專題報導

    超過1000週的種子雨收集 解密氣候變遷下的福山森林

    文/張楊家豪

    編按:聯合國環境規劃署於今(2022)年3月發布《2022年前沿:噪音、火災和物候不匹配》報告警告:因氣候暖化導致的物候紊亂,已成為日益緊迫的環境問題。氣候變遷不僅衝擊生物的關鍵生命週期,過快的暖化速度,更讓許多動植物來不及演化適應,影響其生存的同時,更對人類糧食生產帶來影響。本「物候系列專欄」特邀各領域專家學者,介紹與說明台灣當前面臨的物候變化。

    每到冬季,台灣東北角一帶的天氣總是又濕又冷,像是今年1、2月,基隆、宜蘭、台北幾乎天天下雨,直至2月底雨勢才稍作停歇。

    北台灣冬季豐沛降雨主要與東北季風有關。地球最大的海洋與陸地板塊──太平洋與歐亞大陸,兩者因季節性溫度差異,形塑了東亞季風。隨東北季風南下帶來的海上水氣遇上了北部山脈,便在北台灣落下。東北季風每年的強度並非一成不變。當東北季風較強時,那年冬天天氣濕冷;反之,若季風較弱,天氣則相較晴朗。

    過去有研究指出,東亞地區的季風強度與南方震盪-聖嬰現象,也就是太平洋表面水溫類週期性的變化現象有所關聯:南方震盪-聖嬰現象改變了太平洋與歐亞大陸在不同年間的溫差變化,進而牽動季風強度。當冬季發生聖嬰現象時,東北季風強度減弱;而若發生反聖嬰現象,東北季風強度則增強。

    福山亞熱帶雨林森林樹冠。圖片來源:張楊家豪提供

    自然環境中的動植物正與這些氣候變化密不可分,像是植物展新葉、開花與結果,動物繁殖與遷徙等,都會受到氣候的影響。

    收集超過1000週的種子雨 記錄福山森林的氣候變遷

    為瞭解氣候環境改變對森林植物的影響,台灣有一群生態研究者,在林務局與林業試驗所的支持下,從2002年的暑假開始,於新北、宜蘭交界的福山亞熱帶雨林,長期監測植物開花、結果的動態變化。

    研究人員在福山森林架設106個面積0.5平方公尺、高約80公分的收集網,用以量化植物開花與結果量。自2002年9月開始,每週收集、分類掉落在網中的花、果實與種子並統計數量,至今已持續超過1000週。

    一座森林乍看之下變化不大,但穿梭在其中,每週檢視收集得來的樣本,會發現氣候變化對森林植物有著很明顯的影響。每一季、每一年,植物開花、結果的情況都不同。

    福山樣區種子雨,不僅收集花、果實、種子,也記錄了氣候變遷。圖片來源:張楊家豪提供

    季節更迭 變換著福山森林四季開花結果之景

    在福山森林中,一年四季都有不同的植物開花、結果,而大部分的植物在春、夏兩季開花。台灣低海拔具相當優勢的樟科、殼斗科樹木大多是如此,不過兩者果實發育所需時間卻差異甚大。

    樟科的紅楠、香楠,3、4月開完花後,大概在5到6月間果實就會成熟;而殼斗科的長尾栲、烏來柯,雖然在差不多的時間點開花,但樹上的果實卻得要等待兩個夏天,到隔年秋冬才會成熟。

    在大多數植物果實成熟的秋冬季,也是有植物比較「邊緣」,例如:木蘭科的烏心石、毛茛科的厚葉鐵線蓮。它們潔白的花瓣總在冬季時撒落一地,為冬季濕冷的野外調查工作,帶來一絲的雀躍。

    紅楠。圖片來源:蘇聲欣提供
    烏來柯。圖片來源:張楊家豪提供

    聖嬰現象下的豐歉年 改變溫度、日照與開花結果量

    福山森林植物的開花、結果除了受季節變化影響之外,不同年間也有明顯的豐、歉年區別;而豐、歉年何時發生,則與南方震盪-聖嬰現象有密切關聯。

    當聖嬰現象發生時,該年冬季的東北季風通常較弱,少了來自北方的濕冷空氣,福山冬季相較溫暖、降雨較少。充足的日照量為正在發育的花芽充飽能量,讓許多植物在接下來的春季有較高的開花量。

    同樣的,較高的溫度與日照輻射量,也讓福山許多植物有較高的結果量。反之,當反聖嬰現象發生時,東北季風增強,綿綿不絕的冬雨則讓福山地區許多植物的開花、結果表現不理想。因此經常導致整個冬天與隔年都收不太到植物的花、果實與種子。

    極端天氣事件 嚴重衝擊植物開花結果

    近年來,氣候變遷讓台灣除了夏季愈來愈炎熱、冬季愈來愈不冷之外,極端天氣事件出現的頻率也愈來愈高,像是冬季常有突如其來的強烈冷氣團南下,讓氣溫直線下滑。

    2016年1月的霸王級寒流,更讓陽明山地區降下瑞雪,那時福山也同樣被白雪覆蓋。這場台灣低海拔森林罕見的降雪,讓該年度福山許多植物開花、結果直接「歸零」,並且對森林中的藤本植物有著十分長遠的影響:在接下來的幾年中,藤本植物的開花、結果表現都很差。像是福山地區常見的長果藤,一直到2021年才開始零星收到它們的花朵,但和2016年前的開花量還是有不小的差距。

    類似的極端天氣事件在過去20年並不只發生一次,2005年3月同樣有過一場讓台灣低海拔降雪的寒流來襲,那時福山雖然並未下雪,但短暫幾小時的結霜造成當時正展新葉、抽花芽的植物們嚴重受損。接下來幾年,許多植物的結果量都在谷底徘徊,好幾年後才恢復。

    2005年福山樣區霜害,短短幾個小時的結霜,卻大大改變了森林植物開花、結果的動態。圖片來源:張楊家豪提供

    不能忽略的關鍵氣象因子——颱風!

    聖嬰現象與極端天氣事件都對福山植物開花、結果有很重要的影響,不過對台灣的生態系而言,還有一個不能忽略的關鍵因,那就是颱風!

    福山將近20年的物候監測發現,聖嬰現象與反聖嬰現象對於福山植物開花、結果的影響程度,其實取決於該年度是否有颱風的擾動。台灣東北部的森林,每年平均會受到一到二個颱風的侵襲,而每四到五年會有一個中度或強烈颱風,這些颱風會造成樹木大量落葉與斷枝;如果那時樹木正在開花,或有正在發育的果實,自然也無法倖免。

    對於福山森林的植物而言,反聖嬰現象所帶來的濕冷天氣其實並不利於開花、結果。然而,倘若該年度沒有颱風,少了颱風帶來的傷害,森林中的大樹反而有相對較高的結果量。反過來說,聖嬰現象雖然有利於福山植物的開花、結果,但該年度如果有中度或強烈颱風侵襲,則聖嬰現象所帶來的正面效應也將一筆勾銷。

    解構錯綜複雜的生態系統 仰賴長期監測與分析

    氣候變遷下的溫度跟天氣型態彼此互相牽連——氣溫上升造成海水溫度改變,進而影響南方震盪-聖嬰現象發生的頻率,以及極端氣候事件的頻度與強度。這些因子將共同影響台灣森林植物的動態與未來命運。

    若要能夠知道或預測氣候變遷對於台灣森林所造成的影響,唯有仰賴長期的生態監測,搭配氣象數據與統計分析,才有辦法逐一解構這個錯綜複雜的系統,進而擬定適合的森林經營管理策略。過去20、30年間,研究人員在台灣不同的森林已經積累了一些長期監測數據,但對於台灣森林整體的變動與未來可能的走向,仍然所知甚少。

    歡迎熱愛台灣山林的朋友,透過公民科學家、志工等方式,加入森林生態調查的行列,一起探索台灣的森林。

    ※ 本文由 行政院農業委員會林務局   補助廣告經費

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