共同研究・競争的資金等の研究 - 小針 統
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黒潮生態系の低次生産構造とこれに適応した魚類の成長戦略の解明
研究課題/領域番号：24K01838 2024年4月 - 2028年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
小針 統, 久米 元, 小森田 智大, 一宮 睦雄
配分額：18200000円 （ 直接経費：14000000円 、 間接経費：4200000円 ）
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高分解能海洋モデルを利用したモジャコ漁場探索および漁獲予測
研究課題/領域番号：24K09055 2024年4月 - 2028年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
幅野 明正, 久米 元, 中村 啓彦, 小針 統
配分額：4420000円 （ 直接経費：3400000円 、 間接経費：1020000円 ）
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屋久島、種子島周辺での黒潮北偏に伴うサブメソスケール混合現象とその生物化学的影響
研究課題/領域番号：23H01244 2023年4月 - 2027年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
長井 健容, 中村 啓彦, 小針 統, 堤 英輔, 仁科 文子, 井上 龍一郎, 鋤柄 千穂
配分額：18980000円 （ 直接経費：14600000円 、 間接経費：4380000円 ）
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屋久島、種子島周辺での黒潮北偏に伴うサブメソスケール混合現象とその生物化学的影響
研究課題/領域番号：23K25940 2023年4月 - 2027年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
長井 健容, 中村 啓彦, 小針 統, 堤 英輔, 仁科 文子, 井上 龍一郎, 鋤柄 千穂
配分額：18980000円 （ 直接経費：14600000円 、 間接経費：4380000円 ）
本研究では、トカラ海峡を流れる黒潮が北偏する際に生じる、サブメソスケールの渦や、低渦位生成に伴う混合現象と、それらの栄養塩供給、低次生態系への影響を現場観測と数値実験を用いて調査している。１回目の観測は、新青丸を用いて2022年12月から2023年1月にわたってトカラ海峡で実施した。本観測時には、トカラ海峡を流れる黒潮が北偏して流れ、屋久島の南側で、上に凸状構造をとった密度躍層と栄養塩躍層を捉えることに成功した。これらは、屋久島南に形成される低気圧性渦による湧昇の影響を受けたと推察される。また同じ観測期間中に種子島東方を観測した際には、丁度そこで低気圧性の渦巻き構造を衛星海面水温がとっていた。そこで高解像度の自由落下曳航式断面観測を実施した結果、渦の南側で栄養塩躍層と密度躍層が持ち上がっており、栄養塩の湧昇がそこで発生していることを示唆した。これらの低気圧性渦周辺は比較的乱流が弱く、栄養塩供給が渦に伴う鉛直移流によって発生していることを示唆した。低気圧性渦を再現するために高解像度の数値モデルで生態系モデルを一緒に計算したところ、モデル中の屋久島南海域で観測と同様な水平規模の低気圧性渦が、黒潮が接近して流れる際に、順圧不安定を介して発生していることがわかった。モデル中でこれらの渦を検出し、渦による硝酸塩の鉛直移流フラックスを計算したところ、屋久島の南海域では、渦の東側で硝酸塩の湧昇が、西側ではサブダクションが発生していることがわかり、正味で10 mmol m-2 day-1の湧昇フラックスを生じることがわかった。一方、2023年7月の新青丸航海や2022年11月のかごしま丸航海では、種子島北の大隈海峡で乱流と硝酸塩濃度の高解像度断面観測を実施し、北偏する黒潮から派生した暖水に伴って、大隈海峡に東向きの大隈分枝流が形成され、海底付近の硝酸塩が表層に乱流拡散することがわかった。
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ウナギ目レプトケファルス幼生の摂餌生態：食糞の実態解明
研究課題/領域番号：23H02297 2023年4月 - 2026年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 基盤研究(B)
久米 元, 小針統
配分額：11960000円 （ 直接経費：9200000円 、 間接経費：2760000円 ）
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黒潮流域で大発生する珪藻コロニーは動物プランクトンの餌料源となっているか？
研究課題/領域番号：23K11393 2023年4月 - 2026年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
一宮 睦雄, 小針 統
配分額：4680000円 （ 直接経費：3600000円 、 間接経費：1080000円 ）
[珪藻コロニーの発生機構] 黒潮と沿岸域の境界（フロント）域で大発生する珪藻コロニーの発生要因を明らかにするため、黒潮由来の暖水による影響を受ける水俣湾においてコロニー形成性珪藻Thalassiosira diporocyclusの季節変動を調査した。その結果、T. diporocyclusは11月にブルームを形成し、他の季節には現存量が低くなることを見出した。夏季には現存量は低くなるものの、本種が周年にわたって栄養細胞として湾内に分布することが明らかとなった。
T. diporocyclusの増殖特性を明らかにするため、水俣湾に分布するT. diporocyclusの細胞をピックアップし、培養株を確立した。様々な環境要因で室内培養実験を行った結果、T. diporocyclusは水温15-27℃、塩分25-35の範囲で増殖できることを確認した。水俣湾の海洋環境はほとんどの場合この範囲であることから、T. diporocyclusは常に増殖できる環境にあると推察された。一方で、T. diporocyclusを含むコロニー形成性珪藻の最大増殖速度は、他の他の沿岸域の珪藻類よりも低いことが明らかとなった。
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[珪藻コロニーを起点とした食物連鎖の解明] 黒潮分枝流が流れる薩南海域において、珪藻コロニーの発生機構を明らかにするため、鹿児島大学南星丸2月および3月航海に参加した。鹿児島湾口から黒潮分枝流域にかけて、海洋調査をおこなった。このとき、生物へのダメージを少なくするよう設計された飼育用プランクトンネットを用い、非破壊的にコロニーを採集することに成功した。
珪藻コロニーの主要な捕食者を特定するため、南星丸2月および3月航海において、動物プランクトン自然群集を採集した。このとき、採集された珪藻コロニーを用いて、船上で動物プランクトンへの摂餌実験を行った。 -
ウナギ目レプトケファルス幼生の摂餌生態：食糞の実態解明
研究課題/領域番号：23K26990 2023年4月 - 2026年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
久米 元, 小針 統
配分額：11960000円 （ 直接経費：9200000円 、 間接経費：2760000円 ）
消化管内容物のDNAメタバーコーディング解析により、ウナギ目レプトケファルス幼生3分類群（ギンアナゴ属、ハモ属、アサバホラアナゴ属）で検出された餌生物のうち、カラヌス目カイアシ類、顎脚綱、軟甲綱、渦鞭毛藻綱、ストラメノパイル、ストレプト植物、ヤムシ科、アルベオラータなどの分類群がそれぞれの個体において高い割合で検出された。先行研究において、レプトケファルス幼生の消化管内からカイアシ類由来と考えられる糞様の物質が高頻度で観察されている。従って、消化管内容物のDNAメタバーコーディング解析により検出されたカイアシ類及び顎脚綱は動物プランクトンの糞由来である可能性が考えられた。また、炭素・窒素安定同位体比分析により、レプトケファルス幼生と飼育実験により得たカラヌス目カイアシ類の糞は捕食者と餌の関係にあることが強く示唆された。一方で、これまで主要な餌として考えられてきたPOM及びヒドロ虫類とレプトケファルス幼生との間には一般的な濃縮係数の関係はみられず、栄養源として利用されていないことが示唆された。電子顕微鏡による検鏡結果から、消化管内容物とカラヌス目カイアシ類の糞は、ともに極めて類似した特徴を持つ小型で不定形の粒子を含んでいることが確認された。以上の結果から、本調査海域においてレプトケファルス幼生は基質としてゼラチン質動物プランクトンを利用せずに、選択的にカラヌス目カイアシ類の糞を摂餌している可能性が示唆された。
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沿岸域と黒潮流域の双方向物質輸送と生物生産への影響評価
研究課題/領域番号：22H05206 2022年6月 - 2027年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A) 学術変革領域研究(A)
郭 新宇, 遠藤 貴洋, 張 勁, 吉江 直樹, 小針 統, 仁科 文子
配分額：132860000円 （ 直接経費：102200000円 、 間接経費：30660000円 ）
今年度の長崎丸航海（5月、7月）とかごしま丸航海（11月）を利用して、東シナ海における5台のTRBM-ADCPの設置と回収、3測線17点でCTD・VMP・船底ADCPなどの面的な観測を行った。また、鹿児島湾と外洋の海水交換の観測のために、外洋水が流入する湾口東側と湾内水が流出する湾口西側にTRBM-ADCPを設置した。
東シナ海陸棚域の海底近傍において、TRBM-ADCPの流速データから潮流エクマン層を仮定して見積もった渦粘性係数が、係留観測点周辺で実施した乱流観測データから算出した渦粘性係数の時間平均値とほぼ一致することが示され、黒潮から対馬暖流へ連なる分岐流に直交するエクマン輸送量の変動をTRBM-ADCPの長期流速データから見積もる可能性が拓かれた。また、夏に東シナ海陸棚域の底層に低酸素水が観測され、その形成過程を考察した。低酸素水塊の主な起源水である黒潮亜表層水、陸棚混合水の寄与量を明らかにした。東シナ海陸棚斜面域において、夏と秋にマルチセンサーによる低次生態系の集中観測の結果、夏には、長江希釈水と陸棚側からの栄養塩供給により陸棚側で栄養塩濃度が高くハプト藻が優占し、黒潮側では栄養塩濃度が低く藍藻が優占していた。また、秋には、混合層が発達し栄養塩および植物組成の東西南北差は小さいことが明らかとなった。また、同観測で大陸棚縁辺の深度100mを中心に対馬暖流（高塩分水）が150m等深線に沿って北上している様子を捉えた。トカラ海域を対象として、黒潮水・沿岸水の移流を動物プランクトン分類群組成から検出する方法を検討した。その結果、①遺伝子解析によりカイアシ類では科レベルの分類群組成を識別・解析できること、②沿岸水や黒潮水だけでなくこれらの混合域を特徴づけるカイアシ類分類群組成が存在すること、が分かった。 -
黒潮の生産力を向上させる黒潮分岐流域の低次生産構造
研究課題/領域番号：20K12151 2020年4月 - 2023年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C) 基盤研究(C)
一宮 睦雄, 久米 元, 小森田 智大, 小針 統
担当区分：研究分担者
配分額：4290000円 （ 直接経費：3300000円 、 間接経費：990000円 ）
【黒潮分岐流－沿岸フロントにおける植物プランクトンブルーム発生機構】毎年春季に鹿児島湾口域で発生する植物プランクトンブルームの発生・衰退過程を追跡した。調査は2021年3月下旬と4月上旬の2週間にわたり、湾口と湾外の定点で連続観測を行った。その結果、湾口域において植物プランクトンブルームの発生から衰退に至る過程を追跡することに成功した。海水サンプルの顕微鏡観察の結果、植物プランクトンブルームは主に沿岸性の珪藻類で構成されており、ブルームが亜表層から始まり、表層までの広い水深へと広がる様子を捉えた。このブルーム初期から発達期にかけて、珪藻類の種が遷移していたことが明らかとなった。
【黒潮分岐流による沿岸起源の植物プランクトンの取り込み過程】鹿児島湾口域で発生する植物プランクトンが、湾外を流れる黒潮分岐流へと取り込まれる過程を評価した。解析は2021年3－4月に行った連続観測で得られた環境および生物データを用いて行った。その結果、沿岸由来の低塩分水が湾口へ運ばれているとともに、湾口域で鉛直混合することによって植物プランクトンが発生することが明らかとなった。さらに、ブルームの急激な衰退は動物プランクトンによる捕食の影響だけでなく、植物プランクトンの一部が湾外へ流出しているためであることが推察された。
【黒潮分岐流による植物プランクトンの輸送量と高次栄養段階への転送量】鹿児島湾口域で発生する植物プランクトン生産物が、動物プランクトンの捕食による高次栄養段階への転送量を評価した。解析は、2021年3－4月に行った連続観測データを用いて行った。その結果、多くの場合メソ動物プランクトン現存量が植物プランクトン現存量よりも高くなっていた。このことから、増殖した植物プランクトン由来の有機物が効率的にメソ動物プランクトンに輸送されていると推察された。 -
回遊性魚類の再生産を支えるホットスポットである北部薩南海域の低次生産構造の解明
研究課題/領域番号：20K06186 2020年4月 - 2023年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C) 基盤研究(C)
久米 元, 一宮 睦雄, 小針 統
担当区分：研究分担者
配分額：4290000円 （ 直接経費：3300000円 、 間接経費：990000円 ）
冬季から春季に北部薩南海域で2015年以降継続実施している小型浮魚類の仔魚を対象とした調査から、2016年まではマアジが優占していたのに対して、2017年以降、サバ属が圧倒的に優占していることが分かった。マアジ、サバ属ともに、湧昇現象のみられる鹿児島湾の湾口部で特に出現数は多かった。これまで本海域は ゴマサバの主要な産卵場であることが知られていたが、制限酵素断片長多型法により仔魚を種査定した結果、マサバ仔魚が圧倒的に優占して出現していることが分かった。今回得られた成果は、本海域において魚種交替、すなわち近年みとめられているマサバの資源量増加の兆候をとらえたものと考えられる。これまで北部薩南海域は資源高水準期にマイワシの主産卵場となることが知られていたが、マサバでも同様の現象がみられることが明らかとなった。
冬季に本海域において優占して出現する魚類7種（マアジ、マサバ、カタクチイワシ、カサゴ属の複数種、ホウボウ科の複数種、ヨコエソ、アラハダカ）の仔魚を対象とし、消化管内容物の検鏡、DNAメタバーコーディング解析、炭素・窒素安定同位体比分析の3手法を用いて食性解析を実施した。その結果、マアジ、カタクチイワシ、ホウボウ科の複数種ではカイアシ類、マサバ、カサゴ属の複数種、中深層性種であるヨコエソとアラハダカではカイアシ類に加え、高い割合で尾虫類を摂餌していることが明らかとなった。本海域の低次食物網において、尾虫類を介した微生物食物網が重要な役割を果たしており、種間で餌生物に対する競合を緩和し、多くの種の共存を可能にしている可能性が示唆された。
マアジとマサバの成長解析を行い、鹿児島湾口部と湾外とで比較した結果、成長に違いはみられなかった。2種の仔魚にとって、湾口部から湾外にかけての広範囲の海域が好適な成育場としての機能を果たしていると考えられた。 -
鹿児島湾海底火山活動によって放出される水銀及びセレンの環境動態
研究課題/領域番号：19H01168 2019年4月 - 2023年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A) 基盤研究(A)
冨安 卓滋, 松山 明人, 児玉谷 仁, 神崎 亮, 幅野 明正, 小針 統, 本村 浩之
担当区分：研究分担者
配分額：45760000円 （ 直接経費：35200000円 、 間接経費：10560000円 ）
鹿児島湾における調査は、4月から2月まで、2ヶ月おきに6回実施する計画を立てた。ただし、4月は、コロナウィルス感染拡大防止のために、乗船調査が実施できなかったため、6月18日、8月5日、10月18日、11月28日、3月3日の5回の実施となった。鹿児島湾奥部の若尊カルデラ内熱水噴気域の直上となるSt.2、湾奥に流入する最大の河川である天降川河口に近いSt. 9N、そして対照地点となる湾中央部のSt. 12を試料採取点とした。
海水試料は、各地点でCTDロゼット採水器を用いて鉛直方向に50 m 間隔で採水を行うと同時に、pH、溶存酸素量等をリアルタイムで測定した。得られた海水試料は、原子状水銀、水銀イオン、メチル水銀及び総水銀の定量に用いた。プランクトン試料は、St. 2及びSt. 12で採取を行なった。その際、St. 2では、CTDによって測定されたpHの鉛直変動から海底火山活動の影響を受けている深度を確認し、その影響を受けている層と影響を受けていない層のプランクトンをがま口式プランクトンネットを用いて深度別に分けて採取した。採取したプランクトンは、目びらき100 umのふるいでまず動物プランクトンと植物プランクトンを分け、動物プランクトン(> 100 um) はさらに、200 umと500 umのふるいでサイズごとに分けた。これらのプランクトン試料は凍結乾燥後、セレン、有機水銀、無機水銀の測定に用いた。魚試料は、7月及び8月に湾奥の牛根沖、加治木沖、三船沖の3地点、湾央のSt.12付近で底曳網漁により採取を行った。得られた魚試料は、中型魚類では個体ごとに体長を測り、可食部である筋肉部を採取し、凍結乾燥後ミキサーで粉砕して測定試料とし、小型魚類では同程度の体長のものを複数混合し、凍結乾燥後ミキサーで粉砕して測定試料とし、それぞれ、セレン、有機水銀、総水銀の定量に用いた。 -
黒潮流域で強化される乱流が低次生態系に与える影響
研究課題/領域番号：18H04920 2018年4月 - 2020年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型) 新学術領域研究(研究領域提案型)
小針 統
配分額：11050000円 （ 直接経費：8500000円 、 間接経費：2550000円 ）
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海盆スケールの動物プランクトン生産力測定に向けた基盤形成
研究課題/領域番号：17K00522 2017年4月 - 2020年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C) 基盤研究(C)
小針 統, 荒 功一, 田所 和明
担当区分：研究代表者
配分額：4810000円 （ 直接経費：3700000円 、 間接経費：1110000円 ）
本研究の目的は、実用的な動物プランクトン生産力測定法を確立し、日本周辺海域の動物プランクトン生産力マップを作成して、海盆～グローバルスケールの動物プランクトン生産力を測定するための研究基盤を形成することにある。本研究の目的を達成するため、①既往法のレビューと評価、②実用的なガイドライン確立、③方法論の比較と妥当性検証、④既往データベースを使った生産力測定、⑤動物プランクトン生産力のホットスポット探索、という課題ｒを設けた。今年度は、以下のような成果を得た。
課題①については、伝統的測定法を総括し実用化に向けた前提条件・利点・問題点を記述したレビュー論文を作成し、Progress in Oceanographyに投稿した。課題②については、伝統的測定法のうち経験的モデル（Empirical Models）・卵生産法（Egg Production Method）のガイドラインを作成し、国際科学組織（PICES）のHPに掲載する予定である。課題③については、生化学的手法（Chitobiase Method・AARS Method）と伝統的測定法（Natural Cohort Method）による動物プランクトン生産力の比較結果を国際作業部会の報告書として作成中である。課題④および⑤については、既往データベースに経験的モデルを展開したところ、親潮域よりも黒潮域の動物プランクトン生産力が高いことが分かった。
来年度は、課題③～⑤に必要な情報を補充・強化すると共に、研究成果を学術論文・報告書などで公表できるように努める。 -
同位体分析から食物連鎖の源流を探る：西部北太平洋生態系保全指標の開発に向けて
研究課題/領域番号：16H02947 2016年4月 - 2019年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 基盤研究(B)
相田 真希, 田所 和明, 小針 統, 兵藤 不二夫, 石井 励一郎, 山口 篤, 山口 篤
配分額：18200000円 （ 直接経費：14000000円 、 間接経費：4200000円 ）
北太平洋亜寒帯西部～熱帯海域、チャクチ海に至る動物プランクトンの炭素・窒素安定同位体比について統計的に解析を行った。その結果、食物網の構造や構成する生物が異なっても、海域に関わらず食物連鎖とN/C同位体比には統一的な規則性があることが確認された。黒潮流域のメソ動物プランクトン群集の同位体分析から、外洋域ほど再生栄養塩・窒素固定に由来するエネルギー源を利用している可能性が示唆された。また、同海域で採集した群体珪藻・群体シアノバクテリア、稚仔魚群集の同位体比から、局所的に発生する藻類は黒潮生態系の主なエネルギー供給源とはなっておらず、黒潮流域の稚仔魚の餌料源は小型カイアシ類であることが推定された。
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我が国の魚類生産を支える黒潮生態系の変動機構の解明
2013年4月 - 2022年3月
水産総合研究センター西海区水産研究所 一般受託研究
高橋素光、小針統
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生化学的アプローチによる動物プランクトン生産速度の測定
2013年4月 - 2016年3月
科学研究費補助金 基盤研究(C)
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海域特性を示す食物連鎖の同位体効果に基づいた海洋生態系モデルの構築
2011年3月 - 2015年3月
科学研究費補助金 基盤研究(B)
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鉛直フラックスに与える動物プランクトンの影響
2009年4月 - 2012年3月
科学研究費補助金 若手研究(B)
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ひらめき☆ときめきサイエンス～ようこそ大学の研究室へ～KAKENHI
2009年4月 - 2010年3月
日本学術振興会 研究成果の社会還元・普及活動事業費
資金種別：競争的資金
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南太平洋島嶼沿岸域における「人と自然の連動システム」に関する学融的研究
2009年3月 - 2012年3月
科学研究費補助金 基盤研究(B)
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北太平洋亜寒帯域におけるカイアシ類の成長過程に関する研究
2006年4月 - 2009年3月
科学研究費補助金 若手研究(A)
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南太平洋島嶼国にみられる伝統的社会における人と自然の共生システム
2005年4月 - 2008年3月
科学研究費補助金 基盤研究(C)
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海洋鉄散布実験における海洋表層・低層大気での生物化学的応答
2005年4月 - 2006年3月
科学研究費補助金 基盤研究(A)
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親潮域におけるEucalanus bungiiの季節的豊度の経年変動
2005年4月 - 2006年3月
日本学術振興会 国際学会等派遣事業
資金種別：競争的資金
親潮域におけるEucalanus bungiiの季節的豊度の経年変動
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西部太平洋熱帯〜亜熱帯海域における動物プランクトン群集の経年変動
2004年4月 - 2006年3月
科学研究費補助金 若手研究(B)
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太平洋熱帯〜亜熱帯海域における植物プランクトン群集の経年変動
2004年4月 - 2005年3月
民間財団等 笹川科学研究助成金
資金種別：競争的資金
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動物プランクトン群集組成の長期変動データに基づく海洋生態系の気候変動応答過程の解明
2003年4月 - 2006年3月
水産総合研究センター東北区水産研究所 一般受託研究
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海洋生物資源の変動要因の解明と高精度変動予測技術の開発
2002年4月 - 2005年3月
水産総合研究センター東北区水産研究所 一般受託研究
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貧栄養海域の漂泳区物質循環に与えるピコプランクトンの影響
2002年4月 - 2004年3月
科学研究費補助金 若手研究(B)
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親潮域におけるEucalanus bungiiの季節的豊度の経年変動
日本学術振興会国際学会等派遣事業
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我が国の魚類生産を支える黒潮生態系の変動機構の解明
文部科学省 文部科学省国家基幹研究開発推進事業