2013 Fiscal Year Annual Research Report
海域特性を示す食物連鎖の同位体効果に基づいた海洋生態系モデルの構築
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23310020
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
相田 真希 独立行政法人海洋研究開発機構, 地球環境変動領域, 技術主任 (90463091)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
喜多村 稔 独立行政法人海洋研究開発機構, 海洋・極限環境生物圏領域, 技術研究主任 (00392952)
小針 統 鹿児島大学, 水産学部, 准教授 (60336328)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 海洋生態系 / 安定同位体比 / 食物連鎖 / 環境動態モデル / 物質循環 |
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| Research Abstract |
近年、生態系の食物連鎖構造を知る手段として、安定同位体比（δ15N、δ13C）を用いた研究が広く使われてきている。代表者らが見出した、陸域、海域、水域など異なる生態系間でδ15N/δ13Cの傾きに共通性があるという新たな知見（Aita et al., 2011; Wada et al., 2013）に加え、「窒素・炭素の同位体効果は、一次生産者の代謝過程が上位のTLにまで影響を与える重要な役割を果たしている」という事実のもと、本研究課題では、観測・モデル・検証の統合による次世代海洋生態系モデル構築のためのブレークスルーを目指すこと目的としている。本研究では、生態系モデルを窒素・炭素安定同位体比の変動によって検証できる基盤技術や、それを用いた方法論の進展を意図した。このために、１．西部北太平洋域亜熱帯（S1)、亜寒帯域（K2)における食物連鎖と同位体効果の比較、２．海洋生態系-数値モデルをSI(Stable Isotope)法によって検証する方法を確立することを軸に、食物網と物質循環を含めた同位体海洋生態系モデルの構築と、上記統合に新しい視座を提起する。
平成25年度は、１．について、これまでに季節的に採集を行ったＳ１（表層～1,000m深）の生物試料の種分類作業と、窒素・炭素安定同位体比及び炭素・窒素全量測定を実施し概ね終了した。平成25年度はメソ動物プランクトン群集を中心に群集構造と動態の季節的な違いについて、同位体比を使って動物プランクトン群集の栄養動態が時空間的にどのように変動をするのか解析と検証を行った。その結果、S1で窒素固定の影響を受けていることが示唆された。一方、２．の海洋生態系モデルについて、１．で得られた実海洋観測の知見と同位体比の結果から、低次生態系モデルフレームの作成を行った。また平成26年度に実施する数値実験に向け、3次元海洋大循モデル（物理モデル）の開発と改良を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成25年度は主にS1（西部北太平洋亜熱帯域）で季節及び鉛直的に採集した動物プランクトン試料の分類と同位体比測定を実施した。平成25年度までにK2及びS1の動物プランクトン試料（約1800）を229種（K2=83種,S1=146種）に分類し、約5200データに及ぶδ15N,δ13C及びT-CNの測定を行い、概ね完了した。亜寒帯と亜熱帯という環境が異なる海域、低次食物網を種別に分類、且つ表層から中深層、季節変化まで追った窒素・炭素同位体比データというのは世界的に見ても多くはないため、データベースとして貴重なデータとなりうると考えられる。
食物連鎖全体が持つΔδ15N/Δδ13Cについて、Aita et al., 2011の結果に本課題で得られたK2及びS1の測定結果（表層～150m）を含めても、海域間に有意な差が無いことが統計的な解析から得られた。また、同位体比を使った動物プランクトン群集の栄養動態と時空間分布の変動解析では、表層付近のメソ動物プランクトン群集における食物網構造は基礎生産と同調している一方で、S1では窒素固定の影響を受けていること等が示唆された。今後、平成24年度までに得られているδ15N（NO3+NO2）や、同航海で得られている観測測定結果を交え、更なる検証を行っていく予定である。
一方、海洋生態系モデルでは、これまでに得られた実海洋観測の知見と同位体比の結果から、低次生態系モデルNEMUROを基に低次生態系モデルのフレームの作成を行った。また平成26年度に実施する同位体を含めたシミュレーション実験に向け、3次元海洋大循モデル（東大・大気海洋研で開発された物理モデル）を代表者が所属する機構内のスパコン上へ移植し、NEMUROの結合を実施した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度は本課題の最終年度である。
物理及び栄養塩環境が大きく異なるK2及びS1で得られた動物プランクトンの窒素・炭素安定同位体比を用いて、同位体比からみた食物連鎖の比較検証を表層～中深層別に行う。また季節的および鉛直的に採集・測定し得られたデータ（窒素・炭素安定同位体比、窒素・炭素全量）をデータベース化し、本課題終了時に誌上もしくは所属機関のウェブサイト上で公開を行えるよう準備する。また実海域データから得られた知見に基づき、海洋生態系モデルを再構成及び数値実験を実施する。観測～モデル化～検証を統一的に行うことによって、これまでの海洋物質循環モデルから“生態系”を意識した海洋生態系モデル構築へシフトするための新しい視座を提起する。
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