ENVIRONMENTAL SCIENCE

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1 ENVIRONMENTAL SCIENCE
What are ENVIRONMENTAL SCIENCE 13e 第5章：維持生物多樣性： 生態學方法 Sustaining biodiversity: Ecology approach

2 馬塔伊Wangari Maathai 及綠帶運動Green Belt Movement
始於1977年肯亞。 組織貧窮的肯亞農村婦女。 由5萬名草根成員組成的團體。 種植及保護超過3,000萬棵樹木。 水果 建材 薪材 綠帶運動成功帶動超過30個非洲國家成立類似方案。 2004年因為馬塔伊終身的努力， 成為第一位獲得諾貝爾和平獎的非洲女性與環保人士。

3 5-1 森林生態系承受的威脅(major threat) 是什麼？
在生態意義上，全球許多地方寶貴的森林生態系正以無法承受的速度遭受砍伐並焚燒。

4 森林因年齡、形成和起源而各不相同 自然和人造森林約占地球陸地表面的30%（不包括格陵蘭和南極）。
原生林 (old-growth forest) 次生林 (second-growth forest) 造林地 (tree plantation, tree farm)

5 原生林 (old-growth forest)

6 造林地 (tree plantation, tree farm)
移除較弱的 樹木 25 年 皆伐 Figure 9.3: Short (25- to 30-year) rotation cycle of cutting and regrowth of a monoculture tree plantation in modern industrial forestry. In tropical countries, where trees can grow more rapidly year-round, the rotation cycle can be 6–10 years. Old-growth or second-growth forests are clear-cut to provide land for growing most tree plantations (see photo, right). Question: What are two ways in which this process can degrade an ecosystem? 30 年 15 年 生長年數 栽種 樹苗 5 年 10 年

7 造林地 (tree plantation, tree farm)

8 自然資本 森林 生態服務 經濟服務 維持能量流動及化學循環 薪材 Figure 9.4: Major ecological and economic services provided by forests (Concept 9-1). Question: Which two ecological services and which two economic services do you think are the most important? 減少土壤侵蝕 木材 吸收並釋出水分 供應造紙用紙漿 淨化水和空氣 採礦 影響當地和區域的氣候 家處放牧 儲存大氣中的碳 休閒娛樂 提供眾多野生動物棲息地 工作機會

9 收穫樹木的幾種方式 一：建立進入砍伐及搬運木材的道路 增加土壤侵蝕 讓森林暴露於外來入侵
讓礦工、農場主、農民、獵人和騎越野車者得以出入原來無法進入的森林 二：伐木作業 擇伐 皆伐 帶狀採伐法

10 自然資本劣化 清除小區 以放牧 新道路 公路 清除小區 當農地
Figure 9.5: Natural capital degradation: Building roads into previously inaccessible forests is the first step to providing timber, but it also paves the way to fragmentation, destruction, and degradation of forest ecosystems. 原生林

11 收穫樹木的方式 (a)擇伐法 清澈溪流 Figure 9.6: Major tree harvesting methods.
Question: If you were cutting trees in a forest you owned, which method would you choose and why?

12 收穫樹木的方式 (b)皆伐法 混濁溪流 Figure 9.6: Major tree harvesting methods.
Question: If you were cutting trees in a forest you owned, which method would you choose and why?

13 收穫樹木的方式 (c)帶狀採伐法 未砍伐 1 年前砍伐 泥土路 3-10年前砍伐 清澈溪流
Figure 9.6: Major tree harvesting methods. Question: If you were cutting trees in a forest you owned, which method would you choose and why?

14 皆伐之一例

15 火災也有益於森林生態系 地表火 (Ground fire) 樹冠火 (Crown fire)
通常只會焚燒林下的矮樹叢和森林地表面的枯枝落葉。 有一些生態效益。 樹冠火 (Crown fire) 火勢跨越樹梢到其他樹梢，燃燒整個樹林。 溫度極高的火災。 通常見於數十年都沒有發生過地表火的森林中。

16 地表火 (Ground fire)

17 樹冠火 (Crown fire)

18 森林砍伐 已砍伐全球將近半數的森林 過去的8,000年由於人類活動已使地球原始森林覆蓋率減少約 46%，而大部分發生在過去的60年間。
森林砍伐 已砍伐全球將近半數的森林 過去的8,000年由於人類活動已使地球原始森林覆蓋率減少約 46%，而大部分發生在過去的60年間。 大多發生在赤道地區的開發中國家。 如果繼續依照目前的森林砍伐率，全球大約40% 現存完好的森林將在20年之內或更早被砍伐或改作其他用途。

19 自然資本劣化 森林砍伐 土壤侵蝕增加導致地力變弱 受侵蝕土壤形成逕流進入水生系統 引發地位特化的物種過早滅絕 鳥類和蝴蝶等遷徙物種失去棲息地
過度皆伐導致地區性氣候變遷 將CO2釋入大氣 加劇洪水泛濫

20 有關森林利用的一些好及壞消息 從2000年至2007年之間，有幾個國家的森林覆蓋率總淨額變遷不大或是增加。
由於商業造林地的擴增增加了森林的覆蓋率。 由於商業造林地的增加，一些森林生態系的生物多樣性和穩定性的減損。

21 美國的森林 占美國土地總面積的30% 是該國80%以上野生物種的棲息地 美國地表水約有三分之二由森林供應
美國森林（包括人造林在內）面積相較1920年增加。 經次級生態演替而重生。 全美國各地已有相當多樣的次生林形成（有些地區則為第三級生長林）。 美國每年新生的樹木數量都超過被砍伐的數量。 受保護的森林已占森林總面積的40%。 愈來愈多美國尚存的原生林和相當多樣的次生林被皆伐，被相當單調生物相的造林地所取代。

22 熱帶森林正在迅速消失 熱帶森林約占地表面積的6%。 全球至少半數的已知陸地動植物居住在熱帶雨林中
由於這些物種特殊的生態地位(niche)，它們很容易便滅絕。 全球熱帶森林估計每年消失50,000平方公里到每年170,000平方公里。 無法經由次生林或商業林而再生。

23 砍伐熱帶森林原因多樣而複雜 人口成長與貧窮。 經濟因素 伐木 放牧 耕種 政府補貼
亞馬遜河流域廣泛的森林火災正不斷提高溫度和減少降雨量，改變氣候模式。

24 造成熱帶森林破壞及劣化的主要原因 自然資本劣化 主要原因 次要原因
不重視生態服務 作物和木材出口 政府政策 貧窮 人口成長 興建道路 開墾者的農耕活動 開闢牧場 人造林 火災 經濟作物 伐木 Figure 9.11: Major interconnected causes of the destruction and degradation of tropical forests. The importance of specific secondary causes varies in different parts of the world. Question: If we could eliminate the basic causes, which if any of the secondary causes might automatically be eliminated? 開闢牧場 人造林 伐木 經濟作物 開墾者的 農耕活動 火災 興建道路

25 5-2 我們應該如何管理和維護森林？ 可透過強調森林的生態服務價值，廢除加速破壞森林的政府補貼以保護原生林，使砍伐樹木速率低於回復速率，並種植樹木維持森林經濟價值。

26 解決方案 永續性林業 識別和保護林區高生物多樣性 多採取擇伐及帶狀採伐法 不要在陡峭坡地進行皆伐 不要砍伐古老的森林
大幅減少開路進入未被砍伐的森林 將枯立木及倒下的木材留在原地，供野生生 物棲息及營養素循環 在主要以被砍伐和劣化的土地上種植植物 對以永續方式生產的木材給予認證 將樹木及森林的生態服務，計入其經濟價值

27 改善森林火災的管理 所有森林火災不都是有害且應被預防或撲滅。 試圖預防所有的森林火災，會使某些森林中高度易燃的林下灌木及小樹增加。
施放小型受控制的地表火，或在高風險的森林地區清除易燃的小型樹木及林下灌木。 限定火 在公共土地上，任由許多火災燃燒。 將容易發生火災的森林予以疏伐。 在易生火災地區圍著建築物清理出約60公尺的隔離帶。 停止使用木製屋頂等易燃的建材。

28 減少採伐樹木的需求 砍伐樹木的原因之一是為了提供造紙的紙漿。 替代方法 中國採用稻草等農業的廢棄物來製造許多他們所使用的紙。
紅麻;紅麻的纖維可以製造非木纖維的紙。

29 如何減少熱帶雨林砍伐 債務交換自然 (Debt-for-nature swap)
保育讓步 (Conservation concessions) 使用帶狀採伐法 使用木材代用品

30 維持熱帶森林 解決方案 預防 復育 保護最多樣化及瀕臨 絕滅地區 教育開墾者從事永續 農業及林業 僅提供補助給永續性 的森林使用 以債務交換自然及保 　育讓步（conserva- 　tion concessions） 　方式保護森林 對永續生長木材給予 　認證 減少貧窮問題 減緩人口成長 經由次生演替鼓勵森林 　復育 Figure 9.15: Ways to protect tropical forests and use them more sustainably (Concept 9-2). Questions: Which three of these solutions do you think are the most important? Why? 修復以劣化的地區 將農耕及放牧活動集中 　在森林已被清除地區

31 5-3 我們應該如何管理和維護草原？ 可藉由控制放牧牲畜的數量及分布區域和復育劣化的草原來維護草原的生長。

32 草原 (Grass) 提供許多重要生態服務 第二個人類最常利用與改變的生態系
牛、綿羊、山羊的放牧約占全球草原放牧的42% – 牧場 (rangelands)（無圍欄 ）和牧草地 (pastures)（將草原或草場圍封起來） 過度放牧 (overgrazing)

33 過度放牧 輕度放牧 fence fence

34 更永續性的牧場管理 輪牧 (rotational grazing) 遠離溪濱地帶 (riparian zone) 抑制不需要的入侵植物生長
使用除草劑 機械除草 控制性的焚燒 讓大批牲畜在短期控制下去踐踏該植物

35 overgrazed natural regeneration

36 5-4 我們應該如何管理和維護國家公 園和自然保護區？
5-4 我們應該如何管理和維護國家公 園和自然保護區？ 需要投入更多的資源以維護現有的國家公園和自然保護區，並保護地球尚未被干擾到的陸地地區。

37 國家公園 現今全球各地120個國家中，共有超過1,100個以上的國家公園。 僅1%的國家公園真正受到保護 當地人為求生存侵入公園 伐木 採礦
野生動物盜獵

38 國家公園保護問題 非法伐木 非法採礦 野生動物盜獵 (poaching) 大部分國家公園面積都太小，不足以支持大型動物的生存。
外來物種的入侵。

39 美國國家公園的壓力 58座國家公園。 公園最大的問題之一就是普及性。 遭受外來物種遷入或刻意引進的困擾。 形成受威脅的生物多樣性孤島。
國家公園需要至少60億美元的經費。

40 自然保護區 (Natural reserves) 僅占地球陸地的一小部分
目前全球有12%的土地屬於受到嚴格或部分保護。 其中僅有不到5%的土地真正受到保護 –我們把地球95%的陸地都留給自己使用。 需要保護 要建立包含多種地球生物量的全球生物多樣性保護區系統，使全球20%的土地都能受到完全的保護。 保護所有的物種。

41 自然保護區的解決之道 「生態保險政策」 以緩衝區概念來設計並經營自然保護區。 當地居民可以在緩衝區內，以不損及核心區的方式永續利用資源。
聯合國：在105個國家中建立共計531個生物圈保護區的全球網路。

42 個案分析 ：哥斯大黎加 (Costa Rica)
生物多樣性的超級強國 (global conservation leader)。 四分之一的土地都已納入該系統中，公園與保護區被整合成8個超級保護區 (megareserves)。 政府已不再補助將森林變為牲畜放牧地的行為。 提供土地所有人資金，以維持或恢復樹木覆蓋率。 生態旅遊收入增加。

43 8個超級保護區 尼加拉瓜 加勒比海 哥斯大 黎加 Figure 9.18: Solutions: Costa Rica has consolidated its parks and reserves into eight zoned megareserves designed to sustain about 80% of the country’s rich biodiversity. Green areas are protected reserves and yellow areas are nearby buffer zones, which can be used for sustainable forms of forestry, agriculture, hydropower, hunting, and other human activities. 巴拿馬 太平洋 國家公園地 緩衝區

44 保護荒野 (wilderness) 是保護生物多樣性的重要途徑
保存生物多樣性 保護荒野演化中心的地位

45 個案分析：美國荒野保護的爭論 1964年國會通過荒野法案 (Wilderness Act)。
1970年至2008年間，美國受保護的荒野面積增加十倍。 美國只有4.6%的土地被當做荒野保護，而其中近四分之三位於阿拉斯加州。

46 5-5 我們如何協助維持陸地生物的多樣性？ 藉由識別和保護受到嚴重威脅的地區（生物多樣性熱點）(biodiversity hotspots)
5-5 我們如何協助維持陸地生物的多樣性？ 藉由識別和保護受到嚴重威脅的地區（生物多樣性熱點）(biodiversity hotspots) 恢復受到破壞的生態系統（使用復育生態學）與其他物種 分享被人類占用的土地（使用調和生態學）協助維護陸地生物的多樣性。

47 生態系保護的三項原則 畫出全球陸地和水生生態系地圖。 安置並保護最瀕臨絕滅的生態系統和物種，並將重點著重於保護植物多樣性和生態系的服務。
設法盡可能恢復已劣化的生態系。

48 保護全球生物多樣性熱點 在17個生物多樣性極其豐富的國家，大多數擁有大面積的熱帶森林，包含超過全球三分之二的物種。
開發中國家在經濟上貧窮，卻具有豐富的生物多樣性

49 生態復育 (ecological restoration)
恢復 (rehabilitation) 取代 (replacement) 創造人工生態系 (creating artificial ecosystems)

50 基於科學復育與恢復的四個步驟 確認劣化的原因。 減少或停止不當使用環境因子。 如果需要應重新引入物種。
保護該地區免於進一步的劣化和容許生態演替發生。

51 調和生態學 (reconciliation ecology)
這種科學著重於人們生活、工作或遊戲的地方，創造、建立和維護新的棲息地以保護物種多樣性。 人類可以學習為何保護當地的野生動物和生態系。 永續性的生態旅遊。 美國加州舊金山市的金門公園。

52 你能做些什麼？ 維持陸地生物多樣性 認養森林 種植並照顧樹木 進行紙類回收，購買回收紙製品的產品 購買永續生長樹木所致的木材及木製品
選擇木材代用品，如竹家具和再生塑膠的戶外家具、 露天平臺和圍籬 協助復育住家附近已劣化的森林或草原 在庭院中種植多樣化的本地植物，而非單一的草坪

53 5-6 我們如何協助維持水生生物的多樣性？ 可藉由建立保護區 管理沿海開發區 減少水污染 防止過度捕撈，以幫助維持水生生物的多樣性

54 對於水生生物多樣性的影響 (1) 人類活動破壞或使全球大部分沿海濕地、珊瑚礁、紅樹林和海洋底部劣化，同時也破壞世界許多的淡水生態系。
這些沿海棲息地正以2-10倍高於熱帶森林損失的速率消失。 海平面上升有可能摧毀許多珊瑚礁並淹沒某些保護紅樹林的沿海低窪島嶼。 每年都有數千艘拖網漁船刮傷海床，其面積約為每年被砍伐森林面積的150倍。

55 對於水生生物多樣性的影響 (2) 淡水水產區棲息地破壞 水壩 河流過度取水 造成瀕臨絕滅的威脅 34%海洋魚類物種 71%的淡水魚類物種
遠勝於任何其他物種

56 過度捕撈 (overexploitation)
漁場 (fishery) 漁足跡 (fish print) 所有國家共同過度捕撈，已造成全球海洋157%的非永續性。 自1950年以來，海洋中90%以上的大型、掠奪性公海區魚類已消失。 魚貨量（噸）

57 個案分析：漁業捕魚方法 拖網漁船 圍網捕魚 延繩釣 流網捕魚 魚類養殖籠 拖網漁船 測位飛機 聲納 圍網漁船 流網漁船 延繩釣船 漂浮 浮標
掛鉤的魚線 深海養殖籠 刺網捕到的魚

58 為什麼保護和維護海洋生物多樣性 這麼困難？
人類的生態足跡和漁足跡擴入水產領域是如此迅速。 多數人都看不見大部分海洋及其他水體所受到的損害。 人們認為海洋屬不會耗盡的資源。 世上大部分海洋不為任何國家的司法管轄權所及。

59 幾種方法可用來保護和維持海洋生物多樣性 保護瀕臨絕滅和受威脅水生物種。 建立海洋保護區。 海洋保護區－策略很快地驟效了。
建立一套整合性的海岸管理系統。 保護尚存的海岸區及內陸濕地不受破壞及劣化。

60 經營漁場 經營魚場 解決方案 漁業管制 規定遠低於永續收益的捕獲量 　改進監控並加強管制 伴隨捕獲 使用網眼較大的魚網，讓較 小的魚類可以逃脫 就海鳥及海龜加設魚網逃脫 裝置 頒布將食用魚類集商業魚類 丟回海中的禁令 Figure 9.24: Ways to manage fisheries more sustainably and protect marine biodiversity. Questions: Which four of these solutions do you think are the most important? Why? 經濟方法 大幅減少或取消對漁業的補助 對在公有近岸水域捕撈魚類及 貝類的活動收費 對永續漁業進行認證 永續養殖 線至沿岸魚類養殖場的地點 更嚴格控制污染 多養殖草食性魚類 保護區 設立禁漁保護區 設立更多海洋保護區 多採取整合性海岸經營管理方法 外來種入侵 殺死船隻壓艙水中的生物 過濾船隻壓艙水中的生物 將壓艙水倒在遠海中，並代 之以深海海水 消費者資訊 對永續捕獲魚類予以標示 公告過度捕撈及瀕臨滅絕魚 　類物種

61 本章的三大理念 全球生態系所提供重要生態服務功能的經濟價值，必須列入商品和服務的價格上。
我們可以透過保護受到嚴重威脅的地區、復育受損生態系和大部分我們占主導地位的土地與物種分享，以維護陸地生物多樣性。 我們可以經由建立保護區、海岸區開發管理、減少水污染、防止過度捕撈以保持水生生物多樣性。

62 Topics for ES2012 term paper
1. 臺灣瀕臨滅絕動物介紹 2. 台灣瀕臨滅絕植物介紹 3. 台灣濕地現況介紹 4. 台灣十大外來種入侵 5. 台灣原生種動物 6. 台灣原生種植物