【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】22310002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

親潮 / 植物プランクトン / 春季ブルーム / 透明細胞外重合体粒子 / 珪藻

【研究成果の概要】

海水中の透明細胞外重合体粒子(TEP)は、海洋の炭素固定能力を決める上で鍵となる「海水中の有機物を凝集させるための接着剤」として最近注目されている。世界の海の中でも生物生産力の高い西部北太平洋親潮域ではTEPに関する知見がこれまで得られていなかったが、本研究で実施した海洋調査および室内培養実験を通して、春季親潮珪藻ブルーム期のTEP生産の特徴とその支配要因に関する極めて貴重な知見を得ることができた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)

【研究分野】層位・古生物学

【研究領域課題番号】21340153 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

貧酸素水塊 / 栄養塩溶出 / 植物プランクトン / 大村湾 / メソコスム / セディメントトラップ / 渦鞭毛藻 / 珪藻 / 表層堆積物 / 閉鎖系海域

【研究成果の概要】

植物プランクトンは生態系の基盤をなし,その趨勢は水温,塩分,光エネルギーの他,栄養塩の支配を受ける.現在の沿岸域で優占する植物プランクトンは珪藻類,渦鞭毛藻類,ラフィド藻類などであるが,それらのどのグループが優勢となるかについては十分に理解されていない.本研究では貧酸素水塊が定期的に発達する閉鎖系海域の西九州・大村湾を調査海域とし,貧酸素水塊の発達に伴って底質からの選択的PO_4溶出現象に注目し,それが植物プランクトン群集に与える変化を現場観測とメソコスム実験を用いて明らかにし,更に柱状堆積物に残された渦鞭毛藻シスト群集の変化から海水中の栄養塩変化を推察した.その結果,現場では1)夏季の貧酸素水塊は大村湾固有水と外洋水が湾口で混合した高密度水が中層に貫入して躍層が形成され, 2)海水.堆積物境界域でバクテリアの有機物分解活動により貧酸素水塊が形成される. 3)高水温期の貧酸素環境では堆積物からNH^+_4やPO^<3->_4がより多く溶出する,ことが明らかになった.メソコスム実験では人為的に貧酸素環境を再現し,底質からの栄養塩溶出と植物プランクトン群集変化を調査した結果, 4)貧酸素環境下ではNH^+_4やPO^<3->_4が溶出し,また優占プランクトンが珪藻から渦鞭毛藻に変化したことが明らかになった. 5)柱状堆積物中の渦鞭毛藻シスト群集は従属栄養性種の増加が示すところの1970年後半以降に富栄養化が進行したことが明らかになった.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】20310006 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

海洋科学 / 海洋生態 / 地球化学 / 環境変動 / 炭素循環 / 生物ケイ酸 / 珪藻 / 植物プランクトン

【研究成果の概要】

海洋表層における生物地球化学的な炭素循環が、有光層へのケイ素の移出入とどのようにカップリングしているのかについて、西部北太平洋亜寒帯域と東シナ海を主な対象海域として研究を行った。その結果、鉄や亜鉛などの微量元素の動態がケイ藻群集による粒子状有機炭素と生物ケイ酸の生産ならびに下層への移出と密接に係わっていること、優占する珪藻種の違いがそれらの過程に大きく影響することが明らかになった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2008 - 2011

【配分額】18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】17310005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地球科学 / 海洋生態 / ケイ素 / 珪藻 / 安定同位体 / 質量分析 / 生物ケイ酸 / 植物プランクトン / ケイ藻 / 地球化学 / ケイ酸

【研究成果の概要】

ケイ素安定同位体を用いて海洋表層での珪藻類による生物ケイ酸(珪藻殻)の生産速度と珪藻殻からのケイ酸溶解速度を測定する手法を開発し、西部北太平洋亜寒帯域の表層における生物ケイ酸の生産と溶解のバランスについて研究を行った。
ケイ素安定同位体比の測定法として二重収束型誘導結合プラズマ質量分析計の適用について検討した結果、バックグラウンド補正を適切に行うことにより、従来用いられていた負イオン表面電離型質量分析法と同程度以上の測定精度が得られることが明らかになり、簡便な前処理のみでケイ素同位体比を測定する手法として確立した。
春季に珪藻類の顕著なブルームが出現する北海道東沖親潮・混合域において有光層内の珪藻群集によるケイ酸取り込みと生物ケイ酸溶解速度を測定した結果、ブルーム終焉後は珪藻による生物ケイ酸の水柱あたりの生産に比べて溶解が上回っており、溶解した溶存ケイ酸が珪藻の増殖に寄与していると考えられた。
西部北太平洋亜寒帯海域でネット採集した現場の珪藻群集のケイ酸殻を用いた溶解実験を行い、種組成によって溶解速度に違いが認められること、溶解速度の違いから珪藻殻を溶解しやすい部位と溶解しにくい部位に分けて考えることが適切であること、溶解途中における殻構造の形態的変化の種による違いが珪藻殻の表面積:体積比の変化を生み出して溶解速度を決める一因になっている可能性を示した。
これらの結果から海洋表層におけるケイ素の循環を見積もったところ、珪藻によって生産された生物ケイ酸の大部分が表層で溶解し再循環していると推測されたが、実際には深層水中にも溶解途中の珪藻殻が観察されたことから、糞粒など珪藻殻を溶解から保護した状態で表層から深層に輸送する過程の寄与も無視できないと考えられた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】16,350千円 (直接経費: 15,600千円、間接経費: 750千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】16204044 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

硫化ジメチル / 揮発性有機化合物 / 硫酸塩粒子 / 海洋生物起源気体 / 植物プランクトン / 海洋大気 / エアロゾル / 渦相関法 / 珪藻 / MSA / DMS

【研究成果の概要】

軽元素測定に特化した蛍光X線分析装置を用いることで、簡便で迅速に海水中懸濁粒子の化学組成を計測するシステムを確立した。また、フッ素との蛍光反応を利用し、大気中のDMS濃度を10Hz程度の時間分解能で測定できる船上搭載型装置の開発に成功した。
夏季における北太平洋亜寒帯海域での鉄散布実験を行った白鳳丸航海、春季の生物生産の高い三陸沖での淡青丸航海、夏季に北太平洋亜寒帯海域の東西変化を調べる「みらい」航海において、海水中と大気中の生物起源物質の同時測定を行った。その結果、人工的に植物プランクトンのブルームを起こした鉄散布海域では、海水中のブロモメタン濃度とその大気へのフラックスの増加が見られた。また、プリムネシオ藻と海水中のブロモメタン濃度との間に正の相関を見いだした。三陸沖での自然ブルームが起こっている時期に、海水中のジヨードメタンやクロロヨードメタンが高濃度であり、大気中濃度も高く,海洋の生物活動が大気化学組成に影響していることを実測した。植物プランクトン起源の硫化ジメチル(DMS)については、北緯47度線上において、経度180度〜西経140度にかけて海水中濃度が顕著に増加し、海洋の生物生産、特にDMSPの生産が高い種の増加を反映していた。同時に観測した懸濁物粒子化学組成も、円石藻起源のCa濃度の増加を示し、海水中のDMS濃度上昇、そして、大気中のDMS濃度上昇にも対応していた。
以上、海水中での海洋生物種に対応した生成気体物質が同定され、その生成過程が明らかになった。また大気へのこれらの気体放出量を見積もる上で、海域の生物組成を反映した懸濁粒子化学組成測定手法や大気中へのフラックス直接計測手法が確立され、今後の大気海洋間の物質循環研究の発展に大きく貢献するものである。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2004 - 2007

【配分額】48,230千円 (直接経費: 37,100千円、間接経費: 11,130千円)

【研究分野】水産学一般

【研究領域課題番号】12660181 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

溶存有機物質 / CDOM / 光合成有効光 / 紫外線 / 珪藻 / バクテリア / UVB / 光分解 / 植物プランクトン

【研究成果の概要】

海洋植物プランクトンによる溶存有機物質の生産を明らかにするため、溶存有機物を全く含まない人工海水を作り、それに無機及び有機栄養塩を加えた。また相模湾海水を濾過して、同様に栄養塩を加えた。この海水の320〜720nmの分光特性を標準とした。人工海水でも自然海水でもその分光特性にはあまり差がなかったので以降自然海水を用いた。実験として、植物プランクトンを人工培養海水に加え、培養を約1ヶ月行い、経時的に320〜750nmの分光特性を測定し、上記の海水の標準値を差し引き、溶存有機物質による分光特性とした。各種の植物プランクトンを用いてもっとも溶存有機物質の生産の高い珪藻をその後の実験種として選定した。濾過海水を作るのに、いくつかのフィルターの質の検討を行った。その結果、アノディスク・フィルターが最も有効であることがわかった。培養実験開始から約10日もすぎると、光合成有効光下では、珪藻の増加とともにバクテリアの増加も見られた。それに伴って、分光光度計で測定した溶存有機物質(CDOM)も増加した。しかし、暗条件下では、珪藻とバクテリアの増加は見られなかった。また、珪藻の入っていない標準実験では、バクテリアの増加も見られなかったし、CDOMの増加も見られなかった。これらの実験からCDOMを用いることにより溶存有機物質の指標として測定できることが明らかになった。また、珪藻がCDOMを生産していることが示唆された。さらに、紫外線-B(UV-B)を照射すると、珪藻の成長速度は抑制されたが、細胞あたりのCDOM量は、UV-B照射下で多かった。これらの実験からUV-Bは珪藻の成長速度を抑制するものの、細胞あたりのCDOMの生産は逆に高くなることが示唆された。以上のことから、アノディスク・フィルターを用いることにより、1週間以内の培養実験であれば、珪藻によるCDOMの生産を測定できることが明らかとなった。またバクテリアがCDOMを利用していることが示唆された。さらに、UV-B照射実験を行うことにより、細胞あたりのCDOMの生産量に対する影響の評価ができることが明らかとなった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】3,000千円 (直接経費: 3,000千円)