北海道大学 研究シーズ集

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15. 陸の豊かさも守ろう:13件

1頁の掲載件数 20 50 改頁しない SDGs別アイコン凡例
  • 1. 貧困をなくそう
  • 2. 飢餓をゼロに
  • 3. すべての人に健康と福祉を
  • 4. 質の高い教育をみんなに
  • 5. ジェンダー平等を実現しよう
  • 6. 安全な水とトイレを世界中に
  • 7. エネルギーをみんなに、そしてクリーンに
  • 8. 働きがいも経済成長も
  • 9. 産業と技術革新の基盤をつくろう
  • 10. 人や国の不平等をなくそう
  • 11. 住み続けられるまちづくりを
  • 12. つくる責任、つかう責任
  • 13. 気候変動に具体的な対策を
  • 14. 海の豊かさを守ろう
  • 15. 陸の豊かさも守ろう
  • 16. 平和と公正をすべての人に
  • 17. パートナーシップで目標を達成しよう
  • 環境DNAを用いた海洋生物多様性の把握

    環境DNAから,魚類などの海洋生物の生息を把握し,生物多様性情報を得る

    • 生物から分泌物などの形で放出され,水中や土壌に存在しているDNAを環境DNAと呼ぶ。環境DNAを調べることで,そこに生息している生物の種類や量などが分かる。水域における環境DNA調査は,生物を直接捕獲することがなく非侵略的なので,特に希少種や絶滅危惧種の調査に有効である。

    • 河川下流域におけるニホンウナギの環境DNA濃度

      三陸以南の太平洋側に多く,能登半島以北の日本海側と北海道ではほとんど検出されない。全国のニホンウナギの分布が環境DNA分析から明らかになった。

    研究の内容

    水や底泥中に含まれる環境DNAを調べることで,そこに生息する生物を把握することができる。河川,沿岸域から外洋に至る様々な環境でDNAを取得し,生物の分布や量を推定する。それにより生物多様性情報を得ることができる。得られた情報は,COP15で採択された30by30による海洋保護区の選定に用いたり,OECMの認定に役立てたりすることができる。

  • 撹乱地の生態系復元

    自然・人為により撹乱を受けた生態系をファシリテーションすることでエコフレンドリーな復元を図る

    ファシリテーションとは、ある植物の定着が他種の侵入定着を促進する現象を指す。噴火・火災・津波・採掘等の大撹乱により壊滅的被害を被った生態系において、そのようなファシリテータを検出し導入することで迅速かつエコフレンドリーな生態系復元を図る。

    • 図. 1920年に大規模噴火があった渡島駒ヶ岳においてミネヤナギパッチ内に定着したエゾチドリ。
      ミネヤナギは、多くの種の定着を促進するため生態系の多様性を高めることができる。

    • 図. 札幌市のスキー場斜面におけるファシリテータであるススキの被度と木本植物密度本数との関係(プロットサイズは4 m2 )。
      木本植物本数は、ススキの定着により増加し、ススキ草地を創出することが植林によらない天然林の誘導には有効である。

    研究の内容

    大規模撹乱後の生態系復元は急務であることが多いが、撹乱後の劣悪な環境では、なかなか目的とする植物の定着が進まないことが多かった。ファシリテータとは、その種が定着することで他種の定着を促進する効果のある植物種のことを指す。各撹乱地において、ファシリテータを検出し、それらの種を導入することで目的とする種の侵入定着が促進できれば、生態系復元は安価かつ迅速化でき、人為も軽微となるため、エコフレンドリーな生態系復元技術となる。
    これまで、サロベツ湿原泥炭採掘跡地ではミカヅキグサが、渡島駒ヶ岳ではミネヤナギが、ファシリテータとして機能していることを明らかとしており、さらに、ファシリテータ導入手法として、微地形改変が有効であることを明らかとしている。

  • 大規模火災後の生態系復元機構の解明と応用

    地球温暖化の緩和に向けて

    北アメリカ北極域では地球温暖化に伴う火災の大規模化が起きている。そのため火災後の生態系回復様式も変化し、新たな切り口での生態系復元機構の解明が急務である。更に、本研究で得た知見を応用し様々な大規模撹乱後の生態系復元手法の開発も必要である。

    • 2004年にアラスカで発生したクロトウヒ林大規模火災後の景観(2005年撮影)。従来の火災では、全焼は稀であったが、本火災では有機物層までが焼き尽くされた。そのため、生態系回復様式が変化し、早急な遷移機構の解明と保全・復元手法の開発が課題となる。

    • 森林火災がおよぼす主要な生態系機能の変化。短期的には、火災時の直接CO2放出、長期的には光合成低下に伴うCO2吸収の減少と永久凍土層の融解に伴うメタン放出という、地球温暖化への正のフィードバック効果がある。

    研究の内容

    アラスカのタイガ・ツンドラ帯は、落雷に伴う火災多発地域であるため、火災に順応した生態系回復が見られる。これまでは、強度が低く泥炭を含めた有機物層の全焼には至らない林冠火災が主であった。特に、北向き斜面ではクロトウヒが優占し、林冠火災直後からクロトウヒの散布種子による速やかな森林再生ができた。
    しかし、気候変動に伴い火災は強度・頻度ともに増加傾向にある。2004年のアラスカ森林火災は、総焼失面積が四国を上回り、有機物層も焼き尽くされた。そのため、大規模火災後の生態系回復は、林冠火災後とは大きく異なる。特に、種子発芽・成長に有機物層の存在は不可欠であり、有機物蓄積には、母材となるミズゴケの定着促進手法開発が肝要であることが明らかとなった。加えて、ツンドラ帯での火災が生態系に与える影響についても研究を行った。

  • ナノフィブリル化バクテリアセルロースの大量生産

    バクテリアを用いることにより低分子バイオマスから
      ボトムアップでナノフィブリル化セルロースを生産する

    我々は、新奇なセルロース合成酢酸菌を取得し、糖蜜を原料としたナノフィブリル化バクテリアセルロース(NFBC: Fibnano®)の大量生産に成功しました。NFBCは流動性、混和性、成型性に優れており、幅広い分野での利用が可能です。

    • NFBCおよびNFCにおける偏光顕微鏡像、TEM観察像 偏光顕微鏡像(a,b)、TEM観察像(c,d) NFBC(a,c)、NFC(b,d)

    • 200L容大型ジャーファーメンターを用いた通気攪拌培養における培養経過の一例

    研究の内容

    バクテリアによって合成されるセルロースはバクテリアセルロース(BC)と呼ばれており、高い保水性、高強度、生分解性、生体適合性などのユニークな性質を有しています。また近年、ナノサイズのセルロース素材(ナノフィブリル化セルロース(NFC))が注目を浴びています。一般に、NFCはパルプを原料として、物理的・化学的処理によってトップダウン的に調製され、得られたNFCは水中に高分散しています。対照的に、セルロース合成菌の培養条件を最適化することにより、低分子バイオマスからボトムアップ的にナノフィブリル化BC(NFBC: Fibnano®)を調製することが可能です。我々は、道内企業との共同研究により、砂糖製造時の副生成物である糖蜜を原料としたNFBC(Fibnano®)の大量生産に成功しました。

    田島 健次 准教授 Kenji Tajima
    博士(工学)
  • ポータブルな液体クロマトグラフ

    電池で駆動する超軽量・超コンパクトな化学分析装置

    独自テクノロジーにより液体クロマトグラフの主要要素であるポンプ、カラム、および検出器を小型化し、B5サイズ・2 kgというコンパクトで軽量かつポータブルな液体クロマトグラフを実現。これにより分析結果をその場で迅速に得ることが可能になります。

    • ポータブル液体クロマトグラフ

    • カラムと検出器を集積したチップデバイス

    • 電気浸透流ポンプの動作原理

    • 生体アミンの分析例

    研究の内容

    我々が開発した液体クロマトグラフのポンプは電気浸透現象を原理とし、乾電池で長時間駆動します。機械的駆動部がないため極めて小型・軽量で脈流が発生しないという特徴があります。カラムと検出器(電気化学・UV)は微細加工技術を用いて名刺ほどの一枚の小さな基板上に搭載しています。カラムには従来の充填剤を使用しており、これまで使用してきた分析条件をそのまま適用できます。電気化学検出器は独自開発のくし形電極を採用しており、小型とはいえ従来機に匹敵する感度をもっています。現在、化学分析の主要な装置として使用されている液体クロマトグラフは大型で大重量であるため実験室の特定の場所での使用に限定されていましたが、我々が開発した装置はどこでも簡単に使用することができます。溶媒使用量も従来の1/100~1/1000に低減されます。

  • センサレスで実装可能な非線形補償器

    PID制御系に容易に追加可能な非線形補償器

    現在、産業界ではPID制御が主力の制御手法として用いられていますが、PID制御則には摩擦や重力項といった非線形項の影響により制御精度が劣化するという問題があります。我々は、PID制御器に対し容易に追加できる非線形補償器を提案しています。

    研究の内容

    ディジタル加速度制御(DAC)はモデル化困難な非線形項やモデリング誤差が存在する系に対してロバストな制御則です。DACは非常に効果的な制御器ですが、加速度目標値に対して制御を行うため単体では位置制御ができません。そこで、一般的なPID制御系と組み合わせたPID-DAC併合制御系によりロバストな位置・加速度制御が実現できます。さらにPID制御器などに「センサレス」で「容易」に追加することができる新しい非線形補償器として、制御対象の加速度目標値を0とした「PID-DA0制御系」、加加速度目標値を0とした「PID-DJ0制御系」という2つの制御器を提案しています。双方とも既存のPID制御器に簡単に追加でき、さらには追加のセンサも必要ないことからセンサレスでシステムの性能を向上できるという大きなメリットを持ちます。

  • 人類遺跡を文化資源・地域資源として活用する

    わたしのマチにも「縄文エコミュージアム」を

    遺跡を調査して、「エコミュージアム」の「サテライト」として〈整備保存〉することによって、その土地で暮らす人たちの地域資源として、また人類共有の文化資源として、日常的・持続的に活用するための実践と仕組み作りに取り組んでいます。

    • 噴火湾北岸縄文エコミュージアム(JEM)のイメージ

    • 解明された遺跡の内容に基づいた『JEMの人類史ストーリー』の1例

    研究の内容

    遺跡を開発工事のやっかいものとするのではなく、その土地で生活する人たちの地域資源として、また人類共有の文化資源として、価値転換します。そのために遺跡の一部を計画発掘して、「エコミュージアム」の「サテライト」として〈整備保存〉します。エコミュージアムとは、いわば屋根や壁を必要としない博物館です。サテライトとは野外にある展示対象です。その土地の人たちと共に、遺跡を「歴史遺産」へと整備保存しながら、その中で暮らすことに誇りを持ち、ホストとしてエコミュージアム活動に参画・参加します。遺跡の計画発掘は、地元の方々や教育委員会との連携の下に、大学の教育プログラムの一環である「考古学実習」として実施します。大学教育の一端を地域で実践することに意義を見出し、同時にそのこと自体がエコミュージアム活動の実践になります。

  • 成長のツボを押す新しい植物生育促進技術

    排水を活用する次世代バイオマス生産と植物工場への共生細菌の利用可能性

    北海道大学植物園のウキクサ亜科植物から全く新しい成長促進細菌P23を発見した。P23は植物の表面スイッチを押すことでその生育を促進する。ウキクサは排水を肥料として生育する高付加価値バイオマスであり、P23との共生によってその生産速度が約2倍

    研究の内容

    水生植物ウキクサは排水中の窒素やリンを吸収して生育することが可能かつ、リグニンやセルロースをほとんど含まないソフトバイオマスである。そのタンパク質含量は大豆に匹敵する約30%であり、生育環境によってデンプン蓄積量も50%に達する。前者の特徴は家畜飼料としてそのまま利用可能であり、後者はバイオ燃料生産および化成品前駆体HMFを生産するための原料として有用である。このような、次世代バイオマスの生産収率を向上するために、私たちは表層細菌の共生作用による植物生育促進技術開発を行っている。その適用範囲は、ウキクサの栽培以外に野菜・穀類の水耕栽培(植物工場)が想定される。これは遺伝子組換えを伴わない、自然の摂理に従った古くて新しいバイオ技術である。

  • 風景から故郷(くに)づくりへ

    住民参加で地域の価値を創造する

    風景計画の視点から、地域の環境を人々の認識や社会的な意味と結びつけて保全・活用する方法を研究しています。近年は、「健康」や「葬送」といった、社会とともに変容する価値観や空間的ニーズをどのように風景化できるかを実践的に研究しています。

    • ドイツの健康保養地(クアオルト)

    • ドイツの樹木葬墓地

    研究の内容

    地域資源を住民参加で守り育てるためには、人々の視点から地域を見る「風景」のアプローチが大変有効です。人々や社会の風景認識の研究を発展させ、場所への愛着を地域資源マネジメントに活かす実証的な研究を行っています。
    健康保養地(クアオルト)の環境整備:
    ドイツでは、温泉や海、気候などの自然環境を利用した療養・保養地を国が認定し、医療保険が適応されます。日本でも、地域住民の健康増進とヘルスツーリズムを両立させる健康保養地(クアオルト)の取り組みが始まっています。
    樹木葬墓地による森林活用:
    森林資源の活用として、ドイツを参考とした森林型の樹木葬墓地を日本で展開する実践研究を行っています。多死社会に対応する地域マネジメントとして、国土の7割を占める森林の新たな管理手法として、樹木葬墓地づくりを各地で進めています。

  • グリーンランドにおける氷河氷床・海洋相互作用

    温暖化するグリーンランドの沿岸環境

    北極域に位置するグリーンランドでは、氷河氷床の質量が近年急速に減少しています。わたしたちは、氷河氷床と海洋が接するグリーンランド沿岸の環境変化に着目して、現地調査や人工衛星データを用いた研究を行っています。

    • 氷に覆われた北極域の島グリーンランド

    • 氷河上での観測風景

    • 年々後退する氷河の末端部

    研究の内容

    グリーンランドは日本国土の約6倍の面積を持ち、その80%が氷河氷床で覆われています。このグリーンランドの氷が、地球温暖化の影響を受けて急速に減少しています。特に氷床から海洋へ流れ込む氷河で顕著な変化が起きており、温暖化する海洋の影響を示唆しています。また融け水が海に流入して海水準が上昇する他、海洋循環や生態系の変化が予想されますが、その詳細は明らかになっていません。このような背景を受けて、氷河氷床と海洋の相互作用、その結果生じるグリーンランド沿岸環境の変化解明に取り組んでいます。特に北西部のカナック地域に焦点をあて、現地観測や人工衛星データ解析を実施しています。最終的には、環境変化が漁業や交通に与える影響を明らかにして、地元住民に成果をフィードバックすることを目指します。

  • シベリア先住民と野生動物の共生策を探る

    “利用しつつ守る”順応的鳥獣管理システムの実践研究

    地域社会と野生動物の軋轢(農業被害や外来種問題など)を軽減するため、住民参加・住民主体の調査・対策を企画・実施し、ボトムアップ型の政策支援を行っています。近年はシベリア先住民の暮らしを守る野生動物保護区の設定にも携わっています。

    • 調査対象の野生ツンドラトナカイ(サハ共和国にて)

    • 先住民との軋轢が増加するホッキョクグマ(同上、IBPC提供)

    • 調査データを地元の子供たちの環境学習に活用(同上)

    研究の内容

    ◇野生トナカイなどの実態調査と保護区の設定
     ”日本に最も近い北極”である、ロシア連邦サハ共和国の北極域において、先住民が利用する野生動物(トナカイ、ジャコウウシ、オオカミなど)に衛星発信機を装着し、温暖化の影響や季節移動の実態を明らかにしてきました。またその情報を元に、先住民団体、地方行政府、狩猟団体などと協働し、伝統的生活に資する保護区や猟区を設定して評価を行っています。
    ◇渡り鳥の生息実態調査と国際保護区の評価
    シベリアは、日本をはじめ北極域・北方圏を利用する渡り鳥の重要な繁殖地ですが、やはり温暖化により生息環境が変化しつつあります。そこでこれまで個別に行われていた各国の調査をネットワークし、温暖化の影響と生息地保護区の評価を総合的に行うための調査・研究・実践を行っています。

  • 北極圏の“地盤変動”をリモートセンシング

    永久凍土融解に伴う地表沈降の検出

    人工衛星「だいち」に搭載の合成開口レーダー(SAR)で得られるデータから、地表変形の画像を検出できる。従来は地震や火山活動に伴う地表の変位が主なターゲットだったが、地震火山とは無縁の北極圏の永久凍土地帯でも局所的な地盤変動が検出され始めた。

    • (左)対象地域のGoogle Earth画像。(右)2008年7月16日と2009年7月19日の「だいち」データに基づくInSAR画像。白丸で囲まれた領域の中で紫色に見えるところが、衛星から遠ざかる方向に変形している。この間に起きたと地盤変動と考えられる。

    研究の内容

    地震や火山活動の研究では、地表のわずかな動きを捉えて、地球内部を推定することがあります。この「動き」は地殻変動とよばれ、いまでもその高精度・高品質化にむけた努力が続いています。近年は衛星SARの位相データを使うInterferometric SAR(SAR干渉法)によって、遠隔地や海外の地殻変動も検出できるようになりました。北極圏では、いわゆる地殻変動は皆無ですが、下の図が示すように西シベリアでも明らかな「地盤変動」が検出されています。これは北極圏に多く見られる「サーモカルスト」とよばれる地形の周囲に見られることから、永久凍土の融解に伴う地表の沈降を捉えているものと考えられます。従来ほとんど手付かずだったサーモカルスト地形の形成過程の研究が緒に就いたところで、温暖化の影響の評価は今後の重要な課題です。

  • リン酸カルシウムを用いた新しい地盤注入材

    自然界の生物の歯や骨の主な成分であるリン酸カルシウム化合物で地盤を固める画期的な低環境負荷型注入材

    地盤注入材(グラウト)の新たなセメント物質としてリン酸カルシウム化合物(以下CPC)に着目し、CPCの析出とCPCによる砂の固化に関する最適条件を検討した結果、ケミカルグラウトとバイオグラウトという2種類の新しい利用可能性が明らかになった。

    • 図-1 ウィスカー状CPC結晶の電子顕微鏡画像

    研究の内容

    環境負荷が小さい新たなグラウトを開発するために、自然界の生物によって生成される鉱物(バイオミネラル)の中でも歯や骨の主な成分であるCPCに着目し、CPCが析出する最適条件の検討およびCPCで固化させた砂供試体の一軸圧縮試験を実施した。その結果、CPC析出試験ではpHが弱酸性から中性付近に上昇することに伴い、析出体積の増加傾向が認められた。また、CPCで固化させた砂供試体の一軸圧縮強さは約90 kPaまで達し、砂質地盤が液状化しない一軸圧縮強さの目安である50~100 kPaを満足した。供試体片の電子顕微鏡観察からは、ウィスカー状のCPC結晶が確認された(図-1)。以上より、自己硬化性を利用したケミカルグラウトと析出体積のpH依存性を利用したバイオグラウトという、2つの新しいグラウトとしての利用可能性が示された。