海底耕耘による珪藻類休眠期細胞を活用した有害赤潮の発生防除に関する研究【はじめに】わ が国 におけ る有 害赤潮 は西 日本の 沿岸 域を中 心に 多く発 生し , 養殖 魚介 類を 大量斃死させ，甚大な漁業被害を引き起 こしている。瀬戸内海では，ほぼ毎年赤潮によ る漁 業被害 が生じ てお り , 有効な 赤潮 対策が 焦眉 の急と なって いる 。こ れまで に様 々な 直接的 対策が 提案 され てきた が , コスト や環 境への 悪影響 とい った 問題か ら殆ど実用化には至っていない。そこで近年, 環境に優しく, コストの小さい赤潮防除法として, 海底耕耘が提案されている。これは, 海底泥中に豊富に存在する珪藻休 眠期 細胞を 有光層 に 捲 き上 げて発 芽させ , 生 じた 栄養細 胞の増 殖に より 水柱の 栄
養塩の消費を通じて有害赤潮鞭毛藻類の増殖を未然に防ぐという手法である。
本研究では, 海底耕耘を赤潮発生前に行い, 実用化に向けたさらなるデータの集積を目指した。また, 海底耕耘を行う前後の現場海水を用いた培養実験や, 海底泥を 投入 したメ ソコズ ム実 験 等 を通し て , 赤潮防 除に 向けた 珪藻類 休眠 期細 胞の 活 用の有効性について検討を加えた。
【材料と方法】
1．海底耕耘を活用した Chattonella 赤潮の発生予防の試み
広島県福山市鞆の浦 沿岸において, 2017 年 6 月 26–29 日および 7 月 24–28 日の期間, 0 (耕耘前) , 1 (耕耘直後), 3 または 4 日目に採水及び水理環境の測定を行った。
また, 耕耘前の 0 日目には, エクマンバージ採泥器による採泥を行った。耕耘区 にStn. A, 耕耘区外に Stn. B を設定し (共に水深約 3–5 m), 耕耘は, 6 月 26 日と 7 月 24日の調査後及び, 6 月 27 日と 7 月 25 日の調査直前の合計 2 回を各実験の際に実施した 。 海 水 試料 は ポ リバケ ツ と バ ンド ン 採 水器を 用 い , 各 実験 区 の定点 (水 深 約 3–5m) において表層, 2 m, 4 m の各 3 層から, 水深 4 m 以上の場合は bottom を追加し, 各4 層 か ら採取 した。 得ら れた 海水試 料は植 物プ ラン クトン の同定 と計 数に 供し , 試水を濾過して栄養塩の測定に用いた。植物プランクトンの同定 と計数は, Stn. A (耕耘区内) でのみ行った。海底堆積物試料は MPN 法により珪藻類休眠期細胞の 分類群組成を調べ密度を推定した。
2．海底耕耘前後の現場海水を用いた培養実験による珪藻類と Chattonella の競合試
験
実験は 2017 年 6 月 26 日–7 月 3 日, 7 月 24 日–8 月 1 日の間, 各々約 1 週間実施した。現場海水試料は海底耕耘実施直前 , 及び直後の耕耘区内の 2 m 層より採取し, それぞれボトル 1), 2) とした。それぞれの試料は 3 本立てとし, インキュベータ内にて温度 25˚C, 光強度 200 µ mol m -2 s -1 , 明暗周期 14 h L:10 h D の条件下で培養した。
培養開始から約 3 日間は毎日, その後は隔日で副試料を採取し , 植物プランクトンの同定と計数, 栄養塩の測定に供した。
3．メソコズムを用いた海底耕耘の効果の検証
調査は, 広島県福山市田尻港において , 2017 年 7 月 24–31 日の期間, 0 (メソコズム設置直前), 1, 4, 7 日目に採水及び水理環境の測定を行った。 7 月 24 日に深さ 2.5 m,直径 1 m のメソコズムを桟橋 (水深約 4 m) に 設置し, 同日耕耘区内にて採取した海底泥を, 海水中の泥濃度として 0.1 g L -1 となるように 2.5 kg 投入散布した。メソコ
ズム内を stn. X, メソコズム外を Stn. Y と設定した。海水試料はポリバケツとバンドン採水器を用い, 表層から 1 m ごとの各層から採取した。得られた海水試料は植物プランクトンの同定と計数に供し , 濾過処理した試水で栄養塩の測定を行った。
【結果】
1．海底耕耘を活用した Chattonella 赤潮の発生予防の試み
6 月の調査期間中, 水温は 20.6–24.6˚C, 塩分は 30.3–33.2 の範囲で変動した。 3 日目に St. A の 0 m と 2 m 層における SiO 2 –Si 濃度は大幅に低下していた。また 0 日目と 3 日目の Si:N 比を比較すると, 2 m と 4 m で減少していた。珪藻類休眠期細胞は 0日目の Stn. A で 1.68 x 10 5 – 3.00 x 10 5 MPN g -1 湿泥 の範囲で検出された。植物プランクトンの変動を見ると , 珪藻類は 0 日目に 1590–2160 cells mL -1 存在 していたが, 3日目には約 2 倍の 3620–3980 cells mL -1 まで増加した。優占していたのは中心目珪藻類の Chaetoceros 属と Skeletonema 属である。一方赤潮ラフィド藻 Chattonella 属は 0日目に最大 91 cells mL -1 (2 m) 存在していたが, 3 日目には 0–2 cells mL -1 にまで急激に減少した。
7 月の調査期間中, 水温は 25.4–27.6˚C, 塩分は 30.8–32.4 の範囲で変動した。各栄養塩は珪藻類の増殖に十分な濃度であっ た。珪藻類休眠期細胞は Stn. A で 6.15 x10 4 – 1.19 x 10 5 MPN g -1 湿泥の範囲で分布していた。珪藻類は 4 日目の表層において

0 日目 (25 cells mL -1 ) の約 70 倍 (1680 cells mL -1 ) まで増加した。表層 0 m では中心 目 珪 藻 類 の Chaetoceros 属 , Skeletonema 属 が 優 占 し て 出 現 し た 。 鞭 毛 藻 のChattonella 属は 0 日目に 5–12 cells mL -1 と比較的低密度に分布していたが, 4 日目にはさらに 0–2 cells mL -1 にまで減少した。
2．海底耕耘後の現場海水を用いた培養実験による珪藻類と Chattonella の競合試験
6 月の実験期間中, ボトル 1) と 2) において, DIN, SiO 2 –Si, PO 4 –P はおおよそ類似した挙動を示し, 各栄養塩濃度は実験開始後から徐々に減少し た。実験 1 日目から両ボトルで SiO 2 –Si による増殖の制限が確認された。植物プランクトンの変動を見ると, ボトル 1), 2) の両方において, 実験期間を通して珪藻類は Chattonella 属よりも優占していたが, 1 日目以降, 徐々に減少した。Chattonella 属は両ボトル内で減少
し , 特 に ボ ト ル 2) に お い て は 増 殖 す る こ と な く 減 少 を 続 け , 最 終 的 に 検 出 さ れ なく なっ た。ボ トル中 の植 物プ ランク トンの 種組 成を 見ると , 中 心目珪 藻類 が全珪 藻類の 6 割を占めていた。
7 月の実験期間中, 両ボトル中の DIN, PO 4 –P, SiO 2 –Si は概ね緩やかに減少し , いず れに おいて も珪藻 類の 増殖 に十分 な濃度 が存 在し ていた 。 珪藻 類の 細胞 数は , ボ
トル 1) では実験開始 5 日目には 0 日目の約 40 倍 (2520 cells mL -1 ), ボ トル 2) では
6 日目に 1 日目の約 11 倍 (726 cells mL -1 ) まで増殖した。実験期間中 , 珪藻類はChattonella 属よりも常に優占していた。中心目珪藻 Skeletonema 属から, 羽状目珪藻 Nitzschia longissima への優占種の遷移が観察された。 ボトル 2) において, 1 日目から 2 日目に最大増殖速度以上の細胞数の増加 が観察された。Chattonella 属は両ボ
トル内で減少し, 特にボトル 2)においては培養開始から増殖することなく減少を続
け, 最終的に検出されなくな った。
3．メソコズムを用いた海底耕耘の効果の検証
実験期間中, 水温は 25.6–30.4˚C, 塩分は 30.0–32.3 の範囲の値を示した。植物プランクトンは, Stn. X の全層において，珪藻類が実験開始 7 日目に 0 日目の約 10 倍に増殖し，表層で最大密度 2160 cells mL -1 検出 された。一方, メソコズムの外の Stn. Y
では, 実験開始 7 日目に珪藻類細胞密度は非常に小さい値を示し, 一方でChattonella 属は 2 m 層 で 833 cells mL -1 まで増殖していた。
【考察】
実験区の堆積物中には, 中心目珪藻類の休眠期細胞が豊富に存在していた。また,
6 月, 7 月の両実験期間中, 現場の水理環境は珪藻類の増殖に適したものと判断された 。本 実験区 は水深 が浅 いた め , 海 底付 近まで の光 環境は 珪藻類 休眠 期細 胞の発 芽に適していた。6 月の各層では耕耘後に濁度が上昇し , 耕耘後から 3 日目までに珪藻 類の 有意な 増殖が 確認 され たこと から , 耕耘 によ って珪 藻類休 眠期 細胞 が 巻き 上げられ, 発芽した栄養細胞が, 増殖したと考えられる。珪藻類の増殖と栄養塩の挙動は一致しており, 珪藻類が優占して栄養塩を吸収したことにより有害鞭毛藻類
Chattonella 属の増殖が抑制されたと判断 された。また, Chattonella 属が 10 2 cells mL -1
オ ーダ ーの密 度で存 在す る場 合も , 海底 耕耘は 有効 である ことが 示さ れた 。 対し て
7 月の海底耕耘では, 耕耘後も 6 月の耕耘時のような濁度の上昇は見られなかったことから, 珪藻類休眠期細胞の発芽・増殖に時間を要した。 しかし, Chaetoceros 属と Skeletonema 属の細胞密度の増加量がこれらの属の一般的な増殖速度から計算され る増 加量を 上回っ てい た。 したが って , 耕耘 によ って水 柱に休 眠期 細胞 が 海底 から供給され, 発芽・増殖した結果, Chattonella 属の増殖は 抑制 さ れ た と 考 え ら れ る 。
6 月 のボト ル培養 実験 では , 実験 開始 時から 珪酸 塩制限 が確認 され たた め 海底 耕耘の効果は評価困難であった 。しかし 7 月のボトル培養実験においては , 珪藻類の増殖によって Chattonella の増殖が抑制されたと考えられる結果が得られた。また, 6月, 7 月の両方で, 耕耘後の海水のボトル培養実験の結果 , DIN は増殖に十分な濃度であったにも関わらず, 有害鞭毛藻類の増殖は観察されなかったことから, 海底耕耘による有害藻類の増殖促進 という影響はないことが示唆された。
メソコズム実験においては , 内側の Stn. X で外側の Stn. Y と比較して Chattonellaの 増殖 が抑え られて おり , こ れは珪 藻類 休眠期 細胞 を豊 富 に含む 海底 泥を 散布し たことにより，珪藻類が水柱で優占した ためと考えられる。
以上から, 有害藻類による赤潮の防除対策として, 珪藻類休眠期細胞が豊富に存在 する 海域で の海底 耕耘 は有 効であ ること が示 唆さ れた。 また , 有害 赤潮 防除に 有効な耕耘のタイミングについての基礎的情報を得ることができた。 今後は海底耕耘の 実用 化と技 術のメ ニュ ー化 に向け て更な るデ ータ を蓄積 し , 手法の マニ ュアル 化を目指す必要がある 。
中野温美