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高生產量的溪流食物網,是福還是禍!?
張顥嚴、林幸助、莊怡麗-國立中興大學生命科學系與全球變遷生物學研究中心

地球上絕大部分生物所利用的能源都來自於太陽,但是一般生物沒有辦法直接利用太陽能,唯有透過初級生產者的光合作用,才能將太陽能儲存成可供自然界利用的有機碳能源,我們稱這種生產量為系統的「初級生產量」。初級生產量是一般生態系統能量基礎來源;生態系所儲存的所有能量可用來支持一個生態系,而能量夠不夠生態系使用,我們可以透過量化食物網的食物鏈長度作為判斷的依據。一般而言,決定生態系食物鏈長度的因素有兩個,第一項是越多能量所能支持的食物鏈長度越長。第二項則為食物網營中生物的能量傳輸效率。能量的傳輸效率簡單來說,例如溪流中的附生藻類儲存太陽的能量,當水棲昆蟲在攝食藻類的時候,通常無法百分之百利用吃進去的能量,大部份能量都會散失掉,因此可以利用越多的能量代表傳輸的效率用好。

過去我們在蘭陽溪的研究發現,蘭陽溪上游由於沿岸有大範圍的農業活動,造成水體中的營養鹽濃度高,同時有較高的藻類生產量,代表是有很足夠的能量可以被系統利用。但是我們卻發現,這些基礎生產量高的區域,食物鏈長度卻沒有比較長。由於蘭陽溪的流速較快,高流速的狀況下,大部分的初級消費者都被水沖走,因此能量無法有效的傳遞到較高的階層。最簡單的食物網結構,依序為生產者→初級消費者→捕食者,蘭陽溪的狀況是少了初級消費者這個環節。所以說,除了基礎能量高之外,食物網結構也會影響食物鏈長度,而食物網結構受到環境條件的影響甚鉅。雖然七家灣溪也處在高流速狀況下,但是從水棲昆蟲的研究調查來看,食物網結構屬於完整狀況。但是我們卻發現七家灣溪的食物鏈長度在2007年的時候只有3階左右,比起其他流生態系的食物鏈長度來說,並不是很健全的狀況。在2011年拆壩後1年以及2年的食物網模式分析中,我們發現食物鏈長度有明顯提升,主要的原因是因為系統中的生物能充分利用能量。過去在七家灣溪有很高的基礎生產量,初級消費者也有一定數量,但是由於初級生產量大部分是綠藻所貢獻。綠藻一般而言可視為環境劣化的指標物種,當它出現時代表水質劣化;同時對於初級消費者而言,矽藻相對於綠藻而言是比較可口,因此才會發生,雖然有很高的初級生產量卻沒有相對應高的食物鏈長度。在拆壩後,我們發現因為河道會進行自我調整,造成溪流維持在高流速狀況,加上底質不穩定,讓綠藻不容易生存,反而讓溪流中的出級消費者能夠充分利用能源而提高食物鏈長度。

除了食物鏈長度外,我們也可以透過(初級生產量/消耗量)的比值來看一個生態系健不健康,比值越接近1代表系統健康。簡單來說,生態系就好比人體,吃進去1份食物,然後運動消耗掉1份食物有具有的能量,如此不會有多餘的能量在身體累積,就不會變胖。過去七家灣溪就是吃太多食物,而沒有充份運動的狀況;太多的初級生產量,卻沒有消費者去利用的狀況。過多的初級生產量,沒有被消費者利用,可能會累積然後死亡,進而被細菌分解,分解會消耗掉水體中的氧氣,這個生態系就會變成優養化的狀況,甚至缺氧。這個時候生態系就不只是吃太多消耗不掉的代謝問題,而是環境劣化不再適合生物居住。而拆壩後的七家灣溪,好比躺了很久都不運動的人,打通經脈後被迫開始運動,如臺灣鏟頷魚(苦花)因為受到壩體阻隔,原本沒有分佈在壩體上游測站,拆壩後透過壩體的缺口往上游移動。苦花的主要食物是藻類,所以上游生態系因為苦花的加入,使得從藻類(第1階)到初級消費者(第2階)的能量傳輸效率增加。在拆壩後溪流自我調整得過程中就會不斷的消耗掉多餘的能量,讓生態系變的較健康。同時,因為初級生產量被充分利用,對於食物鏈長度而言,也有正向幫助。

高生產量的溪流食物網,是福還是禍? 我們認為是福也是禍,原因在於一個生態系必須擁由高生產量才能擁有較長食物鏈長度;但是如果沒有良好的傳輸效率,累積的初級生產量將會對環境造成影響。最後,以七家灣溪拆壩工程為例,拆壩工程打通的不只是一條暢通無阻的生態廊道,同時也打通七家灣溪溪流生態系的命脈,讓生態系整個活絡起來,朝向一個更為健康的生態系前進。 

 

「食物網結構示意圖。第1階為生產者,第2階為初級消費者,第3階為捕食者。結構越複雜,生態系統越穩定。」的圖片

圖一、食物網結構示意圖。第1階為生產者,第2階為初級消費者,第3階為捕食者。結構越複雜,生態系統越穩定。(圖片來源:武陵地區溪流生態系長期監測研究團隊)

「壩體拆除後,一條暢通無阻的生態廊道。」的圖片

圖二、壩體拆除後,一條暢通無阻的生態廊道。

最後更新日期:2016-05-27 資料負責單位:系統管理
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