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Development of high-precision nitrogen isotope analysis as a new index of dissolved organic matter sources in aquatic environments

Research Project

Project/Area Number 18K18189
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
Research InstitutionLake Biwa Environmental Research Institute

Principal Investigator

Yamaguchi Yasuhiko  滋賀県琵琶湖環境科学研究センター, 総合解析部門, 主任研究員 (50726221)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords溶存有機物 / 窒素同位体比 / 分子サイズ / アミノ酸 / 琵琶湖 / 窒素循環 / 炭素同位体比 / 微生物
Outline of Final Research Achievements

Degradation of aquatic dissolved organic matter (DOM) is a major process of the global biogeochemical cycles. A strong relationship between molecular sizes and the reactivity of DOM has been proposed (the size-reactivity continuum model). However, the details and mechanisms of this relationship remain poorly understood. We investigated changes in the molecular size distribution of DOM in a deep meso/oligotrophic lake (Lake Biwa, Japan) using long-term dark incubations (> 400 days) and a size-exclusion chromatograph with total organic carbon analyzer (SEC-TOC). High molecular weight (HMW) DOM and low molecular weight (LMW) DOM showed different degradation characteristics. We also developed a novel method to selectively isolate HMW and LMW DOM by coupling ultrafiltration and solid phase extraction. The HMW and LMW DOM samples isolated from Lake Biwa showed significantly different nitrogen isotopic compositions, suggesting different DOM sources.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、分子サイズに着目して、DOMの分解特性分布把握と起源解明のための手法開発を進めた。琵琶湖湖水の高分子DOMと低分子DOMでは、分解特性が大きく異なり、窒素同位体比の差から、起源も異なることが示唆された。分子サイズ別のDOM分解速度定数の経験式から、天然湖水中でのDOMの分解および生産フラックスを見積もることが可能になり、DOMの環境中での詳細な機能評価が可能になった。また、高純度に分子サイズ別分画したDOM試料を回収できる手法を開発できたことで、起源解明のための詳細な化学分析が可能になった。

Report

(7 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019 2018

All Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 3 results)

  • [Presentation] 湖深水層における高分子溶存有機物の隠れた循環の可能性2023

    • Author(s)
      山口保彦, 岡﨑友輔, 霜鳥孝一, 今井章雄, 早川和秀
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2023年大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Cryptic cycling of high molecular weight dissolved organic matter in the hypolimnion of a deep lake2023

    • Author(s)
      Yamaguchi, Y. T., Okazaki, Y., Shimotori, K., Imai, A., and Hayakawa K.
    • Organizer
      ASLO 2023 Aquatic Sciences Meeting
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 湖水溶存有機物の分子サイズ別生分解速度の分布とモデル化2023

    • Author(s)
      山口保彦, 霜鳥孝一, 中村光穂, 早川和秀
    • Organizer
      日本地球化学会第70回年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 溶存有機物のゆっくりとした分解が水圏生態系で持つ機能を探る2023

    • Author(s)
      山口保彦
    • Organizer
      第十回日本プランクトン学会・若手の会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 分子サイズを鍵にして水圏溶存有機物の動態と物質循環的役割を再考する2022

    • Author(s)
      山口保彦
    • Organizer
      京都大学生態学研究センター第336回生態研セミナー
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 湖と河川における溶存有機物の分子サイズ別の生分解速度2021

    • Author(s)
      山口保彦, 霜鳥孝一, 今井章雄, 岡崎友輔, 尾原禎幸, 中村光穂, 七里将一, 岡本高弘, 早川和秀
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2021年大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Biodegradation kinetics and molecular-size distribution of freshwater dissolved organic matter during long-term incubations2021

    • Author(s)
      Yamaguchi, Y. T., Shimotori, K., Imai, A., Okazaki, Y., Ohara, T., Nakamura, M., Hichiri, S., Okamoto, T., and Hayakawa K.
    • Organizer
      ASLO 2021 Aquatic Sciences Meeting
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Biodegradation kinetics of different molecular-size classes of freshwater dissolved organic matter during long-term incubations2021

    • Author(s)
      Yamaguchi, Y. T., Shimotori, K., Imai, A., Okazaki, Y., Ohara, T., Nakamura, M., Hichiri, S., Okamoto, T., and Hayakawa K.
    • Organizer
      SIL 2021: 35th Congress of the International Society of Limnology
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 琵琶湖の水質と生態系の保全にかかる有機物循環の解析:溶存有機物の分子サイズ別分解速度と湖内物質循環への寄与2021

    • Author(s)
      山口保彦, 霜鳥孝一, 今井章雄, 岡崎友輔, 尾原禎幸, 中村光穂, 七里将一, 岡本高弘, 早川和秀
    • Organizer
      2021年度日本腐植物質学会第37回講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 水圏溶存有機物のサイズ反応性連続体モデルを再考する2021

    • Author(s)
      山口保彦
    • Organizer
      第38回有機地球化学シンポジウム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Distribution of “minor” amino acids enantiomers in dissolved organic matter in marine vs. inland waters2020

    • Author(s)
      Yamaguchi, Y. T., McCarthy M. D., Yoshimizu C., Tayasu I., Koba K., and Hayakawa K.
    • Organizer
      Goldschmidt2020
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 細菌由来の準易分解性溶存有機窒素が水圏の栄養塩供給経路となる可能性について2020

    • Author(s)
      山口保彦
    • Organizer
      2020年度日本地球化学会第67回年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] アミノ酸鏡像異性体バイオマーカーを用いた琵琶湖における細菌由来溶存有機物の寄与評価2019

    • Author(s)
      山口保彦, 由水千景, 陀安一郎, 木庭啓介, 早川和秀
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2019年大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 水圏溶存有機物におけるマイナーなD-アミノ酸の分布2019

    • Author(s)
      山口保彦, 由水千景, 陀安一郎, 木庭啓介, 早川和秀
    • Organizer
      第37回有機地球化学シンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 分子サイズ別の湖水溶存有機物の生分解速度推定2019

    • Author(s)
      山口保彦, 霜鳥孝一, 今井章雄, 尾原禎幸, 七里将一, 岡本高弘, 早川和秀
    • Organizer
      2019年度日本地球化学会第66回年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 水圏における溶存態・粒子状有機窒素の異なる生成プロセスと窒素源2018

    • Author(s)
      山口保彦
    • Organizer
      第36回日本有機地球化学会シンポジウム
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 水圏の懸濁態粒子状有機窒素の分解プロセスと組成:アミノ酸窒素同位体比分析からの考察2018

    • Author(s)
      山口保彦
    • Organizer
      2018年度 日本地球化学会第65回年会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 有機化合物レベル窒素同位体比分析で探る懸濁態粒子状有機物の分解過程と組成2018

    • Author(s)
      山口保彦
    • Organizer
      日本陸水学会第83回岡山大会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 水圏の懸濁態粒子状有機窒素の分解プロセスと組成:アミノ酸窒素同位体比分析からの考察2018

    • Author(s)
      山口保彦
    • Organizer
      2018年度 生物地球化学研究会現地セッション
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 水圏の懸濁態粒子状有機窒素の分解プロセスと組成:アミノ酸窒素同位体比分析からの考察2018

    • Author(s)
      山口保彦
    • Organizer
      第8回同位体環境学シンポジウム
    • Related Report
      2018 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2025-01-30  

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