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狂風暴雨下的臺灣山林

臺灣東西長不到200公里,高度卻從海平面驟升到近4,000公尺,因此山陡水急是臺灣山林的特色 ,雨量大而強度高則是臺灣降水的特性。山陡水急加上降雨豐沛,豪雨成災是臺灣的宿命嗎?
 
 
 
從飛機上俯瞰,清清楚楚看出綠色是臺灣島的基調,但是對大部分生活忙碌的臺灣人而言,無論是吃的、穿的或是用的,很難想像和這一片翠綠山林有何關聯?就是因為缺乏關聯的感受,山林對許多人來說,充其量不過是假日休閒的去處,然而事實恐非如此!

梅雨季及颱風期間豪大雨引發山崩、地滑、土石流,沖毀道路甚至民宅並奪去人命,一幕幕災難的景象不斷在電視新聞中出現。觀看電視的人大概會隱隱感覺到,山林似乎跟某些人的生活甚至生命有密切的關聯。

颱風帶來的豪雨竟然造成許多城鎮缺水,在炎炎盛夏,缺水甚至達一周以上,原因是上游集水區的水土受到破壞,水源混濁所致。當媒體把水源混濁與滿布高山茶園、果園及菜園的大地被侵蝕的慘狀相結合時,山林的破壞與缺水災難的關聯成為眼前的事實,這時綠色山林守護臺灣的功能,才以悲劇的形式植入人心。

臺灣東西長不到200公里,高度卻從海平面驟升到近4,000公尺,因此山陡水急是臺灣山林的特色 。此外,臺灣位處太平洋溫暖的水域上,水氣豐沛,又有高山攔截水氣,因此雨量大而強度高是臺灣降水的特性。山陡水急加上降雨豐沛,豪雨成災是臺灣無可避免的宿命嗎?

1992年底,一群由現任林業試驗所所長金恆鑣博士與國內多所大學及研究機構的研究人員組成的團隊,在臺北縣和宜蘭縣交界的福山森林生態系展開長期研究,希望對臺灣的森林生態系有全面且深入的了解,進而提供合乎生態原則的經營管理方式。

1993年是非常乾旱的一年,連以多雨著稱的基隆地區都缺水,甚至舉行祈雨法會盼望天降甘霖。當年沒有颱風襲臺,使得平均年降雨日達220日以上的福山森林生態系,在八、九月發生超過1個月沒有降雨的紀錄。然而當筆者與同僚到福山進行試驗研究時,哈盆溪的源頭依然流水潺潺,未曾間斷。這涓涓細流沿著哈盆溪匯聚而越來越大,一直到翡翠水庫,構成臺北市的生命之水。超過1個月沒下雨而溪水依舊,望著這一片翠綠的山林,對森林涵養水源的功能有更深的體認與敬畏。

1994年6個颱風侵襲臺灣,創臺灣自1959年有氣象紀錄以來的最高紀錄。為了了解颱風這個臺灣最頻繁而重要的自然擾動對生態系的影響,由當時擔任林業試驗所集水區經營系主任的夏禹九博士,在聽到颱風警報發布時,便率領包括筆者在內的一群研究人員前往福山長期生態研究站,準備對颱風所造成的水文及其他生態現象進行研究。筆者有幸在6次颱風中的3次躬逢其盛,於狂風暴雨中在福山森林生態系進行研究。第3次上山時,彷彿聽到群山呼喚著「最是風雨故人來」!

其中一次是道格颱風,道格為福山地區帶來約400毫米的降雨,在進入試驗集水區時須先經過一座小橋,當時水位已相當高。進入集水區之後,在小工作屋內,一面望著外頭的集水設備,隨時準備為集滿水的取樣器換上新水瓶,一面看著水位計的紀錄,而屋外的風聲、雨聲及枝葉狂落的聲音未曾間斷。

從門內往外看,風狂雨急,無數的葉片漫天掉落,氣勢超越電影的特效。看著水位計的數字,從窗子向外望,澎湃的溪流猶如萬馬奔騰滾滾而下。在野外感受這風狂、雨驟、水急,看著這一片山林,思索臺灣山林如何在颱風的侵襲下屹立百萬年?

雖然雨未止,風未停,但試驗用集水的桶子已經快滿了,只得步出屋外,走入林間更換林下集水桶。令人驚訝的是覆滿枯枝落葉的林地上幾乎看不到雨水漫流,幾乎所有的水都完全入滲地底,沒有地表逕流。沒有地表逕流的侵蝕,當然也就沒有土石奔流的景象。而幾步之遙的林道上,沒有枝葉覆蓋,土壤早被上山的工作者壓密,水的入滲率大受影響,大水夾雜著泥沙不斷向下奔流。幾步的距離全然不同的景象,望著這一片山林,對於森林像一塊巨大海綿的譬喻,有實際而深刻的體認。

取水時,筆者在林下仍然聽得到林冠上方疾風勁雨的聲音,落葉依舊不斷自林冠紛紛飄墜。但是林下只有微風,而暴雨在被層層的枝葉攔截後,雖然水量仍大,但是已無萬馬奔騰的氣勢與破壞力。遙想中部山區的茶園菜園,暴雨從天而降,沒有茂密的林冠攔截,沒有枯枝落葉的緩衝,不禁擔心少了植物層層疊疊的保護,山地會面臨甚麼樣的浩劫?

風靜雨停時,測量水位變化的量水堰已填滿了大大小小的石塊,離開集水區,山徑變了樣,來時的橋梁已被沖毀。勉強過溪,澎湃的溪流似乎嘲諷造橋鋪路人定勝天的荒謬。

隔日,登上為記錄氣象而架設的高塔,從塔上向四面望去,集水區內只有幾處小崩塌,林冠枝葉倒是掉落了不少。那年在6個颱風侵襲前後,在試驗集水區的稜線量測林冠的葉量,結果發現6個颱風讓林冠損失了約三分之二的葉量,但是在林間的調查發現被颱風吹倒或折斷的樹木不到5%。

1996年強烈颱風賀伯侵襲臺灣,它的強度是臺灣有氣象紀錄以來所罕見的。颱風過後1年美國愛荷華州立大學的博士生來臺進行調查,發現被颱風吹倒或折斷的樹木不到2%,無論是賀伯颱風或者1994年的多個強烈颱風,所造成的林木傾倒情況並不嚴重。

這與美國東北部在1938年,一個強烈颶風造成許多森林超過1/3的樹木因風而倒的景象形成強烈的對比。當1938年強烈颶風侵襲美國東北部的森林時,它的強度和臺灣1994年的強烈颱風道格、1996年的強烈颱風賀伯,以及2000年的強烈颱風碧利斯同屬3級颶風。兩相比較,臺灣的山林對於強烈颱風所夾帶狂風暴雨的抵抗力或適應力,顯然遠在美國東北部森林之上。

在美國東北部像1938年這種強度的颶風,一個世紀才有1~2次,因此即使造成森林重大損傷,在兩次颶風之間仍有足夠的時間可以生養休息回復元氣。而在臺灣這種強度的颱風平均每年有0.7個,因此對颱風侵襲頻繁的臺灣山林而言,堅韌的抵抗力是必備的基本能力。否則如果每年損失1/3的樹木,不用幾年不就片樹不留,童山濯濯了?

是什麼原因讓臺灣的山林無畏於強風豪雨的侵襲呢?在福山長期生態研究站的觀測發現,福山地區的林木平均高度不到11公尺,比起美國東北部的27公尺低矮許多,也比臺灣其他颱風干擾較不頻繁的地區低矮不少。樹大招風,反之樹越矮、冠幅越小就越不易招風。

布朗大學一位大學生Elizabeth Forsyth於2005年到福山地區,在颱風前後對立木的高度及風倒木的高度進行調查,發現風倒木的平均高度是12公尺,明顯高於一般的林木。也就是說颱風對林木的高度可能有一定的限制力,凡是比鄰近樹木高的,在颱風期間容易因樹高招風而被吹倒。她的調查也發現,許多較低矮的風倒木是在大樹倒下時被壓倒的,另外也有一些原本就被真菌感染健康狀態不良的。如果有更多的觀測可以支持這個觀察,則颱風似乎也扮演去蕪存菁的作用。

除了驚人的抵抗力外,臺灣的山林面對颱風的干擾也有驚人的回復能力。在中美洲的波多黎各,平均10年左右會遭遇1次3級以上颶風的侵襲。當地的學者對溪流水化學性質的監測發現,颶風侵襲後溪流水中的硝酸根離子濃度會大幅上升。這是因為平時土壤水及溪流水中的硝酸根離子會被植物的根及水中的浮游植物吸收殆盡,而颶風造成大量植物死亡及大量植根的損害,因此硝酸根離子被吸收利用的情形大減,同時豪雨也把原本存在於林床的硝酸根離子輸出,因而造成溪流水中的硝酸根離子濃度大幅上升。

濃度上升的現象維持約1年半,直到林冠開始回復及林下植物快速生長後才停止,當地的學者用「回復力強」來描述這1年半後的回復情形。在福山長期生態研究站,臺大森林系教授王立志博士對溪流化學的長期研究發現,賀伯颱風期間硝酸根離子濃度也大幅上升,但上升的情形只維持5天左右。如果以波多黎各的標準來看,恐怕快速尚不足以形容福山森林生態系的回復能力,而這種驚人的回復能力也是福山森林生態系必備的基本能力。

假若福山森林生態系對溪流水中硝酸根離子的吸收能力也需要1年以上才能回復,在每年平均有1.6個颱風(強烈颱風則是0.7個)侵襲的福山地區,森林生態系的溪流水化學性質在來不及回復前,很可能又面臨另一個颱風的侵襲。這個生態系的重要營養就會不斷地快速流失,不消幾年就會營養不良,難保健康了!

福山森林生態系究竟有何特殊之處,讓它在抵抗力強的同時又有超強的回復力?筆者在福山長期生態研究站對林冠葉量12年長期監測的結論是「柔能克剛」。從林冠葉量的長期變化可以看到,除了1994年史無前例的6個颱風連襲造成葉量大幅下降,所需的回復時間較長外,即使像1996年發生的罕見強烈颱風賀伯,對福山森林生態系林冠的損害也在1年內就回復了。

就長期的趨勢來看,林冠葉量總能在干擾後相當快速地回復。葉子是植物行光合作用的場所,也是地球的能量加工廠,工廠能迅速恢復正常運轉,代表植物對土壤中營養的吸收功能可以正常進行。而絕大多數的樹木並未被颱風襲倒,代表大部分的樹根都能發揮吸收營養的作用,因此土壤中的營養不會被大量沖到溪流水中。當林床中的硝酸根離子被吸收後,就不會再有大量的硝酸根離子因為沒有植物的吸收而釋放到溪流水中了,也因此溪流水中硝酸根離子濃度上升的情形,在暴雨停後很快就回復到颱風前的水準。

另一方面,林冠枝葉掉落的同時也削去了颱風的力道,也就是看似柔弱的葉子化解了鋪天蓋地而來的強風。而葉子大量掉落,受風的面積也大量減少,主幹及粗枝就可以躲過強風的襲擊,在一陣陣搖晃之後,絕大多數的樹木得以屹立。而這大量的落葉又可以化解豪雨侵蝕的力道,讓土地不致受到暴雨的沖蝕。林木對臺灣的山林真是做到「鞠躬盡瘁,死而後已」。

颱風取樣完成後,在離開福山回臺北的途中,不管是由宜蘭到福山的臺九甲山路,或者從宜蘭到臺北的北宜公路,坍塌處處,原來人定不能勝天。1996年賀伯颱風,在3天之內為阿里山帶來近2,000毫米的降雨,也為福山地區帶來近800毫米的降雨,但卻只有不到2%的樹木被風吹倒。臺灣的山林再一次屹立於狂風暴雨之中,但在中部的神木村,賀伯颱風的豪雨卻引發了土石流淹埋村莊。

幾十年來,山坡地開發,農業上山,特別是中部地區,低海拔坡地種植檳榔,中高海拔地區開墾種植高山茶、溫帶蔬菜與水果,一條條公路及山區產業道路的興建,把原本翠綠的山林剪成癩痢頭。除了農藥肥料流入河川上游,造成營養過多引起優養化之外,在豪雨期間,這些開發地常常是災難的誘發地。

臺大地理環境資源學系林俊全博士在福山試驗集水區的研究顯示,颱風期間(數天)的泥沙輸出量是全年非颱風期間輸出總量的數百倍。在看不到地表水逕流且植被覆蓋良好的森林集水區已是如此,在被挖成癩痢頭的陡峭山區引發土石流,只怕是不易停止的現世報。

臺灣的山林經歷百萬年在多風多雨的美麗島嶼上演化,已經對狂風暴雨有良好的適應能力,但是人類的破壞加諸於天然的擾動之上,可能超出臺灣山林能適應的範圍。一如遙遠島嶼上的多多鳥,雖然能在島上存活千百年,卻在人類足跡到達不久後滅絕。

臺灣的山林在狂風暴雨的威脅下屹立了百萬年,如果把臺灣島的歷史縮為1天,人類尤其是漢人,是直到深夜才出現的,人類驚人的智慧在這個深夜時分為臺灣島寫下璀璨的一幕。但是如果沒有更高的智慧、更謙卑的心,恐怕臺灣山林多樣精彩的生命戲碼,會有變調的演出!臺灣的山林是臺灣生物多樣性的寶庫,也是生命之泉的源頭。屹立的山林代表繽紛而多樣的生命生生不息,而山林的損毀代表著生物多樣性的浩劫,也代表著生命之泉的枯竭。
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