Biodiversity and productivity promoted by submarine groundwater in coastal ecosystems: evaluation of contribution to higher trophic levels and future prediction

• Project/Area Number: 16H04971
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Aquatic bioproduction science
• Research Institution: The University of Tokyo (2018-2019); Hiroshima University (2016-2017)
• Principal Investigator: 小路 淳 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (10397565)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉本 亮 福井県立大学, 海洋生物資源学部, 准教授 (00533316) ; 藤井 賢彦 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (60443925)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000); Fiscal Year 2019: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2018: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2017: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2016: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 海底湧水 / 野外実験 / 水産資源 / 高次生物 / 栄養供給 / 成長 / 餌料環境 / 促進効果 / 将来予測 / 地球温暖化 / 生物生産 / 食物網 / 生物多様性 / 栄養フロー / 沿岸域 / 定量評価

Outline of Annual Research Achievements

海底湧水は河川水など他の陸水に比べてリンや窒素などの栄養を豊富に含むことから，沿岸海域の生物生産に高く寄与することが近年の研究で明らかにされつつある．しかし，これまでの研究は海底湧水と基礎生産の関連を対象にしたものがほとんどであり，高次生物への影響を扱った研究例は世界的に見ても乏しい．また，高次生物の成長や生残に影響する湧水周辺の物理・生物環境特性や生物群集に与える影響についてはいまだに不明な部分が多い．そこで本研究では,海底湧水の存在が明らかとなっている広島県竹原市沖とその周辺において，主として魚類の生息場所としての環境条件に海底湧水が与える影響を調査した．

海底湧水シグナルとして海水中のラドン濃度の分布を調査した結果をもとに，広島県竹原市沿岸（湧水区）と対岸の無人島（対照区）を調査サイトに選定した．2015-2018年の5-7月に海底付近の水温と塩分をデータロガーにより2週間連続測定するとともに，底質の粒径組成調査，底生微細藻類の生産速度測定，ソリネット（網口0.3×0.4 m，網目0.3 mm）とコアサンプラーによる餌料生物採集，地曳き網（30×2 m，網目4 mm）による魚類採集を行った．

海底湧水の指標であるラドン濃度は，湧水区において対照区に比べて高い傾向を示したことから，湧水の影響が確認された．水温と底質に大きな違いは認められなかったが，底生微細藻類の生産速度，埋在性および表在性の餌料生物は湧水区において非湧水区に比べてそれぞれ約2倍，2倍，4倍となった．以上の結果から，沿岸域に湧出する海底湧水は，周辺の物理・生物環境への影響を通じて，魚類の摂餌や成長にも影響を及ぼしている可能性が示された．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

過去の研究は，海底湧水と低次生産の関連が解析対象とされてきた．本年度は，海底湧水による高次生物への影響を評価するための野外実験プロトコルの確立に加えて，多様な環境条件の評価を実施することができたため．

Strategy for Future Research Activity

今年度までに確立した野外実験プロトコルを各地のサイトへと応用する．

Research Products

• [Journal Article] Estimation of submarine groundwater discharge and its impact on the nutrient environment at Kamaiso beach, Yamagata, Japan (2019)
  • Author(s): 小林志保，生田健吾，杉本亮，本田尚美，山田誠，富永修，小路淳，谷口真人．
  • Journal Title: NIPPON SUISAN GAKKAISHI Volume: 85 Issue: 1 Pages: 30-39
  • DOI: 10.2331/suisan.18-00020
  • NAID: 130007599915
  • ISSN: 0021-5392, 1349-998X
  • Year and Date: 2019-01-15
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ontogenetic changes in the optimal temperature for growth of juvenile marbled flounder Pseudopleuronectes yokohamae (2018)
  • Author(s): Takeshi Tomiyama, Kazushi Kusakabe, Noriko Otsuki, Yusei Yoshida, Satoshi Takahashi, Masaki Hata, Jun Shoji, Masakazu Hori
  • Journal Title: Journal of Sea Research Volume: 141 Pages: 14-20
  • DOI: 10.1016/j.seares.2018.07.010
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hot spring drainage impact on fish communities around temperate estuaries in southwestern Japan (2017)
  • Author(s): Yamada, M., Shoji, J., Ohsawa, S., Mishima, T., Hata, M., Honda, H., Masahiko Fujii, M., Taniguchi, M.
  • Journal Title: Journal of Hydrology: Regional Studies Volume: 11 Pages: 69-83
  • DOI: 10.1016/j.ejrh.2015.12.060
  • NAID: 120006355760
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High-resolution mapping and time-series measurements of 222Rn concentrations and biogeochemical properties related to submarine groundwater discharge along the coast of Obama Bay, a semi-enclosed sea in Japan (2017)
  • Author(s): Shiho Kobayashi, Ryo Sugimoto, Hisami Honda, Yoji Miyata, Daisuke Tahara, Osamu Tominaga, Jun Shoji, Makoto Yamada, Satoshi Nakada, Makoto Taniguchi
  • Journal Title: Progress in Earth and Planetary Science Volume: 4 Issue: 1 Pages: 3-15
  • DOI: 10.1186/s40645-017-0124-y
  • NAID: 120006878520
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phytoplankton primary productivity around submarine groundwater discharge in nearshore coasts (2017)
  • Author(s): Ryo Sugimoto, Katsuhiro Kitagawa, Saori Nishi, Hisami Honda, Makoto Yamada, Shiho Kobayashi, Jun Shoji, Shinji Ohsawa, Makoto Taniguchi, Osamu Tominaga
  • Journal Title: Marine Ecology Progress Series Volume: 563 Pages: 25-33
  • DOI: 10.3354/meps11980
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Higher species richness and abundance of fish and benthic invertebrates around submarine groundwater discharge in Obama Bay, Japan (2016)
  • Author(s): Tatsuya Utsunomiya, Masaki Hata, Ryo Sugimoto, Hisami Honda, Shiho Kobayashi, Yoji Miyata, Makoto Yamada, Osamu Tominaga, Jun Shoji, Makoto Taniguchi
  • Journal Title: Journal of Hydrology Volume: 印刷中 Pages: 139-146
  • DOI: 10.1016/j.ejrh.2015.11.012
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 夏季の大分県日出町沿岸部におけるドローンを用いた海底湧水の探索 (2016)
  • Author(s): 山田誠，小路淳，寺本瞬，大沢信二，三島壮智，杉本亮，本田尚美，谷口真人
  • Journal Title: 水文科学会誌 Volume: 46 Pages: 29-38
  • NAID: 130005143889
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Occurrence, distribution and prey items of juvenile marbled sole Pseudopleuronectes yokohamae around a submarine groundwater seepage on a tidal flat in southwestern Japan (2016)
  • Author(s): Masaki HATA, Ryo SUGIMOTO, Masakazu HORI, Takeshi TOMIYAMA, Jun SHOJI
  • Journal Title: Journal of Sea Research Volume: 111 Pages: 47-53
  • DOI: 10.1016/j.seares.2016.01.009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Possible contribution of submarine groundwater on coastal fisheries production: increase in feeding and growth of juvenile marbled flounder Pseudopleuronectes yokohamae in a cage experiment (2018)
  • Author(s): Koji Fujita and Jun Shoji
  • Organizer: Larval Fish Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 海底湧水が沿岸底生生物の成長に与える影響:湧出域と対照域におけるゲージ実験による比較 (2018)
  • Author(s): 竹本昌平・小路 淳
  • Organizer: 日本水産学会
• [Presentation] 海底湧水が魚類の生息環境に及ぼす影響 (2018)
  • Author(s): 藤田浩司・小路 淳
  • Organizer: 日本水産学会
• [Presentation] Influence of ammonium derived from hot spring drainage on downriver and estuarine ecosystems (2018)
  • Author(s): Shohei Takemoto, Ryo Sugimoto, Makoto Yamada, Hisami Honda and Jun Shoji
  • Organizer: PICES太平洋国際漁業委員会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Influence of submarine groundwater discharge on feeding and growth of fish (2018)
  • Author(s): Koji Fujita and Jun Shoji
  • Organizer: PICES太平洋国際漁業委員会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 海底湧水が魚類の摂餌・成長に与える影響：野外ケージを用いた個別飼育実験 (2018)
  • Author(s): 藤田浩司，杉本亮，小路淳
  • Organizer: 日本生態学会
• [Presentation] 海底湧水が沿岸海域の魚類群集と食物網に与える影響 (2017)
  • Author(s): 宇都宮達也，杉本亮，富永修，本田尚美，山田誠，小林志保，谷口真人，小路淳
  • Organizer: 日本生態学会大会
• [Book] 地熱資源をめぐる 水・エネルギー・食料ネクサス (2018)
  • Author(s): 馬場 健司、増原 直樹、遠藤 愛子
  • Publisher: 近代科学社
  • ISBN: 9784764905788
• [Book] 地下水・湧水を介した陸―海のつながり：人間社会への活用術 (2017)
  • Author(s): 小路淳，杉本亮，富永修
  • Total Pages: 141
  • Publisher: 恒星社厚生閣