草嶺地震崩塌地自然與 人工植群復育之比較研究

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1 草嶺地震崩塌地自然與 人工植群復育之比較研究
指導老師：鄭皆達 學 生：王英任 學 號：

2 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 前言： 從921大地震之後，約1,260,000,000 M3 的土石滑落清水溪河谷，長達5Km 的崩塌土石截斷原有的溪流，形成天然的堰塞湖，即「新草嶺潭」。 崩塌地的立地條件極不穩定，除地勢陡峭；崩塌地上的沖刷土層深度大部分都小於50 cm，不只缺乏養分，亦很少有土壤可供植物定根，再加上崩塌地基面仍處在滑動中，對於復原造林而言，為困難度相當高的瘠劣生育地，因此山崩的防治裡首重坡面的穩定及植生綠化的導入，以加速恢復森林植生，期使迅速達到坡面安定、抑制土砂的沖蝕及下移。

3 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 人力所能處理的，政府已經有在進行復育規畫，而人力所未及的崩塌地，已由先驅植物進入，發展族群，已呈現動態之演替。在崩塌地，造林方法與造林樹種的選擇，可以提升崩塌地復育時效與成功的機率。 本研究希望藉由基礎面之調查，應用植群分析模式，針對崩塌地區的自然環境、植物種類、植物社會、育林技術的導入等加以探討；並且蒐集歷年來施行之人工復育技術種類、樹種、經費等資料，評估其效益，並與自然復育作比較，了解兩者之間的同質性與異質性，作為生態復育管理之參考。

4 試驗地： 選取較平緩且已有自然植生植入的崩塌跡地，樣區設置於： 1.靠近清水溪，屬於「沖蝕區」的斷面，海拔高約
前言 研究方法 結果與討論 結論建議 試驗地： 選取較平緩且已有自然植生植入的崩塌跡地，樣區設置於： 1.靠近清水溪，屬於「沖蝕區」的斷面，海拔高約 600 m 處，設立自然復育樣區。 2.在堀坔山東嶺之西南面的崩積區，海拔高約800 m 處，以人工乾砌石後，再施行人工復育造林之區 域，設立人工復育樣區。 使用衛星定位儀定位，隨後進行植物標本採集、製作及名錄建立等工作，提供作為植群分類之參考依據。

5 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 本研究區域於自然復育區設置A、B 二個樣區，及人工復育區C、D 二個樣區，樣區面積分別為20 m× 20 m 為一單元，其內再各設16個5 m × 5 m 的連結小樣區。

6 研究方法： 本研究以四種主要型式分類如下： (1) 喬木植物（phanerophytes）：樹高在2-30m之樹木。
前言 研究方法 結果與討論 結論建議 研究方法： 本研究以四種主要型式分類如下： (1) 喬木植物（phanerophytes）：樹高在2-30m之樹木。 (2) 灌木植物（nanophanerophytes）：樹高在0.25-2m 之木本植物。 (3) 草本植物（hemicryptophytes） (4) 藤本植物（cryptophytes）：生存位於攀援狀之莖的先端，木質藤本屬之。 以上所述之生活型，是以種子植物進行分析。

7 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 蕨類植物Raunkiaer（1934）則另提出蕨類商數（Pteridophyte-Quotient, Ptph-Q）之計算，以顯示蕨類與種子植物之比例。根據蕨類商數之計算結果，可據以推判生育地土壤水分賦存狀態，進而說明氣候的乾濕現象與有無明顯之乾季。蕨類商數係以調查所得之植物名錄，依下列公式計算： Ptph -Q = B × (25/A) 式中： B 為蕨類植物種數 A 為種子植物種數

8 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 研究植物社會之特徵，需對植物加以定量，其目的是尋求各種植物在社會中之重要性，或數量之百分比，以確定在某種環境下之優勢度，找出優勢樹種。因此，通常採用植物社會介質來加以指示出控制植物社會環境的優勢種。 研究調查之資料加以整理後，分喬木層及地被層，計算各樹種在樣區之密度、頻度及優勢度，喬木層之重要值為相對密度（relative density, RD）及相對優勢度（relative dominance, RDo）之總和；地被層之重要值為相對頻度和相對優勢度之總和，以重要值指數（Important Value Index, IVI）表示，此指數區分出優勢的先後順序，各物種重要值指數總和之值為200%。

9 各種介量之計算方式分列如下： 頻度(Frequency) =某種植物出現之樣區數/所調查之總樣區數 密度(Density) =某種植物株數之總和/所調查之總樣區面積 喬木層優勢度(ODo,%) = (某種植物之地徑平方和/所調查之總樣區面積)*100 地被層優勢度(UDo,%) = (某種植物覆蓋面積/所調查之總樣區面積)*100 相對頻度(RF,%) = (所有植物頻度之總和/某種植物之頻度)*100 相對密度(RD,%) = (所有植物密度之總和/某種植物之密度)*100 喬木層相對優勢度(ORDo,%) = (某種植物之優勢度/所有植物優勢度之總和)*100 地被層相對優勢度(URDo,%) = 喬木層IVI= (ORD)%+ (ORDo)%=200 地被層IVI= (URF)%+ (URDo)%=200

10 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 在一樹木族群中，各種年齡或齡級與出現株數之分布關係，稱為族群結構（population structure），通常以齡級與各齡級出現之密度，標示於座標圖中，以曲線表示其年齡分布，可稱為齡級分布圖。此圖可用於表示族群動態（population dynamic），預測該族群過去與未來之消長情形，亦可指示其天然更新之狀態，故為森林演替研究方法之一。 然而樹木之年齡，可依年輪而計算之，但較麻煩，有時可用胸高直徑表示齡級，直徑級可大約顯示不同之齡級，而徑級結構有時比齡級結構對植群的動態，更具有指標作用。

11 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 生物歧異度（ biological diversity）為自然資源保育之重點，多樣化的生物種類代表可利用資源的多寡。歧異度是一地區物種的數量化指標指示，歧異度高，表示食物鏈較長，生物容易發生共生（symbiosis）現象，負反饋作用也較顯著，因而增加社會之安定性。在穩定生態系中，歧異度大，較能緩衝干擾或變動。反之，發育中之生態系則岐異度較小。 本研究以三種生態歧異度指數計算植群種類之歧異度，因地被植物為複雜之構生生物（modular organism），故將喬木層與地被層（難以計算株數，株數改為覆蓋面積）之種歧異度分別進行分析。

12 分析方法： (1)種豐富度（Species richness, R） R = S/N 前言 研究方法 結果與討論 結論建議
若種數S為1，總個體數N趨近於無限大時，則種豐富度R的數值趨近於０；當種數S等於總個體數N時，則種豐富度R的數值趨近於1。

13 (2)新浦森歧異度指數（Simpson index of diversity）
Dsi：植物社會的新浦森歧異度指數 ni ：第i 種植物的個體數 N：植物社會中所有植物種類個體數之總和 Pi：植物社會中，第i 種植物覆蓋之機率 Dsi 最大值是1，最小值為0。 若全區由單一種所組成，歧異度趨小；數值為1 之際，即全區為不同物種均勻分布，歧異度趨大。 (3)夏農歧異度指數（Shannon index of diversity） Dsh：植物社會的夏農歧異度指數 此指數受種數與總個體數之影響，種數愈多，種間個體分布愈平均，則指數值愈高。

14 結果與討論： 自然復育的植物社會： 植物組成
前言 研究方法 結果與討論 結論建議 結果與討論： 自然復育的植物社會： 植物組成 自然復育樣區的32個小樣區中，紀錄植物有蕨類5科5屬6種，被子植物32科59屬63種，沒有裸子植物出現；合計為37科64屬69種。

15 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 統計各樹種之重要值指數得知優勢樹種之重要值指數前三名為羅氏鹽膚木、血桐、山黃麻等為主要優勢樹。以羅氏鹽膚木為主優勢種之趨勢。蔓藤類以小花蔓澤蘭(Mikania micrantha)為優勢，草本植物方面主以禾本科及菊科植物為優勢。

16 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 山黃麻屬榆科，自然分布海拔1,500m 以下之亞熱帶溫潤氣候區，樹性偏陽，耐瘠、耐乾又耐濕，為低海拔崩塌地、溪畔沖積地或荒廢造林地次級演替初期入侵之先驅樹種，常與野桐等陽性樹種組成群落，容易形成甚大面積純林，對崩塌裸露地復育效果迅速，若不受干擾，約經5～6年形成鬱閉之次生林，山黃麻為典型之先驅樹種，常為演替初期喬木層的獨一優勢種。

17 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 在本研究中最優勢種為羅氏鹽膚木，重要值84.75，山黃麻18.88 僅居次優勢種，地被植物亦隨之改變，由小花蔓澤蘭、甜根子草、小白花鬼針所取代。推究原因，乃生物族群對物理環境均有一定之耐性極限，生物之間又有食物鏈及其他相互作用的關係存在。因此在廣大空間及漫長之時間上，由於環境不均勻分布及隨時間的變化，生物種常有發生取代之現象。

18 經調查計有28種木本植物，各樹種之徑級結構統計：
前言 研究方法 結果與討論 結論建議 經調查計有28種木本植物，各樹種之徑級結構統計：

19 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 羅氏鹽膚木漆樹科，對海拔高度的適應範圍很大，從平地至海拔約2,200m 之山區均能生長，多生育於開曠向陽山坡，崩塌地最為常見，極為耐旱，對草嶺崩塌地調查歷經7 年之演替，族群動態已由結果之山黃麻最優勢種轉為羅氏鹽膚木所主導。由圖2 顯示羅氏鹽膚木、小葉桑、野桐之徑級分布曲線多呈反J型分配，可以認為本區植物社會更新狀態良好且漸趨穩定之狀態。

20 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 而每年歷經颱風暴雨沖刷，加上山黃麻本身枯損率高，其殘留孑遺亦將逐年消失，推測於20年內終將全部為其他樹種所取代。所以崩塌跡地森林社會之演進，隨著土壤的生成、環境的改變，較耐蔭樹種如小葉桑、山桂花、香楠、臺灣朴樹、鐵雨傘等逐漸出現，只要不再繼續發生崩塌，應可朝向較佳的森林社會演進。 自然復育區草本植物之重要值分析結果，小花蔓澤蘭之重要值達40.50，未來可能繁衍覆蓋整個地區，對於本區植物所造成的威脅將不可輕忽，亟需於來年繼續追蹤調查，提供土地管理單位防治之參考。

21 經分析統計各樹種之重要值指數，由表7得知本研究區優勢樹種之重要值指數前三名為光蠟樹、櫸樹、羅氏鹽膚木等出現頻率最高。
前言 研究方法 結果與討論 結論建議 人工復育的植物社會： 在人工復育樣區的32個小樣區中，紀錄植物有被子植物16科37屬39種，沒有蕨類植物及裸子植物出現。人工復育樣區自921 崩塌後，歷經飛播造林、人工造林復育，經調查結果主要木本植物為光蠟樹（Fraxinus griffithii）、櫸樹（Zelkova serrata）、羅氏鹽膚木等。 經分析統計各樹種之重要值指數，由表7得知本研究區優勢樹種之重要值指數前三名為光蠟樹、櫸樹、羅氏鹽膚木等出現頻率最高。

22 其中唯羅氏鹽膚木為崩塌跡地自然演替之先驅優勢種。蔓藤類植物僅出現葛藤一種。草本植物方面以五節芒、甜根子草等植物居多。
前言 研究方法 結果與討論 結論建議 其中唯羅氏鹽膚木為崩塌跡地自然演替之先驅優勢種。蔓藤類植物僅出現葛藤一種。草本植物方面以五節芒、甜根子草等植物居多。 本復育區自2003 年開始施行人工栽植，栽植樹種為光蠟樹、櫸樹)，歷經3年撫育，植群結構呈現短反J型小徑木級生長情形詳如圖3，圖3中所示羅氏鹽膚木小苗，在本區自然演替生長情況，不亞於人工栽植樹種之優勢；其餘自然入侵樹種如相思樹、白花鐵富豆（Tephrosia candida）、臺灣馬桑（Coriaria japonica）亦朝向族群發育拓殖之初期階段。 光蠟樹、櫸樹為人工復育樣區自2003 年經人工栽植之樹種，以每ha栽植株數1,500 株，歷經3年之撫育生長，目前成活率維持在90%左右。

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24 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 人工復育成本： (1)飛播造林 以種子與羧甲基纖維鈉黏著劑混合攪拌均勻製成團粒狀。卻均未發現團粒內種子發芽之現象；因此二次的飛播造林均告失敗。此次飛播試驗總經費339,810 NTD，飛播試驗平均費用1,360 NTD/ha。 (2)人工造林 從事崩塌地源頭整治工作辦理種子撒播面積19.5 ha和一些設施，共計結算經費8,980,130 NTD。於2005 年開始新植、補植及後續撫育工作，執行面積57.49 ha，栽植樹種為櫸樹、光蠟樹、茄苳、楓香、相思樹等，成活率90%。總計執行面積83.87 ha，支出經費11,351,455 NTD。

25 為瞭解自然與人工復育區植群差異情形，本研究將維管束植物生活型統計、蕨類商數、重要值對照、族群結構組成比較及物種歧異度進行分析比較如下：
前言 研究方法 結果與討論 結論建議 自然與人工復育區植物組成比較： 為瞭解自然與人工復育區植群差異情形，本研究將維管束植物生活型統計、蕨類商數、重要值對照、族群結構組成比較及物種歧異度進行分析比較如下： 植物生活型與蕨類商數 1.植物生活型： 植物生活型以維管束植物為對象，分析自然與人工復育區植物之生活型。

26 蕨類商數僅計算植物的種數，未涉及量的多寡，為植物社會定性的特徵，其主要功用在與生活型譜相對照，以應證植物與氣候之相關程度。
前言 研究方法 結果與討論 結論建議 2.蕨類商數 蕨類商數僅計算植物的種數，未涉及量的多寡，為植物社會定性的特徵，其主要功用在與生活型譜相對照，以應證植物與氣候之相關程度。 蕨類植物性喜生長於潮濕多雨之環境，且對生長環境具有較高的敏感度，當環境發生變化其種類與組成將隨之改變，是故蕨類商數常被使用於環境監測的生物指標。 計算之蕨類商數為2.17，相較於臺灣全島（海拔0～3,952m）之4.25 及中部地區非崩塌地調查區之蕨類商數介於3.69～8.59 明顯較低，所以目前不適於蕨類植物之生長。

27 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 (2) 重要值對照 由表13得知在自然復育樣區調查所得之木本植物樹種有28種，羅氏鹽膚木、野桐、相思樹、臺灣懸鉤子、波葉山螞蝗等5種為共同出現種。另由重要値指數得知，自然與人工復育區羅氏鹽膚木的重要値指數分居第一、三名，顯示整個植生狀態其族群結構是由羅氏鹽膚木所主導，該樹種已成為草嶺崩塌區之優勢種。

28 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 (3) 族群結構組成比較 經調查樣區內出現之物種，自然復育區木本植物，徑級不超過4公分之樹種數佔總株數的88.89%，人工復育區木本植物，徑級不超過4公分之樹種數佔總株數的96.24%，由此分布趨勢可以認為整個崩塌區域尚處於演替初期。 本研究調查已屆7年時間，以自然復育區依自然演替方式，使植生恢復覆蓋之成果；與人工復育區歷經3 年之新植、撫育投注之經濟成本，得知所組成之植群社會生態系的循環作用，比較人工復育樣區植物單純性有顯著差別。

29 自然復育區植物社會組成較複雜，對於外界的干擾承受力較高，森林發育亦處於較為穩定的植物社會。
前言 研究方法 結果與討論 結論建議 (4) 物種歧異度分析 自然復育區植物社會組成較複雜，對於外界的干擾承受力較高，森林發育亦處於較為穩定的植物社會。 人工復育區為維護復育目的樹種之生長，每年仍依照林務單位撫育作業模式，將非目的植物予以移除，可將之視為對於植物社會之衝擊；依據物種歧異度分析可知，無論總種數、總株數、種豐富度、新浦森指數及夏農指數等介量分析結果，自然復育區均優於人工復育區。

30 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 結論： (1) 植物組成以羅氏鹽膚木為最優勢種，徑級不超過4 公分之木本植物536株佔總株數的88.89%，可預知研究區之崩塌地正處於演替初期。 (2) 歷年颱風暴雨沖刷，形成河道、沖積地，地表不穩定，山黃麻幼苗無法生存，加上山黃麻本身枯損率高，殘留孑遺亦逐年消失，推測於20年內終將全部為其他樹種所取代。 (3) 計算之蕨類商數為2.17，相較於臺灣全島之4.25 及中部地區非崩塌地調查區之蕨類商數介於3.69～8.59 明顯較低。人工復育區因經年施行撫育作業之干擾，降低地被覆蓋度，致無蕨類植物出現，顯示此生育地微環境條件目前偏於乾燥狀態。

31 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 (4) 自然復育樣區之植物社會中，羅氏鹽膚木、小葉桑、野桐之徑級分布曲線多呈反J 型分配，整個森林演替的走向尚在蓬勃發展中，並朝近乎極相動態穩定之森林邁進。山黃麻、血桐接近鈴型分配，為處於森林發育初期或演替初期，推測不久將被其他樹種所取代。 (5) 人工復育樣區，經過空中撒播相思樹等及提供擴大就業勞工從事苗木栽植相關工作，以及林務局劣化地復育造林工作，成活率達90%。各樹種之徑級結構統計，由胸徑小於4 ㎝以下佔總株數96.24%，顯示本研究區為演替初期之林相，植物社會結構將朝人工撫育樹種為主要優勢種之方向生長。

32 人工復育樣區共計施行面積130.37ha，支出總經費20,331,585元，每公頃單位成本155,952.94元。 (7)
前言 研究方法 結果與討論 結論建議 (6) 人工復育樣區共計施行面積130.37ha，支出總經費20,331,585元，每公頃單位成本155,952.94元。 (7) 本研究分析結果，由種豐富度指數、新浦森指數、夏農指數去比較自然復育區和人工復育區種數，進行分析得知，自然復育區比人工復育區植物社會組成較為複雜，對於外界的干擾承受力較高，森林發育亦處於較為穩定的植物社會。 所以人工撫育作業對於樣區內植物社會之衝擊與影響，生物多樣性因之而受到抑制。 惟人工復育區尚處於目的撫育作業階段，人工復育成效及其對於植物社會之衝擊與影響，仍有待於未來繼續追蹤與調查。

33 前言 研究方法 結果與討論 結論建議 建議： 針對實際需要的區域作適度復育工作，並選擇具水土保持、安定土壤，能於瘠劣地生長之適宜樹種如櫸樹，其餘區域則以「時間」為復育方法，任其進行自然演替為佳。

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