藻場造成のためのウニの侵入防止技術の開発
・水産工学研究所

調査実施年度緒

水産土木工学部

川俣茂

10〜12年度

言

ウニの摂食によって藻場が減少している岩礁が多く存在する。このような場で藻場を成功させるためには、ウニによる食害の防除が必要不可欠であり、そのための技術開発が試みられてきた。これまでに試験されてきた方法には金網、漁網、人工海藻、電気・空気バリアなどの物理的フェンス、化学的忌避物質を溶出する基質、および立縄、延縄などの中層施設がある1）。しかし、いずれの方法も耐波性、耐久性、効果の確実性と持続性、コストの面で問題があり、普及の見通しはほとんどない。
本調査では、ウニによる摂食圧の高い岩礁で海藻を持続的に生育させることができる、沿整事業でも利用可能な技術として2つの方法を検討した。一つは構造物によって流速（波動流速）を増加させる方法であり、もう一つは流動を変えるのではなく低流速でも基質がよく動く装置を開発することである。
前者の方法には、沿整事業で一般に用いられてきたコンクリートブロック、自然石などで水深を浅くする方法が該当する。この方法の技術的確立には、ウニの摂食を抑制し、大型海藻が群落を形成するのに必要な流動条件の解明が必要である。本調査では、北方海域で最大の海藻食害種となっているキタムラサキウニの侵入を防止し、コンブなどの大型海藻が群落を形成するのに要する流動条件の解明のために室内実験と現地調査を行った。
一方、後者の「動く」海藻着生装置にっいては、材料の耐久性だけでなく、摩耗や衝撃力（破断の原因）を生じる弛みが無い構造にする必要がある。そのような構造には回転体と振り子が考えられるが、本調査では回転式として低速の流れの中でも比較的効率的に回転するパドル形水車から成る装置を試作し、予備的な現地実験を行った。また、振り子式については、2つのタイプを検討し、設計のための運動シミュレーションプログラムの作成、効果に関する室内実験と現地実験を行った。

調査方法
1．キタムラサキウニ優占域における群落形成に要する流動条件
室内実験は、図1に示す振動流水槽を用いて行った。水槽の試験区にはコンクリー
トブロックで階段状の斜面を作り、自然岩礁と同じように流速が場所によって異なる4つの領域（F１・F2・F3・F4）を作つた。各流速領域には小型の海藻（アナアオサとマコンブ幼体）を密に着生させた塩ビ板（15×15cm）1枚ずつを固定し、殻径5cm弱のキタムラサキウニ5個をF1に置いて所定の振動流（表1）を与えてその摂餌行動を常時観察した。表1のように水温を段階的

一11一

図1

室内実験に用いた振動流水槽

表1

実験条件（振動周期：s）
水温

1回目
2回目

初期 最終7。C l6。C

3．8℃

7。8℃

流速振幅（m／s）

増加速度3。C／7目

FI0．301．2〜1．4℃／5目

F20。36F3F40．450．600。150。180．2250，30に上げた実験を、流速条件を変えて2回行った。
なお、この実験ではエゾアワビ5個、エゾバフンウニ10個も同時に水槽に入れたが、その観察結果については省略する。現地調査には、1999年10月下旬〜2000

H

年4月下旬に、キタムラサキウニが優占する磯焼け海域に位置する北海道小樽沿岸忍路湾に4本の測線（A B、C D）を設けて、コンブなどの大型海藻の胞子着底から成長して群落を形成するまで、ウニの分布、海藻の入植状況と流動を調査した。流動調査では、比較的長期間の観測に耐え得る特別仕様の石膏半球を海藻の入植下限水深付近に設置して、そこでの平均流速（絶対流速の時間平均）を調べた。平均流速からは更に有義波動流調査地区
速振幅Umax.s（流速振幅の大きい方から1/3の平均）の期間平均を推定した。また、

懇流速と水温センサーを有する波向波高100m

旨N計を水深8．3m（R1）と2．lm（R2）に設置して波動流速、水温、波高の経時変化もRI●A

波7DcB呂調べた。

図22．

調査地区、測線および測点の位置図「動く」海藻着生装置

1）回転式海藻着生装置を用いた予備実験
パドル形水車により回転する塩ビ製試験装置（図3左、回転盤という）を試作し、その，対照装置のテーブル状の塩ビ製円盤（図3右、固定盤という）と共に、3月28日、宮城県牡鹿半島太平洋側鮫浦湾内に設置し、ウニの這い上がり防止による海藻着生効果を調べた。設置地点は水深約9mの岩礁で、キタムラサキウニが優占する磯焼け地帯となっていた。

追跡調査は約7ヶ月間5回行い、海藻の着生状況、ウニ、巻貝などの底生植食動物の這い上がり状況を調べた。

2）振り子式海藻着生装置

振り子式海藻着生装置には、図4に示す4つのタイプ（それぞれⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型という）を考えた。本調査ではこれらのうち、製作の容易さ、耐久性などの面から実現可能性

一12一

が比較的高いと考えられたⅠ型とⅣ型について試験を実施した。振り子式装置の開発には
図5に示すように多岐にわたる課題があるが、本調査では室内実験、装置の設計・製作、現地実証試験を実施し、これらの問題の全般的解決に努めた。

「

…一…一唱

『φ600＾・・一Hφ600二二二二→き一＾・

土支柱φ3ぴ〆回転軸φ30ノ台座1B−B・断面A−A

1一叉

1Z』魔、グ〆スト嘘・

〆．．

図3！

z・多Σ卜ζ駁…

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A−A＼・1．・＼・

B一チ纈頻魂ハ断面〃G＼・扉225x198、1． 9＼・＼、！

1

上面図

断面

回転式海藻着生装置（左）とその対照装置の固定盤（右）＾）理3）理・

N

着生盤

抵抗板

叉一図4

心抵抗板

振り子式海藻着生装置

実証実験

［釦図5

装置開発の課題と研究の流れ

室内実験は、ウニの装置への這い上がり防止に必要な揺れ条件を解明するために行った。

実験には周期12sの規則的な波動を発生できる回流水槽を用い、その試験水路（長さ6m×深さ１m×幅60cm）に両端をネットで仕切った長さ15mの実験区を設けた。実験区

一13一

着生盤
（芙謬學1・締！身塩ビ板（12x12cm〉
取付架台

回転軸

（φ20x2，000）／支瀦φ20x290

δ

アーム支柱∠（φ40x400）

警，∠』rli…

り、冨46

劉◎o

ステンレス製重り

図6，㍊．i△じ．

一
抵抗板

1・5m厚ステンレス板

Ⅰ型（左）およびⅣ型（右）試験装置の概略図には藻類を全面的に着生させた、波によって揺れる塩ビ管（長さ30cm、径20㎜；以下、揺動円柱という）2本を、底面に鉛直に固定された3種類の塩ビ管（長さ30cm、径10、20、30㎜；以下、固定円柱という）各々2本ずっと共に設置し、キタムラサキウニ50個を入れて波動下における這い上がり状況を調べた。揺動円柱は、上端に浮子と抵抗板を有して立ち上がり、海底直上にあるピンを軸として流れ方向に揺れる構造となっている。

観察は、水温を10℃に保ち、流速振幅を3日間隔に段階的に小さくして行った。
装置の設計・製作については、波動下での動的な力と、着生盤と重りまたは着生盤と抵抗板が逆転しない条件を推定するための運動シミュレーションプログラムを作成した。プ
ログラミングは抗力、加速度によるカを考慮してNewmarkβ法による時間積分を行い、プログラミング言語Delphi4（インプラズ社）で様々な設計諸元をWindows画面から簡単に入力設定できるようにした。このソフトを用いて材料・構造の検討を行い、試験装置（図6）を設計・製作した。

1999年にⅠ型試験装置を、また2000年にⅣ型試験装置を2台ずつ試作し、上述した内湾性漁場の鮫浦湾実験場と外洋域にある茨城県ひたちなか市平磯沖水深6．6mの平坦な岩礁にそれぞれ1台ずつ設置して現地試験を実施した。平磯沖実験場の周辺海域も鮫浦湾と向様に、波当たりの強い低潮線近くにはアラメなどの大型海藻が繁茂するが、それ以外の所ではキタムラサキウニの摂食によって生育が阻害されていた。

調査結果
1．キタムラサキウニ優占域における群落形成に要する流動条件

一14一

図7にキタムラサキウニについての室内実験結果を示す。図中の細い棒グラフ1本は1時間毎にキタムラサキウニ5個体が各区間、（水平区F1〜F4、斜面区S1〜S3）に滞在していた個数・時間の百分率を示している。キタムラサキウニは4℃の極低温であっても、Ｕmaxが0．30m／s以下では自由に移動して摂餌活動するが、水温が13℃以下であれば流速振幅Ｕmax＝0．45m／s以上の領域には侵入することもできないことが示された。
調査を実施した忍路湾では、無節サンゴモしかない不毛な岩盤への海藻の着生は12月下旬から3月中旬まで認められた。測線A〜D上で海藻が入植出来た領域は、例年より浅く波の影響が恒常的に強い水深の浅い所（約2m以浅）に限られた。これは調査年の水温が例年より高めに推移し（図8）、ウニの摂食が比較的活発であったためと考えられる。
7。C10。C13。C16℃3．8。Ca）F1（Uma冨0・30π》sl

100500100b》S1100b）S1

505000100c）F2（umぺ0．36回s）100c）F2（σm邸雷0．18回sl

50ぷ遡1・8d）s2
5050遡1・8d）s2

1緊

邸 0100e）F3（uma＝0．45回s）

50

邸 0100e》F3（Um猷軍0225n》s》∈日500ヨ．

50

01000S3100りS3501005000g）F4（σmax富0、60m100S）

50g》F4（Uma躍＝0．30ms）

50

007142102805

経過日数

図77．8。C1000無6．4。Ca）F1（Uma＝0．15醐50

翠5．2。C101520

経過目数

1回目（左）と2回目（右）の室内実験結果：キタムラサキウニの移動分布裡里
脳
騒0．8、，

蝋

州
継嬢

頻度の平均亀％深撚1↓撰

マ0。4（1609V
ざ0．212嬰84U月」

11月012月

1月

2月

3月

図8

水温の経時変化

12月

4月

1999年

図91月

2月

3月

4月

2000年

測点R2におけるＵmax＜0．4m／sの頻度の旬別変化

一15一

コンブ群落が形成された下限水深におけ

表2る有義波動流速振幅U出、Ｕmax.sの平均値（表2）は予想に反して場所によって異なり、
ア
遮蔽領域（測線B、C、D）で外海に面した急斜面（測線A）より小さくなった。この原因は、遮蔽領域では波高が大きいときには波が砕波などによって顕著に減衰する

各測線上に形成されたコンブ群落下
限水深におけるＵmax.sの平均下限水深
U の平均max・S（m）（m／s）
A
1．40．5g
BL10．32
CL5029測線DO。45 0．37
ため、その波動流速の頻度分布が大きい値が無くなったような形になるためと考えられる。群落形成下限水深付近に位置していた測点R2における流速測定の結果（図9）、群落が毎年形成されるための流動条件として、胞子着底〜成長期にわたりＵmax.s＜0．4m／sとなる確率が0．5未満になることが必要であることが示された。

2．

「動く」海藻着生装置

1）回転式試験装置

設置約2ヶ月後（5月30日）に、回転盤（回転式試験装置）のほぼ全面が藻類によって被われていたのに対して、固定盤には目立った藻類の着生は見られず、基面のままで、キタムラサキウニ2個と小形巻貝10個程度が付着していた。

約3ヶ月が経過した6月25日には、回転盤はさらに色濃くアナアオサ、モロイトグ
サ？を含む藻類に被い尽くされたのに対して、固定盤にはキタムラサキウニ1個と多数の小型巻貝が付着し、藻類の着生はほとんど見られなかった（図10）。

8月21日、回転盤の上面と下面には各々キタムラサキウニ1個と2個の付着が観察されたが、藻類（6月25日に見られた藻類と異なる糸状藻類）がほぼ全面的に着生していた。固定盤については、キタムラサキウニ1個と多数の小型巻貝が付着し、その摂食により盤表面には付着生物はほとんどない状態であった。

10月22日、固定盤にはキタムラサキウニ15個が付着し、表面が固着性生物に被われていたが、葉状または糸状藻類は全く見られなかった。同転盤は、回転軸から回転部位が消失していた。消失原因はベアリング固定用ピンの電食と考えられた。

図10

設置約3ヶ月後の回転盤（左）と固定盤（右）2）振り子式海藻着生装置に関する調査結果（1）効果に関する室内実験結果
波動流中における揺動円柱と固定円柱へのキタムラサキウニの這い上がりに関する実験結果を図11に示す。ウニは流速振幅約0．4m／sの比較的強い波動流中でも直径20mmの固一16一

定円柱に這い上がり、表面の藻類を囓り摂ることが分かる。これに対して、揺動円柱では流速振幅が0．13m／s（振れ角±約30。）に低下してもウニは全く登らなかった。
（2）現地実証試験

装置の設置日およびその後の試験経過について表3にまとめて記した。
振り子式Ⅰ型試験装置は、外洋域の平磯沖で事故により故障したが、波力に対する強度および安定性の点では全く問題はなかった。しかし逆に、内湾域の鮫浦湾実験場では試験装置は静穏時にほとんど揺れなくなって着生盤には小型巻貝が登り、効果に多少の問題が生じた。これは、装置の着生盤を軽くできなかったため、それを立ち上げるのために吊り下げる重りも重くなって回転軸にかかる荷重（すなわち回転摩擦抵抗）が大きくなったことと、重りを軽くするために抵抗板をあまり大きくできなかったことに原因がある。ただし、着生盤に這い上がっていたウニは調査期問を通じて1個も観察されず、また着生盤に取り付けたアラメやアナアオサの摂食による消失もみられなかった。

表3

試験装置の試験経過

宮城県鮫浦湾1型試験装置
IV型試験装置
1999／10／2設置

11／18回転軸が砂を噛み、揺れ鈍化

茨城県平磯沖1型試験装置
IV型試験装置

000／8／22アラメ幼体1999／8／9設置

000／7／14アラメ幼を着生させた塩ビ9／9正常に可動体を着生させた塩板5枚を取り付け11／26取り付け不備

ビ板5枚を取り付

12／26回転軸改良のた て設置により重りが脱けて設置
め回収
10／4剥がれかかった 落し、着生盤破8／7架台の滑動によ2000／2／3改良した装置 アラメの仮根をゴ損
り装豊破損．回収の再設置
ム紐で押さえ込む 000／7／14アラメ幼／21抵抗板の幅を半3／31アナアオサの着生11／28アラメの茎状体を着生させた分とし、架台を滑ロ・一プを着生盤に取 部がゴム紐に擦れ塩ビ板2枚を着動に難くした装置
り付けるて全藻体が基部か生盤に取り付けを、アラメ幼体を8／22アラメ幼体を着ら消失る着生させた塩ビ板
生させた塩ビ板2枚12／22塩ビ板にコン8／7正常に可動5枚を取り付けてを着生盤に取り付け ブの種糸を巻き付 ／21正常に可動し 再設置
る
けるていたが、アラ 001／2／21着生盤取10／4剥がれかかった 001／2／9着生盤取付
アラメの仮根をゴム 架台が激浪により紐で押さえ込む
反転し、支持部が11／28アラメの茎状部 折れ曲がるがゴム紐に擦れて藻体が基部から消失．
20001／2／9損傷なし．
揺れが鈍い．

メが基部から消失（絡み付いたロープによる擦れが原因？）
001／2／21装置が横、転（目印用の浮子を漁船に引っかけられた？）付架台が激浪により反転し、支持部から脱落

Ⅳ型試験装置は鮫浦湾でも常によく揺れ、小型巻貝の這い上がりも全くみられなかった。
この結果、装置に取り付けたアラメは、実験の不備により消失したが、食害されることはなかった。しかし2001年2月9日の調査では、抵抗板が振れ過ぎて海藻の着生盤が回転軸の支柱に衝突して、アームが曲がってしまった。平磯沖では、Ⅳ型試験装置は耐波性能を改良して設置したが、同様に2001年2月21日の調査では過度の振れによりアームが折一17一

れて塩ビ板取付架台（着生盤）が脱落していた。これは、1月28日にあった激浪による

貧04

ム

∈

ものと考えられた。鮫浦湾実験場所で観察さ一れた底面における有義波動流速振幅の最大は0.88回s（瞬間最大流速は1.75m/sであっ）
卑0．2
鞘幾。

た。しかし、設計に用いた運動シミュレーションプログラムでは流速振幅2m／sでも装置4揺動円柱（径20mm）は破壊しないと推定されていたことから、設一2

想圧 o計プログラムに問題があることが示された。
＼ 4 固定円柱（径10mm）

鎖曝2

考察・流速増加効果のある潜堤などの構造物の設置により、ウニの侵入を防止し、管理作業を要しない持続的藻場造成が可能である。キタムラサキウニの場合、そ副固定円柱（径2。mm）
3q2・唱
二〇艘 4固定円柱（径30mm）の侵入防止に必要な流速振幅は約0．4m／sであることが明らかになった。従ってキ2タムラサキウニの優占域では「流速振幅〈0．4m／s」となる確率が1から0に近づくほど、海藻が生育する機会が高くなる。
忍路湾での調査の結果、キタムラサキウ

003691215

経過日数
図11

流速振幅とキタムラサキウニの円柱
ヘの遣い上がり個数の経時変化

二の優占域にコンブ場を毎年造成するためにはその確率を少なくとも0．5未満にすることが必要であると考えられた。
しかし、そのような流速増加工法は必要な費用対効果の点から多くの漁場では適用が制限されると予想される。従って、弱い波動下でも効果的にウニの這い上がりを防止できる「動く」海藻着生装置は、磯焼け問題を打開する有効な技術になり得る。波動流速が非常に遅く、優占するキタムラサキウニの摂食によって海藻が生育しない鮫浦湾で実施した試験により、基質を波動によって動かすことによってウニの食害を防止し、海藻を育成できる見通しが得られた。

本調査では「動く」海藻着生装置として回転式と振り子式を検討した。しかレコスト、製作の容易さおよび効果の面から後者のみに実現可能性があると考えられた。また考えられる振り子式装置の型式（図4）の中で、Ⅰ型とⅣ型を試作し、現地試験を行ったが、Ⅰ型では重量が重くなって製作コストが高くなるだけでなく、摩擦抵抗によってあまり振れなくなるという問題がある。一方、Ⅳ型はコストと効果の面で優れており、その本体の材料費は約3万円／2mであり、事業規模で製作すればその製作費を6万円／2m以下にできると試算された。しかし、Ⅳ型試験装置は激浪に装置の反転が起こり、装置の設計に用いたシミュレーションプログラムに問題があることが分かった。また今回試作した試験装置では、海藻着生盤を立ち上げるために、着生基質に軽量の塩ビ板を用いざるを得なかった。ただし、室内実験結果から海藻着生盤を支持するアームの長さは現在の30cmより短くてもウニの這い上がり防止効果があることが示唆されたことから、この問題は解決可能であると考えられる。

摘要

一18一ウニの食害により藻場の形成が阻害されている岩礁でもウニの侵入を防止し、大型海藻を生育できる、公共事業でも利用可能な技術として以下の2つを取り上げた。一つは土木的流速増加工法である。この技術は、波動流速を増加させる効果のある潜堤などの構造物の設置により、ウニの侵入を防止し、管理作業を要しない持続的藻場造成が可能となるが、ここではキタムラサキウニの優占域でコンブ場の造成に必要な流速条件を検討し、以下のことを明らかにした。

・キタムラサキウニの侵入防止に必要な流速振幅は約0．4m／sであり、キタムラサキウニの優占域では「流速振幅＜0．4m／s」となる確率が1から0に近づくほど、海藻が生育する機会が高くなる。
・忍路湾での調査の結果、キタムラサキウニの優占域にコンブ場を毎年造成するためには、胞子が着底し、群落を形成するまでの「流速振幅＜0．4m／s」の確率を少なくとも0．5未満にすることが必要であることが示唆された。
しかし、波動流速を恒常的にウニの摂食活動を防止できるほど強くするには、かなりの水深を浅くする必要があり、コスト的に適用範囲は非常に限られると考えられる。そこで、弱い流動でも効果的にウニを排除し、海藻を育成できる新しい構造物として、 「動く」海藻着生装置を考案し、いくつかの型式の装置を試作し、現地実験を行った。
・ 「動く」海藻着生装置として回転式と振り子式を検討したが、コスト、製作の容易さおよび施工性の面から、後者のみに実現可能性が考えられた。
・振り子式装置は、流速振幅が少なくとも0．1m／sほどに低下してもキタムラサキウニの這い上がりを防止することができ、波動の弱く、ウニなどの摂食によって磯焼け状態になっている岩礁域でも海藻を育成できる可能性が示唆された。
・振り子式装置の海藻着生盤を支持するアームの長さは、室内実験結果から試作した試験装置のアーム長30cmより短くしてもキタムラサキウニの這い上がりを防止できる可能性がある。
・振り子式装置の中ではⅣ型がコストと効果の面で最も優れており、その本体の材料費は約3万円／2mであり、事業規模で製作すればその製作費を6万円／2m以下にできると試算された。
・試作したⅣ型試験装置は波浪によって反転、破損し、装置の設計に問題が残された。
・振り子式Ⅳ型装置の実用化には、①構造の更なる簡素化、②適正な着生盤の材料と構造の決定、③設計のための運動シミュレーション手法の検証（または確立）が問題として残された。

引用文献
1）川俣茂、1994：磯根漁場造成における物理的撹乱の重要性、水産工学、31（2）、pp．103−110−19一