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國際

「遊戲化生態模型」解答森林植物如何面臨氣候變遷與火災雙重危機

明日科學

更新於 10小時前 • 發布於 10小時前 • 高 詩豪

墨爾本大學的科學家運用電腦模型,模擬氣候變遷與火災頻率變化對森林植物的影響,揭示這些因素如何影響植物生存與再生能力。該模型如同一個「生態遊戲」,科學家選擇植物物種、環境與挑戰,測試不同變化對植物族群的影響,並在虛擬環境中重現現實場景。

研究聚焦於四種澳洲植物,分為兩大類火災應對策略:「義務播種者(obligate seeders)」「能再生物種」。義務播種者如荒漠山龍眼(Banksia ornata)與沼澤鬍鬚白珠樹(Leucopogon esquamatus),在火災後完全依賴種子再生,若火災頻率過高且生長成熟期被延遲,這些植物可能在產生種子前就被摧毀,導致族群快速衰退。

相比之下,能重新萌芽的物種如鋸齒山龍眼(Banksia serrata)與喙果山龍眼(Hakea rostrata)具備較高的恢復能力,火後可從莖基部或保護組織重新生長。然而,這類植物也面臨氣候變遷引發的高死亡率與乾旱影響,威脅其長期存續。

寓教於樂 對依賴種子的物種衝擊最大

研究團隊利用「分步式」模型模擬物種族群變化,結合氣候與火災影響,建立長達 120 年的預測。 氣候模型與模擬:使用 12 種氣候模型(6 個當前、6 個未來情境),透過 FROST 系統模擬 120 年,每次重複 10 次(藍色框)。 數據輸出與分層:FROST 輸出逐年、逐單位網格(180 米,約 3.24 公頃)的資料,形成火災或無火災的「擾動層」,納入「分步」框架。 人口變化情境:設定 3 組假設的人口變化參數,共跑 16 種不同情境,模擬火災和非火災對族群轉換的影響(綠色框)。 棲地適合度:結合靜態棲地適合度資料,納入模型的「棲地層」(黃色框)。 結果分析:每個物種執行 576 種 100 年的情境模擬(移除前 20 年數據),每情境重複 100 次,產生高精度的族群變化預測。(圖/《Ecography》)
研究團隊利用「分步式」模型模擬物種族群變化,結合氣候與火災影響,建立長達 120 年的預測。 氣候模型與模擬:使用 12 種氣候模型(6 個當前、6 個未來情境),透過 FROST 系統模擬 120 年,每次重複 10 次(藍色框)。 數據輸出與分層:FROST 輸出逐年、逐單位網格(180 米,約 3.24 公頃)的資料,形成火災或無火災的「擾動層」,納入「分步」框架。 人口變化情境:設定 3 組假設的人口變化參數,共跑 16 種不同情境,模擬火災和非火災對族群轉換的影響(綠色框)。 棲地適合度:結合靜態棲地適合度資料,納入模型的「棲地層」(黃色框)。 結果分析:每個物種執行 576 種 100 年的情境模擬(移除前 20 年數據),每情境重複 100 次,產生高精度的族群變化預測。(圖/《Ecography》)

研究在澳洲兩大地區進行模擬:火災頻率較高的格蘭坪國家公園(Grampians)與火災較少的藍山地區(Blue Mountains)。結果顯示,氣候變遷引發的降雨減少、種子產量降低及火災間隔縮短等因素,都可能對森林植物構成致命威脅,尤其對依賴種子的物種衝擊最大。

科學家強調,儘管氣候與火災的變化看似漸進,長期累積的影響可能造成物種滅絕。為保護森林生態,研究提出具體應對措施,包括儲存種子備用、監測火後植被再生、火後重新播種及優先保護高風險物種棲地等。

這項研究展示了創新的生態模型如何預測未來挑戰,並提供具體行動來應對氣候危機下的森林保護問題。即使是微小的環境變化,也可能對植物生命週期造成巨大影響,採取預防性措施將是守護森林生態系統的關鍵。

研究刊登在最新一期的《Ecography》。

更多科學與科技新聞都可以直接上 明日科學網 http://www.tomorrowsci.com

首圖來源:Sarah McColl-Gaudsen (CC BY 4.0)

圖片來源:Ecography (CC BY 4.0)

參考論文:
Demographic processes and fire regimes interact to influence plant population persistence under changing climatesEcography

延伸閱讀:
1、樹林中的重量級建築師:大型草食動物如何塑造生物多樣性

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