浮游植物之個體大小頻譜在臺灣東部黑潮受環境中可用資源之影響

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林梵絃、何珮綺、謝志豪

國立臺灣大學海洋研究所

臺灣大學海洋研究所學生林梵絃、何珮綺博士、謝志豪及詹森教授率領的研究團隊，於臺灣東部黑潮研究，首次揭示浮游植物之個體大小頻譜變動主要受到海洋環境中季節變動可用資源所影響。此研究成果於2019年8月刊登於國際湖沼與海洋學會期刊《Limnology and Oceanography》。

前人研究指出，浮游植物之個體大小組成分佈改變，是該地區浮游植物群聚變動的重要指標。本研究將介於4-200 μm大小的浮游植物分佈「頻譜化」，依個體小到大進行分組，估算個體大小分佈之「頻譜斜率」，此斜率可統括性地呈現出該浮游植物群聚大小結構(圖一)：當斜率值越大(越平緩)，表示群聚中大小個體分布相對平均；反之，當斜率值越小(越傾斜)，表示群聚中小個體浮游植物總數較多。

當浮游植物群聚受到環境中溫度及可用資源(如: 環境中營養鹽濃度)所影響時，頻譜斜率會變動。前人研究指出：當海水溫度升高時，頻譜斜率會變小(圖二A)，代表浮游植物個體組成偏向小型化；當環境中提供的營養鹽濃度變高時，頻譜斜率會變大(圖二B)，個體大小組成愈呈現平均（大個體細胞相對變多一些）。然而，過去研究集中在中高緯度區域或實驗室培養所得之結果。再者，近年來對於環境溫度及可用資源對浮游植物群聚大小組成變化的因果關係有許多討論，也無法斷定究竟是環境溫度、環境可用資源或是兩者間共同作用影響浮游植物大小分佈之變異。

為釐清此問題，本研究團隊於臺灣東部貧營養鹽的黑潮流域，跨季節總共採樣9個航次，共72個測站。研究結果顯示：浮游植物大小頻譜斜率與水溫沒有明顯的相關性，不支持水溫影響個體大小之理論；然而，浮游植物大小頻譜主要是受環境中資源變動所影響；亦即，環境中可用資源變高時，頻譜斜率變較平緩，浮游植物大小組成愈呈現平均。有趣的是，在冷水季節看到例外。研究發現，在冬季及初春，海水溫度甚低，可用資源高時，浮游植物大小頻譜斜率卻偏斜，此例外與圖二B之理論不相符。研究團隊認為，此例外可用小型浮游植物的生理機制做解釋：浮游植物經過長期的資源缺乏而挨餓，當冬季來臨，海洋層化作用減小，營養鹽驟然上升，此時小個體浮游植物（因表面積與體積比較大）會優先利用環境中可用資源，成長較快，使浮游植物大小頻譜斜率變斜，可以說是一個過渡時期。

以黑潮浮游植物大小分佈作為實例研究，團隊發現：野外實際採樣的資料中，環境溫度與可用資源隨著季節有明顯變動(圖三)，進而發現浮游植物大小頻譜斜率隨季節變動。在冬季及初春，海水溫度甚低，海洋層化作用減小，營養鹽驟然上升，此時小個體浮游植物會優先利用環境中可用資源，成長較快，使浮游植物大小頻譜斜率變較斜，可以說是一個過渡時期；到夏季時，環境可用資源維持高濃度，大個體浮游植物快速成長，使浮游植物大小頻譜斜率變較平緩。當環境溫度從夏季到秋季，一直維持高溫時，環境可用資源下降，導致浮游植物大小頻譜斜率漸小。直到冬季，當環境溫度再次降低，環境可用資源提升，浮游植物大小頻譜斜率再次循環變動。此研究強調：當解讀生物大小組成變動時，應考慮到環境可用資源本身隨季節變化之影響，來探討不同季節之浮游植物群聚變化。