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珊瑚礁生態保育與教育的整合研究發展

一、計畫緣起 本館自2011年開始進行後灣附近海域珊瑚礁底棲群聚結構時空變化的監測，並結合水質與底泥資料建構生態模式，因此有效掌握館區附近海域珊瑚礁的最新發展狀況，以及瞭解重要環境因子對維持珊瑚數量所扮演的角色；2011-2016年6月珊瑚數量呈現穩定或快速增加；不過，2016年7月後陸續發生珊瑚大白化、颱風、豪雨等事件，對珊瑚礁發展造成負面衝擊，值得持續每年至少監測1次，以累積長期生態監測資料，並更新生態模式分析成果，以便及時掌握生態變動、適時更新環境教育內容、和提出以科學資料為基礎的有效經營管理對策。 細枝鹿角珊瑚(Pocillopora damicornis)在南灣海域數量豐富，是重要造礁者與補充量組成，能夠全年每月釋放大量幼生，生殖時間可由溫度與光照調控，能夠人工完全養殖，對環境變動的抵抗力高，也是國際上常作為各項生物學課題研究的物種而資料豐富，值得發展做為研發珊瑚調適氣候變遷的模式物種；如此不但善用台灣珊瑚礁的特色優勢，同時建立本館在國際珊瑚研究與水族館馴養關鍵物種，作為實驗動物來源的創新領先地位；馴養的標準操作流程也可結合本館與工研院「南臺灣跨領域科技創新」學研合作計畫「由珊瑚農場邁向珊瑚工廠的轉型升級」，並且應用於提升本館國際著名活珊瑚展示內容的品質。 珊瑚礁退化是當前迫切的海洋環境問題，除了極端氣候的威脅外，珊瑚礁生態環境還面臨種種區域性人為活動衝擊，包括聚落與遊憩生活污水、農業廢水以及海域船泊活動所釋放的種種污染物質，由於珊瑚對生長環境品質的要求極高，以往監測工作經常是珊瑚礁退化被發現在前，而後才發覺環境已然惡化，顯見僅海域污染檢測已無法滿足珊瑚礁環境健康監測的需求。因此，進一步透過現代生物學的研究方法與技術，全面深入地了解環境因子的珊瑚健康效果，將能有效提升珊瑚健康評估與珊瑚礁環境監測的有效性，以讓珊瑚礁保育與管理工作得以因應目前持續變化的海洋環境。 珊瑚礁大使(Coral Reef Ambassadors)計畫是由2012年美國國務院之博物館連結(Museums Connect)方案獎助與啟動，並由本館與美國加州聖地牙哥的博趣水族館(Birch Aquarium)和夏威夷海洋生物研究所、以及台美的數所中學合作執行，經由地方、國內和國際合作，持續吸引動機強烈的教師和學生學習海洋保護、珊瑚礁保育和水族館科技，並促進台灣珊瑚礁的研究、教育、保育和產業的整合發展。2013-2016年每年分別帶領15-25人訪問聖地牙哥或夏威夷，已成為國內外知名的國際海洋人才培育的教育計劃，非常值得持續推動與深耕，並且培訓學員投入參與珊瑚礁生態保育與教育的整合研究發展。   二、目標與執行 (一)、目標 1.後灣至南灣珊瑚礁底棲群聚結構時空變化的年度監測。 2.了解環境因子的珊瑚健康效果，並據以開發珊瑚礁環境品質與珊瑚健康生物偵測模式。 3.珊瑚礁底棲群聚動態的生態模式建構。 4.細枝鹿角珊瑚野外族群年度監測與生殖群體人工培育 。 5.珊瑚礁大使海洋人才培育。 (二)、執行方式 1.珊瑚礁底棲群聚結構時空變化的年度監測。 每年於3月進行後灣至南灣8個地點珊瑚礁底棲群聚結構與重要環境因子的監測；底棲群聚結構以固定橫截線方框取樣法監測，每個地點在6-8公尺有3條平行等深線的10 公尺測線，彼此間隔10 公尺，使用 35 x 35公分的框架連續拍照，以CPCe v3.5(Coral Point Count With Excel 6 extensions）和每個框架有50 個隨機樣點分析。監測的環境因子有水溫、鹽度、酸鹼度、生化需氧量、硝酸鹽、亞硝酸鹽、磷酸鹽、矽酸鹽、氨氮、濁度、懸浮固體、葉綠素甲等13個底層水質參數，以及沉積物的粒徑中間值、篩選係數、粉泥黏土含量百分比等3底泥參數。 2.透過野外調查，了解現生珊瑚生理狀態、代謝體與環境變動之關聯，再配合實驗室內的珊瑚動物試驗，探究關鍵環境因子影響珊瑚健康的作用與效應模式，然後篩選具體的代謝體或生理參數作為生物標記建立生物偵測模式。 3.生態模式建構。持續2011年(每1-2月監測)，2012-2016年(每季監測)的結構方程模式分析；而自2017年改為每年監測，並將彙整2011-2019年每年3月的監測資料建構結構方程模式。 4.細枝鹿角珊瑚模式物種研究。每年於4-5月在南灣的後壁湖和核三廠進水口進行野外族群年度監測，以建立其群動態與生活史特徵；此外，在水族實驗中心進行生殖群體的人工培育，評估在完全人工環境下培育細枝鹿角珊瑚的性成熟群體體型與年齡、生殖力、生殖時間等。 5.珊瑚礁大使海洋人才培育。每年辦理2次2天1夜的珊瑚礁大使教育訓練活動，每次約40人，夥伴學校包括新竹實驗高中、潮州高中、恆春工商、琉球國中、車城國中、恆春國中、車城國小、恆春國小、墾丁國小等；活動內容包括水族館參觀與實習、珊瑚礁生態缸組裝與維護、潮間帶或化石珊瑚礁生態觀察、現生珊瑚礁浮潛或水肺潛水、學習成果簡報等；此外，經由設立在學校公共空間或教室裡的珊瑚礁水族缸，瞭解與學習養殖水生生物與維護設備技術，和藉以探究海洋生物學；並進行校際間參訪交流以體驗不同學校的環境與中學生次文化、課堂觀摩學習、學生擔任解說員、科學實驗等活動，進行多元學習與實作體驗。

樊同雲(計劃主持人)、劉弼仁、唐川禾

• 1.珊瑚礁監測、珊瑚培育與海洋人才培育 (樊同雲)
• 2.珊瑚礁底泥監測 (劉弼仁)
• 3.珊瑚礁底棲群聚動態的生態模式建構 (周偉融)
• 4.珊瑚礁環境科學研究與教育 (唐川禾)

海生館自2011年開始進行後灣附近海域珊瑚礁底棲群聚結構時空變化的監測，並結合水質與底泥資料建構生態模式，因此有效掌握館區附近海域珊瑚礁的最新發展狀況，以及瞭解重要環境因子對維持珊瑚數量所扮演的角色；2011-2016年6月珊瑚數量呈現穩定或快速增加；不過，2016年7月後陸續發生珊瑚大白化、颱風、豪雨等事件，對珊瑚礁發展造成負面衝擊，值得持續每年監測，以累積長期生態監測資料，並更新生態模式分析成果，以便及時掌握生態變動、適時更新環境教育內容、和提出以科學資料為基礎的有效經營管理對策。 保護及永續利用海洋與海洋資源被聯合國列為目前人類須達成的永續發展目標，反映了人類對海洋的做為正在扼殺未來的發展。海洋與海岸管理措施雖然持續被加強，但是在反映管理措施的成效與盲點上，經常遭遇時效性與明確性的問題，從而影響管理的有效性，這與監測方法技術以及環境效應研究的進展密切相關。以珊瑚礁環境管理為例，生長於微污染海域的珊瑚雖然看似正常，但卻存在體質弱敏化的隱憂，這些珊瑚往往對於環境壓力(包括疾病)的耐受力較低，且遭遇緊迫後的復原能力也較差，長期以往珊瑚礁退化的後果經常被歸咎於氣候變遷，而忽略了海域環境品質的整體效果。因此深入了解人海洋環境因子對海洋生物的效應，是提高環境危害認知完整性的重要工作，亦是發展高效能健康評估與監測方法技術的基礎。 孵育幼生型珊瑚在南灣海域數量豐富，是重要造礁者與補充量組成，能夠全年每月釋放大量幼生，生殖時間可由溫度與光照調控，能夠人工完全養殖，對環境變動的抵抗力高，也是國際上常作為各項生物學課題研究的物種而資料豐富，值得發展做為研發珊瑚調適氣候變遷的模式物種；如此不但善用台灣珊瑚礁的特色優勢，同時建立本館在國際珊瑚研究與水族館馴養關鍵物種，作為實驗動物來源的創新領先地位。 珊瑚礁大使(Coral Reef Ambassadors)計畫是由2012年美國國務院之博物館連結(Museums Connect)方案獎助與啟動，並由本館與美國加州聖地牙哥的博趣水族館(Birch Aquarium)和夏威夷海洋生物研究所、以及台美的數所中學合作執行，經由地方、國內和國際合作，持續吸引動機強烈的教師和學生學習海洋保護、珊瑚礁保育和水族館科技，並促進台灣珊瑚礁的研究、教育、保育和產業的整合發展。2013-2016年每年分別帶領15-25人訪問聖地牙哥或夏威夷，已成為國內外知名的國際海洋人才培育的教育計劃，非常值得持續推動與深耕，並且培訓學員投入參與珊瑚礁生態保育與教育的整合研究發展。

Chuan-Ho Tang*, Ching-Yu Lin, Pei-Pei Sun, Shu-Hui Lee, Wei-Hsien Wang* (2018). Modeling the effects of Irgarol 1051 on coral using lipidomic methodology for environmental monitoring and assessment. Science of the Total Environment, 627, 571–578. Chuan-Ho Tang*, Ching-Yu Lin, Shu-Hui Lee, Wei-Hsien Wang* (2017). Membrane lipid profiles of coral responded to zinc oxide nanoparticle-induced perturbations on the cellular membrane. Aquatic Toxicology, 187, 72–81. Chuan-Ho Tang*, Ping-Chang Ku, Ching-Yu Lin, Te-Hao Chen, Kuo-Hsin Lee, Shu-Hui Lee, Wei-Hsien Wang* (2015). Intra-colonial functional differentiation-related modulation of the cellular membrane in a pocilloporid coral Seriatopora caliendrum. Marine Biotechnology, 17, 633–643. Fan TY, YC Hsieh, KH Lin, FW Kuo, K Soong, CJ McRae, PJ Edmunds, LS Fang. 2017. Plasticity in lunar timing of larval release of two brooding pocilloporid corals in an internal tide-induced upwelling reef. Marine Ecology Progress Series 569:117-127. Zhou J, TY Fan, J Beardall, KS Gao. 2017. UV-A induced delayed development in the larvae of coral Seriatopora caliendrum. Journal of Photochemistry & Photobiology, B: Biology 167: 249-255. Rivest EB, CS Chen, TY Fan, HH Li, GE Hofmann. 2017. Lipid consumption in coral larvae differs among sites: a consideration of environmental history in a global ocean change scenario. Proceedings of the Royal Society B 284: 20162825. Oldach MJ, M Workentine, MV Matz, TY Fan, PD Vize. 2017. Transcriptome dynamics over a lunar month in a broadcast spawning Acroporid coral. Molecular Ecology 26: 2514-2526. Crowder C, E Meyer, TY Fan, VM Weis. 2017. Impacts of temperature and lunar day on gene expression profiles during a monthly reproductive cycle in the brooding coral Pocillopora damicornis. Molecular Ecology 26: 3913-3925. Zhou J, TY Fan, J Beardall, KS Gao. 2016. Incident ultraviolet irradiances influence physiology, development and settlement of larva in the coral Pocillopora damicornis. Photochemistry and Photobiology 92: 293-300. Bramanti L, M Iannelli, TY Fan, PJ Edmunds. 2015. Using demographic models to project the effects of climate change on scleractinian corals: Pocillopora damicornis as a case study. Coral Reefs 34:505-515. Edmunds PJ, R Steneck, R Albright, RC Carpenter, A Chui, TY Fan, S Harii, H Kitano, H Kurihara, L Legendre, S Mitarai, S Muko, Y Nozawa, J Padilla-Gamino, N Price, K Sakai, G Suzuki, M van Oppen, A Yarid, N Satoh, RD Gates. 2015. Geographic variation in long-term trajectories of change in coral recruitment: a global-to-local perspective. Marine and Freshwater Research 66:609-622. Liu PJ, MC Hsin, YH Huang, TY Fan, PJ Meng, CC Lu, HJ Lin. 2015. Nutrient enrichment coupled with sedimentation favors sea anemones over corals. PLoS ONE 10(4): e0125175. Beijbom O, PJ Edmunds, C Roelfsema, J Smith, DI Kline, B Neal, M Dunlap, V Moriarty, TY Fan, CJ Tan, S Chan, T Treibitz, A Gamst, BG Mitchell, D Kriegman. 2015. Towards automated annotation of benthic survey images: variability of human experts and operational modes of automation. PLoS ONE 10(7): e0130312. Yasuda N, C Taquet, S Nagai, M Fortes, TY Fan, N Phongsuwan, K Nadaoka. 2014. Genetic structure and cryptic speciation in the threatened reef-building coral Heliopora coerulea along Kuroshio Current. Bull Mar Sci 90: 233-255. Wall CB, TY Fan, PJ Edmunds. 2014. Ocean acidification has no effect on thermal bleaching in the coral Seriatopora caliendrum. Coral Reefs 33:119-130. Tang CH, LS Fang, TY Fan, LH Wang, CY Lin, SH Lee, WH Wang. 2014. Cellular membrane accommodation to thermal oscillations in the coral Seriatopora caliendrum. PLoS ONE 9(8): e105345. Pasaribu B, IP Lin, JTC Tzen, GY Jauh, TY Fan, YM Ju, JO Cheng, CS Chen, PL Jiang. 2014. SLDP: A novel protein related to caleosin is associated with the endosymbiotic Symbiodinium lipid droplets from Euphyllia glabresens. Mar Biotech 16:560-571. Edmunds PJ, M Adjeroud, M L. Baskett, IB Baums, AF Budd, RC Carpenter, NS Fabina, TY Fan, EC Franklin, K Gross, X Han, L Jacobson, JS Klaus, TR McClanahan, JK O’Leary, MJH van Oppen, X Pochon, HM Putnam, TB Smith, MM Stat, H Sweatman, R van Woesik, RD Gates. 2014. Persistence and change in community composition of reef corals through present, past and future climates. PLoS ONE 9(10): e107525. Crowder CM, WL Liang, VM Weis, TY Fan. 2014. Elevated temperature alters the lunar timing of planulation in the brooding coral Pocillopora damicornis. PLoS ONE 9(10): e107906.