環境研究総合推進費による研究（地球環境研究)

〔目　的〕
　人類の作り出した化学物質や，リン，窒素，有機汚濁物質は，河川や大気を経由して，最終的にはすべて海洋に負荷される。特にアジア大陸に隣接する東シナ海・南シナ海などの海域帯では，急激な経済発展と人口増加，豊富な雨量・大規模河川の流入を反映して陸域の影響が強い。このため，有機塩素系物質などによる海水の汚染と，人為影響によるリン，窒素などの循環の撹乱が懸念されている。さらに，生態系食物網の低次から高次への栄養段階の上昇に従って，有害化学物質の生体濃縮が起こることが懸念されている。このためＩＧＢＰ−ＬＯＩＣＺ（国際地圏生物圏実験計画-陸海相互作用沿岸海洋計画）やＧＯＯＳ−ＨＯＴＯ（全球海洋観測システム-海洋健康度モジュール）などの計画が策定されている。
　一方で，海洋は，植物プランクトンを基礎とする海水中の生物群集やサンゴ礁などの豊富な生態系を内包しており，これが地球環境を安定化する役割を果たしている。さらに，海洋環境問題は本来的に国際間の問題であるため，アジアの他の国と協同的な海洋環境保全策を確立することが課題となっている。
このような背景から，アジア大陸に隣接した海域の海洋生態系の物質循環の役割を明らかにしつつ，その機能への人為的影響を検知することを目的とし，揚子江河口域における集中実験と，東シナ海〜南シナ海につらなるアジア大陸隣接海域における広域調査を行う。

〔内　容〕
　以上のような海洋環境問題の重要性，緊急性，国際共同プロジェクトの動向を考慮し，地球推進費による省庁横断的な体制により，以下のような３つの研究課題により，他の国立研究所，大学全体との共同体制により研究を遂行した。
（１）「渤海・東シナ海における河川経由の環境負荷が海洋生態系に与える影響評価手法に関する研究」（平成８〜１０年度）では，日中の共同研究プロジェクトとして，特に陸海相互作用の大きい揚子江河口域において，物質フラックスとその海洋生態系への影響を明かにする集中的なプロセス研究を行った。隔離水塊（メゾコズム）実験，セディメントトラップによる海底堆積過程の実験などの手法を用いている。（２）「東アジア海域における有害化学物質の動態解明に関する研究」（平成７〜１１年度）では，有害化学物質による海洋汚染の動態把握を行い，また，特に海水に希釈された低濃度の化学物質を広域的に検知するため，フェリー搭載型連続試料濃縮捕集システムを開発した。この装置を大阪・那覇間に就航しているフェリーくろしおに搭載し，時間的空間的に頻度の高い観測を実施した。航路上において採取した全ての試料から，極低濃度ではあるがＨＣＨ類やクロルデンなどの残留農薬を検出し，その分布が物質によって異なることおよび気象要因などによって変動していることを明らかにした。
（１）が揚子江河口域で集中的な実験を行うのに対し，（３）「アジア大陸隣接海域帯の生態系変動の検知と陸域影響抽出に関する研究」（平成８〜１０年度）では，温帯域から熱帯域に拡がる東アジア大陸隣接海域ベルトの栄養塩変動に対応した植物プランクトン生態系の変動を広域的に検知する手法の確立をめざす。前年度よりコンテナ船アリゲータホープ（日本-東シナ海-香港-南シナ海-シンガポール-マラッカ海峡-ポートケラン航路を３週間で往復）に設置した連続取水系により１９９７年１０月に，試験計測を行った。

〔成　果〕

（１）渤海・東シナ海における河川経由の環境負荷が海洋生態系に与える影響評価手法に関する研究
　１９９７年１０月１９〜２１日にかけて長江河口域での海洋観測を行い，溶存・懸濁両形態で流入する汚濁物質負荷量（栄養塩・有機炭素）の動態と微生物を中心とした海洋生態系の優占構成種・現存量の把握，環境負荷の変化に対する海洋環境の応答についての把握を行った。長江河川水は流入後海水との混合により，調査海域付近ではＴＮが約１００μＭ，ＴＰが約２μＭ，Ｓｉが約８０μＭ程度であった。リモートセンシングによるＮＯＡＡ画像から長江由来の濁度の拡がりの把握を行った。植物プランクトンとしては珪藻類（特にＣｈａｅｔｏｃｅｒｏｓ，Ｓｋｅｌｅｔｏｎｅｍａ），動物プランクトンはカイ脚類（特にＥｕｃｈａｅｔａ， Ｃａｌａｎｕｓ）を中心とした生態系となっていた。沈降の影響からＰＯＣは底層が高く，逆にＤＯＣは表層が高いという観測結果が得られた。
　長江からの栄養塩などの負荷増大は植物プランクトンを緒とする海洋生物の種構成，食物連鎖網の構造に大きな影響を与え，生態系物質循環の変動に繋がる。本課題では人為負荷が東シナ海の海洋生態系へ与える影響の評価手法の機軸として，自然海域を捕獲し維持制御した閉鎖系隔離実験生態系により将来予想される栄養塩負荷の撹乱を与え，生物過程を含む物質循環変動の把握を行うことを目的としている。
　１９９７年１０月１０〜１７日にかけて長江河口域で上海より１００ｋｍ程沖合の崢泗列島に海洋メソコズムを設置し，長江で予測されるリン負荷の増大に対応したリン添加実験を行った。珪藻類Ｓｋｅｌｅｔｏｎｅｍａ ｃｏｓｔａｔｕｍ，動物プランクトンであるカイ脚類,Ｐａｒａｃａｌａｎｕｓ，Ｏｉｔｈｏｎａを中心とした生態系は，リン添加に対し動物プランクトンへの炭素移送効率が光合成ループで約５％，バクテリアループで約１％であることが判明した。さらに光合成速度は栄養塩制限がない場合約４０μｇＣ／ｌ／ｈｒ，栄養塩制限がある場合約５μｇＣ／ｌ／ｈｒであることが判明した。細胞生産速度は１μｇＣ／ｌ／ｈｒから１１μｇＣ／ｌ／ｈｒと変動し，栄養塩状態によっては光合成速度を上回ることが判明した。
　海洋における物質循環の９９％は，細菌類，ピコ植物プランクトン，ナノ植物プランクトン，原生動物，動物プランクトンの微生物過程（以下微生物生態系と記述）に依存しているので，微生物多様性の変動は海洋生態系機能に著しい影響を及ぼすことが予想される。しかし，そのメカニズムについてはほとんど知られていない。その理由として細菌類やピコ植物プランクトンについて，種レベルでの多様性を計測する手法は確立されていないことが挙げられる。ＤＮＡ解析手法及びフローサイトメトリー（ＦＣＭ）法により微生物多様性を計測する手法を開発することを目的として，東シナ海における調査試料について，ＦＣＭ法を海水中のピコ植物プランクトンの多様性の解析に，また，ＰＣＲ法を細菌類の多様性解析に適用することを試みた。
　ＦＣＭ法による解析では，前方散乱光（ＦＳＣ）および側方散乱光（ＳＳＣ)が小さくオレンジ蛍光(ＦＬ２）が相対的に高い一群の粒子が認められ，これらの粒子は主としてフィコビリン色素を持つ原核のシアノバクテリアであると思われた。
　一方，ＤＮＡを抽出し，それを鋳型に，真正細菌の１６Ｓｒ ＤＮＡをＰＣＲで増幅させ，制限酵素で消化したものをアガロース電気泳動にかけ，フラグメントパターンから細菌相の多様性を解析した。その結果，Ｃ１，Ｃ３，Ｃ５の各サイトごとにそれぞれ固有のクラスターを形成し，長江沿岸域から外海にかけてせい息する微生物の相が異なることが示された。また，いずれのサイトにおいても，表層は中層・底層と異なったパターンを示し，微生物相が異なるものと考えられた。
　長江河口域でのクロロフィル最大領域は河口から約１００ｋｍの塩分２５〜３０‰の混合領域にあり，珪藻を中心に形成されている。夏季において長江及びその河口域ではＮＯ３-Ｎ及びＰＯ４-Ｐは高いもののクロロフィル濃度は低く，流砂による高濁度のため光制限となっている。しかし河川水のプルームが混合・拡散するとともに，浮遊粒子・流砂の沈降の結果，光制限から解放され高い一次生産が塩分２５〜３０‰の混合領域に形成されることになる。
　長江河口域で行った海洋メソコズム実験結果を基に生態系システムの解析を行った。珪藻を中心とし，渦ベン毛藻を含めた植物プランクトン群集とカイ脚類との捕食に基づく光合成ループと，バクテリア，ピコプランクトン群集と微小動物プランクトンとの捕食に基づくバクテリアループが物質循環としての主要経路であることが判明した。窒素，リン，炭素，シリカを基本とする物質循環系として生態系を記述し，長江河口域における生態系システムモデルの構築を行った。
　年間平均４．８６×１０８ｋｇの流砂が長江を経由してその河口域に供給され，大部分が河口域に沈降する。しかし，潮流と風波の影響により流砂は再浮上し移送過程により複雑な堆積形状をもたらす。ここでは長江からの流砂供給，淡水供給を境界条件として長江河口域での流砂分布及び堆積した海底形状を水平２次元数値モデルにより解析した。
　モデルの結果は，潮流および濁度の１カ月間連続観測値により検証し，よい再現性を確認した。さらに，この検証結果をもとに長江河口域で行われている海底浚渫を行った後の濁度分布と堆積形状変化について予測計算を行った。
　１９９７年１０月に行った長江河口域でのメゾコズム実験期間での海域環境把握と長江河口域での環境負荷の推定を行うため，ＮＯＡＡのＡＶＨＲＲ画像データを用いて濁度について行った。１９９７年１０月６日から１０月２０日までの１５画像を用いて雲の影響を除去しコンポジット画像を求めた。Ｓｐｌｉｔ-ｗｉｎｄｏｗ ｃｈａｎｎｅｌアルゴリズムを用いて海水温（ｍｕｌｔｉ-ｃｈａｎｎｅｌ ｓｅａ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ＭＵＳＳＴ）を求め，実測値との比較により１０日間でのコンポジット画像の適用可能性を検証した。１９９７年１０月７日及び１０月１６日のｓｅａ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅの予測値と実測値との差は長江河口域においてほとんどの地点で０．５℃以内（最大の相異も１℃以内）であった。このことから得られたコンポジット画像は，東シナ海全域の海域環境を再現しており雲の影響を除去するのに有効であることが判明した。

（２）東アジア海域における有害化学物質の動態解明に関する研究
　海水中の微量有害化学物質を連続的に固相抽出法により濃縮捕集するシステムを開発し，大阪・沖縄間に就航しているフェリーくろしおに搭載してその性能を評価するとともに，航路上で試料採取を行い既報の分析法により有害化学物質の分析を行った。本システムの回収率は，通水流量１ｌ／ｍｉｎ時には９０〜９５％と高いが，２ｌ／ｍｉｎ以上の流量では回収率が低下する。この範囲の流量で総通水量５０〜１００ｌの海水を濃縮捕集することで，ＨＣＨ類は１０ｐｇ／ｌ，クロルデン，ノナクロルなどは数ｐｇ／ｌを検出下限とする観測が実施できる。また，より高頻度な観測に資するためにシステムの一部をコンピュータ制御可能とした。
　有害化学物質のうち，ＨＣＢ，ＤＤＴ，ＤＤＥ，クロルデン，ノナクロルおよびＨＣＨ類を測定対象物質とした。本連続濃縮捕集システムにより東シナ海において捕集された試料からは，このうちクロルデン，ノナクロル，ＨＣＨ類が検出され，他のＤＤＴ類などは検出されなかった。今までに捕集した約７０試料のすべてから，ＨＣＨ類は検出されたが，クロルデンおよびノナクロルは一部の試料では検出限界以下であった。これらの検出された有害化学物質の時間的および空間的な分布を見ると，それぞれ特徴的であることが明らかとなった。β-ＨＣＨは，瀬戸内海で常に２００〜４００ｐｇ／ｌと高い濃度で検出され，ついで四国・九州沿岸で１００ｐｇ／ｌ前後，黒潮の軸流中では２０ｐｇ／ｌ前後と最も低くなり，また奄美大島・沖縄本島に近づくにつれ数十ｐｇ／ｌと濃度が上昇する。この分布パターンはその濃度とともに各観測で大きな変動は見られなかった。一方，異性体であるα-ＨＣＨは，その空間分布特性は概ねβ-ＨＣＨのそれと類似しているが，観測ごとに変動が見られた。特に，荒天（発達した低気圧の通過や台風通過直後）後は，平常期に比べその濃度が高くなることが明らかになった。これは，α-ＨＣＨは，融点がβ-ＨＣＨのそれには比較して低いために揮発性が高く大気中に多く存在することから，荒天時には海水との交換が盛んになることおよび降雨により大気中から除去されることなどにより一時的に濃度が高くなることが推察される。一方，β-ＨＣＨは融点が高く大気中にはほとんど存在せず，主に河川水や底泥に多いことから，陸水からの負荷が考えられる。しかし，大阪湾では常に高濃度であり，塩分濃度と関係も強く見られないことから，底泥からの回帰が示唆された。クロルデンおよびノナクロルは，その濃度が検出限界近くのこともあり明確な分布は観測されなかった。
〔発　表〕Ｋ-１４，Ａ-１４，１５，７４，ａ-２６〜３１

（３）アジア大陸隣接海域帯の生態系変動の検知と陸域影響抽出に関する研究
　上記の日本−マレーシア間のコンテナ船に乗船調査を行い，連続海水取水系により採取したサンプルから，マイクロプランクトン以上のサイズの植物プランクトンは光学顕微鏡で分析し，ナノ・ピコプランクトンおよびバクテリアは，孔径０．２μ，１μ，および３μのヌクレオポアフィルターサイズ分画・濃縮した後，ＤＡＰＩおよびＦＩＴＣで二重染色を行い蛍光顕微鏡で計数・サイズ計測・分類群判別を行った。これらの集計結果から，Ｓｔｒａｔｈｍａｎｎ（１９６７）の式により，細胞形状別に炭素バイオマス量に換算した。そして，プランクトン種ごとの細胞数を乗じ，プランクトン種別（(ａ)渦ベン毛藻，(ｂ)珪藻，(ｃ)ハプト藻，(ｄ)微小ベン毛藻（クリプト藻，プラシノ藻，黄金色藻類を含む），(ｅ)藍藻（トリコデスミウム），(ｆ)藍藻（球形粒子状のシネココッカス）の炭素換算バイオマス量を求めた。
　これによれば，全体的に(ｆ)が多く，(ａ)，(ｄ)がほぼ等分に寄与していた。また，東シナ側測点で(ｆ)の寄与が特に高かった。日本近海に比較して，(ｂ)の寄与が比較的少なかったが，マラッカ海峡およびベトナム沖測点である程度みられた。また，南シナ海南半部で，(ｅ)の寄与が多かった。また，往復航路の南シナ海部の複数測点で，復の航海時のみ(ｃ)の寄与が見られ，ハプト藻の出現が時間依存性をもつことが確認された。
　以上の結果から，従来研究例の多かった温帯〜亜寒帯では，珪藻が卓越するのが基本であるのに対し，南シナ海の植物プランクトンの組成においては，シアノバクテリア類が多く，その他の渦ベン毛藻類，微小ベン毛藻類，ハプト藻類なども等分に寄与しているという結果が得られた。現時点では１回のデータが得られたのみであるが，この結果からは，海域への人為影響評価の基準として，当初立てていた「（Ｎ，Ｐ）／Ｓｉ比と珪藻／非珪藻種比」という作業仮説とは別の作業仮説も必要になってくると考えられる。
　なお，(ｅ)のトリコデスミウムは，（リンさえあれば）窒素が枯渇状態でも，不活性のＮ２を固定して利用するための酵素を有している。(ｅ)の寄与は，南シナ海沖合い部で比較的大きく，浅海部では小さかった。すなわち，下層からの無機態窒素の回帰が起こりにくい沖合い部で，窒素固定を行う種が出現しやすいことがわかる。
　また，マラッカ海峡とベトナム沖で珪藻の寄与がみられたことは，浅海域等で各栄養塩ともに下層から補給されることと符合するようである。平行して行っている南シナ海の流動の数値モデルから，南西モンスーン期にベトナム沖に湧昇海域が現れることが予想される。モデルによる湧昇域と上記の植物プランクトン組成で珪藻の寄与が大きかった海域が符合することは，物理環境が植物プランクトン卓越種に与える影響として重要である。
　以上，これまで海洋環境データの蓄積が限られていたアジア大陸隣接海域帯において，コンテナ船をプラットフォームとすることにより，表層水に限定されるものの，各海域を一元的にモニターするための基礎手法が確立された。国連海洋法（ＵＮＣＬＯＳ）では，各ＥＥＺ内の環境管理が各沿岸国の管轄になる。ただし各国が個別に行うことのでは限界があり，各国間の協力体制を形成することが重要である。このため，関連各国専門家を招へいして会合を開いた。総合討論で，今後各国の協議のもとに海洋モニタリング遂行と継続的な環境評価を行ってゆく方向性が打ち出された。また，ボランティア船舶による海洋生態系モニタリングの手法は国際的にも評価を受け，ＵＮＥＰ（国連環境計画）による北西太平洋地域海行動計画のアジェンダにも，「今後フェリーなどによる新規モニタリング手法を推進すべきである」という形で言及されている。
〔発　表〕Ａ-７４〜８０，ａ-１０２〜１１０