2010年10月28日 星期四

台灣孑遺樹種雜記 ( 作者--林迷)

國內外的保育界在提到保存生物多樣性的議題時,常用到孑遺植物(relict plant)這一觀念,但其用法與定義並不十分明確。筆者在「淺談孑遺植物」一文中,曾閱覽國內外文獻,舉出較廣義或寬鬆的孑遺植物觀念,引喻所說的植物是某一大類古老植物的演化留存後裔,但其演化歷史難以確定。也有較嚴格或狹窄的觀念,指的是一個屬(genus)或種(species),在過去分布較為廣泛,目前則分布範圍縮小,只剩一處或若干處隔離的小區,在所考慮的地質年代期間,其族群演化與分布的變化有化石的佐證,其退縮的分布與族群的殘存特性得以清楚認定。本文旨在承接上文,舉出幾種台灣常被提到的孑遺樹種,就上列不同觀念加以申論。

【筆筒樹】
記得以前曾在網路上看到一則電子新聞,內容大略是:性喜潮濕氣候的筆筒樹,是侏羅紀時代的孑遺蕨類植物,靠孢子繁殖,在台南新化鎮中興林場及將軍山下,各發現一處小族群,分別紀錄到三株與十株,亟待相關單位列為保育植物。對於生長在台灣且看慣筆筒樹的人,可能會覺得這報導有點大驚小怪,因為筆筒樹在台灣相當常見,若稱得上是保育類植物,恐怕要加上一些論述,並將考慮的植物分布範圍擴大到全球的層級。

先端呈問號形捲曲的新葉,以及葉柄上的棕黃鱗毛,是筆筒樹的特徵(左),幾株筆筒樹曾在台南的新化被視為保育類植物,位置在台灣西南部平地(右)。


筆筒樹(Cyathea lepifera)顯然是原始蕨類植物的演化後裔,若說它是侏羅紀時代的孑遺,則並不太恰當,中生代侏羅紀主要的植群是由銀杏,松柏類與蘇鐵類組成,此時大型的蕨類樹木可能已衰退或滅亡。原始的蕨類始祖,如鱗木(Lepidodendron)、蘆木(Calamites)與巨形石松類(lycopod trees)等大型樹木,在古生代的石炭紀(Carboniferous)(約三億三千萬年前左右)早期即已出現,到中末期達最興旺,形成現代地底下的煤礦層,至二疊紀(Permian)已衰退,演化成多數草本蕨類留存下來,筆筒樹與同一科的樹蕨類是現代僅存類似樹木的蕨類植物。侏羅紀公園的電影問世以後,侏羅紀的名稱一夕爆紅,很多人可能以其名代表久遠的地質年代,而不細究確實的地質時期,將筆筒樹列為演化的孑遺,當然可說明其遠組的蕨類巨木淵源。

筆筒樹是現生蕨類的高大喬木狀植物,其形成的森林令人聯想到石炭紀的古生原始蕨類巨木森林。


最新的台灣植物誌說明筆筒樹分布於台灣、琉球、菲律賓與中國南部。1992年出版的「中國植物紅皮書」則註明筆筒樹僅產於台灣,過去中國大陸一直沒有紀錄,直到1982年才在廈門大學的自來水池附近發現一株,因而評選為稀有種,甚至列入紅皮書,建議保護其棲地,並加以繁殖,以培養出新植株。
筆筒樹的氣生根與莖幹包裹成堅硬的直立樹幹,山區居民常作為寮屋之樑柱,多年來台灣園藝界栽培蘭花所用的蛇木屑與蛇木板,皆取自其樹幹,其嫩芽及嫩葉尚可食用,庭園佈置也有取用野生植株栽植者,故有人擔心它的野生族群將逐漸衰減,但它在台灣野外還相當普遍,並未列入稀有種或保育類植物。不過,在台南新化發現的少數幾株筆筒樹,為何值得報導而呼籲列入保育植物呢?筆筒樹若列入台灣本島的稀有種,只適用在局部地區,即台灣西南部的平地與低海拔山區。

筆筒樹的樹幹挺直,在台灣有許多山區建材與園藝植材用途(左)。筆筒樹生態習性偏好陰濕的山坡或溪谷,右圖的筆筒樹生長在台灣東北部三貂角瀑布群之一的月眉洞內,其旁邊是懸垂的摩天瀑布。


生態調查紀錄顯示,筆筒樹偏好恆濕性的亞熱帶氣候,常出現在台灣楠櫧林帶的陰濕山坡或溪谷,森林受干擾或破壞後,演替早期常形成筆筒樹優勢的森林。按台灣天然林的山地植群帶與地理氣候區分析,台灣的東北區、西北區或東部區北段的平地或低海拔山麓,就是屬於楠櫧林帶的範圍,其餘的中西區、東部區南段與西南區的範圍內,其楠櫧林帶大約從海拔500公尺以上才算,平地與低海拔溫度較高,冬季雨量稀少,屬於熱帶夏雨型氣候,即季風林氣候,有明顯乾季,其中以西南區最明顯,不適合大多數蕨類與筆筒樹的生存與繁殖,故嘉義、台南、高雄或屏東縣的低海拔山區與平地,除特別濕潤的地點以外,很少看到筆筒樹,筆筒樹在西南部海拔700公尺以上山區才逐漸繁茂出現。

筆筒樹常在陰濕山坡的演替早期形成優勢的森林,在東北氣候區最常見,這片台北坪林山區的筆筒樹純林,在台灣冬季乾旱的西南部平地(如新化)不可能見到。


台灣之東南氣候區內,氣候帶與植群帶有壓縮現象,冬季的東北季風在迎風坡產生若干雨量,乾旱效應較少,只是盛行風特別強。例如南仁山區,低海拔也可見筆筒樹,在山坡或山頂的原始林破壞後,可見到近乎純林的筆筒樹。至於筆筒樹最盛行的地帶,當推東北氣候區與東部區北段,例如蘇花公路沿線可見到大片筆筒樹林,東北海濱的鼻頭角小山頭,迎風面見不到筆筒樹,但背風面溪谷與窪地則有筆筒樹成群繁生。
筆筒樹在台灣雖然分布很廣,族群數量也不少,但以全球性觀點而言,本種並未遍及熱帶與亞熱帶,且其代表蕨類僅存的巨形樹狀植物,故台灣的野外族群及棲地必須適度加以保存。原來在台灣沒有生存危機的筆筒樹,不幸近幾年來,台灣的樹蕨類發生菌核病,屢有成群枯死的現象,筆筒樹尤其嚴重,林業局與林業試驗所正在設法搶救,進行「方舟計劃」,希望能有效防治病害蔓延與保存健康種源,否則筆筒樹就要成為台灣的稀有植物了。

台灣東南氣候區的南仁山,山坡或山頂均可見到筆筒樹的森林(左),在東北部的鼻頭角迎風山頂沒有筆筒樹,背風面接近溪谷則有筆筒樹繁生(右)。


【台東蘇鐵】
台東蘇鐵(Cycas taitungensis)是臺灣特有的一種裸子植物,也是文資法保護的珍稀植物。何時演化出這種植物仍有待研究,但就廣泛的蘇鐵類而言,也算是演化孑遺植物。其遠組本勒蘇鐵(Bennetitales)在石炭紀就已現身,至中生代的三疊紀,蘇鐵類興起,其後的侏羅紀(一億九千萬年至一億三千萬年前)則稱為蘇鐵類的時代(age of cycads)。接下來的白堊紀開始出現原始的被子植物(angiosperms),並大量演化,成為新生代第三紀(六千五百萬年前以來)的優勢植物,蘇鐵類逐漸衰退,目前退縮至熱帶與亞熱帶,其高緯度的棲地被耐寒的針葉樹取代,低緯度的溫暖地區則被多樣化的被子植物取代。

生長在台東蘇鐵自然保留區內的蘇鐵老樹,是文資法保護的珍稀植物(左)。2010台北花博的稀有植物區也見到台東蘇鐵(右)。


台東蘇鐵的天然族群主要見於台東縣延平鄉紅葉村,分布在鹿野溪的上游河谷兩岸,另在海岸山脈也有一部分族群。其棲地大多為土壤發育不良的陡峭岩坡或保水力不良的碎石地,為典型乾性演替早期之陽性植物,與二葉松或楓香等先驅樹種形成稀疏的次生林。這種惡劣的棲地對喜好濕潤的常綠闊葉樹種較為不利,故演替進行極漫,上層闊葉大樹不易侵入,蘇鐵長期留存在此。

台東延平鄉紅葉村鹿野溪上游的河岸峭壁,是台東蘇鐵的天然棲地,右圖是兩處族群在台灣地理氣候區的大略分布位置。


很多孑遺的蘇鐵類,其生態有一特性,即習性耐乾旱與貧瘠土地,但因體型不大,無法與現代的大型樹木競爭,在自然的森林演替中常於早期出現,然最終會被耐陰性的樹木取代,除非當地地形與土壤狀態惡劣,類似長期處於乾性演替的初期階段,蘇鐵才可持續生存。然而這並非表示它特別偏好惡劣的環境,在人工栽培下,蘇鐵到處可以生長,環境優良、土壤肥沃的庭園當然長得最好。

台東蘇鐵具有耐乾旱與貧瘠土地的生態特性,一般植物難以生長的鹿野溪兩岸峭壁(左),可見煙斗狀的蘇鐵自岩壁長出(右)。


特產於台灣的台東蘇鐵,在台灣的庭園並不常見,較常見的是另一種捲葉蘇鐵(Cycas revoluta),體型比台東蘇鐵小,原產於東南亞,北至日本九州南部與琉球群島亦有分布,其日本的天然生育地位於向陽的險峻峭壁或陡坡岩隙,生長基質多為岩屑或石礫,一般闊葉樹難以生存,由於這種生態與景觀並不多見,日本政府已劃為天然紀念物而加以保護。

鹿野溪上游的蘇鐵保留區內地形陡峭,常見懸崖飛瀑(左),崩塌岩屑堆積的山坡上可見演替早期生長的四株蘇鐵(箭頭所指),其下層已長出闊葉小樹與灌叢(右),後期演替可能不利於蘇鐵繼續生存。


在紅葉村鹿野溪上游的蘇鐵棲地,已根據文化資產保存法劃設為台東蘇鐵自然保留區,從紅葉村沿林道進入山區,接到鹿野溪岸上的小徑,兩側山壁筆直高聳,步道由岩牆半腰挖鑿出來,寬約一公尺,走在僅見一線天的峽谷中,到處可見懸崖飛瀑及山澗水潭,台東蘇鐵就長在峭壁裂隙、岩稜頂及崩石地上,大樹可達三四公尺高,形如棕櫚,突出於矮樹及灌木上,由石縫橫向長出者,莖頂上翹,形如煙斗生葉,在狹窄險峻的步道上,俯瞰這種奇樹,下臨萬丈深淵,益加體認蘇鐵之堅軔生命力與孑遺植物本質。過了蘇鐵保留區,鹿野溪仍切入深谷,造就了所謂龍門天險的地形,這條路其實是內本鹿越嶺古道的東段入口,古道翻越中央山脈,可通到西側的藤枝,目前全線尚未整闢打通,探勘的登山客甚少,台東蘇鐵也得以不受外界之干擾。

蘇鐵保留區位於內本鹿越嶺古道的東段(左),沿途可見到台東蘇鐵的堅軔生命力與孑遺生態特性(右上),右下為老樹所生之雌毬。


【台灣杉】
台灣杉(Taiwania)是杉科(Taxodiaceae)的一屬裸子植物,最近納入廣義的柏科(Cupressaceae),最早正式發表於植物界是在1906年,根據在台灣所發現之標本,日本學者早田文藏就以台灣之拉丁文轉化為屬名,又因其葉子形似柳杉(屬名Cryptomeria),台灣杉之學名就稱為Taiwania cryptomerioides。然後在中國雲南也發現類似之植物,起初認為是不同種,取名禿杉(T. flousiana),據最近之研究則相信兩者是同一種,遺傳性質的研究也顯示中國及台灣之族群遺傳變異度都很小,顯然兩地的族群都沒有因隔離而分化。
台灣杉是一單種屬(monotypic genus),目前只有一種,但呈現零星的不連續分布,包括緬甸與中國邊界、雲南西南部、越南北部以及台灣。此外仍有少數族群可見於中國大陸之湖北利川以及貴州麗山,整體而言可視為亞洲東部的特有種。東亞之亞熱帶與暖溫帶為第四紀冰河期之植物避難所,因未被冰河覆蓋,許多植物在別處消滅,卻遷移至此存活,但呈隔離之小族群,台灣係台灣杉之主要避難所,具有最大族群及材積。

台灣杉的稚樹側枝呈彎弓形(左),葉形似柳杉(中),成熟的大樹可達70公尺高,中下部側枝掉落,僅主幹頂部有枝葉(右)。


廣義柏科的植物演化起源於侏羅紀,台灣杉起源可溯自第三紀,是一種演化孑遺植物,化石證據雖不多,但分布地點遠比現生族群廣闊,且到達環北極地區,其最早化石紀錄(Taiwania schaeferi)即出現在Spitsbergen(Svalbard)群島之古新世(Paleocene)至始新世(Eocene)地層(五千至六千萬年前),此島位在北極圈內,緯度高達北緯74-80度,當地的一些裸子植物與原始的被子植物都是北極第三紀植相(Arcto-Tertiary flora)的成員。另在德國、烏克蘭與阿拉斯加也有台灣杉的紀錄,推測其過去分布可能遍及歐亞大陸。亞洲東部的化石,出現於中國東北撫順煤礦之始新世地層,日本學者遠藤處理為一新屬及新種Eotaiwania fushunensis,另一學者小泉源一則認定此化石仍應歸入台灣杉屬,更改其學名為Taiwania fushunensis。在第三紀之中新世(Miocene)中期,日本本州中北部亦有台灣杉之化石紀錄,至第三紀末期之上新世(Pliocene),本州南部又有發現,經學者三木茂直接鑑定為Taiwania cryptomerioides,表示其形態與現生種已沒有差異,可見由北極第三紀早期的始祖形態,演變至今日的現生樹種,演化速率趨緩,其分布也由高緯度退縮至低緯度,台灣杉的孑遺特性十分明顯。

台灣杉成熟枝上的雌毬發育成毬果(左),成熟的雄毬有很多花藥,即將散發花粉(右)。


根據孢粉化石的研究,台灣杉曾繁生於更新世之台灣山區,低溫之冰河期並曾下降到800m之低海拔谷地。目前則出現在山區之櫟林帶(Quercus forest zone),亦相當於水氣豐沛之盛行雲霧帶(prevalent cloud zone),在台灣中部約位於1500-2500公尺之海拔區間,但各地海拔略有變異。此雲霧帶內之森林,主要由偏好溼潤之常綠闊葉樹林、檜木林或針闊葉樹混淆林所組成,台灣杉即散生於上述各林型內,針葉樹除台灣杉與香杉(Cunninghamia konishii)外,以紅檜(Chamaecyparis formosensis)最為普遍,常綠闊葉樹主由山毛櫸科(Fagaceae)與樟科(Lauraceae)之樹木組成,即所謂樟櫟群。林型之變化實與森林之干擾與演替階段有關。

台灣杉散生在台灣山區之櫟林帶,呈針闊葉樹混淆林之林相,台灣杉樹型高大,常突出闊葉樹冠之上。


火災、風災或山崩地滑之干擾地,若位在櫟林帶內偏南之向陽山坡,演替早期常是二葉松或赤楊的大面積次生林,若在較陰濕之偏北向山坡,則常出現台灣杉與其他喜濕潤之針葉樹如紅檜、台灣扁柏(Chamaecyparis obtuse var. formosana)、台灣華山松(Pinus armandii var. masteriana)或香杉等,構成「針葉樹先驅林」,並且在此留存至演替末期。先驅針葉林之上層樹冠鬱閉後,針葉樹無法在林下產生新幼苗,出現之更新幼苗與小樹大多屬較耐陰之常綠闊葉樹,後來即在林中形成闊葉樹冠,呈現「針闊葉樹混淆林」之林相。此種混淆林中之闊葉樹可陸續更新,持續不衰,先驅之針葉樹雖不能更新,但因壽命長,樹型高大,故可長期留存並繼續增高,成為闊葉樹冠之上的突出樹(emergent tree),構成「針葉突出樹林」之林相,這種林相在櫟林帶中相當常見,若長期沒有干擾再現,針葉樹相繼老朽消失,森林純粹由闊葉樹組成,這種常綠闊葉林在櫟林帶反而不多見,故有學者以「檜木林帶」稱呼櫟林帶。值得一提者,此林帶最大(直徑)之神木,非紅檜莫屬,但若論樹高,則以台灣杉居冠,高達70公尺之樹屢見不鮮,被封為歐亞大陸最高樹種或樹王,當之無愧,僅次於北美洲之世界爺。
由於過去隨著檜木林被大量開採,台灣杉在台灣之保育評估被列入瀕臨滅絕(endangered),應嚴加保護。在中國之保育狀態則列為易受害(vulnerable),亦屬保護物種。

櫟林帶相當於台灣山區之盛行雲霧帶,常有紅檜與台灣杉之針闊葉樹混淆林(左),台灣杉老樹之樹幹筆直高聳,是森林的突出樹(右)。


【台灣油杉】
台灣油杉(Keteleeria davidiana var. formosana)為台灣特有之松科(Pinaceae)針葉樹種,也是文資法公告的珍貴稀有植物,並設立自然保留區。目前其分類地位被處理為產於中國鐵堅油杉(Keteleeria davidiana)之變種,可能係共同祖先經隔離演化所產生之同胞變種(vicarious variety),何時分化出來有待研究,若認定是新生的變種,則此變種是新特有現象(neo-endemics),而非孑遺。然就油杉這一屬植物而言,過去曾分布於北半球中高緯度,第四紀冰河期間紛紛南遷,分布範圍退縮至多處小區,可算是冰河期孑遺植物,且為亞洲東部之特有屬(endemic genus)植物。

台灣油杉出現在2010台北花博的稀有植物區(左)。成熟樹的雌毬(中)與雄毬(右)在台北植物園就看得到。


油杉屬的樹木在第三紀(Tertiary)曾廣泛分布於北半球溫帶,其化石在歐洲、北美西部之漸新世至中新世均有發現,歐洲及日本之上新世也有紀錄。最早的紀錄是在中國撫順煤礦之始新世(Eocene)地層中所發現之油杉毬果化石,因而有學者認為油杉起源於亞洲東部中高緯度,後來經過白令陸橋(Berlingia)擴散到北美洲西部,或許該處的造山運動與火山活動不利於油杉生存,後來消失。根據孢粉紀錄,油杉是在第四紀冰河期才在歐洲滅絕的。經過更新世的冰河效應以後,往南遷移的殘遺油杉屬植物,僅存於中國秦嶺以南及長江中下游以南地區,在越南北部亦有分布,並可能在冰河期間有部分族群遷移到台灣。由地質年代與化石研判,油杉往昔的分布遠比現代廣闊,在上新世或中新世以後才逐漸成為東亞之特有植物。

油杉屬的化石零星出現在北半球溫帶,冰河期以後向南遷移,僅存於東亞,成為該區之特有植物。


目前已發表的油杉屬植物計有12種之多,但分類處理頗多紛歧,可能因形態分化並不十分明顯獨立,有些學者只承認其中的三至五種,其餘則處理為變種。以鐵堅油杉為例,其分布散見於湖北、湖南、四川、雲南,陜西及甘肅等地,有一變種黄枝油杉(Keteleeria davidiana var. calcarea.)產於廣西及貴州之石灰岩地帶,另一變種台灣油杉則特產於台灣。一般認為鐵堅油杉之棲地較接近大陸性氣候,至陜西及甘肅仍有分布,台灣油杉則在海洋性氣候之台灣,兩者之棲地與生態顯然有差異,日本學者早田文藏將台灣植物發表為鐵堅油杉之變種,金平亮三則認為台灣種就是鐵堅油杉,兩者之遺傳及演化關係有待研究。至於分布在台灣對岸之油杉(Keteleeria fortunei)與江南油杉(Keteleeria cyclolepis),其與台灣油杉之關係又如何?亦值得深究。

現存的油杉屬在亞洲東南部之分布

(本圖取自Hu, S. Y. (1980) The Metasequoia flora and its phytogeographic significance. J. Arn. Arb. 61(1): 41-94.)

油杉在台灣的分布呈現小規模的不連續(disjnuct),分別位於本島南北兩端的低海拔山地,因而有兩地族群係由中國大陸兩不同地點分別遷入的臆測。北部的棲地在台北縣坪林鄉北勢溪南側山地,較多的族群出現於北勢溪支流金瓜寮溪與姑婆寮溪之間的山脊。南部的棲地位於台東縣達仁鄉境內,即中央山脈南端茶茶牙賴山東北坡。近日台東林管處又在大武山自然保留區之大竹溪上游一處海拔約750公尺的峭壁上,發現約一處小族群。

台灣油杉在台北縣坪林山區的自然保留區內有零星散布的大樹(左)。它在台灣的分布呈現小規模的不連續,分別出現在本島南北兩端(右)。


以北部坪林山區的油杉為例,其生態特性亦符合孑遺裸子植物之演替先驅及林分退縮型,即屬於陽性之不耐陰樹種,於大干擾後進行繁殖更新,形成先驅性針葉林,森林鬱閉後則不利於後代更新,無法在先驅林內補充族群而逐漸衰退老朽。根據日本學者金平亮三之報導,坪林之油杉曾於1900年被大量伐採,這次干擾可能引發天然更新之機會。筆者於1983年首度到坪林倒吊嶺山觀察油杉,次年又到倒吊蓮山附近作生態觀察與採集,發現油杉的棲地附近有廣大的新造林地,藉山坡作造林前整地之利,大量之油杉天然苗木出現於柳杉栽植苗之間,高度約在20-50公分之間,比柳杉苗略低。至2010年初,筆者再度造訪倒吊嶺山與倒吊蓮山,見到附近林相已變成針闊葉樹混淆林,闊葉樹生長茂密,也有更新,油杉則僅有胸徑8公分以上之稚樹及零星散佈之大樹,雖發現林下有當年剛發芽之小苗,但沒有8公分以下之稚樹,可見初生苗很難順利成長。由此研判,油杉在1900及1983年兩次干擾期間,可能有間歇式的天然更新,目前胸徑在一公尺左右之大樹可能是一百多年前所建立者,二十多年前所更新之苗木目前已成中徑木,但若以後沒有大型干擾或人為經營,在狹小之自然保留區內勢將逐漸衰退。

台灣油杉具有孑遺裸子植物之演替先驅及林分退縮性,在演替後期之針闊葉樹混淆林中突出於闊葉樹林冠之上(左),零星散佈於林中之老樹年齡在100年以上(右)。


最近在農委會出版之台灣稀有及瀕危植物分級一書中,台灣油杉被評選為嚴重瀕臨滅絕(critically endangered)之植物,蓋因分布零星,棲地狹小,又面臨農林業之威脅。中國之紅皮書亦納入上述之油杉、黃枝油杉,以及海南油杉(Keteleeria hainanensis)、旱地油杉(Keteleeria xerophila)等為瀕危種或漸危種。

【台灣山毛櫸】
台灣山毛櫸(Fagus hayatae)又名臺灣水青岡,屬於山毛櫸科(Fagaceae)山毛櫸屬,也是文資法公告的一種珍貴稀有植物。山毛櫸屬是目前北半球溫帶落葉林的主要樹種,全世界約有十三種,其中東亞有七種,含日本三種,臺灣只有一種,是分布範圍的南限。原始的山毛櫸屬植物,是該科演化史上最老之屬,有關山毛櫸或近親南方山毛櫸(Nothofagus)之化石,可追溯至白堊紀。後來南方山毛櫸分布到南半球,與北半球之原祖隔離,山毛櫸則在第三紀廣布北半球中高緯度,由於板塊運動連帶氣候的變動,山毛櫸所在之緯度稍有降低,目前在歐洲、亞洲東部、北美洲與墨西哥均可見之,這種大規模的不連續分布,推測與盤古大陸(Pangaea)一裂為二,以及北方古陸(Laurasia)與南方古陸(Gondawana)之逐步分離有關。

現代的山毛櫸屬樹木呈現大規模的不連續分布,是地質年代地球板塊運動與古陸逐步分離的結果。


若說所有山毛櫸樹種都是孑遺植物,並不十分恰當。有些北溫帶的山毛櫸,雖起源於第三紀,但目前分布仍頗廣泛,且適應所在之棲地生態條件,競爭力不輸給晚近演化之新樹種,故能成為溫帶夏綠林(summer green forest)之優勢種,甚至形成純林。
台灣山毛櫸最初以台灣所產之植物命名,認定是台灣之特有種,最近之研究發現在中國之浙江、湖北、湖南與四川等地也有分布,各地植物之形態稍有差異,曾被視為不同種或變種,如此則台灣之承名變種仍是台灣所特有。更新世冰河期間,海水下降,由於台灣海峽消失,山毛櫸得以從中國大陸南遷進入台灣,成為北半球分布的最南限。由於當時溫度低,常綠闊樹種之競爭力不及落葉樹種,故山毛櫸在冰河期分布較廣,出現於台灣的北部與中部低山與丘陵,在更新世中期似發展到最大分布範圍,南至北回歸線仍有孢粉記錄。冰期過後氣候回暖,常綠闊葉樹再度擴張,山毛櫸族群被迫向北部或較高海拔遷移,退縮至北部的插天山區與宜蘭的銅山。考慮這段冰河史與今昔的分布範圍,台灣山毛櫸在本島就有退縮效應,稱得上是冰河孑遺種(glacial relict species)。

長在北插天山的台灣山毛櫸,背景為魯培山與南插天山,南北插天山之間的稜脊是山毛櫸的密集分布區。


山毛櫸在台灣之主要分布地帶跨越兩條山脈,雪山山脈北從烏來南邊之樂佩山開始出現,經塔開山、北插天山、魯培山至南插天山附近,是密集分布線,拉拉山一帶也有族群出現,山毛櫸的樹木多位在靠近稜線的位置。跨過蘭陽溪,中央山脈則從太平山區的三星山開始出現山毛櫸,向東延伸至翠峰湖附近之銅山與飯包尖山,兩山脈分布區海拔在1500至2000公尺之間,在山頭上呈現退縮性之小規模間斷分布。這條圍繞台灣東北部的分布線,是台灣山區氣候的一條境界線,此線以東及以北的地區,屬於恆溼性的東北氣候區,山區氣候全年雨量均勻,沒有乾季,山毛櫸所在之山頭剛好在東北季風影響之邊緣,經年冷涼而多雲霧,頗適合山毛櫸的生長。除了上述兩主要分布區以外,區外零星的山毛櫸分布地點時有所聞,但可能沒有成林的規模。值得一提者,最近在全國植群多樣性與繪圖計劃的推動下,陳子英教授在宜蘭東澳山區的蘭嵌山與大白山附近海拔1300 -1400公尺處發現了新的山毛櫸森林,可算是最東側與最低海拔的分布地點。

山毛櫸密佈的北插天山稜線(左),是台灣山區氣候的一條境界線,山毛櫸林位於東北氣候區之邊緣。台灣山毛櫸在冰河期分布較廣,目前有退縮趨勢,可視為冰河孑遺種(右)。


以筆者過去在北插天山調查的經驗,山毛櫸分布從山坡之上側開始出現,越接近稜頂,山毛櫸越多,至稜線上幾乎是這種樹之純林,林下有一些常綠的小樹或灌木,有些地方全是玉山箭竹,但很少發現山毛櫸的稚樹或幼苗,其天然更新顯然有困難。那次調查只設置少數小樣區,沒有遍及全林分,因取樣尺度太小,對於森林更新及演替之判斷尚待驗證。不過印象特別深刻的是,山毛櫸森林之樹種組成及森林外貌,與海拔稍低的常綠闊葉林有很大差異,這種群落很容易區分,一眼就看出優勢種與特徵種,不像一般樹木多樣化的常綠闊葉林,調查很多樣區還不確定應該分出多少群落型,必須藉助數學運算來決定。

台灣山毛櫸落葉林於春天初吐新葉,呈現翠綠的樹冠(左)。北插天山稜線上的山毛櫸幾乎是純林,林下玉山箭竹繁生,難以發現山毛櫸的稚樹或幼苗(右)。


最近中日學者合作調查台灣東北部的山毛櫸落葉林,收集23個樣區,計記錄到163種組成植物,與附近常綠闊葉林之組成比較,發現有29種相同之植物,與日本之山毛櫸(F. crenata)森林則有57共同種,可見此森林在北台灣是一相當特殊之林型,可視為山毛櫸之孑遺森林,未來是否能更新而持續生存,值得進一步研究。
台灣山毛櫸在其生育地算是優勢種,數量很豐富,但目前的分布範圍既狹窄又有隔離,因此保育狀態被判定為易受害物種,並設有插天山自然保留區加以保護。最近在太平山翠峰湖附近之銅山,調查到的台灣山毛櫸森林廣達1100公頃,算是台灣最大的一片,林務局在附近闢建了山毛櫸步道,並設立2公頃之永久樣區,準備長期觀測,研究其更新情況與演替特性。

台灣山毛櫸的落葉林,是台灣山區難得一見的溫帶夏綠林,圖為秋季來臨的十月,北插天山的山毛櫸樹葉在落葉前變成黃色。


【昆欄樹】
昆欄樹(Trochodendron aralioides)又稱雲葉,屬於昆欄樹科,花的構造相當特殊,不具有花萼和花瓣,僅有雄蕊和雌蕊,雌蕊由許多心皮排成環狀,其基部與側面互相癒合呈車輪狀,無數雄蕊由此輪狀構造伸出成一外環,其雌蕊與雄蕊的成熟時間不同,以便進行異株授粉。另一特性是其木質部內具有裸子植物才有的假導管,被視為被子植物中古老的一群。目前的分布在韓國、日本、琉球至台灣,屬於東亞特有的植物,第三紀在北美洲也有發現,故也列入孑遺樹種。
昆欄樹最早的化石見於中國東北古新世(Paleocene)地層,到了始新世(Eocene)在美國華盛頓州發現昆欄樹科果實的化石,中新世的昆欄樹科化石更多,美國的愛達荷州與奧勒剛州,以及堪察加半島與日本都有紀錄。中國學者認為昆欄樹起源於東亞,並一直持續在這裡生存,雖其後裔曾擴散至北美洲,但後來消失,只剩東亞的較低緯度尚有存活,與銀杏科或杜仲科有點類似。

昆欄樹的花沒有花萼和花瓣,木質部具有假導管,是原始的被子植物(左),過去曾分布於東亞與北美,現為東亞特有(右)。


昆欄樹在台灣山區主要分布於中海拔山區的盛行雲霧帶,亦即櫟林帶,其地形常為小稜交匯處或大山之山腹,理論上直射陽光不少,但因位於雲霧帶之中,雲霧導致之漫射光(diffuse light)也多,其生育地環境與植物組成,除台灣北部與南部(恆春半島北端)以外,概與紅檜與台灣杉或巒大杉有些類似,常出現於陰濕坡面的干擾地,形成演替早期的先驅森林,其後闊葉樹種相繼進入繁殖,逐漸形成針闊葉混淆林或常綠闊葉林,伴生闊葉樹常見有森氏櫟、錐果櫟、狹葉櫟、長尾尖葉櫧、豬腳楠、白花八角、台灣樹參與木荷等種。日本學者鈴木時夫曾觀察櫟林帶優勢樹之葉形,發現大部份葉緣沒有鋸齒或僅上半部有鋸齒,葉上表面常有光澤,葉下表面有呈灰白色、具有星狀毛或光滑無毛等類型,昆欄樹即屬最後一型,其上下表面幾乎同樣是綠色,上表面尤其光滑,在日光下或雲霧中均閃閃發亮,別稱「雲葉樹」令人印象深刻。

昆欄樹常出現於台灣山區的盛行雲霧帶(左),其葉子在日光下或雲霧中均發出亮光。


櫟林帶在台灣山區的海拔分布,以中部的中西氣候區最高,海拔幅度也最寬,大約在1500至2500公尺之間,其範圍實與溫度有關,溫度與海拔高度理論上有相關性,溫度也影響相對濕度與形成雲霧的海拔高度,但台灣各地海拔梯度上的溫度變化(山地溫度遞減率)並不完全相同,同一海拔高度之溫度,在台灣島之南北兩端稍低,中部則較高,各地山區的櫟林帶海拔高度與幅度也有類似之變化,以昆欄樹的海拔分布來看這種變化甚為清楚。
台灣北部之昆欄樹海拔分布有明顯之下降,許多中部較高海拔的植物也有同樣的趨勢,是眾所熟知的「植群北降」現象。在大屯山脈之二子坪或馬槽附近之初期演替階段,海拔僅500-700公尺處就可看到昆欄樹之幼林,其大樹可見於陽明山國家公園內許多古老的天然林,例如位於鹿角坑溪的生態保護區內,就有許多昆欄樹的老樹。七星山的龐大錐形山體上,昆欄樹更是森林界線上緣的樹種,在強烈東北季風的影響下,山頂常是包籜矢竹或芒草的天下,只有昆欄樹可向上爬至山坡上側將近900公尺海拔處,且形成純林。在七星山頂幾個小山頭所包圍的火山口窪谷中,也有一小片昆欄樹林,頗有孑遺樹種的退縮與逆境生存的特性。

出現在大屯山脈海拔800m之昆欄樹林,其海拔分布較台灣中部(1500m以上)降低(左)。七星山的龐大山體上,昆欄樹林在近山頂海拔700m處形成森林界線(右)。


除台灣北部以外,昆欄樹常與台灣杜鵑(Rhododendron formosanum)構成中海拔山頂的石楠矮曲林,趨近台灣中部之分布海拔逐漸升高,例如南投的溪頭鳳凰山與水社大山,這種矮曲林的海拔約在1800-2100公尺之間。接近南部則昆欄樹之分布海拔稍有下降,但不明顯,如台灣南部的大漢山及穗花杉保留區,昆欄樹的海拔高度降至約1300公尺左右,直到恆春半島的北端,下降高度則較明顯,在楓港東南側的里龍山,接近山頂(1062公尺)之處出現櫟林帶雲霧林之林相,經學者調查命名為台灣樹參-猪腳楠(Dendropanax dentiger - Machilus thunbergii type)型,其中之昆欄樹-台灣杜鵑亞型即是植群型南降之例證。

陽明山國家公園鹿角坑溪的生態保護區內,昆欄樹的老樹斜伸出很多側枝,被稱為章魚樹(左上)。台灣中部水社大山海拔2100m的山頂上,有石楠矮曲林,昆欄樹也是組成樹種(右)。恆春半島北側的里龍山頂約1000m處,也有昆欄樹與台灣杜鵑之矮曲林(左下)。


最近植物分類學者以分以子生物學與遺傳變異的分析,發現昆欄樹由於特殊的雌雄差別成熟花期及昆蟲傳粉行為影響,族群內具有高的變異性。分布在日本與台灣的族群,遺傳的分化形成日本/奄美大島群及台灣/西表島群兩組,乃地質年代上長期隔離所導致。在台灣島內,不同地理分區及山脈的族群間,也有遺傳分化的現象。台灣中部的族群累積較多的遺傳變異及具有較多的古老祖先特性,可能是冰河期的昆欄樹避難所,冰期過後再擴散至其他各地,而北部陽明山及南部里龍山之族群含有較低的遺傳變異,可能是全新世昆欄樹族群散佈的邊緣地帶。
昆欄樹被納入中國的植物紅皮書,台灣保育界並未特別將昆欄樹列為法定保護物種或稀有種,也沒有以它為標靶物種所劃定的保護區,但在國家公園的生態保護區,以及許多涵蓋霧林帶的自然保留區內,各種林型內均有大量的昆欄樹。

陽明山國家公園的七星山頂,有七個小山峰包圍火山口窪谷,谷中有一片昆欄樹的優勢森林。

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