2015/09/21

---------------------------------老樹共和國 專題報導---------------------------------

為什麼大學要設昆蟲學系?
昆蟲無所不在,今年是國際土壤年,一塊土壤中就有複雜的昆蟲群聚運作,發揮土壤功能,昆蟲怎麼能缺席呢? 例如一棵樹好像一個為生態系,樹上的著生植物基質,就是號稱空中土壤,其中昆蟲群聚如何複雜?
更遑論,一棵老樹,好比自然界的大老,《詩經》中稱為「杕」,立地百年甚至千年,有如演替成熟的穩定生態系,生活在一棵老樹上的生物群聚,好像組成一個共和國,昆蟲只是其中一群最主要的先住民。請看在所有生物多樣性議題中最出色的昆蟲,如何在這個共和國,謙卑又有效率的為這個共和國默默的服務。
老樹共和國(一) - 達爾文錯過的生物島
http://taxa9c07.blogspot.tw/2015/09/blog-post_20.html#links
老樹共和國(二) - 高空土壤的土棲昆蟲
http://taxa9c07.blogspot.tw/2015/09/blog-post_44.html
老樹共和國(三) - 螞蟻上老樹
http://taxa9c07.blogspot.tw/2015/09/blog-post_30.html
老樹共和國 (四) - 植物與精靈的產物_癭
http://taxa9c07.blogspot.tw/2015/09/blog-post_88.html
老樹共和國(五) - 昆蟲與植物之秘「蜜」交易
http://taxa9c07.blogspot.tw/2015/09/blog-post_1.html
老樹共和國(六) - 老樹上的植物
http://taxa9c07.blogspot.tw/2015/09/blog-post_14.html

2015/09/20

-----------------------------老樹共和國(六) - 老樹上的植物-----------------------------

陳采如、黃騰禾、楊正澤國立中興大學昆蟲學系 

        植物物候學研究為長期生態研究中不可或缺的一環,植株本身的物候外,前述的樹冠群聚以及著生植物(epiphytes)的高位土壤生物群聚都已經有幾篇討論,然而,植株上的著生植物及其造成的影響亦不容忽略。著生植物大多分布於熱帶、亞熱帶地區,為雨林或霧林的重要特徵之一,隨著微環境和植物的差異,所出現的著生植物種類和數量也會有所差異。Holbrook(1991)指出著生植物可作為監測環境改變的指標,因為著生植物以特化的形態和生理適應的機制來獲得養份來源及做為支持構造,在生存競爭上占有相當的優勢,除了在森林結構和歧異度上扮演著重要的角色,更因其對土壤、水分及大氣三相的利用與控制比一般陸生植物來得敏銳。

        地處熱帶、亞熱帶的臺灣森林生態系中,老樹上又會有甚麼樣的植物風情呢?近年來世界各地的學者對依附植物(dependent plants)的研究逐漸增多。對於依附植物的定義,學者亦有不同的見解,舉凡在樹上出現之植物均屬之。本文以陳明義等(1994)之架構為基礎,參考其他教科書及工具書的定義,將依附在老樹上的植物,按其性質說明如下:
  1. 著生植物:又稱附生植物,根群附著於大樹枝幹上,本身可行光合作用依不同性質可以細分為三類:(a)完全附生植物(holoepiphyte):在樹上完成整個生活史,與地面完全沒有接觸,如山蘇花、崖薑蕨等;(b) 半附生植物(hemiepiphyte):有部分生活史階段與地面接觸;(c)偶然性附生植物(accidental epiphyte):部分植物種類,並非定義中的附生植物,如鳥類攜帶之偶然情形,使生活史位於樹上。另外,著生植物可依其對自然環境的適應性、生長習性、對氣候的容忍力、基層土壤的型式及獲得營養的方式等特徵來區分,如對水分的需求可分為溼生、中生和旱生著生植物;對陽光的需求可分為暴露型、陽性型和耐陰型著生植物。
  2. 攀緣植物(climbers):即藤本植物,根群著生於土壤中,沿枝幹向上攀生,本身可行光合作用。劉儒淵(1991)按其與宿主樹木之依附方式,分為4類群:(a)纏繞藤本(twiners),如血藤、賽山椒;(b)卷鬚藤本(tendril-climbers),如菝葜、廣東山葡萄;(c)盤根藤本(root-climber),如柚葉藤、風藤;(d)匍匐藤本(scramblers),如黃藤及火炭母草。這些植物在繁密的森林中,由樹冠層植物取得機械支持或養分來源。
  3. 纏勒植物(stranglers):原根群著生於大樹上,本身可行光合作用。待根群向下伸展至土壤中,易藉粗壯的氣生根將老樹包圍纏勒致死,如雀榕、榕樹、白榕等。
  4. 寄生植物(parasitic plant):著生於老樹上,具有葉綠素可以行光合作用,但無法獨立生活,以吸器從寄主植物上取得養分及水分。數量過多時會危及老樹,如椆櫟柿寄生、大葉桑寄生等。
        老樹上依附植物在台灣的研究可以推至二十年前,在還沒有掀起生物多樣性熱潮之前,長期生態研究(long term ecological research,LTER)開啟長期監測之門,生物普查是首要之務,因此,有許多學者投入森林生態昆蟲調查工作。陳明義等(1994)曾調查臺灣老樹上的依附植物,包括著生植物64種、攀緣植物10種、纏勒植物5種以及寄生植物2種,共計有34科81種,其中還有稀有植物-小垂枝石松。陳明義等(1998)調查關刀溪森林生態系之天然林與次生林的依附植物,也記錄共到42種著生植物及24種攀緣植物。
老樹及老樹上的植物擁有豐富的生物多樣性,值得研究
(圖片來源:楊正澤攝) 
        台灣的著生植物主要分佈在中低海拔及中海拔森林,在森林生態系中扮演重要的角色。老樹承載高歧異度的物種,除依附植物外,所伴生的動物種類繁多,生物齊聚在老樹身上完成生命史。隨著樹冠層研究之興起,老樹上的依附植物也是未來值得研究探討的主題。

關鍵字:

依附植物、著生植物、樹冠層

延伸閱讀:
  1. 陳明義、楊正澤、陳瑩娟(1994)珍貴老樹解說手冊,台灣省政府農林廳。
  2. 楊正澤、陳明義、江英煜(2001)關刀溪森林生態系著生植物基質中無脊椎動物群聚之生物多樣性,台灣昆蟲 21(2),99-117。
  3. 劉儒淵(1991)溪頭紅檜神木上之依附植物,國立台灣大學農學院研究報告,31(2),105-120。
  4. Holbrook, N. M. (1991)Small plants in high places: the conservation and biology of epiphytes. Trends in Ecology and Evolution, 6(10), 314-315.

----------------------老樹共和國(五) - 昆蟲與植物之秘「蜜」交易-----------------------

楊正澤、管力慶國立中興大學昆蟲學系
劉思謙國立中興大學生命科學系

        蜜蜂不見了,對某些人而言只是蜂群崩壞症候群(colony collapse disorder, CCD)的新聞事件,其實這是人類大災難開始的警訊 。當「蜂狂」紀錄片2014年在臺灣發燒,解開了農藥對造成蜜蜂蜂群異常行為的謎團。此時全世界正在關心蜜蜂消失之謎的同時,英國斯特寧大學(Stirling University)的研究人員,研究分析引進蜜蜂(Apis mellifera)對當地所造成的生態浩劫,包括與本土授粉者對花卉資源的競爭,取代原生植物的專一性授粉者,及幫助外來植物的授粉等。2009年沈競辰老師帶領員林農工學生進行臺灣四種鳳仙花花朵構造與授粉昆蟲之科展研究,發現本土的熊蜂也會為外來植物-非洲鳳仙花進行授粉。若本土授粉者也外來植物進行授粉,對植物的專一性改變,其後果不堪設想。到底植物與昆蟲間有什麼暗盤交易?或者授粉者與開花植物之間並不是一對一的共同演化呢?授粉行為只是眾多生態功能之一,影響之巨大無可限量,其中主要原因是顯花植物生殖策略和授粉者間長期的演化互動的結果。

「花容蟲貌」色形配對

        對所有植物而言,蟲媒花「靠蟲授粉」比「靠風散粉」之風媒花授粉效率高出甚多。根據報告,蟲媒植物種類數壓倒風媒植物,全世界維管束植物中96%為「靠蟲授粉」之被子植物(Sakagame et al., 1990)。授粉者中之熊蜂屬(Bombus spp.)昆蟲因口器構造之舌(glossa)長度有變異,因而得以分享花形及花冠不同之花所分泌之花蜜。同屬的各種熊蜂在演化過程得以共存下來分享資源,這個現象常常是研究授粉者與植物花型及結構探討共同演化的絕佳議題。在同一區域內有多種相近種,生物分類學上稱為同域種(sympatric species),而這種訪花者或授粉者口器長度及尺寸的變異和植物花器間的探戈,來來回回不知經過多少回。這些原來可能是同種的熊蜂,又可能因為在不同植物的交互作用下而分別有了適應模式,最後分化成為不同種,如此產生新物種的過程便稱「種化」(speciation),在同一區域不是因地理隔離造成的種化稱「同域種化」(sympatric speciation)。

        熊蜂對某種蜜源植物有相當的忠誠度,因為蜜源植物之生育地明確,生長期集中,開花季長,蜜量豐富,花色鮮艷,而且花冠經常有花蜜引導構造(honey guide),例如毛地黃花及吊船花就有此構造,熊蜂經常持續在某些蜜源植物採蜜,採蜜的效率高。蜜源植物也能獲得充分雜交的機會,展現大自然中熊蜂與蜜源植物相互倚賴的關係。林政行(1991)在臺灣中部橫貫公路由梅峰(海拔2120m)到霧社(海拔1150m)調查熊蜂之蜜源植物,發現梅峰臺大山地農場水源地之林道中,馬蘭紫紅色花,吊船花不整齊花冠粉紅色,這些植物長在中海拔陰暗處,花呈管狀、萼片小、唇呈囊狀,具有彎曲的蜜距(nectar spur)。這兩類花有花蜜引導構造,可以引導熊蜂進入花冠中。

        不具蜜腺的花,如阿勃勒如何吸引昆蟲來完成授粉?沈競辰(2003)調查發現,阿勃勒的花具有長、短兩型雄蕊,短型雄蕊產生提供授粉昆蟲食物的花粉粒,長型雄蕊產生完成授粉工作的花粉粒。熊蜂屬及木蜂屬(Xylocopa)等授粉昆蟲攀附於花朵上,此時長型雄蕊將花粉附著於授粉昆蟲胸部及腹部背面,授粉昆蟲利用震動取得短型雄蕊花粉,將花粉附著於後肢及腹面。野牡丹科植物(Melastomatacee)的花與阿勃勒一樣,具有長短不同的雄蕊,劉思謙等(2008)對臺灣4種野牡丹科植物進行授粉生態研究,結果也發現由於野牡丹科植物為孔裂花藥植物,其花粉隱藏於封閉的花藥室,主要的授粉者熊蜂屬及木蜂屬的蜂類,也以振動授粉方式(buzz pollination)採集花粉。

「花貌不揚」,逐臭有夫

        蠅類也是某些植物重要的授粉者,這類植物的花通常不顯眼。根據高雄改良場李雪如(2008)研究結果,麗蠅對芒果授粉有幫助,麗蠅又稱為金蠅,身體綠色,頭戴金冠,體型是家蠅的兩倍。目前利用人為誘引及飼養繁殖的方法來增加芒果園區麗蠅的數量。芒果從抽穗至小花開放約需20至30天,而麗蠅經產卵、幼蟲、蛹至成蟲等階段亦約14天,天氣寒冷時需要更久,因此芒果當花穗抽出約5公分後即可準備飼養麗蠅,待卵孵化後正逢小花開放,而達到幫助授粉的效果。
蜂、蠅、虻、甲蟲等嗜花昆蟲訪花主要目的是獲得花蜜與花粉,無形中也為植物完成傳粉任務。
(圖片來源:楊正澤攝)
「招蜂引蝶」競合互利

        多種生物間之關係不只是生存競爭(competition),兩種或兩種以上生物互相協助的共生關係是互利共生 (mutualism)也是在自然界維持生態系平衡穩定的另一重要現象。在社會生物學而言,生物間由合作(co-operation)而使同族類得到利益,這樣的生活史或生物學特性,在自然選汰下得以存留下來,這樣的自然選汰稱為族類選汰(kinn selection)。至於不同物種之間的交互作用,對合作的兩者或各方有一定的效益,而在共同演化(co-evolution)的定義下,有些人則質疑這是巧合(coincidence),是機率(probability)問題。然而異種異類而在自然環境下交互作用,物種間互為壓力,不斷給予刺激而針對刺激產生反應,如此的交互作用產生的生物種間關係,可以令生物在生態系中共存,也可能產生新的物種,這些物種在長期適應之下,所產生互動的模式,稱為「穩定的演化策略」(evolutionary stable strategy, ESS)。

        以昆蟲與植物間的授粉關係為例,現今授粉昆蟲之起源可能是取食花粉之植食性昆蟲,或許是取食花粉昆蟲之捕食者(Van Schaik et al., 1993)。植物利用此等昆蟲之移動能力,將自己的花粉送到另一朵花上之利用價值,為引誘適合自己要求的特定昆蟲,必得進化成各自特殊的花形、花色、花香;相對的授粉昆蟲也受到花種及能量策略的選汰,對於基因組成做重組,累積基因型所造成的表現型,來調整授粉者之形態、訪花行為及生態特性等,因植物刺激所造成的因果反應,逐漸適應於特定植物上,而產生長期交互作用的特有方式。

關鍵字:

授粉、蟲媒花、昆蟲、共同演化

延伸閱讀:
  1. 李雪如 (2008) 飼養授粉昆蟲促進芒果結果,高雄區農情月刊,125,3。
  2. 沈競辰(2003)花與授粉的觀察事典,晨星出版有限公司,台中。
  3. 林政行(1991)臺灣熊蜂垂直分布及蜜源植物,臺灣省立博物館年刊,34,33-48。
  4. 楊正澤、管力慶(2005)花花世界-顯花植物嗜花者與昆蟲,農業世界雜誌, 259,72-84。
  5. 劉思謙、溫海宏、陳明義、楊正澤(2008)台灣中部地區野牡丹科植物授粉生態學,台灣昆蟲 28(2), 67-85。



------------------------老樹共和國 (四) - 植物與精靈的產物_癭------------------------

楊正澤、陳采如、江東權、林嘉勇國立中興大學昆蟲學系

        細心觀察植物的莖、葉、花、果、芽等,長出異狀突起物,形狀有球狀、倒卵形、棒狀、針狀、鹿角狀、圓錐狀、紡錘狀等,這有如植物的體內住著不同的精靈,對植物施加魔法,在無形有形的宰制植物,任意幻化出不同形狀與色彩的癭體。這些精靈是由昆蟲、蟎蜱、線蟲及微生物等外因生物直接或間接與植物互動,對植物刺激,引起植物某部位的細胞發生不正常增生或增大的現象,稱為「植物癭」(plant galls)。根據楊淑燕等在1994-2000年間調查臺灣的植物癭,共記錄到50科150種產癭植物,發現200類的蟲癭及55類其他生物癭,產癭植物包括蕨類、裸子植物及被子植物,約96%出現於被子植物,以樟科及殼斗科為主要植物類群。在臺灣珍貴老樹樹種中,曾被記錄到的產癭植物有松科臺灣二葉松,楊梅科銳葉楊梅,殼斗科青剛櫟,榆科朴樹,桑科榕樹、雀榕,樟科樟樹,金縷梅科楓香,豆科刺桐,大戟科茄冬,漆樹科芒果,無患子科荔枝、龍眼、無患子,馬鞭草科薄姜木等共12科15種,其中2012年雪霸國家公園七家灣溪調查發現雙翅目癭蚋造成台灣二葉松松針基部組織膨大(楊正澤等,2012),是除臺灣雲杉、臺灣鐵杉等裸子植物之產癭植物外的新紀錄。而樟科楨楠屬(Machilus spp.)植物上的癭蚋蟲癭變化多,並展現其高度的專一性。
造癭昆蟲造成台灣二葉松之松針基部組織增生肥大
(圖片來源:楊正澤攝)
        榕樹在老樹樹種中是株數最多的老樹,最引人津津樂道的是桑科榕屬植物和小蜂科間的授粉關係。榕屬植物特有的隱頭花序,榕果小蜂由榕果尾端的小孔進入授粉,而榕屬植物則提供退化雌花供小蜂產卵形成蟲癭,如此老樹及小蜂得以繁衍後代。榕屬植物開花物候與榕果小蜂授粉行為配合無間,是自白堊紀以來共同演化的結果(Galil,1977)。

         蟲癭研究國內有中興大學昆蟲學系楊曼妙教授的團隊,更早有植物癭的生物多樣性調查,台灣地區造癭昆蟲(gall-inducing insect)種類,以雙翅目癭蚋科、膜翅目癭蜂科為主要造癭者。造癭昆蟲將卵產於植物表面或幼嫩組織中,經由產卵時之伴隨物質或幼蟲取食之分泌物質的刺激,或卵孵化後昆蟲直接在植物組織內發育,而產生癭體,癭體如同魔法育嬰室,造癭幼蟲於癭內發育成長,癭體也跟著長大,直至成蟲才離開癭體。由於造癭昆蟲種類不同、產癭植物種類與作用部位,甚至植物的組織反應及細胞分化情形等生理及生態上會產生差異,還有其他生物如寄生、客居及共生等以癭為食物或居所,蟲癭可以說是一個複雜的「生命共同體」。
形態多樣的蟲癭(A-H)及變葉新木薑子球狀蟲癭發育過程(I-N)
(圖片來源:梁立明,1999)
        老樹與蟲癭的關係是長期演化的見證,更有實用的價值。人類利用蟲癭的歷史悠久,西元5世紀起,歐洲人已會利用殼斗科櫟屬(Quercus spp.)植物所產之櫟癭(oak apple或oak gall)富含單寧酸(tannic acids)的特性,製造蟲癭墨水(iron gall ink或oak gall ink)來畫畫及書寫。17世紀,英國人會在每年的5月29日中配戴櫟癭,稱為櫟癭節(Oak Apple Day),以慶祝君主政體的恢復。古籍《山海經》及明代李時珍《本草綱目》均記載中國人利用漆樹科羅氏鹽膚木上的五倍子蚜蟲蟲癭,提煉收斂劑應用於醫藥。

        生物多樣性豐富的臺灣,擁有形形色色植物癭,植物癭的研究與開發,值得我們繼續去探索。

知識格字舖

        寄生生物(parasitoid):主要以取食癭體內的造癭昆蟲,常造成幼蟲死亡。(資料來源:楊淑燕等,2000)
        客居生物(inquiline):生活在癭內,取食癭組織,並不會直接危害造癭昆蟲,但會因食物競爭,造成造癭昆蟲餓死。(資料來源:楊淑燕等,2000)
        共生生物(symiotic organism):寄生或共生真菌在癭體老化或凋萎時入侵。(資料來源:楊淑燕等,2000)

關鍵字:

蟲癭、造癭昆蟲、產癭植物、癭蚋、寄生、客居及共生

延伸閱讀:
  1. 梁立明、楊淑燕、楊正澤、陳明義(1999)關刀溪森林生態系變葉新木薑子與長葉木薑子蟲癭之發育,林業研究季刊 21, 75-89。
  2. 陳明義、楊正澤、陳瑩娟(1994)珍貴老樹解說手冊,頁104,台灣省政府農林廳。
  3. 楊正澤、江東權、陳采如、蔡尚惪(2012)七家灣溪畔的植物癭,雪霸國家公園保育專欄。
  4. 楊曼妙(2007)世間的精靈–昆蟲:蟲癭–昆蟲與植物共舞,科學發展,409,28 -33。
  5. 楊淑燕、陳明義、楊正澤(2000)台灣的植物癭,頁127,行政院農業委員會,中華民國環境綠化協會,台北。

------------------------------老樹共和國(三) - 螞蟻上老樹------------------------------

楊正澤、江英煜國立中興大學昆蟲學系

        螞蟻與白蟻在土壤各層及腐朽木材均可發現其蹤跡,白蟻主要擔任有機質分解的角色;螞蟻則扮演森林中重要的捕食者及腐食者角色,可加速物質的循環(林宗岐,2010)。螞蟻是種數極多、分布極廣的昆蟲,佔熱帶森林及草原動物總生物量(biomass)約10-15%,其生態功能群及生活形式多樣化(Agosti et al., 2000)。除了地面的土壤,螞蟻在著生植物基質形成「高位土壤」的生物群聚中為優勢之昆蟲類群(楊正澤等,2001a)。Benzing(1990)則認為,著生植物因提供食物而與樹冠層動物相(canopy fauna),尤其與螞蟻有長期合作關係。一棵老樹在一定點成長,時間數以千百年,除了樹上蟻巢之外,老樹的立地位置(site)也有許多螞蟻,與老樹的關係因此更加深遠。這裏來談談老樹、著生植物與螞蟻及蟻客(ant guests)的糾葛,由另一角度看螞蟻與老樹的關係。

老樹、著生植物與螞蟻

        台灣主要兩種著生植物--台灣山蘇花(Asplenium nidus L.)及崖薑蕨(Pseudodrynaria coronans (Wall.) Ching),主要在樹幹上生存,是老樹與螞蟻發生密切關係的另一個重要媒介。楊正澤等(2001b)依Benzing(1990)將維管束植物中主要的著生植物整理後,依著生植物與昆蟲的關係分下述五類型:

(1)蟻巢型(ant-nest-garden):由樹棲螞蟻所構築形成,一般屬喜陽性(heliophilic);石達愷(1991)指出,台灣最顯著的蟻巢是由舉腹蟻屬(Crematagaster sp.)在樹幹或樹枝上所築成的黑褐色紙質蟻巢。

(2)親(喜)蟻植物型(ant-fed; ant-house; myrmecophyte),指靠螞蟻授粉的植物或因螞蟻棲居而獲益,且特別適應與螞蟻棲居之植物,亦即通稱的螞蟻植物(ant plants);如馬來西亞熱帶雨林常見的茜草科(Rubiaceae) Hydnophytum屬之著生植物,其莖之基部膨大成球狀,內部形成許多空室可供螞蟻棲住及儲存有機碎屑(debris),植物根部可伸入吸取螞蟻用過的廢物作為養分。

(3)防護型(ant-guarded):指共生的螞蟻可防禦其他植食性昆蟲等危害著生植物,而著生植物則提供螞蟻作為棲所,此類型與親蟻植物之角色與功能,有些是一致的,如秘魯茜草科植物葉子基部有蟻巢,或非洲刺槐有螞蟻居住在空心的刺中,可以減少大型草食性動物取食。

(4)聚物籃型(trash-basket):此類型著生植物主要由宿主植物的落葉提供其所需的營養,累積有機碎屑提供螞蟻作為棲所,有時亦提供螞蟻食物,殘餘廢物則為著生植物的養分,經常發現在具有蓮座葉叢的大型鳥巢狀蕨類(bird’s nest-like ferns),如台灣山蘇花及崖薑蕨;另一類群為具有收集葉及營養葉二型葉片之蕨類,如鹿角蕨屬(Platycerium)之著生植物;Kabakov(1967)曾記錄著生植物山蘇花基質內棲住的鞘翅目(Coleoptera)昆蟲;Sergeeva等(1990)曾調查山蘇花基質的無脊椎動物組成,但皆未深入探討基質與螞蟻的關係。

(5)貯水杯型(phytotelm , tank):一般於熱帶美洲的鳳梨科植物(Bromeliaceae),其葉基開張具有接水及貯水的功能,這類型著生植物與水生昆蟲關係密切。
樹上的蟻巢可以提供螞蟻、蟻客等昆蟲共棲
(圖片來源:楊正澤攝) 
螞蟻與牠的客人

        已知約有1,000種以上的生物和螞蟻有共棲的現象,其中包括動物及植物。這些與螞蟻共棲的動物中,因其生活史的某階段得到螞蟻的所提供的食物而成長,此類昆蟲通稱為蟻。在關刀溪森林生態系研究中,曾探討螞蟻、蟻客及著生植物基質三者間的關係。研究結果發現,螞蟻與蟻客共棲於台灣山蘇花與崖薑蕨著生基質內,螞蟻計有33形態種,鞘翅目蟻客共計6科,以隱翅蟲科(Staphylinidae)及蟻塚蟲科(Pselaphidae)為大宗,其次是蕈彪甲科(Ptiliidae)。著生植物基質以螞蟻為中心,其蟻客組成在基質之無脊椎動物之多樣性中佔有極重要的優勢度(楊正澤等,2001a)。
著生植物基質內除了螞蟻外,鞘翅目的隱翅蟲科及蟻塚蟲科是主要蟻客。
(圖片來源:楊正澤攝)
        此外,在關刀溪森林生態系所採的山胡椒樹幹上之舉腹蟻屬的紙質蟻巢,主要由螞蟻及介殼蟲組成,共計發現昆蟲5個目,其中膜翅目(Hymenoptera)除蟻科(Formicidae)之外,尚有小蜂總科(Chalcidoidea),鱗翅目(Lepidoptera)、雙翅目(Diptera)之蚤蠅科(Phoridae)、嚙目(Psocoptera)及半翅目(Hemiptera)之介殼蟲總科(Coccoidea)。著生植物基質中之螞蟻社會除有生殖階級外,亦可發現其卵及幼蟲,可確定此基質為螞蟻之生育場所(breeding site),由基質提供螞蟻棲息與食物等資源之觀點,著生植物或可視為防護型或聚物籃型之螞蟻植物。此外,從樹冠層研究結果亦發現,上層的螞蟻可能由下層或地表棲息之螞蟻活動而造成層次分布(stratification distribution),而且與每天的活動時間日律性(circadian rhythm)有關(林嘉勇,2012)。

        除螞蟻蟻巢內有蟻客,白蟻巢內也有蟻客群聚。楊正澤等(2001a)引用日本Iwata and Naomi (1998) 之報告,甲蟲是等翅目(Isoptera)白蟻巢內之蟻客,包括鞘翅目之棘角金龜科 (Ceratocanthidae)、金龜子科 (Scarabaeidae)、象鼻蟲科 (Curculionidae)及步行象鼻蟲科 (Rhynchophoridae)等4科,和其研究結果之螞蟻巢中的蟻客大不相同。因此,著生植物之螞蟻巢為中心之蟻客生物多樣性和白蟻巢有所不同,也是基質微生態系之一大特色。


關鍵字:

著生植物基質、螞蟻、蟻客、生物多樣性

延伸閱讀:
  1. 石達愷(1991)台灣社會性昆蟲,頁92,國立自然科學博物館,台中。
  2. 林宗岐(2010)第八章土棲螞蟻與白蟻,王明光等著,土壤生物多樣性,頁492,國立編譯館,台北。
  3. 林嘉勇、楊正澤(2012)昆蟲在樹木高度層次與日律時段的分佈研究初報。第33屆臺灣昆蟲學會年會,2012年10月26-27日,國立屏東科技大學植物醫學系,屏東。
  4. 楊正澤、陳明義、江英煜(2001a)關刀溪森林生態系著生植物基質中無脊椎動物群聚之生物多樣性,台灣昆蟲 21(2),99-117。
  5. 楊正澤、陳明義、江英煜(2001b)關刀溪森林生態系著生植物基質中蟻客之昆蟲群聚,林業研究季刊,23(4),31-44。
  6. Agosti, D., Majer, J., Alonso, E. and Schultz, T.R. (Editors) (2000) Ants Standard Methods for Measuring and Monitoring Biodiversity,Smithsonian Institution Press. Washington D.C.

-------------------------老樹共和國(二) - 高空土壤的土棲昆蟲--------------------------

楊正澤、黃騰禾、陳采如國立中興大學昆蟲學系
嚴中佑國立自然科學博物館

        聯合國農糧組織(FAO)與國際土壤學聯盟(IUSS)呼籲全世界人民落實對土壤資源的保育與珍惜,在2013年12月20日聯合國大會決議上,宣佈今年(2015年)為「國際土壤年」。國內科普期刋龍頭科學月刊,製作專輯「重返土壤」介紹國際土壤年在國內的相關活動,突顯其重要性,本文以「高位土壤」(perched soil)及無脊椎動物群聚,加以呼應。
2015年科學月刊7月號,以「重返土壤」為主題,和2015年國際土壤年相呼應,喚起大眾對土壤的重視與保育。
(圖片來源:科學月刊)
        歐洲才過了土壤生物多樣性年,強調土壤中生物的多樣性與功能的多樣性在環境生態過程的重要性。2010年歐盟執委會的聯合研究中心(Joint Research Centre)在「土壤、氣候變遷及生物多樣性」研討會,指出歐洲土壤生物多樣性所面臨的潛在威脅,以提醒決策者採取行動保護此一重要資源,因為土壤中的生物多樣性在農業、水循環及碳循環等方面皆扮演了極為重要的角色。

        這裡要提出一種另類的土壤,在高空中,著生植物基質有如地表的土壤。在人口壓力面臨2050年可能達到95億人口的地球,地表面的環境開發已經受限,在空中發展的未來世界,想要綠意盎然,在高空中可讓植物賴以生存的「空中土壤」就顯得更加珍貴。近年,樹冠層生態系研究亦成為國際生物多樣性及全球變遷研究中的重要議題。各種在樹冠層生態系上的生物(如著生植物、昆蟲、無脊椎動物)與著生植物的基質,是熱帶、亞熱帶和溫帶森林樹冠層中重要的組成部分。這些生物和基質的存在,不僅使森林生態系具有豐富的多樣性和生物量,而且影響生態系養分與水分平衡、生物地球化學循環(biogeochemistry cycle)及生產力。

        在臺灣中低海拔山區,森林由上層到林下層,樹幹上著生基質的微生態系中,最常見的著生植物是台灣山蘇花(Asplenium nidus L.)與崖薑蕨(Pseudodrynaria coronans (Wall.) Ching),其基部膨大或葉片宿存會聚集許多枯落物和腐植質,並轉化為本身可利用的養分來源。在枯落物轉化成為養分的過程中,分解者的直接作用、植食者的碎屑及糞便排遺,甚至動物屍體的直接貢獻,以至於築巢居住的物種,都可能造成著生植物基質結構的改變。在這造成著生質物基質結構改變的一連串生態過程中,昆蟲因物種數及個體數優勢,而佔有重要的地位。著生植物多發生於樹上或岩石上,而那些著生植物基質與地面上的土壤有所區隔,因此形成一個獨特的微棲所(microhabitat)或微生態系,由於實際上的位置高於地面,故有「高位土壤」之稱。

        臺灣過去將近20年由科技部支持的長期生態研究,有機會比較中部關刀溪森林生態系10年間著生植物基質之無脊椎動物群聚組成,使用柏氏漏斗法(Berles funnel method),從臺灣山蘇花及崖薑蕨的基質中分離出無脊椎動物。結果,21,941隻無脊椎動物鑑定出2門6綱24目,其中昆蟲綱16目占無脊椎動物總個體數約80﹪,以膜翅目(Hymenoptera)、彈尾目(Collembola)之個體數最多。而在非昆蟲無脊椎動物5綱中,則以蛛形綱之個體數最多(楊正澤等,2001a)。與10年後,2004年嚴中佑碩士論文,以同樣方法進行調查研究的結果相近;經比對土壤昆蟲學的報告,發現著生植物基質也就是高位土壤中的昆蟲綱,以膜翅目、彈尾目、鞘翅目、同翅目與纓翅目為個體數量最多的五個目。其中膜翅目99.9 %的個體為蟻科,由卵及幼蟲的存在,顯示螞蟻以高位土壤為築巢地點。鞘翅目中95.1 %的個體屬於蟻客昆蟲,顯示這些鞘翅目昆蟲與螞蟻間有共棲關係,其中隱翅蟲科與纓毛蕈蟲科為最主要的兩個科。此外,令人驚訝的是,高位土壤與地表土壤間節肢動物組成大致相同,只有螞蟻個體數比例遠比地表土壤中的高,其特有的群聚結構顯示螞蟻與著生植物間有某種程度的關係。以生態過程而言,功能群的組成應該最能反映生態系穩定性及健康的結構,高位土壤內以植物性分解者及植食者為主,地表土壤則以植物性分解者及捕食者為主。
高位土壤中的昆蟲群聚,跳蟲為主,有螞蟻及白蟻(左中)築巢。
(圖片來源:楊正澤攝)
        在資源有限的高位土壤內部棲息的無脊椎動物,生物多樣性多高?它們與其他生物之間彼此的關係又如何呢?這些都是值得深入研究的課題。對於高位土壤而言,在空間與高度上的分布並非連續性,因而形成一個獨特的棲位(niche),故Kabakov早在1967年就將高位土壤視為地理學上隔離的生物島(biological island)。反觀達爾文的小獵犬號航程,在許多島嶼中發現生物的變異,但是當時,還沒有生態系的觀念,也沒有生物島的概念,更沒有島嶼生物學的研究,有的只是每個島的生物適應的問題,達爾文甚至說加拉巴哥島是「對於人類和大型動物一點用處都沒有」。今天,我們可以將獨立老樹視同為隔離的生物島。如果時光倒流,是否也可能改變達爾文的觀點,吸引達爾文再去探索?或者提醒未來的達爾文信徒們,在熱帶雨林樹冠層研究中,或單獨一棵大樹的調查者,都會去注意到這一類微小生態系的「空中島嶼」。也許能因此再發現重要的生物法則,為人類著書立論。文至於此,這些樹冠上生物多樣性高,卻又各自隔離的「空中生物島」可能是達爾文最大的遺憾。
(本文由科技部補助「百變昆蟲族」執行團隊撰稿)
責任編輯:楊正澤
審校:林鶯熹
關鍵字:

著生植物基質、昆蟲群聚、土壤、生物多樣性、生物島

延伸閱讀:
  1. 黃貞祥(2015)【國際土壤年專題】認識「國際土壤年」,CASE讀報,國立台灣大學科學教育發展中心。
  2. 楊正澤、陳明義、江英煜(2001a)關刀溪森林生態系著生植物基質中無脊椎動物群聚之生物多樣性,台灣昆蟲 21(2),99-117。
  3. 楊正澤、陳明義、江英煜(2001b)關刀溪森林生態系著生植物基質中蟻客之昆蟲群聚,林業研究季刊,23 (4),31-44。
  4. 楊正澤、陳明義、陳瑩娟、羅華娟(2005)老樹共和國-老樹、著生植物與昆蟲,農業世界雜誌 ,257,74-86。
  5. 嚴中佑(2004)關刀溪森林生態系著生植物基質之節肢動物群聚結構,國立中興大學昆蟲學系碩士論文。
  6. Soil biodiversity: functions, threats and tools for policy makershttp://ec.europa.eu/environment/soil/biodiversity.htm

-------------------------老樹共和國(一) - 達爾文錯過的生物島--------------------------

楊正澤國立中興大學昆蟲學系

        2015年6月12日,立法院三讀修正通過「森林法」,於7月1日公佈,將樹木保護專章與專業人員制度納入,訂定「樹醫制度」。過去立法所保護樹木,以國有森林及珍貴老樹為主,但對於廣大的都市林及一般樹木,無「法」可管。然這些樹木也常因建案、道路擴寬等因素,進行不當的樹木移植、砍除或修剪,而影響都市林樣貌。8月9日蘇迪勒颱風來襲,造成全臺大量人行道或公園的樹木被連根拔起、折斷或傾倒,據各縣市政府統計結果台北市20,294株台中市2,883株高雄市12,977株,更突顯此次修法所強調樹木養護的重要性,透過專業的樹木管理人才,能合理有效的監督並執行保護樹木的相關工作。

        對於樹木的保護政策,我國1932年制定的「森林法」以保育森林資源;1989年,前台灣省政府農林廳訂定「加強珍貴老樹及行道樹保護計畫」,以平地及山坡地村落附近之老樹為保護對象。老樹的認定標準需合乎下列條件之一:(1)胸高直徑1.5 公尺以上(胸圍4.7 公尺以上);(2)樹齡一百年以上;(3)特殊或具區域代表性樹種。同時,老樹保護由樹木資源保護轉成生物多樣性、自然資源及生態保育之旗幟種 (flagship species),成為生物多樣性保護的一個重要議題,開啟了全國普查(inventory)工作。各縣市紛紛制定「樹木保護自治條例」,根據現地調查之回報結果,當時已由各縣市編印成手冊,共計21冊,經過十多年的資料建檔,已頗具規模。而保護老樹的話題至今仍然不斷昇溫,林務局、保育中心、林試所陸續投入大量人力,更新資料重新出版書籍、辦展覽、拍攝紀錄片等,民間團體也不遺餘力的以實際行動來護樹。

        老樹藉擴展的枝幹與茂密的樹葉,遮蔽陽光,調節氣溫,形成不同的微環境,使許多生物得以在此覓食、棲息以及繁衍,並與伴生動植物長時間的生物與非生物交互作用,具有達到自我恆定的自然力。在保育與生物多樣性上,老樹可能是一片森林殘存的植株,也可能是因風俗信仰目的而栽種。雖然單木難成林,卻能容納承載有如森林的生態群聚,稱得上是一座「人類文明大海中的生物島(biological island)」。人類開發森林成為社區、高樓、道路,並在高樓頂發展屋頂綠化的同時,生長在地表上,比我們年齡都大的老樹,可以比擬是都會區的生態島嶼。
老樹及其依附植物,附生於茄苳樹上的松葉蕨(右上)又提供蛾類結繭化蛹(右下)
(圖片來源:楊正澤攝)
        達爾文小獵犬號在加拉巴哥群島遍訪海島的航行事蹟,至今依舊引起廣泛討論。老樹是自然界的「大老」,樹冠層在現代人類文明開發環境中殘存下來,成了都會區的「樹島」。這些樹島也許是達爾文在島嶼探訪中唯一錯過的生物島,可能是未來演化生物學及生態學研究的寶貴資源。

        一棵老樹由地面起向上看,根、莖、葉、花、果實、種子,這些提供給樹島上的生物群聚的所有植物資源,同時支持著一群利用與棲息的其他生物。本專題藉由老樹這個單一個體承載一個生態系,一棵樹有如「超級生物」(super organism),在一切生命現象相關的生態過程中,以授粉、蟲癭、螞蟻、著生植物基質的昆蟲群聚及著生植物等,來探討昆蟲與老樹之間合作的依存關係。
(本文由科技部補助「百變昆蟲族」執行團隊撰稿)
責任編輯:楊正澤
審校:林鶯熹

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        旗幟種(flagship species):或稱旗艦種,指能夠吸引大眾關注,甚至能夠引起國際關心的物種,常用於宣傳用途,例如貓熊,最終目的是能保育其棲地,進而可以保護生存此棲地的其他生物。(資料來源:維基百科

關鍵字:

老樹、生物島、樹冠層、生態群聚、生物多樣性

延伸閱讀:
  1. 立院三讀森林法,定都市樹木保護專章http://www.cna.com.tw/news/aipl/201506120391-1.aspx
  2. 行政院農業委員會(2012)魅力台灣樂活誌-第26集,自然界可敬的耆老台灣老樹巡禮
  3. 楊正澤、陳明義、陳瑩娟、羅華娟(2005)老樹共和國-老樹、著生植物與昆蟲。農業世界雜誌,257,74-86。
  4. 楊正澤(2005)天空綠世界-樹冠層、生物多樣性與昆蟲。農業世界雜誌,262,52-59。
  5. 羅華娟、陳明義、楊正澤(2009)樹說新語閒話老樹。自然保育季刊,65,5-29。