Journal of Fisheries Technology, （7 2）, 97-103, 2015

水産技術，7（2）, 97-103, 2015

技術報告

硝酸塩センサーを用いたノリ漁場栄養塩テレメトリーシステムの開発
高木秀蔵＊1・清水泰子＊2・阿保勝之＊3 ・柏俊行＊4Development of a real time nutrient monitoring system on a Nori (Pyropia)
farm using an automatic nitrate sensor
Shuzo TAKAGI, Yasuko SHIMIZU, Katsuyuki ABO and Toshiyuki KASHIWA
To reduce the damages of discoloration in nori Pyropia, dissolved inorganic nitrogen (DIN) telemetry
technology that combines a NO3-N sensor with a data transfer device was developed. For the nori ﬁshingseasons in 2010, 2011 and 2012, a signiﬁcant correlation was identiﬁed between DIN concentration andNO3-N censor value (p<0.01). We successfully transferred the obtained data to a PC via a telephone line andthe data were provided to ﬁshing companies by email or fax.
キーワード：硝酸塩センサー，栄養塩，テレメトリー，ノリ（Pyropia）
2014 年 10 月 10 日受付

2015 年 1 月 8 日受理

近年，日本各地で海水中の栄養塩不足に伴うノリる。色落ちが始まる前に収穫することが出来れば，色落（Pyropia）の色落ちが発生し，ノリ生産者に大きな被害

ち被害を軽減できるため，ノリの生産がおこなわれていをもたらしている（渡辺 2009）。ノリの色落ちとは，本る地域の公設研究所では，漁場周辺の栄養塩の調査を実来黒色であるノリの葉体が薄い茶褐色となる現象を指施し，漁業者に向けて定期的に情報提供している。とこし，色落ちしたノリから作られた乾のりの製品価値は著ろが，現在実施されている採水と機器分析に依存する調

しく低い（有賀 1980）。色落ちの原因となる栄養塩成分

査では多くの手間がかかるために，その回数が制限されとしては，東京湾ではリン，有明海では窒素とされている。その結果，海域の DIN 濃度の低下時期を見逃し，るが（石井ら 2008，川口ら 2004），本研究で対象とした色落ち被害の軽減に十分に貢献できないことも多い。

瀬戸内海では経験的に，溶存態無機窒素（DIN）濃度が前報で（高木ら 2013）著者らは硝酸塩（NO3-N）セン

3μM を下回ると色落ちが始まると言われている（渡辺

サー値と NO3-N や DIN の実測値の間に相関があること

ら 2004）。なお，DIN とは一般に硝酸態窒素（NO3-N），を示し，DIN のモニタリング方法として現場設置型の硝亜硝酸態窒素（NO2-N），アンモニア態窒素（NH4-N）の酸塩センサーが有用である可能性を示した。ただし，前合計値で示される。

報では単年度の結果のみに基づいて検討しており，それ沿岸海域の DIN 濃度は様々な要因によって急激に減以外の年におけるセンサー値と NO3-N 濃度，DIN 濃度

少するため（多田ら 2010），ノリの色落ちも突然発生すの関係や誤差については不明である。加えて，測定結果＊1

岡山県農林水産総合センター

水産研究所〒 701-4303 岡山県瀬戸内市牛窓町鹿忍 6641-6
Okayama Prefectural Technology Center for Agriculture，Forestry and Fisheries，Research Institute for Fisheries Science，Setouchi，Okayama 701-4303，Japanshiyuuzou_takagi@pref.okayama.lg.jp＊2

岡山県農林水産部水産課＊3

独立行政法人水産総合研究センター＊4株式会社 CT＆C

瀬戸内海区水産研究所― 97 ―

は，測器を回収，解析するまで分からなかったため，海の区画漁業権の範囲を示すために養殖期間中は常に設置

域の栄養塩環境をリアルタイムで把握しながら，ノリ養されている。備讃瀬戸海域において一般的に使用されて殖のスケジュール管理を行いたいという漁業者の要望にいる箱舟型のブイであり，40kg の錨を数個用いて海上応えることができなかった。

に設置する。大きさは 1.8m（W）× 1.4m（L）× 0.5m（H），

今回，前報の調査年度に加え 2 ヶ年の間，硝酸塩セン
サー値と DIN 濃度の相関を調べるとともに，取得した浮力体積は 0.41m3，重量は 70kg，自重を除いた余剰浮力は 350kg である。

データをリアルタイムで転送するシステムの開発を行った。これらの技術を組み合わせて，海域の DIN 濃度の硝酸塩センサーを用いた現場観測とデータ転送装置の開

テレメトリー技術を開発し，現場漁業者への試験的な情発報発信を行ったので，以下に報告する。

年度は 2 時間に 1 回，観測とデータ転送を行った。

材料と方法

電池 30 個（合計 51Ah）から，転送装置の電力は密閉型機器の設置期間中 2011 年度は 4 時間に 1 回，2012
両年度ともに，センサーの電力は市販のアルカリ単一

鉛蓄電池 PE12V24（合計 24Ah，GS YUASA 社製）から硝酸塩センサーの設置期間と設置方法

2011 年 11 月 23供給した。これらの機器は，直径 10mm のクレモナロー

日 か ら 2012 年 1 月 10 日 ま で の 48 日 間（2011 年 度 ），プを用いて設置し（図 2），測器の掃除，バッテリーの2012 年 11 月 29 日から 2013 年 2 月 10 日までの 73 日間

交換といったメンテナンスは実施していない。また，装（2012 年度）に，図 1 に示す備讃瀬戸のノリ漁場の海面置回収後の機材一式の写真についても合わせて示した

下 50 cm に硝酸塩センサー（ISUS V3，Satlantic 社製）を， （図 3）。
その標識灯ブイに携帯電話回線を使用したデータ転送装

硝酸塩センサーは，紫外線の複数の波長帯における減衰率を基に，NO3-N 濃度を推定する（高木ら 2013）。1

置（CT ＆ C 社製）をそれぞれ設置した。
両調査年度ともにノリ養殖は例年通り 10 月中旬ごろ

回の観測において，1.5 分間の間に，約 80 データを取得に育苗が，11 月上旬ごろから本張りが始まった（水戸し，はずれ値をフィルタリングして除いた後の平均値を2012, 2013）。11 月中旬ごろから生産が始まった。1 月中，

センサー値とする。KANSO テクノス社製の標準溶液（塩下旬から DIN 濃度が低下し始めて色落ち被害が発生し，

分：34.88，NO3-N 濃度：42.82μM）を超純水で 4 段階

2 月中，下旬頃から徐々に網上げが行われ，3 月中旬ごに希釈した標準水を作成し（表 1），それぞれの標準水ろには生産はほぼ終了した。すなわち，上に示した機器と超純水の NO3-N 濃度とセンサー値の間の差が 0.5μMの設置期間は，本張りから漁期の後半に相当する。

以下であることを確認した後に設置した。すなわち，塩今回，機器の設置に使用した標識灯ブイは，ノリ養殖

分と NO3-N 濃度が異なる試水において精度の確認を行っており，塩分の影響を受けてセンサー値が変化する可能性については除外できる。
転送装置は，直径 267mm ×高さ 395mm の円筒状の筐体にバッテリーと一緒に封入されており，空中重量は25kg である。耐水水深は 20m，真夏の炎天下でも十分に耐える性能を有している。アンテナ部分が空中にあれば通信が可能であり，1 回あたりの最大データ送付量は30Kbytes である。今回は，センサー値，観測時間，転送装置の電圧，基盤温度を添付したメールを電話回線で送付した。センサーと転送装置は，RS232 端子を有した
防水ケーブルで接続している。

表 1．標準溶液および較正に使用した標準水と超純水

図 1．調査場所●：硝酸塩センサーの設置場所■：ノリ漁場― 98 ―

硝酸塩センサーを用いたテレメトリーシステム開発

アンテナ部

センサー

測定部

転送装置と
バッテリー

センサーのバッテリー
図 2．本研究で設置した硝酸塩センサー（ISUS V3）と転送装置

測定部のカバー

測定部

装置一式
図 3．硝酸塩センサーの回収時の測定部，装置一式の状況（a）2011 年度，（b）2012 年度― 99 ―

一般に，海域環境の連続モニタリングとデータ転送を結果行う場合，測器の測定タイミングと転送時間のズレを解
消するとともに，電源の消費を抑えることを目的として，

センサー値および各実測値の推移 2011 年度および測器の動作をコントロールする機能を転送装置に組み込

2012 年度の硝酸塩センサー値，DIN および NO3-N 濃度

むことが多い。その場合，データ転送に不具合が生じたの実測値の推移を図 4 に示した。なお，硝酸塩センサー

際，センサーと転送装置のどちらに問題があるのかの判値はほぼすべての結果が数分以内に転送され，予定通り断が難しくなる。加えて，転送装置が故障した際に，セ転送されてきた結果のみを図中に記載している。

ンサーのデータ取得もできなくなる可能性がある。本研2011 年 11 月 23 日 の 硝 酸 塩 セ ン サ ー 値， 実 測 の究では，転送装置とセンサーは独立して動作し，指定しNO3-N 濃度，DIN 濃度はそれぞれ，17.4μM，14.2μM，

た時間にメールを送付するように転送装置の設定を行っ16.5μM となっていたが，いずれの項目についても徐々た。また，転送装置が作動しなかった場合でもセンサーに低下し，2012 年 1 月 10 日には 4.7μM，1.7μM，2.1の内部には常に取得したデータが保存されるようにした。

μM まで低下した（図 4（a））。2012 年 11 月 29 日のセセンサーの設置場所における栄養塩の実測調査 2011

μM ，8.3μM であった（図 4（b））。その後，1 月上旬

年度はセンサーの設置期間中に 12 回，2012 年度は 11に一時的な濃度の上昇がみられたものの，再び減少し，

月 29 日から 2013 年 1 月 21 日までの間に 13 回，5 日に2013 年 1 月 20 日には 3.0μM，0.9μM，1.2μM となった。

1 回程度の間隔でセンサーの観測時間に合わせて，セン

センサー値はその後も低下を続け，2 月 10 日には 1.6μサーの設置場所の海面下 50cm にて採水を行った。採水M となった。両年度ともに，DIN 濃度の低下に伴って，ンサー値，NO3-N 濃度，DIN 濃度はそれぞれ，7.7μM，5.1

試料は，研究所に持ち帰ったのちに GF/C フィルター

DIN 濃度と NO3-N 濃度の差は小さくなった。また，セ（Whatman 社製）でろ過した。ろ液は栄養塩分析装置

ンサー値は NO3-N 濃度よりも常に高い値を示した。なお，

QuAAtro 2HR（BL-Tech 社製）による栄養塩分析に供し，両年度ともにごく短時間でのセンサー値の増減がみられ

NO3-N，NO2-N，NH4-N を 分 析 し た。 こ れ ら の 合 計 をているが，これは前報で検討した通り（高木ら 2013），

DIN とした。

同海域で特徴的にみられる河川からの間欠的な NO3-N
供給の結果であり（高木ら 2012a，高木ら 2012b），測器の値のぶれを示しているものではないと考えられた。
センサー値と各実測値の相関

年度ごとの硝酸塩セン

サー値と実測の NO3-N 濃度，実測の DIN 濃度の関係をそれぞれ図 5 に示した。なお，ここには前報（高木ら2013）における 2010 年度の結果についても合わせて示した。
硝酸塩センサー値（x）と実測の NO3-N 濃度（y）はすべての年度において有意な（p<0.01）相関がみられ（2010 y=0.81x － 3.3, 2011 y=0.87x － 4.1, 2012 y=0.95x －1.7），いずれの年においてもセンサー値は実測の NO3-N
濃度よりも高い値を示した。また，3 ヶ年を合わせた場
合でも有意な（p<0.01）相関がみられた（y=0.72x － 1.7）
（図 5（a））。年度ごとの相関式について Fisher の LSD
によって共分散分析を行ったところ，2010 年度と 2011年度では相関式の傾きの間に有意差は見られなかった（p>0.05）。 一 方，2012 年 度 と 2010 年 度，2012 年 度 と2011 年度の相関式の間には有意差がみられた（p<0.05）。
硝酸塩センサー値と実測の DIN 濃度（y ）の関係をみたところ，すべての年度において有意な（p<0.01）相関 が み ら れ，2010; y = 1.12x–4.6，2011; y =1.03x–3.8，
2012; y =1.40x–2.3）3 ヶ 年 を 合 わ せ た 場 合 で も 有 意 な
図 4．センサー値と実測の DIN 濃度および NO3-N 濃度の推移（a）
2011 年度，（b）2012 年度（図中の点線は，瀬戸内海で色落ちが生じるとされる
DIN 濃度；3µM を示している）（p<0.01） 相 関 が み ら れ た（y =0.85x–2.3）（ 図 5（b））。
NO3-N の結果と同様に，2010 年度と 2011 年度の相関式の間に有意差はなく（Fisher’s LSD p>0.05），2012 年度と他年度の間には有意差がみられた（p<0.05）。

― 100 ―

硝酸塩センサーを用いたテレメトリーシステム開発

図 5．センサー値と実測の NO3-N 濃度（a），DIN 濃度の関係（b）
表 2．NO3-N 濃度の実測値，センサー値（補正なしまたは補正あり）と実測値との差

実測値とセンサー値，センサー補正値の間の差

表 2，

域に関係する漁協やノリ養殖業者に対して，センサー値

3 は，硝酸塩センサー値と実測の NO3-N 濃度，実測のと DIN 濃度の間に有意な（p<0.01）相関が得られた以DIN 濃度との差（絶対値）について，年度毎の平均値と降に，DIN 濃度のセンサー補正値をメールまたは FAX

標準偏差を示したものである。また，前節で示した各相で送付した。2011 年度は，2011 年 12 月 22 日から 2012

関式を用いて，硝酸塩センサー値を補正した場合の年 1 月 4 日までの間に 5 回，2012 年度は，2012 年 12 月

NO3-N 濃度または DIN 濃度（センサー補正値）と各実測値の差（絶対値）についても示している。さらに，センサー補正値は，当該年度の結果で補正した場合と 3 ヶ年の結果で補正した場合の 2 通りについて算出した。
NO3-N 濃度について，センサー値やセンサー補正値と実測値を比較すると，当該年度の結果で補正した場合に実測値との差が最も小さく，0.24 〜 1.03μM となった。
この補正値と実測値との差を実測値で除した値（誤差）は 2010 年 度 が 13.0 %，2011 年 度 が 13.6 %，2012 年 度が 13.4 % であった（表 2）。
DIN 濃度について比較したところ，NO3-N 濃度と同様に，当該年度の結果で補正した場合に実測値との差は最も小さく，0.47 〜 1.25μM となった（表 3）。この補正値と実測値との誤差は 2010 年度が 17.1 %，2011 年度が13.0 %，2012 年度では 17.2 % であった。
ノリ養殖漁業者へのデータ提供

センサーを設置した海図 6．現場の漁業者に送付した FAX（2011 年 12 月 22 日）
センサー値は，相関式で補正済みの値― 101 ―

表 3．DIN 濃度の実測値，センサー値（補正なしまたは補正あり）と実測値との差

12 日から 2013 年 2 月 8 日までの間に 18 回，3 日に 1 回（13.0%）よりも低くなった。

程度の頻度で実施した。参考として，2011 年 12 月 22

年度ごとの硝酸塩センサー値と実測の NO3-N 濃度，日に送付した FAX を図 6 に示した。なお，その際にはDIN 濃 度 の 相 関 式 を 比 較 す る と， 傾 き， 切 片 と も に

DIN 濃度の中長期的な変化を理解しやすくするために，

2012 年度はそれ以外の年と異なる相関がみられた（図1 日の間の移動平均値を用いた。

５）。切片についてみてみると，硝酸塩センサー値は低波長の光を吸収する有色溶存有機物（CDOM）の影響を考察受け，実測値よりも高い値を示すことが分かっている（Johnson and Coletti 2002，Bricaud and Prieur 1981）。とこ

本報では，前報（高木ら 2013）で示した結果に加えて，ろが，瀬戸内海における CDOM 濃度の時空間分布につ

その後の 2 ヶ年についても硝酸塩センサー値と実測のいては不明な点が多い。そのため，現時点では，この違NO3-N 濃度，DIN 濃度の関係を調べるとともに，データいが生じた理由についてはっきりした結論を出すことがの転送技術の開発を行い，漁業者へのセンサー補正値のできない。今後は，CDOM 濃度の増減が生じる海域で情報発信を行った。

センサー値と実測値の関係を調べるとともに，室内環境

前報で示した結果と同様に，2011，2012 年度ともに下においても NO3-N と CDOM を様々な濃度で混合した

観測開始時には，実測の NO3-N 濃度と DIN 濃度の間に試水とセンサー値の関係を求める必要がある。加えて，乖離がみられたが，季節が進むにしたがって両者の差は

本調査海域のように河川水の流入が見られる場所では，小さくなった（図 4）。これは，前報で示したとおり，

河川から供給される CDOM の影響についても調べる必NH4-N の硝化がすすみ（小林ら 2007），DIN における要がある。これらをあわせることにより，センサー値にNH4-N の割合が低下したためと考えられた。このことか

対する CDOM の影響を把握することが可能となり，一ら，ノリの色落ちが生じはじめる DIN 濃度低下時には，般性のある補正式の作成につながると考えられる。

NO3-N 濃度で DIN 濃度を代表できることが明らかになっセンサー値と実測の NO3-N 濃度の相関式の傾きにつた。 セ ン サ ー 値 は，NH4-N と NO2-N の 値 で は な く，

いては，2012 年度において他の 2 ヶ年との間に有意差

NO3-N 濃度を反映して変化する。そのため，DIN に占めがみられたものの，有意水準を 10% とした場合には，る NO3-N の割合が異なるサンプルを混合してセンサー

年度間の差は見られなかった。また，設置前に実施して値と DIN 濃度の補正式を作成した場合（図 5），同一年

いる標準溶液を用いた検定では，3 ヶ年の相関式の間に度内の連続したサンプルで補正を行っても，一定程度の有意差が見られなかったことから，現場海水の分析の際誤差が生じ，NO3-N 補正値の誤差（13.0 〜 13.6%）よりに生じる僅かな誤差によって，傾きが変化したと考えらも DIN 補正値の誤差（13.0 〜 17.2%）は大きくなる（表れた。

2，3）。そこで，長期間のモニタリングを行う中で，海現在のところ，本システムは実測のモニタリングなし

水中の DIN の中の NO3-N の割合が変化してきた場合にで運用できる精度を有していない。しかし，著者らが聞は，担当者の判断のもとで補正に使用するデータ区間を

き取りを行ったところ，水試等の公設研究所では，ノリ変えながら，運用することも考えられた。一例として，の養殖の盛期には月に 3 〜 4 回（7 〜 10 日に 1 回）以2011 年度において，2011 年 11 月 13 日〜 12 月 19 日（前上の頻度で実測調査を実施し，その翌日までには情報提半）と 12 月 23 日〜 2012 年 1 月 10 日（後半）の 2 つの供を行っていた。本報では，5 日に 1 回程度の分析頻度

区間に分け，それぞれについてセンサー値と実測の DINによる実測データを用いて補正した結果を示したが，各濃度の間の相関を作成し，実測の DIN 濃度とセンサー

年度ともに偶数または奇数回時の調査結果を除いてセンの DIN 補正値の間の濃度差と誤差を計算した。前半（n= 6）では実測値との差は 1.25μM，誤差は 7.4%，後半（nサー値と NO3-N 濃度，DIN 濃度の相関を調べた場合，いずれのケースにおいても有意な（2010 年度 ; p<0.05，= 6）では実測値との差は 0.30 μM，誤差は 6.6% となり，2011 および 2012 年度 ; p<0.01）相関が得られた。加えて，

表 3 で示した全データを用いて補正した際の誤差

オートアナライザーによる分析では，NO3-N，NO2-N，― 102 ―

硝酸塩センサーを用いたテレメトリーシステム開発

NH4-N は同時に測定・算出され，DIN はそれらを合計す

文

献ることによって算出される。すなわち，現行の実測モニタリングが行われている海域では，追加の調査を行うことなく，DIN のテレメトリーが可能になると考えられた。
また，生ノリの色調は，DIN 濃度が 2 〜 3μM を下回
ると急激に低下するものの，5μM 以上については，色調と DIN 濃度の関係ははっきりしなくなることが分かっている（村山ら 2015）。本研究では，生産が開始されてからの情報発信であったが，今後はより早い時期か
ら機器を設置し，情報発信を行うとともに，DIN が一定以上の濃度を保っている時には多少正確さに欠けていても，高 DIN 濃度期はセンサーによるモニタリングをメインで行い，センサーによるモニタリングにより低 DIN
濃度期に入った段階で，実測のモニタリング頻度を増やすといった運用も可能であると考えられた。
センサー値と DIN 濃度の間に有意な相関を得るまでに要したサンプル数は，2010 年度は 5 サンプルでその濃度差は 1.8μM，2011 年度は 5 サンプルで濃度差は 5.4
μM，2012 年度は 5 サンプルで 2.6μM であった。これらのことから，概ね 3μM 程度の濃度差を持つ中で 5 サ
ンプル程度センサー値と実測値を得ることができれば，相関式を作成できると考えられた。
本報における 2012 年度の調査では，2.5 ヶ月以上の長期にわたって海域に設置したにもかかわらず，センサー
値と実測の NO3-N 濃度，DIN 濃度の間に有意な相関が得られる精度のデータを継続して得ることができた。さ
らに，今回行ったメーカーの推奨設定では観測 1 回あたりの硝酸塩センサーの電池使用量は約 0.02Ah であり，転送に必要な電池の使用量はそれよりも小さい。そのため，51Ah のバッテリーを使用し，1 日に 12 回観測した
場合には 213 日間，1 日に 24 回観測の場合は 107 日間の連続データを取得できる。即ち，生物の付着が少ない
初冬から初春にかけてのノリ漁期中であれば，一度設置
すれば，バッテリー交換や清掃等のメンテナンスを行う
ことなく，連続観測が可能であると考えられる。

謝

辞

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の栄養塩管理技術開発委託事業」の成果の一部を示した。
本研究を行うにあたり，協力して頂いた関係漁協の方々に厚く御礼申し上げます。

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