A Fundamental Study on the Effect of Ocean Fertilization by Deep Sea Water

In this study, we investigated the effect of ocean fertilization by deep sea water, using an ecosystem model which contains not only phytoplankton but also zooplankton. The model is based on NEMURO which consists of eleven compartments - two species of phytoplankton, three species of zooplankton, $NO_3$, $NH_4$, $Si(OH)_4$, particulate organic nitrogen, dissolved organic nitrogen and particulate silicon. We introduced nitrogen cell quota in the both species of phytoplankton, and silicon cell quota in the large phytoplankton in addition to the eleven compartments of NEMURO. We made the experiment at Izu Oshima Island in order to investigate the effect of ocean fertilization. In this experiment, we could not find clear differences between the cases with and without deep sea water. We investigated the causes of the experiment results by the model simulations. One of the causes was high concentrations of nutrients in surface seawater used in the experiment. Another was that the increase of total concentration of inorganic nitrogen does not necessarily accelerate the photosynthetic rate because inorganic nitrogen uptake rate is related to the ratio of $NO_3$ to $NH_4$. Because the model can represent the results of the experiment, we investigated the effect of ocean fertilization by deep sea water using this model. We found that the effect of ocean fertilization hardly appeared when the interval of the addition of deep sea water was too short, or the amount of deep sea water was too much. It is supposed that if the addition of deep sea water is too frequent or too much, the dilution of plankton's concentrations will exceed the effect of promoting phytoplankton's photosynthesis.

해양심층수에 의한 해역 비옥화 효과에 관한 기초 연구

본 연구에서 식물플랑크톤 뿐 아니라 동물플랑크톤을 포함하는 생태계 모델을 이용하여 해양 심층수의 해역 비옥화의 효과를 검증하였다. 모델은 2종의 식물플랑크톤, 3종의 동물플랑크톤, 질산염, 암모늄염, 규산염, 입자성 유기질소, 용존 유기질소, 입자성 규소 총 11개 요소로 구성된 NEMURO에 기초하고 있다. NEMURO의 11개 요소 외에도 두 종의 식물플랑크톤내 질소 셀 쿼터와 대형 식물플랑크톤내 규산염 셀 쿼터를 추가하였다. 해역 비옥화 효과를 조사하기 위해서 이즈 오시마 섬에서 실험을 실시하였지만, 본 실험에서 심층수의 유무에 의한 명확한 차이를 확인할 수 없었다. 이 실험 결과의 원인들을 모델 시뮬레이션에 의해 조사하였으며, 그 원인의 하나는 실험에 사용된 표층수의 높은 영양염 농도이다. 다른 원인은 무기질소 섭취율이 $NH_4$에 대한 $NO_3$의 비율에 관련되어 있으므로 무기질소의 총 농도의 증가가 광합성 속도를 반드시 증진시키지 않는다는 것이다. 이 모델로 실험 결과들을 재현할 수 있었기 때문에 우리는 이 모델을 이용하여 해양 심층수에 의한 해역 비옥화의 효과를 검증하였다. 해양 심층수의 공급 간격이 너무 짧거나 해양 심층수의 양이 너무 많을 때 해역 비옥화 효과는 나타나기 어려운 것으로 밝혀졌다. 해양 심층수의 첨가가 너무 비번하거나 너무 많이 첨가하면 플랑크톤 농도의 희석이 식물플랑크톤의 광합성 증진 효과를 초과해 버린 것으로 추측된다.