気候変動下における海の環境と生物生産
水産研究・教育機構

小埜恒夫

於 農学会・日本農学アカデミー共同主催公開シンポジウム 「変わりゆく海の環境と海の恵み 」(2024.3.30 東京海洋大)

水温上昇 日本周辺海域の年平均海面水温の上昇速度[℃/100年][気象庁 海洋の健康診断表]

青森県西岸域の水温変化と魚種別漁獲量の変遷[伊藤他, 2013青森県水産研究情報]1960年〜2009年の水温変化に伴う、”同一水温の領域” の移動＆拡大／縮小[Burrows et al., 2014]

変化なし

面積増加

場所が北上して面積増加

ほぼ消滅

ごく小さな変化

面積減少

場所が北上して面積減少

外洋上で消滅陸にあたり消滅

日本沿岸では、すでに多くの生物の生息域が北上している
1970〜2000年間における海藻分布南限位置の北上 [Kumagai et al. 2018]

バフンウニ分布の留萌への北上[Agatsuma et al., 2007]

個体数

留萌

水温上昇によるアイゴ生息域の北上予測[Sudo et al., 2022]

北海道ホタテガイ収穫量と水温の関係

小樽

高リスク市町で収量減

ホタテガイ適水温帯：< 23℃ [桑原ら, 2006]

コンブ目

ホンダワラ類
造礁サンゴ

ホタテ生息上限水温の北上予測
日本海側南部で高リスク

コンブ類の分布の将来予測 [Sudo et al., 2020]

1980-1989[柴野他、2014]
2090-2099: RCP4.5
日本海側側全域と噴火湾周辺まで範囲拡大

観測・モデル（再現実験）で日
本海側南部に高リスク範囲
高リスク市町では80年代比で収量減

生息南限：23℃

2090年代には高リスク範囲が日本海側全域・噴火湾周辺まで拡大する可能性(CMIP5:17モデル)＋海洋酸性化影響

外洋域の動物プランクトンは….

北太平洋西部亜寒帯域における暖水性
カイアシ類の分布の北上[Yoshiki et al., 2015]
Figure R23-10. Latitudinal and interannual variation in copepod abundance using a residuals
method to correct the biases of sampling Julian date, day/night, and longitudinal sampling
locations. (a) Total copepod abundance, (b) cold-water species, (c) warm-water species, and[Chibaetandal.,other2008](d) other species. The cold-waterspecies
species occurred at almost all latitudes
throughout the sampling period (b, d). By contrast, a few warm-water species occurred only inareas south of 46°N during 2001–2005, and a northerly shift in this group to the area north of
47°N after 2008 was detected (c).

親潮域における暖水性カイアシ類の出現の早期化

アラスカ湾におけるカイアシ類主組成の経年変化[PICES NPESR-III, 2022]極端な温暖化現象：”海洋熱波“

北海道沖で2010 – 2016年に発生していた海洋熱波 [Miyama et al., 2021][US NationalPark Service]

アラスカ湾における海洋熱波の発生と生態系への影響[Smith et al.,2021]

1925-1954年間に対する、1987-2016年間の海洋熱波発生日数の増加[Smale et al., 2019]

成層構造の変化

海面から200mまでの海水密度勾配の増加トレンド（1960s – 2017) [Yamaguchi et al.,2019]
JJA2019

(a)

混合層深度

密度JJA2019(a)m-12MIDA(m)E

栄養塩-6

12-8m-12

19 8019–8519
9 0 19 9 520 0020
混合層深度の経年トレンド（19802015)

GODAS 12
[Amaya et al., 2021]
GODAS,ORAS5,Argo
ORAS4(d-6-Arra(c)

GODAS,ORAS5,Argo(c)ORAS4.SODA(d)

Trend
Trend

1980-2015

1980-2015

mdec-1-2.4

CESMI-LE

mdec-1-1.2

0-2.4

1.2-1.22.4

CMIP50北太平洋における表層栄養塩濃度の低下
表層栄養塩濃度の経年直線トレンド
成分の平面分布リン酸

北太平洋全域の表層栄養塩濃度平均値の減少トレンド [Yasunaka et al., 2016]
リン酸[Yasunaka et al., 2016]

赤：経年的増加
青：経年的減少硝酸

硝酸

斜線部分が統計的に優位なトレンドを持つ
海域

ケイ素

ケイ素
1960年から2015年までの北太平洋における表層栄養塩の減少速度
PO4: -0.12 mmol/kg/10y
NO3: no trend
Si:-3.8 mmol/kg/10y

硝酸塩濃度が減少しないわけ：大気経由の人為的な窒素供給
西部北太平洋亜寒帯域への大気由来
N沈着量 [Jung et al., 2011]

北太平洋亜熱帯亜表層水(25.5-26.5sq)におけるExcess-Nの増加[Kim et al., 2014]

植物プランクトンの応答
生態系モデルにより評価された、水温上昇・成層化と大気経由栄養塩供給の増加による海洋一次生産力の変化 (1850 -2015)[Yamamoto et al., 2022]
トータルの変化

水温上昇・成層化による生産力変化

衛星海色データから見積られた表層Chla濃度の経年変化(1998 -2020)[Yu et al., 2023]

大気経由栄養塩による生産力変化

動物プランクトンの応答は…？

親潮域における春季ブルーム開始日の早期化[例」春季親潮域における植物プランクトンと動物プランクトンの経年変動とその要因[Chiba et al., 2006,2008]

プランクトン現存量の経年変化

植物動物

親潮域カイアシ類の発生季節別現存量変化

生態系の気候変動に対する複合的応答
その他の例
天然リシリコンブの10年毎の平均生産量

漁獲前年1~3月の平均水温とコンブ生産量との回帰直線
幼胞体の最適成長水温
10.8℃〜11.7℃

宗谷地方の昆布の減少は単に「昆布が暑さに弱いせい」
か？

配偶体の最適成長水温
8℃〜13℃[名畑他、2003]
8

今ある海産生物の将来分布予測のほとんどは、現在の海洋環境（水温, 波, 日射等）と生物間の関係式が将来も使えると仮定して、将来の環境変動予測値から分布を推定している。
しかし、生物生産が維持されている仕組みを地域ごとに細かく見ると、現在の将来予測に組み込まれていない変数（この場合はウニ）が働いている事も多く、その場合は現在の環境と生物の関係式を将来にも適用できるのか、不明。
=>海域ごとに生物生産の仕組みを調べ、理解する必要がある。

1012

利尻島のウニ生産量

これが効いてる？

◇ エゾバフンウニ● キタムラサキウニ

キタムラサキ
ウニの割合

気候変動のその他の影響①海流・海洋循環の変化

気候変動に伴う水温上昇・降雨量変化による
東京湾・大阪湾・伊勢湾の底層溶存酸素濃度の将来変化予測（2100年, 9月） [濱田・鯉渕 2013]

対馬暖流水の分布の北上に伴うスルメイカ漁場の北上予測

東京湾

農林水産技術会議技会プロジェクト研究「温暖化」成果報告書

2050年

2100年

少ない

2000年

伊勢・三河湾

大阪湾

多い気候変動のその他の影響②海洋の貧酸素化
・海が温暖化する際に表層だけ昇温する=>表層の水が下の水と混ざりにくくなり、表層以下の海水中に酸素が運ばれにくくなる。
この過程が顕著に進行すると、底魚類や広域回遊魚のうち、酸素要求量の高いもの（マダラ、マグロ、サメ等）に影響が現れるようになり、海外で問題化している。

カリフォルニア沖の溶存酸素減少と底魚の斃死
溶存酸素の鉛直分布
10m

50m

20m

100m

30m

150m

40m

200m

50m

[Grantham et al., 2004]

1960年
2002年

・内湾では富栄養化（溶存酸素減少）・貧栄養化（溶存酸素減少）によっても酸素濃度が変化するため、酸素の経年変動はより複雑になる。

これまでに溶存酸素の減少が確認されている外洋域（青丸）と沿岸域（赤丸）[Breitburg et al., 2018]

日本の沿岸域における貧酸素化の進行状況
日本の大陸斜面域（水深400m-600m）における底層溶存酸素濃度の経年変動[小埜等, 2011]

浅海域における酸素欠乏現象の発生海域の経年的増加 [IUCN 2020]

日本海浅海域（300m以浅）における溶存酸素濃度の減少トレンド [mmol/kg/y][Ono et al., 2021]
66
44

粟島周辺
大和堆

1900-19691970-1989

1990-2015

220
対馬東部

66
44

溶存酸素量[μmol/L]

22

若狭湾

対馬
西部

066
44
22066
44
22013211088

・日本沿岸の貧酸素化も進行中。
特に東北〜北海道太平洋側の大陸斜面域と、日本海沿岸の陸棚域で減少が顕著。
・浅海域では酸素が増加している海域も減少している海域もあるが、日本全体としては未だ酸素が減少している海域の方が多い。

気候変動のその他の影響③海洋酸性化

米国西岸でされたアメリカイチョウガニ幼生の殻の酸性化による溶解[Bednarsek et al., 2020]

今世紀末までに発生する海洋表層のpH低下(19世紀末 - 21世紀末間の変化量：RCP8.5）[IPCC海洋・雪氷圏特別レポート]

動物分類群毎に酸性化影響実験の結果をとりまとめたグラフ [IPCC第5次評価報告書]
サンゴ

棘皮動物

軟体動物

節足動物

魚類

日本の沿岸域における酸性化の進行状況

日本沿岸の5地点におけるアラゴナイト飽和度の[Ono et al., 2024]
周年変動モニタリング結果

日本沿岸のpH観測点におけるpH経年変動の統計的分布

16/26
16/26

環境省の⽔ 質調査データ を 利⽤ し た

環境省の⽔[Ishizu質調査データ
et al., 2019] を 利⽤ し た
⽇ 本沿岸域のpH変動傾向の解析結果
⽇ 本沿岸域のpH変動傾向の解析結果[Ishizu et al.,[Ishizu2019] et al., 2019]
各測点におけるpHトレンドの傾きの頻度分布（1978-2009)

マガキ幼生の酸性化影響発現閾値
[Waldbusser et al (2015)]・⽇ 本沿岸全体と し て は、外洋域と 全く 同じ ・⽇速度で本沿岸全体と し て は、各測点におけるpHトレンドの傾きの頻度分布（1978-2009)
酸性化
アルカリ化
酸性化が進⾏

酸性化

栄養塩負荷等による酸性化の加速

北太平洋域全体の酸性化速度

アルカリ化

ΔpH (/年）
栄養塩負荷の削減等による酸性化の減速・アルカリ化

外洋域と 全く 同じ 速度で
岡山県日生・宮城県志津川湾における酸性化が進⾏
・個々の海域では、栄養塩将来のΩaraはどうなっていくのか.....︖[濱野上(2022) R
C
P8.5
シナ
リ
オに基づ
く予測
結果]
負荷量の経年的増減等、 酸性化の将来予測
マガキ産卵期他の⼈ 為的要因によ っ・個々の海域では、栄養塩
⽇⽣ (現在)て 酸性化の速度は⼤ き く
負荷量の経年的増減等、変動。
公共用水域pHデータは他の⼈ 為的要因によ っ個々の観測点におけるて 酸性化の速度は⼤ き く
観測値のばらつきが大き変動。
いため、個々の海域で過去にどれだけの速度でpH
公共用水域pHデータはが低下していたか（ある⽇⽣
個々の観測点におけるいは、低下していなかっ 産卵期(今世紀末)
観測値のばらつきが大きたか）を議論する事は現状では困難。
いため、個々の海域で過去にどれだけの速度でpHが低下していたか（ある[Fujii et al., 2023]

産卵期

志津川 (現在)

産卵期

志津川(今世紀末)

まとめ：気候変動下における海の環境と生物生産
これまでにわかっている事
教科書的な影響と応答

・海の表層水温が全球的に上昇。
これに応答して、多くの生物の生息域が北上中。
・海洋表層の成層が強化され、表層への栄養塩供給が低下。
これに対応して亜熱帯域表層の一次生産力は低下しているが、亜寒帯では混合層深度の浅化による光条件の向上の効果が栄養塩減少の効果を相殺するため、多くの海域で一次生産力が上昇。
海域ごとに異なる応答

・上記の二項目以外の気候による変化（流れ・海洋循環の変化 / 生物季節の変化 /貧酸素化 / 酸性化 etc）は、海域ごとに現れ方が異なり、また生態系によって応答も異なる。
・各海域・生態系への気候変動の影響とその応答を評価するためには、海域・生態系ごとに成立している仕組みを調査し、その仕組みに影響を与える気候要素がどのように変化しているかを調べる必要がある。
・海の環境や生態系に影響を及ぼしている人類活動の影響はCO2だけではない。
#人類活動による栄養塩供給量/供給経路の変化#沿岸域における淡水供給量の変化#生物の人為的な遠隔輸送などの影響にも合わせて注意を向ける必要がある。（geo engineeringを含む）