Contribution of aquatic insects in nutrient cycling in rivers

• Project/Area Number: 22KJ0004
• Project/Area Number (Other): 21J00860 (2021-2022)
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Multi-year Fund (2023); Single-year Grants (2021-2022)
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 40030:Aquatic bioproduction science-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 宇野 裕美 北海道大学, 地球環境科学研究院, 研究員
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2025: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2024: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 河川 / 地形 / 栄養塩循環 / 底生生物 / 氾濫原 / 物質循環 / 動物 / 移動 / 生活史 / 食物網

Outline of Research at the Start

河川はただ物質を陸から海へ水や栄養塩を流すわけでなく、河川内での生物物理化学的作用によってその物質の形態やフラックスを変化させる。従って、河川での物質循環を理解することは全球的な物質循環解明という観点からも非常に重要である。この研究では特に水生昆虫が餌を食べて排泄すること、そして川で成長後羽化して栄養塩を川から陸へ運ぶことによって物質循環にどのように影響しているのかについて調べる。

Outline of Annual Research Achievements

本年度はアメリカのコロラド州立大学を拠点にEllen Wohl教授らとともに河川地形と河川生態系の関連に関する共同研究を推進するとともに、夏季にはアメリカのモンタナ州のFlat Head Lake Bio Stationを拠点としてBob Hall教授らとともに、水生昆虫が河川の栄養塩循環に果たす役割について研究を行った。
天然の氾濫原においては同じ河道内においても洪水時の水の流れの強さが異なることから攪乱の受けたに差異があり、それに応じて場所による水生昆虫密度などが異なり、場所により異なった生物群集の発達が見られることが分かった。また、天然河川での栄養塩の添加実験により河川での窒素・リンのUptake Rate（吸着率）を推定するとともに、水生昆虫による窒素やリンの無機加速度を排泄速度として測定し、その密度と掛け合わせて算出した水生昆虫全体による栄養塩無機加速度を比較することで、河川水中の栄養塩動態に対する水生昆虫の寄与率を算出した。
今回これらの測定を行った比較的貧栄養な河川においては水生昆虫による栄養塩の無機加速度は測定された窒素リンの吸着率よりも高い、つまり水生昆虫の栄養塩動態への寄与が非常に高いことが分かった。世界の河川での先行研究データと比較してもこれは非常に水生昆虫の寄与の高い例となっており、貧栄養河川における動物の栄養塩循への寄与の大きさが示唆された。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本年度予定していたデータの取得はすべて行い、仮説を支持する結果が得られた。また、来年度以降に予定していた世界的な水生昆虫による物質循環への寄与に関するデータの取得に関しても、過去の論文のメタ解析などを進めることができ、データの解釈がすすんだ。これらの進捗は当初予定した以上の進捗であり、今後はこれらのデータを解釈して論文化執筆していくことに注力したい。

Strategy for Future Research Activity

これまでのデータ取得に関しては予想以上の進展があった。今後はこれらの成果を国際雑誌に出版することに注力したい。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Montana/Colorado State University(米国)
• [Int'l Joint Research] コロラド州立大学/モンタナ大学(米国)
• [Int'l Joint Research] インドネシア国立科学院 BRIN(インドネシア)
• [Int'l Joint Research] コロラド州立大学/モンタナ大学(米国)
• [Journal Article] Geomorphic context in process-based river restoration (2024)
  • Author(s): Ellen Wohl, Sara Rathburn, Sarah Dunn, Emily Iskin, Aaron Katz, Anna Marshall, Mickey Means-Brous, Julianne Scamardo, Shayla Triantafillou, Hiromi Uno
  • Journal Title: River Research and Application Volume: 40 Issue: 3 Pages: 322-340
  • DOI: 10.1002/rra.4236
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multipath ecological influence of an iteroparous fish migration from Lake Biwa to an alluvial stream (2023)
  • Author(s): Akira Kurasawa, Yuji Onishi, Keisuke Koba, Keitaro Fukushima, Hiromi Uno
  • Journal Title: Freshwater Biology Volume: 68 Issue: 8 Pages: 1400-1412
  • DOI: 10.1111/fwb.14112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Why wood should move in rivers (2023)
  • Author(s): Ellen Wohl, Hiromi Uno, Sarah B. Dunn, John T. Kemper, Anna Marshall, Mickey Means-Brous, Julianne E. Scamardo, Shayla P. Triantafillou
  • Journal Title: River Research and Applications Volume: - Issue: 6 Pages: 976-987
  • DOI: 10.1002/rra.4114
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ecological Heterogeneity of Oxbow and Floodplain Lakes Along the Kapuas Riverine System (2022)
  • Author(s): L Subehi, Hiromi Uno, , Imroatushshoolikhah1, Imroatushshoolikhah, Sulastri, Yustiawati, R L Toruan1, GS Ajie, T Jasalesmana, A Dianto, A Y Afandi, F Sulawesty, A Julzarika, YRamadhan, Triwati, S Nakano
  • Journal Title: IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci Volume: 1062 Issue: 1 Pages: 012019-012019
  • DOI: 10.1088/1755-1315/1062/1/012019
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three years in the dark: life-history traits of amphibiotic stonefly, Alloperla Ishikariana (Plecoptera, Chloloperlidae) (2022)
  • Author(s): Junjiro Negishi, MK Alam, MATMT Rahman, R Kawanishi, Hiromi Uno, G Yoshinari, K Tojo
  • Journal Title: Hydrobiologia Volume: 849 Issue: 19 Pages: 4203-4219
  • DOI: 10.1007/s10750-022-04976-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct and indirect effects of amphidromous shrimps on nutrient mineralization in streams in Japan (2022)
  • Author(s): Uno Hiromi、Fukushima Keitaro、Kawamura Mariko、Kurasawa Akira、Sato Takuya
  • Journal Title: Oecologia Volume: 198 Issue: 2 Pages: 493-505
  • DOI: 10.1007/s00442-022-05119-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spatially variable hydrological and biological processes shape diverse post‐flood aquatic communities (2021)
  • Author(s): Uno Hiromi、Yokoi Mizushi、Fukushima Keitaro、Kanno Yoichiro、Kishida Osamu、Mamiya Wataru、Sakai Rei、Utsumi Shunsuke
  • Journal Title: Freshwater Biology Volume: 67 Issue: 3 Pages: 549-563
  • DOI: 10.1111/fwb.13862
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Floodplain geomorphology shaped by riparian trees support diverse aquatic biota (2024)
  • Author(s): Hiromi Uno
  • Organizer: 日本生態学会
• [Presentation] Large wood supports hydrologically variable floodplain environments and aquatic biodiversity (2023)
  • Author(s): Hiromi Uno, Ellen Wohl
  • Organizer: Society for Freshwater Sciences (SFS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Aquatic and Riparian Biodiversity in Natural Multithread River Supported by Channel Dynamics (2023)
  • Author(s): Hiromi Uno, Anna Marshall, Robert Hall, Ellen Wohl
  • Organizer: American Geological Union (AGU)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 遡上魚が排泄するアンモニウムと河川生物の窒素同位体比 (2023)
  • Author(s): 大西雄二、倉澤央 、宇野裕美 、福島慶太郎、木庭啓介
  • Organizer: 日本生態学会
• [Presentation] Seasonal re-assembly of post-flood aquatic communities driven by landscape and local environment (2023)
  • Author(s): Hiromi Uno, Shunsuke Utsumi, Kentaro Morita, Osamu Kishida, Korshed Alam, Junjiro Negishi
  • Organizer: 日本生態学会
• [Presentation] Sequential seasonal migration of diverse fishes as a major source of nutrients in a stream ecosystem (2022)
  • Author(s): Hiromi Uno, Akira Kurasawa, Yuji Onishi, Keitaro Fukushima, Keisuke Koba
  • Organizer: INTECOL
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spatial heterogeneity buffers the impacts of various floods on floodplain aquatic communities (2022)
  • Author(s): Hiromi Uno, Kentaro Morita, Osamu Kishida, Shunsuke Utsumi, Junjiro Negishi
  • Organizer: JASM Joint Aquatic Science Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Direct and indirect effects of amphidromous shrimps on nutrient mineralization in streams in Japan (2022)
  • Author(s): Hiromi UNO（Hokkaido University）, Keitaro FUKUSHIMA（Kyoto University）, Mariko KAWAMURA（Kyoto University）, Akira KURASAWA（Kyoto University）, Takuya SATO（Kyoto University）
  • Organizer: 日本生態学会
• [Presentation] Effect of migratory fishes from Lake Biwa on stream communities (2022)
  • Author(s): Akira KURASAWA（Kyoto University）, Yuji ONISHI（Kyoto University）, Keitaro FUKUSHIMA（Kyoto University）, Keisuke KOBA（Kyoto University）, Hiromi UNO（Hokkaido University）
  • Organizer: 日本生態学会
• [Presentation] Stable nitrogen isotopic signatures of ammonium in fish excretion and stream waters. (2022)
  • Author(s): Yuji ONISHI（Kyoto University）, Hiromi UNO（Hokkaido University）, Akira KURASAWA（Kyoto University）, Keitaro FUKUSHIMA（Kyoto University）, Keisuke KOBA（Kyoto University）
  • Organizer: 日本生態学会
• [Book] 海産無脊椎動物多様性学 : 100年の歴史とフロンティア (2022)
  • Author(s): 朝倉彰,下村通誉ほか
  • Total Pages: 697
  • Publisher: 京都大学学術出版会
  • ISBN: 9784814004492