21世紀の環境構造変化に対応できる「琵琶湖標準モデル」の開発-物理・化学・生物の普遍則に立脚した一般性のある予測モデルの新構築-

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10308025
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 中西 正己 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (60025434)
• 研究分担者: 中山 英一郎 滋賀県立大学, 環境科学部, 教授 (50108982) ; 和田 英太郎 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (40013578) ; 川端 善一郎 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (80108456) ; 占部 城太郎 京都大学, 生態学研究センター, 助教授 (50250163) ; 紀本 岳志 (財)海洋化学研究所, 研究主事
• キーワード: 琵琶湖 / 生態系モデル / プランクトン群集 / 食物網 / 多重拡散対流系 / 鉛直分布 / 炭素・窒素・リン / 物質循環

研究概要

琵琶湖で過去10年間に得られた物理・化学・生物のデータをもとに湖沼生態系に関する5つのモデルを構築した。
1.「湖沼生態系の多重拡散対流モデルの開発」
粒子沈降に駆動される熱と懸濁物質の二重拡散対流は表水層の熱とともに、デトリタス、植物プランクトン、動物の糞粒などの粒状物質や他の溶存物質を容易に巻込み、多様な物質が湖内を循環する多重拡散対流系を構成することを明らかにした。動・植物プランクトンを生物粒子として考えた生態モデルを付加して得られた結果は、生態系の季節変化、沿岸から沖帯への植物プランクトンの貫入の可能性、内部静振による沈降速度の変動に伴う植物プランクトンの鉛直分布パターンの違いなどが説明され、物理過程を加えた湖沼生態系モデルに関して一つの方向を示した。
2.「琵琶湖の水温・水質鉛直分布の季節変動モデルの開発」
水温躍層の季節変動が生態系へ大きな影響を及ぼすが、その変動を再現するために従来の運動量方程式に加え、日射などの熱輸送方程式・乱流拡散方程式を結合したものを新たに開発し、水温・栄養塩の季節変動と年変動の再現を試みた。
3.「生態系物質循環モデルの開発」
主要な生元素である炭素、窒素、リンがプランクトン群集内の食物網を通してどのように循環するかを基本にし、生態系物質循環モデルを構築した。食物網を通しての各生元素の挙動は半独立的であることが判った。
4.「植物プランクトンの鉛直分布モデルの開発」
植物プランクトンの鉛直分布は基本的には光・栄養塩のバランスで決まるが、これに水の乱流、拡散項を加えることにより現実的なモデルを作成した。
5.「植物プランクトンとバクテリアの生態系共存モデルの開発」
プランクトン群集の食物網の一つである。微生物連鎖における植物プランクトンとバクテリア関係のあり方を数理生態学的に解析した。

研究成果

• [文献書誌] Nakanishi,M.,Sekino,T.,Kimoto,T.,Tsuda,R.,& Kumagai,M.: "A hypothesis on formation of the subsurface chlorophyll maximum observed in Lake Biwa in summer of 1994."Jpn.J.Limnol.. 60. 125-137 (1999)
• [文献書誌] Gurung,T.B.,Urabe,J.& Nakanishi,M.: "Regulation of the relationship between phytoplankton Scenedesmus acutus and heterotrophic bacteria by balance of light and nutrients."Aquat.Microb.Ecol.. 17. 27-35 (1999)
• [文献書誌] Urabe,J.,Sekino,T.,Nozaki,K.,Tsuji,A.,Yoshimizu,C.,Kagami,M.,Koitabashi,T.,Miyazaki,T.& Nakanishi,M.: "Light, nutrients and primary productivity in Lake Biwa : an evaluation of the current ecosystem situation."Ecological Research. 14. 233-242 (1999)
• [文献書誌] Genkai-Kato,M.,Nozaki,K.,Mitsuhashi,H.,Kohmatsu,Y.,Miyasaka,H.and Nakanishi,M.: "Push-up response of stonefly larvae in low-oxygen conditions."Ecological Research. 15. 175-179 (2000)
• [文献書誌] Urabe,J.,Gurung,T.B.,Yoshida,T.,Sekino,T.,Nakanishi,M.,Maruo,M.and Nakayama,E.: "Diel changes in phagotrophy by Cryptomanas in Lake Biwa."Limnol.Oceanogr.. 45. 1558-1563 (2000)
• [文献書誌] Gurung,T.B.,Nakanishi,M.and Urabe,J.: "Seasonal and vertical difference in negative and positive effects of grazers on heterotrophic bacteria in Lake Biwa."Limnol.Oceanogr.. 45. 1689-1696 (2000)
• [文献書誌] 中西正己: "地球環境学4「水・物質循環系の変化」(pp.229-265地域開発・都市化と水・物質循環の変化)"岩波書店. 343 (1999)