水界生物群集に及ぼすpCO_2のストイキオメトリー効果に関する研究

• 研究課題/領域番号: 15370010
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生態・環境
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 占部 城太郎 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (50250163)
• 研究分担者: 日野 修次 山形大学, 理学部, 助教授 (10272056) ; 伴 修平 滋賀県立大学, 環境科学部, 助教授 (50238234) ; 千葉 聡 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 助教授 (10236812)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 15,200千円 (直接経費: 15,200千円); 2005年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円); 2004年度: 5,500千円 (直接経費: 5,500千円); 2003年度: 6,500千円 (直接経費: 6,500千円)
• キーワード: 湖沼 / 二酸化炭素 / プランクトン / 集水域 / 溶存有機体炭素 / 生態系 / 炭素収支 / 生物群集 / CO_2 / 溶存炭素有機物 / CO2

研究概要

本研究は、1)集水域の土地利用と湖沼生態系の二酸化炭素分圧(pCO2)との関係を把握し、2)pCO2変化に伴う種間相互作用や物質転換効率の変質過程を生態化学量論の視点から明らかにすることで、3)地球・地域環境変化に伴う湖沼生物群集の応答予測を行うことを目的としている。この目的のため、前年度に引き続き湖沼調査を実施し、調査結果を強化するとともにGISを用いて集水域を解析し、湖沼pCO2への被覆・土地利用の影響を解析した。主成分分析により各湖沼の集水域の被覆・土地利用特性を数量化し、湖沼の物理・化学・生物パラメータとともに共分散構造分析を行ったところ、集水域に針葉樹林が広がる湖沼では溶存有機態炭素の流入が相対的に多く、これを従属栄養生物が直接・間接的に利用して無機化するためpCO2が増加することがわかった。しかし、集水域に田畑・市街地を多く含む湖沼では、栄養塩流入が相対的に高くなるため一次生産が活発となってCO2を吸収するため、pCO2は大気よりも低くなる。すなわち、湖沼の炭素代謝は栄養塩と溶存有機態炭素の流入バランス(化学量)に強く依存し、それらは集水域の被覆・土地利用を反映していることが示唆された。
また、このような湖沼のpCO2変動に対する生物群集への応答を調べる、CO2濃度を操作したマイクロコズム実験を実施した。その結果、pCO2の変化に対する藻類の応答やその藻食プランクトンへの化学量効果は、藻類分類群によって異なることが示された。すなわち、ラン藻類ではpCO2の変化に応答は小さく、藻食プランクトンの餌としての価値も小さいものであったが、緑藻や珪藻類ではpCO2の変化に成長速度や化学量が鋭敏に応答し、藻食プランクトンの餌としての価値はpCO2濃度によって大きく変わることが明らかとなった。湖沼のpCO2の挙動はこれまで殆ど注目されてこなかったが、集水域の土地利用を指標する一方、湖沼の食物網にも強く栄養を及ぼすものであることが、本研究により示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Metabolic Stoichiometry and the fate of excess carbon and nutrients in consumers (2005)
  • 著者名/発表者名: Anderson, T.R., D.O.Hessen, J.J.Elser, J.Urabe
  • 雑誌名: American Naturalist 165 ページ: 1-15
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The production-to-respiration ratio and its implication in Lake Biwa, Japan. (2005)
  • 著者名/発表者名: Urabe J.他
  • 雑誌名: Ecological Research 143 ページ: 537-547
  • NAID: 130007012737
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Genotype x environment interactions, stoichiometric food quality effects, and clonal coexistence in Daphnia pulex. (2005)
  • 著者名/発表者名: Weider, L.J., W.Makino, K.Acharya, K.L.Glenn, M.Kyle, J.Urabe, J.J.Elser
  • 雑誌名: Oecologia 143 ページ: 537-547
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Ontogenetic changes in vertical distribution of an endemic amphipod, Jesogammarus annandalei, in Lake Biwa, Japan. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, T., J.Urabe
  • 雑誌名: Arch. Hydrobiol 164 ページ: 465-478
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Colloquium on diatom-copepod interactions. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ban, S.他
  • 雑誌名: Mar. Ecol. Prog. Ser 286 ページ: 645-654
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 大規模野外操作実験の意味と意義 (2005)
  • 著者名/発表者名: 田中健太, 占部城太郎
  • 雑誌名: 日本生態学会誌 55 ページ: 494-496
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The production-to-respiration ratio and its implication in Lake Biwa, Japan. (2005)
  • 著者名/発表者名: Urabe J., T.Yoshida, T.B.Gurung, T.Sekino, N.Tsugeki, K.Nozaki, M.Maruo, E.Nakayama, M.Nakanishi.
  • 雑誌名: Ecological Research 20 ページ: 367-375
  • NAID: 130007012737
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Ontogenetic changes in vertical distribution of an endemic amphipod, Jesogammarus annandalei, in Lake Biwa, Japan. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, T., J.Urabe
  • 雑誌名: Arch.Hydrobiol. 164 ページ: 465-478
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Colloquium on diatom-copepod interactions. (2005)
  • 著者名/発表者名: Paffenhofer, G.A., A.Ianora, A.Miralto, J.T.Turner, G.S.Kleppel, M.Ribera, dEUAlcala, R.Casotti, G.S.Caldwell, G.Pohnert, A.Fontana, D.Muller-Navarra, S.Jonasdottir, V.Armbrust, U.Bamstedt, S.Ban, M.G.Bentley, M.Boersma, M.Bundy, I.Buttino, A.Calbet, F.Carlotti, Y.Carotenuto, G.dEUIppolito, B.Frost, C.Guisande, W.Lampert, R.F.Lee, S.Mazza, M.G.Mazzocchi, J.C.Nejstgaard, S.A.Poulet, G.Romano, V.Smetacek, S.Uye, S.Wakeham, S.Watson, T.Wichard
  • 雑誌名: Mar.Ecol.Prog.Ser. 286 ページ: 293-305
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Perspectives forward development of large-scale field experiment in Japan. (in Japanese) (2005)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, K., J.Urabe
  • 雑誌名: Japanese Journal of Ecology 55 ページ: 524-529
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The production-to-respiration ratio and its implication in Lake Biwa, Japan. (2005)
  • 著者名/発表者名: Urabe J. 他
  • 雑誌名: Ecological Research 20 ページ: 367-375
  • NAID: 130007012737
• [雑誌論文] Ontogenetic changes in vertical distribution of an endemic amphipod, Jesogammarus annandalei, in Lake Biwa, Japan. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, T., J.Urabe
  • 雑誌名: Arch.Hydrobiol 164 ページ: 465-478
• [雑誌論文] 大規模野外操作実験の意味と意義 (2005)
  • 著者名/発表者名: 占部城太郎, 田中健太
  • 雑誌名: 日本生態学会誌 55 ページ: 494-496
• [雑誌論文] 日本の大規模野外操作実験の展望 (2005)
  • 著者名/発表者名: 田中健太, 占部城太郎
  • 雑誌名: 日本生態学会誌 55 ページ: 524-529
• [雑誌論文] Metabolic Stoichiometry and the fate of excess carbon and nutrients in consumers (2005)
  • 著者名/発表者名: Anderson, T.R, D.O.Hessen, J.J.Elser, J.Urabe
  • 雑誌名: Am.Nat 165 ページ: 1-15
• [雑誌論文] Long-term changes in the abundance of Jesogammarus annandalei (Tattersall) in Lake Biwa. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, T., T.Narita, J.Urabe
  • 雑誌名: Limnol.Oceanogr 49 ページ: 1840-1847
• [雑誌論文] Seasonal changes in silicon contents of diatoms analogized from the ratio of particle silicon to diatom standing crop under silicon sufficiency in the diatoms-rich Lake Barato. (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Takano, S.Igarashi, S.Hino
  • 雑誌名: Limnology 5 ページ: 115-120
• [雑誌論文] Hydration structure around the carboxyl group studied by neutron diffraction with ^<12>C/^<13>C and H/D isotopic substitution methods. (2004)
  • 著者名/発表者名: Y, Janedam, S, Gubim et ak
  • 雑誌名: Journal.of Solution Chemistry 33 ページ: 729-741
• [図書] 地球環境と生態系 : 陸域生態系の科学 (2006)
  • 著者名/発表者名: 武田博清, 占部城太郎
  • 総ページ数: 267
  • 出版者: 共立出版
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Land Ecosystem Sciences under Global Changes. (in Japanese) (2006)
  • 著者名/発表者名: Takeda, H., J.Urabe (eds)
  • 総ページ数: 267
  • 出版者: Kyoritsu Shuppan
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] The geology, Biodiversity and Ecology of Hovsgol (Mongolisa), Chapter 24 Some biological and chemical characteristics of Lake Hovsgol. (2006)
  • 著者名/発表者名: Urabe J.他(分担執筆)
  • 出版者: Backhuys Publishers, Leiden
• [文献書誌] Urabe, J.: "Stoichiometric impacts of increased carbon dioxide on a planktonic herhivore"Global Change Biology. 9. 818-825 (2003)
• [文献書誌] 占部城太郎: "プランクトン群集の栄養動態と環境変化の化学量効果"日本プランクトン学会誌. 50. 91-98 (2003)
• [文献書誌] Ban, S.: "Stay cool : Habitat selection of a cyclopoid copepod in a north temperate oligotrophic lake"Freshwater Biol. 50. 1551-1562 (2003)
• [文献書誌] Ban, S.: "Microbial communities in oligotrophic Lake Toya, Japan"Limnology. 4. 19-24 (2003)
• [文献書誌] Hino, S.: "Seasonal dynamics of carbon stable isotope ratios of particulate organic matter and benthic diatoms in strongly acidic Lake Katanuma"Freshwater Biol. 33. 87-94 (2003)
• [文献書誌] Hino, S.: "Causation of reversal simultaneity for diatom biomass and density of Phormidium tenue"Aquatic Microbial Ecology. 4. 73-78 (2003)