光学特性を考慮したアマモの分布シミュレーショ

ン２１４１８５６１水野　雄介

目次

• 背景• 目的• 対象植物• 結果• 考察

背景

• アマモ場は，１．多くの生き物達の住処，産卵場となることから「生態のゆりかご」として海洋の生物多様性に寄与している．２．有機物の分解，窒素，リンなど栄養塩の取り込みなどによる水質浄化機能３．埋立や港の建設，海岸整備といった直接的な変化から，人口増加や工場建設に伴う水質の悪化等の間接的な変化も含めた人間活動による環境変動を受けやすい．

背景

• 近年，世界中で藻場の減少がみられる・・・原因）人間活動による沿岸域の埋め立て，護岸工事

（出典：伊勢湾の干潟・藻場の現状と変遷）

アマモの減少 海洋環境の悪化

漁業資源の減少 さらなる環境の悪化

• しかし、その詳しい減少メカニズムは不明

目的アマモの分布可能領域を通して，アマモ場が最も大きな影響をうけるストレス要因を特定する

本研究の目的として，

現在の分布

今の状態で分布できる可能性を秘めた領域

汚濁度（ＴＳＳ）の変化によってもたらされる分布可能領域

Chl aの変化による分布可能領域

• 従来のアマモの分布制限に関する研究

１．アマモの分布下限水深について２．風や波浪といった物理的条件を考慮した上限の水深限界分布

(Duarte, 1991; Morita, 2003)の２点に絞られていて，植物の成長要因である光合成が考慮されていないし、アマモの分布シミュレーションに関しても従来まったくなされていない。

そこで，光合成速度もアマモ分布の制限要素であると予想し，アマモの分布シミュレーションを作成した。

対象植物

• アマモ (Z. marina)は，陸上のイネによく似た海草（海藻とは違うので注意）である．

• 静穏な砂泥質の浅海底に地下茎と根を張って生育する．

太陽光

地下茎

海藻頭足類貝類魚類甲殻類昆虫

対象植物　 part2アマモの草体

栄養株 生殖株

本シミュレーションでは，左側だけと仮定

研究場所

• 伊勢湾と松阪湾なぜ，松阪湾なのか？

伊勢湾の中で，最もアマモの分布域が多い場所だから

地区名 アマモの面積木曾崎 0長島 0桑名 0川越 0四日市 0楠 0鈴鹿 0津 0香良州 500三雲 126220松阪 155755明和 0伊勢 22205二見 75165

領域の詳細松阪湾 伊勢湾

１グリッド当たりの面積

171 (m^2) 242 (m^2)

面積 42.75 (km^2) 2342 (km^2)

最大水深 10 (m) 60 (m)（内湾）

アマモの葉の最大の高さ

1.0 (m) 1.0 (m)

本研究のパラメータの説明

シミュレーション概要

• ３つの柱１．アマモの葉の形態２．アマモ群内の光強度分布３．吸収率を考慮した葉群の光合成

Underwater Light Field

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

400 450 500 550 600 650 700

Wavelength (nm)

Ed

(W

m-2

nm

-1) 0.0m

2.5m5,0m7.5m10m20m

１，２の理論によって導き出された光強度

TSS, Chl a

CO23. Photosynthesis

吸収率

瞬間的な光合成速度

日生産量の和

水深と葉の高さ及び葉の位置のデータを input

アマモの最大の分布可能領域

１．アマモの形態β (Seagrass bending angle)

L = Ls * shoot density

Lp(z) = l(z) * sin β

葉面積を outputする

太陽光

Ls:１ shoot 当たり葉面積Ｌ：葉面積指数l(z)：深さ zでの葉面積指数Ｌｐ：水平に投影した葉面積

l(z) = L * B(z)

２．光強度

アマモ群の葉の層　 z-1

アマモ群の葉の層　 z

アマモ群の葉の層　 z+1

Ed(λ, z-2)

Ed(λ, z)

Ed(λ, z-1)

Eu(λ, z-1)

Eu(λ, z)

Eu(λ, z)

各層について，光強度を output

Ed：下方光強度Eu：上方光強度

tL: 葉の厚み

３．葉群の光合成

吸収率

瞬間的な光合成速度

日生産量の和

Ｄ（ λ）：吸光率Ｒ L(λ): 反射率PUR(z): 光合成に利用される光強度Pmax：最大光合成速度

光合成速度を output

炭素（呼吸）要求量

＞　１ Shoot density を増加

＝　１

＝１まで繰り返す

最大可能分布生産量

＜　１ 死亡

(Zimmerman et al. 1996, Alcoverro et al. 1999)

T : 日照時間

Kd-selectname TSS (mg / L^{1} TSS) Chl a (mg Chl / m^{3})

Kd1 25 50

Kd2 25 40

Kd3 25 30

Kd4 25 20

Kd5 10 50

Kd6 10 40

Kd7 10 30

Kd8 10 20

20 25 30 35 40 45 50

4.34

4.35

4.36

4.37

4.38

4.39

4.40

4.41

4.42

10

15

20

25

Chl a (mg/ Chlm^3)

TS

S (

mg

/L)

To

tal s

ho

ot d

en

sity

(sh

oo

t/ m

^2 /m

^2 a

rea

)

結果１

結果２

Total shoot density が最大になる角度が存在する

アマモの上限水深の制限も考慮した場合

かなり減る

かなり減る

ＴＳＳ＝ 25，Ｃｈｌ a = 50

ＴＳＳ＝ 25，Ｃｈｌ a = 50

ＴＳＳ＝ 25，Ｃｈｌ a = 20

ＴＳＳ＝ 25，Ｃｈｌ a = 20

0 2 4 6 8

3.6

3.8

4.0

4.2

4.4

Kd-select

Sh

oo

t de

nsi

ty (

sho

ot/m

^2/m

^2 a

rea

)

0 2 4 6 8

3.6

3.8

4.0

4.2

4.4

Kd-select

Sh

oo

t de

nsi

ty (

sho

ot/m

^2/m

^2 a

rea

)

下がる

結果３

光合成＋上限水深

光合成

結論

• 松坂湾では， TSSや Chl aの変化に対して，最大分布可能域の変化はあまり見られなかった．

アマモが位置する水深が浅く，少なくとも上記の変化に関しては，大きく値を変えない

• アマモの曲げ角度に対して，敏感に shoot density の違いをみせる．

陸上植物の挙動と一致．

Δzを小さくしてみた

上がったが，挙動の変動が小さくなった

結論２

• アマモ分布の上限分布を考慮すると

• 敏感に反応する．つまり，松阪湾のアマモに関しては，水深が浅い場所に基本的に存在するため，光合成の効果が鈍く，あまり影響を与えないと考えられる．しかし、従来の研究にある上限水深もシミュレーションに取り入れてみたところ、大きな変化が見られた。．

20 , 2, 1 20 , 2, 2 20 , 2, 3 20 , 2, 4

30 , 1, 1 50 , 1, 1

30 , 2, 1

ご清聴ありがとうございました

10 , 2, 1,kill 10 , 2, 1

40 , 1, 1

背景と目的

• アマモの分布に関する従来の論文

の２点に絞られる

１．水深を考慮した下限の限界分布２．物理的条件を考慮した上限の限界分布

(Duarte, 1991; morita, 2003等 )

１．光合成は植物の制限要素であると予想し，光合成速度もアマモの予測分布に考慮した．２．どのパラメーターが最も影響が大きいのかシミュレーションによって検討する

イメージ図

biomass

Δz

上から見た各層の葉面積

結果

Kd-select

大きく変化がみられない

葉面積指数（ＬＡＩ）：本研究では，「Ｌ」

定義：地表の単位面積に対しての，その上方に存在するすべての葉の片側の総面積の比

・植物群落の葉量を表す指数・葉が多いほど値は大きい・落葉樹だと大体 3-4 (m^2 m-^2)

双子葉類

単子葉類

アマモの上限分布上限分布の制限については１．高波浪時の底層流速の増大によるアマモの葉の上部の切断２．洗掘に伴う株の流失

ランダムに制限される幅を与えた．

対象植物　 part3• アマモ場（アマモがまとまって生えている場所）の機能と役割について

１．有用魚介類の幼稚仔の育成の場　「生態のゆりかご」と呼ばれている．

２．漁業資源のストックの場　漁場としての生産性が高い

３．有機物の分解，窒素，リンなど栄養塩の取り込みによ

水質浄化機能

４．光合成を通じた海の中の二酸化炭素の吸収源

アマモを指標として，人間活動が（海洋）生態系に及ぼす影響を評価できる（欧米では既に環境指標としての海草場の位置付けが確立されている．）

• アマモ場は，１．多くの生き物達の住処，産卵場となることから「生態のゆりかご」として海洋の生物多様性に寄与している．

２．有機物の分解，窒素，リンなど栄養塩の取り込み 水質浄化機能３．埋立や港の建設，海岸整備といった直接的な変化から，人口増加や工場建設に伴う水質の悪化等の間接的な変化も含めた人間活動による環境変動を受けやすい．

結果２

20 25 30 35 40 45 50

2900

029

100

2920

029

300

2940

0

10

15

20

25

Chl a (mg/ Chlm^3)

TS

S (

mg

/L)

Ma

x sh

oo

t de

nsi

ty (

sho

ot/

m^2

)