湖泊暖化與水位穩定化造成藻類稀有物種消失

 

朝日新聞:http://www.asahi.com/articles/ASGCH00KQGCGPLZU00H.html

一個擁有多物種的生態系統必定是由大量的稀有物種(個體數量少的種類)與少量的優勢種(個體數量多的種類)所組成,此現象通常以物種豐度分布(species abundance distribution)來表達。生態學家對於物種豐度分布的研究已經有近一百年的歷史;直到今天,探討其背後的機制仍然是當代生態界的熱門話題並充滿爭論。綜觀過去關於生物群聚物種豐度分布的研究,只關注長期的平均態,或是只採樣一次後假設物種豐度分布不會隨時間改變,這些研究基本上相信物種豐度分布永遠處於穩定態(static):當有些物種的豐度變少,群聚裡其他物種的豐度就會變多以此維持總生物量,也就是雖然生物種類會隨時間改變而興衰更迭,但物種豐度分布卻可以維持平衡和穩定。大多數生態學家相信,物種族群數量的交替變化與群聚結構裡稀有物種的長期存在,可以幫助生態系從環境擾動中回復。因此,即使物種族群數量不斷地隨時間變動,物種豐度分布依舊保持穩定態,而稀有物種會一直存在以維持群聚結構。然而,這些傳統的認知,是否真的能解釋大自然的運行?其實自然界中物種豐度分布不一定維持穩定態,尤其當生態系被環境擾動推向臨界時,原本穩定態下之稀有物種與優勢種的平衡可能被打破,造成群聚裡的稀有物種無法從環境擾動中回復。

臺灣大學海洋研究所教授謝志豪、副教授三木健與學生蔡政翰、張俊偉,以及日本琵琶湖研究中心成員合作組成國際研究團隊,研究日本最大淡水湖琵琶湖(京都與大阪集水區)中藻類〈圖一〉群聚結構與物種豐度分布的長期變化。研究結果發現湖藻群聚裡特定稀有物種受湖泊環境變動所影響而消失,至今尚未回復,而且造成生物多樣性與群聚結構變動。此研究刊登在美國生態學會刊Ecology,並且被日本NHK與朝日新聞特別報導。研究團隊使用超過三十年的藻類群聚與湖泊環境長期觀測資料,發現屬於沿岸棲地功能群的藻種為群聚結構裡主要的稀有物種,這些物種在1980-1990後期因為湖泊暖化以及人為減低水位變動與去優氧化而消失〈圖二〉。研究顯示,消失的特定生態功能群稀有物種與當時氣候條件大幅轉換也有相關性,而這些消失的稀有物種至今超過20年仍未回復。同時,集水區水庫管理造成水位變動幅度縮小,也可能進一步阻礙稀有種回復。此研究闡明,生態功能群對環境擾動的反應可以直接解釋物種豐度分布的動態過程:即群聚中稀有物種與優勢種之變化為反應環境變動的結果,而特定生態功能群中稀有物種的興衰更迭與其物種特徵有關。這些研究結果,提供了探討物種豐度分布機制與群聚結構新思維和驗證方法。
參考資料

Tsai,C. H., T. Miki, C. W. Chang, K. Ishikawa, S. Ichise, M. Kumagai, and C. H. Hsieh (2014) Phytoplankton functional group dynamics explain species abundance distribution in a directionally changing environment. Ecology. DOI: 10.1890/13-1946.1

Hsieh, C. H., K. Ishikawa, Y. Sakai, T. Ishikawa, S. Ichise, Y. Yamamoto, T. C. Kuo, H. D. Park, N. Yamamura, and M. Kumagai (2010) Phytoplankton community reorganization driven by eutrophication and warming in Lake Biwa. Aquatic Sciences. 72: 467-483.

圖一琵琶湖中的浮游植物. (圖片來源:Keiichiro Watanabe)

圖二琵琶湖中浮游植物物種豐度分布的十年際間變動。屬於沿岸棲地功能群的藻種(littoralspecies)為群聚結構裡的稀有物種。這些物種在1980-1990後期因為湖泊暖化以及人為減低水位變動與去優氧化而消失,至今超過20年仍未回復。