海草の形態変動のモデル化と海草藻場炭素動態モデルへの発展

• 研究課題/領域番号: 20K14835
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分22040:水工学関連
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 吉開 仁哉 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 研究員 (60814994)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 生態系モデリング / 海草 / バイオマス / 植生抵抗 / ブルーカーボン / マングローブ / 成長解析

研究開始時の研究の概要

本研究では、熱帯・亜熱帯域に生息する海草種を対象に、光量や海水・土壌間隙水栄養塩濃度などに応じた地上部（葉）・地下部（地下茎・根）バイオマス比の変動を予測可能な数理モデルを構築する。そして開発したモデルを、沿岸域炭素動態モデルに組み込むことで、海草藻場における炭素固定機能の評価が可能なモデルへと発展させ、様々な環境下での海草藻場における炭素動態の解明を目指す。

研究実績の概要

最終年度には、前年度までに開発した海草藻場・マングローブ域の流動ー土砂・有機物輸送モデルを用いて、植生あり・なしでの土砂・有機物輸送に関するシナリオ解析を行うことで、植生抵抗が底質土砂および土壌炭素の保持に大きな役割を果たしていることを定量的に示すことに成功した。
本研究では補助事業期間を通し、海草藻場生態系に加え、海草藻場とともにブルーカーボン生態系の主要構成要素の一つであるマングローブ林生態系まで研究対象を広げ、これら生態系によるブルーカーボンの吸収・貯蓄において重要なプロセスと考えられる藻場・森林スケールでのバイオマス動態及び植生抵抗に伴う浮遊土砂・有機物のトラッピングのモデル化を行った。
特に、光環境や栄養塩濃度、またマングローブ林の場合には土壌塩分といった環境要因に対する海草藻場・マングローブ林生態系の応答が評価可能な、ブルーカーボン生態系バイオマス動態モデルを開発することに成功した。さらに、地上部・地下部のバイオマス分配モデルに、成長量を最大化させるアルゴリズムを組み込むことで、環境要因に対する地上部・地下部バイオマス比の動態を評価可能なモデルへと発展させ、また文献から得られる変動パターンと定質的に一致する結果が得られた。また、植生抵抗に関する現地計測を行い、そこで得られたデータを元に、海草藻場・マングローブ林の双方に適用可能な新しい植生流水抵抗・乱流モデルを開発した。さらにそれを既存の海水流動モデルに組み込むことで、ブルーカーボン生態系における浮遊土砂・有機物輸送モデルへと発展させ、植生抵抗によるブルーカーボン生態系における土壌炭素保持機能を定量的に示した。これら成果は、今後ブルーカーボン生態系における土壌炭素動態モデルを開発する上で不可欠な要素であり、気候変動下におけるブルーカーボン動態の包括的な評価・将来予測へと発展させ得るものと期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Field Measurement and Prediction of Drag in a Planted Rhizophora Mangrove Forest (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshikai Masaya、Nakamura Takashi、Bautista Dominic M.、Herrera Eugene C.、Baloloy Alvin、Suwa Rempei、Basina Ryan、Primavera‐Tirol Yasmin H.、Blanco Ariel C.、Nadaoka Kazuo
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Oceans 巻: 127 号: 11 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1029/2021jc018320
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Predicting mangrove forest dynamics across a soil salinity gradient using an individual-based vegetation model linked with plant hydraulics (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshikai Masaya、Nakamura Takashi、Suwa Rempei、Sharma Sahadev、Rollon Rene、Yasuoka Jun、Egawa Ryohei、Nadaoka Kazuo
  • 雑誌名: Biogeosciences 巻: 19 号: 6 ページ: 1813-1832
  • DOI: 10.5194/bg-19-1813-2022
• [雑誌論文] Modeling seagrass bed dynamics under environmental impacts of intensive mariculture activities in Bolinao and Anda, the Philippines (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshikai Masaya、Nakamura Takashi、Tanaka Yoshiyuki、Nakaoka Masahiro、Watanabe Atsushi、Herrera Eugene C.、Tsuchiya Takumi、Miyajima Toshihiro、San Diego-McGlone Maria Lourdes、Fortes Miguel D.、Blanco Ariel C.、Tamondong Ayin M.、Nadaoka Kazuo
  • 雑誌名: Estuarine, Coastal and Shelf Science 巻: 250 ページ: 107152-107152
  • DOI: 10.1016/j.ecss.2020.107152
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Modeling flow and sediment dynamics in an estuarine mangrove forest and adjacent areas: the impact of mangrove forest dynamics on landscape evolution (2023)
  • 著者名/発表者名: Masaya Yoshikai, Takashi Nakamura, Ariel Blanco, Bryan Clark Hernandez, Eugene Herrera, Charissa Ferrera, Franco Almarza, William Dimalanta, Ryan Basina, Gia Albano, Rene Rollon, Rempei Suwa, Raghab Ray, Yasmin Primavera-Tirol, Maria Lourdes San Diego-McGlone, Kazuo Nadaoka
  • 学会等名: EGU General Assembly 2023
  • 国際学会
• [学会発表] . Numerical analysis of tidal flow in mangrove forests using a new drag parameterization accounting for three-dimensional root structures (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉開 仁哉、中村 隆志、古川 恵太、灘岡 和夫
  • 学会等名: , JpGU Meeting 2022、Hybrid (in-person & online)
• [学会発表] Modeling mangrove biomass dynamics influenced by substrate, climate conditions, and tree competition (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshikai Masaya, Nakamura Takashi, Suwa Rempei, Sharma Sahadev, Rollon Rene, Yasuoka Jun, Egawa Ryohei, Nadaoka Kazuo
  • 学会等名: 日本熱帯生態学会大会（JASTE31広島大会）
• [学会発表] Modeling mangrove growth dynamics affected by soil salinity and species composition (2020)
  • 著者名/発表者名: Masaya Yoshikai, Takashi Nakamura, Sahadev Sharma, Jun Yasuoka, Ryohei Egawa, Rempei Suwa, Kazuo Nadaoka
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会