Maximization of freshwater blue carbon sequestration in a lake

• Project Area: Digital biosphere: integrated biospheric science for mitigating global environment change
• Project/Area Number: 22H05726
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (IV)
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 中山 恵介 神戸大学, 工学研究科, 教授 (60271649)
• Project Period (FY): 2022-06-16 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥19,370,000 (Direct Cost: ¥14,900,000、Indirect Cost: ¥4,470,000); Fiscal Year 2023: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000); Fiscal Year 2022: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
• Keywords: 淡水カーボン / 成層 / 淡水湖沼 / 水草 / 炭素フラックス / ブルーカーボン / SAV / hydrodynamic / 水中カメラ / 淡水ブルーカーボン / 陸水

Outline of Research at the Start

カーボンオフセットやカーボンニュートラルの推進を目指し，沿岸域における「ブルーカーボン研究」が世界的に成されている．一方，世界の沿岸域に対して約2倍以上の面積を有する湖沼においては，これまで陸水は炭素の放出源と考えられていた中，最新の研究により，大量の炭素が吸収されていることが明らかにされつつある．湖内全域における炭素吸収ポテンシャルを正確に見積もるためには，水生生物や植物の空間スケールを考慮しつつ，正味でどの程度炭素が吸収されているかを明らかにしなくてはならない．そこで本研究では，主要な炭素の吸収源である水草や藻類が，どの程度炭素を吸収しているかを定量定期に解明することを目的とする．

Outline of Annual Research Achievements

地球温暖化ガスの貯留によるカーボンニュートラルの達成を目指し，沿岸域における「ブルーカーボン研究」が世界的に成されている．世界における浅海沿岸域の面積は約200km^2であり，かなりのポテンシャルを有していることがわかる．一方で，世界における湖沼などの滞留域と考えられる淡水域の面積は，約500km^2であり２倍以上である．過去の研究において，森林等からの炭素の大量の流入により，多くの湖沼は二酸化炭素の排出源だと示されたこともあり，近年まで吸収源としての研究はほとんど存在しなかった．しかし，近年の研究成果において，栄養レベルが中程度以上であれば，水生植物の光合成の効果により二酸化炭素の吸収源になっていることが示された．淡水湖沼を対象とし，空間スケールを考慮した水草および藻類による炭素吸収量，底質からの炭素フラックス量，水草や藻類の打ち上げによる系外への炭素の除去量を定量的に評価する手法を開発することを目的とした．
対象としたのは北海道中心に位置する阿寒湖である．全国における湖沼の水草は，漁業の邪魔者として除伐を進められてきた結果，ほとんどの湖沼で存在しなくなった．水草が存在している有名な湖沼は，琵琶湖の南湖を除けば，ほとんどが北海道と東北の湖沼であり，阿寒湖はそのうちの代表的な湖の一つである．まず，呼吸・光合成による炭素放出・吸収量を計測するために，水中二酸化炭素分圧の直接計測を行った．その際，水温チェーンも設置し，成層流動場との関係についても計測した．続いて，風波や吹送流による水草や藻類の打ち上げによる系外への炭素の除去量を定量的に解明するため，インターバルカメラによる計測も実施した．その結果，水草が存在することにより特殊な成層場が発生し，その結果，夏季における光合成の効果により，水草帯における水中二酸化炭素分圧が大きく低下し，大気から二酸化炭素を吸収していることがわかった．

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] The University of Western Australia(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] China Medical University/Academia SINICA(中国)
• [Int'l Joint Research] The University of Waterloo(カナダ)
• [Journal Article] Conceptual models of dissolved carbon fluxes in a two-layer stratified lake: interannual typhoon responses under extreme climates (2023)
  • Author(s): Lin Hao-Chi、Nakayama Keisuke、Tsai Jeng-Wei、Chiu Chih-Yu
  • Journal Title: Biogeosciences Volume: 20 Issue: 20 Pages: 4359-4376
  • DOI: 10.5194/bg-20-4359-2023
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Carbon dioxide uptake in a eutrophic stratified reservoir: Freshwater carbon sequestration potential (2023)
  • Author(s): Sakaguchi Jinichi、Nakayama Keisuke、Komai Katsuaki、Kubo Atsushi、Shimizu Taketoshi、Omori Junpei、Uno Kohji、Fujii Tomoyasu
  • Journal Title: Heliyon Volume: 9 Issue: 10 Pages: e20322-e20322
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e20322
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Editorial: Carbon dynamics in freshwater, coastal and oceanic ecosystems in response to the SDG goals (2023)
  • Author(s): Tsai Jeng-Wei、Nakayama Keisuke
  • Journal Title: Frontiers in Marine Science Volume: 10 Pages: 1212305-1212305
  • DOI: 10.3389/fmars.2023.1212305
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ASSESSMENT OF PATCH SIZE’S IMPACT ON CARBON ABSORPTION BY SUBMERGED AQUATIC VEGETATION (2023)
  • Author(s): MATSUMURA Keita、NAKAYAMA Keisuke、SHINTANI Tetsuya、MATSUMOTO Hiroki
  • Journal Title: Japanese Journal of JSCE Volume: 79 Issue: 18 Pages: n/a
  • DOI: 10.2208/jscejj.23-18158
  • ISSN: 2436-6021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ESTIMATING ANNUAL CARBON DIOXIDE SEQUESTRATION USING THE EQUATION OF DIC METABOLISM (2023)
  • Author(s): MARUYAMA Momoka、NAKAYAMA Keisuke、SHIMIZU Taketoshi、KOMAI Katsuaki
  • Journal Title: Japanese Journal of JSCE Volume: 79 Issue: 18 Pages: n/a
  • DOI: 10.2208/jscejj.23-18124
  • ISSN: 2436-6021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Perceptions of practitioners on the importance and achievement of research and social implementation activities on marine and freshwater carbon (2023)
  • Author(s): Watanabe Satoshi、Maruya Yasuyuki、Yano Shinichiro、Nakayama Keisuke
  • Journal Title: Frontiers in Marine Science Volume: 9 Pages: 1036248-1036248
  • DOI: 10.3389/fmars.2022.1036248
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Spatially Integrated Dissolved Inorganic Carbon (SiDIC) Model for Aquatic Ecosystems Considering Submerged Vegetation (2023)
  • Author(s): Nagatomo K.、Nakayama K.、Komai K.、Matsumoto H.、Watanabe K.、Kubo A.、Tada K.、Maruya Y.、Yano S.、Tsai J. W.、Lin H. C.、Vilas M.、Hipsey M. R.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Biogeosciences Volume: 128 Issue: 2 Pages: 1-22
  • DOI: 10.1029/2022jg007032
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Breather interactions in a three-layer fluid (2023)
  • Author(s): Nakayama K.、Lamb K.G.
  • Journal Title: Journal of Fluid Mechanics Volume: 957 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1017/jfm.2023.1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ASSESSMENT OF SAV COLONY’S IMPACTS ON FLOW USING LABORATORY EXPERIMENTS AND NUMERIC SIMULATIONS (2022)
  • Author(s): MATSUMURA Keita、MATSUMOTO Hiroki、NAKAYAMA Keisuke、TADA Kazufumi、SHINTANI Tetsuya、YOSHIMURA Hideo
  • Journal Title: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B3 (Ocean Engineering) Volume: 78 Issue: 2 Pages: I_853-I_858
  • DOI: 10.2208/jscejoe.78.2_I_853
  • ISSN: 2185-4688
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The impacts of the hydraulic retention effect and typhoon disturbance on the carbon flux in shallow subtropical mountain lakes (2022)
  • Author(s): Lin Hao-Chi、Tsai Jeng-Wei、Tada Kazufumi、Matsumoto Hiroki、Chiu Chih-Yu、Nakayama Keisuke
  • Journal Title: Science of The Total Environment Volume: 803 Pages: 150044-150044
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.150044
  • NAID: 120007162587
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Influence of patch size on hydrodynamic flow in submerged aquatic vegetation (2022)
  • Author(s): Matsumura K.、Nakayama K.、Matsumoto H.
  • Journal Title: Frontiers in Marine Science Volume: 9 Pages: 1001295-1001295
  • DOI: 10.3389/fmars.2022.1001295
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Numerical analysis of breathers (2022)
  • Author(s): K. Nakayama, K. G. Lamb
  • Organizer: International Symposium on Stratified Flow, IX
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Super submerged aquatic vegetation model in a stratified fluid (2022)
  • Author(s): H. Matsumoto, K. Matsumura, K. Nakayama, K. Komai, K. Tada
  • Organizer: Proceedings of International Conference of Coastal Engineering, Turbulence and Mixing
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Developing a two-layer conceptual model for monthly DIC and DOC stoichiometry considering interannual typhoon responses in a subtropical small lake, Taiwan (2022)
  • Author(s): Hao-Chi Lin, Chih-Yu Chiu, Jeng-Wei Tsai, and Keisuke Nakayama
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research