支持地球生命的海洋生态系统

1支持地球生命的海洋生態系統黃綉媛博士2前言本單元教學目標：認識生態系的概念認識海洋生態系的分類：各類生態系的環境特色及孕育的生物。認識各種海洋生態系的重要性：其功能與生產力的機制。3認識海洋生態系的運作(MarineEcosystem)生態系(Ecosystem)的觀念最早由A.G.Tansley於1935年提出，其主要目的在了解生物與環境因子間的關係。生態系運作包含幾個重要特徵：•需有能量來源─太陽(solar)•能夠利用能量製造有機物的生物•其他利用有機物的生物•物質必須能在生物與非生物環境之間循環4海域生態系分類大洋域大洋生態系深海生態系底棲域河口生態系紅樹林生態系岩礁生態系珊瑚礁生態系草澤生態系泥灘生態系潟湖生態系5海岸區域示意圖圖片來源：~ouhw/geog11/coast/coast.htm6海洋區域依縱向及橫向可劃分：•近岸區(littoralzone)或潮間帶(intertidalzone)：受到漲潮及退潮影響的淺水沿岸區。•近海區(neriticzone)：指自海岸到大陸棚緣約200m深的區域。•海洋區(oceaniczone)：大陸棚以外的區域，海洋及其他水域環境等的棲境(habitat)底部稱為底棲區(benthiczone)，其餘非底泥區，不論深度均稱為水層區(pelagiczone)。7海洋區根據深淺可區分成─•上層帶(epielagiczone)：海面-200m•中層帶(mesopelagiczone)：200-1000m•深層區(bathypelagiczone)：1000-4000m•底層區(abyssalzone)；4000-6000m•深淵區(hadalzone)：6000m，最深之海洋8大洋區生態系Oceaniczone環境範圍：•水平距離：近海(inshore)、遠洋(offshore)•垂直距離：200m表層(epipelagic)、200-1000m中層(mesopelagic)、1000-4000m深層大洋表層性生物對環境之適應：•浮力：魚鰾、油脂、海鰾鞘、骨頭海綿化•運動：泳速快的大洋性魚種，身體常呈流線型以減少摩擦力；頭鈍尾尖以減少尾部擾流。•食性：浮游生物食性、草食性、肉食性大多數海洋表層魚類食性會隨年齡成長而改變。9深海生態系(一)環境特徵：大陸棚斜坡以下或無光帶地區溫度：在赤道地區水深1000m處為5~6℃，在往下緩慢遞減，到3000-40000以下即為等溫，故在深海地區之水溫除深海熱泉外，並無溫度之季節或年變化。壓力：由20-1000atm以上，其中大部分為200-600atm之間。溶氧：除少數深海海溝為缺氧環境外，深海區之水中溶氧係來自於南北極地表層之寒冷但富含氧氣之海水向南或向北向下沉降流入各大洋之深水區。10(二)深海的物種特徵微型動物，細菌、真菌和無色之雙邊藻、纖毛蟲、變形蟲等為深海食物網之基礎。主要有機物來源自上層沉降下來海藻葉片或碎屑上的真菌，細菌則附生在有機碎屑或沉積物上。物種生存的特色：深處高壓、食物短缺、低溫、無光的特殊環境，在生存上有其獨特的方式，譬如牠們的新陳代謝、成長及生殖速率均較淺海生物為低。11淺海熱泉噴口生態系(一)生態環境特色：以台灣龜山島為例龜山島的海底噴出65~116℃的溫度硫磺煙柱及氣泡。氣泡所含的氣體主要為二氧化碳、氮氣、氧氣、二氧化硫以及硫化氫。pH值約1.75~4.60，富含硫礦物質。熱泉噴口的排放物含有純度高達99.5%的元素硫，以及有毒的火山氣體，附近的海床幾乎佈滿了黃色的硫磺礦。12(二)熱泉噴口生態系中的怪方蟹怪方蟹的成蟹殼寬3公分，幼蟹成長到殼寬0.8公分時即可抱卵，牠們的鉗腳已經扁平化，不會互相攻擊，所以不像一般螃蟹有領域行為，而且對環境毒性的耐受度極高，平時會相互堆疊躲在硫磺礦的縫隙中，水流靜滯時則成群結隊出來覓食。一九九九年台灣和新加坡學者在龜山島海域發現類似日本小笠原群島的怪方蟹，並在二０００年正式發表為世界新種，因發現地點在龜山島，遂命名為「烏龜怪方蟹（X.testu-dinatus）」，又名硫磺怪方蟹，為不可食用的有毒螃蟹。13(三)怪方蟹（Xenograpsustestudinatus）如何維生？在水流轉弱、海流靜滯時，熱泉噴口的煙柱直接向上噴發，會殺死經過的有機體，這些浮游生物會像「飄雪」般落到海床，此時怪方蟹便會成群衝出來覓食；當海流一增強，噴口冒出的致命煙霧會跟著海流轉向，浮游生物也隨著消散，怪方蟹於是又躲回到硫磺礦的縫隙中。14「怪方蟹」最早在一九七五年於日本小笠原群島新冒出的火山島海域發現，棲地在淺海噴發熱泉附近、水深10公尺至100公尺處，背殼略成方形，經生物科學家分類為「短尾亞目、方蟹科、怪方蟹屬」，一九七七年正式發表為世界新種「X.novaeinsularis」。資料來源：鄧國琳攝影，台灣新奇15潮間帶區(Intertidalzone)(一)生態環境特色：潮間帶是指高低潮線間的海域，是全地球表面面積甚少，但生物種類甚多的地區。潮汐對海洋生物之影響主要看退潮後生物暴露於空氣中之時間長短，及當時氣溫之高低。潮間帶水溫變化十分劇烈，且常超過生物之高溫容忍範圍，鹽度：下大雨使海水鹽度驟降，低潮時日間水分蒸發快使潮池中海水鹽度遽增。16潮間帶區(Intertidalzone)(二)潮間帶生物之適應•抗旱：躲入陰暗潮濕之孔穴、隙縫或藻叢中；組織之高耐旱性。•熱平衡：熱平衡機制在抗熱，減少組織與底質接觸之面積；增加散熱之表面積；低潮時躲入有水坑洞中。•攝食：日行性動物漲潮有水時覓食；在泥砂底質生活之生物退潮後覓食；17濕地生態系溼地位於海陸交界，屬於經常性潮濕、泥濘的過渡帶。廣義的溼地包含河口區、紅樹林區、潮汐灘地、潟湖…等等，狹義專指有水生植物存在的沼澤。簡言之，溼土、水域與水生植群是溼地必備三要素。濕地的總生產量是一般良田的二至四倍，是地球上具有豐富生產力的生態系，亦是魚類、蟹類、鳥類等生物重要的棲息環境。此外，濕地具有調節洪水、穩定海岸線、涵養及淨化水質等功能，更是孕育近海漁業資源、庇護野生物之生息、提供環境教育及科學研究的最佳場所。18河口生態系此區水域由河海交匯而成，依植物類別分為以蘆葦和鹹草為主的「草澤」與以紅樹林為主的「林澤」。河川水流大量入海，自陸地輸送來的物質在途中分解成豐富的營養鹽、伴隨潮汐至臨近海域的有機碎屑，均使此區營養價值高，吸引許多生物前來覓食、繁殖。每年便吸引大批候鳥來訪，如曾文溪口每年有二百多隻黑面琵鷺來此過冬。潮水來回、河川水量變化使得鹽度變化劇烈、底土缺氧，生物需具備特殊方式才能適應，因此河口生態系呈現出物種少數量多、生物歧異度低的特性。19功能與重要性富含營養價值初級生產力高水生物種的溫床水鳥、岸鳥繁殖地過濾水中汙染物水產物養殖場：人類利用河口沼澤地養殖牡蠣、鹹水吳郭魚、西施舌等，供應市場。20紅樹林生態系紅樹林是生長在熱帶、亞熱帶地區潮間帶的木本植物，在臺灣主要有北部的水筆仔、屏東的海茄苳…等等，具特殊構造以適應河口環境，例如胎生苗、呼吸根、厚質葉、排鹽構造、淺而廣的根系等等。具高度生產力的紅樹林生態系，除了是生物的食物來源與棲息地，亦具備攔沙固堤、淨化水質、學術研究、教育及休閒等功能。台灣西部沿海近年因海岸高度開發，使得紅樹林遭遇嚴重破壞，若不加以保護，將面臨滅絕的危機。2122功能與重要性生態功能：完整的食物網，維持河口高生產力、保育候鳥與珍貴生物棲息地。環境保護功能：擴大灘地、保安護岸、過濾污染物。學術教育功能：高歧異度物種組成的珍貴景觀，容易親近學習。經濟功能：樹皮萃取染料、木材多用途、水產養殖、生態旅遊、製造能源(泥煤)23岩礁生態系岩石底質為主、分布於台灣東部海岸，岩礁表面的孔隙提供物種生存空間。此區以大型海藻作為生產者，其他生物則以刮食岩石表面的藻類維生，例如海膽、貝類和海兔即為典型代表。牡蠣和藤壺常附著岩石表面並分泌鈣質骨骼，其他如海葵、海棉、水螅等亦是此區常見者，九孔及龍蝦更是這裡最具經濟價值的生物。24珊瑚礁生態系生產力最高、生物多樣性及生物量最豐富的生態系，常被稱為「海洋熱帶雨林」。造礁珊瑚群體生長建造的立體結構提供了生物居住空間，其與共生藻的高生產力亦為其他生物提供豐富食源，海綿、腔腸動物、扁蟲、軟體動物、魚類…等，都是此區常見居民。珊瑚礁複雜的種類、多變的造型和鮮豔的色彩實在令人嘆為觀止。2526珊瑚礁生態系台灣位於熱帶與亞熱帶之間，加上黑潮流經…等等，促成了適合珊瑚生長的沿海環境。除了沙質的底質，珊瑚礁還必須在生物破壞低於造礁生物堆積碳酸鈣速度的情況下才能生長。舉例來說，恆春半島、綠島、蘭嶼及小琉球沿岸便很適合珊瑚礁生長。27功能與重要性珊瑚礁物種多、生產力高，卻不強韌，因為滋養的生物量過多，多數生產力皆消耗在礁區生物的生長、呼吸作用與繁殖上，因此珊瑚礁生物很容易受到破壞。珊瑚蟲在大氣碳循環扮演重要的角色，它能將二氧化碳轉為碳酸鈣骨骼，有助於降低全球二氧化碳含量、減輕溫室效應及降低大氣溫度。28功能與重要性珊瑚在海洋生態系中扮演重要的角色，因此其資產的經營管理更顯得不容小覷。影響珊瑚生長的因素眾多，例如魚類減少、藻類增加、水質混濁及颱風…皆包括在內，而珊瑚白化現象則是作為評估珊瑚健康狀況與珊瑚礁保育的重要指標。29潟湖Lagoon潟湖是指平均高潮線以下的漥陷地，是由離岸沙洲保持暫時的或永久的與大海相連。可分開放式、部分開放式、完全封閉式及河口潟湖等四種型態。•開放式潟湖：嘉義外傘頂洲、東石鄉海岸•部分封閉式潟湖：台南縣七股、北門潟湖等•封閉式潟湖：屏東縣大鵬灣•河口潟湖：台南市鹽水溪、嘉南大圳排水路匯合處附近的四草內海30潟湖Lagoon潟湖之生產力特別高，其原因如下：•淡水及海水在供給及更新營養鹽、有機務及氧氣上扮演重要角色。•水域深度淺，太陽能量可發揮最大效果。•淡水及鹹水高度的混合率，有助於氣體之交換、養份流通及廢棄物排除。潟湖生態系扮演的重要角色：•做為經由潮汐循環，供給近岸淺海域及淡水區域營養鹽之來源。•成為高經濟價值魚類保護及覓食的棲地。•提供一個淺的、具保護性的棲地，滿足迴游姓魚類之近岸或海洋魚類產卵、覓食、哺育，及避免掠食性魚類攻擊。31結論海洋是支持地球生命系統的中心，海洋是各種生物的家園，其中有許多生物可供給人類食物、醫藥的原料。海洋還提供水資源，及人類及生物呼吸所需的大氣。地球各種生物棲息在各種海洋生態系當中，只有積極維持海洋生態環境的健康，才能讓人類及各種生物永續生存。32參考文獻吳安全，2007，海岸資源管理，五南出版，台北。邵廣昭，1998，海洋生態學，明文，台北。金恆鑣等，2002，生態學：概念與應用，麥格羅希爾，台北。葉信明譯，2007，海洋生物多樣性對海洋生態系生產力之影響，水試專訊，vol.20