ビデオプランクトンレコーダーを用いた親潮域～黒潮親潮移行域におけるメソ動物プランクトン群集構造の解析に関する研究

摘要

Accurate estimation of the biomass, community structure and relative distribution in the water column of meso-zooplankton that play various important roles ranging from the cycling of matter, biological production, and as prey of fish resources is essential for understanding the dynamics of the marine ecosystem. However, conventional methods such as using plankton nets have various biases in relation to estimating the biomass and the distribution structure, especially for fragile plankton groups. Apart from these potential biases of conventional methods, sample sorting is time consuming and laborious. To overcome such problems, the aim of this study was to establish the observational and analytical methods using a new Video Plankton Recorder (VPRII), which has previously not been used in Japan, and with the results, to allow a more accurate estimation of the biomass of Cnidaria and Ctenophore, which are important predators. Furthermore the detailed vertical distributed structure of meso-zooplankton such as Copepoda, and then to discuss the community structure and biological interrelationship of meso-zooplankton.rn1. To determine the conditions for obtaining clear images using VPRII and to review the methods needed for obtaining quantitative data, laboratory experiments using copepods and jellyfish were performed. The suitable setting range of parameters was found to be different between copepods and jellyfish, and the depth of field was different for the two plankton taxa when the best setting range of parameters for each taxon was used. Since our ROI (region of interest) extraction procedure could select the best setting range of parameters and could sort out the recorded images of plankton in a given depth of field determined by the brightness gradient of the image, VPRII can acquire in-focus and clear plankton images and can provide a better estimate of the plankton abundance including gelatinous taxa by setting up the parameters to record the out-focus objects in the field of view. Development of the method within the constant image volume objectively allowed the acquisition of high precision quantitative VPRII data.rn2. To assess the utility of the VPRII for determining the zooplankton population structure, thern images collected from VPRII were compared with the traditional zooplankton sampling method of MOCNESS in the Oyashio and Transition Zone off the Sanriku coast, eastern part of Japan. The correlations between the abundance measured by VPRII images and MOCNESS samples of Copepoda that were undamaged by MOCNESS sampling were statistically significant (p <0.5) when the probability of non-detection was less than 0.05 with VPRII. However for fragile members of the community, the Hydrozoa and Ctenophora abundances estimated from VPRII images were almost all higher than the MOCNESS samples. Chaetognatha, Siphonophora, Thaliacea-Doliolida, and Appendicularia showed more variability where the density was higher from VPR than MOCNESS and vice versa. This variability in results was considered to be affected by the patchy distribution pattern and escape behavior of plankton, also by technical problems such as visual field and illumination of the VPRII.rn3. To examine and compare the biomass and detail the vertical distribution of Hydrozoa and Ctenophora, VPRII and plankton net were towed from 25 to 500m depth during July 2003 and June to July 2004 at 5 stations in the Oyashio and Transition zone off the Joban, Sanriku and Eastern Hokkaido coast, Japan. In comparison of Hydrozoa and Ctenophora biomass estimated from VPRII images and plankton net samples averaged over 25 to 500m, biomass estimates from VPRII were from 0.002 to 0.106 mgC/m3 (mean ± standard deviation = 0.035 ± 0.031, n = 40) and these biomasses were 14 times higher (0.3 to 260, standard deviation = 43.8, n = 40) than estimates using the plankton net samples, showing that the results by conventional net collection underestimated the biomass by ca. 1 order of magnitude. The ratio of Hydrozoa and Ctenophora to Copepoda biomass was from 0.01 to 5.13%. The depth over 1 % corresponded to the distribution maximum layer of Hydrozoa or Ctenophore. The proportion of food requirement of Hydrozoa and Ctenophore for the production of Copepoda was as low as 1.5% to 5.4%; however, the role of patchiness of jellyfish in relation to the estimate of biomass requires further study.rn4. We obtained the detailed vertical distribution of zooplankton community such as Hydrozoa, Ctenophore, and Copepoda in the Oyashio and Transition Zone, and discussed the effects of water mass structure on the zooplankton community and the biological interrelationship. The vertical distribution of Copepoda was continuous, and multiple distribution maximum layers occurred within the North Pacific Intermediate Water (NPIW) in the deeper points from the surface and discontinuity layer, while the vertical distributions of Hydrozoa and Ctenophore were intermittent and showed a more patchy distribution. The distribution maximum layer of Copepoda within NPIW occurred deeper than the salinity and water temperature minimum (deeper than 26.7 as) , and tended to appear in the near 26.8_(σ_θ) and directly under the water mass where water mass was considered to be horizontally advected. Radiolaria showed the same distribution as Copepoda within NPIW. The results of the vertical distribution of suspended particles and review of past study cases demonstrated that the distribution maximum of Copepoda in the intermediate layer was probably affected by the water mass structure as well as Radiolaria and suspended particles, and might be related with the trophic environment. Observations using VPRII showed that the zooplankton community structure can be analyzed in new view point.%海洋生態系において物質輸送，生物生産および魚類資源加入における仲介者として重要な役割を担う動物プランクトン現存量を把握し，分布構造と群集構造を明らかにすることは重安な課題である。しかし，従来行われてきたプランクトンネットによる採集では脆弱な動物プランクトンの正確な現存量や詳細な分布構造の把握は困難であり，採集試料のデータ化に時間と労力を要する問題もあった。本研究では，こうした動物プランクトン研究における問題解決のため，国内では使用例がないビデオプランクトンレコーダー（VPR Ⅱ）を用いた観測および解析手法を確立し，その結果を用いて捕食者として重要なクラゲ類，クシクラゲ類の正確な現存量ならびにカイアシ類を中心としたメソ動物プランクトンの詳細な鉛直分布構造を把握し，メソ動物プランクトンの群集構造ならびに生物相互関係について考察することを目的とした。1．VPR Ⅱにおける画像取得条件の特性を把撞し，定量性の高いデータの取得に必要な手法を検討するためカイアシ類と管クラゲを用いた室内実験を行った。その結果，カイアシ類と管クラゲで合焦画像の取得条件が異なること，複数の分類群の画像を確実に記録するために非合焦画像も含めて記録する設定が不可欠であることが示された。非合焦画像を含むプランクトン画像から一定の視野体積内にある合焦画像を選択するため，客観的な数値として得られた画像の輝度階調の値を用いてカメラからの距離および合焦の有無を判断する手法を開発した。一定の視野体積内の画像を客観的に選択する手法を開発することで定量性の高いVPRⅡのデータ取得が可能となった。2．動物プランクトン個体数把撞におけるVPRⅡの有効性を検討するため，親潮域～黒潮・親潮移行域においてVPRⅡで記録された画像とMOCNESSで採集された動物プランクトンの個体数密度を比較した。ネット採集で物理的な破損を受けにくいと考えられたカイアシ類個体数密度はVPRⅡとMOCNESSの間に有意な正の相関（n＝29，p＜0．5）が得られた。一方，脆弱なヒドロクラゲ類およびクシクラゲ類は常にVPRⅡで個体数密度が高く，ネットに対するVPRⅡの優位性が示された。これに対し毛顎類，管クラゲ類，サルパ・ウミタル類および尾虫類の個体数密度はVPRⅡが高い場合，逆にMOCNESSが高い場合のいずれも観測され，プランクトンの分布形態や逃避行動の影響，あるいはVPRⅡの視野や照明など技術的な問題が影響したと考えられた。3．VPRⅡとプランクトンネット双方のデータを用いて親潮域～黒潮・親潮移行域のクラゲ類，クシクラゲ類の正確な現存量を見積もった。採集層別の平均現存量は0．002～0．106mgC／m~3（平均±標準偏差＝0．035±0．031，n＝40）で，プランクトンネットの結果のみを用いた場合より平均14倍高く（0．3～260，標準偏差＝43．8，n＝40），従来のネット採集結果が過小評価であったことが示された。カイアシ類現存量に対するクラゲ類，クシクラゲ類現存量の割合は0．01～5．13％であり，1％以上となった深度はヒドロクラゲ類またはクシクラゲ類の分布極大層と一敦した。カイアシ類の日間生産速度に対するクラゲ類，クシクラゲ類の日間餌料要求量の割合は1．5％～5．4％と低かったが，クラゲ類が群集団を形成した場合の影響は少なくないと考えられた。4.親潮域～黒潮・親潮移行域においてクラゲ類，クシタラゲ類とカイアシ類を中心とした動物プランクトン群集の詳細な鉛直分布構造を把握し，水塊構造が動物プランクトン群集に与える影響ならびに生物相互関係について考察した。カイアシ類の鉛直分布は連続的で表層と躍層以深の北太平洋中層水（NPIW）内に複数の分布極大層が存在したが，ヒドロクラゲ類，クシクラゲ類の鉛直分布は断続的であった。NPIW内におけるカイアシ類の分布極大層は塩分または水温極小以深（26．7σθ以深）に存在し，26．8σθ付近ならびに水塊の水平貫人（または移流）があったと考えられた水塊直下に出現する傾向があった。放散虫類もNPIW内ではカイアシ類と同様な分布が認められた。懸濁粒子の鉛直分布ならびに過去の研究事例から検討した結果，中層におけるカイアシ類の分布極大は放散虫，懸濁粒子と同様に水塊構造による影響を受けていた可能性が高く，また，餌料環境と関係していた可能性も指摘された。VPRⅢを用いた観測により新たな視点から動物プランクトン群集構造を解析できる可能性が示された。