Green tide control at Great Lakes using possible grazers

• Project/Area Number: 19KK0273
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 64:Environmental conservation measure and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山室 真澄 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (80344208)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 管原 庄吾 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 講師 (30721302) ; 小室 隆 関東学院大学, 経済学部, 講師 (40782561)
• Project Period (FY): 2019-10-07 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000); Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2023: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2021: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2020: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
• Keywords: Cladopphora / 五大湖 / 栄養塩 / 硫化水素 / 沿岸魚 / 湖岸水温 / 全リン / 環境DNA / 消波堤 / 底生緑藻 / 地球温暖化 / 間隙水 / 捕食者 / シオグサ / 安定同位体 / 異常繁茂 / 食物連鎖

Outline of Research at the Start

大型底生緑藻の異常繁茂が、世界の多くの海岸や淡水域で発生している。日本でもアオサや糸状藻類の異常繁茂が各地で報告されている。原因として栄養塩の増加など、増える要因を検討するものが多い。本研究ではシオグサ属大型底生緑藻の異常繁茂により湖岸が極端に嫌気的になり、水鳥の大量死など生態系が著しく撹乱されている北米の五大湖で現地調査を行い、なぜ減らないかという観点から検討する。具体的にはシオグサの補食者の状況を確認し、捕食者が存在する場合は捕食しない原因を検討する。捕食者が少ないか不在の場合は、流入河川など周辺水域に緑藻を捕食する動物がいないかなどを調査し、補食者の復元・導入方法について共同研究を行う。

Outline of Annual Research Achievements

2023年8月7日～15 日にかけて、五大湖の現地調査を行った。現地ではUSGS Great Lakes Science CenterのMary Anne Evans氏とMurulee Byappanahalli氏に協力・同行頂いた。オンタリオ湖5地点、エリー湖7地点の湖岸で観察・採水を行った。湖岸に打ち上げられた大型藻類からは、肉眼で識別できる底生動物は見つからなかった。また視認できる範囲の湖底でも底生動物は見当たらなかった。上記12地点のうち9地点で環境DNAによる底生動物と魚類の解析を行った。全地点から底生動物が検出されなかったが、実際に不在なのか、湖底直上水ではなく底層水を採水した為かは判別できなかった。魚類についてはシオグサが打ち上がっている湖岸が、打ち上がっていない湖岸よりも検出種数が著しく低かった。この原因として魚の生息種数が実際に少ない、あるいはシオクサの破片を含む夾雑物の影響が考えられた。全12地点において、表層水、湖岸に打ち上がった水草を手で軽く絞った水、シャベルを用いて湖岸に穴を掘って湧出した水を対象にEC・pH・水温をセンサーで計測し、アンモニア・正リン酸・硫化水素・メタンを分析するための前処理を米国滞在中に行い、帰国後分析を行った。オンタリオ湖の表層水のpHは，8.0～8.6と比較的高い値を示した。湖水が緑色を呈していたことから光合成の影響と考えられた。打ち上がった藻類から搾り取った水のpHは6.8～7.4と低かったことから、水際で分解が進行していたと考えられた。搾り取った水の一部からは高濃度のアンモニアと正リン酸が検出され、僅かではあるが硫化水素も検出された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

COVID19の蔓延により行えなかった現地調査を、2023年度に行うことができた。本研究では「五大湖で湖岸にシオクサが打ち上がったまま堆積する原因は捕食者が不在であるため」との仮説を立てていたが、現地調査により捕食者がいないことを確認できた。さらには堆積したシオクサから絞った水から硫化水素が検出されたことから、シオクサが捕食者にとって栄養価が無い可能性に加え、硫化水素が発生することで捕食者が近寄らない可能性も考えられた。このように仮説の検証に加えて想定していなかった原因も確認することができ、本研究の目的の大部分は2023年度の調査で達成できた。

Strategy for Future Research Activity

2024年度は前年度に得られた水質データをとりまとめて論文化を目指す。シオクサが打ち上げられた湖岸に底生動物が見当たらなかった点については、2023年度訪米の際に関係研究者から過去のデータに関する情報をいただいたので、それらをレビューしていつ頃からいなくなったかの特定を目指す。環境DNAについては、現地との調整がつけば2024年度に再度訪米し、底生動物に特定した湖底直上水のサンプリングを行う。また事前に夾雑物の影響を受けないような前処理法を開発し、その方法を用いて前処理を行い、解析にかける。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ミネソタ大学(米国)
• [Journal Article] 夏季の霞ヶ浦における湖岸と湖心の水温 (2022)
  • Author(s): 小室隆・杉野史弥・山室真澄
  • Journal Title: 陸水学雑誌 Volume: 83 Pages: 197-205
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Blue Waters, Green Bottoms: Benthic Filamentous Algal Blooms Are an Emerging Threat to Clear Lakes Worldwide (2021)
  • Author(s): Vadeboncoeur Yvonne, 他25名, Yamamuro Masumi
  • Journal Title: BioScience Volume: 71 Issue: 10 Pages: 1011-1027
  • DOI: 10.1093/biosci/biab049
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 夏季の霞ヶ浦における湖岸水温の顕著な上昇 (2023)
  • Author(s): 杉野史弥・山室真澄・小室 隆
  • Organizer: 第57回日本水環境学会年会
• [Presentation] 環境DNAを用いた霞ヶ浦流入河川におけるイシガイの分布 (2022)
  • Author(s): 小室隆・後藤益滋・杉野史弥
  • Organizer: 陸水学会第86回大会
• [Presentation] 懸濁態リン（PP）の定量に関する研究 (2022)
  • Author(s): 早川隼也・朴 紫暎・管原庄吾
  • Organizer: 第28回中国四国支部分析化学若手セミナー
• [Presentation] メタン生成に及ぼす基質濃度とpHの影響 (2022)
  • Author(s): 古川京介・管原庄吾
  • Organizer: 第28回中国四国支部分析化学若手セミナー
• [Presentation] 霞ヶ浦における夏季の湖岸と湖心の水温の違い (2022)
  • Author(s): 小室 隆・杉野史弥・山室真澄
  • Organizer: 第25回日本水環境学会シンポジウム