112 公務人員升官等薦任 自然保育 生態學 考古題詳解

核心觀念

本題考查生物多樣性中的物種豐度與群聚生態功能之間的關係。物種豐度（species richness）是群聚內物種的數目；生態功能則包括初級生產、分解、養分循環、授粉與生態系穩定等作用。

三個假說說明物種增加時，群聚功能可能如何變化：

• 補充假說（complementarity hypothesis）：不同物種利用資源的方式或生態棲位不同，因而互補；物種共存可提升資源利用效率與整體功能。
• 冗餘假說（redundancy hypothesis）：多個物種執行相似功能，部分物種消失時，其他物種仍能維持該功能。
• 司機—乘客假說（driver-passenger hypothesis）：少數具有關鍵影響力的「司機物種」主導群聚功能；其餘「乘客物種」對功能的直接影響較小，物種豐度與功能的關係因此不一定呈現簡單的線性增加。

解題方法

依序說明每個假說的兩個重點：物種之間的功能關係，以及物種豐度改變時，群聚功能如何反應。補充假說著重不同物種間的互補作用；冗餘假說著重功能重疊與功能保險；司機—乘客假說則著重物種對群聚功能的影響力不均。

三個假說與物種豐度—生態功能的關係

一、補充假說

不同物種可能利用不同的資源、資源種類或資源取得時段，彼此形成互補。例如，植物根系深度不同，可利用土壤中不同深度的水分與養分；生長季節不同的物種，也可能在不同時段進行生產。

因此，物種豐度增加時，群聚能更完整地利用資源，整體功能通常隨之提升。其功能—豐度關係可表現為正相關；若互補作用持續發生，也可能使功能增加幅度高於單一物種效應的加總，即產生超產效應（overyielding）。

核心觀念

艾里效應（Allee effect）是指族群密度或族群規模過低時，個體的存活、繁殖或族群成長表現隨密度降低而變差的現象。也就是說，個體在適度密度下可從同種個體的存在獲益；族群太稀少時，這些益處減弱，導致族群成長率下降。

常以個體平均適存度（或族群每個體成長率）與密度的關係描述：

• 弱艾里效應：低密度時，個體適存度低於較高密度時，但淨成長率仍為正；族群不必然走向滅絕。
• 強艾里效應：低於某個臨界密度 $A$ 時，族群淨成長率為負；若族群降至 $A$ 以下，便可能持續衰退，形成滅絕風險。

典型的密度依賴成長模型可寫為：

其中 $N$ 為族群量、$r$ 為成長參數、$K$ 為環境容納量、$A$ 為艾里臨界密度。當 $N<A$ 時，每個體淨成長率為負；當 $A<N<K$ 時為正。此式用來呈現強艾里效應的概念，實際族群不一定符合此模型。

解題方法

本題依序回答「效應的定義」、「促成低密度個體表現下降的機制」及「對保育的後果」。作答時須把艾里效應與一般密度制約區分：一般競爭常在密度增加時加劇；艾里效應則是族群太稀少時，同種個體提供的繁殖或存活利益不足。

（一）「艾里效應」的意涵（6 分）

艾里效應是低族群密度或低族群規模下，個體平均適存度或族群每個體成長率隨密度降低而下降的現象。造成此效應的因素包括求偶或交配不易、合作行為減少，以及個體無法有效抵禦捕食者等。

若低密度下族群成長率仍為正，屬弱艾里效應；若低於臨界密度後族群成長率轉為負，屬強艾里效應。強艾里效應可形成正回饋：族群量下降使每個體繁殖或存活表現更差，進而使族群進一步下降。

（二）可能促成此效應的族群特徵或環境條件（8 分）

1. 個體移動能力低或分布稀疏：個體彼此距離過遠，不易相遇、求偶或交配，降低繁殖成功率。
2. 需要群體合作繁殖或育幼：族群小時，合作育幼、共同防禦或群體覓食等行為難以維持，降低幼體存活或成體存活。
3. 性別比例失衡或有效繁殖個體過少：即使尚有個體存活，也可能缺少適當性別或可繁殖個體，使交配機會降低；

核心觀念

生活史性狀是會影響個體存活與繁殖成功，因而影響族群成長與更新的性狀。常見性狀包括成熟年齡與成熟體型、每次繁殖的子代數量與大小、繁殖次數、親代照顧程度，以及壽命。

本題的核心是資源分配原理：生物可取得的能量與資源有限，必須在生長、維持存活與繁殖等生命活動之間分配。分配給某一項活動的資源增加，可能使其他活動可用的資源減少，因而產生演化權衡。權衡會影響不同生活史性狀的組合；自然選擇則會使適合特定環境的組合較容易留下。

解題方法

第一小題列出三項明確、常見且彼此可區分的生活史性狀。第三小題則以「性狀差異 → 資源分配差異 → 可能付出的代價」說明權衡，並以不同物種或繁殖策略作比較。

（一）三項生活史性狀

1. 成熟年齡：個體開始具備繁殖能力的年齡。
2. 子代數量與大小：每次繁殖所產生的子代數量，以及投入每一子代的資源或體型。
3. 繁殖次數與壽命：個體一生繁殖一次或多次，以及可存活的時間長短。

（二）資源「分配原理」

資源分配原理指出，生物可運用的資源有限，投入某項生命活動的資源，便不能同時完整投入其他活動。例如，個體將較多能量用於生長，可能減少當下繁殖的投入；將較多資源用於繁殖，也可能降低維持身體、提高存活或未來再次繁殖的投入。

因此，不同生活史性狀之間常有權衡：一項性狀帶來的適存度利益，可能伴隨另一項性狀的代價。這不是表示每個性狀必然存在固定比例的取捨，而是說明有限資源與生理限制會使某些性狀組合彼此牽制。

（三）種間差異與演化權衡的例子

1. 成熟年齡與生長、未來繁殖的權衡 小型、世代短或死亡風險高的物種，常較早成熟並提早繁殖。提早繁殖可降低尚未繁殖便死亡的風險，但個體可用於生長與累積體型的時間較短。

核心觀念

本題考的是群聚中物種「影響群聚的方式與程度」。三者都能影響其他物種及生態系運作，但判別依據不同：基礎物種看是否形成或維持棲地結構，優勢物種看數量或生物量是否占優勢，基石物種看其影響是否遠超過自身豐度所能預期。

本題為生態學概念題，不涉及特定法條或計算公式。

解題方法

先依「角色如何被辨認」分辨三者，再把環境變遷下的保育方針連結到各自的功能。

一、基礎物種：維護棲地結構與形成過程

基礎物種常是群聚的結構建造者或棲地形成者。例如珊瑚形成珊瑚礁、海草床提供水下棲地、森林中的大型樹木形成林冠並提供多樣微棲地。其影響常透過改變光照、溫度、水流或庇護條件，間接影響許多物種。

**環境變遷下的保育方針：**維護其棲地、繁殖與更新條件，並降低直接破壞及環境壓力。例如面對海水暖化與海洋熱浪，保護珊瑚礁及其水質、減少其他人為壓力，並維持棲地間的連結與復原能力。若物種分布已受氣候變遷影響，也須評估其適生棲地與遷移通道。

二、優勢物種：關注高豐度物種的變動與群聚效應

優勢物種通常因個體數量、生物量或覆蓋度高，而左右群聚特徵；其影響往往與豐度相關。不過，「數量多」不等於「生態功能不可替代」：優勢物種可能因環境變遷衰退，也可能在條件改變後大量擴張，進而改變群聚結構。

核心觀念

題目已知森林全年淨初級生產量（NPP），要估計全年淨生態系生產量（NEP），關鍵是扣除異營生物分解有機物時產生的呼吸作用。NPP 是植物固定碳量扣除植物自身自營呼吸後的淨生產；NEP 則反映扣除生態系異營呼吸後的淨碳累積。

解題方法

研究人員至少須取得森林全年異營呼吸量 $R_h$，包括土壤微生物及其他異營生物分解枯落物、枯木與土壤有機質所釋出的碳。若已知全年 NPP，則：

各項通量須使用相同的時間尺度與單位，例如皆以 $\mathrm{g\ C\ m^{-2}\ yr^{-1}}$ 表示。若 NEP 為正，表示該年森林淨累積碳；若為負，表示生態系呼吸釋碳量大於 NPP。

也可由總初級生產量與生態系總呼吸量表示：