平成25年11月13日
第11回環境研究シンポジウム－水圏・海洋を巡る環境研究の最前線－

干潟・砂浜の生態地盤学

佐々真志
動土質研究チームリーダー(独)港湾空港技術研究所 地盤研究領域

従来の研究干潟・砂浜海岸の生物生態と地形動態
主に波・流れなどの地盤上の水理環境に関連“大きく見過ごされてきた地盤内部の土砂物理環境”
生物生息場の修復・創造：多様な生物が定着しない,地形不安定が課題

干潟・砂浜潮間帯の地盤内部の物理環境動態の体系的なモニタ
リング・評価手法の開発
潮汐作用下の土中水分張力の観測・実験・解析
変化を核とした土砂環境動態
多様な底生生物の住環境の形成
土砂の保水動態，間隙／硬軟構造，表面せん断強度および表面形状の時空間変化

漂砂・地形動態に果たす地盤内部の土砂物理の役割
巣穴形成や潜砂に代表される生物住活動と土砂物理環境の関わりを世界に先駆けて解明！

「生態地盤学」
多種多様な生物生息場を担う地盤表層の土砂物理の体系的な理解を基に、地盤と生態の関わりを系統的に探究・解明し、生態保全・再生に直接資する工学的指針を構築する
工学・理学・生態学を横断する学際新領域
現在までの知見:
地球物理学, 海の生態学分野の世界のTop journals に掲載●

干潟・砂浜土砂環境場の体系的なモニタリング・評価手法の開発
砂質干潟、泥質干潟、浚渫土砂を含む造成干潟、砂浜潮間帯●

多様な土砂環境動態と発現メカニズムの解明
保水動態、土砂の安定性、堆積構造の形成、砂州地形●

生物活動の適合土砂環境場の解明
巣穴住活動、潜砂活動、鳥の採餌活動、環境選択行動●

生物住環境の評価・設計・管理指針の構築
土砂性能、生物多様性、絶滅危惧種

土砂表面硬さ (ベーンせん断強度): kPa

4.0

野島 (2009.3)
野島 (2010.9)
白川河口 (2009.9)
夷隅川河口 (2009.8)
那覇 (2009.6)
那覇 (2009.12)
九十九里 (2009.5)
由比ヶ浜 (2010.9)

3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.00.5

R2 = 0.915
p < 0.0001

0-2-10123

サクション: kPa
干出・冠水に伴う 地下水位変化と連動したサクション (水分張力)の動態が，水際土砂の間隙, 剛性, 硬さ等の生物住環境の顕著な時間的空間的変化(土砂硬さにして20－50倍) を引き起こしている！

多種多様な生物生態に重要かつ本質的な役割を果たしている！

干潟底生生物の巣穴住活動に果たす土砂物理環境の役割
現地観測とともに，大気・水環境因子を統一し土砂環境条件を精緻に制御・変化させて生物応答を詳しく検証しうる生態地盤実験手法の開発
巣穴発達度

十分に発達した巣穴の存在

地下水面下 地下水位○

冠水側 干出側

地下水面上B

OP

●

○

AOP
●

○

相対密度
Dr : 低●様々な生命活動を支える根本

相対密度×Dr : 高0CR××

サクション s

コメツキガニの巣穴住活動－土砂環境場のリンクモデル

サクション (土中水分張力) を核とした土砂物理環境が，巣穴住活動の臨界･最適･限界条件を支配している！

潜砂可

二枚貝の潜砂活動に果たす
土砂物理環境の役割－最適・遷移・限界潜砂領域の存在を示す稚貝から成貝までのアサリの潜砂応答実験結果のまとめ－

傾斜・部分潜砂θz

土砂表面硬さ (ベーンせん断強度) : kPa
0.35
n=1140.30

n=49n=137

潜砂不可

干潟堆積物 寒天
鉛直潜砂可(最適領域)

n=45

傾斜・部分潜砂(遷移領域)

0.25

✕

n=23

n=860.20

n=53

✕

潜砂不可

(限界領域)
自沈

n=34

n=57

n=160.15

n=140.10
0.05
00L51015202530

殻長 L : mm

35404550

統計解析結果(GAM)

鳥と地盤と底生生物の関係に果たす土砂物理環境の役割－ハマシギの採餌活動とサクション
動態の密接な関係を示す現地観測結果－
全採餌活動に対するProbingの割合: %0.8

200.6

400.4

採餌行動の様式
採餌活動の形態
Pecking

Probing

600.280
1000○ 鳥データ

01

サクション

2345

干出後の経過時間: h67

サクション: kPa0多種多様な生物住環境診断チャートの作成と検証

多様な生物住活動の適合土砂環境場と限界土砂環境場の両者が生物種ごとに存在することを世界で初めて明らかにした！

各地の底生生物の生息分布と住み分けの実態が，同チャートときわめて良く整合している！
土砂相対密度尾道人工干潟 (国土交通省中国地方整備局)

底生生物の種類数
60

尾道人工干潟(造成 15年後)50

徳山人工干潟(造成 3年後)

4030

相関係数

20

R = 0.908

1000123456

サクション: kPa
従来の環境指標を格段に上回る
サクションと生物多様性間の多種多様な生物住環境診断チャートと整合密接なリンク

粘土から細砂までの幅広い土質の自然干潟においても成立(カナダ Roberts bank干潟とSidney Bay干潟)
多種多様な生物の適合・限界場をサクションを核とした土砂環境場が支配し，それらの違いが多様な底生生物の生息分布の形成に大きく寄与している！

砂浜海岸の生物住環境特性：地盤環境変化
100100

四ツ郷屋浜
太郎代
太夫浜

80saev

飽和 不飽和0200

相対 60
密度Dr : % 40

Sr4002468サクション s : kPasaev

相対密度 Dr: %飽和度 Sr: %80

飽和度60
Sr : %

四ツ郷屋浜
太郎代
太夫浜

sDr0s

2010012024681012

サクション s :s:kPakPa
サクション

サクション s: kPa
実質飽和状態で干出・冠水を繰り返す
土砂においては，サクションの動態の厳しさに応じて顕著な繰り返し弾塑性収縮が生じて間隙・硬軟構造に忠実に反映されるサクションが砂浜潮間帯の飽和・不飽和，緩密，硬さ軟らかさ等の生物住環境の発現を支配している！

ベーンせん断強度 : kPa

14
四ツ郷屋浜
太郎代太夫浜12saev

10ベーン
せん断 8強度 6
τ* :
4kPa

τ*0s

2002

468
サクション ss:
: kPa
サクション
kPa

1012砂浜海岸における水産有用魚類の餌資源生物分布と土砂物理環境の密接な関わり
生物
個体密度：
個体数／
コア

5~8mm

生物
個体密度：
個体数／
コア

6~12mm

ヒメスナホリムシ

ナミノリソコエビ
サクション s: kPa
生息密度がゼロの生息限界域 (CR) および生息密度の有意なピークが現れる高密度生物
域 (OP) が，生物ごとに特有のサクション個体場において現れ，かつ，その値が砂浜に密度：依らず一致している
個体数／
砂浜底生生物の住み分けには, 多様 コアな生物住環境とともに生物住活動の最適・限界条件を支配するサクションが重要な役割を担っている！

サクション s: kPa

8~18mmヒゲナガハマトビムシ

サクション s: kPa

干潟砂州の地形動態の「長年の謎」の解明
岸側

沖側

-0.2
バーは動かない！

-0.4

バーは動かない !

トラフは動くトラフは動く-0.6 台風や暴波浪を経験しても，干潟の砂州 (バー)は動かない
050

東京湾小櫃川河口にある盤州干潟の砂州：干潮時

堆積侵食

新たに見出した干潟地盤の

標高: m

動的安定原理の浅場造成

0.6 Dr = 44.7%, Sr = 66.7%
0.5 2月
5月

岸側

浅場造成範囲Dr = 63.8%

0.4

標 高: m事業による検証: 東京湾葛西沖

2010年 2月 ~ 5月

0.3

MLWS + saev /γw

0.2

MLWS

0.1

Unsaturated
不飽和(s > saev)Saturated
飽和(s ≤ saev)

0Dr = 39.7%-0.1

Original height

造成前

-0.2
020406080
沖－岸距離 : m

100120岸沖距離: m
標高 : m沖側

2010年 8月 ~ 11月

0.60.5

造成前
標 高: m

A測線

Dr = 81.2%

0.4

MLWS + saev /γw D = 71.0%r

0.30.2

MLWS0.1

Dr = 39.5%-0.1(s > saev)

8月10月
11月

0造成前

0204060

Saturated
飽和(s ≤ saev)

Dr = 27.5%

Original height-0.2

Unsaturated
不飽和80100120

沖－岸距離 : m
岸沖距離:m

造成直後：2010年2月

MLWS: 大潮平均低潮位， saev: 空気侵入サクション赤点線は，予測安定地盤高を示す．

生物多様性と地形安定の両立を実現する工学指針

潮間帯砂州の動的安定原理 に基づくバリア地形の概念図

実質飽和域の地盤高に遷移し造成砂州が自律安定化した後に，生物種が顕著に増加！

まとめ：
水と地盤と生態を融合した学際新領域“生態地盤学”の展開を通じて，干潟および砂浜海岸の多種多様な生物生態ならびに地形動態に果たす地盤環境の役割を体系的に解明し，新たな科学技術基盤・工学指針を構築・提示した．
得られた知見は，従来，困難であった多様な生物種に対応した生物住環境の評価・モニタリング・管理を実現可能とし，沿岸環境・生態系の保全・回復に大きく寄与することができる．
生物多様性と地形安定の両立を実現しうる工学指針は，沿岸域の減災と調和した環境・生態系の保全・再生に向けた今後の干潟・浅場造成事業において広く活用されることが期待される．