研究背景

NO.1

研究背景
ムラサキイガイの生態活動に関する現地計測とバイオレメディエーションが取り上げられる。

埋め立て工法では、生態系の破壊が危惧

数値モデルの改良
濾過食性の二枚貝も水質浄化生物として注目。

そこで、超大型浮体構造物が注目。
メガフロートは、埋め立て工法に比べ環境に低付加な海上利用法

指導教官

藤野 正隆

国土の狭い我が国では、海上の有効利用が求められる。

教授

沿岸・河口域でムラサキイガイは最優占種であり大量に存在。

多部田 茂 助教授

側面や底面に大量の生物が付着し、周辺海洋環境への影響に懸念。

大量の付着生物は河口域、沿岸域での物質循環に、大きな影響を及ぼす。

環境システムコース・海洋環境工学
１６６４５ 佐々木啓実海域計測に基づく付着生物のモデル化はほとんどなく、その生態活動による環境への影響は把握できていない。

研究背景

研究目的

NO.2

目的

ムラサキイガイ・約殻長１０cm、殻高５cm。青黒く細長い形態
・寿命は約２年で、１個体あたり2.5〜4.6L/hの水を濾過・海水中の懸濁物を摂取、排泄によって栄養塩を放出
・欧米では、食用として盛んに養殖

ムラサキイガイの生態を現地計測を基に明らかにし、周辺海洋環境への影響について検討する
１．ムラサキイガイの摂餌・呼吸・排泄活動による溶存酸素・クロロフィルa
溶存酸素・クロロフィルa消費の把握

・海水導入管内に付着するため、汚損生物としても知られる。

２．ムラサキイガイの付着および成長過程の把握
３ ．沿岸・河口付近での付着生物による海洋環境に与える影響評価

図１ 採取したムラサキイガイ

図２ 付着しているムラサキイガイ

NO.3

研究概要

NO.4

実験方法

NO.5

実験概要

研究の手順

１．浸漬基盤実験 ・・・ 付着生物量の変動と周辺の環境条件との関連性を調べる。

実海域でのムラサキイガイの生態活動の把握

・連続計測

浸漬基盤実験

計測項目： クロロフィルa、溶存酸素、水温、塩分

ベルジャー実験

・浸漬基盤上の付着生物の計測
計測項目：生物の付着量、１個体の平均湿重量、平均殻長

ムラサキイガイの摂餌・呼吸・排泄・付着活動の把握

図３ 浸漬基盤（全12枚）

２．ベルジャー実験 ・・・ 付着生物による摂餌・呼吸・排泄活動によるＤＯ、クロロフィルa消費の計測

付着生物モデルと比較
モデルの改良クロロフィル計

計測項目： ＤＯ、クロロフィルa
DOセンサー

循環ポンプ

水温センサー

実海域でのムラサキイガイの生態活動の再現

撹拌モーター
塩分センター
逆止弁
ムラサキイガイ

羽田沖での浮体による海洋環境への影響

図４ ベルジャー実験装置（概略図） 図５ ベルジャー実験装置

計測場所

計測場所

計測および実験結果 NO.7

NO.6

連続計測結果隅田川河口付近
東京商船大学汐路丸係留
浮き桟橋上にて実施

psu

江戸川

荒川

東京湾

計測間隔：
週に一度計測35302520
151050
6月23日

連続計測値
ベルジャー内計測値
ポータブル水質計計測値
8月2日

9月11日

10月21日

11月30日

1月9日

図６ 塩分の連続計測
50

連続計測値

μmol/L40

ベルジャー内計測値

30
20
100
6月23日

8月2日

9月11日

10月21日

11月30日

1月9日図７ クロロフィルaの連続計測

低塩分や高クロロフィルaなど環境変動の激しい海域であることがわかった。

計測および実験結果

計測および実験結果

NO.8

生物量把握実験結果①生物量把握実験結果②12012000

10050010000

804008000(g)30040200

400020100

2000

10月13日

11月15日図９ 基盤一枚当りの総個体数

図８ 基盤一枚当りの総湿重量8765432109月10日 10月13日 11月15日 12月18日

12月18日960600009月10日

10(mm)

600(mg)14000

個数700NO.9

計測および実験結果

ベルジャー実験結果①09月10日 10月13日 11月15日 12月18日

09月10日図１０ 一個体当りの平均湿重量

図１１ 一個体当りの平均殻長10月13日 11月15日 12月18日

総湿重量は横ばいであるが、一個体当りでは成長し続けいる傾向がある。

NO.10計測および実験結果 NO.11

ベルジャー実験結果②（ベルジャー実験は計１５回実施。）

41.5

312
10.50005 10 15 20 25 30 35 40 45
min0510 15 20 25 30 35 40 45
min20
chl-a消費速度(（mg/L)/(min・mg))

2ＤＯ消費速度(（mg/L)/(min・mg))

18

5mg/L

μmol/L

2.5

161412108642

図１３ ベルジャー内のchl-aの時間変化（実験日：１０月１１日２回目）

実験日によって、消費速度が大きく異なることがわかった。

1614121086
42005

図１２ ベルジャー内のＤＯの時間変化（実験日：１０月１１日２回目）

1810152025
塩分（psu）

3035

図１４ ベルジャー実験でのDO消費速度と塩分の関係

510152025塩分（psu）

3035図１５ ベルジャー実験でのchl-a消費速度と塩分との関係

計測および実験結果

18201618

chl-a消費速度(（mg/L)/(min・mg))

ＤＯ消費速度(（mg/L)/(min・mg))

ベルジャー実験結果③14121086420NO.12

モデルの概要NO.13

本研究で用いる付着生物モデル
植物プランクトン（PHY（μmol/L））

1614

摂餌

呼吸・排泄（B101）（B102）

溶存酸素
DO（mg/L）

動物プランクトン（ZOO（μmol/L））

12108

摂餌（B101）6

分解

付着生物・ADH（mgC/m2）
付着生物・ADH（mgC/m2）（B103）

4

呼吸・排泄

2（B102）010131619水温（℃）

2225

10131619水温（℃）

2225

懸濁態有機物
POC（μmol/L）

図１７ ベルジャー実験でのchl-a消費速度と水温の関係

図１６ ベルジャー実験でのDO消費速度と水温の関係

栄養塩(μmol/l)

死亡・分解排糞（B103r ）（B103）

水温、塩分によって、大きく影響を受けている。

図１８ 付着生物モデルの概要

呼吸・排泄

B102 = α 102 a ⋅ (1 − α 103a ) ⋅ B101 + α 102 r ⋅ ADH

基礎代謝活動B102 a = α102 r ⋅ ADH

排糞・自然死亡

B103 = α103 a ⋅ B101 + α103 r ⋅ ADH 2+ α103o ⋅ (1 − zoxadh ) ⋅ ADH 2B103 r = α103 r ⋅ ADH 2+ α103o ⋅ (1 − zoxadh ) ⋅ ADH 25Patricia
Brenko
設定パラメータ

443322110005101520℃

2530351.2

1.2

Patricia
Brenko
設定パラメータ

110.80.80.60.60.40.40.20.20

殻長の伸び （ 3 0 psu を基準）

B101 = FIL ⋅ FOODadh （FIL : 濾過する水の体積(m / s)）5

塩分影響パラ メー タ（ −）

―（１）

飼料の摂取

擬糞

数値シミュレーション NO.15

付着生物モデルの改良①

水温影響パラメータ （ −）∂ADH
= B101 − B102 a − B102 r − B103a − B103r
∂t

NO.14

殻長の伸び（ 10 ℃を基準）モデルの概要付着生物モデルの定式化

0051015 20‰253035

溶存酸素[TOD : C ]adh ⋅ (B102 + B103 r )∂DO=−∂ths

図１９ ムラサキイガイの摂餌・呼吸・排泄 図２０ ムラサキイガイの摂餌・呼吸・排泄
活動への水温影響パラメータ
活動への水温影響パラメータ

クロロフィル aB 101∂ PHY= −⋅ PHY∂t
FOOD adh ⋅ h s

摂餌・呼吸・排泄活動へ数値シミュレーション NO.16

付着生物モデルの改良②4.5

3502701323.570

380
185Brenko(1969)

9020 25psu

図２１ ムラサキイガイの死亡・排糞活動への水温影響パラメータ

図２２ ムラサキイガイの死亡・排糞活動への水温影響パラメータ

51015

202530035

510153035

21.5

計測値
改良前
改良後

0.595

℃

02.5

190006575

24ＤＯ（mg/L）

30

60

生存率（％）

塩分影響パラメータ（yzsal（−）)

4生存率（％）

水温影響パラメータ（yztmp（−）)

10040

数値シミュレーション

計算値と計測値との比較②（ベルジャー実験）

5105051015
ベルジャー実験計測値

20

図２５ ベルジャー実験のDO消費速度（計測値 vs 改良前）
（単位：（mg/L）/（min・mg））

051015
ベルジャー実験計測値

図２６ ベルジャー実験のDO消費速度（計測値 vs 改良後）
（単位：（mg/L）/（min・mg））

20

5 10 15 20 25 30 35 40 45min

水温：２２．６℃
塩分：１０．３psu

水温：１２．５℃
塩分：２８psu

数値シミュレーション

計算値と計測値との比較③（ベルジャー実験）
平均自乗誤差：１.３９

30
2520
15
10
500

0

0NO.19平均自乗誤差：０.４３

35

改良後モデル計算値

1015

計測値
改良前
改良後

図２４ chl-aの時間変化（12月20日2回目）

改良前モデル計算値

150.5

5 10 15 20 25 30 35 40 45min

35

平均自乗誤差：０.４９1

図２３ ＤＯの時間変化（10月4日）

20

平均自乗誤差：０.６５
改良後モデル計算値

改良前モデル計算値

NO.18

1.500

死亡・排糞活動へ

20NO.17554Brenko(1969)

クロロフィルa（μmol/L）-105

数値シミュレーション

計算値と計測値との比較①（ベルジャー実験）

30
25201510500510 15 20 25 30
ベルジャー実験計測値

35

図２７ ベルジャー実験のchl-a消費速度（計測値 vs 改良前）
（単位：（μmol/L）/（min・mg））

0510 15 20 25 30
ベルジャー実験計測値

35

図２８ ベルジャー実験のchl-a消費速度（計測値 vs 改良前）
（単位：（μmol/L）/（min・mg））

改良することで、計測値に近づきモデルの精度を向上することができた。

数値シミュレーション

単位面積あたりの湿重量について
クロロフィルa消費速度

25ＤＯ消費速度20151050
ムラサキイガイ

0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
単位面積当りの湿重量（mg/cm2）

数値シミュレーション

NO.20

超大型浮体構造物による海洋環境への影響について

20181614121086420

計算条件は、８月の表層の平均値をとっている。設置場所は、多摩川河口域の羽田沖に長さ３km、幅１km、喫水３mの仮想の浮体構造物を設置した。
８月の平均水温２５℃、平均塩分２８psu。
N

NO.21N

浮体設置場所

100900多摩川河口

100900

図３１ 表層の植物プランクトンの変化（μmol/L）（左：改良前、右：改良後）
N

0.5

0.6 0.7 0.8 0.9 1
単位面積当りの湿重量（mg/cm2）

図２９ 何層にも重なって
図３０ 単位面積当りの生物湿重量と消費速度の関係存在するムラサキイガイ（基準塩分（30psu）、水温（15℃）に換算したときの消費速度）

単位面積あたりの湿重量が増加すると、ＤＯ、chl-a消費速度が減少する。

まとめNO.22

結論
１．夏から冬にかけて、単位面積当りの湿重量は横ばいであるが、個々に関しては成長し続けていることがわかった。
２．現地計測から、ムラサキイガイの摂餌・呼吸・排泄活動によるDO、クロロフィルaの消費には、水温、塩分が関係していることが明らかとなった。
３．付着生物のモデルに水温・塩分影響を反映させ改良し、より精度高くムラサキイガイの摂餌・呼吸・排泄活動を再現することができた。
４．実海域でのムラサキイガイの活動は、単位面積あたりの湿重量に影響される。
５．河口域に設置した浮体構造物の影響シミュレーションを行ったところ、従来のモデルと改良したモデルでは、浮体周辺など局所的な部分の水質の分布に違いが みられた。今後イベント的な現象による付着生物量や活動の変化を把握することは、重要な課題であり、水温・塩分影響を考慮した本モデルは有効な手段の一つである。

浮体設置場所
浮体設置場所東京湾

付着生物のパラメータが変わることで、浮体周辺海域への影響に変化が生じる

59

多摩川河口

5

図３２ 表層のＤＯの変化（mg/L）（左：改良前、右：改良後）

9