2022 Fiscal Year Annual Research Report
How does the seasonal and interannual variations in methane emission respond to the eutrophication in a shallow lake?
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21H02315
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
岩田 拓記 信州大学, 学術研究院理学系, 准教授 (10466659)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
朴 虎東 信州大学, 学術研究院理学系, 教授 (20262686)
宮原 裕一 信州大学, 学術研究院理学系, 教授 (80311330)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | メタン / 渦相関法 / 湖 / 溶存メタン濃度 / 培養実験 / 富栄養化 / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
浅い湖沼は重要な温室効果ガスであるメタンの放出源である．湖からのメタン放出は温度などの物理環境要因だけでなく，富栄養化に伴う堆積層への有機炭素供給の増加などの生物地球化学的要因によっても影響を受けることが提案されている．本研究は，メタン放出の連続測定，堆積層への有機物供給及び水質測定，堆積物中のメタン生成実験を融合することで，湖の栄養レベルの変化が大気へのメタン放出の季節・年次変化にどのように，そしてどの程度影響するかを明らかにすることを目的としている．
2022年度には，渦相関法によるメタン放出量，気象・湖内環境の連続測定，定期的な溶存メタン濃度の観測，水質観測を実施した。衛星データを用いて有機物供給源のひとつである水生植物分布の特定を行った．また、湖底堆積物中におけるメタン生成が藍藻添加に対してどのように応答するかを明らかにするために，培養実験を実施した．
データ解析から、以下のことが明らかとなった。（１）これまでの7年間のメタン放出データを取りまとめ，その経年変化が水生植物繁茂面積と関係していることを明らかにし，水生植物の根からの堆積物への炭素供給がメタン放出の年変動に関係している可能性を示した．（２）衛星データとランダムフォレストモデルを用いることでヒシの分布の季節変化を推定できることを示した．（３）渦相関法で測定したメタン放出を拡散とバブルによる放出に分離する手法の検証を行い、その妥当性を示した．（４）藍藻，珪藻，水生植物を添加した堆積物ではメタン生成速度が有意に増加することを示した．
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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
本研究課題で計画していた研究は順調に実施できている．
メタン放出や気象・湖内環境の連続観測は最大限欠測の無いように実施しており，季節変化や年々変動を明らかにするデータの取得ができている．メタン放出の年々変動を説明する要因の解析も進めており，それにより夏のメタン放出量が年によって異なり、水生植物繁茂量と相関しているが明らかとなった．計画になかった有機物供給源のひとつである水生植物の繁茂面積の評価方法を確立できた．
渦相関法によるメタン放出測定はそもそも欠測を含むものであるが、その補間をランダムフォレストモデルを用いて行うことを検討した．また，拡散放出とバブル放出に分離する手法の検証のために、独立したメタン拡散放出観測を実施し、その比較により妥当性を示した．
水質および堆積層への有機炭素供給の観測も継続して実施できている．クロロフィルa濃度の測定は湖心に加えて沿岸帯でも開始した．
藍藻添加の培養実験については予定よりも早く実施できており，藍藻、珪藻、水生植物であるヒシやクロモの添加がメタン生成速度を有意に上昇させることがわかった．次年度は異なる温度での培養実験を計画している．
メタン放出に関連する窒素循環に関して、諏訪湖からの一酸化二窒素の放出量の測定を実施し，その日変化や季節変化を明らかにした．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も予定通り計画を進めて，観測の継続をおこなう．それに加えて，有機物供給源である水生植物の分布面積の変化を確立した手法を用いて推定することを予定している．メタン放出データの欠測補間を行い，季節単位や年単位での放出量の変動の解析を実施する．
培養実験においてはこれまでに凍結乾燥した分解しやすい状態の有機物を添加していたが，それに加えて生の有機物を添加し，メタン生成が開始されるのに要する時間の評価を行う．また，温度と有機物添加のメタン生成に対する相乗効果の有無について実験で明らかにする予定である．
藍藻添加に対するメタン生成の応答，諏訪湖からの一酸化二窒素放出に関して論文にまとめる予定である．
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