内湾における環境容量と整合した持続的養殖漁業実現のための有機物動態解析
Analysis of organic matter dynamics and carrying capacity aiming for sustainable aquaculture in a bay
坂巻隆史*
Takashi SAKAMAKI* 東北大学大学院工学研究科

土木工学専攻 准教授

We examined the dynamics of particulate organic matter and its interactions with oyster farming in
Shizugawa Bay. The oysters showed a significantly higher growth rate near the estuary of Togura, but theenvironmental factor causing the high growth rate was unclear. We also found that the oyster farmincreased the concentration of algal-origin material in the seawater particularly for the relatively large
size fraction (i.e., 20-250 μm) compared with the outside of the farm. This may be due to the exfoliationof sessile algae from the aquaculture facilities. Meanwhile, the relative importance of planktonic primary
productivity for the oyster farming was dependent on the spatial scales of analysisl. Our results
demonstrate that to determine the carrying capacity of oyster farming, further information particularly
for interaction of organic matter dynamics and oysters at relatively smaller scale (e.g., <~10m) is needed.
Key Words: oyster farming, seasonality, fatty acids, organic matter budget, spatial scales

1．研究の背景・目的

2．研究方法

持続可能な水産養殖実現には，沿岸域における物質 2.1 志津川湾内のカキ生育と生育環境評価のた
フローと水産養殖生物・施設の間の相互作用についてめの調査の科学的理解が不可欠である 1-5)．一方，2011 年の東日
志津川湾内の環境や餌源の異なる場でのカキの成育
本大震災津波により大きな被害を受けた三陸沿岸の多を比較するため，図-1 に示す 4 地点でカキ飼育実験をくの地域では，養殖システムの再構築に向けた取り組行なった．カキの飼育は各定点の水深 2ｍにて行ったが，みと模索が続けられており，科学的知見に基づく持続的な養殖システムの確立に資する情報や方策の提示は， 戸倉Ａ地点のみ水深間での比較を行うため，8ｍでの飼育もあわせて行なった．2014 年 8 月下旬に志津川湾内地域社会復興においても極めて重要な意義を持つ．
本研究では，宮城県志津川湾を対象フィールドに選 においてカキの採苗を行い，同年 10 月に付着基盤から個体をはがして，防汚処理を施したカキ篭でシングル定し，以下の課題に取り組んだ．
1) 同湾における主要水産養殖生物であるカキのトロ シード養殖の方法に習ったカキ飼育を開始した．約 3～
フィックマーカー分析に基づく餌要求(主に植物プ 4 ヶ月に 1 度，各飼育ポイントよりカキを採取し，サイランクトンの種やサイズの組成・量など)を把握し， ズ・重量の計測を行うと共に，軟体部の炭素・窒素安定その成長と養殖環境との関係を明らかにする．
同位体比および脂肪酸組成の分析を行なった．
2) 有機物動態の観点から見た水産養殖施設の生態系
これらの地点では，カキ飼育定点の環境を比較する影響(内湾の植物プランクトン群集の質・量的変化，ため，メモリー付き電磁流向流速計による流れ場の観施設からの偽糞沈降による底層環境の悪化など)を測を実験期間中各地点 2～3 回程度実施した．
あわせて，定量的に理解する．
3) 1)2)の知見を基に，水産養殖と内湾の有機物動態の 餌となりうる粒状有機物の濃度および質を比較するた相互作用を記述できる数理モデルを構築し，とりわ め，期間中複数回の採水を行なって，粒状有機態炭素・け餌料供給の面からみたカキの適正養殖密度の推 窒素の濃度と安定同位体比，および脂肪酸組成を分析定を行う．
した．

－63－

心に行い，月齢ごとにカキ個体の単位バイオマス当たりろ過水速度や排糞速度等の算出を行った．
加えて，上述の湾内 4 地点におけるカキ飼育実験におけるデータをもとに，カキのロジスティック成長モデルを回帰モデルとして作成した．それらの情報をもとに，カキ個体の成長過程での同化や排糞等の代謝の変化を推定する簡易的な数理モデル計算を行った．

(2) カキを含めた志津川湾内の粒状有機物収支計算
志津川湾内における粒状有機物の動態とカキ養殖の相互関係を理解するため，簡易的な 1 ボックスモデルによる粒状有機物の収支計算を行った．本研究での諸調査・実験結果とともに，同時期に同湾での別プロジェ
図-1 本研究における志津川湾内の調査対象地点
クトにより得られた流入河川や湾口部の粒状有機物濃2.2 カキ養殖の懸濁態有機物の質・量等への影響 度の情報を境界条件として利用した．計算は，湾奥部 4×4km2, カキ養殖施設周辺部 0.1×0.1km2 およびカキ 1評価
個体近傍 10×10cm2 の 3 スケールで計算を行った．本計
2015 年度，
戸倉 A 地点(カキ養殖場内)および戸倉 A’
算は，フラックス間の相対的な大きさをオーダーレベ地点(カキ養殖場外の航路)にて季節調査を行い，計4回ルで比較するための簡易的な収支計算であり，計算のの採水を行なった．採取した海水は目合いの異なるふ簡略化のため種々の仮定をおいた．
「夏～秋にかけてのるい・ろ紙を用いてサイズ分画を行い，0.7-2，2-20，比較的温暖な季節の 1 日の収支のみが算定対象」，「4×20-250μm の各サイズ画分の粒状有機炭素および脂肪24km スケールでは，流動は潮汐による水位変化によっ酸の分析を行った．てのみ起こる」，「0.1×0.1km2 および 10×10cm2 のスケ
さらに，上記 2 地点において粒状有機物の生産・呼ールでは，1cm/sec の一様流を仮定」などの条件を与え吸活性を比較するため，2015 年 9 月に明暗瓶法によるた．
フラックス測定を実施した．両地点では，水深 2, 6, 12,18m 付近からバンドン採水器で海水を採取し，100mL の3．結果
明暗三角フラスコに封入後，採取位置と同じ水深帯で 3時間程度のインキュベーションを行った．インキュベ
3.1 カキの成長および生育に関わる環境ーション直前・直後の溶存態酸素濃度を非接触型 DO センサー(Microx4, PreSens 社)で読み取った．
カキの成長速度は，飼育定点間で有意に異なった．水深 2ｍでのカキ軟体部の成長速度は，戸倉Ｂ(31.4g2.3 カキの養殖と粒状有機物動態の相互関係の wt/yr/ind)> 戸倉Ａ> 志津川Ａ> 戸倉Ａ8m> 志津川Ｂ
(21.8g-wt/yr/ind)の順であった．
解析
戸倉Ａと戸倉Ｂの 2 地点における流速を比較すると，(1) カキの代謝パラメータの測定
全般的に戸倉Ａで流速がより高い傾向にあった．戸倉
2014 年 11 月，志津川湾内の漁港に係留された漁船 Ａと戸倉Ｂの流速の 50％値は，それぞれ 1.79cm/sec とに，100L の透明ビニール製の簡易メソコズムを設置し， 1.22cm/sec であった．
各養殖地点における懸濁態有機物の質・量とも，地点カキによるろ過摂食・排糞速度等の測定を行った．カキを投入しない対象系，および 3 段階の月齢(4, 16, 28 間で一貫性のある明確な傾向を示さなかった(図-2)．
ヶ月)のカキを投入した 4 系それぞれにつき 3 つのメソ 一方で，季節間では，それぞれの項目が大きく変動してコズムを準備し実験を行った．ポンプで海水を揚水し， いた．POC 濃度は，春のサンプリングで高かった．δ13C
各メソコズムに滞留時間が約 1 時間程度となるよう海 は，夏に 5‰以上の範囲で地点間のばらつきがみられた
水を連続流入させた．カキは，実験開始時に，殻付質重 が全般的に高く，秋に全地点が低い傾向がみられた．海量で約 1.5kg となるよう各メソコズム内のカゴに入れ 水中の脂肪酸濃度については，脂肪酸によってその季吊るした．測定実験は 22 時間継続し，その間流入海水 節変動のパターンが異なった．珪藻のマーカー脂肪酸とメソコズム内の海水を採取するとともに，実験終了 EPA，および渦鞭毛藻のマーカー脂肪酸 DHA は，いずれ時にメソコズム底部に堆積したカキの糞を全量回収し も春・夏にその濃度が高かった．一方，一般に高等植物た．得られた試料については，粒状有機炭素の分析を中 由来の有機物のマーカーとされる脂肪酸 LCFA について－64－

は，秋と冬に高かった．
海水中の懸濁有機物およびカキ軟体部に含まれる脂肪酸の組成は，全般的に地点間の差異よりも季節変動の方が顕著であった(図-3)．そして，懸濁態有機物およびカキともに同様の季節変化のパターンを示し，春に細菌および珪藻に由来する有機物を多く含み，夏は渦鞭毛藻由来が幾分高かった．秋は，高等植物由来の有機物を多く含み，冬はいずれの由来も割合として低かった．また，カキの脂肪酸組成の季節的な変動は，懸濁態有機物の変動に比べれば相対的に小さいものであった．

POC (mg/L)

0.5

志A
志B戸A戸A8m戸B

0.40.3図-3 調査地点における懸濁態有機物および飼育カキの生物起源マーカー脂肪酸組成の季節変化(主成分分析結果)0.20.1

δ13C ‐POC (‰)

0.0‐12‐14‐16‐18‐20‐22‐24

EPA (μg/L)

‐264
321

LCFA (μg/L)

00.80.60.4

図-4 カキ養殖場内外におけるサイズ分画された
珪藻マーカー脂肪酸濃度の季節変動

0.20.0春

夏

秋

3.2 カキ養殖の海水中懸濁態有機物への影響

冬

図-2 カキ養殖場内調査地点における懸濁態有機物の化学組成の季節変動

懸濁態有機物のカキ養殖場および場外航路での比較
では，養殖場内の粒状有機物量が相対的に高い傾向にあった(図-4)．さらに，両地点間ではサイズ組成が異なっていた．POC, 珪藻・渦鞭毛藻のマーカー脂肪酸いずれの濃度も，一番大きな 20～250μm 画分で，養殖場内が場外航路を上回った．
養殖場内外の海水中における一次生産・呼吸活性に－65－

ついては，深さによって傾向が異なったが，全般的には，場外航路において一次生産および呼吸が若干養殖場を上回る傾向がみられた.

湾奥部: 4×4 km2 ×水深

湾内河川流入0.2

3.3 粒状有機物収支

海水中POC 43.2
総一次生産 91.8
呼吸 77.8

カキ 24.1
ろ過摂食 0.2

カキのロジスティック成長モデルは，
4.34/[1+exp{(296.5-day)/89.9}] (g-C/ind, r2 =0.59)と推定された．さらに，メソコズム実験により求められたカキのろ過速度および排糞速度(バイオマスあたり)は，いずれも年齢と共に低下した．推定されたモデルからは，400 日程度以降に各種代謝パラメータが一定値に漸近する傾向にあり，特に，それ以降カキの成長は鈍化し，排糞速度が最大化されることが示された．
粒状有機物の収支は，空間スケールに強く依存した．
4×4 km2 スケールでは，カキのろ過摂食は相対的に，純一次生産や移出入のフラックスに比べ非常に小さかった(図-5)．さらに全般的にも，純一次生産のフラックスが収支を支配していた．100×100m2 スケールにおいても，カキのろ過摂食の作用は他のフラックスに比べて小さいが，4×4 km2 スケールとは異なり純一次生産よりも移出入のフラックスが収支に大きく作用していると見積もられた．最小の 10cm×10cm のスケールにおいては，移出入のフラックスが最も大きく，さらにカキのろ過摂食は海水中の純一次生産を大きく上回った．

海水中収支 +17

湾外海域
流入 4.8
流出 4.8

沈降 0.3底質 107
呼吸 4.3

底質表層収支‐4.0: フラックス （ton‐C/day）: 現存量 （ton‐C）

カキ養殖場: 100×100 m2 ×水深

海水中POC 27
総一次生産 57.4
呼吸 24.3
カキ 168
ろ過摂食 1.6

海水中収支 +31

区域外
流入 117
流出 117

沈降 0.1: フラックス （kg‐C/day）: 現存量 （kg‐C）

カキ個体近傍: 10×10×10cm3

海水中POC 0.2
総一次生産 0.6
呼吸 0.3カキ 1000
ろ過摂食 9海水中収支 ‐9

流入 1296
流出 1296

沈降 0.001: フラックス （mg‐C/day）

区域外: 現存量 （mg‐C）

図-5 志津川湾内におけるカキ養殖と有機物動態の相互作用理解のために，3 つの空間スケールで算定された粒状有機物収支

4．考察
4.1 志津川湾内における空間的なカキ成育速度の差とその要因
カキの飼育実験では，戸倉地区の特に河口寄りの地点でカキの生育が良いことが示された．このような傾向は，現地のカキ漁師の実感に即したものとなった．本
研究の中で成長が比較的よかった戸倉 A および戸倉 Bの 2 地点は，いずれも比較的静穏でカキの成育を阻害するような激しい水理的環境は通常は起こっていないと考えられる．また，両地点間の比較では，より低い流速の戸倉Ｂの成長速度が高かったことから，いずれの地点でも流動環境が成長を規定する因子とはなってい－66－なかったと推察される．一方，粒状有機物の質・量の地点間の比較でも，明確な差がみられなかった．総じていえば，今回の調査の観測データからは，湾内で見られたカキ成長速度の空間的な違いの要因を説明することができなかった．養殖場の有機物の質・量だけではなく，その生産や回転速度についての更なる調査が必要である．
一方，脂肪酸組成分析から，湾内における潜在的な餌源としての粒状有機物の起源およびカキの同化餌料の生物的起源は，明確な季節変動パターンを有していることが明らかとなった．特に，カキ軟体部の脂肪酸組成は，ある程度の恒常性を持ちつつも，同化餌料の生物的起源の変動を有していることが明らかとなった．この点は，カキの餌料の時空間的な変動を捉えるうえで，脂肪酸組成が非常に有効なツールとなることを意味している．

積もられた．養殖場内 100m×100m スケールでの解析でも，内部生産の寄与が相対的に移出入に比べやや小さくなるが，カキの生産を支えるには十分であることが示された．一方で，カキ個体近傍へと計算スケールを小さくした場合，内部生産は水塊の体積が小さくなることで収支への相対的な寄与がさらに小さくなり，代わりに有機物の系外からの移入がカキの生産を支えていると見積もられた．研究当初の視点は，湾スケールでの餌量供給の面からみたカキの環境容量と適正養殖密度の定量にあったが，結果的には，スケール依存性に対する視点の不足から，カキ生産に対する餌料制限を適切なスケールで捉えることは出来なかった．今後は空間スケールを階層化させた数理モデルの構築と，モデリングに必要な，カキ養殖場内・カキ近傍の海水流動，一次生産性，カキのろ過摂食影響に関するより小さな空間スケールでの詳細な調査データの集積が求められる．

4.2 カキ養殖が懸濁態有機物の質・量に及ぼす影響

4.4 持続的なカキ養殖実現に向けての今後の検討課題

ろ過摂食者であるカキによって，海水中のプランク
今回の研究において同一湾内で，空間的にカキ成長トン濃度がカキの存在しない対象区などと比較して低速度に有意な差異があることが定量的に示された点は，下することは広く報告されている．しかし，本研究では大いに着目される．上述の通り，今回の解析からその要その逆の傾向がみられた．カキ養殖場内外では，懸濁態因の特定には至らなかったが，今後さらに検討を進め有機物の量およびそのサイズ組成が異なり，特に春・夏るべき重要な課題といえる．それらを明らかにするににかけて，カキ養殖場内で比較的大きなサイズ画分(20は，今回の一連の結果をふまえると，特に，各養殖場が～250μm)の藻類由来有機物が多かった．要因としては，有している生産環境としての栄養塩循環・内部生産効
養殖施設の付着藻類の剥離や養殖場内でのカキ排泄等率等の評価，および人為的な漁場管理としての養殖密にともなう栄養塩回帰・藻類生産の促進などが考えら度の影響評価の 2 点が今後必要ではないかと考えられれる．しかし後者については，海水中プランクトン群集る．そしてそれらは，上述の通り，空間スケールを階層の一次生産活性が養殖場内で高いとの結果は得られな化させて解析していく必要がある．
かった．志津川湾は比較的開放的で，海水中のバックグ
志津川湾戸倉地区のカキ養殖については，震災後のラウンドとしての植物プランクトン濃度が低いため，養殖密度低減と種々の環境への配慮の取り組みが評価
養殖施設からの剥離による有機物濃度上昇の影響が顕され，今年に入って WWF による国際資源管理認証の一在化しやすかったのではないかと推察される．
つである水産養殖管理協議会(ＡＳＣ)の認証が日本で数理モデルによる推定結果からは，カキが 400 日程はじめて取得された．環境へ配慮しながら良質の水産度の年齢を超えると同化効率が著しく低下し，摂餌し物生産を目指す点は，高く評価されるべき取り組みでた餌料の多くが排糞されるような傾向が示唆された．
ある．一方で，生産効率性および環境負荷に関しては，その年齢を超えての養殖期間の長期化は結果として養果たして本当に適正化あるいは最適化されたものなの殖生産効率の低下と，底層環境への負荷増大を招く恐あるかについての科学的実証は追いついていない．今れがあることを示唆している．本解析結果については，後，上述のような科学的課題を克服し，戸倉地区に見ら今後現場での検証が必要である．
れるような生産と環境配慮の両立への取り組みを支援するための実用ツールとして，環境・養殖生産モデルの4.3 カキ養殖と餌料環境の相互作用，解析スケー構築を急ぐ必要がある．

ル問題

本研究における粒状有機物の収支計算は，オーダーレベルでフラックスの相対的な大小を比較するのに有効であった．その結果，比較的内部生産が活発な温暖な時期には，湾奥部全体でみれば養殖カキの生産を支えるのに十分な内部生産および有機物の流入があると見

参考文献
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