保育

生物防治、外來種、再生能源、生質能源、環境保育、生態工法、生物放大

生命週期評估技術(Life Cycle Assessment)

生命週期評估技術(Life Cycle Assessment)
國立臺灣師範大學生命科學系黃盟元博士

隨著環保意識的增強,社會已經形成一股關心自然資源枯竭和環境惡化問題的風潮,許多企業已對這種意識作出回應,公司行號需要評估他們的活動對環境有何影響,企業提供“綠色”產品和“綠色”生產過程,產品和生產過程的環境績效已成為一個關鍵的問題,以盡量減少其對環境的負面影響。許多公司都發現,它有利於找出超越符合使用污染防治策略和環境管理體系的方法,以提高他們環保性能,生命週期評估技術就是這樣一種工具,這一個概念是將一個產品的整個生命週期都考慮進去。

生命週期評估是用一種“從搖籃到墳墓”的方法來評估工業系統,“從搖籃到墳墓”是指從地球上開始收集原料打造產品到所有產品材料都回歸地球。用生命週期評估的觀點來評估一個產品時,代表了產品生命週期的每一個階段都將影響未來的各個階段,所有產品的生產和處理過程都是相互依存的,在生命週期評估中能估計產品生命週期的各個階段對環境產生的累積影響,這些往往都是在傳統的分析方式中無法評估到的觀點,例如: 原料取得、材料運輸、產品的最終處理方式等等,生命週期評估對整個產品生命週期的影響提供了一個全面的看法,包括產品或過程對環境的尊重,以及能更準確地反應產品和其生產過程的選擇中對環境真正的權衡。

複雜難理的燎原森林大火

複雜難理的燎原森林大火
知識通訊評論第120

近年來美國西部的森林大火更加頻繁也更為熾烈這與氣候變化等因素有關也與過去勤於撲滅森林大火的人為因素相關面對未來在氣候環境生態方面的不確定性如何才是森林最合宜的生態確實是棘手的難題

二〇一一年六月二十六日星期日午後不久,強風吹倒了新墨西哥州北部傑梅茲山區的一棵白楊樹,壓在電纜線上。那一年天氣乾得很,當週氣溫又比平常高很多,結果電纜線走火引發大火,陣陣強風將火焰帶到附近濃密的樅樹跟松樹林。

在不到一小時內,待在距離聖塔菲五十五公里遠的家裡的生態學家艾倫(Craig Allen),從一封美國林務局火災控管經理寄來的電子郵件裡,得知這場大火。「我希望各位能把這場大火撲滅,」他回信寫道,「我們可不需要在傑梅茲山區再來一場森林大火。」

然而艾倫已經可以望見西邊竄起一道灰色的濃煙。到了隔天清晨,拉斯孔恰斯地區的這場大火已經燒掉一萬七千五百公頃的森林,相當於每三秒鐘就燒掉一公頃。五天後燒掉的面積增加到四萬兩千公頃,成為新墨西哥州史上最嚴重的森林大火。等到幾週後這場大火控制下來時,已經有超過六萬公頃的森林跟灌木林被燒掉,很多地方被燒得相當徹底,除了燒焦的樹幹跟塵土以外,什麼也沒留下。

對於在新墨西哥州洛斯阿拉摩斯美國地質調查局服務,研究傑梅茲山區森林三十多年的艾倫來說,發生森林大火並非意料之外的事,但是火勢蔓延的速度跟強度卻讓他始料未及。後來艾倫跟其他幾位森林科學家巡視燒燬的地區,都嚇得無言以對。從可以追溯到一六○○年的年輪火燒痕跡研判,被大火燒得精光的森林面積,使得先前幾次森林大火相形失色。艾倫說這次大火可能讓森林永遠都無法復元。

只剩焦土的森林不會留下樹木種子,不但土壤裡的營養物燒光,還會增加走山的可能性。

美國整個西部每年被大火燒掉的森林面積,過去數十年內明顯增加(詳見《烈焰愈熾》),科學家把這股趨勢歸咎於氣候暖化和乾燥,以及近一個世紀來對野火的抑制與其他的人類活動。艾倫指出在森林大火與氣候變遷交相運作之下,會將生態系統帶入新的境地,而且不只是美國西部,全世界各地皆然。就拿傑梅茲地區為例,這會使當地的黃松森林轉變成灌木林。「我們長久以來所認識的森林,正在逐漸消失當中,」艾倫說,「我們現在前途未卜,還不知道事情會變得怎樣。」

一片死寂

在拉斯孔恰斯地區發生大火十三個月後,一個晴朗的季夏日子,艾倫沿著火場南部邊緣,剛好就在班德利爾國家紀念碑外側的一處河谷漫步,這裡有錯綜複雜的峽谷,藏著許多哥倫布發現新大陸之前,建築在懸崖上的住所。除了少數灌木跟野草以外,半山腰上許多原先長有松樹跟樅樹的地方,如今棕禿禿的一片,空無一物。燒焦的鱷魚杜松樹幹,原本是可以活個好幾百年的崢嶸老木,現在卻像扭曲的手一樣斜插在地上。樹蔭只不過是個虛無縹緲的希望,地貌一片寂然,只有幾隻獵鷹在頭上盤旋。艾倫很高興還能在地上看到一些螞蟻。

這裡看起來就像死亡谷一樣乾瘠,但其實不然。這片山區一般來說,每年會降下四十公分的雨量,這在大體上氣候乾旱的美國西南部來說算很多了,理論上已經足以使森林再生,至少過去就是如此。由於森林大火燒得並不平均,通常會留下一些倖存的樹木,提供一些種子給燒掉的地區,讓森林得以再生。

永續森林管理 (Sustainable forest management)

永續森林管理 (Sustainable forest management)
花蓮縣立宜昌國中理化科林建義教師/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題:

1. 從巴西農民的例子,你可以為台灣的農民想想看,在合理範圍內如何改善他們的收入與生活條件嗎?

2. 台灣的林地面積也很有限,你知道目前政府有那些措施是在保護原始森林的嗎?一般民眾應該有哪些積極作為,才能保護我們的森林資源呢?

 

森林管理過去往往被簡化為林業,純粹看成是經濟活動的一個項目。然而,在過去數百年來森林被過度採伐,令地球上不少物種因此而絕種或瀕臨絕種。在兩千多年前孟子便曾說過:「斧斤以時入山林,材木不可勝用也。」一語道破森林永續經營的重要性。

FSC在全世界國家促進負責任的林業管理

近年來全球森林使用功能的改變與濫墾濫伐的問題,已經受到世界各國的重視,一些針對森林法的執行和管理的區域行動計畫有效地打擊了非法活動。舉例來說,林產品生產國和消費國的政府共同組織了區域森林部長級會議(Regional ministerial conference on forests),舉辦地點分別在東亞(2001)、非洲(2003)、歐洲和北美(2005),目的就是希望能喚醒世界各國,透過全球合作,共同來改善80年代以來持續困擾的問題。

大野狼(Grey Wolf)的迷思

大野狼(Grey Wolf)的迷思
台北市立成功高級中學生物科洪敬承老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

人類為了保護自然中可愛的黑尾鹿,而將大峽谷中的大型肉食者趕盡殺絕,換來的結果是黑尾鹿因為饑荒、疾病而大量死亡,再再的顯示人類的無知、以偏概全干擾大自然運行的結果是相當恐怖的,所以古人有云:「人定勝天」,真的會『勝天』嘛?值得我們三思!

圖片來源:http://en.wikipedia.org/wiki/Gray_wolf

生物農藥(Biopesticides)

生物農藥(Biopesticides)
台北市立成功高級中學生物科張春梅老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

生物農藥又稱天然農藥,係指來自天然的化學物質或生命體,如動物、植物、微生物,及其衍生之天然產物,而具有農藥的作用者。生物農藥並非現代才出現的新發明,在1690年,煙草的水溶性成份就已用於對抗穀類的害蟲。早期防治蟲害的生物農藥包括尼古丁、魚藤精、除蟲菊和一些植物油等。近代,由於化學合成農藥造成環境污染、目標族群抗藥性,以及影響非目標族群的負面效應日益嚴重,再加上生物科學的研究進展快速,更促進了生物農藥的開發。過去三十年來,化學家,生化學家,毒理學家,以及整合害蟲管理系統(IPM)專家一起研究,尋找具有防治害蟲的效力、且對環境不良影響程度最低的生物農藥。

生物圈2號,人類文明崩壞的預言?(Biosphere 2)-下

生物圈2號,人類文明崩壞的預言?(Biosphere 2)-下
台北縣立中平國中自然與生活科技領域李佟位老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

如此劇烈的變化使得多數脊椎動物開始死亡,傳粉昆蟲更全數消失,反而是蟑螂等害蟲大量繁殖。氧氣在實驗開始時的初始濃度則是20.9%,在十六個月內逐步降低至14.5%,相當於海拔4000公尺,實驗者開始出現呼吸困難、舉步維艱之情形;出於無奈,1993年1月醫療團隊決定自外界注入氧氣,實驗宣告失敗。

對於氧氣濃度下降的原因,多數推測都指向土壤中的微生物。由於玻璃帷幕阻擋了部分光線的入射,使得微生物的呼吸作用有機會超過植物的光合作用,O2便逐漸減少;然而弔詭的是,二氧化碳卻沒有因此呈現增加的趨勢。這個謎團直到後來哥倫比亞大學的科學家使用放射性同位素進行調查,方才確認CO2會與建物中的水泥化合形成碳酸鈣,從而影響正常的碳循環,也導致了「氧氣莫名消失」的錯覺。

第一次實驗失敗之後,研究團隊在1994年重啟實驗,但由於管理階層的內部紛爭,實驗宣告草草結束。隔年生物圈2號的產權轉移至哥倫比亞大學,成為該校的研究基地,並整合為「第二生物圈中心」(Biosphere 2 Center),對外開放參觀。之後幾度轉手,目前由亞利桑納大學管理營運,做為研究氣候變遷之用。

生物圈2號,人類文明崩壞的預言?(Biosphere 2)-上

生物圈2號,人類文明崩壞的預言?(Biosphere 2)-上
台北縣立中平國中自然與生活科技領域李佟位老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

科技的進步帶來人口擴張和後續的汙染問題;時至今日,你毋需是學有專精的科學家,也能隱約感受到自然界正保持著危險的平衡,而人類文明已來到關鍵的路口。人們的心中不免浮現一個共同的疑問:「在萬不得以的情況下,拓殖外太空是否可行?」為了回答這個問題,美國富豪愛德華‧巴斯(Edward Bass)在1986年時斥資兩億美元,於亞利桑那州沙漠興建了「生物圈2號」(Biosphere 2)。這棟佔地1.27公頃,由鋼骨和玻璃帷幕所建成之密閉建築物,其目的在了解生物圈的運作機制,並研究人類是否已具備模擬並取代自然的技術能力,乃至於最終能否透過科技的幫助,移居外星球。

在與外界完全隔絕的生物圈2號中,包括了海洋(含珊瑚礁)、熱帶雨林、稀樹草原(savannah)、沼澤(marsh)、沙漠等五種生物群系(biomes);以及生產糧食的集約農地(intensive agricultural area)、供人員生活其中的微城市(micro city)和實驗監控用的技術圈(technosphere)等三種人造區域,其運轉的能源則來自太陽能以及外界供輸的電力。1991年,八位志願者進入生物圈2號中並完全與外界隔離,預計進行為期兩年,完全自給自足的生活。

高山凍原與極地凍原 -上

高山凍原與極地凍原 (Alpine Tundra and Arctic Tundra) -上
天主教聖心女子高級中學生物科許家榕老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

組成凍原的地質為凍土組成,包含冰、各種岩石和土壤。凍土層處於水的結冰點以下超過兩年的狀況,稱為永凍土(Permafrost)。由於低溫和較短的生長季限制阻礙了樹木生長。一般凍原都分佈在高緯極地或者高海拔地區。依地理位置可分為三種類型:北極凍原、南極凍原和高山凍原。植被的組成有矮灌木、莎草和禾草、苔蘚,地衣和零星樹木。在凍原和森林的生態群落交會區(ecotone)之間的界線,即為「森林線」(forest line)。

凍原的氣候特徵:太陽輻射能少,氣溫低、水氣不易凝結、雨量少。生物種類以地衣、蘚苔、草本植物為主。動物有雪兔、北極熊、狼、旅鼠,夏天有昆蟲、候鳥。凍原生態系通常不穩定。

◎高山凍原

分佈:高山凍原一般位於高海拔約3400~3500公尺以上,也是一般森林線以上。不是受限於雨量或溫度,而是海拔高度。又稱為「高山植物群帶」或「亞寒帶」。氣候近似極地凍原。在台灣分佈如:雪山、玉山山頂。

1.氣溫:年均溫5 ℃以下
2.降水:年雨量約2,800 mm
3.濕度:日照強、風大,水分蒸發快。
4.地質:生育地多為裸岩或岩床,碎石坡、表土少、保水力差。地表常積雪,尤其冬季。高山凍原因為通常不具有永凍土,排水比極地凍原好。
5.生物組成:沒有高大的樹木,僅在森林線附近的過渡地帶會有一些生長發育不良的樹木,稱為Krummholz。

深海熱泉生態系(Hydrothermal Vent Ecosystems)-上

深海熱泉生態系(Hydrothermal Vent Ecosystems)-上
台北縣立碧華國民中學自然領域張世玪老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

地球表面大約有70%的面積為海水所覆蓋,在廣大的海洋中,居住著形形色色的各種生物。海洋生態系大都以日光做為主要的能量來源,由於日光至多只能穿透至海洋表面下約300公尺,加上冰冷的海水會往海洋下方沈降,因此,在海洋深處,環境極為寒冷嚴峻,居住在其間的生物種類也極為有限。

一、幾個生態系能量流動的概念
1.生態系的初級生產力(primary production)
在一段指定的時間裡,某生態系的初級生產者將日光能轉變為化學能的總量,稱為此生態系在這段時間中的初級生產力。

2.生態系的能量流動(energy flow)
在多數生態系中,初級生產者會利用日光合成有機物,各級消費者則經由食物鏈獲取其需要的有機物,進而將有機物分解以得到能量。

3.在能量流動的過程中,每經過一層食物鏈營養階層的傳遞,便有部份能量會以熱的形式散失,並非所有的能量都能傳遞給下一個營養階層。
4.各營養階層之間的能量轉換效率很低,通常不到20%。

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