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隨著氣候變遷、生態棲地受破壞，生物多樣性也常被認為進入了岌岌可危的「第六次大滅絕」，亟待保育。然而，生物多樣性對於「生態系功能」諸如生產力、生物量、資源運用效率等有哪些實質上的影響，一直都是環境與生態永續科學難解的議題。雖然科學家可藉由人為實驗、操作，確立生物多樣性對於生態系功能的因果關係，但由於生態系功能同時也會影響生物多樣性，因此兩者間的雙向交互作用、甚至更精細的回饋調控，也往往難以驗證。更進一步討論，這些複雜交織的因果關係還會隨著不同的環境條件而有所變化，因此實驗系統中所得的結論，往往難以應用到實際的生態系統評估。

舉例來說，海洋學家已知藻類多樣性會影響海洋的初級生產力，進一步改變海洋中的營養鹽循環；但反過來說，營養鹽循環的變化也會影響藻類多樣性。因此藻類的多樣性變化最終會有什麼結果，科學家尚難以準確預測。

為了克服這樣的挑戰，臺灣大學國家理論科學研究中心博士張俊偉，與海洋所教授謝志豪所領導的國際研究團隊，分析來自全球19個水域生態系統長期的資料，時間長度從16∼41年，採用新穎的分析方法「交叉收斂映射」（CCM），量化重要的生態因子，並重建自然系統的因果關係網絡。這邊量化的生態因子包括藻類多樣性、生態系功能、物理化學環境因子，並且藉此找出眾因子間的因果關係與回饋調控。此項研究成果於今（2022）年3月3日發表在《自然通訊》（Nature Communications）。

該研究首次揭露水域生態系中複雜的交互作用以及負回饋調控，如何隨著全球尺度的環境梯度而改變。例如，在溫暖且具備高生產力的環境，藻類多樣性傾向透過以「氮鹽」為基礎的回饋系統來調控藻類生物量；反之，在寒冷而生產力較低的環境裡，則是以「磷酸鹽」為基礎進行調控。因此，雖然生物多樣性對於生態系功能的調控廣泛存在於各類型的海域生態系統，但其調控強度在溫暖且優養化的水域會被明顯削弱。

這項研究有助於我們了解生態系統在面對全球環境變遷下的反應，也提供整體的網絡觀點闡明生物多樣性、生態系統功能、物理化學因子間複雜的回饋關係。如此宏觀生態格局的觀點；將有助於科學家進一步評估環境變遷、生物多樣性流失將如何衝擊生態系統；並且提供一個更全面、整合性的研究架構，供未來管理生態系統應用。

（123RF）

新聞來源
國立臺灣大學，〈隨大尺度環境條件改變的生物多樣性、生態系功能與環境之間的因果關係網絡〉，2022年3月23日。