生態與演化

複雜難理的燎原森林大火

複雜難理的燎原森林大火
知識通訊評論第120

近年來美國西部的森林大火更加頻繁也更為熾烈這與氣候變化等因素有關也與過去勤於撲滅森林大火的人為因素相關面對未來在氣候環境生態方面的不確定性如何才是森林最合宜的生態確實是棘手的難題

二〇一一年六月二十六日星期日午後不久,強風吹倒了新墨西哥州北部傑梅茲山區的一棵白楊樹,壓在電纜線上。那一年天氣乾得很,當週氣溫又比平常高很多,結果電纜線走火引發大火,陣陣強風將火焰帶到附近濃密的樅樹跟松樹林。

在不到一小時內,待在距離聖塔菲五十五公里遠的家裡的生態學家艾倫(Craig Allen),從一封美國林務局火災控管經理寄來的電子郵件裡,得知這場大火。「我希望各位能把這場大火撲滅,」他回信寫道,「我們可不需要在傑梅茲山區再來一場森林大火。」

然而艾倫已經可以望見西邊竄起一道灰色的濃煙。到了隔天清晨,拉斯孔恰斯地區的這場大火已經燒掉一萬七千五百公頃的森林,相當於每三秒鐘就燒掉一公頃。五天後燒掉的面積增加到四萬兩千公頃,成為新墨西哥州史上最嚴重的森林大火。等到幾週後這場大火控制下來時,已經有超過六萬公頃的森林跟灌木林被燒掉,很多地方被燒得相當徹底,除了燒焦的樹幹跟塵土以外,什麼也沒留下。

對於在新墨西哥州洛斯阿拉摩斯美國地質調查局服務,研究傑梅茲山區森林三十多年的艾倫來說,發生森林大火並非意料之外的事,但是火勢蔓延的速度跟強度卻讓他始料未及。後來艾倫跟其他幾位森林科學家巡視燒燬的地區,都嚇得無言以對。從可以追溯到一六○○年的年輪火燒痕跡研判,被大火燒得精光的森林面積,使得先前幾次森林大火相形失色。艾倫說這次大火可能讓森林永遠都無法復元。

只剩焦土的森林不會留下樹木種子,不但土壤裡的營養物燒光,還會增加走山的可能性。

美國整個西部每年被大火燒掉的森林面積,過去數十年內明顯增加(詳見《烈焰愈熾》),科學家把這股趨勢歸咎於氣候暖化和乾燥,以及近一個世紀來對野火的抑制與其他的人類活動。艾倫指出在森林大火與氣候變遷交相運作之下,會將生態系統帶入新的境地,而且不只是美國西部,全世界各地皆然。就拿傑梅茲地區為例,這會使當地的黃松森林轉變成灌木林。「我們長久以來所認識的森林,正在逐漸消失當中,」艾倫說,「我們現在前途未卜,還不知道事情會變得怎樣。」

一片死寂

在拉斯孔恰斯地區發生大火十三個月後,一個晴朗的季夏日子,艾倫沿著火場南部邊緣,剛好就在班德利爾國家紀念碑外側的一處河谷漫步,這裡有錯綜複雜的峽谷,藏著許多哥倫布發現新大陸之前,建築在懸崖上的住所。除了少數灌木跟野草以外,半山腰上許多原先長有松樹跟樅樹的地方,如今棕禿禿的一片,空無一物。燒焦的鱷魚杜松樹幹,原本是可以活個好幾百年的崢嶸老木,現在卻像扭曲的手一樣斜插在地上。樹蔭只不過是個虛無縹緲的希望,地貌一片寂然,只有幾隻獵鷹在頭上盤旋。艾倫很高興還能在地上看到一些螞蟻。

這裡看起來就像死亡谷一樣乾瘠,但其實不然。這片山區一般來說,每年會降下四十公分的雨量,這在大體上氣候乾旱的美國西南部來說算很多了,理論上已經足以使森林再生,至少過去就是如此。由於森林大火燒得並不平均,通常會留下一些倖存的樹木,提供一些種子給燒掉的地區,讓森林得以再生。

【高瞻精選】 美麗台灣-帶您看見寶島的美

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國立臺灣大學植物標本館郭城孟館長/國立臺灣大學植物標本館郭城孟館長責任編輯

圖片來源:Harry Huang@flickr

一、 寒帶生態的南限

黑森林是指冷杉、雲杉等針葉樹所行程的森林,主要分佈在北半球地區,所以也稱為北方針葉林。在北緯50-60度,黑森林出現在低海拔,而緯度較低的地區因氣候較溫暖,黑森林則只能分佈在較高海拔的山地。因此,位於北回歸線上的台灣,在海拔3000公尺以上的高山,可發現大面積的黑森林。赤道附近的熱帶地區就得有5000公尺以上的高山,才能提供黑森林生長時所需的溫度條件。然而環視東南亞地區,其最高峰為婆羅週的神山,海拔僅達約4100公尺,因此,黑森林無法在此地生存。也就是說,台灣是全世界森林分佈的最南邊界,而黑森林代表著寒帶生態。

二、 熱帶生態的北限

紅樹林是熱帶河口半鹹水環境的溼地森林,主要分佈在南北緯20度之間,全世界約有50~60種樹木生長其間。台灣位在世界紅樹林分佈帶的北緣,所以種類較少,不過南北狹長的台灣,因此提供了一處隨緯度遞變的生態空間,因此可以看到紅樹林種類由南往北遞減的變化:高雄有6種,台南5種,新竹只有2種,台北僅剩1種。由於東北季風的影響,台灣北部的冬季溫度偏低,熱帶性的紅樹林植物大多難以生存,僅較能忍受低溫的水筆仔能夠存活,這也是淡水河口形成多處水筆仔純林的原因。紅樹林是一種河海交會處特殊的生態系,不過淡水河口的水筆仔純林更告訴我們,它是肉眼可見,全世界熱帶往北分佈的最後一個腳印。

生物多樣性變化和能源(II)

生物多樣性變化和能源(II)
義守大學生物科技學系王瑜琦助理教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題:

1. 說明再生能源也可能危害生物多樣性的例子?

2. 要平衡能源使用和生物多樣性之間的衝突需要哪些轉變?

能源優先還是生物多樣性優先?

幾乎所有的能源使用方式都會影響到生物多樣性,所以選擇能源必須瞭解所有具體情況下的權衡得失以及對生物多樣性和人類福祉的影響。當前,生物多樣性管理已經成為減緩和適應氣候變化影響的關鍵工具:從避免森林濫伐到進行生物多樣性補償,同時生物多樣性管理也保護了各式各樣的生態系統服務。表1整理能源和生物多樣性的密切互動關係。

生物多樣性變化和能源(I)

生物多樣性變化和能源(I)
義守大學生物科技學系王瑜琦助理教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題:

1. 生物多樣性,能源使用,氣候變化這三者之間的互動關係為何?

2. 貧困與富裕對能源使用和對生物多樣性的衝擊有何差異?

生物多樣性 vs 能源

許多種能源都是生態系統服務的產物,不論是現在的再生能源,還是久遠以前以化石燃料形式存留下來。相反地,社會發展對能源的需求表現在能源的開發和利用方式上,因此導致了生態系統的顯著變化。既然能源是所有經濟發展的基本要件,我們面臨的挑戰是如何在生物多樣性不再進一步流失的情況下持續地供給能源。這就必須界定權衡取捨,並制訂適當的緩解和適應策略。

預計到2030 年,人類的能源需求將至少增長53%。2030 年之前來自生物質能和廢物的能源預計能提供世界能源總需求的10%(圖1)。但是,這個預測是假設有足夠的化石燃料供應來滿足絕大部分的能源需求增長量。一些研究人員認為這項假定不切實際。此外,預計2030 年之前,能源產生的二氧化碳排放量的增速率會比能源使用量的增速率快一些。

圖1:各種來源的初級能源供應及2030年預測值 (圖片來源:《全球環境展望4》 p. 176)

(點擊圖片可放大觀看)

生物多樣性變化和人類健康 (II)

生物多樣性變化和人類健康 (II)
義守大學生物科技學系王瑜琦助理教授/
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題:

1. 生物多樣性為何對傳統醫藥和現代醫學有重要的貢獻?

2. 生態系統過度消耗的例子和解決方案?

生物多樣性與藥品來源

生物多樣性也是許多治病藥品的來源。2002 – 2003 年之間,全球80%新化學類藥物可以追溯到天然產品或受天然產品的啟示。開發這類藥物的利潤極大。例如,一種從海藻中提取的治療皰疹的化合物,其利潤估計為每年0.5億~1 億美元;海洋生物體中提取的抗癌藥物,價值每年高達10 億美元。

傳統藥物主要從植物中提取,是發展中國家絕大部分人口基礎衛生保健的主要藥物。據估計,發展中國家約80%人口依靠傳統藥物,就連發達國家的最常用處方藥物中超過一半也是來自天然植物。

圖1:在Antananarivo, Madagascar市場上的傳統藥物多來自植物。 (圖片來源:http://en.wikipedia.org/wiki/Traditional_medicine)

生物多樣性變化和人類健康 (I)

生物多樣性變化和人類健康 (I)
義守大學生物科技學系王瑜琦助理教授/
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題:

1. 生物多樣性與健康密切相關的例子有哪些?

我們對生物多樣性與環境的複雜互動關係瞭解還十分有限。生物多樣性,人體健康,以及人和其他物種疾病發生率之間的關係,還是有待研究的領域。但是一些基本的因果關係概念卻是很明確的(圖1)。許多具體的例子清楚顯示生物多樣性與人體健康密切的關係,例如:熱帶雨林和其他生態系統受到破壞和解體之後所引起的新疾病,野生動物與人類的疾病之間的關聯(例如:萊姆疏螺旋體病(Lyme disease)、西尼羅河病毒(West Nile virus)和禽流感(avian influenza)等),許多在自然界找到的治病藥物,生態系統服務對人類健康的貢獻,以及我們逐漸認識到的內分泌干擾物對動物和人類健康的影響等。

圖1:生態系統變化對人類健康的有害影響的幾個重要例子。 (圖片來源:改編自《全球環境展望4》,p.181)

永續森林管理 (Sustainable forest management)

永續森林管理 (Sustainable forest management)
花蓮縣立宜昌國中理化科林建義教師/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題:

1. 從巴西農民的例子,你可以為台灣的農民想想看,在合理範圍內如何改善他們的收入與生活條件嗎?

2. 台灣的林地面積也很有限,你知道目前政府有那些措施是在保護原始森林的嗎?一般民眾應該有哪些積極作為,才能保護我們的森林資源呢?

 

森林管理過去往往被簡化為林業,純粹看成是經濟活動的一個項目。然而,在過去數百年來森林被過度採伐,令地球上不少物種因此而絕種或瀕臨絕種。在兩千多年前孟子便曾說過:「斧斤以時入山林,材木不可勝用也。」一語道破森林永續經營的重要性。

FSC在全世界國家促進負責任的林業管理

近年來全球森林使用功能的改變與濫墾濫伐的問題,已經受到世界各國的重視,一些針對森林法的執行和管理的區域行動計畫有效地打擊了非法活動。舉例來說,林產品生產國和消費國的政府共同組織了區域森林部長級會議(Regional ministerial conference on forests),舉辦地點分別在東亞(2001)、非洲(2003)、歐洲和北美(2005),目的就是希望能喚醒世界各國,透過全球合作,共同來改善80年代以來持續困擾的問題。

生態足跡

生態足跡 (Ecological footprint,EF)
新北市立華國民中學自然領域張世玪老師/國立臺灣大學動物學研究所陳俊宏教授責任編輯

一、何謂生態足跡(Ecological footprint,EF)

西元1994年,加拿大學者Rees & Wackernagel提出衡量人類對地球生態系與自然資源需求的分析方法,稱為生態足跡,此方法可計算出人類加諸於地球的壓力。生態足跡的主要概念在表明人類生活所需的所有物質或是人類所產生的廢棄物,皆需依賴土地或水域面積加以涵容。因此,計算某地區人口所消費或處理廢棄物所需的土地或水域面積,即可換算出這些人的生態足跡。生態足跡的大小,也可說明人類加諸於環境的負荷壓力。

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