Transcript 生態系モデルにより再現された 西部北太平洋における鉄散布に伴う生態

鉄施肥に伴う西部北太平洋における
生態系および物質循環の応答
○ 吉江 直樹 （北大・院・地球環境）
山中 康裕 （北大・院・地球環境/地球フロンティア）
今回の内容
１．SEEDS(鉄施肥実験)
２．生態系モデル
３．再現された生態系・物質循環
西部北太平洋亜寒帯域での鉄施肥実験(SEEDS)

鉄施肥による変化
珪藻ブルーム発生
栄養塩激減
fCO2（二酸化炭素分圧）激減

鉄施肥から約4日後に珪藻ブルーム開始

植物プランクトンの優占種
羽状目珪藻
羽状目珪藻
中心目珪藻
中心目珪藻

沈降粒子
観測期間(13日間)では、あまり増加せず、
生成された大量の粒子は、表層に留まる。

疑問
なぜブルーム開始まで数日かかるのか？
粒子は、観測後に落ちた? 定量的には?
本研究

鉄への応答性の異なる２種類の珪藻を
明に表現できる生態系モデルを開発した。

鉄施肥直後ではなく、数日後から珪藻ブ
ルームが始まる理由について考察した。

鉄施肥の影響の全体像を見積った。
生態系モデル(NEMURO for SEEDS sp. ver. 2.0)
炭酸系
栄養塩 溶存有機物 植プラ
沈降粒子
動プラ
羽状目：鉄に無反応
PL
中心目：鉄に敏感
普段 ：鉄不足により活性低
鉄施肥：活性が非常に高
これまでは、
珪藻を一種(グループ)
として取り扱っていた
鉄施肥による光合成活性の変化
最大光合成速度 (Vmax) と
光 - 光合成曲線の傾き (α) を変化させた
2種モデル 中心目
1種モデル 珪藻全体
2種モデル 羽状目
2種モデル 中心目 鉄パッチの外
光合成
Vmax
α
光
珪藻１種モデル、珪藻２種モデル、観測との比較
植物プランクトン
１種モデルIN
２種モデルIN
２種モデルOUT
珪藻２種モデル
ブルーム規模：一致
タイミング
：一致
硝酸塩
珪藻１種モデル
ブルーム規模：一致
タイミング
：早すぎ
fCO2
以降は、珪藻２種モデルの
結果について観測と比較
する
珪藻（中心目、羽状目）濃度の時系列
観測
観測された中心目珪藻
観測された羽状目珪藻
５日目の優占種遷移
羽状目
モデル
計算された中心目珪藻
中心目
モデルでうまく再現
計算された羽状目珪藻
注：縦軸は対数軸
また、上と下のグラフは
単位が異なる
生物・栄養塩濃度の時系列１
植物プランクトン
全植プラ
中心目
羽状目
珪藻以外の小型
栄養塩
Si(OH)4
モデルでうまく再現
NO3
NH4 X 20
動物プランクトン
小型
大型
表層濃度の時系列
中型
生物・栄養塩濃度の時系列２
鉛直分布もうまく再現
珪藻ブルーム開始に数日かかる理由
珪藻の活性
中心目のVmax
Vmax
（珪藻全体のVmax）
羽状目のVmax
珪藻の生物量
中心目の生物量
羽状目の生物量
観測されたFv/Fm（鈴木)
鉄施肥から４日間
Vmax (生物量の重みをつけて平均した
珪藻全体での活性) は、ほとんど一定
鉄施肥直後から中心目のVmaxは大
きいが、マイナー種で生物量が小さす
ぎるために全体への影響が小さい
４日目～９日目
急激に増加した中心目が優占する
につれ、Vmaxは急激に増加
９日目以降
鉄濃度の減少に伴いVmaxは減少
鉄施肥による植プラ全体の活性の変化
観測された溶存鉄濃度(西岡)
鉄濃度
このようなVmaxの時系列は、観測され
たFv/Fm比 (植プラ全体の光合成活性の指
標、inとoutの差が鉄による活性の変化)の時
系列と一致
マイナーな中心目がメジャーになる
までに時間がかかっていた！
観測終了後はどうなったか？①
観測期間
ブルームのピーク
までは捉えられた
植物プランクトン
Chl.a
約４０日で、
植プラ：ほぼ回復
栄養塩
Si(OH)4
約４０日で、
栄養塩：元の半分
まで再生
NO3
fCO2
48日で315matm
大気と平衡に達せ
ず(ガス交換係数が
小さい?)
基礎生産
GPP
基礎生産：
２０日には、栄養塩
の減少により、
元の半分程度まで
減少
NPP
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
観測終了後はどうなったか？②
100m以深への輸送生産
輸送生産
10日目頃から増
え始め、48日頃
には元に戻る
Opal flux
POC flux
積算値
積算した輸送生産と基礎生産
SGPP
７０％
SNPP
(48日間で100%)
観測期間中には
：70%
：90%
９０％
GPP
NPP
２５％
輸送生産：25%
に達する
SPOC flux
e-ratio (輸送生産/基礎生産)
SPOC flux /SNPP
0. 4
e-ratio (SPOC flux /SGPP)
0.14
e-ratio
観測期間中は
0.14と低いが、
その後増加し、
0.4程度になる
炭素収支
４８日間
１３日間
単位 [molC/m2]
鉄パッチの面積を250km2とすると、鉄 [硫酸鉄350kg] の散布により
1720 tC を大気から取り込まれ、3870 tC を表層以下へ輸送された
まとめ

鉄に対する感受性の異なる2種の珪藻を考慮したモデル
により、SEEDSを再現した。

珪藻ブルームが数日後に始まるのは、生理的適応では
なく、鉄に敏感なマイナー種がメジャーになるのに時間が
かかるためである。

鉄施肥の影響は約40日間ほど続き、観測期間はその全
てを観測するには短すぎた。

鉄施肥により、1720 tCの炭素が大気から海洋へ取り込
まれ、3870 tCが100m以深へ輸送されたと見積もられた。