5.2 海洋生態系における元素の移行に関する試験
Study of Element Balance in a Marine Ecosystem
石川 義朗, 阿部 康一, 近藤 邦男, 多胡 靖宏, 中村 裕二
環境シミュレ−ション研究部

Yoshio ISHIKAWA, Koichi ABE, Kunio KONDO, Yasuhiro TAKO, Yuji NAKAMURA
Department of Environmental Simulation
Abstract
Discharge of small amounts of various radionuclides into the natural environment accompanies theoperation of a spent nuclear fuel reprocessing plant. The Closed Hydrosphere Experiment Facility (CHEF)
was developed as a part of the Closed Ecology Experiment Facilities (CEEF) to study circulation andaccumulation of radionuclides in the hydrosphere ecosystem. A mathematical model to elucidate carbon
cycling in the sea grass ecosystem was developed. This model can be described as a network consisting of 4
sub-models: sea bed and sea water sub-model, sea grass sub-model, sea urchin sub-model, and sea cucumber
sub-model. Parameters in each sub-model were determined based on the results of laboratory experiments. So
far, only the sea grass sub-model has been verified through cultivation experiments by using the CHEF. The
verification of other sub-models will be accomplished in future experiments. The accumulation of tritium(3H) in marine animals was examined by the culture experiment using deuterium (D) as a tracer. The exchange
velocity constants of heavy water (HDO) between seawater and marine animals were estimated to be varying
large, being from 0.06 to 0.29 per hour in 6 kinds of fish and from 0.87 to 3.37 per hour in non-fish animals,
such as scallop, sea cucumber and others.
1. 目的

たアマモ育成実験の結果と、モデルによる計算結果

青森県六ヶ所村に建設されている大型再処理施設を比較によることにより、モデルの検証を行なった。の操業に伴い、微量ではあるが、当該施設の排気塔

また、海水中に放出された3Hは、海水の流れに沿から大気中へ放射性炭素14Cが、六ヶ所村沿岸海域のって移流・拡散し、希釈される。それらの過程の中沖合約 3 kmの海底に設置された海洋放出管出口かで、一部は海産生物の生体内へ移行・濃縮すること314

ら、海水中にトリチウム（ H）が排出される。 Cが予測される。そこで、青森県太平洋沿岸海域で漁は大気中に拡散し、その一部はガス交換を介して海獲対象とされている海産生物に着目し、海水中の3H水中に移行する。そこで、青森県の沿岸域においての海産生物への移行・蓄積過程を明らかにする事を最も良く発達している海草群落生態系を対象に、ガ目的に調査を実施した。平成 20 年度調査では、海水14ス交換を介して海水中に移行した後の Cが、水棲生中の3Hを対象に、3Hと同じ水素の安定同位体である物による光合成、吸収及び食物連鎖による移行・蓄重水素（D）を用いて、海水と海産生物体内間にお積、デトリタスの沈積等の様々な過程を介して、最ける移行速度を室内飼育実験により検討した。

終的に堆積物中に蓄積する量を明らかにすることを目的としている。平成 20 年度調査では、各生物の代2. 試験方法

謝や分解に関する実験結果から得た式に基づいてモ

海草群落生態系炭素移行モデルの作成とデータ補デルを作成し、閉鎖系水圏実験施設において実施し完ため、海草群落に生息する主要な腐植質食者であるマナマコの摂取有機物の消化率を求めた。
さらに、

また、光合成による炭素同化速度を表す式のパラメ

食物連鎖により最終的に堆積物に移行する有機物のータについても一部変更した。その結果、水温 20℃分解速度を求めるため、海草を摂食したウニ糞の分のアマモ中の炭素量変化と枯死・脱離したアマモ中解実験を行った。また、閉鎖系水圏実験施設内の飼の炭素量変化を計算すると、実験値と計算値は良く育槽Ⅰ及びⅡに海草を移植し、異なる水温環境下一致した（Fig. 1）。今後より長期間の実験を実施し、（15℃、20℃）での実験を行い、海草群落生態系炭検証することによりデータ数を増やすことで、モデ素移行モデルのうちアマモモデルで予測されるアマルの精度を高めていく必要があると考えられる。

モの総炭素量、枯死量について、実験データとの比の移行では、11 種のいずれの海産生物も生体内の重較検証を行った。
3

海水中から海産生物の生体内（体液中）への重水

3

Hに関する試験では、 Hの代わりに、同じ水素の水濃度は時間の経過とともに飽和曲線を描いて増大安定同位体である重水素(D)の化合物である重水し、一定時間経過後には飼育海水中の重水濃度とほ（D2O）を用いて行った。室内飼育実験では青森県

ぼ平衡に達した。しかし、生体内における重水濃度の太平洋沿岸海域に生息している海産生物 11 種をが海水中の濃度とほぼ平衡に達するまでに要する時対象とした。海水中から海産生物の生体内への重水間は、海産生物の種によって大きな違いが認められ、の移行に関する実験は、重水濃度を調整した海水中魚類（ウスメバル、クロソイ及びヒラメ）の場合はに生物を投入し、時間経過に従って生物を飼育水槽

約 24 時間以内であったが、キタムラサキウニ、エゾから採取し、生体内の重水濃度の時間変化を測定しバフンウニ、スルメイカ、ホタテガイ及びマナマコた。海産生物の生体内から生体外への重水排出に関の場合は約 2 時間以内と短時間であった（Fig. 2）。

する実験は、生体内の重水濃度を調整した生物を重一方、海産生物の生体内から外部への重水の排出で水無添加の海水中に移して飼育し、生体内の重水濃は、生体内への移行の場合と逆のパターンを描いて度の時間変化を測定した。体液中の重水濃度の分析

生体内の重水濃度が時間経過とともに減少した。まは、ガスクロマトグラフィを使用して行なった。

た、魚類（6 種）について、個体サイズと生体内への重水の移行速度との関係を解析した結果、両者間

3. 成果の概要は負の直線関係にあり、個体サイズが大きくなるほ天然海域で採取したマナマコの有機物消化率に関ど移行速度が遅くなる傾向が認められた。生体内のして、平均 50.9％という報告があるが、本調査でも重水濃度の時間変化に関する実測値を用いて、海水マナマコ腸管中の炭素含有量の測定から、平均 60％から海産生物生体内への移行速度係数ｋ(水の交換という消化率が得られた。これより、平成 19 年度に速度係数)を非線形最小二乗法により求めた結果を作成したマナマコの個体レベルの炭素移行モデルはTable 1 にまとめて示す。生体内への移行速度係数は、ほぼ妥当なものであったと考えられる。ウニ糞の分魚類（6 種）では 0.06～0.29 h-1の範囲にあったのに解実験では、海水温度が高くなるに従って若干分解対し、魚類以外の生物（5 種）では 0.87～3.37 h-1と速度が大きくなる温度依存性が認められた。

魚類に比べて著しく大きな値が示された。また、ク閉鎖系水圏実験施設内の飼育槽Ⅰ及びⅡでは、アロソイ、ヒラメ及びキタムラサキウニの生体内へのマモの総炭素量が一定あるいは増加したのに対し、移行と生体外への排出におけるｋの値を比較した結アマモモデルでは減少を予測した。また、生存して果、両過程における値は近似していた。

いるアマモの炭素量については計算結果と比較的良い一致を見たが、枯死量の予測値は必ずしも適合しなかった。この不一致の主要因は、アマモの呼吸・光合成速度の評価が関係すると考えられた。
そこで、従来得ていた枯死・脱離速度を 1/0.7≒1.4 倍とし、

10Amountin deadAmountofof carbon
carbon in deathgrass (gC)(gC)
sea seagrass

Amountofofcarbon
viableAmountcarbon inin
viablegrass (gC)(gC)
sea seagrass

20.5
Experimental results
Calculation results2019.51918.51817.5
1/15

1/20

1/25

1/30

2/4

2/9

2/14

Experimental results
Calculation results

86420
1/15

1/20

1/25

Date

2/92/14

Date

Fig. 1.1 Temporal variation in the amount ofcarbon in viable sea grass

Fig. 1.2 Temporal variation in the amount ofcarbon in dead sea grass
4000

4000

4000

(a)

(b)

(c)
3000

HDO(ppm)

2000

1000

HDO(ppm)

3000

3000

HDO(ppm)

2/4Date

Date

2000

00061218Time (h)Time(h)

24

2000

1000

1000

01/30

0612Time (h)182400.5

11.5Time (h)(h)TimeTime (h)Fig.2 Heavy water (HDO) concentration in marine animals.
(a) Sebastes schlegeli, (b) Paralichthys olivaceus, (c) Patinopecten yessoensis
Table 1 Exchange velocity constants of HDO in marine animals.
Species （body weight）

Inflow velocity constent

Outflow velocity constantk (h-1)k (h-1)

Hexagrammos otaki（ 180-580 g ）0.18 - 0.26

Seriola quinqueradiata（ 110-700 g ）0.25 - 0.27

Kasreius bicoloratu（ 60-1330 g ）0.10 - 0.16

Sebastes schlegeli（ 60-100 g ）0.22 - 0.25

0.22 - 0.24

Paralichthys olivaceus（ 10-1580 g ）0.06 - 0.20

0.04 - 0.19

Sebastes thompsoni（ 4-24 g ）0.18 - 0.29

Strongylocentrotus nudus（ 40-80 g ）1.71

Strongylocentrotus intermedius （ 40-150 g ）0.87

Todarodes pacificus（ 410-470 g ）2.71

Patinopecten yessoensis（ 190-210 g ）3.32

Stichopus japonica（ 50-80 g ）

1.18

1.64

2