所謂伊人,在水一方──高山湖泊生態(下) | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

所謂伊人,在水一方──高山湖泊生態(下)

2010年08月22日
作者:邱志郁(中央研究院生物多樣性研究中心)

泱泱天水

鴛鴦湖面積雖小(3.6公頃),深度也只有4公尺,卻在湖泊研究上有一項讓國外學者驚豔的特性。颱風所帶入的豪雨,可在1、2天內讓湖水水位上升達2公尺,隨後在2、3天內回復原有水位(圖二)。相較於國外的湖泊可能需要耗費數十年、數百年才讓湖水全面更新,鴛鴦湖卻每年可更新好幾回。颱風造成湖水劇烈的擾動,乃至於生態系的更新作用,讓鴛鴦湖生態系的研究更加具備吸引力。

(圖二)2009年莫拉克颱風雖未直襲台灣北部,大量降雨仍使得鴛鴦湖面水位迅速升降。各個深度的水溫在颱風期間趨於一致,說明了湖水劇烈混合的現象。

鴛鴦湖的淨生產力在初夏和仲秋達到最高,但在颱風季節顯著下降。颱風大量的降雨,對於湖泊水文循環造成巨大的干擾作用,干擾的強弱也對於湖泊生產力及代謝平衡構成不同程度的影響效果。強烈颱風的大量雨水,形成劇烈的沖洗作用,帶出湖泊原本的營養鹽和微生物相,相當於造成湖泊全面更新的現象,降低了湖泊的淨生產力。颱風對於湖泊生態系所構成強烈的更新作用,類似火災對於草原生態系所構成植被和營養鹽循環更新的機制。

當今全球暖化對於環境造成的影響,日益受到關切。降雨量增加、颱風暴雨對於水域生態的衝擊,乃至於湖泊水體CO2排放量的變化,亟待建立模式加以評估。我們根據鴛鴦湖水體的CO2濃度和高解析度的水文和氣象資料,透過水文模式加以模擬,研判升高的年降雨量和颱風的數量,會促進上下水層的相互作用,供應氧氣到湖泊底層,加速底層有機物的分解。進而提升表水層的CO2濃度,釋放更多的CO2到大氣中。

湖水在颱風的劇烈擾動後,微生物群落的分布又起了怎麼樣的變化?細菌的群落複雜而多樣,傳統上都認為在經歷干擾作用時反應難以預期。藉由分子生物技術類似於指紋比對的功能,我們得以追蹤特定細菌群落在時間和空間上的變化。表水層和底水層的細菌群落,在經過颱風擾動混合後,均遵循一致的規律,各自回復原本的群落組成型態。上下水層在經過擾動之後,群落組成的差異隨著擾動的規模、頻率而有所不同。輕度颱風所造成的影響較為短暫,強烈颱風則影響較為持久。相對於夏季颱風的劇烈擾動,冬季降溫的混合擾動作用較為和緩漸進,此時的細菌群落和夏季有明顯的不同,上下水層間細菌群落的變動程度也較小。

盈盈秋水

2009年我們獲得本院資助,在太平山的翠峰湖架設一套和鴛鴦湖相同的觀測系統。從此,我們得以更具系統地跨樣區比較高山湖泊生態。

鴛鴦湖和翠峰湖都是高山湖泊,海拔高度和氣候條件近似,但是環繞湖泊的森林生態條件卻有所不同。

翠峰湖周邊是經歷砍伐後,於1968年重新種植的人工檜木林。林木現今蔚然可觀,地表堆積的腐植層和土壤層次的化育狀態卻尚屬淺薄。土壤體質的優劣與否,具體也表現在森林對於水源的涵養功能上──即使持續乾旱不雨,鴛鴦湖湖畔隱入枯朽倒木和草澤間的幾處進水口,淙淙流水依稀可辨;環繞翠峰湖湖畔所有裸露的進水口則是完全乾涸。

鴛鴦湖周邊是檜木原始林,森林底部堆積深厚的腐植層,雨水不斷地洗出有機質,甚至將未分解完全的有機物碎屑帶入湖泊水體。

森林本質條件的不同,造成湖泊水質相當大的差異──鴛鴦湖陸源有機物的含量較高,氮磷等營養要素含量較低。這些特性,造成鴛鴦湖的水色偏暗、藻類含量較低的現象。

鴛鴦湖水體的生質能量,不單僅是由藻類所貢獻,周圍環繞的森林也供應了大量的有機物到水體中。就能量的利用屬性而言,湖泊生態系的生質能量來源既然尚還由外界供應,就是屬於異營性的湖泊。

翠峰湖的觀測時間尚短,但就現有湖泊水文調查結果研判,翠峰湖藻類光合作用所貢獻的生質能量,大於水生動物、微生物消耗量。淨生產力呈現正值,是屬於自營性的湖泊。

鴛鴦湖湖水偏暗,帶微量的腐植成份,這是高山原始森林滲出溪流水的真正面貌。(請注意,原始森林地表有良好的覆蓋,滲出的水流,帶微量的有機質,卻不帶泥沙啊!)水中的有機物,是湖泊和中下游溪流水生生物生質能量(食餌)的來源。縱使此等有機物的含量甚低,在水中被微生物分解時仍需消耗氧氣。若是針對此環節,論異營性高山湖泊沼澤的機能,除了滯洪、涵養水源和保育生物資源之外,也具備一般溼地所普遍具備的淨化機能──提供水生生物分解水中有機物、吸收營養元素的環境。

宜蘭縣太平山翠峰湖,車輛可直接到達。早年伐木、放養魚類,對於湖泊生態造成了重大衝擊。

可能有讀者質疑:「囉哩囉唆扯了一大堆,卻還沒交代為什麼定了一個奇怪的標題?」我在圖三附上了拙作〈湖之戀〉,忝為《詩經.秦風-蒹葭》「所謂伊人」註解難圓的傾慕。至於故事所描寫的情節,並不是哲學家觀魚的憂鬱狂想,也不是被國科會拒絕補助的研究室主持人,對著水族箱生悶氣。「在水一方」令人難以捉摸的特性,豈不就正是費盡心思追尋,躊躇拼湊卻始終無法盡窺全貌的高山湖泊生態?

〈致謝〉本項研究工作,是由本院、聯合大學、中國醫藥大學、國家高速網路與計算中心、國科會、美國國家科學基金會、威斯康欣大學、加州大學等研究機構共同參與推動。感謝鴛鴦湖自然保留區的主管機構──「行政院退除役官兵輔導委員會森林開發處」、翠峰湖的主管機構──「林務局羅東管理處太平山工作站」長年在調查研究上所提供各項協助。

參考文獻:
1) Geoderma 117, 129-141 (2003).
2) Geoderma 96, 19-30 (2000).
3) Freshwater Biology 53, 1929-1941 (2008).
4) Global Change Biology 15, 243-254 (2009).
5) Limnology and Oceanography 53, 1319-1326 (2008).
6) Environmental Microbiology 12, 455-466 (2010).
7) 秋水詩刊136, 67 (2008).

※本文轉載自中央研究院週報第1272期,2010.5.27