Shizugawa Bay Field Survey 2023

Hello! I’m Masa Muto, a second-year master’s student. I would like to share the report of the field surveys conducted in Shizugawa Bay in July and November 2023. This was again a joint survey with the Sakamaki Lab at Tohoku University and the Kurihara Lab at the University of the Ryukyus. Nakamura sensei, Jorge (D3), Okumura (M2), and Muto (M2) participated from the Nakamura Lab.

こんにちは！修士2年の武藤正剛です．

前回の近況報告からほぼ1年が経ってしまいましたが，2023年度は多くの地点でフィールド調査を行うことができました．調査に行くことでサンプルやデータが増え，実験室で分析に徹したり（大抵うまくいかず苦労したり），データ解析やモデル開発も進んだりと，コロナ前の活気が完全に戻ってきました．やはりラボでメンバーと顔を合わせて一緒に頑張る時間はとても大事だなとあらためて気付かされました．

さて，今回は2023年7月と11月に実施した志津川湾フィールド調査について報告したいと思います．今回も東北大・坂巻研、琉球大・栗原研との合同調査で、中村研からは中村先生、Jorge (D3)、奥村 (M2)、武藤(M2)が参加しました。

Shizugawa Bay, located in Minamisanriku-cho, Miyagi Prefecture is a semi-enclosed bay where aquaculture is one of the major industries. On the other hand, there are external impacts such as inflow of freshwater, nutrients, organic matter, and sediment from land, resulting in a complex flow and water quality environment in the bay. In particular, when nutrient inflows increase, phytoplankton and other organisms become active, and the production of organic matter such as detritus (organic matter derived from organisms such as plant fragments and carcasses) increases. Such organic matter eventually settles to the seafloor and is decomposed by microorganisms and benthic organisms in the bottom sediments. The decomposition process consumes oxygen in the bottom layer, and too much organic matter can have a serious impact on organisms because it depletes oxygen, resulting in a hypoxic state. In this sense, it is very important to understand the decomposition process of organic matter and material dynamics in marine sediments.

宮城県南三陸町に位置する志津川湾は，牡蠣をはじめとする水産物の養殖が盛んな湾です．一方で志津川湾は半閉鎖性の地形であり，陸域からの淡水の流入，栄養塩や有機物，土砂などの流入など様々な外的影響を受けるため，湾内は複雑な流動環境・水質環境となっています．とくに栄養塩の流入が多くなると植物プランクトンをはじめ生物生産が盛んになり，デトリタス（植物片や死骸など生物に由来する有機物）などの有機物の生産量が増えます．そうした有機物はやがて海底に沈降し，海底堆積物の微生物やベントスの働きによって分解されます．その分解過程で底層の酸素が消費されるのですが，有機物量が多すぎると酸素が枯渇してしまい，貧酸素状態になってしまうため生物に深刻な影響を及ぼすことが考えられます．そうした意味で，海底堆積物（底質）における有機物分解過程や物質動態を把握することは非常に重要です．

In addition, oysters have calcium carbonate shells and those are vulnerable to the ocean acidification as well as coral. Nakamura Lab is conducting research to visualize the environmental dynamics in closed bays through scenario analysis based on numerical simulations that integrate various impacts, and aims to utilize for sustainable ways of fishery resources.

また，牡蠣は炭酸カルシウムの殻を生成することから，サンゴと同様に海洋酸性化の影響を大きく受ける恐れのある生物でもあります．中村研では，そうした閉鎖性湾内における陸域負荷や貧酸素化，海洋酸性化といった様々なインパクトを統合した数値シミュレーションによってシナリオ解析を行ない，湾内の環境動態を可視化することで，持続的な水産資源の利用のあり方を提言することを目標に研究を進めています．

夏の調査【summer : 27th Jul – 1st Aug】

• Water and Sediment samples / 湾内の水質調査および底質調査（東北大）

We conducted a board survey and collected samples to measure dissolved oxygen, oxidation-reduction potential (ORP), organic matter content, and bentos content of bottom sediment. Additionally we obtained water quality data from water samples and AAQ. The wave was luckily calm and the work at 50 sites went smoothly. 船舶調査を実施し，バンドーン採水やAAQでの水質調査のほか，底質(セディメント)の溶存酸素，酸化還元電位，有機物含有量，ベントス量などを測定するためのサンプルを採取しました．50地点というハードなスケジュールでしたが，湾内の波は穏やかで順調に作業が進められました．

• Sensor Maintenance / センサーメインテナンス

Water temperature and dissolved oxygen (DO) sensors which were installed on the ropes of the oyster farm were cleaned. 牡蠣養殖場のロープに長期で設置している水温や溶存酸素（DO)などのセンサーのメインテナンスを行いました．

• River Survey / 河川水質調査（琉球大，東工大）

We drove around the river basin that flows into Shizugawa Bay and conducted water quality surveys using water sampling and AAQ. 志津川湾に流入する河川の流域を車で回り，採水やAAQによる水質調査を実施しました．

Fireworks across the Bay!

冬の調査【winter : 27th – 30th Nov】

• Sediment Survey with Diving / 湾内の水質調査および底質調査（主に武藤の修論用）

It was 3ºC in the air and 14ºC in the water. We dive under the oyster farm in wetsuits and it was super cold! (now it became a good memory). We sampled bottom water and collected sediment cores using 30cm PVC pipes. After bringing the core back to the lab, the pore water in each layer was extracted to measure nutrient concentrations and dissolved carbon (DOC) concentrations. Additionally, we attempt to measure the redox potential (ORP) of the sediment cores in the depth direction with a hand-made platinum electrode. These measurement data were used to validate the sediment model under development.

海底に沈降する有機物量や底質によって消費される酸素に関するデータを取るため潜水作業を実施しました．気温3ºC，水温14ºCの海にウェットスーツで潜り，本当に寒かったです！！（いい思い出です）．他にも底層水を採水したり，塩ビ管を使って堆積物コアを採取したりしました．持ち帰った堆積物コアは1cmずつスライスして間隙率や有機物量を調べたり，間隙水を抽出して栄養塩濃度や溶存炭素（DOC）濃度を測定，さらに堆積物コアの深さ方向における酸化還元電位（ORP）の測定を行いました．これらは開発中の底質モデルの検証に使用されます．

• River Survey / 河川水質調査（琉球大，東工大）

And the secret pleasure of the Shizugawa Bay survey is, of course, the wonderful seafood!The meals at the accommodation were always full of seafood, and were ridiculously delicious! そして志津川湾調査の密かな楽しみはなんといっても，素晴らしい海の幸が堪能できることです！宿のご飯はいつもいつも海鮮盛りだくさんで，本当に美味しかったです．

Nakamura Lab has a wide range of themes about coastal environment and ecosystems. Stay tuned for the upcoming progress! 中村研はサンゴ礁のみならず，沿岸環境や生態系を中心に幅広くテーマを持っています．今後の成果にもぜひご期待ください！