重点共同研究

２．干潟等湿地生態系の管理に関する国際共同研究

〔担当者〕

〔期　間〕
平成１０〜１４年度（１９９８〜２００２年度）

〔目　的〕
　干潟等湿地生態系は鳥類の生息地，越冬地あるいは中継地として国際的にも重要な生態系であるとともに，独特の生物相を有し，生物多様性に富む生態系である。しかしながら，人間の開発行為は湿地生態系に大きなダメージを与えてきたことから，１９７５年には国際的に重要な湿地及びその動植物の保全を進め，湿地の賢明な利用を進めることを目的にラムサール条約が締結された。このような湿地生態系を保全し，持続的利用のために維持管理していくために，欧米では湿地生態系の実態調査研究での知見に基づく評価手法にしたがって，湿地生態系ミティゲーションのためのプロジェクトが実施されている。しかし，このような評価手法は地域性が強く，我が国を含む東アジア地域の干潟，湿地に関しては未だに適切な評価手法が確立していない。そこで本研究では，東アジア地域における干潟・湿地の実態調査研究に基づいて，干潟・湿地生態系の適切な総合評価手法を確立することを目的としている。

〔内　容〕
　本研究では，ロシア，中国，アメリカおよびオランダとの共同で湿地生態系の基本的特性と生物種の存続機構を解明し，これにより得られた知見を基に生態系機能評価モデルにより日本の代表的な湿地生態系において生産，分解機能等の評価を行う。また，米国において湿地生態系の評価に用いられているＨＧＭモデルを，日本，中国およびロシアの湿地に適用し，東アジアの地域性を加味した新生態系総合評価モデルを開発する。
　すなわち，ロシア，中国のアムール・ウスリ川流域湿地（特に三江平原の湿原，水田）−九州地方の湿地（水田，干潟）と日本の代表的湿原である北海道東部の湿原・干潟，尾瀬ヶ原，東京湾岸の干潟などを調査研究フィールドとし，以下のサブ課題に沿って研究を実施する。
（１）干潟等湿地生態系の特性と生物種の存続機構に関する研究
　１）ＧＩＳ解析により干潟等湿地帯の地史的特性，地質構造及び土地利用状況を把握する。
　２）リモートセンシングにより湿地生態系の植生地理学的情報及び水環境情報を把握する。
　３）野外調査により湿地生態系の水文，水質変動特性を把握する。
　４）干潟等湿地生態系における生物の種組成，種個体群の遺伝的多様性，バイオマス及び分布特性について把握する。
　５）湿地生態系生物群集の食物連鎖網を把握する。
（２）湿地生態系の変動予測と管理計画の構築に関する研究
　１）機能評価モデルにより周辺水域の水質変動を評価する。
　２）生態系評価モデル（ＨＧＭ等）を活用して湿地生態系ミティゲーションについて計画検討する。

〔成　果〕
（１）干潟等湿地生態系の特性と生物種の存続機構に関する研究
　湿原河川流域の植生，河川地形，水生生物の相互関係を理解することを目的として，北海道北部の湿原地帯を流れる猿払川流域を調査地域として１９９８年に始めた。春に行った調査では，日本最大の淡水魚で北海道だけに生息するサケ科魚類イトウの産卵場分布をＧＰＳで詳細に踏査し，河川地形とイトウ産卵床分布との関係を定量的に解析した。本調査で確認されたイトウ産卵床の総数は３０９個で，すべての産卵床についてそのサイズや立地条件などのパラメータを計測した。産卵地点の河道幅は最小で１３７ ｃｍ，最大で１，１２１ ｃｍであり，河道幅と産卵床長の間には有意な正の相関が認められた。産卵床は河川内にランダムに分布していたのではなく，何個かの産卵床がまとまり，クラスターをつくって分布していた。そして，それら産卵床のクラスターは河道の屈曲率が比較的高い部分につくられる傾向がシミュレーション解析によって認められた。イトウは蛇行が激しい河道区間を選んで産卵床を設けていた可能性がある。それを説明する要因として考えられるのは，河道の屈曲が造る瀬淵構造である。今回の調査では，湿原河川に生息するイトウという大型淡水魚の産卵環境を例に，河 川の生物と河川地形の関係の一面を明らかにした。
　ＰＣＲによるランダムな増幅，ＴＧＧＥ（温度勾配ゲル電気泳動法），ＤＮＡ塩基配列に基づく，多様性の解析温度勾配ゲル電気泳動法（ＴＧＧＥ法）を用いて野外微生物群集のＤＮＡレベルの多様性解析手法を開発している。野外サンプルには多様な微生物群集が混在するとともに，砂や泥といった非生物粒子が含まれている。ＴＧＧＥ法による解析には可能な限り多様なＤＮＡを回収する必要がある。そこでＤＮＡ抽出条件の検討をはじめに行った。ビーズビータによる細胞破砕とＣＴＡＢ法によるＤＮＡ抽出を同時に行うことで効率よくＤＮＡの回収を行うことができた。さらに１６Ｓｒ ＲＮＡ遺伝子と１８Ｓｒ ＲＮＡ遺伝子各々について，変異領域を含むＤＮＡ断片を得るためのプライマーを設計し，野外ＤＮＡサンプルを用いて，ＰＣＲによるＤＮＡ断片の増幅条件を検討した。
　水田，放棄水田を含めた低層湿地に生息する鼓藻類の一種，ミカヅキモを用いて，生物情報による種の認識を行い，アイソザイム分析による種個体群の遺伝的多様性を調べる手法を検討した。主として放棄水田からなる低層湿地性の生息場と水田管理が行き届いた生息場のミカヅキモ個体群を採取し，クローン培養し，交配実験によって種を同定した後，アイソザイム分析を行った。アクリルアミドゲル電気泳動法を用い４酵素の活性が得られた。これらのうち，２酵素は種内変異がまれかあるいは認められなかった。残りの２酵素では，放棄水田からなる低層湿地性の生息場では変異が認められたが，管理された水田では変異が見られず，人間活動が遺伝的変異に影響を及ぼしていることを示した。これらの結果はまた，種個体群の遺伝的多様性を解析するためにアイソザイム分析が有効であることを示した。
（２）湿地生態系の変動予測と管理計画の構築に関する研究
　アセスメントの際の比較対照となる対照基準地として釧路湿原（４地点），赤井谷地（２地点），戦場ヶ原（２地点）を選択して，湿地の機能パラメータを収集した。１９９８年の調査は６月と６週間後の８月に実施した。各地点５サンプルを採取し，各パラメータの変動幅を求めた。草本群落の最大現存量を刈り取り法によって測定した。方形区内の草本の密度と草丈の測定，土壌環境の測定を行った。脱窒活性を知るため採取した土壌コアサンプルをアセチレンで阻害して，Ｎ₂Ｏガス生成速度を測定した。土壌コアサンプルの間隙水及び抽出水を採取し，栄養塩類の分析を行った。１つは埋設し６週間後に栄養塩類の増減を測定した。それらの差から栄養塩の溶出量を推定した。採取した植物の栄養塩類（窒素，リン）の量を測定した。人工基物として綿布を埋設し，６週間後の分解状態を張力試験で分解活性として評価した。土壌コアサンプルの灼熱減量及び窒素・炭素・リンの含有率の６週間での変化を測定した。参照基準地からのデータから各機能の最大値を求め，その値を１として新評価モデル（略称でＪＨＧＭモデルとする）の０〜１までの数値として表した。
　湿地の機能は様々あると認識されているが，本課題では生産・分解・生物多様性・脱窒能・栄養塩の保持と除去という５つの湿地生態系の機能に焦点を当てて研究を進めた。モデルの開発について多くの検討が必要とされる。５サンプル内の変動幅は８地点間のそれより小さく，場所の異なる湿地を機能面から比較をするのに十分であると考えられた。参照基準地と比較することで影響を評価することが可能になると思われた。
　３地域の湿原（釧路湿原ＫＡ１〜４，赤井谷地ＡＡ１，２，日光戦場が原ＮＡ１，２），計８地点から平板法によりセルロース分解細菌をランダムに分離した。単離された分解菌についていくつかの基本的な性質を調べ，一次的な区分を行った。各地点よりセルロースを含む培地で，計１９８株の細菌（放線菌）を分離し，そのうち，１２１株がセルロース分解能をもっていた。ＫＡ３，ＡＡ２から分離された株にはセルロース分解能を持たない株の頻度が高かった。セルロース分解能を持つ分離株のうち，放線菌は７８株で，細菌は４３株であった。
　サイトにより細菌と放線菌の分離頻度に差が見られた。ＫＡ１，ＫＡ２，ＡＡ１，ＮＡ１は分離されたセルロース分解菌の大部分は細菌であったが，ＫＡ３，ＫＡ４では分離されたセルロース分解菌の大部分は放線菌であった。ＡＡ２，ＮＡ２からは細菌と放線菌の両方が分離された。
　セルロース分解性放線菌はほとんどがタンパク質分解能を持っていた。また，セルロース分解性細菌についてもその多くはタンパク質分解能を持っていたが，ＮＡ１からはタンパク質分解能を持たないセルロース分解菌も比較的多く分離された。
　３地域の湿原（釧路湿原ＫＡ１〜４，赤井谷地ＡＡ１〜２，日光戦場が原ＮＡ１〜２），計８地点において採取した泥炭，土壌のセルラーゼ活性を測定した。セルラーゼ活性は，トルエンを添加して静菌状態とした試料にセルロースを添加し，２４時間培養した後，生成するグルコース量を定量した。また，土壌中のセルロース分解細菌，糸状菌数を希釈平板法で測定した。その結果，セルラーゼ活性は地点により差が見られ，ＫＡ３，ＡＡ２，ＮＡ２では低くＫＡ１，ＫＡ２，ＫＡ４，ＡＡ１では高かった。各地点内での３ヵ所の間でも差は大きかったが，貧栄養で，ｐＨも低いミズゴケのマット（ＫＡ１，ＫＡ２，ＡＡ１）で比較的セルラーゼ活性が高い傾向にあった。一方，ＥＣの比較的高い地点で（ＫＡ３，ＡＡ２，ＮＡ１，ＮＡ２）むしろ低い傾向にあった。セルロース分解微生物数との間で，明確な相関関係は認められなかった。
〔発　表〕ｂ−２１８， ｈ−１７，２７， ２９