大數據分析中的蛛絲馬跡-尋覓中華白海豚減少的原因

作者/方力行(任教正修科技大學)

臺灣海洋中近幾年來最熱門的瀕危動物就是白海豚,不論老幹新枝,每位衛道之士都能對牠們悲慘的身世提出一番感人肺腑的說法,就算明知講不出什麼具體的方案來救亡圖存,但只要指責了政府或開發單位,就總覺得自己對環境保護盡了一分贖罪的責任,因同情弱者彰顯了正義的情操,不過除了熱鬧一番外,中華白海豚的命運,有誰講的清楚?

早期缺少白海豚資料

大約在2001年左右﹝註﹞,報紙有則小小的新聞報導,在苗栗附近發現了一隻擱淺死亡的白海豚,經「專家」判定牠是罕見的白海豚,因為當時社會並不知道臺灣存在獨立的白海豚族群,所以認為是從中國東南沿海族群生病漂流或迷航過來的個體。不過身為一位海洋學者,我倒覺得有些奇怪,因為當時臺灣海峽的季節性海流並不適合讓病弱的個體「向北」橫跨海峽,漂流到臺灣西北海岸一帶,但真相是什麼呢?

[註]:本文中所提及的新聞、計畫、會議、出版品等,皆有可查證的時間排序及正式檔案可稽,個人記憶只是大約的年份。

約在1991年,我籌建國立海洋生物博物館時,曾連續給了幾年計畫,委託了一位年輕學者進行臺灣首次的鯨魚及海豚類調查,並將結果出版了國內第一本《臺灣鯨類圖鑑》的專書,因此看到白海豚的新聞,又無法從書裡的〈臺灣鯨類外形檢索表〉中找到相關資訊後,就一直覺得有義務將這件事搞清楚。是以從次年起,又再籌了一些經費,連續三年,委託當時駐館的特約研究員王愈超博士和楊世主小姐,共同進行臺灣附近白海豚的調查研究。他們得到的成果大出意料之外,幾乎可以判定臺灣西部沿岸存在一個獨立的族群,極可能已是一個亞種了,但數量卻很少,大約只有130餘隻,急需社會的關注和保護。為求慎重,海生館和海洋教育推廣基金會合作,特別在2004 年左右舉辦了一個小型的中華白海豚國際專家工作坊,之後又在臺北臺大校友會館舉行了記者會,希望藉此喚醒社會的重視和實質保育行動。記得當年農委會也有派員參加,還認為海生館有點越俎代庖,好在聽說沒多久之後,他們也委託了熟悉的合作團體執行白海豚的調查計畫了。

真是令人樂見的結果!好的研究態度本來就該是「但開風氣不為先」。不過個人因為在海洋學術界多年,熟知不同田野調查品質的影響重大,因此仍然繼續支持王博士和楊小姐又做了三年研究,而且由於第一階段的成果已引起國際重視,王博士這次自行從海外募到了不少捐款,來共同執行計畫,研究的結果在2006年左右舉行了第二屆白海豚國際研討會,當時我已離開海生館,只是特別注意到這次白海豚的族群量已降到了大約100隻左右。這段時間中到底發生了什麼事?使得白海豚的族群減少了這麼多?王愈超和楊世主告訴我,在他們從事調查工作的這幾年中,由於長期的宣導,許多漁民已逐漸瞭解並開始保護白海豚了,那牠們為什麼仍會減少?

石化工廠喚醒保育意識

又過了三、四年,反對國光石化建廠的事件喚醒了整個社會對保育白海豚的重視。冠了個「媽祖魚」(其實牠不是魚)的名稱,讓牠真的神聖了,並且帶領環保人士(但未必是鄉民)趕走了國光石化。不過牠可能救不了自己,因為我注意到,此時對白海豚數量的估計已只有七十幾隻了(假設後來的調查品質和王博士、楊世主一樣優秀)。若此為真,那在過去的十年中,在沒有國光石化或其他重大建設下,臺灣西岸的白海豚族群卻已大減了將近50%,而且是幾乎呈直線下降,到底是什麼因素如此穩定,如此強大的存在?我們若找不出來,又何需奢言要拯救白海豚?

雖然個人在學術上的專業是海洋生物生理及生物化學,但是我從1990年參與環境生態調查與監測計畫開始,就一直對大數據的分析(Big data analysis,其實不過是有耐心的收集累積資料,加上方向清楚的數理分析而已)甚為著迷,也陸續和學生們發表了不少相關的論文。其中一篇2012年在Environmental Monitoring and Assessment顯現的結果(圖一),卻意外讓我覺得看到了使白海豚持續減少的可能原因。文中我們將彰濱工業區外海十數年來調查監測的水質、生物資料一起做了整合性的分析,想嘗試著瞭解什麼才是真正影響這個海域生產力(以植物性浮游生物和動物性浮游生物多樣性為指標)的主要因素,但結果和原先預期的「工業汙染」或「施工干擾」等完全不一樣,而是「河川水量」和「季節變化」。季節變化無人能改變,那麼河川水量降低就勢必是造成彰濱工業區附近海域生產力減少的最大因素。找到原因,答案就清楚浮現了,因為河水能為海洋帶來大量的營養鹽,以促進海域生產力,如果河水少了,營養鹽就少了,沒有營養鹽,就沒有生產力;沒有生產力,就沒有魚蝦;沒有魚蝦,就沒有高階捕食者所需要的食物;沒有了食物,白海豚的族群當然就愈來愈少了,更何況那僅存的一些魚蝦,還要被沿海捕魚的漁民抓走一大部分。

牠們要如何永續生存?

那麼彰濱附近河川的流量為什麼會大幅減少呢?真是不堪深究,結果當然歸因到我們自己,社會愈發展(不管是經濟或生活品質),用水量就愈高,截水量就愈大,留給自然界的水,不論是陸上的野生動物或海中的魚蝦所需,都愈來愈少,你要牠們怎麼「永續生存」?

有了這個大方向,要瞭解白海豚的消長就有跡可循了,先看看中部地區河川上的各個水庫、攔河堰,確認一下它們建設的時間、流量的改變和估計輸送營養鹽的量,什麼時候這個數字降到支撐海域承載量所需生產力的臨界值以下,大概就可估算的出白海豚族群開始「自然」減少的時間,當然,同時還可用臺灣沿岸漁業產量的變化來佐證;有了這些數據,真是不幸,大概中華白海豚完全絕滅的時間都可預估出來了。

說到漁業,十幾年前我實驗室以臺灣沿岸漁業資料做的另一個研究,其實也反映了白海豚的分布和食物特性間的相關性。


大約在十四、五年前,我比較積極的投身臺灣的海洋環保活動,在指出自然海岸已有幾乎一半都被水泥化的同時,突然想到這麼長時間和大規模的改變海岸線,以及經過了將近四、五十年沿、近海竭澤而漁的漁業活動後,臺灣附近的海洋生態特性是不是早就該改變了?過去五十年來,一般對臺灣沿海生態體系的觀念都僅止於臺灣西部是沙岸生態區,東部是大洋生態區,北部是礁岩生態區,南部是珊瑚礁生態區,這其實是依地理特性,而不是生物特性來分的,那真正的生物生態特性要怎麼做呢?而且若真要做到全臺灣這麼大規模的調查研究,如此多的資料又要從哪裡來?想來想去,我想到了當時唯一公開的政府數據,「漁業統計年報」,就請學生收集了連續三年各縣市漁會沿岸漁業的交易紀錄,並計算各漁區間的群聚相似性,看看各區之間是否可歸納為同一群。結果如圖二所顯示,單單是西海岸就分成了四個不同的生態區,桃竹苗、彰雲嘉、臺南高雄,各自成了一區,但臺中呢?為何自成一區?瞭解它漁獲種類之後,真相就浮現出來了,臺中是當時兩岸漁獲海上交易的「吞吐港」,因此魚類組成反而和大陸沿海相似,和臺灣格格不入。這些結果和白海豚分布有什麼關係?你看出來了嗎?中彰雲嘉正是白海豚的主要分布區,也是建議中的主要保護區,牠們為何不向南或向北分布呢?或許是因為這區的特有魚類相,正是白海豚主要的食物來源,向北或向南的魚相組成變了,也非其所好了。

圖二:用漁業統計年報中的數據分析出來的臺灣沿海生態分區。

有了以上這些大數據的分析指引,我們可不可以說:白海豚主要分布區旁邊陸上河川入海流量的多寡和營養鹽成份,影響它們的因素,以及它所形成沿海生態系(主要是生產力、魚類和底棲生物)的消長,會不會就是真正解決中華白海豚免於滅絕命運的神秘鑰匙?

除了白海豚以外,因為對撲朔迷離生態變化的無限好奇,我的實驗室還曾利用大數據的分析技術和能力,試著去解開許多環境生態的謎團,譬如員山子分洪道對深澳附近海洋生產力(浮游植物生物量)的影響,它不是一般認知的負面的,反而有些許幫助(0.06,數理模式運算後所得的相對係數)(但臺灣不是應該把水留下來嗎?);墾丁地區的藻類繁盛到底對珊瑚著苗有多少影響?還真不少,有-0.57(全幅是±1)(所以不止工業區,遊憩區也要建汙水處理廠);集合師生(和陳義雄教授)兩代努力整理完成臺灣淡水魚大尺度的遷移分布路徑後,卻赫然發現大甲溪上游的櫻花鉤吻鮭,其實應該來自蘭陽溪(看不到歷史,怎麼看得清現在?)……。科學真的很好玩,不是因為它能求名求利,而是它讓我們更靠近真相,更體會「朝聞道,夕死可矣」的樂趣。

延伸閱讀
Chou, W. R. et al., Environmental influence on coastal phytoplankton and zooplankton diversity: a multivariate statistical model analysis, Environmental Monitoring and Assessment, Vol. 184: 5679-5688, 2012.

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