114 年 國立臺灣大學漁業科學研究所《生態學（C）》

好的，這是一份關於生態學基本概念的名詞解釋題目，旨在測試考生對生態學核心術語的理解程度。這些概念涵蓋了物種互動、演化、生態系統結構與功能、以及環境變遷等重要面向。

以下為各名詞解釋的詳解：

1. Succession (演替)

演替是指在一個生態系統中，隨著時間的推移，生物群落結構和物種組成發生有規律的、可預測的變化過程。這種變化通常由一個群落取代另一個群落，直到達到一個相對穩定的頂級群落（climax community）。演替可以分為初級演替（primary succession），發生在沒有生命的基質上，如火山岩或裸露的土壤；以及次級演替（secondary succession），發生在原有群落被干擾（如火災、洪水）後，但土壤或基質仍然存在的區域。

【答案】演替是指生態系統中生物群落隨時間發生的規律性變化，從一個群落取代另一個群落，直至達到頂級群落的過程。

2. Coevolution (共同演化)

共同演化是指兩種或兩種以上相互作用的物種，在彼此的演化壓力下，相互影響並共同演化的過程。這種互動關係通常是緊密的，例如掠食者與獵物、寄生蟲與宿主、傳粉者與開花植物之間的關係。當一個物種發生演化適應時，另一個相互作用的物種也可能隨之發生相應的演化，以維持或改變其互動關係。

【答案】共同演化是指兩種或兩種以上相互作用的物種，因彼此的演化壓力而相互影響，共同演化出適應性特徵的過程。

3. Speciation (物種形成)

物種形成是指一個物種分化為兩個或兩個以上獨立物種的演化過程。這個過程通常涉及生殖隔離（reproductive isolation）的產生，使得原來的族群無法再相互交配並產生可育的後代。物種形成可以通過地理隔離（allopatric speciation）或非地理隔離（sympatric speciation）等機制發生，是生物多樣性產生的根本原因。

【答案】物種形成是指一個物種分化為兩個或兩個以上獨立物種的演化過程，其關鍵在於生殖隔離的產生。

4. Keystone species (關鍵種)

關鍵種是指在生態系統中，其存在對維持該生態系統的結構、功能和物種多樣性具有不成比例的重要性的物種。即使關鍵種的數量可能不多，但牠們的消失會對整個生態系統產生巨大的衝擊，導致物種組成、族群數量或生態過程發生劇烈變化。例如，某些掠食者、傳粉者或生態工程師（如河狸）都可能扮演關鍵種的角色。

【答案】關鍵種是指在生態系統中，其存在對維持該系統的結構、功能和物種多樣性具有不成比例重要性的物種。

5. Phenology (物候學)

物候學是研究生物生命週期中週期性事件（如開花、遷徙、繁殖、落葉等）發生時間的學科。這些事件的發生時間通常與氣候條件（如溫度、降雨、日照長度）密切相關。物候學的研究對於理解物種對環境變化的響應、生態系統的季節性節奏以及物種間的相互作用（如傳粉者與開花植物的同步性）至關重要。

好的，各位同學，我們來解析這題關於「種內競爭如何影響族群」的題目。這題主要是在考驗大家對族群生態學中，最基礎也最重要的概念之一——種內競爭的理解。我們要從種內競爭的定義出發，進而闡述它如何作用於族群的成長、結構與動態。

---

詳解：種內競爭（Intraspecific competition）如何影響族群？

種內競爭是指同一物種的個體之間，為了爭奪有限的資源（如食物、水源、棲地、配偶等）而發生的競爭。這種競爭是影響族群大小、密度、結構和動態的關鍵因素。

解題過程：

1. 定義種內競爭： 首先，我們要明確種內競爭的定義。它是指同一物種的個體之間，為了有限的資源而發生的交互作用。這種資源可以是食物、空間、陽光、水分、配偶等。

2. 種內競爭對族群密度的影響：

   • 密度制約（Density Dependence）： 當族群密度增加時，個體之間對資源的需求也隨之增加，導致資源變得更加稀缺。這會引發更激烈的種內競爭。
   • 影響個體表現： 競爭的加劇會導致個體表現下降，例如生長速率減緩、繁殖成功率降低、存活率下降等。
   • 族群成長的飽和： 隨著族群密度不斷升高，種內競爭的強度也會逐漸增強，最終會限制族群的進一步成長。這可以用邏輯斯諦成長模型（Logistic Growth Model）來解釋。

   邏輯斯諦成長模型描述了族群在有限環境中的成長，其數學表達式為：
   $\frac{dN}{dt} = rN\left(1 - \frac{N}{K}\right)$
   其中：

   • $N$ 是族群數量。
   • $t$ 是時間。

好的，這題主要在探討生態學中一個非常重要的概念——緯度梯度，以及不同緯度生態系的特徵。這涉及到生物多樣性、物種組成、環境因子等面向。

詳解：

**緯度梯度（Latitudinal Gradients）**是指生物多樣性、物種豐富度、族群密度、生物量等生態學指標，隨著緯度（距離赤道的遠近）而呈現的系統性變化趨勢。一般而言，大多數的生物類群在低緯度（熱帶地區）的物種豐富度最高，而隨著緯度升高（朝向溫帶、寒帶），物種豐富度會逐漸下降。這種現象是生態學中最普遍且最顯著的模式之一。

緯度梯度現象的成因複雜，目前有許多假說，包括：

• 能量假說（Energy Hypothesis）：熱帶地區擁有較高的溫度和充足的陽光，這提供了更穩定的能量來源，支持更高的生產力，進而能維持更多的物種。
• 物種形成與滅絕速率假說（Speciation and Extinction Rates Hypothesis）：熱帶地區的氣候相對穩定，較少經歷嚴重的冰河時期等擾動，物種形成速率可能高於滅絕速率，因此累積了更多物種。
• 時間假說（Time Hypothesis）：熱帶地區可能經歷較少的歷史擾動（如冰河期），物種有更長的時間演化和分化。
• 環境異質性假說（Environmental Heterogeneity Hypothesis）：熱帶地區通常擁有更複雜的地理環境和微棲地，提供了更多生態位，支持更多物種共存。
• 競爭與捕食假說（Competition and Predation Hypothesis）：熱帶地區的強烈競爭和捕食關係，可能驅動物種的特化和分化，產生更高的物種多樣性。

不同緯度生態系的特徵：

隨著緯度的變化，生態系會呈現出不同的環境因子和生物組成特徵：

好的，這題主要考驗你對海洋生態學、漁業生態學的理解，以及應用科學方法進行實驗設計的能力。題目要求你分析福島核廢水排放對海洋生態系和漁業的潛在影響，並設計一個實驗來驗證其中一項影響。

以下是針對第二題第三小題的詳解：

題目： 日本政府決定於 2023 年起，將經過處理的福島核廢水排入太平洋。試說明您認為對於海洋生態系以及漁業將有甚麼樣的影響？並請以科學實驗設計規劃對前述其中一項可能影響的驗證。(15% + 10%)

解題思路：

這題分為兩大部分：

1. 影響分析 (15%)： 需要從海洋生態系和漁業兩個角度，闡述核廢水排放可能帶來的影響。這部分需要結合生態學、環境科學和漁業知識。
2. 實驗設計 (10%)： 需要針對上述的某一個潛在影響，提出一個具體的科學實驗設計來驗證。這部分考驗你的實驗設計能力，包括實驗目的、假設、方法、預期結果等。

---

(a) 對海洋生態系及漁業的影響分析

核心觀念： 核廢水排放涉及放射性物質的污染，可能透過食物鏈傳遞，影響生物體生理功能、族群結構，進而衝擊漁業資源。

影響分析：

1. 對海洋生態系的影響：

   • 放射性物質的累積與傳遞： 福島核廢水含有氚（Tritium, $^3$H）等放射性核種。雖然經過稀釋處理，但長期排放仍可能導致這些核種在海水中的濃度緩慢升高。這些核種可能被海洋生物吸收，進入食物鏈。例如，浮游生物吸收後，再被小型魚類攝食，再被大型魚類或海洋哺乳動物攝食，形成生物累積（biomagnification）。
   • 對海洋生物的生理影響： 放射性物質的輻射劑量若超過安全標準，可能對海洋生物造成基因損傷、細胞病變、生殖能力下降、發育異常等影響。不同物種對輻射的敏感度不同，可能導致物種組成和族群結構的改變。例如，某些對輻射敏感的物種可能數量減少，而對輻射較具抵抗力的物種則可能相對增加，進而改變生態系的穩定性。
   • 對底棲生態系的影響： 若核廢水中的放射性物質沉降至海底，可能影響底棲生物（如貝類、甲殼類、海藻等）的生存與繁殖，進而影響以這些生物為食的魚類。
   • 對特定區域生態系的影響： 排放初期，影響可能集中在排放口周邊海域，但隨著洋流擴散，影響範圍可能擴大至更廣闊的太平洋區域，特別是影響到遷徙性魚類和海洋哺乳動物的棲地。

2. 對漁業的影響：

   • 漁獲物安全疑慮與市場信心： 即使核廢水中放射性物質的濃度符合國際安全標準，但消費者對「核污染」的恐懼可能導致對來自受影響海域的漁獲物產生疑慮。這會嚴重打擊漁業產品的市場需求和價格，影響漁民生計。
   • 漁業資源的減少： 如果核廢水中的放射性物質確實對海洋生物造成生理傷害，導致繁殖率下降、死亡率升高，長期下來可能導致漁業資源的枯竭，特別是對於那些對輻射敏感或生命週期較長的經濟魚種。
   • 漁業活動範圍的限制： 為了避免捕撈到可能受污染的漁獲物，漁民可能需要改變捕撈區域，增加營運成本，或面臨無魚可捕的窘境。
   • 國際漁業貿易的衝擊： 許多國家可能會對來自日本或受影響海域的漁產品實施進口管制，進一步限制漁業產品的銷售通路。

【答案】

---

(b) 科學實驗設計規劃

核心觀念： 實驗設計應具備明確的實驗目的、可控的變因、可測量的結果，並盡可能模擬真實環境。

實驗設計：

驗證的可能影響： 放射性物質（以氚為例）對特定經濟魚種幼魚生長發育的影響。

實驗目的： 評估不同濃度氚水暴露對某種經濟魚類（例如：石斑魚或鯖魚）幼魚的生長速率、存活率及生理指標的影響。

實驗假設： 暴露於較高濃度氚水的魚類幼魚，其生長速率會顯著降低，存活率會下降，且生理指標（如：氧化壓力指標）會呈現異常。

實驗設計細節：