Habitat shifts of riverine fishes in dam-fragmented rivers under global warming and simluation for mitigating the impacts on population persistence

Research Project

Project/Area Number	22K18057
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 64040:Social-ecological systems-related
Research Institution	National Institute for Environmental Studies
Principal Investigator	末吉正尚国立研究開発法人国立環境研究所, 生物多様性領域, 研究員 (70792927)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000) Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords	水温 / 魚類 / 気候変動 / 将来予測 / 生物分布 / 分断化 / 淡水魚 / 局所絶滅 / 個体群
Outline of Research at the Start	将来の気候変動下において、河川に生息する生物は主に上流へ移動することが予想されている。この際、ダム等の横断工作物は移動を阻害し、生物の分布域を縮小させる可能性が指摘されている。本研究では、魚類と水温の予測モデルを開発し、将来の分布変化を予測することを第一の目的とする。次に、ダムによって移動が阻害された際の生息域の縮小を定量化し、影響を受けやすい特徴を明らかにすることで、将来保全すべき種をリスト化する。最後に、ダム周辺での二つの影響緩和策：1. ダム上流への個体の移植、2.下流への選択取水（水温操作）によって、分布域の縮小がどの程度緩和できるか予測、評価する。
Outline of Annual Research Achievements	本年度は、木曽三川流域での年二回の継続モニタリングを行うとともに、水温-魚類分布予測モデルの精度上昇を試みた。毎時水温データをもとに、生物の生存・生活史に関連する14の水温指標を算出した。この水温指標と他の環境要因（土地利用、標高、勾配、流域面積）が魚類の生息密度に与える影響を機械学習（ランダムフォレスト）によって推定した。22魚種を対象としたモデルの説明力は、平均0.40±標準偏差0.27となった。各魚種のモデルに選ばれた変数は、夏季平均水温が最も多く、続いて秋季平均水温、30℃以上の高温の累積・継続期間の順であった。次に、元データである毎時水温の時間解像度を日平均、週平均と粗くしても魚類生息密度予測精度が減少しないかを検討するための比較解析を行った。同様の指標を時間、日、週平均で算出、モデルを構築して説明力の比較を行った。その結果、日平均の説明力は0.43±0.23、週平均は0.43±0.25とモデルの説明力は逆に増加する結果となった。このことから、魚類の生息密度を説明する水温指標としては、毎時水温よりも日や週といった比較的粗めの水温値でも十分である可能性が示唆された。理由としては、時間単位の短期的な高温や低温時には局所的な温度避難場（Thermal refugia）に逃げ込むことで悪影響を回避できるため、日単位、週単位の指標のようなより長期的な影響を表す指標の方が魚類の生息量を説明するのに適切であることが考えられる。また、これまでの木曽三川流域に加え、隣接した琵琶湖（淀川）流域にも水温観測ネットワークを構築するための準備を進めた。次年度以降は、これら二つの流域でモニタリングと将来予測を進めていく。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 初年度の計画は、水温モニタリングの継続と水温-魚類分布予測モデルの開発・発展である。過去に木曽三川流域で開発したモデルは、水温の代わりに標高を変数として組み込んでいたが、蓄積した水温データをもとに水温を組み込んだモデルを構築することができた。さらに、時間解像度別の水温データを用いたモデル比較によって、将来の気候変動予測においても本モデルでの説明力が低下する可能性が小さいことを示した。また当初計画に加えて、モデル・予測の汎用性を高めるために、隣接流域である琵琶湖流域での観測ネットワークの準備も進めた。全体として、当初の計画通りの調査・解析と次年度以降に向けた魚類分布モデルの検討、対象地域の拡大といった点で順調に研究を進展することができたといえる。
Strategy for Future Research Activity	2-3年目は、木曽三川での継続モニタリングと、新たに対象地として加えた琵琶湖流域での新たな観測ネットワークの構築を行う。解析としては、公表されている将来の気候変動予測値から将来の水温予測を行い、初年度に開発した予測モデルを用いて、魚類の分布変化を予測する。3-4年目は、予測された魚類分布と、過去に開発済みの各魚種の生息域サイズ-生息確率モデルを用いて、ダムによって細分化された個々の分布域における各魚種の局所個体群の消失リスク評価ならびに流域全体の分布域の量的評価を行う。そして、木曽三川流域に存在する73のダムを対象に、個々のダムで選択取水（下流一定距離を現状水温に維持）と上流への個体移植を行うことで、各魚種の分布域がどれだけ拡大するか定量化する。この定量値をもとに、効果の高いダムと緩和策の組み合わせをリスト化する。