[M-IS14] 生物地球化学

[MIS14-01] 森林集水域において鉄還元過程を生じさせる水文地形条件

徳永 知佳¹、*楊 宗興¹ (1.東京農工大学)

キーワード：森林集水域、２価鉄、鉄還元、地形、地下水位、溶存鉄

鉄は生物の微量必須元素である。海洋において鉄は生物生産の制限要因となっている。河川から沿岸域への溶存鉄供給が重要であるとして近年注目されている。本研究は，2つの森林集水域の帯水層の二価鉄濃度を測定することにより，鉄還元がどこで生じるのか，また鉄還元ゾーンと地形と水文条件の関係を明らかにし，帯水層からの溶存鉄流出を検討した。
図1は一つの森林集水域の縦断面図を表し，この集水域の地形は谷頭凹地から谷頭底部にかけて地形勾配が12.7度から6.4度へ急に低下する。地下水面の深度はこの地形勾配の低下した谷頭底部において1 m以浅と非常に浅くなり，動水勾配が0.08と最も小さくなった。二価鉄はこの地下水面深度が1 m以浅の飽和帯で検出され，特に高濃度だったのは地下水面下1.2 m以深であった。したがって地下水面深度が1 m以浅の谷頭底部飽和帯が本研究地における鉄還元ゾーンであった。鉄還元が生じる要因として，地下水位が高いことにより還元過程が生じるのに必要な有機物が飽和帯に存在することが考えられる。また二価鉄が高濃度だった地点においてはNO₃⁻が非常に低濃度で，溶存態マンガン濃度が高く，SO₄²⁻が非常に低濃度であり，脱窒やマンガン還元，硫酸還元が生じていると考えられた。一方で，集水域末端の地形勾配が2.5度の谷底部では地下水面が再び深く，動水勾配が大きくなっており，このエリアでは鉄還元は生じていなかった。
2つ目の森林集水域の地形勾配が12.6度から7.9度に低下し，地下水面が1 m以浅の谷頭底部飽和帯においても鉄還元が生じており，この集水域においては飽和帯から渓流水への溶存鉄流出が確認できた。飽和層で生じた鉄還元により溶存鉄が生成し，渓流水に流出する場合があることが分かった。
地下水位の上昇は地形勾配の急な低下によりもたらされると考えられるため，地形勾配の12.7度から6.4度への急な低下と，地下水面深度が1 m以浅になることが，本研究地の飽和帯において鉄還元過程を生じさせる水文地形条件であると考えられる。また飽和層で生じる鉄還元が，渓流水の溶存鉄の生成源として重要である可能性が示された。谷頭底部のような谷頭部に緩斜面を持つ谷は舟底型として知られ，丘陵地に多い。他の丘陵地の森林集水域においても本研究の結果が当てはまるのかを検討することが今後の課題である。