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珊瑚健康指標之建立與保護區管理應用: 以墾丁國家公園珊瑚礁生態系為例

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一、研究緣起 墾丁國家公園海域因複雜的棲地造就相當高的生物多樣性,也提供當地居民可觀的觀光收益與漁業資源。然而隨著商業收益增加,珊瑚礁生態系卻須承受與日俱增的人為干擾,使珊瑚礁生態系統處於衰退之中。因此,若能以有效率的監測與評估方法為基礎,建立以適應性生態彈力為基礎的管理模式,來協助墾丁珊瑚礁建立調適能力是相當重要的工作。 二、研究方法與過程 傳統在進行珊瑚礁健康調查時,水下資料收集或後續分析需具備相當的科學背景,使得調查工作仰賴少數科學家,限制其調查頻度、範圍與即時性。因此本計劃擬引進珊瑚健康指標(CHI,氣)的評估方式,此指標資料收集容易且分析方式簡單,且將加入易受到環境擾動的微生物-弧菌屬做為人為干擾指標,提供評估珊瑚礁健康程度另一參考依據。以墾丁國家公園作為例,由恆春半島的西 岸到東岸設置 16 個樣點,進行兩深度、兩季節的調查,以測試氣指標於時間與空間變化的靈敏度。水下調查記錄魚類體長與數量、活珊瑚與殼狀珊瑚藻的覆蓋率、並採集水樣進行微生物培養。將記錄的資料依公式轉換為魚類、底質與微生物三大參數,參數平均後為該樣點之總氣值。 三、重要發現 依公式分別計算三因子的參數後,取平均得出總氣值。結果顯示,氣值優良程度可依序為:秋季深水>秋季淺水>春季深水>春季淺水,顯示珊瑚(礁)健康指標不僅能呈現水平空間(地理位置)上的差異,還有垂直空間(深度)以及時間軸(季節)的變化,對於長期生態監測而言是一大利多。比較底質與魚類氣值與傳統生態調查指數的相關系性則發現,氣值與豐度指數呈顯著正相關與歧異度相關性較低。雖然氣值所傳達的生態資訊量有限且面相單一,然而其結果直觀容易比較,尤其對於長期過漁的台灣海域而言,氣值較能在漁業枯竭的環境中,呈現程度上的差異而非過漁嚴重與否的定性結果,使管理者能針對極差或者相對良好的區域制定不同的管理策略,較利於已過漁的環境之管理。

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Keywords

Occurrence; Observation

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昭倫 Chen
研究員
中央研究院生物多樣性研究中心 TW

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昭倫 Chen
研究員
中央研究院生物多樣性研究中心 TW

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彥嘉 Chen
研究助理
中央研究院生物多樣性研究中心 員林街61巷1弄2號 23668 土城區 新北市 TW

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Content Provider
彥嘉 Chen
研究助理
中央研究院生物多樣性研究中心 員林街61巷1弄2號 23668 土城區 新北市 TW

Geographic Coverage

墾丁國家公園海岸線綿延,海域地形複雜,組成了各類不同的生態棲所,又是黑潮洋流北上的首衝位置,是台灣海洋生物多樣性最高的區域之一,其提供人類社會發展所需的蛋白質來源(漁業)、觀光休閒、醫學與文化發展等重要的磐石。然而,在自然無人為干擾的情況之下,珊瑚礁是受經常性干擾的動態平衡系統(例如,颱風或是季節性的高溫等),雖然在短時間之內會因為珊瑚受損而使得群聚轉成為大型藻類為主的替換狀態。但由於珊瑚礁區物種多樣性、功能多樣性與冗餘性皆很高(例如,藻食性的魚類與無脊椎動物可移除大型藻類),使得大型藻類替換狀態可以在干擾過後的ㄧ定時間(5-20 年)之後回復到先前以珊瑚為主,且持續維持類似的架構與進行相同的生態功能。但是,當人類活動所引起的干擾(例如,過漁、棲地破壞與污染)與長期的環境變遷(例如,海洋暖化與酸化)開始介入生態系的動態平衡時,可能讓大型藻類持續的成長與佔領棲地,使得珊瑚幼生入添、群體成長與珊瑚群聚重建程序受阻而延緩或是停止,使得藻類最終佔領棲地而以珊瑚為主的群聚無法回復,達到所謂的「相變遷」的狀態。因此透過長期監測了解人為活動對於墾丁附近生態系的影響相當重要。

Bounding Coordinates South West [21.85, 120.67], North East [22.06, 120.94]

Taxonomic Coverage

所有的魚類、珊瑚資料記錄皆被辨識為種

Phylum  珊瑚蟲綱,  條鰭魚綱,  海膽綱,  雙殼綱,  水螅蟲綱,  軟甲綱

Temporal Coverage

Start Date / End Date 2015-03-22 / 2015-03-08
Start Date / End Date 2015-10-11 / 2015-10-18

Project Data

No Description available

Title 珊瑚健康指標之建立與保護區管理應用: 以墾丁國家公園珊瑚礁生態系為例
Funding 103 營署 A-063
Study Area Description 墾丁國家公園
Design Description 野外資料收集 底質形態 以 25*25cm 之樣框沿穿越線記錄每 0.5 公尺線下的底質組成,並分類成石珊瑚、軟珊瑚、大型藻類(macro algae)、草皮狀海藻(turf algae)、表覆型殼狀珊瑚藻(crustose coralline algae)、空基質(包含裸岩與礫石、砂、碎珊瑚骨骼)與其他(包含海綿及其他底質附生生物)等七大類(圖 2-7)。本計畫依照植株高度與分支形式區分大型藻類與草皮狀海藻,植株高度小於 1 公分且呈不分枝(單條)的髮絲狀為草皮狀海藻,其餘則為大型藻類。另將石珊瑚鑑定至種後計算香農與辛普森等多樣性指數。 魚類資源 魚類調查的方法以穿越線為圓心沿線記錄半徑 2.5 公尺的半圓內所有魚類種類、數量及體長範圍,使用手持式標準桿為考依據(English et at 1997),目測估計魚體長度範圍從(1)剛入添;(2)~5cm TL;(3)5-10cm TL;(4)10-15cm TL;(5)15-20cm TL;(6)20-25cm TL;(7)25-30cm TL;(8)30-35cm TL;(9)35-40cm;和(10)40cm TL 以上並換算為重量。小於 5 公分的仔魚受驚嚇時,會躲藏於分支狀的珊瑚避敵,建議稟住氣息待仔魚自在游出後再行計算數量。此外調查到的物種,根據魚類資料庫(fishbase)和陳正平等人(2010)墾丁國家公園海域魚類圖鑑作為參考依據,將魚類資料進行食性分類,主要將魚種營養群(trophic group)細分成以下三類群:(1)肉食性(carnivore);(2)藻食性(herbivore);(3)雜食性(omnivore)。利用這些功能群去評斷不同區域的組成。當海況不佳或能見度少於 5 公尺時,會影響資料收集的品質故建議立即停止調查,擇海況許可之日再進行。 微生物群聚 採取接近珊瑚群體的海水(15 毫升),每個樣點各採三重複,並於當天立刻進行弧菌培養。每ㄧ重複各取三個 200 μl 的海水重複樣本,以弧菌專ㄧ性洋菜培養基進行培養(Thiosulfate-citrate-bile salts-sucrose agar,TSAS)。利用塗盤計數法計算弧菌量,此方法修改自 Herigstad(2001)方法,將 200 μl 的海水以三角玻棒塗於培養基上,放入 27 0 C 隔夜培養後以肉眼計算綠色、黃色、藍灰色菌落數,再 以 公 式 回 推 原 始 菌 量 。

The personnel involved in the project:

Principal Investigator
昭倫 Chen

Sampling Methods

野外資料收集 底質形態 以 25*25cm 之樣框沿穿越線記錄每 0.5 公尺線下的底質組成,並分類成石珊瑚、軟珊瑚、大型藻類(macro algae)、草皮狀海藻(turf algae)、表覆型殼狀珊瑚藻(crustose coralline algae)、空基質(包含裸岩與礫石、砂、碎珊瑚骨骼)與其他(包含海綿及其他底質附生生物)等七大類(圖 2-7)。本計畫依照植株高度與分支形式區分大型藻類與草皮狀海藻,植株高度小於 1 公分且呈不分枝(單條)的髮絲狀為草皮狀海藻,其餘則為大型藻類。另將石珊瑚鑑定至種後計算香農與辛普森等多樣性指數。 魚類資源 魚類調查的方法以穿越線為圓心沿線記錄半徑 2.5 公尺的半圓內所有魚類種類、數量及體長範圍,使用手持式標準桿為考依據(English et at 1997),目測估計魚體長度範圍從(1)剛入添;(2)~5cm TL;(3)5-10cm TL;(4)10-15cm TL;(5)15-20cm TL;(6)20-25cm TL;(7)25-30cm TL;(8)30-35cm TL;(9)35-40cm;和(10)40cm TL 以上並換算為重量。小於 5 公分的仔魚受驚嚇時,會躲藏於分支狀的珊瑚避敵,建議稟住氣息待仔魚自在游出後再行計算數量。此外調查到的物種,根據魚類資料庫(fishbase)和陳正平等人(2010)墾丁國家公園海域魚類圖鑑作為參考依據,將魚類資料進行食性分類,主要將魚種營養群(trophic group)細分成以下三類群:(1)肉食性(carnivore);(2)藻食性(herbivore);(3)雜食性(omnivore)。利用這些功能群去評斷不同區域的組成。當海況不佳或能見度少於 5 公尺時,會影響資料收集的品質故建議立即停止調查,擇海況許可之日再進行。 微生物群聚 採取接近珊瑚群體的海水(15 毫升),每個樣點各採三重複,並於當天立刻進行弧菌培養。每ㄧ重複各取三個 200 μl 的海水重複樣本,以弧菌專ㄧ性洋菜培養基進行培養(Thiosulfate-citrate-bile salts-sucrose agar,TSAS)。利用塗盤計數法計算弧菌量,此方法修改自 Herigstad(2001)方法,將 200 μl 的海水以三角玻棒塗於培養基上,放入 27 0 C 隔夜培養後以肉眼計算綠色、黃色、藍灰色菌落數,再 以 公 式 回 推 原 始 菌 量 。

Study Extent 本計畫於墾丁國家公園海域依地理位置可分為恆春半島東岸、南灣灣內與半島西岸,兩季調查共設定 88 樣點於 16 個監測地點,地點分別屬於 1.一般使用區、2.生態保護區、3.特別景觀區、4.海洋公園與遊憩區與 5.海洋資源保護示範區(表 3-1、圖 3-1)。兩季調查於一般使用區共設置 10 個樣點;生態保護區共設置 24 個樣點;特別景觀區共 16 個樣點;海洋公園與遊憩區共 20 個樣點;後壁湖海洋資源保護示範區共 12 個樣點;眺石海洋資源保護示範區共 6 個樣,總計 88 個樣點

Method step description:

  1. 底質 將 25*25 公分的樣框以 CPCe(Coral Point Count with Excel extensions)軟體,在每張樣框照片中隨機灑下 30 個辨識點,並辨識為石珊瑚、軟珊瑚與殼狀珊瑚藻。底質氣計算方式為加總活珊瑚(包括石珊瑚與軟珊瑚)與殼狀珊瑚藻點數,除以一條穿越線上灑點總數(3000 點)得到介於 0 到 1 的數質,即為該樣點的底質氣值(等同於覆蓋率)。底質氣的優良等級參考國際間活珊瑚礁覆蓋層級劃分成四級(Gomez et al. 1994)。而無脊椎生物與小珊瑚入添量則不納入氣計算,但會與底質比較相關性,了解底質健全與否對珊瑚入添與無脊椎動物之影響。 魚類 魚類的體重代表其生物量且與體長成呈線性相關,故可根據水下調查時目測估計並分類的魚類體長範圍,經公式換算成相對生物量,公式如下:相對生物量(g) =體長 3 (cm)×常數(≈1)× 此體長範圍的隻數。將三段穿越線記錄到的魚類體長,根據公式計算各別體長範圍之相對生物量,加總後除以 500 公克為單位,再除以總潛水面積,得出每平方公尺的相對生物量,依此數值作為原始版魚類氣值,數值介於 0-1 之間,越接近 1 表示該因子越優良。由於樣點間的特性不同,因此氣值可能會超過 1,但考量未來台灣各海域以及國際間的比較,因此將超過的樣點以 1 計,亦即每平方米有 500 公克的魚類生物量(約體長 8 公分),該樣點魚類氣值即為滿分。此調查方法適合無科學背景之潛水志工,且管理單位僅需訓練志工水下目測體長的精確度。為了方便志工處理野外收集的資料,我們會提供已設定好公式的 Excel 檔,志工只需輸入各體長級距的魚隻數量,程式會自動算出樣點的魚類氣值。 微生物 弧菌屬的族群量易受人為開發、遊憩活動及民生廢水排放的影響而波動,適合作為人為活動是否超過珊瑚礁生態系統的乘載量之指標。經微生物培養後換算得到的原始菌量,單為每毫升所形成的菌落數(CFU/mL),將每毫升菌量除 100加 1 取倒數,得出介於 0-1 之間的數值即為氣值。經過倒數處理後原始弧菌量越高,其氣值數字越小,菌量越低則氣值越大。