JP4023772B2

JP4023772B2 - 珪藻類の生産装置

Info

Publication number: JP4023772B2
Application number: JP2001082651A
Authority: JP
Inventors: 榮一馬場; 邦治小瀬; 利信寺脇; 康明土井; 槇之助大春; 治松田
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: JP2002272310A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、珪藻類の生産装置及び珪藻類の生産方法、詳しくは、ジェット水流等の珪藻類の剥取り手段を利用した珪藻類の生産装置及び珪藻類の生産方法、並びに該珪藻類の生産装置を用いた赤潮発生の防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
淡水にも海水にも見い出される代表的な植物プランクトンである珪藻は、単細胞の特殊な形態の藻類で、単細胞性であるが、細胞はすべて二つの行李状に重なった殻に覆われ、外側の殻は上殻、内側の殻は下殻と呼ばれている。これら珪藻の中でも付着性珪藻は、それぞれの種に特異的な付着器をもち、固体表面に付着することによって自身の生活を維持するとともに増殖し種の分布を広げようとすることが知られており、例えば、塩化ビニール板状に付着・増殖する珪藻の微細な分布と分散の様式について、(１)分裂するとともに活発に滑走をして分布を広げているもの、(２)滑走運動が不活発で密集した集落を形成するもの、(３)付着柄や盤状付着器によって強固に付着しながら増殖し、垂直方向に立体的な群体を形成するもの、の３種のパターンがみられることが報告（養殖研報，７，８３〜９０，１９８５）されている。
【０００３】
従来、これら付着珪藻の増殖方法として、例えば、特開昭５９−５９１２９号公報には、日光のあたる海水中に、その表面に珪藻等を繁殖させることができる多数の穴や凹凸を設けたガラス質基板を漁礁構造体に装着してなる人工漁礁が開示されているが、この人工漁礁では表面積が限られている上に、定期的にガラス質基板をブラシなどで清掃する必要があり、凹凸面のブラシ清掃は多大の作業時間と重労働を要するという問題があった。また、特開平９−１７２８９０号公報には、ウニやアワビなどの種苗生産を行う際の初期餌料として使用される付着珪藻の増殖させるために、珪藻の付着手段を備える水槽に海水を流入させながら換水するとともに空気を供給することにより珪藻を増殖する方法であって、ケイ素、リン、２価の鉄を一定量以上含む鉄分などからなるガラス状増殖材および窒素肥料を海水の流入位置近傍に配置し、流入する海水や空気によるエアレーションで生じた水流をこの増殖材および窒素肥料に接触させて増殖成分を海水中に溶出させる方法が記載されている。この方法では増殖した珪藻を餌料とすることができるが、餌料としない場合には、珪藻付着部（合成樹脂製波板）表面上の珪藻の増殖には限界があった。
【０００４】
他方、植物プランクトン等の異常な大増殖に伴い、水が赤っぽく変色する赤潮現象はよく知られている。赤潮の原因となる主な植物プランクトンとしては、珪藻類と鞭毛藻類を挙げることができるが、植物プランクトンの種類によって漁場や海苔養殖場等の養殖漁業に与える影響が異なり、例えば、これまで珪藻類の増殖によって発生する赤潮が漁業に損害を与えた事例は殆どなく、むしろ、植食生物の餌料として歓迎される場合が多い。しかし、シャットネラ、ヘテロカプサなどの鞭毛藻類の増殖によって発生する赤潮は、養殖漁業等を中心とする漁業に大きな損害を与えることが知られている。珪藻類と鞭毛藻類は共に植物プランクトンであるが、双方が同時に高い密度で共存することが見られないことから、両者は競合関係にあるとされ、日光があたって水温が上昇し、両者が共に増殖する条件が整っている場合には、鞭毛藻類よりも珪藻類の方が優勢であることが知られている。例えば、春になって海水の温度が上昇し、冬の間に蓄積された栄養塩を利用してスプリングブルームと呼ばれる珪藻類の大増殖が起こると、鞭毛藻類による赤潮の発生は抑制される。シャットネラ、ヘテロカプサなどの鞭毛藻類は、発生期である夏季を除く年間の大部分の季節をシスト（胞子）として海底で過ごし、この間はいわゆる休眠状態にあるが、海底の水温が２０℃に上昇する初夏に発芽し、この発芽期に表層水中に鞭毛藻類の有力な競争者である珪藻類等が存在しないと、鞭毛藻類が異常に増殖して有害な赤潮が発生すると考えられている。
【０００５】
このような珪藻類と鞭毛藻類との相互関係を利用して、赤潮の発生を防止しようとする技術も知られている。例えば、特開平１０−９４３４１号公報には、有害赤潮の予防方法として、海面または海中に浮体を設置し、ケイ素を含有したガラス質材料であって、ケイ素の溶出速度の大きいガラス質材料からなる珪藻類の増殖材を前記浮体に装着することによって海水に浸し、周囲の海水中にケイ素を溶出させ、前記ケイ素の供給により珪藻類の増殖を促進させて、周囲の海水中の栄養塩濃度を低下させることにより、鞭毛藻類の増殖を抑制する方法が記載されている。また、特開平１１−１９６６９７号公報には、人工魚礁・増殖礁・養殖施設を利用した太陽光利用ケーブルによって植物プランクトン増大・藻場造成の活性化、炭酸ガス吸収による地球温暖化防止対策・栄養塩利用による赤潮防止対策、水産資源増大に利用するために、指定した方向に曲げられた光ケーブル照射レンズにより太陽光を海底に照射集配し植物プランクトン増大・藻場造成の活性化を促進するシステムが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
珪藻には単独性の種と群体性の種があり、共に浮遊性のものと付着性のものが知られている。浮遊性の珪藻は鞭毛などによって積極的に浮遊しているわけではなく、波浪等により攪拌されない場合は光合成のできない暗い海底へ沈んでしまう。これに対して、付着性の珪藻は、付着基材が海面や湖面付近に配設される場合は、日照時には常時光合成を行うことができ、安定的に増殖することができるが、付着基材表面が増殖した珪藻で覆われると、珪藻の繁殖が停止するという問題があった。本発明の課題は、鞭毛藻類と珪藻類がともに増殖しうる条件下では、鞭毛藻類より珪藻類が優勢に増殖するという知見に基づいて、鞭毛藻類の競争者である珪藻類を海(湖)域に供給することによって、養殖漁業に莫大な損害を与える鞭毛藻類の異常繁殖による赤潮の発生を未然に防止する方法や、珪藻類を所定海(湖)域に長期にわたって簡便かつ多量に供給するための珪藻類の生産装置や、かかる生産装置を用いる珪藻類の生産方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究する過程で、水（例えば、海水、湖水など）中に新しい基面が露出すると、付着性珪藻類が驚くほど急速に増殖することを見い出した。すなわち、いままで水に触れていなかった新たな基体が水中に配置されると、海草や貝類等の他の付着性水生生物より先に、その表面である基面が珪藻類で覆われることを観察した。基面を覆う珪藻類が一定厚さに達すると、珪藻類の増殖速度は飽和し、次いで他の水生生物が繁殖することも観察されたが、この増殖速度が飽和する前の繁殖活性期間に、珪藻類が繁殖した基面から付着性珪藻類をジェット水流で剥ぎ取り、珪藻類が繁殖していない基面を露出させてやれば、その新たに露出した基面を再び高速増殖面として利用し珪藻類が急速に増殖するという知見を得た。かかる知見に基づき、基面での珪藻類の繁殖と剥ぎ取りを繰り返すと、効率よく珪藻類を連続的に生産することができることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち本発明は、（１）基面に珪藻類を増殖させることができる基体と、前記基面に繁殖・付着した珪藻類の剥取り手段と、珪藻類が剥ぎ取られた基面に珪藻類が増殖する間、基体を海（湖）水中に保持する保持手段と、採苗手段と、採苗手段から採取されたプランクトンを選別するプランクトン選別手段と、選別された珪藻類を基体の剥ぎ取られた基面上に撒布する撒布手段とを備え、海（湖）上に設置されることを特徴とする珪藻類の生産装置や、（２）珪藻類の剥取り手段が、ジェット水流であることを特徴とする上記（１）記載の珪藻類の生産装置や、（３）基体が、回転しうる円板から構成されていることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の珪藻類の生産装置や、（４）プランクトン選別手段と撒布手段との間に、選別された珪藻類に栄養を与える栄養付与手段を設けることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか記載の珪藻類の生産装置に関する。
【０００９】
また本発明は、（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の珪藻類の生産装置を用いた珪藻類の生産方法であって、基面に珪藻類を増殖させることができる基体を海（湖）水中に浸漬し、前記基面に増殖した珪藻類の繁殖活性期間又はその終了後に、基面に繁殖・付着した珪藻類を剥ぎ取り、珪藻類を増殖させることができる基面を新たに露出させ、新たに露出した基面に、選別された珪藻類を付着させることを特徴とする珪藻類の生産方法や、（６）ジェット水流を用いて、基面に繁殖・付着した珪藻類を剥ぎ取ることを特徴とする上記（５）記載の珪藻類の生産方法や、（７）基面に繁殖・付着した珪藻類を剥ぎ取り、新たに露出した基面に珪藻類を増殖させることを繰り返し行うことを特徴とする上記（５）又は（６）記載の珪藻類の生産方法や、（８）上記（１）〜（４）のいずれか記載の珪藻類の生産装置を、赤潮発生の可能性のある水域に設置することを特徴とする赤潮発生の防止方法に関する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の珪藻類の生産装置としては、基面に珪藻類を増殖させることができる基体と、前記基面に繁殖・付着した珪藻類の剥取り手段と、珪藻類が剥ぎ取られた基面に珪藻類が増殖する間、基体を水中に保持する手段とを備えたものであれば特に制限されるものではなく、また、本発明の珪藻類の生産方法としては、基面に珪藻類を増殖させることができる基体を水中に浸漬し、前記基面に増殖した珪藻類の繁殖活性期間又はその終了後に、基面に繁殖・付着した珪藻類を剥ぎ取り、珪藻類を増殖させることができる基面を新たに露出させる方法であれば特に制限されるものではないが、上記珪藻類とは付着性珪藻類を意味する。本発明の珪藻類の生産装置は、通常海(湖)上に設置されるが、陸上のタンク中に設置して、人工の海水を用いて珪藻類を増殖させ、放出された珪藻類を必要個所に配送することもできる。
【００１１】
本発明の珪藻類の生産装置における上記珪藻類の剥取り手段としては、基面に繁殖・付着した珪藻類を剥ぎ取ることができる手段であればどのような手段でもよく、高圧で噴射する水流により基面に付着した珪藻類を剥ぎ取るジェット水流や、基面に付着した珪藻類を機械的に削り落とすスクレパー等を具体的に例示することができるが、海(湖)水が豊富に存在する環境下で用いられること、基面を損傷させることなく、長期にわたる基面の繰り返し利用が可能なことから、ジェット水流が好ましい。ジェット水流の噴出速度としては、線速度５ｍ／ｓ以上、特に１０ｍ／ｓ以上が好ましいが、ジェット水流のノズルの先端から珪藻類を取り剥がす位置までの距離が一定でない場合は、ジェット水流の衝撃圧が等しくなるように噴出速度を変化させることもできる。また、スクレーパーを用いる場合は、その刃縁を基面の上面に摺接するように設けることが好ましい。
【００１２】
剥取り手段による基面に繁殖・付着した珪藻類の剥ぎ取りは、基面に増殖した珪藻類の繁殖活性期間又はその終了後に行うことが、珪藻類の生産効率の点で好ましい。すなわち、珪藻類が繁殖して基面を覆い尽くし、珪藻類の増殖速度が低下し始めるたときに珪藻類を剥ぎ取ると、珪藻類を多量に生産することができる。ここで、珪藻類の繁殖活性期間とは、珪藻類が指数的に増殖する期間又は珪藻類の増殖が飽和する前の期間をいう。
【００１３】
本発明に用いられる基面（基体表面）に珪藻類を増殖させることができる上記基体は、常時海水中に浸漬して用いられ、その形状としては特に制限されるものではなく、板状（円形、矩形等）、粒状、リング状、ハニカム状等を挙げることができるが、基面に繁殖した珪藻類を剥ぎ取り、新たな露出基面の形成のし易さを考慮すると、表面が平らな板状物が好ましい。また、上記ジェット水流やスクレパー等の剥取り手段を固定した状態で使用し、かつ、連続的に付着した珪藻類を剥ぎ取るために、基体を回転しうる円板として構成することが好ましい。また、基体の材質としては、金属製、プラスチック製、木製、繊維製、セラミックス製、ガラス製、硬質ゴム製など特に制限されないが、ジェット水流やスクレパー等の剥取り手段による付着珪藻類の剥ぎ取り処理に対して物理的強度を備えたものが好ましい。
【００１４】
本発明の珪藻類の生産装置に、採苗手段と、採苗手段から採取されたプランクトンを選別するプランクトン選別手段と、選別された珪藻類を基体の剥ぎ取られた基面上に撒布する撒布手段とを設けることが好ましい。上記採苗手段としては、珪藻類を採取することができるものであればどのようなものでもよく、例えば、上記剥取り手段により剥ぎ取られた珪藻類の一部を採取することができる採苗管や、本発明の生産装置の設置場所近傍の海(湖)水から珪藻類を含む植物プランクトンを採取することができる採苗管を挙げることができる。上記採苗手段から採取されたプランクトンを選別するプランクトン選別手段としては、採取されたプランクトンの中から所望の珪藻類を選別することができる手段であればどのようなものでもよく、所望の珪藻類として、例えば、より大型で増殖速度の速い付着性珪藻類や、所定の海(湖)域における赤潮の原因となることが予想される種類の鞭毛藻類に対してその生育抑制あるいは生育停止作用を有する特定の付着性珪藻類等を挙げることができる。所望の珪藻類の具体的分別基準としては、大きさ、重さ、色等を挙げることができ、その大きさで選別する場合はフィルタを用いることができ、重さで選別する場合は連続式遠心分離器を用いることができ、色で選別する場合は光学的手法を用いることができる。また、上記撒布手段としては、選別された珪藻類を基体の剥ぎ取られた基面上に撒布する手段であればどのようなものでもよく、具体的には送液ポンプと撒水管とからなる撒布手段等を挙げることができるが、前記剥取り手段としてジェット水流を用いる場合は、そのノズルの先端に隣接して撒水管の先端を設けて、これを撒布手段とすることもできる。
【００１５】
また、上記プランクトン選別手段と撒布手段との間に、選別された珪藻類に栄養を与える栄養付与手段を設けることが好ましい。かかる栄養付与手段としては、ケイ素、リン、チッソ、鉄等の栄養塩などの珪藻類の栄養源、好ましくは珪藻類の初期成長に適するように配合された栄養源が添加・混合された増殖部を挙げることができる。上記栄養塩が配合された栄養源を添加・混合することに代えて、栄養塩に富んだ深層水を汲み上げて増殖部に導入することもできる。この栄養付与手段により栄養が与えられた選別された珪藻類を、撒布手段により、珪藻類が剥ぎ取られた基面上に撒布することにより、所望の珪藻類を多量に生産することができる。特に、上記採苗手段として前記剥取り手段により剥ぎ取られた珪藻類の一部を採取する場合、所望の珪藻類の割合を著しく高めていくことができる。また、選別された珪藻類に代えて、より大型で増殖速度の速い付着性珪藻類や、所定の海(湖)域における赤潮の原因となることが予想される種類の鞭毛藻類に対してその生育抑制あるいは生育停止作用を有する特定の付着性珪藻類等を上記増殖部に投入・添加し、これを富栄養化した後に撒布することもできる。
【００１６】
本発明の珪藻類の生産装置における基体を水中に保持する手段としては、珪藻類が剥ぎ取られた基面に珪藻類が増殖する間、基体を日光のあたる水表面近くの水中に保持することができるものであればどのようなものでもよく、水中に構築された支持機構や、海(湖)上の浮体から綱を使った吊り下げ・懸垂機構、海(湖)上に浮かべたバージ中の支持機構などを保持手段として例示することができ、本発明の珪藻類の生産装置を複数並列して配設する場合は、これら保持手段を連設しておくこともできる。
【００１７】
本発明の珪藻類の生産方法は、基面に珪藻類を増殖させることができる基体を水中に浸漬し、前記基面に増殖した珪藻類の繁殖活性期間又はその終了後に、基面に繁殖・付着した珪藻類をジェット水流等により剥ぎ取り、珪藻類を増殖させることができる基面を新たに露出させ、新たに露出した基面に、選別された珪藻類を付着させることを特徴とするものであるが、基面に繁殖・付着した珪藻類を剥ぎ取り、新たに露出した基面に珪藻類を増殖させることを繰り返し行うことも特徴とする。かかる繰り返しを行った場合の珪藻類の基面上での増殖状態を図１に示す。図１において、縦軸は基面の珪藻類の密度を表す珪藻プランクトン数を示し、横軸は時間の経過を示し、横軸における増殖サイクルは、新しく露出した基面に撒苗してから繁殖した珪藻類を剥ぎ取るまでの時間、例えば、回転可能な円板状の基体を用いる場合、基体が１回転する間に珪藻類の増殖が、ほぼ飽和状態に達するようにすると、基体上の特定位置が１回転する時間を示している。増殖サイクルの開始時において、ジェット水流により新しく露出した基面にプランクトンを含む水が撒布されると、付着したプランクトンのうち、露出基面での初期増殖速度が速い珪藻類が優先的に増殖する。増殖サイクルの終了時には、ほぼ飽和状態に繁殖している珪藻類はジェット水流によって再度剥ぎ取られ（基面洗浄）、剥ぎ取られた珪藻類は水中に放散されることになる。
【００１８】
本発明の赤潮発生の防止方法としては、前記本発明の珪藻類の生産装置を、赤潮発生の可能性のある海(湖)域に設置する方法であれば、特に制限されるものではなく、本発明の珪藻類の生産装置を赤潮発生の可能性のある海(湖)域に必要数設置すれば、長期にわたり、連続的にかつ多量に珪藻類を生産することができ、表層水中の珪藻類の減少を防止することができるので、鞭毛藻類の異常増殖が抑制され赤潮の発生を未然に防止することができる。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
図２は本発明の珪藻類の生産装置の平面図であり、図３は図１のＡ−Ａ部における断面図である。また、図２及び３において、１は基体、２は受台、３は歯車、４はギアボックス、５はモータ、６はポンプ、７はジェット水流のノズル、８は採苗管、９はフィルタ部、１０は増殖部、１１は撒苗管、１２はローラ、１３は支持板をそれぞれ示す。
【００２０】
図２及び３に示される本発明の珪藻類の生産装置における基体１は、海水中に浸漬されて用いられ、その基面は日光のよくあたる方向に向けて支持されている。基体１は、ドーナッツ状の円形平板であり、厚いガラス板で作製されている。受台２は、基体１が嵌着しうる受台として構成されており、基体１を支持・固定すると共に、ローラ１２で支持されて、支持板１３に対して基体１共々自由に回転できるようになっている。支持板１３に取付けられているモータ５は、一端に取付けられたギアボックス４で減速した後、ギア３を回転させ、ギア３は受台２の歯車とかみ合って、受台２とそれに固定された基体１を図示したＢの方向に一定速度で回転させることができる。ポンプ６はモータ５の他端に取付けられており、海水を吸引して、ジェット水流のノズル７から基面に海水を均一に吹き付けるようになっている。なお、ギア回転用のモータとポンプ用のモータとを別置きとすることもできる。また、上記のように構成しているので、支持板１３に対する珪藻類の放散部位・方向が固定し、潮流の状態や深さに合わせて、珪藻類の放散を任意の方向・深さに制御することができる。
【００２１】
採苗管８は、基体外周縁に隣接して開口した管であって、ジェット水流のノズル７から噴射され、基面の珪藻類を剥ぎ取った海水の一部が導入される位置に配置されている。採苗管８に入った珪藻類を含む海水は、所定のメッシュのフィルタを内臓したフィルタ部９に入り、内臓するフィルタで海水中の珪藻類の中から増殖速度の大きいものを、その大きさを分別基準として選別する。選別された珪藻類は海水と共に増殖部１０に入り、増殖部１０に入った所望の珪藻類を含む海水は、栄養塩が含まれた海水と混合して、海水中の選別された所望の珪藻類に栄養を与えた後、撒苗管１１からジェット水流により新たに露出された基面に撒布される。栄養塩としては、ケイ素、リン、チッソ、鉄等の化合物を、珪藻類の初期成長に適するように配合したものを用い、かかる栄養塩を増殖部１０に添加・混合する。このように、撒苗前にプランクトンをフィルタで選別し、かつ富栄養化しているので、基面での珪藻類の増殖が早く、基板の単位面積あたりに多量の珪藻類を短時間で生産することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によると、基面に付着した珪藻類を自動的に剥ぎ取ることにより、珪藻類の生産を連続的に行うことができるので、本発明の珪藻類の生産装置を必要海域に必要数配置することによって、常に珪藻類が鞭毛藻類を卓越し、珪藻類が優占種となる状態を維持することができ、このため、鞭毛藻類の異常増殖による有害な赤潮の発生を未然に防止することができる。珪藻類は、水中食物連鎖の一次生産者であることから、本発明の装置を海中に設置することによって、珪藻類の増殖が促進されると、これを餌料とする動物プランクトンが増え、さらにこれを補食する魚介類が増えるという、食物連鎖による魚類等の活性の向上をも期待できる。このため、本発明は生産性の高い良好な漁場形成にも資するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】珪藻類の基面上での増殖状態を説明する図である。
【図２】本発明の珪藻類の生産装置の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ部における断面図である。
【符号の説明】
１基体
２受台
３歯車
４ギアボックス
５モータ
６ポンプ
７ジェット水流のノズル
８採苗管
９フィルタ部
１０増殖部
１１撒苗管
１２ローラ
１３支持板

Claims

基面に珪藻類を増殖させることができる基体と、前記基面に繁殖・付着した珪藻類の剥取り手段と、珪藻類が剥ぎ取られた基面に珪藻類が増殖する間、基体を海（湖）水中に保持する保持手段と、採苗手段と、採苗手段から採取されたプランクトンを選別するプランクトン選別手段と、選別された珪藻類を基体の剥ぎ取られた基面上に撒布する撒布手段とを備え、海（湖）上に設置されることを特徴とする珪藻類の生産装置。
珪藻類の剥取り手段が、ジェット水流であることを特徴とする請求項１記載の珪藻類の生産装置。
基体が、回転しうる円板から構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の珪藻類の生産装置。
プランクトン選別手段と撒布手段との間に、選別された珪藻類に栄養を与える栄養付与手段を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の珪藻類の生産装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の珪藻類の生産装置を用いた珪藻類の生産方法であって、基面に珪藻類を増殖させることができる基体を海（湖）水中に浸漬し、前記基面に増殖した珪藻類の繁殖活性期間又はその終了後に、基面に繁殖・付着した珪藻類を剥ぎ取り、珪藻類を増殖させることができる基面を新たに露出させ、新たに露出した基面に、選別された珪藻類を付着させることを特徴とする珪藻類の生産方法。
ジェット水流を用いて、基面に繁殖・付着した珪藻類を剥ぎ取ることを特徴とする請求項５記載の珪藻類の生産方法。
基面に繁殖・付着した珪藻類を剥ぎ取り、新たに露出した基面に珪藻類を増殖させることを繰り返し行うことを特徴とする請求項５又は６記載の珪藻類の生産方法。
請求項１〜４のいずれか記載の珪藻類の生産装置を、赤潮発生の可能性のある水域に設置することを特徴とする赤潮発生の防止方法。