By OCAdmin in 研究報導 on

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（圖一）。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。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。

因此本所魏志潾老師參與跨國研究團隊，透過地化及生態學領域專家合作，試圖從有限的全球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（圖二A），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（圖二B）。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布（圖二C），而模型所估計的有機碳轉換率也互不相關（圖二D）。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 (撰稿：魏志潾，2018/01/19) 。

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

http://dx.doi.org/10.1016/j.tree.2017.11.004

圖一、對比生地化和生物學觀點下的海床有機碳循環。（A）經生物幫浦輸送至深海的有機碎屑透過生物呼吸而分解、再礦化、釋放營養鹽。地化學家傾向將分解作用簡化至主要化學反應，沉積物表層因擴散作用緩慢形成強烈的化學梯度(如溶氧急遽遞減)。（B）生物學家則強調生物功能群的複雜性，如回饋作用、棲地修改、生物擾動、生物灌溉等等作用。生物活動不但促進物質的傳輸及混合，生物對棲地的適應及分佈，也造成空間上分解作用或營養再生的異質性 (本研究獲選為本期ＴＲＥＥ雜誌封面)。

圖二、全球海床有機碳轉換率。（A）顆粒有機碳沉積在海床上的日衰減量，此碳轉換率根據Lutz等人 (2007) 的有機碳通量方程，以全球長期海洋初級生產力、葉綠素濃度及水深資料所估算（B）底棲生物每日有機碳轉換量，此轉換率根據沉積物群落呼吸量除以總生物量所估算。黑點代表群落呼吸量觀測位點，而全球沉積物總生物量則使用已發表數據 (Wei et al., 2010) 。（C）對比地化和生物模型所估計的碳轉換率，其中，淺綠色代表兩模型預測一致，暖色表示地化模型估計值高於生物模型估計值，冷色表示生物模型估計值高於地化模型估計值。（D）以生物和地化模型所估計的碳轉換率之相關性，凸顯兩者之間的差異。