2011年12月26日 星期一

熟悉的陌生地球─氣候變遷如何影響生態系

 圖/澳洲有獨特的生物多樣性,但因氣候變遷加劇與人類活動而承受極大威脅。圖為已滅絕的塔斯馬尼亞虎。(照片出自1896年出版之書籍,由BioDivLibrary分享於Flickr,本文依CC BY-NC-SA 2.0原則分享)
 文/柯佳吟(台達電子文教基金會特聘博士後研究員。本文原題為《熟悉的陌生地球》)

 候變遷加劇和人類活動直接對自然環境的破壞,已然成為兩項對陸域生物多樣性的最大威脅。數十年來,這兩大因素已經導致棲地縮減與物種滅絕,科學家甚至預估,二十一世紀內還會有更劇烈的環境變化。

 我所參與的耶魯大學生態與演化生物研究所團隊彙整分析長期生物分布數據資料,並根據多項研究得以觀察到,氣候變遷影響生物的遷移、繁殖、播種時間外,同時也改變了牠們生理上的變化,諸如對熱的容忍以及個體新陳代謝的變化,其中又以物種改變其地理位置最為受注目,也是最容易被觀察到生物受到氣候變遷下的衝擊。然而這樣的衝擊往往不只是單一性的,連續而全面性的整體生態系衝擊是現今生物學家們亟欲探討、了解並進一步提出解決之道的研究新方向。

 過去一年,我們利用已建立的澳洲物種資料,除了進行氣候變遷對物種分布可能的影響研究外,更剖析出氣候變遷對生態系可能的進一步影響,雖然研究的結果乃為預測後的情形,卻也提供相當程度的警示,如果我們未能妥善進行適當措施,如減緩與適應,那麼預測將不只是預測,而會成為現實,甚至現實將會更超乎預測。

 以下,會從三個部分逐步分析氣候變遷對生態的衝擊,讀者也可以逐步體會我們的地球可能將變成一個熟悉的陌生地球:
#物種減少

 生物多樣性中最基本的一環即為一個地區的生物豐度,越多種物種存在於同一地區往往也表示該地區擁有較高的生物多樣性。但是在逐漸升溫的氣候下,澳洲整體生物種豐度不論在2050年或2100年,都將會比2000年還要低。雖然在部分地區顯示其最高的生物種豐度將可能高於2000年時,但最低也將比2000年時還要低,也就是說生物種豐度的差異將會提高,接踵而來生物在同一地區內互相競爭有限的資源將是值得被後續注意的。

 此外,在本年度的研究中,577種生活於澳洲的鳥種為我們的目標物種,主要因為對鳥類的分類以及相關資訊較為齊全。而鳥類很重要的一項生物特性即是敏捷的飛行技巧以及絕佳的飛行能力,多數的研究也相信因為鳥類的移動能力也許將可減少氣候變遷對其的迫害。然而,各種鳥類飛行能力不一,續加上澳洲乃為個別島嶼,生存於其上的鳥類是否真能如科學家所預期飛離澳洲選擇其他適當棲所,目前仍是生物研究上的一大迷思。所以,我們於研究中增加了鳥類遷移能力的假設,分別以「沒有遷移(no-dispersal)」、「洲內遷移(continental-dispersal)」兩大假設作為本年度研究的重心,當然鳥類遷移能力仍屬複雜的一環,目前所採用的兩大假設乃希望透過較簡單的方式來看待可能的整體變化。

 在這兩個假設之下,至2050年時澳洲鳥種豐度將沒有太大的差異,而相較於2000年則可發現,澳洲中部的鳥種豐度預期將會下降;至2100年時,兩種假設的差異增大,主要發生在澳洲中部地區與東南部沿海地區,然而不論是哪種假設下,皆可發現澳洲鳥種豐度如上述,呈現下降的趨勢,每個地區減少約為50種鳥種。

圖1澳洲鳥種豐度現在(2000年)與未來(2050、 2100年)於「沒有遷移(no-dispersal)」及「洲內遷移(continental-dispersal)」的假設下之變化情形(未發表資料)。(柯佳吟製圖)
#誰會是贏家?誰又是輸家呢?

 我們常說有失必有得,用在環境變化的發生,物種得失也是相同的情形。氣候變遷雖然大體而言被認為是對生態系的破壞,但是氣候溫暖的同時也改變了棲地,部分原本較為稀有的棲地類型可能因此增多,使得生存於該棲地的物種得以有更多的空間繁衍,而產生更多的該物種,反之,減少的棲地使得物種相對減少;原本屬於普遍種的物種可能因此變為稀有種,原本為稀有的物種也可能因此成為普遍種。能夠加以了解不同物種在氣候變遷下會是贏家還是輸家,就能夠給予我們保育與管理上的提醒。

 在這裡我們先給贏家與輸家簡單的定義,所謂的贏家即是氣候變遷下能擁有較多適宜的棲地與較多的分布機會的物種,所謂的輸家則相反。

 在「沒有遷移(no-dispersal)」的假設下,僅有少於20種的鳥種可能於2050年與2100年時會成為贏家,也就是其分布區域會增加;以不同地區中來看,則不會有新物種遷移入單一區域,每一區域僅可以維持部分原有鳥種並且減少部分原有鳥種,減少的鳥種變化,2050年可在1-84種之間,平均減少19種,2100年則減少在4-133種之間,平均減少45種。

 而在「洲內遷移(continental-dispersal)」的假設下,可以有超過100種的鳥種可能成為贏家;就不同地區中來看,2050年時單一區域有機會移入1-36種新鳥種,2100年則為2-74種鳥種,而減少的鳥種則和「沒有遷移(no-dispersal)」的假設下相同。

圖2、澳洲鳥種氣候變遷下贏家與輸家於不同地區變化情形(未發表資料)。(a)、(b)與(c)圖分別為每一網格地區中「輸家」、「贏家」與「非輸家及贏家」的物種豐度,顏色淺到深代表物種豐度少至多。以最右下角的小圖來看,即2000-2100年間,在「洲內遷移(continental-dispersal)」的假設下,澳洲東南方地區預計擁有最多的氣候變遷物種贏家。(柯佳吟製圖)
#澳洲會不會變得不像澳洲了?

 從上面的研究結果再度顯示,過去研究已指出的氣候變遷將改變物種分布的情形,物種也因為對於氣候所導致的棲地變化,可能成為氣候變遷下的贏家與輸家,但是這些都只是氣候變遷衝擊的第一步,潛在更深遠變化才要開始。

 所有的生物之所以能夠共同存在單一地區,主要是因為牠們能夠共同享有在該地區內的資源,尤其是食物資源,透過不同的食物所需,平衡了不同物種在該地區的需要,但若是因為氣候的變化使得物種組成出現了變化,那麼物種可能無法如現在和平的共享資源,間接地又產生競爭關係,可以想見,其後又將會是一連串的大變化。

 我們將澳洲大體上分為南北與東西兩大走向,並將所有鳥種的主要食性分為八大部分,包括有無脊椎動物食性、脊椎動物食性、種子食性、腐食性、植食性、蜜食性、果食性與混合性等,並將研究數據繪製成圖3。黑色粗體線代表2000年在澳洲某一地區內其中一種食性鳥種的數量,不同綠色線則分別代表不同氣候變遷情形下的變化,就下圖來看,我們可以發現無脊椎動物食性、種子食性與腐食性三種鳥種在單一地區的數量黑色線與綠色線群分離度(即差異)最大,那麼可以想得到未來的景象嗎?

 舉例來說,種子食性的鳥種在北澳洲與東澳洲氣候變遷下將相對增多,如果這些鳥種的食性並沒有因為時間、氣候而改變,當植物的散播沒有比鳥快時,該地區鳥種食物之植物的生長將出現供不應求,相同與相異鳥種間便會競爭食物的關係,導致同一鳥種或不同鳥種間的族群增減,提高生存威脅或繁殖成功率。要注意的是,這僅是以鳥類來看,若再加入以鳥類為食的掠食者以及生態系,所有與這些種子食性鳥種有相關聯的物種都也會因此產生同一物種或不同物種間的交互作用與變化,也就是說,同一地區內的所有的物種可能因為這樣的變化而完全重組。

 同樣地,可以再想像一下無脊椎動物食性的鳥種又會使澳洲產生甚麼樣的景象呢?

 這麼說來的話,單一個地區就可能跟現在我們所認識的該地區完全不同,那麼,未來的澳洲就有可能不是現在的澳洲囉?!

圖3澳洲鳥種氣候變遷下食性於不同地區組成變化情形(未發表資料)。每一個圖的X軸代表單一網格在澳洲的地理位置(即北邊到南邊與西邊到東邊),Y軸則代表在單一網格內該種食性物種豐度佔網格內所有物種的百分比;單一圖中共具有5 條線,粗黑色線代表2000年之情形,其餘綠色線群則分別代表在2050及2100年於「沒有遷移 (no-dispersal)」及「洲內遷移 (continental-dispersal)」的假設下之情形,當綠色線群與粗黑線分離度越大時,即表示未來該種食性物種豐度百分比與現在相差越大,若食物資源維持不變,同樣食性的物種對食物資源的競爭將往兩極移動(越大或越小),當兩者重疊時,即表示未來與現在相差度越小,在食物資源不變的情況下,同樣食性的物種應仍可維持現有平衡。(柯佳吟製圖)

 這份研究仍持續進行中,還需要多次的實驗以及更新的資料來做更多的分析,但以上的結果已足以讓我們用更嶄新的角度看待氣候變遷,所謂的「嶄新」不是說忽視氣候變遷,也不是為氣候變遷感到寬心,而是更加的提醒我們,如果我們再不做甚麼,地球生態將面臨重組,蟲蟻鳥獸將會消失在原本我們所知道的地區或是都不是我們所認識的,屆時地球可能不像地球了?如果我們再不積極進行減碳或其他減緩氣候變遷措施,地球生態可能也比我們想像的要糟更多,我們怎麼忍心把人類所引發的氣候變遷加諸在這些無辜的生物上呢?

 生態系的變化可謂牽一髮而動全身,而生態系的變化也不像工廠的機器一樣,經過適當的修改或是幾個螺絲釘的調整即可重新運作,生態系乃是一旦消失了就無法回復,生態系的重組也不如想像的簡單與容易,唯有我們每個人重視氣候變遷並切身執行,地球才不會變成熟悉的陌生地球!


作者簡介
柯佳吟,台大生態學與演化生物學研究所博士,為已故氣候學者史奈德(Prof. Stephen H.Schneider)與其遺孀泰瑞茹(Prof. Terry L.Root)共同指導的學生,曾於史丹佛大學研修氣候變遷調適與減緩策略,以及生態系服務等議題。目前正處博士後研究期間,希冀透過國際合作方式,多面向探討氣候變遷議題。

【延伸閱讀】
State of Australia's Birds》澳洲鳥會
Warmer climate may shrink Australian birds》Anna Salleh 12-Aug-09 ABC News
Climate change impacts on bird species》2006 WWF
國家公園 擋不住暖化》柯佳吟 17-Jan-11 低碳生活部落格
暖化影響 未來炎夏更加難耐》柯佳吟 29-Jun-11 低碳生活部落格
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