Research Activity

1. Development of new photochemical reaction model for predicting water quality transformation efficiency
水質変換効率を予測する新しい光化学反応モデルの開発
JSPS-Kaken-Kiban-B (till March 2024, PI-Yoshimura)

Photochemical reactions in the aquatic environment involve the formation of various radicals and play an important role in the formation of water quality. This research aims to develop a novel photochemical reaction model to predict water quality conversion efficiency for persistent substances and pathogenic microorganisms. In this project, photochemical experiments using standard water quality matrices and environmental and secondary treated water will be conducted to improve the accuracy of the radical formation model based on photochemical kinetics. This will advance our understanding of photochemical degradation in aquatic environments and the presentation of predictive models for such degradation.

水環境中における光化学反応は各種ラジカルの生成を伴い、水質形成に重要な役割を果たしています。本研究では難分解性物質および病原微生物を対象として、水質変換効率を予測するための新規光化学反応モデルを構築することを狙いとしています。このプロジェクトでは、標準的な水質マトリックスおよび環境水・二次処理水を用いた光化学実験を実施して、光化学反応論によるラジカル生成モデルの精度を高めていきます。これにより、水環境における光化学分解の理解およびその予測モデルの提示を進めます。

 2. Photoproduction of radicals and their effects on carbon dynamics in tropical lakes
熱帯湖沼におけるラジカルの光生成とその炭素動態への影響の解明
JSPS-Kaken-International (till March 2027, PI-Yoshimura)

In tropical lakes under intense solar radiation, the roles of photolysis and photosensitization are more important than in temperate and cold climates. However, their actual conditions and mechanisms have not been elucidated. Thus, we will elucidate the photogeneration process of major radicals in tropical lakes and their role in carbon dynamics. Specifically, we will quantitatively evaluate and compare the quantum yields and steady-state concentrations of photogenerated radicals in the surface layers of lakes in Indonesia, Cambodia, and Japan through joint international experiments, and elucidate the carbon dynamics in the lakes caused by radicals. Furthermore, by creating a predictive model of quantum yields based on the optical properties of lake water, we aim to explicitly utilize photochemical reactions for the management of water resources and aquatic ecosystems.

日射の強い熱帯域の湖沼では、温帯や寒帯に比べると光分解や光増感の役割が重要ですが、その実態やメカニズムは解明されていません。そこで、熱帯湖沼における主要なラジカルの光生成過程およびその炭素動態における役割を解明します。インドネシア、カンボジア、日本における湖沼表層における各ラジカルの光生成の量子収率や定常濃度を、国際共同実験により定量評価・比較した上で、ラジカルに起因する湖沼の炭素動態を解明します。さらに、湖沼水の光学特性に基づく量子収率の予測モデルを作成することで、光化学反応を明示的に水資源や水域生態系の管理に活かすことを目指しています。

 3. Graphene-induced charge separation for enhancing intimately coupled photocatalytic biodegradation
グラフェンによる電荷分離を利用した光触媒・生分解統合処理の高効率化
Grant-in-Aid for JSPS Research Fellow (till May 2025, PI-Yoshimura & Ajinkya)

This project utilizes the charge separation of carbon materials to improve the efficiency of integrated photocatalytic and biodegradation treatment processes for the efficient treatment of wastewater containing organic chemicals. We will optimize the ratio of carbon and photocatalytic materials, the interfacial properties of the composite materials, and the procedure for coating graphene hybrids onto the biocarriers. We then aim to build a bioreactor with high treatment efficiency by combining the optimized composite materials on the basis of a non-submerged bioreactor.

本研究は炭素材料による電荷分離作用に着目して、有機化学物質を含む排水を効率的に処理するために光触媒・生分解統合処理プロセスを効率化することを狙いとしています。そのために炭素材料と光触媒材料の比率、複合材料の界面特性、生物担体へのグラフェンハイブリッドのコーティング手順を最適化します。そして、非浸漬型バイオリアクターを基盤として、最適化された複合材料を組み合わせることで、処理効率の高いバイオリアクターの構築を目指します。

 4. Role of inlet rivers on phytoplankton production in Suruga Bay - Model analysis focusing on river flow -
駿河湾の植物プランクトン生産に対する流入河川の役割―河川流量に着目した解析―
Shizuoka Prefecture, Japan (till March 2024, PI-Yoshimura)

The final goal of this research is to promote the establishment of a regional recycling symbiosis zone by quantitatively evaluating the linkages between the forest, community, and coastal systems. As an initial step toward this ultimate goal, this project aims to 1) establish a technical basis for utilizing the Suruga Bay Simulator, and 2) use the simulator to investigate the effects of river flow on lower-order ecosystems in Suruga Bay. Specifically, we will conduct scenario analysis under different river flow conditions to elucidate the role of rivers and their watersheds on nutrient dynamics and plankton production in Suruga Bay from the perspective of river flow, and to quantitatively evaluate the hypothesis that the forest is the lover of the sea.

本研究では森里海の生態系のつながりを定量評価することで、地域循環共生圏の構築を促進することを最終目標としています。この最終目標に向けた初期段階として、本研究では1）スルガベイシミュレータを活用する基盤を整えること、その上で、2）シミュレータを用いて河川流量が駿河湾における低次生態系に与える影響を明らかにします。具体的には、河川流量が異なる条件下でシナリオ解析を実施することにより、駿河湾の栄養塩動態やプランクトン生産に対する河川やその流域の役割を、河川流量の観点から解明することで、“森は海の恋人”という仮説を定量評価します。

 5. Ecological studies on reservoir environment
ダム湖環境を対象とした生態学的研究
WEC (till March 2025, PI-Yoshimura)

Water quality management of dam lakes is an important issue for both water use and ecosystem conservation. The water quality of a dam lake is affected by the biological communities that inhabit the lake, which are in turn influenced by various factors such as the inflow of nutrients and organic matter, the shape and volume of the dam lake, and land use in the catchment area. This joint research aims to clarify the relationship between such communities and various environmental factors as well as the ecosystem functions (carbon stock, greenhouse gas emissions, heavy metal discharge, blue-green algae generation, water quality control, etc.) of these communities. Through this, we will propose measures for water quality management of dam lakes, including countermeasures against eutrophication, as well as measures to conserve the aquatic ecosystem surrounding dam lakes.

ダム湖の水質管理は、水利用と生態系保全の両者において重要な課題です。ダム湖の水質はそこに生息する生物群集の影響を受け、その生物群集は栄養塩や有機物の流入量やダム湖の形状や容積、集水域の土地利用など様々な要因が相互に影響して成立しています。本共同研究は、このような生物群集と様々な環境要因との関係に加え、それら生物群集による生態系機能（炭素ストック、温暖化ガス放出、重金属流出、アオコ発生、水質調整等）も明らかにすることを目的としています。それにより、富栄養化対策をはじめとするダム湖の水質管理や、ダム湖をめぐる水域生態系の保全策の提案を行います。

 6. Collaborative research platform to manage risk and enhance resilience of coral reef in Southeast Asia
東南アジアのサンゴ礁を対象としたリスク管理と回復力強化のための共同研究プラットフォーム
APN (till February 2024, PI-Rajendra)

The main objective of this research is to manage risk and enhance resilience of the coral reef. A trans-disciplinary team through appropriate mix of engineering, socio-economic significance, and policy framework will research on identifying the gaps, opportunities and threat in coral reef management. Evidence-based research will be undertaken to understand the impact of water quality and benthic sediment, emerging pollutants, and human induced pressure on coral reef. Outcomes are expected to be beneficial in establishment of collaborative research platform in coral reef management in Southeast Asia.

東南アジアのサンゴ礁を対象として、各種水質汚染に着目して生態系のリスクを解明し、その保全に貢献することを目的としています。そのために、科学技術、社会経済的意義、政策の枠組みを適切に組み合わせた学際的なチームが、サンゴ礁管理におけるギャップ、機会、脅威を特定する研究を行っています。現地調査に基づき、水質や堆積物、新興汚染物質、人為的圧力がサンゴ礁に与える影響を理解し、その成果は東南アジアにおけるサンゴ礁管理の共同研究プラットフォームの構築に役立つと期待されます。

1. Photoproduction of radicals and their effects on carbon dynamics in tropical lakes
    熱帯湖沼におけるラジカルの光生成とその炭素動態への影響の解明
    JSPS-Kaken-International (till March 2027, PI-Yoshimura)

In tropical lakes under intense solar radiation, the roles of photolysis and photosensitization are more important than in temperate and cold climates. However, their actual conditions and mechanisms have not been elucidated. Thus, we will elucidate the photogeneration process of major radicals in tropical lakes and their role in carbon dynamics. Specifically, we will quantitatively evaluate and compare the quantum yields and steady-state concentrations of photogenerated radicals in the surface layers of lakes in Indonesia, Cambodia, and Japan through joint international experiments, and elucidate the carbon dynamics in the lakes caused by radicals. Furthermore, by creating a predictive model of quantum yields based on the optical properties of lake water, we aim to explicitly utilize photochemical reactions for the management of water resources and aquatic ecosystems.

日射の強い熱帯域の湖沼では、温帯や寒帯に比べると光分解や光増感の役割が重要ですが、その実態やメカニズムは解明されていません。そこで、熱帯湖沼における主要なラジカルの光生成過程およびその炭素動態における役割を解明します。インドネシア、カンボジア、日本における湖沼表層における各ラジカルの光生成の量子収率や定常濃度を、国際共同実験により定量評価・比較した上で、ラジカルに起因する湖沼の炭素動態を解明します。さらに、湖沼水の光学特性に基づく量子収率の予測モデルを作成することで、光化学反応を明示的に水資源や水域生態系の管理に活かすことを目指しています。

2. Collaborative research platform to manage risk and enhance resilience of coral reef in Southeast Asia
    東南アジアのサンゴ礁を対象としたリスク管理と回復力強化のための共同研究プラットフォーム
    APN (till February 2024, PI-Rajendra)

The main objective of this research is to manage risk and enhance resilience of the coral reef. A trans-disciplinary team through appropriate mix of engineering, socio-economic significance, and policy framework will research on identifying the gaps, opportunities and threat in coral reef management. Evidence-based research will be undertaken to understand the impact of water quality and benthic sediment, emerging pollutants, and human induced pressure on coral reef. Outcomes are expected to be beneficial in establishment of collaborative research platform in coral reef management in Southeast Asia.

東南アジアのサンゴ礁を対象として、各種水質汚染に着目して生態系のリスクを解明し、その保全に貢献することを目的としています。そのために、科学技術、社会経済的意義、政策の枠組みを適切に組み合わせた学際的なチームが、サンゴ礁管理におけるギャップ、機会、脅威を特定する研究を行っています。現地調査に基づき、水質や堆積物、新興汚染物質、人為的圧力がサンゴ礁に与える影響を理解し、その成果は東南アジアにおけるサンゴ礁管理の共同研究プラットフォームの構築に役立つと期待されます。

Tohoku University (東北大学), Japan
Toho University (東邦大学), Japan
Yokohama National University (横浜国立大学), Japan
Shizuoka University (静岡大学), Japan
Shinshu University (信州大学), Japan
Kyoto University (京都大学), Japan

Policy Research Institute, Nepal
Institute of Technology of Cambodia, Cambodia
National Research and Innovation Agency, Indonesia

International Center for Environmental Management of Enclosed Coastal Seas (EMECS)
MIZUHA Co.,Ltd

1. Establishment of environmental conservation platform of Tonle Sap Lake
    トンレサップ湖における環境保全基盤の構築 => facebook site 
    SATREPS (JST-JICA) (till March 2022, PI-Yoshimura)

2. Several old ones...