都市内湾域の⽣物活動による⼆酸化炭素吸収メカニズムを解明－都市内湾の⽣物活動による気候変動対策の可能性－（筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会、⽂部科学記者会、科学記者会、神奈川県政記者クラブ、横須賀市政記者クラブ、港湾空港技術研究
所関連専⾨誌複数、静岡県社会部記者室、⼤阪科学・⼤学記者クラブ同時配付）
2021 年 6 ⽉ 24 ⽇（⽊）
国⽴研究開発法⼈ 国⽴環境研究所
特別研究員
主任研究員
研究員
客員研究員
国⽴研究開発法⼈ 港湾空港技術研究所
グループ⻑
国⽴⼤学法⼈ 静岡⼤学講師
公⽴⼤学法⼈⼤阪 ⼤阪市⽴⼤学
准教授

所 ⽴樹
中岡 慎⼀郎髙尾 信太郎
野尻 幸宏
桑江

朝⽐呂

久保篤史

遠藤

徹

都市化された内湾域が⼤気中の⼆酸化炭素（CO2）の吸収源であることは先⾏研究から⽰唆されていましたが、その規定要因に関する正確な評価はなされていませんでした。国⽴環境研究所・地球環境研究センターの所⽴樹特別研究員らと、港湾空港技術研究所、静岡⼤学、⼤阪市⽴⼤学の共同研究チームは、篤志貨物船（商船）や調査船の観測データを基に、2005 年から 2016 年（⼤阪湾は 2011 年から）の東京湾・伊勢湾・⼤阪湾の湾内とその周辺海域の海洋⽣物活動による⼤気中 CO2 の吸収量を初めて明らかにしました。研究の結果、これらの内湾では沿岸域としては世界でも有数の CO2 吸収域であることが明らかとなりました。また海洋⽣物活動による⼤気中 CO2 の吸収量は内湾域の吸収量の最⼤で約3 割を占めており、湾内に流⼊する適度の栄養塩を含んだ下⽔処理⽔が活発な海洋⽣物活動を促進していることが主要な要因となっていました。沿岸域では今後も世界的に⼈⼝増加や産業の拡⼤を伴う都市化が進むことが予測されていますが、本研究で得られた知⾒は、都市化に対応した下⽔処理により、有機物を効果的に除去する⼀⽅、適度の栄養塩濃度を保つことが炭素循環を通じた将来の気候変動対策の⼀つになりうることを⽰唆しています。
本研究成果は、海洋学分野の学術誌「Journal of Geophysical Research-Oceans」に2021 年 5 ⽉ 13 ⽇付でオンライン先⾏公開されました。

1. 背景海洋は、地球表層で最も多くの炭素を貯蔵している場所とされています（IPCC 第 5 次
報告書によると海洋で約 39 兆トン、⼤気中に約 8 千億トン、陸域に２〜4 兆トン）。そのため、海洋と⼤気の間での⼆酸化炭素（CO2）交換は、将来の気候変動を予測する上で最も重要な要因の⼀つです。太平洋などの主要な海域における過去数⼗年間にわたる CO2 交換量の解析から、海洋の外洋域で⼈為起源 CO2 の 25%程度が吸収されていることやその時空間的変動について明らかになってきています。⼀⽅、沿岸域（ここでは陸⽔の影響が及ぶ範囲の⽔域と定義）では CO2 交換過程が外洋と⽐べて⾮常に複雑であるため、正確な交換量についてはいまだ議論が続いているのが現状です。例えば、河⼝付近の沿岸域では河川⽔を通して陸域から有機物が流⼊し分解されることで⼤気中へ CO2 が放出されます。⼀⽅、海草場のような植⽣が⾒られる沿岸域では、年間を通した CO2 吸収が何例か報告されています。沿岸域は海洋全体の 0.5%の⾯積に過ぎない狭い領域ですが、地形や植⽣、周辺からの有機物流⼊、⼟地利⽤変化の影響を強く受けて CO2 交換（吸収もしくは放出）が盛んなことから、その交換過程や交換量の正確な評価が重要な課題となっています。
内湾域は、沿岸域の中でも特に⼈為的な有機物や栄養塩の流⼊負荷や⼟地利⽤の影響により、将来的な都市化（⼈⼝の増加や産業の拡⼤）に伴う CO2 交換量への影響も⼤きいことが予想されます。いくつかの研究例では、⽇本の都市化された内湾域は年間を通して⼤気中の CO2 吸収源であると報告されています(Endo et al., 2018; Kubo et al., 2017)。
特に東京湾では、下⽔処理により窒素やリンなどの栄養塩と⽐べて分解されやすい有機物が多く除去されるため、処理⽔に含まれる有機物の分解に伴う CO2 放出よりも、処理⽔中の栄養塩が植物プランクトンの光合成を促進することによる CO2 吸収が卓越することが⽰唆されています。しかしながら、先⾏研究は湾内の観測データのみを扱っていたため、湾内に流⼊する河川⽔や湾外から流⼊する外洋⽔による CO2 交換量への影響を正確に評価できていませんでした。例えば、東京湾に湾外から流⼊する外洋⽔は湾外でも CO2 を吸収する性質を有しますが*1、湾内で観測された CO2 吸収量のうち湾内の光合成・呼吸や、有機物分解といった⽣物活動の影響がどの程度寄与していたのか正確に評価することがこれまでできていませんでした。
本研究では、上記の問題を解決するために、国⽴環境研究所がトヨフジ海運株式会社の協⼒を得て⻑年実施している篤志貨物船による東京湾・伊勢湾・⼤阪湾の都市内湾域および外洋域の観測データ*2 と先⾏研究の観測データを組み合わせ、CO2 分圧等の無機炭酸系パラメータと*3 ⼤気―海⽔間 CO2 交換量の変動を算出し、河川⽔・外洋⽔による CO2 交換量を定量化することで湾内の⽣物活動による CO2 交換量を初めて評価しました。また、それらの結果から、都市内湾域における CO2 交換過程と将来の気候変動対策について考察しました。

2．内容と結果
本研究では、東京湾・伊勢湾・⼤阪湾とその周辺の海域において、トヨフジ海運株式会社が管理する篤志貨物船（Pyxis, New Century 2, Trans Future 5）による 2005 年から2016 年までの観測データ（⼤阪湾のみ 2011 年から 2016 年まで）を使⽤しました（図1）。また、東京湾・⼤阪湾においては、それぞれ東京海洋⼤学*4 の調査船（⻘鷹丸）と神⼾⼤学の実習調査船（おのころ）*5 による観測データを併⽤しました。河川⽔・外洋⽔による CO2 交換量はそれらの単純混合を仮定した無機炭酸系パラメータモデルから時空間変動を算出し、それらと測定値との差分を湾内の⽣物活動の影響として評価しました（図 2）。
解析の結果、上記 3 つの湾は全て⼤気中 CO2 の吸収源で、単位⾯積当たりの吸収量は世界でも有数の⼤きさであることが分かりました。また、⽣物活動による CO2 の吸収は明瞭な季節変動を⽰しており、夏に吸収量が最⼤になっていました (図２)。CO2 吸収における海洋⽣物活動の寄与は 6-27%で、どの⽔域でも湾奥から 20 km ほどの⽔域で最⼤となっていました。⼀⽅、河川⽔による CO2 放出は湾奥から 5 km 以内の⽔域に限定されていました（図 2）。3 つの湾の中で最⼤の周辺⼈⼝を持つ東京湾では、栄養塩濃度・CO2 吸収における⽣物活動による寄与分ともに最も⼤きな値を⽰していました。このことから、⽣物活動による寄与分は、周辺⼈⼝と関連した下⽔処理⽔の流⼊量に⽐例した湾内の栄養塩濃度に左右されていることが⽰唆されています。ただし、⼤阪湾の CO2 吸収量は栄養塩濃度や下⽔処理⽔の流⼊量から期待される吸収量と⽐べて少なく、瀬⼾内海との海⽔の交換で⽣物活動による⽔中 CO2 の減少分が希釈されていたことが想定されます。
上記の解析結果は、都市化（周辺⼈⼝の増加）に対応した下⽔処理により、有機物を効果的に除去する⼀⽅、適度の栄養塩濃度を保つことが⼤気中 CO2 吸収を促進させることを⽰唆しています。沿岸域の都市化は今後数⼗年で世界的に拡⼤することが予想されているため、上記の下⽔処理による CO2 吸収が今後の⼤気中 CO2 濃度増加の抑制策の⼀つになることが期待されます。
3. 今後の展望
本研究により、都市域内湾が⼤気中 CO2 の吸収源であり、湾内に流⼊する適度の栄養塩を含んだ下⽔処理⽔が活発な海洋⽣物活動を促進していることが主要因であることが⽰されました。また、有機物除去を重視した下⽔処理が伴う沿岸域の開発が将来の気候変動対策の⼀つとなりうることが⽰唆されています。沿岸域の CO2 収⽀について詳細に把握するためには、他の⽔域も含めたより広範な条件下での解析が必要です。例えば、海外の下⽔処理率の低い⽔域では観測時期による CO2 吸収と放出の振れ幅が本研究の結果よりも⼤きく、CO2 吸収源としては⽐較的に不安定であることが⽰唆されています（Cotovicz et al.,2015; Koné et al., 2009）。このような研究例も含めて解析を進めることで、沿岸域の都市化と CO2 吸収のより詳細な理解につながることが期待されます。
４．参考図

図 1．計測データの分布．⿊のプロットが篤志貨物船の計測データ採取点．⻘のプロットが東京海洋⼤（東京湾）と⼤阪市⽴⼤（⼤阪湾）の計測データ採取点．⾚の星印は湾奥基準点．緑の菱印はそれぞれの湾の最⼤の処理能⼒を持つ下⽔処理プラントの場所を⽰す．

図 2．⽣物活動の影響による CO2 交換量の平均値．湾内の⽣物活動による CO2 交換量 (下段︓Fb)は観測された値（上段︓F）と河川⽔と外洋⽔による交換量（Fab）の差分（Fb = F - Fab）に該当する。エラーバーは炭酸系パラメータモデルの誤差を⽰す．

5. 注釈*1: ⽇本の太平洋岸の海⽔は、世界の海洋でも有数の⼤気中 CO2 の吸収源とされている(Takahashi et al., 2002, 2009)。これは温かい⿊潮が北上する過程で冷たい親潮と混合したり、冬季に⼤気によって冷やされたりすることで⼤気中の CO2 が溶けやすくなる効果のため。
*2: 測 定 デ ー タ は オ ー プ ン デ ー タ ベ ー ス で あ る Surface Ocean CO2 Atlas (SOCAT;
https://www.socat.info)上でアクセスできる。
*3: 無機炭酸系パラメータとは、⽔中に溶存した CO2 と無機炭酸イオン（HCO3-, CO32-）に該当する。またこれらの濃度から、⼤気―海⽔間 CO2 交換量や⽔中の pH などを計算することができる。
*4: 共同研究者の静岡⼤学の久保篤史講師が東京海洋⼤所属時に測定・解析を担当。
*5︓共同研究者の⼤阪市⽴⼤学の遠藤徹准教授が神⼾⼤学の実習調査船に乗船し測定を担当。
6. 参考⽂献
Cotovicz et al. (2015), Biogeosciences, 12, 6125-6146.
Endo et al. (2018), Journal of JSCE B2, 69(2), I_1315-1320.
Koné et al. (2009), Estuaries and Coasts, 32, 246-260.
Kubo et al. (2017), Scientific Reports, 10:20413.
Takahashi et al. (2002), Deep-Sea Res. II, 49, 1601–1622.
Takahashi et al. (2009), Deep-Sea Res. II, 56, 554–577.
7. 研究助成
本研究は地球環境保全試験研究費 (環 1751) の⽀援により⾏われました。
8. 発表論⽂【タイトル】Contribution of biological effects to carbonate-system variations andthe air-water CO2 flux in urbanized bays in Japan【著者】Tokoro T., Nakaoka S., Takao S., Kuwae T., Kubo A., Endo T., Nojiri Y.
【雑誌】Journal of Geophysical Research-Oceans【 DOI】 10.1029/2020JC016974【 URL】 https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020JC016974【外部サイトに接続します】※ 下線で⽰した著者が国⽴環境研究所所属です。

9． 問 い 合 わ せ 先【研究に関する問い合わせ】
国⽴研究開発法⼈国⽴環境研究所
地球環境研究センター

地球システム領域

⼤気・海洋モニタリング推進室

特別研究員

tokoro.tatsuki（ 末 尾 に @nies.go.jp を つ け て く だ さ い ）国⽴研究開発法⼈海上・港湾・航空技術研究所
沿岸環境研究領域

沿岸環境研究グループ

理学部

講師

グループ⻑

久保⽴樹

029-850-2499

港湾空港技術研究所

kuwae (末 尾 に ＠ p.mpat.go.jp を つ け て く だ さ い )国⽴⼤学法⼈静岡⼤学

／所

桑江

／

朝⽐呂

046-844-5046

篤史

kubo.atsushi ( 末尾に@shizuoka.ac.jp を つ け て く だ さ い ) ／ 054-238-4794
公⽴⼤学法⼈⼤阪

⼤阪市⽴⼤学⼤学院 ⼯学研究科

t.endo ( 末尾に@eng.osaka-cu.ac.jp を つ け て く だ さ い )

准教授

遠藤徹

／ 06-6605-2732【報道に関する問い合わせ】
国⽴研究開発法⼈国⽴環境研究所

企画部広報室kouhou0（ 末 尾 に @nies.go.jp を つ け て く だ さ い ）国⽴研究開発法⼈海上・港湾・航空技術研究所
管理調整・防災部／

029-850-2308

港湾空港技術研究所

企画調整・防災課

kikaku (末尾に@p.mpat.go.jp をつけてください)

国⽴⼤学法⼈静岡⼤学／

046-844-5040

総務部広報室koho_all (末尾に@adb.shizuoka.ac.jp をつけてください) ／ 054-238-5179