2015年5月28日 星期四

關於優養化

        優養化最初是用來指稱湖泊自然老化的過程:匯集至湖泊的流水所挾帶的各種物質-包含泥沙和水域中的營養物質(特別是氮與磷)-會隨著時間累積增多,最終使湖泊淤積變淺,成為沼澤,甚至進一步形成陸地。
 
 

        優養化是一種湖泊群集的次級消長現象,也可能出現於水庫。一般而言,自然的優養化過程需要歷經千萬年,雖無法逆轉,但也不會造成環境的嚴重衝擊或後遺症。但隨著人類活動的發展,集水區域被過度開發,廢水被不當地排入水體,導致水體中的磷、氮等營養物質大量增加,藻類及其他浮游生物因此迅速繁殖,大量覆蓋水面,阻擋了空氣中的氧氣溶入水體。藻類雖可在日間行光合作用製造氧氣,但是夜間大量藻類的呼吸作用則讓景況更加堪慮。水體的溶氧量下降使得消費者因缺氧而大量死亡,細菌分解生物遺體又必須消耗更多的氧氣,如此惡性循環,終會導致整個水體敗壞。

        水體出現優養化的現象同時,占優勢的浮游生物不同,水面也會呈現出藍、紅、棕或乳白等不同顏色。一般所說的優養化大多出現在淡水水域,而出現在海洋中的則稱為赤()潮。
 
 

參考資料:

1.      王怡諭、陳奕宏。水庫優養化。

2.      中文維基百科http://zh.wikipedia.org/

人口問題

        西元19991012日凌晨零時二分,聯合國秘書長安南賽拉耶佛為一位剛誕生的嬰兒命名為「六十億嬰兒」,表示從今之後世界人口突破六十億。
 

        根據聯合國人口基金會的統計,世界各地每秒鐘有五名嬰兒誕生,而聯合國訂定「六十億嬰兒日」的目的在於喚起世人重視人口快速擴張的嚴重性。美國康乃爾大學生命科學教授皮蒙特也指出:「目前全世界有二分之一的人營養不良、三分之一的人貧血、將近三分之一的人罹患肺結核,主要的原因就是人口過多、資源使用過度、貧窮人口激增,而導致生活環境日趨惡劣,疾病趁虛而入。」

        西元1798年,馬爾薩斯(Thomas Pobert Malthus)眼見當時社會貧富不均、糧食不足,主張節制生育。因為他認為唯有妥善控制人口的激增,才可能使人類的死亡率降低,使貧苦大眾的生活水準提高,使嬰兒和兒童的夭折率降低,人類的文明才有光明的前景。

        兩百年前,馬爾薩斯提出人口論的時候,全世界人口總數尚不及十億,而根據聯合國人口基金組織(UNFPA)的調查指出,目前世界人口總數已達70億人,並以每年8100萬人的速度持續增加中,若不加以限制,預估在2050年會突破94億。


        急速的人口增加會帶來過度開發、貧窮情況惡化、糧食及能源不足等隱憂。考慮開發中國家生活水準提升的情形加以試算,人口如果加倍,糧食的需求將會增加4倍,而能源的需求則會變成20倍。目前已有近10億人口處於飢餓狀態,不難想像如果人口持續增加,耕地因開發而急遽減少時,糧食會更加短缺。

        近代由於醫療科技的進步和衛生條件的改善,人類壽命普遍延長,造成人口高齡化,也導致人口不斷增加。人口爆炸與人口老化所衍生的問題,是現代人必須正視的重大考驗。

參考資料:

楊康寧。六十億嬰兒。

2015年5月27日 星期三

臺灣的沙漠地形

        九棚大沙漠與位於九棚溪北方的「港仔大沙漠」相連,面積廣達兩百多公頃,是台灣少見的沙漠()地形景觀,是台灣最壯觀的沙漠奇景。其形成過程如下:

 
 
 
 
 

1.      港仔溪河口,從長年累月上游搬運下來的泥沙大量淤積於河口附近,形成沙灘地形,且受到波浪、海流作用而被來回搬運的河沙,暫時被堆置在河口的兩側。


2.      冬天東北季風大肆吹拂時,強勁風勢,將沙灘上沙粒吹往內陸地帶,受到地形與植被的阻擋,又將河沙再次阻擋下來。

3.      經過東北季風吹拂與搬運,沙灘上的沙堆積愈來愈多,成為一座小沙丘。

4.      經過一段沙丘生成期後,植物逐漸開始生長,將沙粒都固定,讓沙丘上的沙不再被搬動,而成為今日港仔沙丘特殊地形。

臺灣高山草原


        臺灣高山草原是指海拔3,000公尺以上的高山地帶,由於表土層薄,水分保持不易,年均溫10度以下,樹木不易生長,因此遍布耐旱、耐寒的矮小植物。主要組成植物是玉山箭竹和高山芒草。棲息的動物種類較少,如特有種的雪山草蜥。其中以玉山箭竹草原分布最廣、面積最大,可為高山草原之代表。

 
 
 

        高山草原似無生產利用價值,但在國土保安、學術研究及水土涵養效應上卻不容忽視。箭竹是屬於竹類的植物。一般的竹類植物都很高大,而箭竹因為生長在稜線附近,時常遭受強風的吹襲,為了避免水分和溫度的散失,所以都長得非常的低矮。而同樣的植物,在避風處或針葉林的底層,卻可以長得非常高大,可見生態環境可以影響到植物的外形。

        箭竹具有發達的地下莖,常大量繁殖生長,當針葉林遭遇森林大火後,箭竹總是最先出現於地面,主要是因為它具有深埋地下的地下莖,經大火後仍然能倖存,且快速抽出新芽。在較高的森林地帶,大面積的箭竹往往是高山森林被大火燃燒後所形成的優勢植物。箭竹的耐寒性很強,在冰雪中,仍能抽出新芽生長,故為高山草原的優勢植物。在箭竹草原中常雜生著一些其他的草本植物或杜鵑花等小灌木等,這些植物的花常在五、六月盛開,為高山草原憑添不少美麗的景色。


資料來源:
http://163.30.125.7/~science/na_teach/ch05/5_121.htm

2015年5月25日 星期一

臺灣森林的特色

        臺灣是北方針葉林分布的最南端,也是熱帶生態系分布的最北端。其生態系不僅隨著海拔高度上升而變化,在低海拔地區並隨著緯度的不同,植物種類和數量在臺灣島南北呈現漸變式的差異。而且因中央山脈的阻隔,生態系的組成又分東西兩部份向南北兩端遞變。
        臺灣的生態帶可依海拔高度的不同區分出上述的每一種生態帶,有高山寒原、冷杉林帶、鐵杉林帶、檜木林帶、暖溫帶闊葉林帶、亞熱帶闊葉林、稀樹草原、熱帶季雨林、東北季風林,以及零散的海岸生態環境,如紅樹林、海岸林等。其中較重要的森林帶有:
(1)   海拔3,000~3,500公尺的北方針葉林帶

        臺灣海拔3,000~3,500公尺的生態帶是屬於亞寒帶針葉林,森林的組成與亞寒帶的北方針葉林(即俗稱的德國黑森林)相似,也是全世界最南端的黑森林了。這種黑森林分布僅在北半球緯度50~70°之間,在南半球,因為這個緯度的地區只有海洋,並無陸地和森林,因此被稱做北方針葉林。因為臺灣有如此高海拔的山地,再加上緯度正好位於溫帶和熱帶的交界,才能有此種針葉林帶的生存。
(2)   海拔2,500~3,000公尺的鐵杉林帶

        海拔2,500~3,000公尺的高山其氣候類似冷溫帶,是以針葉樹種為主的森林。當地球最後一個冰河時期結束時,原本的植群帶隨著氣候變暖和,漸漸地被擠壓至較高海拔,而取代黑森林分布於此區的就是現在的鐵杉林。全世界和臺灣一樣有鐵杉林的地區,只有四川臺灣,這告訴我們,原先中國大陸華南地區在過去某一段時間內,氣候環境應該是和現在的臺灣2,500~3,000公尺相似,鐵杉林原來應該普遍分布於某一緯度內。但因為鐵杉拓展其分布的能力較差,再加上現在其他的低海拔地區,在氣候變化過程中環境被破壞,改變太大致使鐵杉消失,所以只有四川臺灣還保留有此種森林,這也是此物種的不連續分布現象。

(3)   海拔1,800~2,500公尺的檜木林帶

        海拔1,800~2,500公尺是臺灣的雲霧帶,著名的臺灣檜木皆產自於這個氣候帶。此區屬於涼溫帶針闊葉混合林,保存許多冰河時期遺留下來孑遺植物。雖然自東喜馬拉雅山台灣都曾發現檜木的化石,但為何檜木林帶只分布在日本臺灣,而不分布在中國大陸?這和古老的地質事件有關,在一億年前到四千萬年前,喜馬拉雅山還是海洋,中國大陸西南方、新疆地區是海洋性的氣候,類似熱帶雨林。印度板塊擠壓歐亞大陸板塊,隆起的喜馬拉雅山脈使得北方的海洋性氣候消失掉,所以新疆變成了沙漠氣候。而臺灣日本是在這個古老的地質變化時,仍然維持海洋性氣候,所以檜木林就進入臺灣。有些人認為檜木林必須生長在有雲霧的崩塌地上,但山要夠高,才會有雲霧,地質要夠年輕才夠陡,才有崩塌地。所以臺灣中海拔地區就是把古老的氣候環境中,某個地區的環境特色原原本本搬到這個海拔範圍內重新呈現,才有檜木林帶的出現。

(4)   海拔500~1,800公尺的暖溫帶闊葉林帶

        在海拔500~1,800公尺是屬於暖溫帶闊葉林的生態帶,以樟科、殼斗科樹種為主的森林。這個區域是植物種類最豐富的地方,加上森林層次複雜,提供了多樣的野生動物棲息環境。殼斗科植物即所謂的歐美的橡樹,會結出松鼠最愛的堅果、橡實。但臺灣殼斗科植物的葉子是類似兩端銳尖的橢圓形,而歐美的殼斗科大部分是像沒有葉尖的長方形,為何有這種差異呢?臺灣這樣的森林在日本九州本州京都一帶、婆羅洲2,000公尺的山區、中國長江流域、中南半島較高的山區等地都有分布,而這種森林是冰河期最大的生物避難所,當冰河北退時,殼斗科植物中有一支回到歐美,演化出不同葉形,因為這是回到溫帶後才演化出的物種,所以臺灣原生的殼斗科植物都是較古老的種類。
 

(5)   海拔700公尺以下的亞熱帶森林帶

        臺灣海拔800公尺以下為亞熱帶闊葉林主要的森林組成是以樟和楠木為主。臺灣北部500公尺以下的地區,主要是樟科的樟樹、楠木,其他地方如琉球菲律賓也有,但面積都不大,臺灣的面積卻很大,可能是這一類植物的分布中心,正因為臺灣北部潮濕的亞熱帶森林面積廣大,蘊含大量的樟樹資源,所以臺灣的樟腦工業在清朝時期即很發達,此類的森林大多已開發殆盡。
 
 

資料來源:國立海洋生物博物館教育資源網站

2015年5月21日 星期四

暗潮洶湧的共生關係

        豆類植物依靠共生的根瘤菌來固氮,科學家發現這樣的互惠共生並非像表面般一團和氣,而是另有內幕。原來,豆類植物會制裁未能繳納足夠貢品的固氮菌。


        豆類植物能利用根瘤菌上繳的貢品而製造大量蛋白質,住在根瘤內的固氮菌將占空氣最大比例的氮氣轉化成植物能吸收利用的化合物形式,而豆類植物則提供固氮菌生長和繁殖所需的養分和氧氣調節。乍看之下,似乎是雙贏局面,可是通常會有幾種不同品系的固氮菌提供植物氮素,且彼此之間呈戰國局面,根瘤菌為何不藏私以壯大自己的勢力,反而還花費力氣去供氧宿主?

        戴維斯加州大學的演化生態學家Toby Kiers等人懷疑植物會在細菌不老實時懲罰它們。為了驗證假設,他們把根瘤周圍空氣置換成只含氬和氧而不含氮的空氣,欺騙植物讓它以為細菌光吃不幹活。於是固氮菌能上繳的貢品只剩以往的百分之一。這使得植物實施氧氣禁運,讓根瘤菌的生殖力頓時打了五折。

        加拿大西門菲莎大學(Simon Fraser Univ.)的行為生態學家Bernard Crespi認為,這個研究結果提出了對於合作行為的新觀點,原來共生的關係並不只是簡單友善的互動,而是暗潮洶湧的:「乖乖納貢的話,我會好好地回報,要不然有種就給我走著瞧!

參考資料:

Kiers, E. T. et al. Host sanctions and the legumerhizobium mutualism. Nature 425, 78-81(04 September 2003); doi: 10.1038/nature01931

原文出處:

http://www.sciscape.org/news_detail.php?news_id=1259

2015年5月19日 星期二

生態塔


        生態塔(Ecological pyramids)是指將生態系統中各營養階層,依食物鏈的順序,將其所含有的生物質能或生產力等特性,按比例繪製成圖,用來表達各級之間生物能量的傳遞關係,因疊加起來的圖形如塔狀而得名。


        生物塔可依據塔內物種的數量、生物量及可資利用的能量分成三類,分別是數塔、生物量塔和能量塔。

(1)   數塔(number pyramids):單位為個階層內物種的個體數目(個體數/)

        為方便捕食,高階消費者(top-level predator)一般在體型上會較低階消費者壯碩,但因能量上的限制,體型愈大,數量反而愈少。所以生物的數目會隨營養層的上升而減少,從生產者到高階的消費者,數量由多到少而呈現金字塔狀的分布。
 

        當然也有少數例外呈倒金字塔狀,例如:一棵樹木(數量較少)可以供應養分給一堆小而多的昆蟲(數量較多)
 

(2)   生物量塔(biomass pyramids):單位為各階層的生物量(公克/平方公尺/)

        生物量(biomass,或稱standing cropsthe total dry weight of all organisms),是指在此生態環境中,每單位時間、單位面積中某物種的總乾重。因為水分不具有能量,生物量可視為真正能提供給下一個營養階層的(食物)能量多寡。一般而言,在一定的時間內,隨營養層的上升,生物量也會由多到少而呈現金字塔狀的分布。綠色植物最多,草食動物次之,肉食動物最少。
 

(3)   能量塔(energy pyramids):單位為每一階層可資利用的能量多寡(大卡/平方公尺/)

        要維持整個生態系統的正常運作,必須要靠食性關係來轉移能量。轉移過程中,能量不可能100%轉移,大部分的能量會轉變成熱能而散失,故可以傳遞給下一階消費者的僅有10%,即每一營養階層所能獲得的能量,都會隨營養階層的上升而遞減,形成一正立金字塔的形態,稱為能量塔。
 

        故在一食物鏈中,當級數越少,其所消耗的能量也越少,可以利用的能量則越大;相反的,當級數越多,所耗損的總能量也越多,可利用的總能量反而很少。正因如此,每一個食物鏈的級數不可能無限制地增加,最少為兩級,最多也只有六級。

原文出處: