對於海洋而言，大氣是除了沿岸河川之外，另一個可以將陸源 物質傳送到海洋的途徑。先前研究曾評估全球河川和大氣對海洋的微 量金屬輸入量的影響，該結果顯示：與大氣相比，全球河川雖有較多 的微量元素輸入量，但是從河川輸入的顆粒性物質大多沉積在近岸，
鮮少傳輸到大洋；然而藉由大氣運輸的物質卻很容易在短時間內被傳 送到大洋中，這些物質輸送至遠洋後，將對貧營養鹽海域的生地化循 環產生重大影響 (Duce et al., 1989)。然而，亞洲沙塵暴如何影響鄰近 大洋海域生態系的相關研究仍相當闕如，本研究的目的即是探討沙塵 暴這種大規模的大氣活動，對原本缺乏營養鹽的黑潮海域的生地化作 用產生什麼樣的影響。
1.1 黑潮之水文環境
黑潮 (The Kuroshio Water)，因水色靛藍似墨而得名。其具有高 溫、高鹽、貧營養鹽等特性，全年表面水溫平均可達 27 ℃，表面鹽 度平均約為 34.5 ‰ (Oka & Kawabe, 1998)。黑潮發源於菲律賓與台灣 之間的呂宋海峽東方之北太平洋赤道洋流，沿著菲律賓群島東緣向北 流至巴士海峽以東之海域，再沿著台灣東岸繼續北上，至宜蘭外海受 到東西向的宜蘭海脊阻擋而分成兩支，一支東轉後沿琉球島弧外緣北
上，另一支則越過宜蘭海脊沿著東海陸棚的邊緣繼續向東流，部分入 侵至東海陸棚 (shelf break)形成一逆時針流場，產生一長期湧升流區 (Tang & Tang, 1994)。黑潮的平均流速約為 1~2 節，向北流量約為 15~25 × 106 m3 sec-1 (柯，2001)，因其北上時挾帶著大量的水、熱量
及鹽類，故其些微的變化將對西北太平洋生地化循環有著莫大的影 響。
1.2 亞洲沙塵暴 (The Asian dust storm)
源自蒙古高原戈壁沙漠的亞洲沙塵暴於每年冬末春初 (1~ 4 月) 常伴隨著大陸高壓氣團或鋒面系統移動，由亞洲大陸東岸出海並持續 向東南方傳輸數千公里，影響範圍除了韓國、日本、台灣外，還會傳 送到太平洋，甚至遠達美國西岸 (Kotamarthi & Carmichael, 1993；
Husar et al., 2001)。有關沙塵暴對海洋生地化循環的可能影響，從先 前的研究可以歸納出三種主要結論：
1. 在富營養鹽海域，沙塵暴所挾帶的鐵能促進營養鹽的吸收，
刺激產生藻華 (phytoplankton blooms；Duce, 1986；Fung et al., 2000；Bishop et al., 2002；Guieu et al., 2002)。
2. 在貧營養鹽海域，沙塵暴可能攜帶豐富的無機營養鹽及鐵，
益於藻華的發生(Baker et al., 2003)。
3. 在貧營養鹽海域，由沙塵暴所攜帶的鐵可能促進束毛藻類 (Trichodesmium)的固氮作用，成為貧營養鹽海域的氮源 (Capone et al., 1997；Mulholland & Capone, 2000)。
另外，先前研究也曾利用貧營養鹽的黑潮海水進行營養鹽及微 量金屬元素的添加實驗，結果亦顯示添加微量金屬元素能增加超微浮 游植物的生長率 (張&廖，2004)，然而此研究結果主要為實驗室操作 所得。近年來，隨著大陸經濟的起飛，土地需求增加，大規模開發的 結果造成內陸沙漠化日益嚴重，沙塵暴發生的頻率與強度勢必更加嚴 峻。綜合上述研究，可以預期亞洲沙塵暴將會對黑潮水體中的物理及 化學水文有重要的影響，進而影響到浮游生物群聚之組成和其相關物 質的生地化循環。
1.3 有機碳循環
碳可以說是生命世界一個極重要的元素，其為生物細胞的主要 構成物質，舉凡醣類、脂質、核酸、蛋白質等等都需要碳作為其主要 架構。環境中的二氧化碳 (無機碳)可藉由光合作用進入生命世界 (有 機碳)，而透過生物體的呼吸作用及微生物的分解作用，這些有機碳 又會被轉換成無機碳釋放到環境中，這段週而復始於生命 ─ 非生命 世界之間流轉的過程稱之為有機碳循環。根據先前研究，工業革命後
大氣、海洋和陸地生物圈儲存的碳豐量分別為 762、38,900、和 500 Gt C (Siegenthaler & Sarmiento, 1993)，顯示在地表環境中，海洋可說是 碳最重要的儲存庫之一，海洋碳循環的重要性由此可見一斑，因而任 何微小的變化便足以影響全球碳循環。
在海洋有機碳循環中，初級生產力 (Primary Productivity；PP) 和浮游生物群聚呼吸率 (Planktonic Community Respiration；CR)扮演 著決定性的角色。PP 是水體中自營生物行光合作用時，將無機碳轉 (heterotrophic)。當 P/R 值大於 1 時意味著光合作用固定下來的有機 碳，有額外剩餘量可供輸出到系統外或是以顆粒形式沉降到底層海，
構成所謂 biological pump；反之，若 P/R 值小於 1 即表示水體中異營 作用產生無機碳的速率較自營作用生成有機碳的速率為高，因此許多 研究依照 P/R 比值的大小作為判斷水域系統是為大氣中二氧化碳的 源 (source, P/R＜1)或匯 (sink, P/R＞1)之依據 (Smith & Hollibaugh, 1993；Robinson et al, 2002)。
工業革命以來，人類不斷的大量砍伐森林及燃燒石化燃料，使 得大氣中的二氧化碳增多造成碳循環逐漸失衡，同時也造成全球暖化 的效應日益嚴重。此外亞洲沙塵暴帶來的微量金屬及營養鹽可能會改 變海洋中的 PP 及 CR，進而影響大洋中 (如：黑潮)的生地化作用，
因而若能釐清其間的互動關係，對於了解甚至預測未來碳循環的變化 將有著莫大助益。
1.4 研究目的
本研究主要目的即是針對亞洲沙塵暴如何影響黑潮海域有機碳 循環的變動與組成。在此結合物理水文和生地化參數 (如：溫度、鹽 度、初級生產力、群聚呼吸率、細菌生產力、細菌生物量、顆粒性有 機碳、溶解性有機碳、大氣懸浮顆粒濃度…)等進行分析，利用各參 數的時序演變探討亞洲沙塵暴對於黑潮貧營養鹽水體的影響，並以 P/R 的比值來判斷研究期間內此海域屬於自營性抑或異營性系統。
第二章、研究材料及方法