被遺落的一環:土壤生態系中的生物多樣性 | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

被遺落的一環:土壤生態系中的生物多樣性

2004年08月26日
作者:颺如思 (台灣環境資訊協會)

每個地區多樣的生物配合當地環境,會組合成一個系統,我們稱之為生態系。不同地區有不同的生態系,而不同的生態系孕育了不同的生物,也提供了不同的生態系服務(Ecological service)。每個生態系的功能各不相同,如:雨林生態系中鋪天蓋地的參天巨木,提供了一個龐大的氣體交換系統,被稱為「地球之肺」;濕地生態系中大量的紅樹林、有機質與分解者,能夠留住養份,去除並分解有害物質,所以稱之為「地球之腎」。

我們若喪失一個生態系,不僅會失去很多的生物,造成生物多樣性降低,更會失去許多我們賴以生存的條件。所以生物多樣性有一個重要的層次,就是生態系多樣性。然而對於生態系多樣性中的土壤生態系,我們的了解卻不多(僅管它是陸地上最大的生態系)。

經濟利益龐大 漸受各國重視

近幾年來有關土壤生態系的研究逐漸被重視,除了原有在污染防治、水土保持上的土壤學研究外,更重要的是我們發現土壤中的「生物多樣性」富含了生物醫學、農業等經濟價值。由於這牽涉到相當龐大的經濟利益,所以各國都開始投入大量經費,資助生物學家研究土壤中的生物多樣性,土壤生物多樣性(Soil biodiversity)的研究開始在生物科學中佔有一席之地。

雖然如此,我們對土壤生物多樣性的了解仍然不多,因為土壤中的生物,大多都是我們肉眼無法看見的微生物,研究並不容易。目前估計我們只認識地球上約1%-5%的微生物,而科學家認為剩下95%以上的微生物,很大一部份存在於土壤中,並預測土壤中有150萬種真菌、30萬種細菌、40萬種線蟲,以及約4萬種原生動物,比地球上其他環境的生物多樣性要高很多(地球上已經命名的所有生物,含鳥類、昆蟲、其他動物、植物、真菌、細菌……,約為150萬種),最主要是因為土壤的複雜度非常高。

土壤構成了許多細微孔隙,由2毫米(1公尺/1000)到0.2微米(1公尺/百萬)。這些孔隙是許多微生物的避難處與居所,如果再加上溫度與濕度的變化,使得一小撮泥土中可能躲著成千上萬我們看不到的微生物,這就不難想像生物多樣性有多高了。這些微生物的代謝能力非常強,所以可以利用土壤中各式各樣的物質作為能量的來源。

土壤生態系提供許多的生態系服務,這些服務大部份來自於微生物的作用,以及微生物與微生物間所組成的食物網的性質,如:1、植物生長所需的養份,存在於土壤中,由微生物分解產生;2、土壤吸收重金屬、殺蟲劑等,緩衝它們的危害,並由微生物轉換為其他物質;3、地球上氣圈(Atmosphere)及水圈(Hydrosphere)之間,水與氣體的交換媒介,需要微生物的輔助;4、由於生物多樣性高,所以土壤為生物與遺傳物質的棲息存在地;5、微生物轉化了各種天然或人工化學物質,可以保護地表水及地下水。

未知高於已知 研究空間無限延伸

土壤生物多樣性中,真菌及細菌是最主要的分解者,它們可以分解動植物殘骸,並進行生物化學轉換,提供植物生長的養份循環。經由微生物的作用,加上土壤的孔隙,可以涵養多種氣體,包括二氧化碳、甲烷、一氧化氮等,可以調節大氣中溫室氣體(Greenhouse Gases)的濃度。

 土壤中與養份循環有關的生物相。(圖片:颺如思提供)

從微生物多樣性尚未開發的部份,我們可以找到新的基因和物種,而且很明顯地具有生物科技及藥學上的價值,因為從過去到現在,我們大量利用微生物製造抗生素、抗過敏藥、抗癌藥物、殺蟲劑、維他命以及一些酵素等。我們也可以利用土壤微生物來監測環境的改變,以及污染物對環境的衝擊──土壤微生物的活性、生物量(Biomass)、歧異度,如:共生菌的有無、種類及健康情形,常用來當作土壤品質的指標;加上有機質與土壤微生物量的比值,或土壤有機質的分解速率,可以更精確地評估環境改變。

對於我們生長的土地,我們未知的部份遠遠高於我們所知的。從經濟學的觀點,這是一個很有研究發展的空間;從生態的觀點,這是一個非常需要保育的領域。若政府能大力支持土壤生物多樣性的研究發展,或許在不久的將來,我們會發現某種對人類非常重要的物質,因此而產生一位諾貝爾獎得主也不一定。

生物多樣性小百科

分解者

通常指細菌及真菌,是一群以死亡的動植物為食、使其破碎分解的生物,它們使得有機養分能夠重新回到生態系中。分解者在所有生態系中,都扮演舉足輕重的角色。如果生態系少了它們,植物會無法得到必要的養分,各種屍首及廢物也會逐漸堆積。許多種類的分解者非常微小,必須用顯微鏡才瞧得見,但也有一些像真菌等的大傢伙,是人類眼睛看得見的。不同種類的分解者在生態系中執行不同的任務,如部份種類的細菌喜歡分解肉類或食肉動物的糞便,放射蟲(Actinolites)則專門對付死去的植物,包括部份難以分解的植物及草食動物的糞便,而有些種類的真菌則特別喜歡蔬果類。

Decomposer

An organism, often a bacterium or fungus, that feeds on and breaks down dead plant or animal matter, thus making organic nutrients available to the ecosystem. Decomposers are very important for any ecosystem. If they weren't in the ecosystem, the plants would not get essential nutrients, and dead matter and waste would pile up. Many kinds of decomposers are microscopic, meaning that they can't be seen without a microscope. Others, like fungi, can be seen. Different kinds of decomposers do different jobs in the ecosystem. Others, like some kinds of bacteria, prefer breaking down meat or waste from carnivores. Actinolites only break down dead plants, including hard to break down plants and the waste of herbivores. Others, like certain kinds of fungi, prefer fruits and vegetables.


本專欄由林務局贊助