Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
1000事業として、同じ観測地点での調査が継続して行われている。2013年度現在202観測地点で、(1)サンゴ生息状況：サンゴ被度・サンゴ生育型・ミドリイシの新規加入数、(2)サンゴ攪乱要因：オニヒトデ個体数（密度）・オニヒトデ優占サイズ・サンゴ食巻貝発生階級・テルピオス・サンゴ全体の白化率・白化によるサンゴ全体の死亡率・腫瘍の有無・Black Band Diseaseの有無・White Syndromeの有無・台風の影響度、(3)生育環境：水深・底質・SPSS階級・地形などが年に1度調査されている。とくに1998年と2007年には大規模サンゴ白化現象が報告され、2008年以降はオニヒトデの大発生、また台風によるサンゴ破壊の被害も度々観測されている。

長期的モニタリングデータの解析から、サンゴ群集がいつ、どこで、どのように変化してきたか、また観測された様々な攪乱要因がサンゴ群集にどのような影響を与えたかを明らかにすることができる。昨年度は、1998年～2013年のサンゴ被度の年変化をクラスター解析により類型化し、(1)高被度グループ、(2)2007年減少グループ、および(3)低被度グループの3つに分けられることを明らかにした。今年度はその結果をより詳細に解析し、類別された各グループのサンゴ被度の平均的なふるまいと、ミドリインの新規加入数、オニヒトデ個体数、サンゴ白化率、および2003年にのみ観測された透視度との関係性を検討した。

## （２）石西礁湖の水質分布特性と海水流動に関する現地観測

オニヒトデの大量発生は石西礁湖のサンゴ群集の減衰を引き起こした大きな要因の一つである。オニヒトデ幼生の生残率は餌となる植物プランクトンの濃度に非常に強く依存することが知られている。植物プランクトンの発生は陸域からの栄養塩流入によって引き起こされることが多いため、オニヒトデの大量発生と栄養塩との関係性が示唆されている（『栄養塩仮説』）。そこで、『栄養塩仮説』の妥当性を検証し、また陸源負荷の石西礁湖海域への波及過程を把握するために、石西礁湖海域の広域多点一斉採水を、石西礁湖内外、合計約30地点（地点は図(1)-1、表(1)-2に示す）で、他の全サブグループと共同で2013年～2015年の間に合計8回実施した。調査は4隻のボートを使用し、同時に4海域をカバーした。採水項目は、栄養塩(NO₂, NO₃, NH₄, PO₄, SiO₂)、全溶存態窒素・リン（TDN・TDP）、溶存態有機炭素（DOC）、炭酸系（全アルカリ度TA，全炭酸DIC，pH）、クロロフィルa濃度（Chl-a）、メタゲノム用サンプルである。採水は基本的に表層および水深7mの二層で実施した。また、各地点で直読式総合水質計（AAQ、JFEドバンテック株式会社）を用い、鉛直プロファイル測定もおこなった。プランクトンネットによるオニヒトデ幼生サンプリングを実施した。メタゲノム用サンプルについてはホースを使い、表層から水深約5mまでの水柱からサンプリングをおこなった。

2013年度の観測でオニヒトデ幼生が多く確認されたヨナラ水道（図(1)-1のSS17）および竹富島西部水道（タキドゥングチ、図(1)-1のSS11）に着目し、2015年6月22日12時から23日12時にかけ24時間採水をおこない、栄養塩や有機物量、Chl-a等の水質環境とこれら水道部の流動等との関係を解析した。採水は3時間おきに実施した（採水深0,10,20m）。多項目水質計を用いた水温、塩分等の観測は1時間おきに実施した。また22日12時、23日0時、6時、12時の計4回、表層、10m、20mの3深度にてプランクトンネットを用いたオニヒトデ幼生採集もおこなった。

2013年～2015年の間に実施した全8回の広域多点一斉採水のデータをもちい、栄養塩等の水質パラメータに関し平均値・標準偏差のグリッドデータを作成した。グリッドデータを作成する際の空間補間には、GMT（Generic Mapping Tools）の曲率最小化アルゴリズムを使用した。この際、
テンションレベルとして0.25をもちい、データを外挿しないようマスキング処理をおこなった。

探水時を含めたオニヒトデ幼生浮遊期間中の時系列流動・水質データを取得するために、ロガータイプの水温計や流速計、波高計、塩分計、クロロフィル-濁度計を多点設置することにより、各項目の長期データを取得した（図(1)-2および表(1)-1）。ここで得られたデータは、海水流動モデル、沿岸低次生態系モデルや陸源負荷モデルの開発・検証に用いられる。

2015年8月下旬に台風15号が八重山地方を直撃した（8月24日最接近）。この台風襲来の直後（8月25日）と平常時に戻ったと考えられる約1週間後（8月30日）に、出水時および平常時の栄養塩負荷の空間分布を把握するための採水調査を、石垣島の主要河川および沿岸域において実施した。この際、栄養塩類濃度、電気伝導度、水温等を測定した。採水は、陸水の影響を見やすい様に、なるべく最干潮時を中心に3,4時間程度で終えるようにした。

図(1)-1 広域多点一斉採水実施地点。2013年～2015年に調査した全地点を示す。●は採水・AAQ観測地点、▲は採水・AAQ観測・プランクトンネット採集地点を表す。黄色のシンボルは2015年に新たに追加した地点を示す。各年度に実施した調査地点は表(1)-1にまとめてある。
表(1)-1 石西礁湖広域多点一斉採水の実施時期等。黒丸は新月、黄色丸は満月をあらわす。

調査時期	調査地点(数)	潮	備考
2013年6月17日	SS01～30 (30)	小潮
2013年6月18日	SS01～30 (30)	長潮
2013年6月21日	SS08～36 (29)	中潮	台風直後
2013年8月27日	SS01～36 (36)	中潮
2013年9月5日	SS01～36 (36)	大潮●	台風後
2014年6月7日	SS01～30 (30)	長潮	出水翌日
2014年6月13日	SS03～30 (28)	大潮●
2015年6月25日	SS02～43*(31)	長潮

$ ^{*} $ ただし、SS01, 06, 15, 21, 22, 27, 31～36の12点除く。

図(1)-2 2014年度および2015年度、ロガータイプ・センサーの設置地点図。海域に設置したセンサー類は表(1)-2、3にまとめた。また仲間川、名蔵川、宮良川、新川川、轟川に水位計を設置し出水のタイミングを把握した。
表(1)-2 観測地点および設置測器の情報（2014年度）

地点名	経度	緯度	水深(m)	設置センサー
A'	124.130044	24.347423	12.0	流速計、クロロフィル濁度計,塩分水温計
E	124.137933	24.287183	8.3	流速計、クロロフィル濁度計,塩分水温計
I	124.013055	24.286917	15.0	流速計
Ko1	123.970216	24.325462	6.0	水位計、溶存酸素計
La1	124.031391	24.330499	8.0	水位計
Ma	123.950185	24.348757	19.0	流速計、溶存酸素計
N	123.918910	24.268283	約3	クロロフィル濁度計、塩分水温計
Na2	124.126475	24.400832	約3	クロロフィル濁度計、塩分水温計
O2'	123.970433	24.382839	約40	水温計アレー(5m,10m,20m,30m,40m)
O5	124.130542	24.252808	約40	水温計アレー(5m,10m,20m,30m,40m)
SS08	124.102883	24.293037	6.0	水位計
W2	123.974400	24.372583	11.0	波高計、多層流向・流速計(ADCP)
W5	124.024918	24.216148	10.0	波高計、流速計
Sk	124.166860	24.322360	約5	流速計、クロロフィル濁度計,塩分水温計
K5	124.079690	24.350750	約5	クロロフィル濁度計、塩分水温計
F	124.064130	24.325770	15.8	流速計
Io1	124.000590	24.273250	7.5	水温計
Io2	123.987440	24.259630	18	水温計

表(1)-3 観測地点および設置測器の情報（2015年度）

地点名	経度	緯度	水深(m)	設置した測器類
A'	124.128610° E	24.346240° N	3.0	クロロフィル濁度計、塩分水温計、溶存酸素計
E	124.142250° E	24.287220° N	10.0	流速計、水温計
I	124.013850° E	24.287150° N	9.0	流速計、水温計
Ko1	123.970000° E	24.325150° N	5.0	水位計、溶存酸素計
Ma	123.949750° E	24.353180° N	23.0	多層流向·流速計、水温計
N'	123.911739° E	24.223773° N	2.0	クロロフィル濁度計、塩分水温計(CTW)
Na3	124.125844° E	24.402694° N	5.0	クロロフィル濁度計、塩分水温計(CTW)
SS08	124.103200° E	24.292550° N	8.0	水位計
W2	123.972290° E	24.371530° N	9.4	波高計、流速計、水位計
W5	124.110900° E	24.246200° N	8.0	波高計、流速計、水位計
K5	124.079520° E	24.350490° N	10.0	流速計、水温計
F'	124.066994° E	24.336697° N	~12	多層流向·流速計、水温計
Kt1	123.947225° E	24.328592° N	~10	水温計
Kt2	123.955802° E	24.311854° N	~20	水温計
Q	123.929714° E	24.385297° N	10	溶存酸素計、クロロフィル濁度計、塩分水温計、流速計
WL1	124.019176° E	24.365895° N	1	水位計
WL2	124.040137° E	24.306566° N	1	水位計
WL3	124.051356° E	24.297702° N	1	水位計
WL4	124.108919° E	24.308038° N	1	水位計
WL5	124.150284° E	24.265762° N	1	水位計
WL6	124.012921° E	24.212141° N	1.0	水位計
YEM2'	123.947308° E	24.353578° N	5	流速計、水温計
YEM4'	123.953294° E	24.352675° N	10	流速計、水温計

## （３）数値シミュレーションモデル開発

## 1 ）「陸域-海洋-生態系」統合型モデルシステムの概要

オニヒトデの大量発生の『栄養塩仮説』の検証および、大量発生における人為影響を定量的に評価するために、これまでに類例のない「陸域-海洋-生態系」統合型モデルシステムを開発した。このモデル開発において、いくつかの欠かすことの出来ない重要なプロセスがある。オニヒトデ
はその生活史において、まず2週間から6～7週間程度の浮遊幼生期間を経て着底し、サンゴ藻食の稚ヒトデを経て、3年程度で成体となる。オニヒトデの発生を予測するためには、オニヒトデがどこで産卵し、浮遊幼生が海流に運ばれながらどの程度生残してどこに着底するか？その後、稚ヒトデや成体がどのように移動し、次世代をどこで産卵するか？といった生活史全体を考慮した個体群動態モデルが必要となる。これらを解決するために図(1)-3に示すような陸域-海洋-生態系統合型モデルシステムを構築した。この統合モデルシステムは陸域からの栄養塩流入など人為的な影響を評価するために、陸域での土地利用などを考慮した陸源負荷モデルを組み込んでいる。陸源負荷モデルによって計算された陸源負荷が石西礁湖海域にどのように広がっていくかを再現するために石西礁湖周辺海域の海流を再現する3次元流動モデルが組み込まれている。この3次元流動モデルは、石西礁湖海域の植物プランクトン動態を再現するために開発・チューニングを行った低次生態系モデルと結合している。これらによって計算された流動環境・オニヒトデの餌環境（植物プランクトン密度）をインプットデータとして用いて、オニヒトデ動態モデルおよびサンゴ群集動態モデルを駆動する。オニヒトデ幼生の分散過程をラグランジュ的な粒子追跡シミュレーションを応用し、餌環境の時空間変動に応じた幼生の減耗過程を計算する。これによって、陸域からの栄養塩負荷がオニヒトデ幼生の生残にどのように影響するかを推定することができるようになる。幼生分散シミュレーションの着底ポイントと加入量の計算後、オニヒトデの行動モデルによってオニヒトデの移動やサンゴ捕食が計算され、それらの影響を組み込んだサンゴ群集動態モデルによって最終的なサンゴ群集被度変遷が計算される。それぞれのサブモデルの詳細については以下に述べる。なお、この統合モデルシステムは人為影響を陽に組み込んだモデル体系となっているため、陸源負荷を変化させたシナリオ解析なども実施することができる。

図(1)-3 「陸域-海洋-生態系」統合型モデルシステムの模式図
## 2 ）陸源負荷モデル

オニヒトデの餌環境を把握し、栄養塩仮説を検証するためには、栄養塩負荷の最も上流側である陸域からの栄養塩のインプットを見積もる必要がある。そのためにオープンソースソフトウェアであるSWAT（Soil & Water Assessment Tool）を用いた陸源負荷モデルの開発を行った。モデル化は、石西礁湖域に流入する石垣島の4河川（名蔵川、新川川、宮良川、轟川）および西表島の仲間川を対象とした（図(1)-4a）。このモデルによって、流域の地形や地質構造、土地利用に応じた（図(1)-4b）、降雨後の河川からの出水や栄養塩の流出などを計算することができる。

(a)

(b)

【壽川の例】

図(1)-4 陸源負荷モデルの対象河川（a）、および轟川を例とした陸源負荷モデルのインプットデータの概要（b）

## 3 ）多重ネスティング三次元流動モデル

石西礁湖海域の流動環境や温熱環境は、北西に流れる黒潮や台風など比較的大領域からの影響を受けるため、石西礁湖海域だけのローカルに閉じた系として扱うことは出来ない。そのため、多重ネスティングによって大領域から影響を陽に取り入れ、大領域からローカルスケールまでを扱えるモデル体系にすることが不可欠である。そこで、最新の三次元流動モデルの一つであるROMS (Regional Ocean Modeling System) をベースに多重ネスティング3次元流動モデルの開発を行った。ネスティングは、台湾から宮古島までをカバーし、グリッドサイズ1.5kmの計算領域(YAEYAMA1)、次に石垣島から西表島全域をカバーしたグリッドサイズ300mの計算領域（YAEYAMA2）、石西礁湖
にフォーカスしたグリッドサイズ100mの計算領域（YAEYAMA3）の3段階である（図(1)-5）。さらに、YAEYAMA1の境界条件は全球海洋モデルHYCOM（http://hycom.org/）からのoff-lineネスティングによって与えた。また、気象条件は、京都大学生存圏研究所が整備した気象庁のメソスケール気象モデルによる短期予報のアーカイブ（http://database.rish.kyoto-u.ac.jp/arch/jmetadata/）を空間内挿することで時空間グリッドデータを整備した。前述の陸源負荷モデルのアウトプットは、この3次元流動モデルの河口で淡水や栄養塩の流入のインプットとして与えられ、陸源負荷の海域への移流・拡散が計算される。

図(1)-5 多重ネスティング3次元流動モデルの計算領域

## 4 ）低次生態系モデル

オニヒトデ幼生の餌環境の時空間変動を理解し再現するために、石西礁湖の植物プランクトンの動態を再現できる低次生態系モデルを開発した。このモデルは栄養塩（$\mathrm{NO}_{3}$，$\mathrm{NH}_{4}$，$\mathrm{PO}_{4}$）、炭酸系（DIC，TA）、溶存/粒子態炭素（DOC/POC）、溶存/粒子態窒素（DON/PON）、溶存/粒子態リン（DOP/POP）、植物/動物プランクトン（PHY/ZOO）、溶存酸素（DO）がコンパートメントに含まれている（図(1)-6）。植物プランクトンについては、珪藻の動態がオニヒトデの餌環境において重要であるという結果が、前年度のサブテーマ(2)のメタゲノム解析結果およびサブテーマ(4)の観測結果から指摘されていたため、植物プランクトンのコンパートメントを珪藻とそれ以外の植物プランクトンの二つに分離した。このモデルを石西礁湖の植物プランクトン動態へ最適化するために、石西礁湖周辺海域で採取した植物プランクトンを含む海水を用いて飼育実験を行い、モデルのチューニングを行った。この低次生態系モデルは前述の3次元流動モデルと結合させることで、石西礁湖におけるオニヒトデ幼生の餌である植物プランクトンの時空間変動を再現できるようにした。
図(1)-6 低次生態系モデルの模式図

## 5 ）サンゴ群集－オニヒトデ動態モデル

サンゴ被度の変遷を明らかにするためには、サンゴ被度の減少に大きく関わっていると考えられるオニヒトデの動態を明らかにする必要がある。それを実現するためのオニヒトデ動態モデルは、オニヒトデ行動モデルとオニヒトデ幼生分散モデルからなっている。この二つのサブモデルは非常に複雑に連結している。まず、オニヒトデ行動モデルによって計算された成ヒトデの分布パターンを基にオニヒトデ幼生の放出ポイントおよび放出量を決定し、そこから3次元流動モデルのアウトプットをベースとしたラグランジュ的な粒子追跡手法により幼生分散を計算する。このとき、幼生の分散過程で経験する餌環境は、前述の三次元流動－低次生態系モデルにより再現されたものを用い、Fabricius et al. (2010) $ ^{1)} $ やWolfe et al. (2015) $ ^{2)} $ のオニヒトデ幼生飼育実験の結果を基に導いた餌環境の履歴に応じた生残率の算出式を用いる。この幼生分散モデルによってオニヒトデの新規加入場所および加入量を計算する。着底後の行動は、オニヒトデ行動モデルを用いて予測を行う。この行動モデルはサンゴ群集の被度を再現するサンゴ群集動態モデルと対になっており、サンゴを捕食しながらサンゴ被度が低い方から高い方へと移動することを基本的な行動原理とし、その動きを移流－拡散型の方程式で表現している。この行動モデルで再現されたオニヒトデの分布は、幼生分散モデルの幼生放出ポイントとして引き継がれ、次世代の一連のライフサイクルが計算される（図(1)-7）。ここで連結されたサンゴ群集動態モデルは、幼生の新規加入、増殖、死亡、オニヒトデによる被食などの基本的なプロセスを含んだものとなっており、これによってサンゴ被度の変遷を計算することができるようになっている。
親オニヒトデの分布

(オニヒトデ行動モデルからのアウトプット)

Particle の放出ポイント

幼生が浮遊期間に経験する餌環境(低次生態系モデルのアウトプット)から幼生の生残数を計算

図(1)-7 オニヒトデ幼生分散モデルにおける幼生の初期放出量およびその後の生残率の計算プロトコル

## 6 ）統合モデルシステムを用いたシナリオ解析

上述の統合モデルシステムが開発されたことによって陸域からの栄養塩流入など人為的な陸源影響がオニヒトデの大量発生にどの程度影響するかを定量的に評価することが初めて可能となった。そこで、陸域からの栄養塩（ $ NO_{3} $ と $ PO_{4} $ ）の負荷程度を(1)現状の栄養塩負荷を再現したシナリオ（ $ N_{x1} $ シナリオ）、(2)栄養塩負荷を現状の75%に削減したシナリオ（ $ N_{x0.75} $ シナリオ）、(3)栄養塩負荷を現状の50%に削減したシナリオ（ $ N_{x0.5} $ シナリオ）、(4)栄養塩負荷を現状の25%に削減したシナリオ（ $ N_{x0.25} $ シナリオ）、および逆に(5)栄養塩負荷が現状の2倍に増加したシナリオ（ $ N_{x2} $ シナリオ）の5段階の栄養塩負荷シナリオを用意した。そして、自然状態のオニヒトデ密度（0.0002個体/ $ m^{2} $ と設定）および健全なサンゴ被度状態を初期条件として20年分の数値シミュレーションを行い、それぞれの栄養塩負荷シナリオにおいてオニヒトデの大量発生が誘発されるかを確かめた。数値シミュレーションには東工大のスーパーコンピューターTSUBAME2.5を用いた。なお、計算時間や計算コストの制約から2013年の6月1日～8月11日までのそれぞれのシナリオにおける流動-低次生態系モデルの計算結果を繰り返し用いて20年分の計算を実施した。

## 4 ．結果及び考察

## （１）モニタリング調査によるサンゴ群集の時空間動態の解明

## 1 ）サンゴ被度年変化のグループ化

全ての観測地点間で各観測年におけるサンゴ被度の差の二乗値の総和（ユークリッド距離の二
乗和）を計算し、非類似度の指標としてクラスター解析を行った。デンドログラムの結果から、3つのグループはそれぞれ2つのサブグループから構成されていることがわかった。

## サンゴ平均被度と空間分布

サブグループ1Aは、観測期間中高いサンゴ平均被度（約40%-60%）を維持しており（図(1)-8-(1)、青線）、ヨナラ水道など石西礁湖の外縁部に多かった（図(1)-8-(2)、青36地点）。サブグループ1Bのサンゴ平均被度は、1998年の白化後、回復し高被度に到達したものの、2010年以降減少した（図(1)-8-(1)、水色線）。このグループは調査海域の北側の地点に多かった（図(1)-8-(2)、水色25地点）。一方、サブグループ3Aは観測期間中低いサンゴ平均被度（約10%）を維持しており（図(1)-8-(1)、黒線）、小浜島の東側や内湾部に多くみられた（図(1)-8-(2)、黒20地点）。サブグループ3Bのサンゴ平均被度は2007年に減少が見られたものの、緩やかに回復しており、現在は約40%に到達している（図(1)-8-(1)、緑線）。石垣島の東部や、高被度グループ1の内側に多かった（図(1)-8-(2)、緑42地点）。また、サブグループ2Aのサンゴ平均被度は1998年の白化の影響はほとんど受けず高い値であったが、2007年の白化により急激に減少し、その後回復が見られなかった（図(1)-8-(1)、赤線）。石西礁湖中央部、石垣島周辺に多く見られた（図(1)-8-(2)、赤38地点）。サブグループ2Bのサンゴ平均被度は1998年以降回復したものの、2007年に減少し、その後回復が見られなかった（図(1)-8-(1)、ピンク線）。石西礁湖の南部、東部、および石垣島の北部に多く見られた（図(1)-8-(2)、ピンク41地点）。

## ミドリインの新規加入数

6つのサブグループはほぼ共通の年トレンドを示していた（図(1)-9-(1)）。サブグループ1Bが観測期間中最も多く、サブグループ1Aが2番目に多かった。サブグループ2Aと2Bは中間の加入数であったが、2008年から2011年まではそれ以前の年トレンドから予想される数よりも少ない傾向が見られた。また、サブグループ3Aのミドリイン加入数は少なかった。

## オニヒ トデ観察個体数

1998年から2006年まで、海域全体でオニヒトデはほとんど観察されなかった（図(1)-9-(2)）。2007年にサブグループ2Aと2Bで観察されはじめ、2011年まで中程度の個体数が報告された。サブグループ1Bでは2008年から観察個体数が増加し、2011年は非常に多くの個体数が報告された。同様にサブグループ1Aでも2011年に個体数のピークが見られる。一方、サブグループ3Aと3Bではオニヒトデはほとんど見られなかった。

## サンゴ白化率

白化率の年変化はサブグループ1Bを除き、5つのサブグループ間で共通していた（図(1)-9-(3)）。2007年はサブグループ2A、2B、3Bでサンゴ白化率が50%以上と高かった。また、中程度（20%-40%）の白化率は2001年、2003年、2005年および2008年以降も観測されていた。サブグループ2Aは常に高い白化率を示す一方、サブグループ1Bでは白化率は低かった。

## 透视度

2003年の透視度は多くの地点でランク1（ $ 11m \leq x \leq 15m $ ）であったが、サブグループ3Aではランク2（ $ 6m \leq x \leq 10m $ ）とランク3（ $ x \leq 5m $ ）の合計が51.6%を占めていた（図(1)-10）。
以上の解析をまとめると、2007年のサンゴ白化以降サンゴ平均被度が回復していないサブグループ2Aと2Bに属する地点では、サンゴの回復力が失われていると考えられる。とくに石西礁湖の中南部、東部、および石垣島北部に多く位置しており、その数は全体の約40％を占めた。サンゴ平均被度が回復しない要因は、2008年から2011年に中程度のオニヒトデ大発生があったためと考えられる。また、同時期に成長が早く被度の増加をもたらすミドリインの新規加入数が少なかったことも、要因の一つだったと思われる。一方で、2011年にオニヒトデが大発生して被度が減少したサブグループ1Bでは、ミドリインの新規加入数が多いため速やかにサンゴ平均被度が回復すると期待できる。また、サンゴ平均被度が常に低い地点では透視度が低い傾向があり、ミドリインの新規加入が妨げられる、もしくは成長が進まない環境下にあることが示唆された。

図(1)-8 クラスター解析で類別化された6つのグループの(1)サンゴ平均被度の年変化と(2)空間分布。青はサブグループ1A、水色はサブグループ1B、赤はサブグループ2A、ピンクはサブグループ2B、黒はサブグループ3A、緑はサブグループ3Bを示す。
図(1)-9　6つのグループの(1)ミドリインの平均新規加入数、(2)オニヒトデ観察個体数と(3)サンゴ白化率の年変化。
図(1)-10　6つのグループの透視度ランクの割合。白が　ランク　0（16m≤x）、薄いグレーがランク　1（11m≤x≤15m）、グレーがランク　2（6m≤x≤10m）、そして黒がランク　3（x≤5m）。

## （２）石西礁湖の水質分布特性と海水流動に関する現地観測

2013年から2015年に実施した全8回の広域多点一斉採水の結果を用い作成した表層塩分、Ch1-a、濁度、 $ NO_{3}+NO_{2} $ のグリッドデータを図(1)-11～14に示す。全8回の採水のうち、6回は6月に、1回は8月に、1回は9月に実施した（表(1)-1）。図(1)-11より塩分は石西礁湖の南で高く、北に行くにつれ低くなる傾向が認められた。これは石垣島南西部や西表島南東部の河川からの淡水や降水が、この季節に卓越する南風や潮汐流の影響で北部に輸送されやすいためと考えられる。また塩分は小浜島周辺や名蔵湾で変動が大きいことが分かった。これは台風時等の出水の影響を受けやすいためと考えられる。図(1)-12よりCh1-aは石垣沿岸や西表沿岸で高めになる傾向が認められた。オニヒトデ幼生の餌として重要といわれる2μm以上の植物プランクトンについても、2013年では石西礁湖の40％以上の海域でオニヒトデ幼生が餓死する水準（0.25μg/L）を超えていた $ ^{3)} $ 。Ch1-aの時間変動は石垣島南西部や西表島南東部で大きくなっており、これは出水後などに陸から供給された栄養塩を利用して植物プランクトンが増殖しやすい場であるためと考えられる。図(1)-13より濁度は、石西礁湖内の南西部、西表島と小浜島の間あたりでやや高めの値が平均的にみられた。また標準偏差もこの海域で高めだったことから、出水等の影響も受けやすいと考えられる。図(1)-14より硝酸＋亜硝酸態窒素 $ NO_{x} $ は、石西礁湖内部から北礁にかけてと西表島の南東部で平均的に高めの濃度がみられた。これは浅い地形条件により海水に海底面（堆積物や底生生物）の影響が及びやすいこと、また竹富島と小浜島の間の海域などはお盆状の地形により栄養塩類が蓄積しやすいことなどが原因と考えられる。航路浚渫の影響等も考えうる。一方、 $ NO_{x} $ の変動は西表や石垣沿岸、特に西表島北岸でたかくなっている。西表北岸については平均的には $ NO_{x} $ が低めだが、出水時に船浦港などを通して河川や干渓から $ NO_{x} $ が供給されるためと考えられる。なおアンモニア態窒素 $ NH_{4} $ は、コンタミネーションと考えられる異常値を示すことがあったため、ここでの解析には用いなかった。
図(1)-11 表層塩分の平均値（左）と標準偏差（右）

図(1)-12 表層Ch1-aの平均値（左）と標準偏差（右）
図(1)-13 表層濁度の平均値（左）と標準偏差（右）。図中の黒点は、サブテーマ3が遺伝子解析用のサンゴ試料を採取した地点をあらわす。

図(1)-14 表層 $ NO_{x} $ の平均値（左）と標準偏差（右）

次に石西礁湖と外洋との物質フラックスを考える上で重要と考えられるヨナラ水道を対象に、流動場の観測とそれを支配する要因としてヨナラ水道南北の水位差を観測した（図(1)-15）。これを見ると小浜島南側の水位が高いとヨナラ水道では南から北向き（礁湖から外洋向き）の流れが見られ、逆に小浜島南側の水位が低いとヨナラ水道では北から南向き（外洋から礁湖内へ）の流れが見られることがわかる。
図(1)-15 小浜島南（Ko1）と小浜島北（W2）で観測された水位差、ヨナラ水道中央部（Ma）で観測された表層付近の流速の南北成分（正の値が北向きの流れ）、および上記水位差と流速の関係。観測地点については図(1)-2を参照。

次にヨナラ水道中央部（Ma）での南北流速と底層（水深約25m）で観測された水温との関係を図（1）-16に示す。南向き（外洋から礁湖向き）の流れが強くなる際に、水温が28℃を切る低水温化が時折認められた。ヨナラ水道から入った低水温水塊は、数時間遅れで石西礁湖内部（Kt1やKt2、図（1）-2参照）に達することも確認された。また同様の低水温水塊は、2015年夏季にタキドングチ（F'、水深12m程度）でも規模はやや小さいが観測された。こうした低水温塊は高い栄養塩濃度を持つことが多いため、水道部を通して外洋のやや深い場所から栄養塩が礁湖内部に間欠的に供給されている可能性が示唆された。

図(1)-16 ヨナラ水道における流動と底層水温の関係
続いて台風が石西礁湖の流動場および水温場に及ぼす影響を、観測データより検討した。図(1)-17は2015年8月上旬に八重山地方に接近した台風13号の経路と、石垣島の気象台で観測された風速・風向および気圧を示す。この図より、台風が8月8日未明に石垣島に最接近し、その際気圧も最も低くなっていたことがわかる。またこの最接近を境に、それまで北東風だったのが南東風に変わったこともわかる。図(1)-18には台風13号接近前後の、ヨナラ水道（Ma）、タキドングチ（F'）での表層付近流速および石西礁湖内各地点における水温の時系列を示す。台風最接近後の8月8日には、ヨナラ水道、タキドングチともに北東向きの流れが強まり、ヨナラ水道より外洋に向けて海水が出続けていたことがわかる。またこの際、石西礁湖の北側・外側に位置するW2やK5、また名蔵湾内のNa3では8月8日に水温の急激な低下が見られたが、ヨナラ水道やタキドングチ、および石西礁湖内の各地点では、こうした低水温の流入が8月8日の夜まで見られなかった。これは石西礁湖から北側外洋に向かう強い北向きの流れが、北側外洋からの海水の流れ込みをブロックしていたためと考えられる。図(1)-19には石西礁湖北部と南部のW2,W5で観測された有義波高、有義波周期を示すが、台風が通過した石西礁湖南側は台風最接近時に8m近い有義波高が観測されたのに対し、北側では2m強の有義波高がみられた。台風が流動、波浪および湧昇にともなう低水温水塊の輸送パターンに及ぼす影響について、重要な観測データが取得できたと考えられる。

図(1)-17 2015年台風13号の経路と石垣島で観測された風速および大気圧
Near-Surface Currents (ADCP) - Typhoon 2015-13

図(1)-18 2015年台風13号時にヨナラ水道（Ma）およびタキドングチ（F'）で観測された表層付近の流速と各地点における海水温の時系列。8月8日付近の点線は台風の再接近を示す。各地点の位置は図(1)-2を参照。
図(1)-19 2015年台風13号時にW2およびW5で観測された有義波高と有義波周期。W2とW5の位置は図(1)-2参照。

出水時に実際、石垣島の沿岸域に栄養塩類が供給されているかを、沿岸採水の結果より検討した。図(1)-20および図(1)-21は、台風15号による出水翌日および6日後の採水結果を示す。台風翌日には、石垣島南東部（轟川、宮良川流域）から南西部（新川川、名蔵川流域）にかけて低塩分の海域が多く、陸水の影響が伺われた。また轟川、宮良川流域の沿岸部でDIN濃度が高い傾向が見られたのに対し、新川川流域の沿岸部ではDINおよびリン酸濃度が高い傾向が、名蔵湾および観音崎ではリン酸が高い傾向が認められた。石垣島南東部から南部沿岸では出水時にDINが、石垣島南部から南西部沿岸ではDINおよびリン酸が出水時に多く陸域から供給されていることが示唆された。なお陸水ではアンモニア態窒素NH_{4}がDINに占める割合が平均で25%程度と高かったため、ここでは陸源負荷の指標としてNH_{4}も含むDINを用いた。

図(1)-20 2015年8月25日、台風15号襲来翌日の沿岸採水結果。左よりDIN（溶存態無機窒素）濃度、リン酸濃度、塩分を示す。
図(1)-21 2015年8月30日、台風15号襲来より6日後の沿岸採水結果。左よりDIN(溶存態無機窒素)濃度、リン酸濃度、塩分を示す。リン酸濃度の凡例が図(1)-22と異なる点に注意。

## （３）数値シミュレーションモデル開発

まず、陸源負荷モデルによる石西礁湖周辺海域に流入する主要5河川（轟川、宮良川、名蔵川、新川川および仲間川）の河川流量のシミュレーション結果の例を示す（図(1)-22）。このモデルのシミュレーション結果と現地観測結果を比較することで、このシミュレーション結果の妥当性が検証された。この河川流量のデータと、観測によって得られた河川水の栄養塩濃度のデータを基に、3次元流動—低次生態系結合モデルへの河川からの栄養塩負荷のインプットデータを作成した。

図(1)-22 陸源負荷モデルの計算結果の例。2013年1月1日から2014年12月31日までの各河川における河川流量。
次に、3次元流動—低次生態系結合モデルおよびオニヒトデ幼生分散モデルのシミュレーション結果を示す（図(1)-23）。図(1)-23a-eは台風通過に伴う出水後の各栄養塩負荷シナリオにおける珪藻のクロロフィルa濃度分布のスナップショットである。現状の栄養塩負荷化におけるクロロフィルaの数値シミュレーション結果（図(1)-23b）、石垣島南部や名蔵湾での顕著な珪藻の増殖が見られた。このシミュレーション結果はサブテーマ4の観測やサブテーマ2のメタゲノム解析の結果とも整合的である。特に名蔵湾での植物プランクトンの増殖が顕著であるが、これは高栄養塩濃度の新川川の河川水が名蔵湾に流入し、湾内で長期停留することが主な原因であることがシミュレーションの結果から明らかとなった。各栄養塩負荷シナリオにおけるクロロフィルa濃度分布を比較すると、高栄養塩負荷のシナリオ（Nx2シナリオ；図(1)-23a）における高クロロフィルa濃度の範囲は最も広く、栄養塩負荷を下げるに従い（順に、Nx1シナリオ；図(1)-23b、Nx0.75シナリオ；図(1)-23c、Nx0.5シナリオ；図(1)-23d、Nx0.25シナリオ；図(1)-23e）高クロロフィルaの範囲は狭くなり、Nx0.25シナリオ（図(1)-23e）においては、その影響範囲は非常に限定的であることが分かる。幼生分散シミュレーションの結果（図(1)-23f）から、石西礁湖内や礁斜面から放出された幼生の多くが外洋へと分散していくが、一部の幼生は名蔵湾などの湾内へと入り込み長期停留することが確認された。このように高クロロフィルa濃度の名蔵湾に留まることで生残した幼生がやがて着底しオニヒトデの大量発生につながっている可能性がある。

低次生態系モデルによって再現された餌環境の時空間変動データに幼生分散モデルによる幼生の移流拡散の軌跡を重ねることで、幼生が経験した餌環境の履歴を知ることができ、これによって幼生の移流軌跡ごとの生残率の計算が可能となる。幼生の生残率は、摂餌による体内への脂質の貯蔵、呼吸や生物活動に伴う脂質の消費などの生体プロセスをベースに脂質保持量（飢餓率）と関連した生残率を計算している。上記のプロセスを組み込んだ幼生の生残モデルをFabricius et al. (2010) $ ^{1)} $ やWolfe et al. (2015) $ ^{2)} $ のオニヒトデ幼生飼育実験の結果に非線形最小二乘法によってフィッティングさせることで、モデルの未知パラメータを推定した（図(1)-24）。この生残モデルを幼生分散モデルに組み込むことで、次世代のオニヒトデの着底ポイントとその加入量を計算し、オニヒトデ行動モデルへのインプットとした。表(1)-4は生残モデルを組み込んだ幼生分散モデルと各シナリオにおけるクロロフィルaのシミュレーション結果を用いて計算した、着底成功幼生の幼生平均生残率と生残率上位100位までの平均生残率の計算結果をまとめたものである。幼生粒子は203,070個放出したのに対し、着底に成功したものは27,534個であった。この着底に成功した幼生の平均生残率は高栄養塩負荷のNx2シナリオが最も高く1.4％であったが、低栄養塩負荷のNx0.25シナリオでも0.5％と大きくは変わらなかった。一方で、着底に成功した幼生のうち生残率の高い上位100位までの平均生残率を比べると、Nx2シナリオでは74％の幼生が生残したことが分かる。Nx0.25シナリオでは上位100位までの平均生残率は6.5％であり、高栄養塩負荷環境下においては高クロロフィルa環境下を経験した一部の幼生が突出して高い生残率示すことが分かる。
図(1)-23 Nx2シナリオ（栄養塩負荷が現状の2倍に増加したシナリオ）（a）、Nx1シナリオ（現状の栄養塩負荷を再現したシナリオ）（b）、Nx0.75シナリオ（栄養塩負荷を現状の75%に削減したシナリオ）（c）、Nx0.5シナリオ（栄養塩負荷を現状の50%に削減したシナリオ）（d）、Nx0.25シナリオ（栄養塩負荷を現状の25%に削減したシナリオ）（e）の各栄養塩負荷シナリオの下で3次元流動－低次生態系モデルによって計算された珪藻のクロロフィルa濃度、およびオニヒトデ幼生分散モデルによって計算されたオニヒトデ幼生（d）の空間分布のスナップショット
(a)

(b)

図(1)-24 Fabricius et al. (2010) $ ^{1)} $ の飼育実験によるオニヒトデ幼生の生残曲線へのモデルのフィッティング結果(a)と、飼育実験によるオニヒトデ幼生の生残率(Fabricius et al., 2010) $ ^{1)} $ ；Wolfe et al., 2015 $ ^{2)} $ とモデルによって計算されたの生残率との比較(b)

表(1)-4 各シナリオにおける着底成功幼生の幼生平均生残率および、生残率上位100位までの平均生残率

Nx2	Nx1	Nx0.75	Nx0.5	Nx0.25
シナリオ	シナリオ	シナリオ	シナリオ	シナリオ
平均生残率	1.4 %	0.89 %	0.75 %	0.61 %	0.50 %
生残率上位100位
までの平均生残	74 %	37 %	26 %	15 %	6.5 %
率

次に、これらのシミュレーションモデルを統合した陸域-海洋-生態系統合型モデルシステムによるオニヒトデおよびサンゴ群集変遷の計算結果を示す（図(1)-25）。図(1)-25aおよび図(1)-25bはそれぞれシミュレーションの初期条件に用いたオニヒトデ成体密度とサンゴ群集被度である。また、統合モデルシステムによって計算された各栄養塩負荷シナリオ（Nx2, Nx1, Nx0.75, Nx0.5, Nx0.25）下における20年後のオニヒトデ成体密度（それぞれ図(1)-25c, e, g, i, k）およびサンゴ群集被度（それぞれ図(1)-25d, f, h, j, l）のシミュレーション結果も示している。この結果、高栄養塩負荷のNx2シナリオにおいては、広範囲にわたってオニヒトデが分布し、いくつかの地域で大量発生が起きている（図(1)-25c）。また、大量発生に伴う二次発生や三次発生も見られ、大量発生が慢性化している様子も見られた。サンゴ被度も全体的に低く、オニヒトデが集中している海域ではサンゴ被度がほぼ0%になっている部分も見られた（図(1)-25d）。
図(1)-25 統合モデルシステムの初期条件に用いたオニヒトデ成体密度（a）およびサンゴ群集被度(b)および、統合モデルシステムによって計算された各栄養塩負荷シナリオ(Nx2, Nx1, Nx0.75, Nx0.5, Nx0.25)下におけるオニヒトデ成体密度（それぞれc, e, g, i, k）およびサンゴ群集被度（それぞれd, f, h, j, l）のシミュレーション結果。
現状の栄養塩負荷を再現したNx1シナリオや現状の75％に削減したNx0.75シナリオでも一部大量発生が見られ（図(1)-25e,g）、名蔵湾周辺の一部海域ではサンゴ群集が全滅した（図(1)-25f,h）この大量発生の傾向は、栄養塩負荷が減少するほど少なくなり、Nx0.5シナリオやNx0.25シナリオではオニヒトデ密度は低く抑えられている（図(1)-25i,k）。それに伴い、これらのシナリオではサンゴ群集へのダメージは限定的であり（図(1)-25j,l）、Nx0.25シナリオではその影響はほとんど見られない。これらのことから、石西礁湖海域においてもオニヒトデ大量発生の原因と考えられる栄養塩仮説は支持されることが分かった。また、今後オニヒトデの大量発生を抑え、サンゴ礁生態系を保全していくためには、積極的に陸域からの栄養塩負荷を減らしていくことが求められる。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

近年、世界のさまざまな地域でサンゴ群集の計画的モニタリング調査が実施されてきたが、科学的知見を得るための解析が行われた例は少ない。石西礁湖および周辺海域で行われてきた16年間のモニタリング調査を詳細に解析し、サンゴ群集の被度変化パターンの類別化と、その原因となる攪乱要因を特定した本研究は、長期モニタリングデータの貴重な応用例である。また、2007年以降サンゴ群集の回復力が低下している地域を特定できたことにより、今後、生物的要因と物理的環境要因をさらに分析し、回復力の低下をもたらした原因を解明するためのターゲットエリアが明確となった。

全サブテーマ共同による、石西礁湖全域をカバーする8回の広域一斉採水により、石西礁湖内の塩分、栄養塩類、濁度等の水質に加え、オニヒトデ幼生やメタゲノム解析データを収集することができた。一斉採水は夏季に限られるが、台風や出水直後のデータも含み、現状の夏季における石西礁湖の水質等のベースラインを与えるものとして科学的意義が高いと考えられる。また多くの台風襲来時における、外洋から石西礁湖内への低水温水塊の輸送パターンや、台風に伴う波浪や流動場の空間パターンを把握することができた。こうした情報も台風の正・負の影響を評価する上で貴重なデータになったと考えられる。

世界初となる「陸域-海洋-生態系」統合型モデルシステムの開発に成功したことで、陸域からの栄養塩負荷がどの程度またどのように海域に広がり、生態系にどのような影響を及ぼすかを初めて定量的に示すことができるようになった。これによって、実際に陸域からの栄養塩負荷がオニヒトデの大量発生に繋がっていること明示され、栄養塩仮説が裏付けられた。さらには、栄養塩負荷の程度に応じたオニヒトデ密度やサンゴ群集被度を定量的に示すことが可能となった。

## （２）環境政策への貢献

＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない。

＜行政が活用することが見込まれる成果＞
本研究で明らかとなった各攪乱要因がサンゴ群集の構造や被度に与える影響を用いて、地球温暖化にともない攪乱が頻発すると予想されている条件下で、サンゴ群集の将来予測の精度を高めることができる。また、石西礁湖および周辺海域で現在サンゴ群集の状態が良い場所、攪乱により被度が低下したがミドリイン新規加入数が多く素早い回復が見込まれる場所、2007年以降サンゴ群集の回復がみられない場所などが特定できた。これらの地理的情報は、対象海域のサンゴ群集の保全政策を立案する上で重要な知見となる。

本研究で開発に成功した世界初の「陸域-海洋-生態系」統合型モデルシステムによって栄養塩仮説が裏付けられた。このことから、サンゴ礁生態系保全のためには陸域からの栄養塩負荷の積極的な削減が必要であることが示された。その栄養塩負荷の削減率とサンゴ被度との関係は図(1)-25で示してある。どのレベルのサンゴ被度を目標とするかは行政や社会経済的な状況にもよるが、この統合モデルシステムは、その目標を設定する際に、科学的な根拠を基にした栄養塩負荷の削減目標を提案するための行政支援ツールとしての活用が見込まれる。

## 6 ．国際共同研究等の状況

特に記載すべき事項はない。

## 7 ．研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（査読あり）>

特に記載すべき事項はない。

## くその他誌上発表（査読なし）>

特に記載すべき事項はない。

## （2） 口頭発表（学会等）

1) L. C. BERNARDO, A. WATANABE, T. NAKAMURA and K. NADAOKA: 第16回日本サンゴ礁学会大会（2013）“Hydrodynamic trends derived from short-term and long-term oceanographic sensor developments in Sekisei Lagoon and Shiraho Reef, Okinawa, Japan.”

2） 中村隆志，灘岡和夫，山本高大，渡邊 敦：第17回日本サンゴ礁学会(2014）「サンゴポリプモデルの拡張に基づくリーフスケール白化シミュレーション」

3）渡邊 敦，中村隆志，灘岡和夫，宮島利宏，茅根 創：第17回日本サンゴ礁学会(2014）「石西礁湖周辺海域における海洋酸性化の現状と炭酸系動態」

4）向草世香，中村隆志，鈴木豪，灘岡和夫：第17回日本サンゴ礁学会(2014）「モニタリングサイト1000データに基づく石西礁湖および周辺沿岸海域のサンゴ被度変遷の解析」

5) L. C. BERNARDO, K. NADAOKA, T. NAKAMURA, A. WATANABE: 第17回日本サンゴ礁学会（2014）“Investigation of hydrodynamic circulation in Sekisei Lagoon, Okinawa, Japan during normal and typhoon conditions using oceanographic sensors and numerical simulations”
6) T. NAKAMURA, K. NADAOKA, A. WATANABE, T. YAMAMOTO: The 3rd Asia-Pacific Coral Reef Symposium (2014) "Reef-Scale Modeling System for Evaluating and Predicting Coral Responses to Future Environmental Changes"

7) T. NAKAMURA: Moorea IDEA Physical Modelling Workshop (2015) “Circulation and coral polyp modelling”

8）渡邊敦，中村隆志，北沢駿介，L. P. C. BERNARDO，鈴木豪，福岡弘紀，亀田卓彦，藤倉佑治，本郷悠貴，安田仁奈，北野裕子，向草世香，R. SITH，瀧戸健太郎，江川遼平，田野倉佑介，安藤航，竹内傑，天野慎也，長井敏，宮島利宏，灘岡和夫：第18回日本サンゴ礁学会(2015）「島嶼－石西礁湖－外洋間における栄養塩・有機物動態特に大規模水道部に着目して」

9）中村隆志，L. P. C. BERNARDO，天野慎也，渡邊敦，R. SITH，向草世香，福岡弘紀，鈴木豪，安田仁奈，長井敏，灘岡和夫：第18回日本サンゴ礁学会(2015）「オニヒトデの生活史のモデル化と発生予測の試み」

10）向 草世香，斎藤 衛，中村隆志，灘岡和夫：第18回日本サンゴ礁学会(2015）「石西礁湖および周辺海域のサンゴ被度変遷の傾向分類と要因検討～16年間のモニタリングデータに基づく解析～」

11） 天野慎也，中村隆志，渡邊敦，L. P. C. BERNARDO，R. SITH，福岡弘紀，鈴木豪，灘岡和夫：第18回日本サンゴ礁学会(2015）「石西礁湖におけるオニヒトデ発生予測のための低次生態系モデルの開発」

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない。

## （４）「国民との科学・技術対話」の実施

1）石西礁湖自然再生協議会内 学術調査ワーキンググループ報告会（平成25年度8月31日、沖縄県石垣市環境省国際サンゴ礁研究・モニタリングセンター）

2）第17回石西礁湖自然再生協議会内学術調査ワーキンググループ報告（平成26年度1月27日、沖縄県八重山合同庁舎、参加者54名）

3）石西礁湖自然再生協議会内 平成26年度第1回 石西礁湖自然再生協議会学術調査ワーキンググループ報告（平成26年10月17日、沖縄県石垣市環境省国際サンゴ礁研究・モニタリングセンター）

4）石西礁湖自然再生協議会内 平成26年度第2回 石西礁湖自然再生協議会 学術調査ワーキンググループ報告（平成27年1月23日、石垣市健康福祉センター 視聴覚室 参加者34名）

5) 石西礁湖自然再生協議会内 平成27年度 石西礁湖自然再生協議会 学術調査ワーキンググループ報告 (平成28年2月13日 国際サンゴ礁研究・モニタリングセンター レクチャー室 参加者36名)

6）平成27年度石西礁湖自然再生協議会 報告（平成28年2月14日、石垣市健康福祉センター 集団検診ホール 参加者63名）
## （５）マスコミ等への公表・報道等

1）八重山毎日新聞（平成26年1月28日、1頁、「サンゴ礁回復で協議」）

2) 八重山日報新聞（平成26年1月28日、6頁、「石西礁湖全体として回復せず」）

3) 八重山毎日新聞（平成26年10月19日、1頁、「石西礁湖 サンゴ被度、回復傾向」）

4）八重山毎日新聞（平成27年1月25日、9頁、「各種調査研究のとりまとめを」）

## （6） その他

特に記載すべき事項はない。

### 8 \. 引用文献

1) K. E. Fabricius, K. Okaji, and G. De'ath: Three lines of evidence to link outbreaks of the crown-of-thorns seastar Acanthaster planci to the release of larval food limitation. Coral Reefs 2010, 29: 593-605 DOI 10.1007/s00338-010-0628-z

2) K. Wolfe, A. Graba-Landry, S. A. Dworjanyn, and M. Byrne: Larval phenotypic plasticity in the boom-and-bust crown-of-thorns seastar, Acanthaster planci. Marine Ecology Progress Series, 2015, 539, 179-189.

3) G. Suzuki, N. Yasuda, K. Ikehara, K. Fukuoka, T. Kameda, S. Kai, S. Nagai, A. Watanabe, T. Nakamura, S. Kitazawa, L. P. C. Bernardo, T. Natori, M. Kojima and K. Nadaoka: Detection of a High-Density Brachiolaria-Stage Larval Population of Crown-of-Thorns Sea Star (Acanthaster planci) in Sekisei Lagoon (Okinawa, Japan). Diversity 2016, 8(2), 9; doi:10.3390/d8020009
【3K133010】生物検定法による塩素化／臭素化ダイオキシン類測定評価法の確立と高度利用に関する研究（H25～H27；累計予算額 34,177 千円）

鈴木 剛（国立研究開発法人国立環境研究所）

### 1. 研究開発目的

本研究では、環境省が特措法に追加した生物検定法を応用して、費用対効果の良い塩素化ダイオキシン類と臭素化ダイオキシン類の測定評価法の確立とその高度利用の可能性を検証することを目的とした。

## 2 ．本研究により得られた主な成果

## ( 1 ) 科学的意義

塩素化ダイオキシン類を検出する生物検定法として、世界的にも知名度の高い DR-CALUX アッセイ法と XDS-CALUX アッセイ法における臭素化ダイオキシン類の検出特性を明らかにした。本研究は、購入可能な臭素化ダイオキシン類を全て入手しており、これまでになく網羅的に臭素化ダイオキシン類の活性を評価することができ、塩素化ダイオキシン類との差を明示した。更に、ラット肝がん細胞由来の DR-CALUX アッセイ法とマウス肝がん細胞由来の XDS-CALUX アッセイ法で同じ化学物質標準品を評価することで、臭素化ダイオキシン類の毒性の種間差の一端を明らかにした。また、塩素化ダイオキシン類と臭素化ダイオキシン類の混合液による相加性評価では、塩素化ダイオキシン類と臭素化ダイオキシン類が相加的に作用することを明らかにした。これは、臭素化ダイオキシン類への WHO-TEF 設定にむけて、重要な知見となる。

精製カラムとして 55% 硫酸シリカゲルカラムを、分画カラムとして 10% 硝酸銀シリカゲルカラムを、和光純薬工業の協力のもと、世界で初めて開発した。特に、10% 硝酸銀シリカゲルカラムと汎用溶媒であるヘキサンとアセトンで塩素化ダイオキシン類と臭素化ダイオキシン類を分別することができる知見は、世界で初めて明らかにした知見であり、大きな成果といえる。両カラムにおいて塩素化ダイオキシン類及び臭素化ダイオキシン類の回収率を網羅的に明らかにするだけでなく、様々な試料媒体の供試料量も明示した。これらは、両カラムや本研究で開発した測定評価法の汎用に繋がる重要なポイントである。また、塩素化ダイオキシン類と臭素化ダイオキシン類の WHO-TEQ を明らかにした既知濃度試料を用いて、本研究で開発した測定評価法を評価することで科学的知見に基づいてその有用性と限界を提示した。結果に基づいて、当該測定評価法のスクリーニング法としての位置付け、GC-HRMS 法との併用は、科学的飛躍のない結論として、国際的に広く受け入れられるものである。

本研究で開発した測定評価法による多媒体多検体試料（n=339）の評価結果は、臭素系難燃剤含有製品のライフサイクルにおける曝露・排出実態を明らかにし、臭素化ダイオキシン類の排出実態等を把握するための国内外の重要フィールドや管理すべきプロセスを明らかにした。当該測定法を活用することによって、臭素化ダイオキシン類の人への曝露や環境負荷の低減を導出できる。

## （２）環境政策への貢献

＜行政が既に活用した成果＞

特になし。