認識森林：臺灣森林植群分布的未來
94/04/07
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關秉宗｜
臺灣大學森林學系
全球氣候變遷
工業革命之後，人類大量使用化石燃料，使得全球大氣中溫室氣體濃度快速上升，這些溫室氣體主要是二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氟氯碳化物。大氣中溫室氣體濃度不斷增加，造成溫室效應，使地表溫度上升，全球氣候也隨著產生變化，這也是造成全球氣候變遷的主要原因。這些變化都可能直接或間接使地球上各種生物的生長、生存、死亡、數量分布及生態系組成與功能產生改變，因此全球氣候變遷的問題已經引起國際間高度的關切。
變動是生態系的特色之一，自地球上有生物以來，各種生態系便持續地在變動中求取平衡。古生物證據顯示，地球生態系從寒武紀（約6億年前）迄今至少有5次大規模的變動，造成不同規模的物種滅絕，而在經過相當的時間後，地球總能演化出新的生物，進而達到新的生態平衡。所以變動對生態系而言並非新鮮的事，而是常態。既然如此，為何現今全世界如此關注氣候變遷對地球上各種生態系可能造成的影響呢？最主要的原因在於現今的變遷速度太快，使生物與生態系無法適應快速變遷的環境。
根據最近的預測，當大氣裡溫室氣體的濃度，如二氧化碳濃度達到相當於560 ppm（1 ppm代表百萬分之一）時，全球平均溫度大約會上升攝氏3～4度。以地球從約一萬二千年前上次冰河期結束後到工業革命前，平均溫度上升約1.2～1.5度為基準，現今二氧化碳增加的速率大約是該時期自然增加率的40～50倍。若世界各國不能採取有效的溫室氣體排放減量措施，以現今各種溫室氣體排放增加的速率估算，在本世紀末或下世紀初便可能達到上述的狀況。
由於生物對環境變遷的適應與演化並非在短期內即能完成，而是需要很長的時間，所以現今各種生物與生態系可能無法適應因人為所造成的環境變遷。那麼如何知道全球氣候變遷對臺灣生態系的影響？其影響又為何？
臺灣森林植群的特色
森林是臺灣最重要的陸域生態系，約占全島面積的60％，也是本島許多物種的棲息地。臺灣地區森林生態系除隨緯度有所差異外，因有高山的存在，所以也隨高度而分化。
例如在中部濁水溪流域或東部的蘭陽溪流域，隨著高度的變化，森林植群可從低海拔的亞熱帶常綠闊葉林，到中海拔的針闊葉混合林與夏綠闊葉林，進而到高海拔的常綠針葉林。許多在溫帶高緯度地區出現的森林植群，如鐵杉林、雲杉林與冷杉林等植群，在臺灣這位處亞熱帶的島嶼上也可見到它們的蹤跡，也因此成為許多溫帶樹種在全球分布的南界，臺灣的森林可謂極具特色與變化。
若由緯度分布來看，目前各國學者在探討全球氣候變遷對森林影響所得到的初步結論，都認為現今處在北半球分布較南方的植群，有可能因溫度上升而向北擴展其分布區域，進而取代原地區現今的植群。但在臺灣地區的問題則不太一樣，因為臺灣植群分化最主要的特色在於隨海拔分化。若因溫度上升讓低海拔的植群有向上拓展的機會，那些現已處在海拔分布頂端的溫帶植群（如冷杉林與雲杉林）又無法更向上拓展，是否會因此受到衝擊，進而減少分布面積甚或消失？又要如何得知這種狀況是否會發生呢？
森林植群的模式分析
我們可以從古生物證據了解過去環境變遷對生態系的影響，但是要探討現今氣候變遷對森林植群的影響，是一種預測未來的研究，而要如何預測未來？有沒有科學上的水晶球可供利用？答案是有的，這個水晶球便是數學模式。我們可以把模式看成一種用來簡化自然界中複雜關係的工具，例如在探討氣候變遷對森林的影響時，我們先問哪些氣候因子會影響森林分布？而其間的關係又是如何？有無辦法可把兩者間的關係用數學方法表示？
很早以前植物地理學家與氣候學家便發現，在大尺度下（例如歐亞大陸塊、印度次大陸或中南半島）決定某一地區森林外觀特色的氣象因子，主要是溫度與降水量，以及由這兩個因子所推導出的潛在蒸發散量。
所謂森林外觀指的是以森林外在面貌所定義出的森林型（如常綠闊葉林或常綠針葉林），例如在溫度與雨量都很高的地區，熱帶雨林會是主要的森林型，而在溫度較低但降水量很高的地區，當地的潛在森林型應是溫帶雨林（如臺灣的檜木林）。在潛在蒸發散量大於降水量的地區，無論其溫度如何，當地不太可能有森林或其他植群存在，而應是漠原（desert）地區。
依據樹種在溫度與降水量生態上的需求與限制，有些模式可進一步分析某一地區其森林內應出現的樹種型相對組成，而這種模式也可以更進一步用來探討氣候變遷對森林植群的影響。一旦有了數學模式可以敘述森林植群分布與氣候間的關係，再把它與氣候數學模式相連，便可預測氣候變遷對森林植群的影響。
森林植群分布的預測
過去數年在農委會與國科會的支助下，結合國內所發展出的中尺度氣候預測模式，針對濁水溪上游從海拔1,500～3,800公尺部分地區，我們利用了兩個不同尺度的氣候—植群關係模式探討該地在氣候變遷下，森林可能產生的反應。
利用大尺度模式所得的初步研究結果顯示，在所設定的氣候變遷情境下（平均溫度上升攝氏2.5～5度，總雨量維持不變），現今該地區大部分的森林型仍會繼續存在，但有部分針闊葉混合森林有可能被生長於較溫暖地區的森林所取代，也有可能會發展出在較乾燥環境下才出現的森林型。
而在利用較小尺度的模式進行評估時，得到的結論與上述大尺度模式的結果大致相似，但也看到因溫度上升，出現在中高海拔的夏綠型（即一般所謂的落葉樹）樹種有可能消失，而且消失的機會不小。在某些較極端的模擬情境下，一些現存的溫帶雨林闊葉樹與針葉樹有可能被亞熱帶闊葉樹取代，進而改變現今的森林植群外觀，所幸發生這種情況的機會並不高。
利用氣候模式所預測的溫度與降水量資料，也可針對臺灣全島進行初步的森林影響評估。我們比較大約在工業革命開始前的氣候（稱為1× CO2狀況），現今的氣候狀況，以及當大氣中溫室氣體濃度達到相當於二氧化碳濃度是560 ppm時（稱為2× CO2狀況）等三種氣候條件下，臺灣地區的森林型分布的差異。
預測結果出乎意料，在2× CO2狀況下，現今的中高海拔溫帶針葉林型分布面積雖有縮小的可能，但並非大幅度的縮減。反而是臺灣全區熱帶雨林分布會擴大，也就是它的海拔分布會提高，大幅度地取代暖溫帶雨林群系，而成為全島分布最廣的森林群系。變動幅度最大的是暖溫帶雨林群系，將僅能存在於現今分布海拔的最上界，同時冷溫帶與亞高山針葉森林群系，則可能僅在海拔極高的山區零星地出現。
由於暖溫帶雨林介於亞熱帶（常綠闊葉）與溫帶（常綠針葉）雨林群系之間，即生態學上所謂的推移帶，物種多樣性豐富，所以臺灣地區的暖溫帶雨林是現今生物多樣性最高的森林型。若真如所預測的結果，那麼氣候變遷對臺灣本島的生物多樣性將會產生相當大的衝擊。
當然，這些結果都是由數學模式預測而來，而模式是否真的能準確反映出實際狀況，尚待進一步探討。例如，目前臺灣地區氣候模式的解析度仍有待加強，特別是應加強對山區氣候的預測。至於氣候─植群反應模式部分，也應再提高它的解析度。不過，這些結果可視為在最壞狀況下的預測，仍然具有早期預警的功能。
如前所述，若世界各國不能採取有效的溫室氣體排放減量措施，以現今各種溫室氣體排放增加的速率估算，所有學者都同意，在本世紀末或下世紀初便有可能達到所謂的2× CO2狀況。對人類而言，一世紀是一段相當長的時間，但對樹木與森林而言僅是瞬間，彈指即過，幾乎很難在百年內就能夠適應與演化，並與新的氣候條件取得平衡。
人人有責
避免因人類活動而導致的氣候變遷，並非單一國家所能達成，有賴全球各國在體認到氣候變遷可能對地球各種生態系帶來劇烈衝擊後，進而同心協力減緩溫室氣體的排放，這也是為何過去十年來，世界各國紛紛倡議全球性的溫室氣體減量措施（如京都議定書）。雖然臺灣並非聯合國氣候變化綱要公約的締約國，但我國也願意遵守該公約所列出的各種限制與約束，盡地球村公民的一份責任，須知全球的氣候變遷並不會因我國非公約簽署國就不會影響到臺灣的生態系。
此外，林務局近年來所推動的平地造林，一項目標就是透過新植森林，減緩國內所排放的二氧化碳進入大氣的速率，進而降低對臺灣的直接衝擊。但是再多的森林並不能直接減少二氧化碳排放，僅能減緩它的排放速率，所排放的二氧化碳遲早會進入大氣中。
要真正地降低各種溫室氣體排放，有賴於所有國人從減少個人的排放量開始，例如多使用大眾交通工具，多使用替代性能源（如太陽能）等小地方做起。所謂 「Think globally, act locally.」，唯有從全球與長遠的角度思考，從個人做起，才有可能降低氣候變遷對全球生態系與生物多樣性的影響。
