[M-IS19] [JJ] 生物地球化学

[MIS19-P03] ドリフト法による大河川の栄養塩スパイラルメトリクスの推定

*池田 勇太¹、岩田 智也¹ (1.山梨大学)

キーワード：窒素、リン、河川、スパイラルメトリクス

人為起源の窒素やリンなどの栄養塩の過剰な流出は、湖沼や内湾などの閉鎖性水域において富栄養化を引き起こしている。そのため、栄養塩の輸送経路となる河川内の栄養塩動態の解明が、下流域への栄養塩負荷の予測で重要になる。河川内の栄養塩動態は、河床面積当たりの栄養塩取り込み速度U（mmol m^-2 h^-1）、水柱から河床方向への栄養塩原子の鉛直移動速度v_f（cm/s）、栄養塩原子が河床に到達するまでに流下する平均距離S_W（m）の3つのスパイラルメトリクスにより定量化することができる。スパイラルメトリクスは、トレーサー法による推定が一般的であるが、大河川では膨大な量のトレーサーが必要となるためスパイラルメトリクスが測定された例はほとんどない。とくに、国内の大河川では河川内の栄養塩動態が下流や沿岸域への栄養塩輸送に及ぼす影響は明らかになっていない。そこで本研究では、観測者が河川を流下しながら栄養塩濃度の変化を測定するドリフト法を用いて、流量37m³/s以上の大河川でのスパイラルメトリクスの推定を目的とする。さらに、季節的にスパイラルメトリクスの推定を行うことで、河川の物理環境や栄養塩濃度が大河川の栄養塩動態に及ぼす影響を明らかにする。
　調査は、山梨県富士川において2015年5〜12月に計6回行った。富士川町富士橋上流から身延町月見橋の計6.6km区間（流量37-53 m³/s）を調査区間とし、ゴムボートで流下しながら177-466 m間隔で連続的にラグランジュ型サンプリングを行なった。河川水は実験室に持ち帰った後、NH₄、NO₂、NO₃およびPO₄濃度の測定を行なった。河川内の栄養塩濃度の流程変化を一次反応と仮定し、栄養塩濃度の自然対数値と流下距離の関係から取り込み速度定数k (m^-1)を算出した。この値をもとに、平均取り込み距離Sw、鉛直移動速度v_fおよび取り込み速度Uを推定した。
　調査の結果、ドリフト法を用いることで大河川でもスパイラルメトリクスを推定することができた。NH₄の取り込み速度U_NH4は全ての月・区間で正の値を示した。一方、U_NO2やU_NO3は多くの月・区間で負の値を示し、河床から水柱への放出があることを示した。U_PO4は月や区間によって正負両方の値を示し、河川の物理化学環境の変化によって河川内の栄養塩動態の季節変化が大きいことが示された。この結果を海外の５次河川と比較したところ、富士川のU_NH4やU_PO4は同程度または高い値を示した。しかし、富士川の高い栄養塩濃度を反映しv_fは同程度か遅く、富士川の早い流速を反映してSwは長い値となった。また、一般化加法モデルを用いて解析を行ったところ、取り込み速度Uの多くは基質律速であることが明らかとなった。さらにNH₄、NO₂、NO₃の取り込み速度を比較した結果、NH₄の取り込み活性が高まるとともに、NO₂が河床から放出されていることが明らかとなった。このことから、硝化反応が河川内での窒素動態に大きく寄与している可能性が明らかとなった。