臺灣大學海洋研究所學位論文
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脫氮作用為氮循環中的一個重要環節，具有脫氮能力的細菌在自然界的脫氮作用中扮演著非常重要的角色，脫氮細菌的種類繁多，其中有許多種類在沿海河口生態系中能夠大量的移除含氮汙染物。本研究針對生長在台灣香山濕地河口的日本鰻草，其根圈沉積物中脫氮細菌菌相進行研究。使用最大可能計數法(most-probable-number counts) 和 PYN ( polypepton-yeast-nitrate) 液體培養基估算日本鰻草根圈沉積物中的脫氮菌數。估得脫氮細菌在根圈沉積物中的菌數介7.5 x 103至1.5 x 105cells/g wet wt. 間。並且由沉積物樣本中分離得到65株脫氮菌分離株。 65株脫氮菌分離株進行各種生理生化特性檢測後發現，所有分離株皆屬於革蘭氏陰性菌，其中33株具鈉鹽需求性，應屬於海洋原生種細菌。65株分離株進行16S rRNA基因定序，分析定序結果後，脫氮菌分離株分別屬於9個菌屬，其中以 Marinobacter 和 Shewanella 兩菌屬為主要組成。根據16S rRNA序列比對結果，分離株A41與最相近標準株 Halomonas mongliensis的序列相似度為97.6%，以及B10-1與最相近標準株Pseudoalteromonas shioyasakiensis 的序列相似度為98.3% ，皆明顯低於可區分細菌種與種間的閾值 (98.65%)，分離株A41及 B10-1的生理生化特性也與其相關標準株有明顯不同。在多元分類探討的前提下，初步研判分離株A41及B10-1有可能為新種的脫氮細菌。在脫氮基因研究方面，利用亞硝酸根還原酶 (nitrite reductase) 基因 (nirK 和 nirS) 中的保守區域引子對，透過聚合酶連鎖反應 ( polymerase chain reaction) 分析亞硝酸根還原酶基因序列的多樣性。在本實驗中，歸類為Escherchia, Shewanella, Photobacterium, Pseudoalteromona和 Marinobacter分群之細菌可檢測出nirS基因，可成功定序的分離株之nirS 基因序列經分析後，與NCBI資料庫中最相近的基因序列相似度都在95 % 以上。屬Vibrio和Ochrobactrum 分群之細菌則具有nirK基因，可成功定序的分離株之nirK 基因序列經分析後，與NCBI資料庫中最相近的可培養菌株基因序列相似度則低於84%。
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膠體態有機磷(Colloidal Organic Phosphorus, COP1 kDa ~ 0.45 μm)在海洋磷循環中扮演極其重要角色，但研究資料卻屈指可數。本研究以西菲律賓海，北緯21.69度，東經121.35至123.97度的橫斷面 (transect)為研究海域，探討此貧營養鹽海域有光層中溶解態有機磷及膠體態有機磷的分佈，除此之外，也探討溶解態有機磷及膠體態有機磷在有光層是否會受生物作用或光化學作用而有日夜變化。 本研究利用孔徑為0.45 μm的濾球(capsule filter)及濾膜分子量為1 kDa的交流超微過濾(Cross Flow Ultrafiltration, CFUF)分離樣水，將水體中磷物種分為總溶解態(total dissolved type, ≤0.45 μm)、真溶解態(truly dissolved type, ≤1 kDa) 及膠體態(colloidal type, 1kDa ~ 0.45 μm)，其後利用高溫化學氧化法消化分離出的樣水，再以磷鉬藍分光光度法(UV/VIS spectrometer)進行分析，最後可得到不同分子量 (≤0.45 μm、≤1 kDa、1kDa~0.45μm)的有機態和無機態磷。 由研究結果發現，在西菲律賓海，溶解態有機磷(Dissolved Organic Phosphorus, DOP)濃度範圍是0.03 ~ 0.24 μΜ，COP濃度範圍是0.01 ~ 0.15 μΜ，COP在DOP中佔了約61±16%。有光層中COP在葉綠素最大值深度80 ~ 120 m左右，也就是浮游植物生長旺盛處之深度，濃度達到最高，可見有光層中COP分佈主要受生物作用影響，除此之外，也發現DOP和COP確實有日夜變化，以上的現象皆凸顯了COP在海中磷循環的重要性。
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中尺度海洋渦旋是大洋上常見的海洋現象，而此類海洋渦旋能夠夾帶水團與大量能量的傳遞。近年來研究發現大洋中同時出現由兩個旋轉方向相反的渦旋組成的中尺度雙極渦旋。本研究目的主要是探討雙極渦旋在f平面上的特性與其動力特徵。使用方法為減重力原始方程的渦旋解析模式探討中尺度雙極渦旋運動行為與動力過程。模擬六個實驗（A-F），結果如下： 在相同半徑及相同強度下，設定高壓渦旋在北，低壓渦旋在南，兩個渦旋中心相距720公里（實驗A，control case），此距離兩渦旋皆是靜止不動。當兩個渦旋中心距640公里（實驗B）時，發現兩渦旋開始緩緩移動，移動軌跡為向西平移；當兩個渦旋中心距離減少至560公里（實驗 C），發現兩渦旋不只有向西平移現象，在南北向還會互相接近。兩渦旋移動的原因是北方的高壓受到南方低壓的速度平流推著走，反之亦然，也就是雙極本身就有自行移動的機制。兩渦旋在實驗C中會靠近的原因則是由 vortex force所引起，使高壓產生一向南的加速度，低壓產生一向北的加速度；此加速度使中間交互作用區向西的動量通量產生輻合作用，造成其向西的流速變快。實驗E和實驗F是在相同半徑，不同強度的情況，結果顯示強度較弱的渦旋會移動的比強度強的快，且移動軌跡並非為直線平移而是繞著他們共同的質心在轉。 位於兩渦旋中央交互作用區的地方其能量都是增加，而在交互作用區外的能量則是減少，這之間的轉換是因為vortex force 產生的南北向加速度影響，使交互作用區的能量增加而產生輻合，交互作用區外則會因能量減少造成輻散。
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了解捕食者-獵物多樣性之關係在生態學中一直是很重要的議題。本研究以南東海之超微細鞭毛蟲（捕食者）和浮游性細菌（獵物）作為探討獵物及捕食者多樣性關係之研究對象。我們以illumina Miseq定序16S與18S rDNA序列分別估算超微細鞭毛蟲和浮游性細菌多樣性; 以螢光顯微鏡和流式細胞儀分別對超微細鞭毛蟲和細菌之細胞做計數，以取得兩者豐度資料。本研究以線性回歸與結構方程模型分析探究捕食者及獵物的關係，同時也考慮環境因子，以區別環境因子對獵物及捕食者的同時影響。結果顯示，捕食者及獵物多樣性呈現正相關，顯示獵物多樣性支持著捕食者多樣性 (bottom-up control)。另外，為了考慮微細鞭毛蟲會對於細菌獵物有選擇性的可能，本研究也將細菌分為兩不同功能性(自營性及異營性細菌)，並分別探討其與超微細鞭毛蟲的關係。結果發現，只有當獵物為異營性細菌時，捕食者/獵物多樣性比值與獵物豐度呈現負相關，表示較高多樣性的捕食者會減少獵物的豐度，而獵物的多樣性則會阻礙獵物的捕食。整體而言，位於南東海的超微細鞭毛蟲和細菌兩者多樣性彼此相互影響 ，並且超微細鞭毛蟲對不同功能性的細菌獵物會呈現不同的機制。
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本研究探討以鉬酸銨測定水中矽酸鹽方法中黃色矽鉬複合物之反應動力學，本文改變了矽鉬黃複合物呈色條件，測定靈敏度較低的α-矽鉬黃複合物為主。其優點為：α-矽鉬黃複合物呈色穩定且受溫、鹽度影響與磷酸鹽干擾較小。但在應用至自動分析前，則必須改善其反應在常溫下較慢的缺點。當要求靈敏度時可採用較長的光徑或在較低的波長測定。因不使用漂白劑，此法所測出之訊號應為矽酸鹽與磷酸鹽其合併吸光值： 〖Abs〗_(Si+P)^λ ={[P]×ε_p^λ +[Si]×ε_Si^λ }×b×Q_s/Q_f ×10-6+RB 其中ε_Si^λ 及ε_p^λ 為矽鉬黃及磷鉬黃複合物在波長400 nm下的摩爾吸光係數，單位為(M-1cm-1)；b為光徑，單位為(cm)；[Si]及[P]分別為樣品的矽酸鹽與磷酸鹽濃度，單位為(M)；Qs 、Qf分別為原樣與加藥後的體積比，RB為試劑空白值，因此可算出矽酸鹽濃度，單位為(μM)： [Si](μM)=(〖Abs〗_(Si+P)^λ-[P]×ε_p^λ×b×Q_s/Q_f )/(ε_Si^λ×b×Q_s/Q_f )×106 本研究發現溫度(T,oC)、鹽度(S)對於其摩爾吸光係數有些許影響，在波長400 nm測定，可用下列經驗公式修正之： ε_Si^400(T,S)(M-1cm-1) = 1166+T×(4.4-0.1532×S+0.00154×S2) 溫度(T)適用範圍20-40oC、鹽度(S)適用範圍0-35 至於磷鉬黃的摩爾吸光係數值在上述條件下，在波長400 nm測定為： ε_p^400(M-1cm-1) = 390 本研究使用醋酸鈉緩衝溶液將以上反應控制在pH=4.2-4.3之間，在常溫之下反應大約需4分鐘以上，加溫至40oC情況之下可縮短至2分鐘，其速率足以因應自動分析之要求。本文比較了兩種自動分析系統，分別為傳統連續式測定及間歇式上樣測定，後者的原理為將樣水加入試劑後，送入恆溫的流動光槽中停止幫浦運作使樣水停滯在光槽中靜待反應完成。結果發現間歇式流動分析系統較為精密準確。使用一公分長光徑測量矽酸鹽的最小解析度為1 μM，線性範圍為0-200 μM，在100 μM的濃度下的相對誤差在0.5%以下，即使在船上顛簸海況下也可操作，不但可測定外洋水柱同批不同溫度的樣品，也可適用於在河口測定同批不同溫度鹽度的樣品，分析速率可達每小時20個樣品。
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本研究利用理想化設置的三維數值模式，模擬內潮從海脊產生以後由東向西傳播受到不同流向的斜壓地轉流之影響。並比較西傳的M2內潮沒有通過地轉流以及通過三種不同地轉流流向的模擬結果：(1)無地轉流(Case M)；(2)地轉流南北走向(Case M0)；(3)地轉流自正北逆時針旋轉22° (Case M22)；(4)地轉流自正北逆時針旋轉45° (Case M45)。而地轉流流量設為10 Sv (1 Sv = 106 m3/s)。 結果顯示地轉流會改變內潮的水平流速結構，且當地轉流的流速分量與內潮傳遞同方向時，因都普勒效應會增加內潮傳播的水平相速度，經過地轉流後的相速度約提升3-7 %。另外從動能與有效位能的分析結果都顯示地轉流會減弱內潮能量的傳遞，其中M45的流向使內潮能量密度衰減的程度最高，約衰減51 %。比較內潮能量通量的改變程度，M、 M0、M22、M45流前後的衰減百分比分別為15.2 %、21.8 %、22.4 %、30.9 %。透過內潮傳播於背景流場的能量收支方程式分析，在海脊地區內潮能量的收支主要由能量通量在空間中的散度與壓力變化做功為主。地轉流區域的能量收支則以內潮與背景流場間的能量交換與背景流場對內潮動能的平流作用和能量通量在空間中的散度為主。