整合型總計畫名稱:全球變遷-關刀溪森林生態系之研究

總主持人:陳明義


摘要

  生態系各組成分子間關係密切,一旦環境變遷,對生態系的衝擊是整體性的。本「關刀溪森林生態系之研究」整合型計畫是以關刀溪集水區之森林生態系為對象,整合森林、動物、植物、土壤、微生物、水文、氣象、地理資訊等方面的專家,共同組成研究群進行研究。本研究為長期性質,項目含括了生態系結構、功能,以及自然與人為干擾對生態系的影響。在這個台灣中部地區具代表性之關刀溪森林生態系從事長期整合研究,不僅可提供基礎學術資料,更能結合福山鴛鴦湖南仁山塔塔加等長期研究,共同參與全球長期生態研究網。 

一、重要性

  台灣森林面積約佔全島面積的58%,是最主要的陸域生態系。而且台灣山區地勢陡峻,地形複雜,形成各種不同的森林生態系,由寒帶針葉樹林到熱帶雨林都有分佈。台灣有關森林生態系的研究較少,且大多為某一地區單獨或單項的研究,欠缺整合性的群體研究。為瞭解台灣森林生態系在結構、功能、水文模式或養分循環上受到全球氣候改變所產生的反應,有必要選擇數個具有代表性的森林生態系,以「特定試驗地」(specific site)進行長期、連續監測,分析其生態過程。關刀溪森林生態系為台灣長期生態研究網(TERN)之第二處特定試驗地。

二、研究地區

  惠蓀林場位於台灣本島中部,北緯24°2′至24°6′,東經120°59′至121°9′之間,行政區屬於南投縣仁愛鄉,面積共7,423公頃,最高海拔為守誠山之2,418公尺,屬烏溪水系之北港溪流域。境內地形複雜、變化多端,森林之垂直分布有溫、暖、亞熱三帶林木,蘊育了高歧異度的生物資源,為台灣中部地區極具代表性之森林。天然林主為闊葉樹林,約佔了65%,以樟科和殼斗科樹種的蓄積量最大,即一般所稱的「樟櫟群叢」。咖啡園附近有臺灣目前所知面積最大,樹幹聳高的山黃麻純林,已被劃為長期生態觀察區;舊工寮下方的木荷林,也已被劃為保護區。天然針葉樹林的面積約佔5%,有臺灣肖楠、紅檜及臺灣二葉松、台灣五葉松等,其中臺灣肖楠有許多胸徑超過二公尺的巨木,已劃為保護區。已記錄的植物,包括蕨類植物22科60屬121種,裸子植物7科13屬20種,被子植物141科776種,總計917種,而實際的種類,應在一千種以上。已調查到的稀有植物有台灣蘇鐵蕨(Brainea insignis Hay.)、埔里杜鵑(Rhododendron lasiostylum Hay.)、白背木薑子(Litsea rotundifolia var. oblongifolia (Nees.) Allen.)、天台烏葯(Lindera aggregata (Sims.) Kosterm.)、南投石櫟(Pasania nantoensis (Hay.) Schottky)、倒卵葉山龍眼(Helicia rengetiensis Masam.)反刺櫧(Castanopsis eyrei (Champ.) Hufch.)、圓果青剛櫟(Cyclobalanopsis globosa Lin et. Liu.)等。惠蓀林場的面積僅約臺灣的千分之二,植物種類卻佔了約四分之一,是植物資源的寶庫。 

三、研究項目

  已於1994年在惠蓀林場選擇一處集水區作為LTER研究核心區(如附圖)。為配合模式的建立與驗證,試驗區是以集水區(47公頃)為單位,長期監測集水區的水文、養分收支,而其他相關的生態系研究,則在集水區以及其相鄰地區以小試區的方式進行研究。相鄰地區包括了肖楠保護區、木荷保護區、火燒跡地、關刀溪水域等(如附圖),面積共約210公頃。關刀溪森林生態系之研究重點如下:

 ()森林生態系結構之研究

包含森林生態系之生產者、消費者與分解者。除詳細調查其組成外,尚包括環境指標生物與稀有生物,以及生物彼此間關係之研究。研究子題分別為:

  1. 生產者:含森林植群之研究、依附植物之研究、林分變遷之研究等。
  2. 消費者:含鳥類群聚之研究、哺乳動物群聚生態之研究、魚類群聚生態之研究、昆虫相之調查、虫癭之研究、無脊椎動物之研究、授粉生態學之研究等。
  3. 分解者:含分解真菌、土壤微生物之研究等。

 ()森林生態系功能之研究

研究生態系能與質的流轉,子題包括水文模式之研究、微氣象之研究、土壤與水化學之研究、冠層水分、能量收支與生長變化之研究等。

 ()生物群聚在干擾下的動態研究

包含動物、植物及微生物的族群在自然干擾與人為干擾(火燒等)之後的變化,特別是干擾地植群之更新與演替。

四、整合研究之內涵

  1.整合必要性

  在生態系中,各組成分子間關係密切,一旦環境變遷,對生態系的衝擊是整體性的。以生態系中生產者、消費者及分解者的共存平衡而言,有必要從多角度去監測研究,期能對生態系的穩定維繫以及環境變遷與干擾所可能造成的整體性改變加以瞭解。本整合型計畫「全球變遷:關刀溪森林生態系之研究」是以關刀溪集水區之森林生態系為對象,結合森林、動物、植物、微生物、水文、氣象、地理資訊等方面的專才,共同組成研究群,進行長期性之整合研究。

  2.人力配合

  本整合型計畫由總主持人陳明義教授召集相關專業學者共同進行群體合作研究,並定期就研究結果與研究人力提出檢討分析,期能達成整合研究之目標。關刀溪森林生態系由中興大學實驗林所管轄,研究人力以中興大學有關系所為主,以其他機構(彰化師大、清華大學、中研院、嘉義技術學院)為輔,足夠推動LTER計畫,唯仍須不斷觀摩福山、鴛鴦湖、南仁山、塔塔加等LTER計畫,並隨時與國內外進行人員與技術的交流。基礎人力是來自研究生與助理群,他們亦組成委員會,定期進行整合與交流。

  3.資源之整合

  所有子計畫在共同研究地區進行,在設備方面亦全面整合利用。例如在收集水文及氣象資料等方面所用的設備,可提供其他子題計畫使用;而測定水質等方面的分析儀器,亦可提供生產力與養分循環研究的需要。依附植物子計畫所選用之樣株與攀爬設備,亦可提供昆蟲、真菌與幹流等研究用。另夜間工寮、車輛、實驗室、電腦、鐵塔以及電源線等亦共籌共用。這些研究地點、樣區以及設備與儀器的共通性,更可達成資料的交流性及統一性。在計畫執行期間並隨時共同討論,並與他站交換研究心得,俾利共同建立生態系模式。

  4.申請機構或其他單位之配合度

  研究地點是在中興大學實驗林內,林管處前任處長呂金誠教授與現任處長許博行教授亦執行子計畫的研究。林管處十分熱心配合與支援所有子計畫之研究與行政工作,包括整修林道與步道、支援食宿、撥用專用實驗室與儲藏室、協建夜間工寮、維修車輛、維護試區、籌設電源線等。由於林管處之全力配合,以及各子計畫執行人之互相支援與交流,各項研究工作推展順利。

五、預期成果

  本整合型計畫為長期研究性質,含括了生態系結構、功能以及自然與人為干擾對生態系的影響。在這個臺灣中部地區具代表性之關刀溪森林生態系從事生態系變遷的長期整合研究,不僅可提供基礎學術資料,更能結合福山、鴛鴦湖、南仁山、塔塔加等TERN長期研究資訊,共同提供全球長期生態系研究的重要資料,並實際參與國際性的研究網路。

  關刀溪森林生態系研究計畫預定為九年之長期計畫。第一期計畫(第一至三年)重點是就森林生態系的結構與組成詳加調查;第二期(第四至六年)是探討各生態系分子的功能及其間的相互關係,第三期(第七至九年)則就各個因子相互影響所導致的錯綜複雜關係建立生態模式,期能提供ILTER及IGBP等全球研究網的比對資料。

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