高屏峽谷和陸坡底棲食物網碳循環
深海峽谷提供底棲生物複雜多樣的棲地，除了增進大陸邊緣的底棲生物多樣性，也是陸域環境、大陸棚和大陸斜坡向深海輸送沉積物和有機物質的主要通道。然而，深海峽谷底棲生態系的有機碳循環研究卻相對缺乏，過去僅在被動大陸邊緣的海底峽谷有相關研究；對於連接山溪型河川、具有高輸砂量、強烈內潮等特性的主動大陸邊緣深海峽谷，如高屏海底峽谷，則尚未進行過底棲食物網的碳循環研究。為此，我們應用線性逆模型整合2014年至2020年收集的地質及生地化觀測數據，重建高屏峽谷頭部和鄰近大陸斜坡的底棲食物網有機碳循環模式。
我們的碳循環模式顯示，雖然輸入高屏峽谷頭的有機碳通量(~2020 mg C m−2 d−1)遠高於相鄰的陸坡，但有84%的碳輸入皆未被利用而離開峽谷頭，有12%的碳輸入被掩埋入沉積物，僅有4%進入了底棲食物網。相較之下，輸入陸坡的有機碳通量(~109 mg C m−2 d−1)有7%直接離開系統，84%被掩埋，9%進入了食物網。峽谷頭的食物網主要由微生物之生長(消耗DOC)、呼吸(產生DIC)及死亡(生成DOC)等生物過程所主導。而陸坡的食物網則是以微生物、中型底棲動物及大型底棲動物之間的碳流量較高，顯示陸棚生物間的交互作用(如食性關係)較強。
由線性逆推模型結果計算出的網路指數顯示峽谷頭具有較高的總系統流通量(total system throughput)與總系統穿流量(total system throughflow)，表示流經峽谷系統的有機碳流量較大。相較之下，陸坡食物網中的芬恩循環指數(Finn cycling index)與平均相互資訊(average mutual information)顯著高於峽谷，顯示陸棚食物網的有機碳的循環周期較長，為相對穩定的生態系。此外，峽谷頭的底棲動物有機碳碳存量顯著低於陸坡，顯示峽谷頭可能受到強烈的物理干擾。
透過碳循環模式，我們發現絕大多數落到峽谷頭的顆粒有機碳通量並未被底棲生物利用，驗證了高屏峽谷對有機碳傳輸(至深海)及碳埋藏扮演至關重要的角色，增加了我們對高能量、高輸砂量峽谷生態系統功能和碳循環的暸解。另外，此研究納入經常被忽視的底棲生物群聚並結合生地化資料，為高屏源匯系統之有機碳循環宿命提供了新的見解，也揭示台灣周遭包括高屏峽谷在內的13 個大型深海峽谷可能對「國家自主貢獻」的有機碳匯有重要貢獻，建議未來應該展開台灣深海峽谷生態系統碳循環的盤點和調查。
Tung, C.-C., Lin, Y.-S., Liao, J.-X., Tu, T.-H., Liu, J.T., Lin, L.-H., Wang, P.-L., Wei, C.-L.* (2024). Contrasting carbon cycling in the benthic food webs between a river-fed, high-energy canyon and an upper continental slope. Biogeosciences 21(7), 1729-1756. [link]
我們的碳循環模式顯示，雖然輸入高屏峽谷頭的有機碳通量(~2020 mg C m−2 d−1)遠高於相鄰的陸坡，但有84%的碳輸入皆未被利用而離開峽谷頭，有12%的碳輸入被掩埋入沉積物，僅有4%進入了底棲食物網。相較之下，輸入陸坡的有機碳通量(~109 mg C m−2 d−1)有7%直接離開系統，84%被掩埋，9%進入了食物網。峽谷頭的食物網主要由微生物之生長(消耗DOC)、呼吸(產生DIC)及死亡(生成DOC)等生物過程所主導。而陸坡的食物網則是以微生物、中型底棲動物及大型底棲動物之間的碳流量較高，顯示陸棚生物間的交互作用(如食性關係)較強。
由線性逆推模型結果計算出的網路指數顯示峽谷頭具有較高的總系統流通量(total system throughput)與總系統穿流量(total system throughflow)，表示流經峽谷系統的有機碳流量較大。相較之下，陸坡食物網中的芬恩循環指數(Finn cycling index)與平均相互資訊(average mutual information)顯著高於峽谷，顯示陸棚食物網的有機碳的循環周期較長，為相對穩定的生態系。此外，峽谷頭的底棲動物有機碳碳存量顯著低於陸坡，顯示峽谷頭可能受到強烈的物理干擾。
透過碳循環模式，我們發現絕大多數落到峽谷頭的顆粒有機碳通量並未被底棲生物利用，驗證了高屏峽谷對有機碳傳輸(至深海)及碳埋藏扮演至關重要的角色，增加了我們對高能量、高輸砂量峽谷生態系統功能和碳循環的暸解。另外，此研究納入經常被忽視的底棲生物群聚並結合生地化資料，為高屏源匯系統之有機碳循環宿命提供了新的見解，也揭示台灣周遭包括高屏峽谷在內的13 個大型深海峽谷可能對「國家自主貢獻」的有機碳匯有重要貢獻，建議未來應該展開台灣深海峽谷生態系統碳循環的盤點和調查。
Tung, C.-C., Lin, Y.-S., Liao, J.-X., Tu, T.-H., Liu, J.T., Lin, L.-H., Wang, P.-L., Wei, C.-L.* (2024). Contrasting carbon cycling in the benthic food webs between a river-fed, high-energy canyon and an upper continental slope. Biogeosciences 21(7), 1729-1756. [link]
臺灣東部礁岩潮間帶原足類多樣性、微型棲地偏好及生態抵抗力 原足目（Tanaidacea）是一群廣泛分布在淡水、潮間帶甚至深海的大型底棲甲殼動物，其棲地範圍包括極地到熱帶水域的多樣生態系統。儘管台灣的原足目分類學研究正在起步，但尚未有原足目群聚生態學和其棲息地偏好的相關研究。因此，我們在台灣東部礁岩潮間帶進行了春季和夏季的生態調查，評估原足目的密度、生物多樣性和群聚結構。旨在了解礁岩潮間帶原足目的多樣性、群聚生態、微型棲地偏好，影響其群聚結構的環境因子，以及它們對颱風浪擊的抵抗力（因夏季採樣前颱風登陸樣區並引發八米高巨浪）。
我們在東部礁岩潮間帶的不同微棲地中記錄了12種原足目甲殼類動物，包括9種新物種與2種新記錄種，而新發現的9種新物種皆為台灣特有種。研究還發現，這些原足目物種偏好築蟲管，並將蟲管附著於各種藻類的基部、沙地和大型多毛蟲管等微棲地上。最令人驚訝是，原足目的群聚結構似乎不受颱風引發的巨浪沖擊的影響，推測原足目動物可能利用大型多毛類蟲管或藻類根部的空間築蟲管，並躲在管中尋求庇護，以避過臺灣東部頻繁颱風引發的巨大波浪衝擊。 這項研究首次調查了臺灣岩礁潮間帶原足目的微棲地偏好，未來的研究應考慮長期採樣或系統化空間調查，持續監測岩礁潮間帶大型底棲動物的群聚動態和微棲地使用情況。這些基礎生態調查應與氣象局的浮標觀測站相結合，以獲取基本的海氣象參數，並用於交叉分析預測大型底棲動物群聚受長期氣候變遷的影響。 |
上圖為 Chondrochelia taitungensis (Tzeng & Hsueh, 2015) male, 右上圖為 Zeuxo shitipingensis Tzeng & Hsueh, 2015, 下圖為 Paraleptochelia setosa Tzeng & Hsueh, 2021.
Tzeng, Y.W., Hsueh, P.W., Wei., C.-L.* (2024) Microhabitat association and resistance of Tanaidacea (Crustacea) to tropical cyclones in rocky intertidal areas of central-eastern Taiwan. Hydrobiologia 851:4249-4267. [link]
|
深海甲殼類的視覺適應
眼睛的存無長久以來一直是演化生物學中的重要研究議題。許多生活在無光環境中的生物，例如深海盲魚，因為深海食物缺乏且掠食壓力低，為了減少能量的消耗，眼睛退化至不具視覺功能。另外，在無光的洞穴內也曾發現無眼的裸胸鯙，其眼睛的比例極小，部分個體甚至沒有眼睛，推測是洞穴魚類為了適應無光環境產生眼睛退化或完全消失的現象。雖然許多個別案例顯示海洋生物眼睛的存無可能跟其生存環境的光照程度有關，但仍然缺乏大規模生物地理學或巨觀生態學上的直接證據。而深海環境的光照程度隨水深急遽遞減則十分適合用來檢視海洋生物眼睛的存無是否受光照程度(或水深)的影響。
深海介形蟲是全球廣泛分布的底棲甲殼類動物，具有視力的海洋介形蟲其外殼上有明顯的眼隆（Eye tubercles）構造，而眼隆是介形蟲重要的分類學特徵，所以可以透過文獻調查來確認不同種類介形蟲是否具有視力(或眼隆)。為了檢視深海介形蟲眼隆的空間分布，我們計算北極海介形蟲普查資料庫內具有眼隆的物種百分比。另外，我們利用NASA MODIS Aqua海洋水色衛星影像資料，包括總吸收係數(Total absorbance)、背向散射係數(Backscatter)，及光合有效輻射強度(Photosynthetically active radiation)，來估算不同介形蟲樣本其採集水深之光穿透度和光照強度。
我們發現，隨著水深的增加，具有視力的介形蟲物種百分比逐漸降低。超過1000公尺水深，幾乎所有介形蟲物種皆不具有視力。過去的研究也曾在深海等足類及端足發現類似的深度分佈現象，表示視力隨水深衰退的可能在其他甲殼類動物甚至深海生物中也很常見。另外，我們也發現具有視力的介形蟲物種百分比隨著衛星估計光照程度的增加而上升。
本研究首度證實海洋生物視力的存無的會隨著光照程度而改變，也為深海生物的視覺研究提供生物地理學或巨觀生態學上的基礎證據。
Zhang, J.*^, Yasuhara, M.*, Wei, C.-L.^, Tian, S.Y., Aye, K.K.T., Gemery, L., Cronin, T.M., Frenzel, P., Horne, D.J. (2024) Sight and blindness: the relationship between eyes, water depth, and light availability in the Arctic Ocean. Limnology and Oceanography 69, 1418–1428. [link]
深海介形蟲是全球廣泛分布的底棲甲殼類動物，具有視力的海洋介形蟲其外殼上有明顯的眼隆（Eye tubercles）構造，而眼隆是介形蟲重要的分類學特徵，所以可以透過文獻調查來確認不同種類介形蟲是否具有視力(或眼隆)。為了檢視深海介形蟲眼隆的空間分布，我們計算北極海介形蟲普查資料庫內具有眼隆的物種百分比。另外，我們利用NASA MODIS Aqua海洋水色衛星影像資料，包括總吸收係數(Total absorbance)、背向散射係數(Backscatter)，及光合有效輻射強度(Photosynthetically active radiation)，來估算不同介形蟲樣本其採集水深之光穿透度和光照強度。
我們發現，隨著水深的增加，具有視力的介形蟲物種百分比逐漸降低。超過1000公尺水深，幾乎所有介形蟲物種皆不具有視力。過去的研究也曾在深海等足類及端足發現類似的深度分佈現象，表示視力隨水深衰退的可能在其他甲殼類動物甚至深海生物中也很常見。另外，我們也發現具有視力的介形蟲物種百分比隨著衛星估計光照程度的增加而上升。
本研究首度證實海洋生物視力的存無的會隨著光照程度而改變，也為深海生物的視覺研究提供生物地理學或巨觀生態學上的基礎證據。
Zhang, J.*^, Yasuhara, M.*, Wei, C.-L.^, Tian, S.Y., Aye, K.K.T., Gemery, L., Cronin, T.M., Frenzel, P., Horne, D.J. (2024) Sight and blindness: the relationship between eyes, water depth, and light availability in the Arctic Ocean. Limnology and Oceanography 69, 1418–1428. [link]
高能量峽谷影響底棲生物體型結構
體型大小調節包括生物行為、生長、繁殖、代謝和食性關係等生物過程。生物體型大小的頻譜分布 (biomass-size spectrum) 也被廣泛應用在偵測人為或自然擾動對大洋或底棲生態系統的影響。因此，我們利用高屏海底峽谷獨特的高能量環境(如高輸砂量、強底流和頻繁地質災害)，探討全球廣泛分布的海底峽谷對大陸邊緣底棲生物體型大小分布的影響。也透過生物體型，計算生物量、次級生產量和群聚呼吸量，對比峽谷及相鄰陸坡環境中能量傳遞、代謝等生態系統功能的變化。
結果顯示高屏峽谷的底棲動物不論是體型大小分布還是體型組成皆顯著不同於鄰近陸坡環境。高屏峽谷群聚以體型小、生長快、代謝率高的生物個體為主，導致峽谷群聚的生物量、次級生產力和呼吸量顯著降低。生物的體型組成也主要受到峽谷內潮能量 (如強底流，沉積物侵蝕)所影響。相較之下，相同深度的陸坡環境則是體型大的生物個體相對較多，因此不論生物量、次級生產量和群聚呼吸量都顯著高於峽谷群聚。陸坡生物體型組成也主要受到食物供給的質和量(如沉積物總有機碳和碳氮比)以及沉積物粒徑的影響。
總結來說，高屏峽谷內的高能量、強擾動環境已影響動物群聚的生長和代謝，只有體型較小、適應性強的物種能在強擾動條件下生存，進而可能影響能量在底棲食物鏈中傳遞的過程。透過對比峽谷和陸坡底棲動物群聚體型分布、生長和代謝隨環境的變化將有助於預測氣候變遷和環境擾動對海洋生態系的影響，進而能提出有效的解決對策。
Tung, C.-C., Chen, Y.-T., Liao, J.-X., Wei, C.-L.* (2023) Response of the benthic biomass-size structure to a high-energy submarine canyon. Frontiers in Marine Science 10:1122143. [link]
結果顯示高屏峽谷的底棲動物不論是體型大小分布還是體型組成皆顯著不同於鄰近陸坡環境。高屏峽谷群聚以體型小、生長快、代謝率高的生物個體為主，導致峽谷群聚的生物量、次級生產力和呼吸量顯著降低。生物的體型組成也主要受到峽谷內潮能量 (如強底流，沉積物侵蝕)所影響。相較之下，相同深度的陸坡環境則是體型大的生物個體相對較多，因此不論生物量、次級生產量和群聚呼吸量都顯著高於峽谷群聚。陸坡生物體型組成也主要受到食物供給的質和量(如沉積物總有機碳和碳氮比)以及沉積物粒徑的影響。
總結來說，高屏峽谷內的高能量、強擾動環境已影響動物群聚的生長和代謝，只有體型較小、適應性強的物種能在強擾動條件下生存，進而可能影響能量在底棲食物鏈中傳遞的過程。透過對比峽谷和陸坡底棲動物群聚體型分布、生長和代謝隨環境的變化將有助於預測氣候變遷和環境擾動對海洋生態系的影響，進而能提出有效的解決對策。
Tung, C.-C., Chen, Y.-T., Liao, J.-X., Wei, C.-L.* (2023) Response of the benthic biomass-size structure to a high-energy submarine canyon. Frontiers in Marine Science 10:1122143. [link]
深海微光層魚類生態與海水溫度具有密切關係
深海沉積物紀錄魚類生態與海水溫度具有密切關係，藉由位於西南赤道太平洋—所羅門海的深海岩芯中所保存良好的魚類耳石（otolith）化石，我們重建過去46萬年來5次冰期與間冰期的深海魚類組成，並透過生物多樣性統計與古海水溫度紀錄進行交叉分析比對。
研究中發現海洋中微光層(水深200至1000公尺)的各種魚類與海水溫度具有高度動態相關性，當海水溫度較低的冰期來臨時，魚類的多樣性高但生產力低；而當海水溫度較暖的間冰期時，多樣性則變低且生產力高，也僅有少數幾種耐高溫魚類能夠大量生存(如燈籠魚科及海鰗鰍科的魚類）。此外，此研究也發現在過去「超級間冰期」（Super interglacial）時，魚類的多樣性與生產量都急遽下降。探究其中的原因，我們發現魚類的多樣性與總量分別有不同的溫度調適梯度，在臨界值上具有約2度左右的差異。
這項研究是第一個長尺度與高解析度的魚類化石紀錄，也是首次記錄熱帶地區深海魚類多樣性與生產量和海水溫度在冰期與間冰期間的連動關係。同時，此研究亦證實海洋暖化時，除沿岸地區以外，大洋區的深海魚類同樣極度敏感，並可能面臨著巨大的生態衝擊，對於評估未來魚類群聚可能受到海洋氣候變遷的衝擊，具有重要且急迫的警示作用。
Lin, C.-H.*, Wei, C.-L., Ho, S.L., Lo, L.* (2023) Ocean temperature drove changes in the mesopelagic fish community at the edge of the Pacific Warm Pool over the past 460,000 years. Science Advances 9, eadf0656. [link][Press Release][Press Release][Press Release][Press Release][Press Release]
研究中發現海洋中微光層(水深200至1000公尺)的各種魚類與海水溫度具有高度動態相關性，當海水溫度較低的冰期來臨時，魚類的多樣性高但生產力低；而當海水溫度較暖的間冰期時，多樣性則變低且生產力高，也僅有少數幾種耐高溫魚類能夠大量生存(如燈籠魚科及海鰗鰍科的魚類）。此外，此研究也發現在過去「超級間冰期」（Super interglacial）時，魚類的多樣性與生產量都急遽下降。探究其中的原因，我們發現魚類的多樣性與總量分別有不同的溫度調適梯度，在臨界值上具有約2度左右的差異。
這項研究是第一個長尺度與高解析度的魚類化石紀錄，也是首次記錄熱帶地區深海魚類多樣性與生產量和海水溫度在冰期與間冰期間的連動關係。同時，此研究亦證實海洋暖化時，除沿岸地區以外，大洋區的深海魚類同樣極度敏感，並可能面臨著巨大的生態衝擊，對於評估未來魚類群聚可能受到海洋氣候變遷的衝擊，具有重要且急迫的警示作用。
Lin, C.-H.*, Wei, C.-L., Ho, S.L., Lo, L.* (2023) Ocean temperature drove changes in the mesopelagic fish community at the edge of the Pacific Warm Pool over the past 460,000 years. Science Advances 9, eadf0656. [link][Press Release][Press Release][Press Release][Press Release][Press Release]
熱帶都會海洋的底棲有孔蟲生態
香港是全球最繁忙的沿岸城市之一，位於中部水域的維多利亞港也是香港最大的商港，而臨港的城市包括尖沙咀和銅鑼灣則是最繁華的商業區；因此不論是商船使用的防污漆 (防止附著生物) 或是都會區的家庭和工業廢水排放，從上世紀70年代到本世紀初對香港海洋環境皆造成嚴重的重金屬及環境污染，維多利亞港的水質直到近年香港政府投入污水處理才獲得了改善。
我們透過香港環保署的例行性底泥調查，分析香港 (東部、南部、中部及西部) 水域沉積物中的底漆有孔蟲化石，發現有孔蟲的多樣性、種類組成和生物地理分佈主要和自然因子 (如水深、含泥量或濁度) 和人為活動 (如重金屬銅、鉛或鋅濃度) 相關。例如我們發現高濁度、高含泥量環境的底棲有孔蟲群集有獨特的種類組成，棲息在中度優養化水域的有孔蟲多樣性較高，而半開放水域、高汙染水域的有孔蟲多樣性則較相對低，顯示有孔蟲組成和多樣性的區域性變化反映了海洋環境的壓力。此研究也指出體型小、數量多及相對定棲的底棲有孔蟲可做為環境影響評估中的生物多樣性指標。
Mamo, B. L.*, Cybulski, J. D., Hong, Y., Harnik, P. G., Chao, A., Tsujimoto, A., Wei, C.-L.*, Baker, D.M.*, Yasuhara, M*. (2023). Modern biogeography of benthic foraminifera in an urbanized tropical marine ecosystem. Geological Society, London, Special Publications 529, SP529-2022–175. [link]
我們透過香港環保署的例行性底泥調查，分析香港 (東部、南部、中部及西部) 水域沉積物中的底漆有孔蟲化石，發現有孔蟲的多樣性、種類組成和生物地理分佈主要和自然因子 (如水深、含泥量或濁度) 和人為活動 (如重金屬銅、鉛或鋅濃度) 相關。例如我們發現高濁度、高含泥量環境的底棲有孔蟲群集有獨特的種類組成，棲息在中度優養化水域的有孔蟲多樣性較高，而半開放水域、高汙染水域的有孔蟲多樣性則較相對低，顯示有孔蟲組成和多樣性的區域性變化反映了海洋環境的壓力。此研究也指出體型小、數量多及相對定棲的底棲有孔蟲可做為環境影響評估中的生物多樣性指標。
Mamo, B. L.*, Cybulski, J. D., Hong, Y., Harnik, P. G., Chao, A., Tsujimoto, A., Wei, C.-L.*, Baker, D.M.*, Yasuhara, M*. (2023). Modern biogeography of benthic foraminifera in an urbanized tropical marine ecosystem. Geological Society, London, Special Publications 529, SP529-2022–175. [link]
深海魚類面臨氣候變遷的脆弱性
在全球氣候變遷的影響下，近年來許多研究預測深海環境將面臨或已經面臨暖化、酸化、缺氧以及食物短缺的衝擊，可能的影響包括物種分佈的改變、棲地、生物量和多樣性的喪失，甚至將影響能量在食物鏈中的傳遞。然而，海洋生物對氣候變遷的脆弱性取決於物種的生態和生物學特性，但現有的脆弱性影響評估大多卻僅多針對沿海物種，對深海物種的脆弱性分析則十分缺乏。
因此，我們利用專家系統和物種生物地理數據，評估全球海洋中32種底棲深海魚類受到漁業捕撈和氣候變遷影響的風險。根據氣候模式預測顯示，多數物種到21世紀中葉都會面臨高度氣候變遷風險，其中北大西洋和印太地區的許多深海魚種極度脆弱，甚至可能面臨局部甚至全球滅絕的風險。因此，深海漁業管理和法規製定應該除了考慮人為活動的直接影響外，還應該納入氣候變遷的因素。尚未由區域漁業管理組織（RFMOs）管理的深海區域也應盡快納入現有或新的國際治理機構中。
Cheung, W.W.E.*, Wei, C.-L., Levin, L. (2022) Vulnerability of exploited deep-sea demersal species to ocean warming, deoxygenation, and acidification. Environmental Biology of Fishes 105: 1301–1315 [link]
因此，我們利用專家系統和物種生物地理數據，評估全球海洋中32種底棲深海魚類受到漁業捕撈和氣候變遷影響的風險。根據氣候模式預測顯示，多數物種到21世紀中葉都會面臨高度氣候變遷風險，其中北大西洋和印太地區的許多深海魚種極度脆弱，甚至可能面臨局部甚至全球滅絕的風險。因此，深海漁業管理和法規製定應該除了考慮人為活動的直接影響外，還應該納入氣候變遷的因素。尚未由區域漁業管理組織（RFMOs）管理的深海區域也應盡快納入現有或新的國際治理機構中。
Cheung, W.W.E.*, Wei, C.-L., Levin, L. (2022) Vulnerability of exploited deep-sea demersal species to ocean warming, deoxygenation, and acidification. Environmental Biology of Fishes 105: 1301–1315 [link]
熱帶都會海洋的底棲介形蟲生態
香港是全球最繁忙的沿岸城市之一，位於中部水域的維多利亞港也是香港最大的商港，而臨港的城市包括尖沙咀和銅鑼灣則是最繁華的商業區；因此不論是商船使用的防污漆 (防止附著生物) 或是都會區的家庭和工業廢水排放，從上世紀70年代到本世紀初對香港海洋環境皆造成嚴重的重金屬及環境污染，維多利亞港的水質直到近年香港政府投入污水處理才獲得了改善。
我們透過香港環保署的例行性底泥調查，分析香港 (東部、南部、中部及西部) 水域沉積物中的小型介形蟲化石，發現介形蟲的多樣性、種類組成和生物地理分佈主要和自然因子 (如水深、含泥量或濁度) 和人為活動 (如重金屬銅、鉛或鋅濃度) 相關。例如中部水域的維多利亞港、九龍灣和將軍澳的沉積物重金屬銅濃度最高，而西部、南部及東部外圍水域的重金屬銅濃度則相對較低，兩者在生物地理上也分屬與不同的介形蟲生物群聚。
有趣的是，介形蟲的生物多樣性和底泥的鋅濃度呈負相關但卻與底泥的銅濃度呈正向關。由於香港中部水域所測得的最高鋅濃度仍遠低於環保署規定的底泥汙染效應區間中位數 (effects range median)，而最高銅濃度也僅接近汙染效應區間中位數，所以我們認為香港近年水域污染防治管理應有一定成效，而底泥的重金屬汙染可能只是影響生物多樣性眾多因子之一，其他因子如泥含量、深度或初級生產力也可能同時影響介形蟲的生物多樣性。此研究也指出體型小、數量多及相對定棲的中型底棲動物(如介形蟲或線蟲)可做為環境影響評估中的生物多樣性指標。
另外，我們也比較沉積物表層和次表層 (約20公分深)的介形蟲化石，重建香港過去約 50 至 100 年間的海洋底棲生態變遷。我們透過精細的生物多樣性分析，發現表層 (近現代) 和次表層 (古代) 的介形蟲的種類組成差異 (尤其是相對豐度低的種類) 逐漸由香港西部水域向東部水域增加，推測可能跟氣候變遷有關，尤其近年東亞夏季季風減弱，集水區雨量減少，加上近30年來珠江流域上游興建超過14,000座水壩，導致珠江入海的淡水量及輸砂量都大幅減少，因而對香港東部水域的底棲生態環境產生了巨大的影響。
然而，若只考慮相對豐度高的優勢種，我們反而發現中部水域的表層和次表層介形蟲種類組成差異比較大；此外，介形蟲的種類組成變異也跟表層沉積物中的重金屬濃度呈正相關，顯示優勢種的組成可能在重金屬濃度高的水域產生比較大的變化。由於中部水域的維多利亞港是香港最大的商港，兩側也是繁華的商業區，高度的經濟成長加上過去缺乏良好污水處理系統，香港中部水域從上個世紀末到本世紀初存在嚴重的廢水及重金屬汙染問題。
此研究的結果顯示在過去50年至100 年間人為活動已嚴重影響香港周圍水域的海洋生態系統，我們也推測氣候變遷和人為活動造成的重金屬污染可能是改變香港海洋生物群落組成的主要因素。由於長期生態資料通常取得困難，利用沉積物微化石來探討人為活動對海洋生態的長期影響算是相當具有潛力的新興領域，未來相同的研究方式也可以用來取得台灣的長期海洋生態變遷的資訊。
Hong, Y.*^, Yasuhara, M.*^, Iwatani, H.^, Harnik, P.G.^, Chao, A., Cybulski, J.D., Liu, Y., Ruan, Y., Li, X., Wei, C.-L.*^ (2022) Benthic ostracod diversity and biogeography in an urbanized seascape. Marine Micropaleontology 174:102067 [link]
Hong, Y. *^, Yasuhara, M. *^, Iwatani, H.^, Chao, A.^, Harnik, P.^, Wei, C.-L.^ (2021) Ecosystem turnover in an urbanized subtropical seascape driven by climate and pollution. Anthropocene 36:100304 [link]
我們透過香港環保署的例行性底泥調查，分析香港 (東部、南部、中部及西部) 水域沉積物中的小型介形蟲化石，發現介形蟲的多樣性、種類組成和生物地理分佈主要和自然因子 (如水深、含泥量或濁度) 和人為活動 (如重金屬銅、鉛或鋅濃度) 相關。例如中部水域的維多利亞港、九龍灣和將軍澳的沉積物重金屬銅濃度最高，而西部、南部及東部外圍水域的重金屬銅濃度則相對較低，兩者在生物地理上也分屬與不同的介形蟲生物群聚。
有趣的是，介形蟲的生物多樣性和底泥的鋅濃度呈負相關但卻與底泥的銅濃度呈正向關。由於香港中部水域所測得的最高鋅濃度仍遠低於環保署規定的底泥汙染效應區間中位數 (effects range median)，而最高銅濃度也僅接近汙染效應區間中位數，所以我們認為香港近年水域污染防治管理應有一定成效，而底泥的重金屬汙染可能只是影響生物多樣性眾多因子之一，其他因子如泥含量、深度或初級生產力也可能同時影響介形蟲的生物多樣性。此研究也指出體型小、數量多及相對定棲的中型底棲動物(如介形蟲或線蟲)可做為環境影響評估中的生物多樣性指標。
另外，我們也比較沉積物表層和次表層 (約20公分深)的介形蟲化石，重建香港過去約 50 至 100 年間的海洋底棲生態變遷。我們透過精細的生物多樣性分析，發現表層 (近現代) 和次表層 (古代) 的介形蟲的種類組成差異 (尤其是相對豐度低的種類) 逐漸由香港西部水域向東部水域增加，推測可能跟氣候變遷有關，尤其近年東亞夏季季風減弱，集水區雨量減少，加上近30年來珠江流域上游興建超過14,000座水壩，導致珠江入海的淡水量及輸砂量都大幅減少，因而對香港東部水域的底棲生態環境產生了巨大的影響。
然而，若只考慮相對豐度高的優勢種，我們反而發現中部水域的表層和次表層介形蟲種類組成差異比較大；此外，介形蟲的種類組成變異也跟表層沉積物中的重金屬濃度呈正相關，顯示優勢種的組成可能在重金屬濃度高的水域產生比較大的變化。由於中部水域的維多利亞港是香港最大的商港，兩側也是繁華的商業區，高度的經濟成長加上過去缺乏良好污水處理系統，香港中部水域從上個世紀末到本世紀初存在嚴重的廢水及重金屬汙染問題。
此研究的結果顯示在過去50年至100 年間人為活動已嚴重影響香港周圍水域的海洋生態系統，我們也推測氣候變遷和人為活動造成的重金屬污染可能是改變香港海洋生物群落組成的主要因素。由於長期生態資料通常取得困難，利用沉積物微化石來探討人為活動對海洋生態的長期影響算是相當具有潛力的新興領域，未來相同的研究方式也可以用來取得台灣的長期海洋生態變遷的資訊。
Hong, Y.*^, Yasuhara, M.*^, Iwatani, H.^, Harnik, P.G.^, Chao, A., Cybulski, J.D., Liu, Y., Ruan, Y., Li, X., Wei, C.-L.*^ (2022) Benthic ostracod diversity and biogeography in an urbanized seascape. Marine Micropaleontology 174:102067 [link]
Hong, Y. *^, Yasuhara, M. *^, Iwatani, H.^, Chao, A.^, Harnik, P.^, Wei, C.-L.^ (2021) Ecosystem turnover in an urbanized subtropical seascape driven by climate and pollution. Anthropocene 36:100304 [link]
海底峽谷內的物理擾動降低深海線蟲多樣性
高屏海底峽谷因周遭區域地質活動頻繁，加上高屏溪流域季節性強降雨帶來大量的泥沙土石，以及峽谷內強烈的內潮及底流，使當地的底棲生態受到強烈的物理性干擾。為了解極端物理擾動對深海線蟲生態的影響，我們在高屏海底峽谷的內外進行穿越線調查，發現峽谷內外的線蟲數量雖然沒有顯著差異，但峽谷內無論是線蟲的物種或功能群多樣性都顯著下降。
其中，較不挑食且以有機碎屑為食、生活史短、生長快速的種類才能在峽谷內成為優勢種；相較之下，在峽谷外則保有各種不同食性的種類，而呈現較高的物種與功能群多樣性。我們推測除了物理擾動的直接影響外，峽谷內的強烈底流也可能侵蝕海床表層較細小的有機物顆粒，造成只有少數適應力強的物種才能生存下來並繁衍。
另外，隨著深度與棲地改變（如峽谷內外）所產生的高物種置換率（species turnover），顯示環境篩選（environmental filtering）作用是形塑臺灣西南海域的線蟲群落組成的主要原因。然而，峽谷內外的群聚差異也可部分歸因於物種嵌套模式（species nestedness），亦即某種程度的區域性滅絕與遷徙限制影響了線蟲的分佈。
臨近陸地的海底峽谷除了受到這些海洋環境因子的直接影響，也會受到陸域氣候變遷的間接影響 （如颱風、強降雨及洪泛的強度和頻率改變），而引發海底地質災害（如峽谷中的海底土石流）。本研究為臺灣海域第一個深海線蟲的生態報告，透過了解臺灣的深海棲地及生物多樣性分佈模式將有助於預測氣候變遷對海洋環境的影響，進而能夠提出有效的解決對策。
Liao, J.-X., Wei, C.-L.*, Yasuhara, M. (2020) Species and functional diversity of deep-sea nematodes in a high energy submarine canyon. Frontiers in Marine Science 7:591 [link] [Press Release]
其中，較不挑食且以有機碎屑為食、生活史短、生長快速的種類才能在峽谷內成為優勢種；相較之下，在峽谷外則保有各種不同食性的種類，而呈現較高的物種與功能群多樣性。我們推測除了物理擾動的直接影響外，峽谷內的強烈底流也可能侵蝕海床表層較細小的有機物顆粒，造成只有少數適應力強的物種才能生存下來並繁衍。
另外，隨著深度與棲地改變（如峽谷內外）所產生的高物種置換率（species turnover），顯示環境篩選（environmental filtering）作用是形塑臺灣西南海域的線蟲群落組成的主要原因。然而，峽谷內外的群聚差異也可部分歸因於物種嵌套模式（species nestedness），亦即某種程度的區域性滅絕與遷徙限制影響了線蟲的分佈。
臨近陸地的海底峽谷除了受到這些海洋環境因子的直接影響，也會受到陸域氣候變遷的間接影響 （如颱風、強降雨及洪泛的強度和頻率改變），而引發海底地質災害（如峽谷中的海底土石流）。本研究為臺灣海域第一個深海線蟲的生態報告，透過了解臺灣的深海棲地及生物多樣性分佈模式將有助於預測氣候變遷對海洋環境的影響，進而能夠提出有效的解決對策。
Liao, J.-X., Wei, C.-L.*, Yasuhara, M. (2020) Species and functional diversity of deep-sea nematodes in a high energy submarine canyon. Frontiers in Marine Science 7:591 [link] [Press Release]
高屏海底峽谷採集到的線蟲口器形態較為單一（A），相較之下斜坡（峽谷外）則有各種不同食性的線蟲分佈（B）。
深海採礦區空間規劃應考慮氣候變遷
在全球氣候變遷的影響下，近年許多研究預測深海環境將面臨或已經面臨暖化、酸化、缺氧以及食物短缺的衝擊，可能的影響包括物種分佈的改變，棲地、生物量和多樣性的喪失，甚至將影響能量在食物鏈中的傳遞。然而，除了氣候變遷，深海生態系也受到資源開採 (如底拖漁業，油氣開採以及採礦等等) 和海洋廢棄物的影響。
我們分析氣候變遷對東北平洋及大西洋海底採礦預定區的可能影響，包括 (1) 利用地球系統模型預測氣候變遷可能發生的時間和強度；(2) 運用洋流模型推估氣候變遷下生物幼苗傳播路徑的變化; (3) 利用棲地適宜度模型 (Habitat Suitability Model) 來評估生物是否會隨氣候變遷遷移。
我們的結果顯示目前聯合國海底管理局 (International Seabed Authority) 規畫的採礦保留區及採礦預定區都無法避免氣候變遷的影響，未來很可能導致環境影響評估無法區分採礦活動或是氣候變遷所造成的衝擊。因此深海環境的管理和法規製定，除了人為活動的直接影響外，也應該考慮氣候變遷，尤其是深海採礦區的空間規劃，環境影響評估和監測，採礦保留區的設置和管理，採礦對環境破壞的預防措施以及採礦活動的全額成本都應納入氣候意識，才能切確反映深海礦業所支出的社會成本。
Levin, L.*, Wei, C.-L., Dunn, D., Amon, D., Ashford, O., Cheung, W., Colaco, A., Dominguez-Carrió, C., Escobar, E., Harden-Davies, H., Drazen, J., Ismail, K., Jones, D., Johnson, D., Le, J., Lejzerowicz, F., Mitarai, S., Morato, T., Mulsow, S., Snelgrove, P., Sweetman, A., Yasuhara, M. (2020) Climate Change Considerations are Fundamental to Management of Deep-Sea Resource Extraction. Global Change Biology 26(9):4664-4678 [link]
我們分析氣候變遷對東北平洋及大西洋海底採礦預定區的可能影響，包括 (1) 利用地球系統模型預測氣候變遷可能發生的時間和強度；(2) 運用洋流模型推估氣候變遷下生物幼苗傳播路徑的變化; (3) 利用棲地適宜度模型 (Habitat Suitability Model) 來評估生物是否會隨氣候變遷遷移。
我們的結果顯示目前聯合國海底管理局 (International Seabed Authority) 規畫的採礦保留區及採礦預定區都無法避免氣候變遷的影響，未來很可能導致環境影響評估無法區分採礦活動或是氣候變遷所造成的衝擊。因此深海環境的管理和法規製定，除了人為活動的直接影響外，也應該考慮氣候變遷，尤其是深海採礦區的空間規劃，環境影響評估和監測，採礦保留區的設置和管理，採礦對環境破壞的預防措施以及採礦活動的全額成本都應納入氣候意識，才能切確反映深海礦業所支出的社會成本。
Levin, L.*, Wei, C.-L., Dunn, D., Amon, D., Ashford, O., Cheung, W., Colaco, A., Dominguez-Carrió, C., Escobar, E., Harden-Davies, H., Drazen, J., Ismail, K., Jones, D., Johnson, D., Le, J., Lejzerowicz, F., Mitarai, S., Morato, T., Mulsow, S., Snelgrove, P., Sweetman, A., Yasuhara, M. (2020) Climate Change Considerations are Fundamental to Management of Deep-Sea Resource Extraction. Global Change Biology 26(9):4664-4678 [link]
熱帶海洋生物多樣性正持續下降
|
我們利用海洋沉積物中的有孔蟲化石記錄，重建末次冰盛期（約20,000年前）及前工業革命時期（西元1800年）全球海洋浮游生物多樣性的分佈模式，並用該模式預測海洋生物多樣性至本世紀末前（約2090年）的變化。
透過浮游有孔蟲豐富的化石記錄，我們發現不論在前工業革命時期或本世紀末，赤道的海洋生物多樣性皆呈現『局部性下降』的趨勢，亦既熱帶的海洋生物多樣性較亞熱帶為低。然而，在末次冰盛期（約20,000年前），熱帶海洋生物多樣性『局部性下降』的情況卻不存在，顯示現今赤道多樣性的『局部性下降『，可能自冰河時期後（約15,000年前）才開始，並在前工業革命時期明顯低於亞熱帶生物多樣性。 除了透過有孔蟲化石多樣性『鑑古』，我們也使用氣候模式及統計預測以『知來』，並發現人類活動導致的海洋暖化，將加劇熱帶多樣性『局部性下降』的幅度。若按經濟如常的碳排放量，到本世紀末，熱帶海洋生物多樣性可能會減少到過去數百萬年來從未經歷的水平。本研究發現海洋暖化與熱帶生物多樣性『局部性下降』之間有明確關聯，我們進而預測到本世紀末，海洋生物多樣性可能下降至人類歷史上前所未見的程度。 Yasuhara, M.*^, Wei, C.-L.^, Kucera, M., Costello, M.J., Tittensor, D.P., Kiessling, W., Bonebrake, T.C, Tabor, C., Feng, R., Baselga, A., Kretschmer, K., Kusumoto, B., Kubota, Y. (2020) Past and future decline of tropical pelagic biodiversity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A 117 (23): 12891-12896 [link] [Press Release] [Press Release] [Press Release] |
圖一: 浮游有孔蟲 Globigerinoides sacculifer (相片來源：Katsunori Kimoto)
圖二: 浮游有孔蟲Globigerinella adamsi (相片來源：Briony Mamo)
圖三: 生物多樣性隨緯度的變化（上圖）。在前工業革命時期（綠色）或是本世紀末（紅色），生物多樣性皆較亞熱帶低（呈雙峰分布），但末次冰盛期（藍色）則不然。
|
加拿大海洋底棲生物多樣性調查
加拿大除了擁有全世界最長的海岸線(超過24萬公里)，其領海也占全球海洋面積約百分之二 (超過260萬平方公里)。為了對加拿大廣大的海域進行妥適的海洋區域管理及海洋保護區劃分，我們收集來自13個加拿大海洋研究機構超過六千個測站約一萬三千筆底棲生物多樣性資料，並透過先進統計方法標準化近3000個底棲物種的群聚資料。
我們的分析首度揭露加拿大的北極海可能是底棲生物多樣性的熱點之一，此發現顛覆了過去生態學家認為海洋生物多樣性隨緯度增加而降低的觀點，此分析也提出控制底棲生物多樣性分佈的關鍵因子為食物供給而非水溫變化。此研究結果建立了加拿大海洋區域管理的關鍵基礎生態資料，這些重要資訊可以改善未來海洋保護區的設計，進而保護加拿大豐富的海洋底棲生物多樣性。
Wei, C.-L., Cusson, M.*, Archambault, P., Belley, R., Brown, T., Burd, B.J., Edinger, E., Kenchington, E., Gilkinson, K., Link, H., Ramey-Balci, P.A., Scrosati, R.A., Snelgrove, P.V.R. (2020) Seafloor Biodiversity of Canada’s Three Oceans: patterns, hotspots, and potential drivers. Diversity and Distribution 26(2):226-241 [link]
我們的分析首度揭露加拿大的北極海可能是底棲生物多樣性的熱點之一，此發現顛覆了過去生態學家認為海洋生物多樣性隨緯度增加而降低的觀點，此分析也提出控制底棲生物多樣性分佈的關鍵因子為食物供給而非水溫變化。此研究結果建立了加拿大海洋區域管理的關鍵基礎生態資料，這些重要資訊可以改善未來海洋保護區的設計，進而保護加拿大豐富的海洋底棲生物多樣性。
Wei, C.-L., Cusson, M.*, Archambault, P., Belley, R., Brown, T., Burd, B.J., Edinger, E., Kenchington, E., Gilkinson, K., Link, H., Ramey-Balci, P.A., Scrosati, R.A., Snelgrove, P.V.R. (2020) Seafloor Biodiversity of Canada’s Three Oceans: patterns, hotspots, and potential drivers. Diversity and Distribution 26(2):226-241 [link]
照片攝於加拿大大西洋岸紐芬蘭紀念大學海洋實驗室 [魏志潾]
食物供給影響深海生物多樣性變化
我們以巨觀生態學角度探討能量與墨西哥灣深海大型底棲生物多樣性之間的關，驗證沉降到深海的顆粒有機碳通量不但控制底棲生物群聚的數量及生物量，也控制群聚的多樣性。然而增加深海底棲環境的食物供給卻有如雙刃劍，除了可能促進族群數量而增加生物多樣性外，也可能加劇物種間和物種內對資源的競爭，因此，食物供給影響族群數量及生物間競爭的動態平衡可能是控制深海生物多樣性變化的主要因素。
另外，我們也發現深海生物多樣性由低顆粒有機碳通量至高通量呈現近似鍾型 (hump-shaped) 曲線變化。這樣的結果反映了族群數量及生物多樣性隨食物供給增加而成長，生物多樣性在族群成長及競爭的平衡下達到峰值， 但族群數量成長超過一定限度反而會加強物種競爭，若有強勢物種出現則造成競爭排斥，反而降低整體生物多樣性。
Wei, C.-L.*, Chen, M., Wicksten, M., Rowe, G. T. (2020) Macrofauna Bivalve Diversity from the Deep Northern Gulf of Mexico. Ecological Research 35(2):343-361 [link]
Wei, C.-L.*, Rowe, G.T. (2019) Productivity controls macrofauna diversity in the deep northern Gulf of Mexico. Deep Sea Research Part I 143:17-27 [link]
另外，我們也發現深海生物多樣性由低顆粒有機碳通量至高通量呈現近似鍾型 (hump-shaped) 曲線變化。這樣的結果反映了族群數量及生物多樣性隨食物供給增加而成長，生物多樣性在族群成長及競爭的平衡下達到峰值， 但族群數量成長超過一定限度反而會加強物種競爭，若有強勢物種出現則造成競爭排斥，反而降低整體生物多樣性。
Wei, C.-L.*, Chen, M., Wicksten, M., Rowe, G. T. (2020) Macrofauna Bivalve Diversity from the Deep Northern Gulf of Mexico. Ecological Research 35(2):343-361 [link]
Wei, C.-L.*, Rowe, G.T. (2019) Productivity controls macrofauna diversity in the deep northern Gulf of Mexico. Deep Sea Research Part I 143:17-27 [link]
底棲生物活動影響全球海床有機碳轉換率
底棲動物透過生物擾動重新分配底泥中的顆粒，水和溶質，影響底泥溶氧濃度以及氧化還原帶的時空分佈。除了直接影響沉積物的物理和化學特性，底棲動物群落也間接影響微生物群落對有機物再礦化、營養轉化和埋藏等等作用 (示意圖)。一般而言，底棲動物的活動可增加沉積物與水層之間的物質交換，但生物擾動、對流、灌溉、攝食及排泄等作用對於物質在底泥中的擴散（diffusive flux）和與水層過程的耦合 （benthic-pelagic coupling），則隨不同動物功能群棲息及適應不同棲地而有所不同。然而，因為底棲生物採樣、鑑定困難，加上生物功能群資料缺乏，以及地化及生態學家向來缺乏溝通合作，大多數的生地化循環模型傾向於簡化或平均這些複雜的生物過程（如有機物質轉化為組織，消耗氧氣和釋放二氧化碳），並忽略棲地歧異度及生物功能群對生地化循環的影響。
因次我們試圖從全球衛星資料中釐清底棲生物活動對全球海床有機碳轉換率的影響。研究團隊以廣泛使用的海洋顆粒有機碳通量模型以及海洋水色資料估計沉降在海床的上顆粒有機碳每日的衰減量，並另以沉積物群聚呼吸量及總生物量估計底棲生物每日的有機碳轉換量。兩種估計分別反映（1）經生物幫浦輸送至深海的有機碎屑之碳衰減量，為不考慮底棲生物活動的生地化模型，以及（2）底棲生物透過呼吸作用而分解、再礦化之碳轉換量，為考慮底棲生物活動的生物模型。兩種模型產生了非常不同的全球分，而模型所估計的有機碳轉換率也互不相關。例如生物模型預測南極洋海床生物碳轉換率低，但地化模型卻預測高顆粒有機碳衰減率。又如北太平洋（阿拉斯加和西伯利亞附近）因高生物量而有較低生物碳轉換率，但地化模式卻預測高顆粒有機碳衰減率。顯示地化和生物模型所估計的碳轉換率並不一致。
雖然不論地化或生物模型所估計的全球海床有機碳轉換率都相對粗略，有許多重要因子如水溫和生物功能群多樣性仍未被納入考量。但兩個碳轉換率間的差異則凸顯了既使只是加入簡單的生態資訊，如底棲生物量及群聚呼系率，就能產生與傳統由上而下地化模型截然不同的全球碳循環模式。鑒於目前全球氣候變遷預測（e.g. IPCC）和生態系統服務評估（e.g. IPBES），皆只考量水層中的生地化過程，而忽略底棲生態系在全球碳循環所扮演的角色，如此很可能會造成氣候預測上的誤差，進而影響重要氣候變遷調適政策以及延伸的社會經濟損失。
Snelgrove, P.V.R.*, Soetaert, K., Solan, M., Thrush, S., Wei, C.-L., Danovaro, R., Fulweiler, R., Kitazato, H., Ingole, B., Norkko, A, Parkes, R.J., Volkenborn, N. (2018) Global Carbon Cycling on a Heterogeneous Seafloor. Trends in Ecology & Evolution 33(2):96-105 [Link]
因次我們試圖從全球衛星資料中釐清底棲生物活動對全球海床有機碳轉換率的影響。研究團隊以廣泛使用的海洋顆粒有機碳通量模型以及海洋水色資料估計沉降在海床的上顆粒有機碳每日的衰減量，並另以沉積物群聚呼吸量及總生物量估計底棲生物每日的有機碳轉換量。兩種估計分別反映（1）經生物幫浦輸送至深海的有機碎屑之碳衰減量，為不考慮底棲生物活動的生地化模型，以及（2）底棲生物透過呼吸作用而分解、再礦化之碳轉換量，為考慮底棲生物活動的生物模型。兩種模型產生了非常不同的全球分，而模型所估計的有機碳轉換率也互不相關。例如生物模型預測南極洋海床生物碳轉換率低，但地化模型卻預測高顆粒有機碳衰減率。又如北太平洋（阿拉斯加和西伯利亞附近）因高生物量而有較低生物碳轉換率，但地化模式卻預測高顆粒有機碳衰減率。顯示地化和生物模型所估計的碳轉換率並不一致。
雖然不論地化或生物模型所估計的全球海床有機碳轉換率都相對粗略，有許多重要因子如水溫和生物功能群多樣性仍未被納入考量。但兩個碳轉換率間的差異則凸顯了既使只是加入簡單的生態資訊，如底棲生物量及群聚呼系率，就能產生與傳統由上而下地化模型截然不同的全球碳循環模式。鑒於目前全球氣候變遷預測（e.g. IPCC）和生態系統服務評估（e.g. IPBES），皆只考量水層中的生地化過程，而忽略底棲生態系在全球碳循環所扮演的角色，如此很可能會造成氣候預測上的誤差，進而影響重要氣候變遷調適政策以及延伸的社會經濟損失。
Snelgrove, P.V.R.*, Soetaert, K., Solan, M., Thrush, S., Wei, C.-L., Danovaro, R., Fulweiler, R., Kitazato, H., Ingole, B., Norkko, A, Parkes, R.J., Volkenborn, N. (2018) Global Carbon Cycling on a Heterogeneous Seafloor. Trends in Ecology & Evolution 33(2):96-105 [Link]
海底峽谷強烈之生物–物理耦合現象
全球大約只有120個大型海底峽谷直接連接河川(約佔全球海底峽谷約2.4%)，而高屏峽谷向上連接源自玉山的高屏溪，向下匯至超過五千公尺深的馬尼拉海溝，加上地震、極端降雨頻繁引發的海底濁流，複雜地形引發的強烈內潮，高屏峽谷因此成為國際知名沉積物源匯過程及海底地質災害的自然實驗室。在過去學者的持續努力之下，高屏峽谷特殊的物理、地質，化學環境以及對南海甚至全球碳收支的貢獻也逐漸被揭露。
然而由於峽谷地形複雜，傳統生物採樣困難(如底拖網採集)，因此我們利用海研一號新建置的大型複管式沉積物採集器採集中型及大型底棲動物，並應用內潮模式，比較與分析食物供給及內潮引發的強烈底流對底棲動物群聚結構的影響。研究發現內潮引發的強烈底流不但直接降低生物豐富度、多樣性及改變組成，也掏選有機質較低的粗顆粒泥沙，進而減少食物供給，再間接影響生物豐富度及多樣性，發現高屏海底峽谷強烈生物和物理耦合現象。
此研究為首次針對高輸沙量高山溪流-海底峽谷系統的生態學研究，也是南海地區的第一個海底峽谷底棲生態研究。此研究推翻了過去認為海底峽谷為底棲生物多樣性和生物量的熱點 ，證明高屏峽谷可能是海底峽谷生態學研究的新範例。證據顯示相對定棲的中型及大型底棲生物受害於強烈內潮及其他地質災害。但誰能從此高能量的環境中受益？過去的研究認為移動能力強的巨型底棲生物 (如甲殼類，頭足類和魚類) 能夠逃離峽谷內的物理擾動，進而獲益於峽谷內較豐富的食物供給。
陡峭的高屏峽谷是陸源及海源沉積物的主要通道，向南海海盆輸送大量的有機物質，但深海底棲生物是否能利用這些外來的有機物質仍然不被了解，這些都是未來待研究的課題。在全球氣候變遷之下，新的風暴和降水模式可能影響高山溪流氾濫的頻率和強度，以及其引發的海底地質災害。了解底棲生物群聚在高屏峽谷受到大規模物理擾動下的影響和恢復狀況，將有助於預測氣候變遷或人為活動對深海生態系統的潛在影響。
Liao, J.-X., Chen, G.-M., Chiou, M., Jan, S., Wei, C.-L.* (2017). Internal tides affect benthic community structure in an energetic submarine canyon off SW Taiwan. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers 125: 147-160) [Link]
Long-term Biodiversity-Ecosystem Function Relationship in Deep Sea
We used nematode biomass in the Mediterranean Sea and the accumulation rate of ostracode biovolume in the North Atlantic Ocean for the last 20,000 years as the proxies of ecosystem function (e.g. productivity in an ecosystem). We then compared the taxonomic and functional diversity of nematodes and ostracodes with the proxies of ecosystem functioning to investigate BEF relationships at decadal-millennial time scales. We found generally positive, long-term relationships between the biodiversity and ecosystem functioning, in agreement with the BEF studies based on present-day spatial analyses and short-term manipulative experiments. However, the deep-sea BEF relationship is much noisier across longer time scales compared with modern observational studies. The noisier BEF relationship suggests that the environmental changes over decadal to millennial time scales may independently affect biodiversity and biomass and such effects may be much stronger than the impacts of biodiversity on ecosystem functioning. This study suggests that abiotic factors are more important in shaping the patterns of biodiversity and ecosystem function than the biotic factors at macroevolutionary time scales because the observed changes over the scales of this study (decadal-millennial time scales) are much shorter than a species’ approximate lifespan (1–2 million years). This works also implies that climate changes may affect both the diversity and ecosystem functioning over long-time scales in the deep sea.
Yasuhara, M., Doi, H., Wei, C.-L., Danovaro, R., Myhre, S.E. (2016). Biodiversity–ecosystem functioning relationships in long-term time series and palaeoecological records: deep sea as a test bed. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 371:20150282. DOI: 10.1098/rstb.2015.0282
Wei, C.-L., (2018) Deep-sea ecosystem functions linked to biodiversity over the past 20,000 years. Landscape 4. [PDF]
Yasuhara, M., Doi, H., Wei, C.-L., Danovaro, R., Myhre, S.E. (2016). Biodiversity–ecosystem functioning relationships in long-term time series and palaeoecological records: deep sea as a test bed. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 371:20150282. DOI: 10.1098/rstb.2015.0282
Wei, C.-L., (2018) Deep-sea ecosystem functions linked to biodiversity over the past 20,000 years. Landscape 4. [PDF]
Field works 10/31-11/2/2017We took MB&F student cruise to sample Shoushan Submarine Canyon west of the Xiaoliuqiu Island. We deployed Megacorer and French Beam Trawl to sample infauna and epifauna. We also tested a new underwater camera system.
|
Field Works 7/18-7/24/2017 (OR1 1169) We sampled the Gaoping Submarine Canyon (GPSC) and slope from 1300 to 3600 m. Ｗe encountered rough sea and Typhoon Roke. Eventually, we had to stop by Xiaoliuqiu as we experienced strong wind beyond the limit of science operation.
|
Field Works 10/25-10/27/2016We conducted our annual sampling to the Gaoping Submarine Canyon and Slope. Other than investigating the community structure and function of the benthic community, we also collected water samples for nutrients and dissolve organic carbon analysis and fauna samples for analysis of persistent organic pollution.
|
Field Works 05/31-06/08/2016We joined Prof. Andrew Lin's cruise to sample the mid to lower reaches of the Gaoping Submarine Canyon. The objective was to investigate whether the effect of physical disturbance on benthos may extend the full length of the canyon and into the Manila Trench. We successfully recovered sediment samples from the western bank of the canyon but unfortunately couldn't recover sediments along the canyon axis, presumably, due presence of hard substrates.
|
We host TEAMS-IONTU workshop on impacts of marine ecosystems by natural disasters 日本東北地區海洋科學(TEAMS)及台大海洋所(IONTU)雙邊研討會, 6/15/2016, Shih-Liang Conference Center
|
Tohoku Ecosystem-Associated Marine Sciences (TEAMS) is a research program contributing to the restoration of fishery grounds affected by the giant earthquake and subsequent massive tsunami on March 11, 2011. The objective of TEAMS-IONTU joining workshop is to showcase the research activities from both organizations to seek further collaborations between TEAMS and Taiwan marine scientists
|
|
Field Works 03/08-03/19/2016The objective for taking part in Prof. Dai, Chang-Feng's deepwater coral cruise was to test the deep water operations of megacorer. We successfully deployed the instrument between 1000-2000 m off Dongsha and Taiping Islands in the South China Sea.
|
Field Works 11/19-11/21/2015We revisited the upper Gaoping Submarine Canyon and adjacent slope. In this cruise, we tested newly setup shipboard incubation facility and sediment microprofiling system to investigate the relationship between community structure and ecosystem functioning.
|
Field Works 08/04-08/06/2015We sampled 2 transects along Gaoping Submarine Canyon and adjacent slope from 200 m to 1000 m to investigate the the potential effects of physical disturbance on canyon benthic communities.
|
Field Works 03/11-03/12/2015The objective of this cruise was to test the newly purchased multiple megacorer at the head of the Gaoping Submarine Canyon and the adjacent slope. Video courtesy:Prof. Sen Jen
|
