行為，追究責任。
     • 永續農業推廣：鼓勵並輔導農民採用永續的棕櫚油種植技術，如提高產量、不擴張種植面積、保護林地緩衝帶等。
     • 土地利用規劃：進行科學的土地利用規劃，劃定保護區，限制農業開發的區域。
     • 替代生計：為受毀林影響的社區提供替代生計，例如發展生態旅遊、永續林業產品、或其他非毀林產業。

本題主要探討人類餵食野生動物與流浪動物的影響，以及應如何規範。

核心觀念：

1. 野生動物的適應與生存：野生動物依賴其自然覓食行為，演化出特定的生理和行為適應。
2. 人類餵食的短期與長期影響：餵食行為雖然出於善意，但常對動物造成意想不到的負面影響。
3. 生態系統的平衡：動物的族群數量、行為模式、與環境的互動，共同維持著生態系統的平衡。
4. 流浪動物的管理：流浪動物（如貓狗）的管理涉及公共衛生、動物福利與生態影響。

解題步驟：

1. 探討人類餵食行為對野生動物的直接影響：

   • 生理與健康影響：
     • 營養失衡與疾病：人類提供的食物（如麵包、零食）通常營養不均衡，缺乏野生動物所需的維生素、礦物質，可能導致肥胖、糖尿病、骨骼問題、消化系統疾病，甚至死亡（如溪頭松鼠的暴斃案例）。
     • 行為改變：動物可能變得依賴人類食物，失去原有的覓食技能，或改變活動模式，減少狩獵或採集的行為。
     • 繁殖異常：過度肥胖或營養失衡可能影響動物的繁殖能力；過多的食物來源也可能導致某些物種（如松鼠）繁殖過量，超出環境承載力。
     • 易受攻擊：聚集在餵食點的動物更容易被掠食者發現，或與其他動物產生衝突。
   • 行為與社會影響：
     • 降低對人類的警戒心：動物變得不怕人，甚至主動接近人類，增加了人獸衝突的風險（如北極熊在垃圾堆覓食，雖然案例中未直接餵食，但垃圾堆是人類餵食的間接結果）。
     • 改變社群結構：族群數量因食物增加而可能過度膨脹，改變原有的社會階層或競爭關係。

2. 探討人類餵食行為對環境的間接影響：

   • 生態系統失衡：
     • 物種數量異常增加：例如松鼠繁殖過量，可能對特定植被（如柳杉林，案例中提及）造成危害。
     • 改變食物網結構：若某物種因餵食而數量劇增，可能對其獵物或競爭者產生不成比例的影響。
     • 疾病傳播：動物聚集在餵食點，容易加速疾病的傳播，不僅影響該物種，也可能跨物種傳播。
   • 環境污染：
     • 剩餘食物：未被食用的食物殘渣會污染環境，吸引害蟲，產生異味。
     • 垃圾處理問題：餵食點常伴隨垃圾的產生，增加環境負擔。
   • 人獸衝突加劇：動物因習慣人類食物而侵入人類居住區、農田，造成財產損失或安全威脅。

3. 探討人類餵食行為對流浪貓狗的影響：

   • 直接影響：
     • 依賴性：流浪動物可能變得依賴餵食者提供的食物，減少自行覓食的機會。
     • 健康問題：若餵食的食物不當（如剩菜、骨頭），可能導致消化不良、中毒等健康問題。
     • 繁殖增加：穩定的食物來源可能支持較大的流浪動物族群，導致繁殖率增加。
   • 間接影響：

本題主要考驗學生對生態學中「生物多樣性」不同層級概念的理解，以及分析生態現象的能力。

核心觀念：

1. 生物多樣性 (Biodiversity)：指地球上生命的多樣性，通常包含遺傳多樣性、物種多樣性、生態系多樣性。此題主要聚焦於物種多樣性。
2. 不同層級的多樣性：
   • α (Alpha) diversity：指在一個特定的、局部的棲地或生態系內，物種的豐富度（物種數量）或物種組成。可以理解為「區域內的多樣性」。
   • β (Beta) diversity：指不同棲地或生態系之間，物種組成的差異度。它衡量的是物種組成隨空間變化的程度。高 β 多樣性意味著不同棲地物種差異很大。
   • γ (Gamma) diversity：指一個更大地理區域（如一個國家、一個洲、一個島嶼群）內，所有棲地的總物種豐富度。可以理解為「區域間的總多樣性」。

解題步驟：

1. 簡述 alpha, beta, and gamma diversity (9分)：

   • Alpha Diversity (α)：
     • 定義：指單一、局部棲地或生態系內的物種豐富度。
     • 衡量：通常是該棲地內存在的物種數量，或考慮到物種的相對豐度（如 Shannon index, Simpson index）。
     • 例子：一片森林、一個池塘、一塊珊瑚礁中的物種數量。
   • Beta Diversity (β)：
     • 定義：指不同棲地或生態系之間物種組成的差異程度。
     • 衡量：衡量兩個或多個棲地之間物種的替換率或相似性。高 β 多樣性表示棲地間物種差異大，低 β 多樣性表示棲地間物種相似。
     • 公式概念：通常可表示為 $\beta = \frac{\gamma}{\alpha}$（平均而言，即總多樣性是局部多樣性的多少倍）或用物種替換指數（如 Sørensen index, Jaccard index）來計算。
   • Gamma Diversity (γ)：
     • 定義：指一個較大地理區域內，所有棲地或生態系的總物種豐富度。
     • 衡量：是該地理範圍內所有觀察到的物種的總和。
     • 例子：一個島嶼群、一個國家、一個生物地理區內的總物種數。

2. 解釋 Gamma Diversity 高但 Alpha Diversity 低的原因 (6分)：

   • 情境分析：一個大區域 (γ) 物種很多，但這個區域是由許多小區域 (α) 組成，而每個小區域內的物種卻很少。這意味著，雖然總物種數很高，但這些物種高度「分佈」在不同的區域，每個區域只擁有其中一小部分物種。
   • 可能原因：
     • 高 Beta Diversity (β)：這是最直接且最核心的原因。如果不同棲地之間的物種組成差異極大（即 β 高），那麼即使總物種數 (γ) 很高，每個單一棲地 (α) 內的物種數量就會相對較少。
       • 棲地異質性 (Habitat Heterogeneity)：該大區域內存在著非常多樣化的棲地類型（例如，有森林、草原、濕地、高山、海岸等），每種棲地都演化出了獨特的物種組成。這些物種高度「特化」於特定棲地，無法在其他棲地生存。

本題主要考驗學生對「公民科學」概念的理解，以及對台灣在地生態研究的認識，要求舉例並說明其內容與成果。

核心觀念：

1. 公民科學 (Citizen Science)：指由非專業科學家（公眾、志工）參與的科學研究活動，通常涉及數據收集、觀測、分類等。其重要性在於能獲取大規模、長時段的數據，且能提升公眾的科學素養與環境意識。
2. 生態相關研究：涵蓋生物多樣性監測、物種分佈調查、環境變化監測等。
3. 台灣在地案例：需要具體了解台灣目前正在進行或已推動的公民科學計畫。

解題步驟：

1. 定義公民科學並說明其重要性 (15分，其中一部分為基礎概念說明)：

   • 定義：公民科學是科學家與非專業科學家（如學生、退休人士、一般大眾）合作進行科學研究的模式。參與者通常負責收集數據、進行觀測、記錄資料，有時也參與數據分析。
   • 重要性：
     • 數據規模與時長：對於需要大空間（全國性、全球性）和長時間尺度（長期監測）的研究，公民科學家能提供遠超專業研究團隊的觀察點和數據量。
     • 成本效益：能有效降低研究成本，擴大研究範圍。
     • 提升科學素養與環境意識：參與者在過程中學習科學方法，了解在地生態環境，進而提升公眾對科學研究和環境保育的關注與支持。
     • 在地知識整合：參與者往往對在地生態有深入了解，能提供專業研究者難以獲取的在地知識。

2. 舉出三例台灣正在推動的生態相關公民科學活動，並簡述其內容與成果：

   • 尋找合適的案例：需要想到台灣有哪些較為知名、有系統的公民科學計畫，例如：

     • 鳥類調查 (e.g., 台灣野鳥 ويب站、聖誕節跨年跨國界賞鳥活動)
     • 蝴蝶調查 (e.g., 台灣蝴蝶分類名錄、特定物種監測)
     • 植物調查 (e.g., 台灣植物誌、特定植物群落監測)
     • 環境監測 (e.g., 水質監測、空氣品質監測、噪音監測)
     • 物種記錄與分布調查 (e.g., iNaturalist, eBird 的台灣使用者)
     • 特定保育物種監測 (e.g., 綠蠵龜、石虎、白海豚)

   • 選擇三個案例並詳細說明：

     案例一：台灣野鳥 ويب站 (Taiwan Wild Bird Federation - eBird Taiwan)

     • 內容：
       • 鼓勵賞鳥愛好者記錄他們觀察到的鳥類種類、數量、地點、時間、行為等資訊。
       • 透過網站或手機 App（如 eBird）上傳這些資料。
       • 專業研究者和志工會對上傳的資料進行審核與整理。
     • 成果：
       • 物種名錄與分佈：建立台灣地區鳥類物種最完整、最即時的分佈資料庫。
       • 族群趨勢監測：長期數據可分析鳥類族群數量變化、遷徙模式、繁殖狀況，為保育決策提供依據。
       • 生態研究：支持鳥類遷徙、棲地選擇、物候變化等研究。
       • 公眾參與：提升民眾對鳥類保育的興趣與參與度。

     案例二：台灣蝴蝶保育協會 - 蝴蝶生態調查計畫

     • 內容：
       • 招募志工進行特定區域（如公園、綠地、山區）的蝴蝶種類、數量、活動記錄。
       • 有些計畫可能聚焦於特定稀有或指標性蝴蝶物種（如寬尾鳳蝶、端紅粉蝶）的監測。

本題分為兩部分，第一部分要求解釋物種-面積關係（Species-Area Relationship, SAR），第二部分則要求運用此概念來討論台灣物種豐富度的說法是否適當。

核心觀念：

1. 物種-面積關係 (Species-Area Relationship, SAR)：在生態學中，這是一個普遍觀察到的現象，即一個區域的面積越大，其包含的物種數量也越多。SAR 描述了棲息地面積與物種豐富度之間的定量關係。
2. SAR 的數學模型：最常見的模型是冪函數形式：$S = cA^z$，其中：
   • $S$ 是物種數量 (species richness)。
   • $A$ 是棲息地面積 (area)。
   • $c$ 是常數，與物種的豐度、採樣效率等有關。
   • $z$ 是斜率，表示面積增加一倍時，物種數量增加的倍數。通常 $z$ 值在 0.1 到 0.4 之間，取決於棲息地類型和採樣尺度。
3. SAR 的生態學解釋：
   • 更大的面積提供更多樣的棲地：大面積區域通常包含更多樣的微棲地（microhabitats），能容納更多具有不同生態位（niche）需求的物種。
   • 更大的面積提供更大的族群規模：大面積區域可以支持較大的物種族群，較大的族群有較低的滅絕機率。
   • 更大的面積是孤立區域的「目標」：對於島嶼或孤立棲地，大面積區域能吸引更多物種遷徙，也因此有更多的物種定居。
4. 物種密度 (Species Density)：指單位面積內的物種數量。SAR 說明了面積越大，物種總數 $S$ 越高，但單位面積的物種數量（物種密度 $S/A$）則可能隨著面積增大而降低。
5. 台灣的地理特徵：台灣是個島嶼，面積相對較小，但地形複雜（高山、平原、海岸），氣候多樣，造就了相對高的生物多樣性。

解題步驟：

1. 繪圖說明物種-面積關係 (SAR) (10分)：

   • 繪製圖形：
     • 需要繪製一個圖，橫軸為「面積 (Area, $A$)」，縱軸為「物種數量 (Species Richness, $S$)」。
     • 曲線應呈現一種「S」型或「冪函數」的趨勢：隨著面積 $A$ 的增加，物種數量 $S$ 也增加，但增加的斜率會逐漸趨緩（尤其是在對數尺度下），呈現對數關係。
     • 可以畫出兩種情況：
       • 線性尺度：$S$ 隨 $A$ 增加而增加，但斜率 $dS/dA$ 逐漸減小。
       • 對數尺度：將 $A$ 和 $S$ 都取對數（log-log plot），則 SAR 呈現為一條斜率為 $z$ 的直線：$\log S = \log c + z \log A$。這是學術上常用的表示方式。
   • 圖的標示：
     • 標明橫軸為「面積 (Area, $A$)」，縱軸為「物種數量 (Species Richness, $S$)」。
     • 標明曲線的趨勢（物種數量隨面積增加而增加）。
     • 可標示出幂函數公式 $S = cA^z$ 或對數形式 $\log S = \log c + z \log A$。
   • 文字說明：
     • 簡要解釋圖形所代表的意義：在一個給定的地理區域內，面積越大，觀察到的物種數量通常越多。
     • 可以簡述其原因：面積越大，提供的棲地多樣性越高，能容納的物種數量也越多。

2. 討論台灣物種豐富度說法的適當性 (10分)：

   • 理解題意：題目提到「密度」和「總數」的說法，並要求依據 SAR 討論。SAR 主要描述的是 物種總數 (S) 與 面積 (A) 的關係，而不是「密度」。
   • 分析說法：
     • 「臺灣蝴蝶種類密度及苔蘚種類密度均居世界第一」：
       • 密度 (Species Density)：意指單位面積的物種數量。SAR 告訴我們，通常面積越大，總物種數 $S$ 越高，但單位面積的物種數 $S/A$ 則可能隨著 $A$ 增大而降低。
       • 台灣的特點：台灣面積相對較小，但地形複雜、氣候多樣，這意味著在「小面積」內，可能集中了「相對較多」的物種。這會使得「密度」可能很高。
       • SAR 的應用：如果台灣的面積（A）相對較小，而其物種總數（S）很高，那麼其單位面積的物種數（S/A，即密度）自然會顯著提高。SAR 的基本原理（面積大物種多）並未否定「小面積高密度」的可能性。