Chapter 6 生態平衡與生態失調
6 - 1 生態平衡的特質 6 - 2 生態系的調節機制 6 - 3 生態失調的微兆 6 - 4 現存的生態失調問題 專題 綠牡蠣事件 專題 海域石油污染 專題 鎘米事件 專題 祕雕魚事件
從演化的角度來看，我們眼前所見到的大小生態系統，都是生物與環境之間經歷長期適應與協調的結果。另外就生態系的本質而言，多樣化的結構成分，以及複雜的能量流動與物質循環過程，使它具備了相當程度的自我維持與自動調節能力。所以，在沒有太多人為干擾之前，大部份學者認為：生態系表現出來的是一種環境與生物間的綜合協調狀態。雖然也有部份專家認為：生態系是一個不斷在做內部調整的開放性變動系統。但無論如何，以「動態平衡」來形容一個穩定的生態系應該是可以被接受的。
既然平衡是動態的而非絕對的，那失調當然也有可能出現，而生態失調的現象，是生態系所承受的干擾超過其自動調節能耐的結果。雖然有些生態失調是起因於天然災害，像長期乾旱、森林火災或火山爆發等，但目前大部份的生態失調現象，主要還是緣自於不當的人為破壞所致。因此，本章就針對生態系的平衡與失調等問題，做一概要性的介紹。
生態平衡的特質 有多樣化的組成成分 有複雜化的傳遞途徑 一個穩定、平衡的生態系，其內部的生物成分是多樣化的，而且彼此之間的協調適應，都會呈現出相當程度的依附和共生現象。 有複雜化的傳遞途徑 生態系中的傳遞功能表現在三種作用上：第一是能量流動；第二是物質循環；第三是信息傳遞。 信息傳遞方面，指的是動物運用物理或化學的方法來表達其外在行為或內在生理的訊息。
有平衡性的能量進出 隨著生態系趨向成熟穩定後，生態系中的總生產量與呼吸消耗量的比值會接近於一。這是代表“生態系自外輸入的能量與向外輸出的接近平衡”。 有自我修復的調節能力 一個平衡的生態系即使受到某些內在或外來的破壞，它仍會經由自身的調節能力而達到自我修復的功能。
生態系的調節機制 輸出與輸入的調節 負回饋控制調節 物質與能量的輸出、輸入平衡，是生態平衡所具備的特質。 當生態系中的某一種組成成分出現變化時，由於食物鏈或其它傳遞途徑等因素，會使生態系內的相關成分也引發一連串的因應性改變，但最終產生的結果是：「回過頭來抑制最初的變化不要再繼續下去」。
生物與環境間的適應調節 抵抗力調節 恢復力調節 不論變因是來自生物或環境，對應的另一方都會以因應性的改變來調整雙方的互動，使彼此的關係再恢復到原有的協調狀態。 抵抗力調節 生態系承受外來干擾的耐受度稱為抵抗力。 恢復力調節 生態系如果遭受強力的干擾，原有的平衡狀態可能被嚴重破壞，甚至整個生態系的既成相貌也都完全改變，但某些生態系在經過一段時間之後，仍然可以回復其原來的樣子，這就是生態系的恢復力。
生態失調的徵兆 儘管生態系具有各種自動調節的功能，但如果干擾強度過大，或承受干擾的時間過久，生態系仍然難逃被毀滅的命運。可以分為兩類：一是自然災變；另一是人為破壞。 組成成分缺損 生態失調的第一種徵兆是構成生態系的某種成分消失了，常見的例子是人工性的森林砍伐。
結構比例失衡 比成分缺損較輕微的徵兆是生態結構比例失衡的問題，這是指穩定的營養階層遭受干擾，使“底層多於上層”的比例關係發生變化。 能量流動受阻 能量流動受阻經常伴隨食物鏈破壞或營養階層比例失衡而出現。 物質循環中斷 正常的生態系中，生物與環境之間不斷的在進行物質交換，這種生生不息的循環現象是生態穩定的指標。但在許多人為干擾下，物質循環中斷是目前常見的生態失調徵兆。
現存的生態失調問題 人口的問題 人口暴增是貧困和污染的根源。因為要應付人口成長的需求，人類必須擴張耕地、伐林建屋（圖6-1）、提高工業生產等等，於是生態失衡的問題也就源源不斷的出現。 世界的人口成長趨勢
圖 6-1
人口增長的區域性差異 人口增長率的高低是與現代化程度有關的。 人口素質的隱憂 所謂的人口素質，是指人民健康狀況、文化水平、知識道德、生產技能等綜合表現。 人口傾向老齡化 如果一個國家或地區，其60歲以上人口佔總人口數10%以上，或65歲以上人口佔總人口數7%以上，則稱該區域為老齡化社會。
圖 6-2
糧食的問題 糧食問題攸關耕地面積與人口數量。 為了解決糧食不足的問題，擴大耕地與改良農技是迫切需要的，但是種種措施的後果，對生態環境也必然產生相當程度的衝擊。
圖 6-3
水的問題 水源不足 全球的水體包括海洋、河流、湖泊、沼澤、水庫、冰川、兩極冰原及地下水等，其中海洋佔地球總水量的97.2%，餘下的2.8%才是淡水水體。但淡水中又有77%被凍結在冰川和兩極冰原中，所以實際可供動、植物以及人類使用的水，只佔全球總水量的0.65%而已。
水污染(Water pollution) 優養化 所謂的優養化(Eutrophication)，是指水體被過多的氮、磷、鉀等有機營養物所污染，導致水中的藻類大量增殖。 優養化的污染源是氮、磷、鉀等有機物，主要的來源是耕地或果園流失的人工施肥，其次是含有排泄物、食物殘渣及含磷清潔劑等生活廢水。
毒性污染 會對水體造成毒性污染的污染源主要是重金屬及有機毒物。來源大都是農藥和工、礦廢水。
圖 6-4
圖 6-5
地下水超量抽取 在水源不足又加上污染普遍存在的情況下，為了滿足用水的需求，某些地區會以鑿井抽取地下水的方式來解決問題。
綠牡蠣事件 牡蠣又叫「蚵仔」或「生蠔」，是一種營養豐富的水產食品，如果新鮮衛生，在許多國家都有生吃鮮蠔的調理方式。在台灣，牡蠣也是我們餐桌上經常食用的佳餚，還有「蚵仔麵線」、「蚵仔煎」更是大街小巷隨處可見的傳統小吃。
民國75年元月間，高雄縣茄定鄉的養殖牡蠣呈現不正常的綠色，而且出現的養殖面積廣達四百五十公頃。經調查及實驗分析發現，茄定鄉養殖的牡蠣之所以變綠，是因為它位於二仁溪河口，而二仁溪上游有眾多的廢五金處理廠，業者以鹽酸、硫酸、硝酸等液體酸洗廢五金後，將未經處理的廢液直接排入二仁溪中。當這些含有高濃度重金屬污染的廢液隨著溪水流到河口後，附近養殖的牡蠣將銅離子吸收堆積在體內，顏色就轉變成奇異的翠綠色。
由於牡蠣對銅離子的毒性具有極高的忍受力，所以即使在體內堆積高濃度的銅離子也不至於死亡。但人類對銅離子的毒性非常敏感，微量吸收就可能引發中毒症狀，所以這些被污染的綠牡蠣只好全部焚毀以免危及民眾健康，而因此所造成的損失估計高達四千餘萬元，這就是台灣水質污染史上名噪一時「綠牡蠣事件」。
大氣的問題 空氣污染 空氣污染(Air pollution)是指在某一區域內，空氣中被輸入一種或多種的污染物，並持續一段時間足以對動、植物和人類產生危害的現象。
粉塵 光化學煙霧 二氧化硫 氮氧化物 一氧化碳 氟化氫
圖 6-6
圖 6-7
圖 6-8
圖 6-9
酸雨 pH值低於5.6的雨水即是所謂的酸雨(Acid rain)。其形成的原因是：空氣中的一氧化氮或二氧化硫接受陽光照射後產生光化學氧化作用，其後再和空氣中的水蒸氣結合而變成硝酸或硫酸，而該類酸液溶在雨水中落下即成酸雨。
大氣溫室效應 地球溫度升高是因為大氣中的「溫室氣體」濃度增加，使得地球有如一個溫室般的在吸收熱能，這就是所謂的「大氣溫室效應」。 溫室氣體指的是二氧化碳、甲烷、臭氧等，其中最主要的是二氧化碳。
大氣溫室效應究竟如何形成？ 大氣溫室氣體增加 短波光穿透氣層進入地球 長波輻射被溫室氣體截留 氣層溫度提高
臭氧層破壞 臭氧在大氣中依其不同的位置而扮演兩種不同的角色，如果存在大氣底下的對流層，它是一種污染氣體，對生物有害且會增強大氣溫室效應；但若是存在距離地面25～40公里上空的平流層裡的臭氧，卻可以隔離過量的太陽紫外線到達地球表面，所以對生物有重要的保護功能。 平流層中的臭氧來源是：紫外線照射氧分子形成游離氧原子(O2O+O)，而氧原子再和氧分子結合成臭氧(O+O2 O3)。
破壞臭氧層的氣體主要是氟氯碳化物(CFCs)。 逆溫層加重空氣污染的嚴重性 其中會使空氣污染的影響加重的是屬於「地形逆溫層」。這種逆溫層的出現需要三個條件配合：一是盆地地形；二是白天日照強烈；三是對流作用很小。
圖 6-10
海洋的問題 海域污染 造成海域污染的原因極為複雜，許多陸地上的污染源會隨著河流而注入海洋，由於海洋運輸與旅遊活動逐漸增加，許多船上的垃圾、廚餘、污水與含油廢水等也被非法排入海中，而更嚴重的「油污染」則來自海上油井與油輪的意外事故。
海岸線的破壞 人類經常會因為經濟或安全的理由而與海爭地，而這些人為建設過程中，由於缺乏正確的生態評估，所以常對海洋環境造成不可回復的傷害。
資源枯竭 由於人類漁撈科技的改進，以及漁獲努力量增加，造成全球性的過漁(overfished)現象；而漁業上的選擇性捕撈行為，大量捕捉同一種海洋生物的結果，導致海洋生態系的群落結構失衡。
圖 6-11
遊憩活動影響海洋環境 某些海上遊憩活動卻對海域環境帶來負面的影響。 無數沿著海岸而建的觀光飯店、旅館等，日以繼夜的將含有清潔劑和廚餘的廢水和廢棄物排入海洋之中。
圖 6-12
海域石油污染 海域污染的原因，除了傳統的有機污染和毒性污染外，近代因為人類對石油的依賴日深，海上鑽探、運輸等活動頻繁，使得海域遭受石油污染的危機比一般傳統污染更為嚴重。而這類污染的來源，有些是正常操作過程所難以避免的，例如油井鑽探及石油的裝卸或運輸過程等；但破壞範圍更大且影響層面深遠的石油污染，則是來自油井、油輪事故或油管破裂等意外事件，這類狀況所造成的大面積海域污染，經常使得生物棲地遭受嚴重破壞，甚至使得海洋生物大量死亡。
海域石油污染的情況究竟有多嚴重？可以從漏油事故的頻繁度窺見一斑。回顧近十年來，幾乎每年都會有震驚全球的油輪、油井或油管漏油事故發生。例如1992年12月，希臘油輪愛琴海號在西班牙西北海岸擱淺；1993年6月，布里爾號在蘇格蘭東北海域擱淺；1996年2月，海洋女王號在威爾士海岸擱淺；1999年12月，埃里卡號在法國西海岸觸礁斷裂；2000年6月，珍寶號油輪在南非開普敦海域沉沒；2001年3月，波羅的海一艘油輪與貨船相撞；2002年11月，威望號油輪在西班牙海域沉沒……等等，其所洩漏的石油動輒以千萬加侖計，而造成生物死亡的數量以及對海域生態的破壞程度，根本無法確切評估。
台灣海域的石油污染同樣無法倖免，第一件大範圍的污染事件發生在1977年2月，一艘滿載原油的科威特油輪布拉格號在前往深澳油港時，於基隆近海觸礁沉沒，三萬餘噸的原油全部洩漏出來，使得東北角海岸造成空前的生態浩劫。其後，還有1995年和1996年的輸油管線破裂事件，導致後龍溪及大林外海的農田、海岸遭受污染。而最近在墾丁國家公園發生的阿瑪斯號龍坑海域漏油事件(2001年1月)，由於事發在春節假期，再加上除油設備不足、缺乏處理經驗以及海象惡劣等因素，導致近1100噸的油料外洩且漂流擴散，估計海上污染面積廣達20公頃，而龍坑生態保護區被污染的海岸線則有數公里，其所造成的生態破壞到目前為止仍然無法評估。
圖 一
土壤的問題 土壤污染 土壤的污染源，可分為： 重金屬 有毒物質 固體廢棄物
鎘米事件 1955年，日本富山縣神通川流域有一千多人罹患了一種怪病，患者身體的骨骼、關節變形，而且伴隨著劇烈的疼痛，其中有102人因此不治死亡。之後日本厚生省經過十幾年的調查，終於在1968年確定是附近工廠排放出含鎘的廢水污染了稻田，而當地農民長期食用被鎘污染的稻米後，就得到這種嚴重的不治之症，也就是舉世皆知的「痛痛病」。
從「痛痛病」患者身上可以檢查出來的臨床症狀包括有貧血、肝功能異常、腎小管受損、大量的鎘堆積在肝臟及腎臟等，而長期患病者由於鈣質和蛋白質從尿液中流失的結果，終於引發骨質鬆軟、骨骼變形、關節疼痛等種種骨骼性相關病變。更不幸的是，由於鎘中毒沒有解毒劑，所以沒有根治的方法，醫生只能以藥物針對疼痛給予治標性的治療，所以患者一輩子都無法逃脫疼痛的糾纏。
台灣在1983年也發生同樣的鎘污染事件，當時桃園縣觀音鄉大潭村的高銀化工排出含鎘廢水污染了灌溉溝渠，使得附近生產的稻米含有高濃度的鎘；第二年，同縣的蘆竹鄉中福村也發現因基力化工污染農田而產生鎘米，這就是台灣的「鎘米事件」。
鎘米一樣對台灣民眾造成身心威脅。但在地小人稠的台灣，由於工業區與農業區不能明確劃分，而且工廠的污染防治工作沒有確實執行，鎘污染以及其他的重金屬污染並沒有因為鎘米事件而消失。例如2001年9月，雲林縣虎尾鎮的稻米被驗出鎘含量過高；同年11月，彰化市西門口段與西勢仔段發現農地受到鎘與鋅的污染等，都顯示台灣的土壤一直都擺脫不了重金屬污染的威脅，而民眾的飲食安全與身心健康，也始終不能得到明確的保障。
土壤流失 水土保持的第一要務，是保護地表上有良好的植被存在。 地層下陷 造成層下陷的原因有地殼變動和人為促成兩種。
圖 6-13
沙漠化 由於人類砍伐森林、過度耕作、過度放牧（圖6-14），再加上全球變暖及雨量減少等因素，使得地球原有的沙漠面積擴大，甚且原有的耕地、牧地也完全喪失生產力，這就是世界性的沙漠化問題。
圖 6-14
鹽化 鹽化是指土壤中堆積太多的鹽分，使得農作物不能生長而失去生產力。造成鹽化的原因大概有三種：其一是抽取含鹽的地下水灌溉，經長期累積後土壤的鹽分提高。其二是沿海低窪或地層下陷區域被海水倒灌過所致。其三是養殖漁業蓄意抽取海水到陸地養殖。
圖 6-15
物種滅絕的問題 生物何以會如此快速的消失或瀕於絕種，分析其原因有下列幾項： 棲息地被破壞 人為獵殺 受外來種壓迫 污染
圖 6-16
圖 6-17
圖 6-18
物理污染 噪音污染(Noise pollution) 放射線污染 環境中的放射線污染源有醫療射線、核武試爆、核能工業以及核能發電。 熱污染 所謂「熱污染」(Thermal pollution)，是指環境中被加入一些無用的廢熱，致使氣溫、水溫因而提高，故又稱為「熱能輸入」。
熱污染的來源及影響可分為下列三種類型來說明： 機械運轉廢熱 化石燃料廢熱 核能廢熱
圖 6-19
祕雕魚事件 民國82年7月間，台北縣金山鄉有部分釣客於核二廠溫排水出水口附近捕獲許多身體扭曲變形的小魚，因為牠們彎腰駝背的樣子很像60年代史艷文布袋戲中的祕雕，所以被戲稱為「祕雕魚」。後來經鑑定知道，祕雕魚其實是台灣海域常見的魚類，原來的中文名稱是花身雞魚，閩南話則叫牠「花身仔」。
讓花身雞魚變成祕雕魚的原因一開始引起諸多揣測，而由於發現的地點距離核一、核二場很近，難免讓人引發輻射外洩導致生物突變的疑慮。而後經研究單位與學術單位調查，終於確認海水溫度過高才是造成花身雞魚身體畸形的主因。至於海水溫度為何升高，則是因為核二廠日以繼夜抽取海水冷卻核子反應爐後再排回海中，這些溫排水雖然沒有輻射污染之虞，但卻會造成海水溫度上升，夏季時甚至可以高達40℃左右。而當花身雞魚的受精卵或仔魚在此高溫環境下發育時，有部分魚苗就會出現脊椎彎曲等病變，這就是發生在台灣的海洋熱污染引發生物畸形的案例，也是一般人所慣稱的「祕雕魚事件」。