東京都の内湾域における窒素汚染の実態

(1)

東京都の内湾域における窒素汚染の実態

The actual conditions of nitrogen pollution in the coastal sea area of Tokyo 風間真理

^{1 ＊}

・安藤晴夫

²

Mari KAZAMA^1＊, Haruo ANDO²

1東京都環境局・²東京都環境科学研究所

1Tokyo Metropolitan Government Environment Division

2Tokyo Metropolitan Research Institute for Environmental Protection

摘　　要

人口密集地域を背景とする東京都の地先海域（東京都内湾）の窒素による水質汚濁の実態をとりまとめた。海域の窒素濃度（全窒素）は、2000年以降やや改善の兆しも見えるが、依然として1～2 mg/lの範囲で推移し、しばしば環境基準値（Ⅳ類型　

1.0 mg/l）を超過する状態にある。この海域には窒素濃度が概ね3～5 mg/lの河川水

に加えて、沿岸の下水処理場から海水より約10倍高濃度の処理水が1日に約400万m³ 流入している。各種発生源対策により、都内における窒素の発生負荷量は過去30年間で約2分の1の78トン／日に削減されたが、前述のように海域の窒素濃度には、

それに応じた低下傾向は認められない。その原因には、底泥からの溶出負荷や雨天時流入負荷等の影響が考えられる。その結果、赤潮の発生状況は改善されず、夏期には貧酸素水塊が慢性的に発生するため、底生生物の生息が困難な状況が続いている。

キーワード：水質、窒素汚染、底質、底生生物、東京湾

Key words： water quality, nitrogen pollution, sediment, benthos, Tokyo Bay

1．はじめに

東京湾は、流域面積7,597 km^2　1）、背景人口2,770 万人^2）を有し、水域面積1,380 km^2　1）、容積621 km^3　1）、閉鎖度指標1.78^3）の閉鎖性海域である（図 1）。湾内は、富津と観音崎を結ぶ線の南北で水域が区分され、

それぞれ東京内湾、東京外湾と呼ばれている。この東京内湾は、水域面積1 ha当たりの人口が210人^4）

と世界有数の過密な湾である。東京湾でも特に人口の多い東京都域からの流入がある都内湾は、東京内湾の最奥部の西岸に位置し、概ね荒川と多摩川の延長線で囲まれた面積約100 km²、最大水深約26 m の海域である。

図 2は、国内の代表的な閉鎖性水域である東京湾、伊勢湾、大阪湾他の窒素濃度（全域平均値）の推移（環境省資料^5）より作成）で、各水域とも長期的な低下傾向を示しており、特に東京湾でその傾向が顕著である。しかし、2007年の時点でも東京湾の濃度は約0.8 mg/lで、他の湾の1998年の値より約2 倍も高いレベルにある。このように現在でも東京湾は、国内でも有数の窒素濃度の高い海域である。ここでは、東京湾内でも特に人間活動の影響を強く受ける都内湾の窒素に着目してその実態を報告する。

受付；2009年12月15日，受理：2010年4月10日

＊〒163-8001　東京都新宿区西新宿2-8-1，e-mail：[email protected] 東京都 ^隅田川

荒川

多摩川

千葉県

観音崎

富津

洲崎

東京外湾 東京内湾

東京都 内湾鶴見川

金谷

市原幕張

本牧

金沢

横須賀横浜

川崎

千葉

剱崎

N 神

奈川県

江戸川

図 1　東京都内湾．

(2)

2．都内湾水域の窒素濃度の概要

2.1　窒素の水質環境基準

わが国では、1993年に海域の環境基準に窒素、

りんが追加され、1995年には水域別に類型が指定された。環境基準値は、利水目的に応じたこの類型により決められ、全窒素については、外湾に当たる

湾口部は0.30 mg/l（類型Ⅱ）、内湾の南西部は

0.60 mg/l（類型Ⅲ）、北東部は1.0 mg/l（類型Ⅳ）である。各類型の利用目的の適応性は、水産生物の生息条件等によって分けられており、都内湾がある東京湾（ロ）［東京湾全域は、千葉港及び東京湾（イ）～

（ホ）の計6水域に区分され、各水域は、利水目的に応じた類型（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）に割り当てられる。］の水域は類型Ⅳに指定され、生物生息環境保全の視点からは、年間を通して底生生物が生息できる限度^6）と定義されている。対象水域が窒素の環境基準を達成しているか否かの評価は、その水域内のすべての評価対象基準点の年平均値（上層）を平均した値で判断する。すなわち、東京湾（ロ）水域の場合には、都内湾の環境基準点8地点（図 6環境基準点参照）のうち、沖合の3地点（St.22、St.25、St.35）が窒素及びりんを評価するための基準点となっており、これらの地点と、同じ水域の千葉県4地点、神奈川県の4 地点の計11地点の年平均値の平均値で達成状況が評価される。2008年度の場合には都内湾3地点の年平均値はそれぞれ1.22 mg/l、1.81 mg/l、0.92 mg/l で、これに千葉県、神奈川県の年間平均値を加えた全地点の平均値は1.1 mg/lと計算され、環境基準は達成しなかった^7）。

2.2　都内湾水域の全窒素濃度の現状と推移 2.2.1　長期的変化

都内湾の8地点の環境基準点では、月1回の頻度で全窒素および形態別窒素の採水分析が行われている。図 3に、隅田川河口域に位置する4地点上層の全窒素濃度の年平均値の推移を示す^7）。St.5は最も隅田川河口に近いため、河川水の影響を最も強く受け、隅田川の水質変化に伴って1980年代半ばに

3.5 mg/lと最も濃度が高くなった後、次第に濃度が

低下し、現在は約2 mg/lになっている。St.25、

St.35も類似の変動パターンで推移しているが、

2003年度に両地点とも濃度が低下し、それ以降は、

St.25では2 mg/lを下回る濃度、最も沖合のSt.35 ではその約2分の1の1 mg/l前後の値で横ばいの状態が続いている。St.23は、大規模下水処理場の直近に位置し水深も浅いために下水処理水の影響が顕著で、他の地点に比べて水質の変動が大きく、またSt.5に比べてもさらに高濃度で推移し、2007年

度には4 mg/l前後の値を示している。河川水中の

下水処理水の割合が高い隅田川河口域で、沖合の地点ほど窒素濃度が低いことや、下水処理場近傍の地点では非常に濃度が高いことから、都内湾の窒素は、

下水処理水に由来する寄与が非常に大きいと考えられる。

2.2.2　季節的変化

図 4、図 5は、2008年度の都内湾の各環境基準点における全窒素濃度及びCOD（Chemical Oxygen

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007年度

全窒素（mg/l）

東京湾伊勢湾大阪湾瀬戸内海有明海

図 2　代表的湾における全窒素の濃度推移^5）．

0 1 2 3 4 5 6 7

年度

全窒素（mg/l）

St. 23 St.25

St. 5 St.35

1980 1985 1990 1995 2000 2005

図 3　都内湾における全窒素濃度の推移^7）．

0 2 4 6 8 10 12 14

16 ^St.5 ^St.6 ^St.8 ^St.11 ^St.22 ^St.23 ^St.25 ^St.35

4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3（月）

COD（mg/l）

2008年度

図 5　都内湾における COD の月変化^7）．

0 1 2 3 4 5 6

全窒素（mg/l）

St.5 St.6 St.8 St.11 St.22 St.23 St.25 St.35

4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3（月）

2008年度

図 4　都内湾における全窒素濃度の月変化^7）．

(3)

Demand）の季節変化^7）を示している。このうち下水処理水の影響を強く受けるSt.23は、他の地点に比べて濃度レベルが高く、5 mg/l以上にも達する。

また、月による変動も大きい。これに対してそれ以外の地点では、夏季には、全体的に濃度が上昇する傾向を示し、3 mg/lを超える地点も認められる。

その後、秋から冬には1～2 mg/lまで濃度が低下する。水質測定調査は降雨の影響を強く受けない日に実施されている。したがって、夏季に濃度が上昇傾向を示すのは、陸域からの流入負荷の影響よりも、

植物プランクトンの増殖による二次汚濁の影響の方が強いと考えられる。図 4で、6月のSt.22の全窒素濃度が通常に比べて高い値を示している。一般に、

赤潮発生は、無機態窒素が有機態窒素へと変化するだけなので、全窒素濃度には影響しないと考えられるが、実際には、赤潮発生時にプランクトンは海面付近に集積する場合が多く、実際に当日はヘテロシグマアカシオ（Heterosigma akashiwo）による赤潮の発生が記録され、CODも高いことから、二次汚濁が窒素濃度上昇の原因であることをよく示している。

2.2.3　川や点源との水質濃度比較

図 6に、都内湾海水（上層）、流入河川水（最下流地点の河川水）、及び下水処理水（下水処理場からの放流水）の窒素濃度（2008年度平均値）を示す。

海域の水質（上層）は沖合や処理場近辺を除いて 1.2～2.3 mg/lであり、流入河川河口部はそれよりやや濃度の高い2.9～5.5 mg/lであるのに対し、直

接海域に放流されている下水処理場排水は、11～ 20 mg/lと10倍前後の高い水質で海に流入している。水量でみても、例えば森ヶ崎水再生センターは排水量が日量120万m³であるのに対し、多摩川の低水流量が126万m³と同程度であるように、大都市沿岸に立地する下水処理場の排水量は河川流量に匹敵するものであり、処理場排水の環境濃度への影響は大きい。

2.3　発生負荷量の推移

図 7は、東京都内のCOD、窒素、りんの発生負荷量の過去30年間の推移を示したものである^9）。この間、すべての発生負荷量が大幅に削減されたことが分かる。この窒素の負荷量についてみると、

1979年には1日当たりの発生量が147トンであったのが、25年後の2004年には78トンと約2分の1 に減少している。窒素負荷量の推移を他の項目と比較すると、CODとりんは1980年代から明確な削減傾向を示しているが、窒素の場合には、1980年代末まで削減率が低く、1990年代になって負荷量削減が進行したことを示している。このことは、都内湾各地点における全窒素濃度の変動傾向、すなわち 1990年以降に濃度が低下し始めたこととほぼ対応している。また、りん負荷量の推移についても、

1980年代の顕著な減少や、近年の横ばい状態が後述する水質濃度（図 9参照）と対応している。

窒素及びりん負荷量削減が近年進まなくなった原因としては、従来からの対策で可能な削減量にほぼ到達したためと考えられる。したがって今後、水質改善を一層進めていくためには、現在、他の海域に比べて低いレベルにある下水の高度処理人口（東京都16.4％〔2008年度末〕、大阪湾37.2％、伊勢湾 26.9％）^10）の拡大や、雨天時に非常に負荷が大きいと考えられる合流式下水道越流負荷量の削減などが必要である。

2.4　赤潮と水質の関係

2.4.1　赤潮発生要因としての窒素

都内湾では、5月から9月頃にかけて赤潮が頻発している。この赤潮は栄養塩類が高いことが大きな要因とされている。図 8に、赤潮調査を開始した 1977年から約30年間の都内湾における赤潮発生状況の推移^11）を示す。年間の発生回数は約18回、日

都内湾海水

図 6　下水処理水及び流入河川水と都内湾海水の窒素 濃度^8）．

0 50 100 150 200

発生負荷量（トン／日） COD 全窒素全りん×10

1979 1984 1989 1994 1999 2004 2009（年度）

＊2009年度は目標値

図 7　発生負荷量の推移（東京都分）^9）．

(4)

数は90日前後で、この間に明確な改善傾向は認められない。一方、季節変化については、4月頃から発生数が増加して7月頃ピークに達し、11月には、

ほとんど発生しなくなる。赤潮発生のこうした季節変化は、降雨による栄養塩の供給や日射量の季節変化に関係していると考えられる。

2.4.2　窒素濃度とりん濃度

次に窒素濃度とりん濃度との関係をSt.25を例に検討した。St.25は、東京都内湾の中心部に位置し、

湾内の流況から都内の負荷量を最もよく反映しているとみられる地点である。

経年的には、窒素は図 9に示したように1990年前後がピークでその後やや低下するが、りんは漸減しているため、NP比は15前後で推移し、近年やや低めで横ばいの状況である。健全な海域生態系の指標であるレッドフィールド比（重量比で約7）と比べてかなり大きく、窒素が過剰な状況にある。バランスのよい栄養塩の削減を考えると、窒素の一層の削減が望まれる。

季節変化について（図 10）、全窒素濃度は8月～

10月に10 mg/l前後まで低下するが、その間に全りんの濃度も低下するため、概ねNP比は15前後の値で推移している。しかし、近年13程度で推移している東京湾全域を纏めた結果^12）と比較すると都内湾では窒素の比率が高めであることを示している。

2.5　窒素の層別・形態別特徴　 2.5.1　層別の濃度推移と濃度差

これまでは、上層の窒素濃度の推移について述べたが、次に、上層と下層（海底上1 mで採水）の濃度について検討する。図 11は、St.25の上層と下層の全窒素濃度の経年変化である。上層の濃度は、概ね1.5 mg/l～2.0 mg/lの範囲で推移しているが、下層はそれより変動が小さく、近年は0.5 mg/l程度まで低下している。また、上層と下層の濃度比でみると、30％～40％で経年的に推移している。

0 5 10 15 20 25 30 35

2005 2000

1995 1990

1985 1980

0 20 40 60 80 100 120 140

発生回数発生日数

発生日数（日／年）発生回数（回／年）

（年度）

図 8　都内湾における赤潮発生状況^11）．

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

全窒素（mg/l）

上層下層

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005（年度）

図 11　全窒素の上層・下層における推移．

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

N/P比

T-N T-P×10 (T-N/T-P)/10

4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3（月）

2008年度

図 10　NP 比の月変化．

1980 1985 1990 1995 2000 2005 0.0

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

N/P比

T-N T-P×10

(T-N/T-P)/10

（年度）

図 9　NP 比の経年変化．

(5)

2.5.2　形態別組成の推移と季節変化

全窒素（上層）を溶存態無機窒素（DIN：NO3-N＋

NO2-N＋NH4-N）と有機態窒素（ON：T-N－DIN）に分け、その長期的推移についてSt.25を例に示した

（図 12）。

経年的には、DINが1980年頃から増加し2000 年以降は、若干減少傾向を示している。これに対して、ONは、1980年以前は濃度が約1 mg/lで全窒素の2分の1以上を占めていたが、その後は濃度が約0.5 mg/lまで低下し、DIN濃度の上昇もあって、

全窒素中の割合も低下している。図 13は、2008年

度のSt.25における窒素の形態別組成の季節変化を

示したもので、この間、DINの割合は50％～88％、

平均68％であり、濃度は0.47 mg/l～2.19 mg/l、

平均1.26 mg/lであった。DINの内訳をみると、平均組成は、NO3-Nが43％、NH4-Nが18％であった。

なお、6月のNH4-N濃度が低い原因は、調査数日前に発生したヘテロシグマアカシオの影響によると考えられる。

3．底層水質や底質・底生生物の応答

3.1　貧酸素水塊

東京湾では、毎年夏季になると底層付近に貧酸素水塊が発生し、その状態が長期間続いて水生生物の生息が困難な状況になるため、その解決が重要な課題となっている。貧酸素水塊が発生する主な原因の一つが、赤潮プランクトンの大増殖であり、それは海水中に高濃度で存在する窒素・りんによって引き起こされる。図 14は1986、1994、2002年9月の底層DOの平面分布を示したもの^13）である。3ヶ年を比較すると、赤で示すDOが2 mg/l以下の水域が、湾中央から湾奥部に広がる状況にはほとんど変化がなく、今日まで改善傾向は認められない。図 15は、東京湾全域の水質の長期的変化を10年間隔の平面分布図に表したもの^13）で、赤潮による水質汚濁を示すCODと赤潮発生原因である窒素・りん濃度は、依然として湾奥部西岸寄りの水域で高く、特に窒素・りんは、都内湾周辺で著しく高い状況が続いている。

3.2　底質の窒素濃度の推移

東京湾では、海水中の窒素・りん濃度に、底質か

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

窒素（mg/l)

DIN ON

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005（年度）

図 12　形態別窒素の経年変化（St.25）．

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

NH4-N NO2-N NO3-N ON

4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3（月）

窒素 (mg/l)

図 13　形態別窒素の月変化（St.25）．

（2008 年度）

(6)

らの溶出の影響が大きいことが指摘されている。溶出濃度そのものの変化は追えないが、底質中の窒素濃度の23年間にわたる推移^7）を図 16に示す。ここでの底質はスミスマキンタイヤー採泥器で採取された表層5 cm程度の試料の分析結果である。

St.22、St.25、St.35ともに1990年代には、やや低下の傾向が認められるが、近年は若干高くなって、

St.22は3～4 mg/g、St.25は2～3 mg/g、St.35は 4 mg/g前後で横ばいの状況にある。CODは1985 年当初から低下し、最近の4年間はさらに低めの濃

DO（mg/l）

図 14　DO の平面分布の長期的推移（9 月下層）^13）．

1 2 3 4 5 6

1985 1990 1995 2000 2005

St.22 St.25 St.35

0 (年度)

全窒素（mg/g）

図 16　底質における窒素濃度の推移^7）．

COD（mg/l）

T-N（mg/l）

T-P（µg/l）

図 15　COD，T-N，T-P の平面分布の推移^13）．

COD（mg/l）

T-N（mg/l）

T-P（µg/l）

COD（mg/l）

T-N（mg/l）

T-P（µg/l）

(7)

度で推移しているが、全りんや強熱減量は窒素と同様の推移を示している。

海底に堆積したヘドロからは、底層水の貧酸素化などにより、NH4-NやPO4-Pが海水中に溶出して新たな赤潮の発生原因になると考えられている。図 17は、洪水時の荒川河口（St.1）から沖合（St.A：風の塔）までの測線（図 6の一点鎖線）について水質の鉛直分布を図にしたもの^13）である。このとき河川から流入した淡水が海面近くに薄く広がり、高塩分の水とはほとんど混合していない。NOx-Nも淡水と同様な挙動を示し、主に河川水に由来することを示唆している。一方NH4-N,とPO4-Pは、海面付近とともに海底近くでも濃度が高くなっている。このことは、NH4-NやPO4-Pが、陸域からの流入水だけでなく、底泥からの溶出にも由来することを示している。

3.3　底生生物の出現状況

前述したように窒素・りんに関する環境基準の類型Ⅳの適応性は、年間を通して底生生物が生息できる限度とされている。St.25における底生生物の出現状況の推移^11）を図 18に示す。前述のように、東京湾で貧酸素化した水域が最も拡大する9月の都内 mg/l

mg/l

図 17　洪水時荒川河口における水質鉛直分布^14）．

（2002 年 10 月 3 日）

0 5 10 15 20 25 30 35

（年度）

種類数（/0.15m2）

1985 1990 1995 2000 2005

5月 9月

図 18　底生生物の出現状況の推移^11）．

(8)

湾における底生生物出現種類数は、今日まで5種に満たない状況が続き、回復の兆しがみられない。一方、年により変動は大きいが、貧酸素化が起こりにくい5月の種類数は、概ね10種以上で推移しているが、1990年代に比べると近年はやや出現種類数が減っている。

4．おわりに

あまりに負荷の大きい東京湾であったため、

CODに加え、窒素・りんの削減も可能な限り実施されてきたにもかかわらず、水質改善や生き物の復活が遅々として進まない。負荷量の削減が表層水質の改善に繫がる以前に底質の回復の遅れの問題があり、底生生物が年間を通して生息できる環境となっていない。過去の堆積物も含めての対応に、今後も弛まぬ努力が必要であろう。都内湾における環境水質、底質、赤潮、水生生物などのデータを天候、発生源などの情報と合わせて、今後とも総合的にみていく所存である。

謝辞

貴重なる助言をくださった中村由行先生に感謝いたします。

引用文献

1）環境省（2003）水質総量規制の指定水域における湾灘別水域環境基礎データ集．

2）環境省水・大気環境局（2008）平成19年度発生負荷量等算定調査報告書．

3）環境省（2000）環境基準類型の指定状況（平成12年度）．

4）磯部雅彦（2009）東京湾シンポジウム（2009年11月 7日）資料．

5）環境省水・大気環境局（2008）平成19年度公共用水域水質測定結果．

6）環境庁（1971）告示第59号．

7）東京都環境局（2010）平成20年度公共用水域及び地下水の水質測定結果．

8）東京都下水道局HP．

http://www.gesui.metro.tokyo.jp/gijyutou/fukyu/

m8nendata/20kubun.htm

9）環境省水・大気環境局水環境課閉鎖性海域対策室

（2006）化学的酸素要求量，窒素含有量及びりん含有量に係る総量削減基本方針（東京湾）．7都県市首脳会議に基づく東京湾富栄養化対策指導指針．

10）東京湾再生会議（2009）「東京湾再生のための行動計画」第2回中間評価報告書（案）．

11）東京都環境局（2010）平成20年度東京湾調査報告書．

12）東京湾岸自治体環境保全会議（2009）平成19年度東京湾水質調査報告書．

13）安藤晴夫・柏木宣久・二宮勝幸・小倉久子・川井利雄（2005）1980年以降の東京湾の水質汚濁状況の変遷について－公共用水域水質測定データによる東京湾水質の長期変動解析．東京都環境科学研究所年報，141-150.

14）安藤晴夫・川井利雄・牧秀明・木幡邦男・越川海

（2005）洪水時の流入汚濁による東京湾水質への影響について．東京都環境科学研究所年報，252-256．

東京都環境局自然環境部水環境課にて東京湾の調査（水質、赤潮、水生生物）を担当。水環境行政歴32年。学術博士。

技術士（環境部門）。環境カウンセラー。

日本水環境学会身近な生活環境研究委員会にて「生き物から水環境を見る」を推進。同時に、データの総合解析、有効利用を心がけている。『川と海』（築地書館）

分担執筆。「生活排水実験」「隅田川浄化の歴史」「東京湾は今」

を市民講座などで数多く実演、解説している。お茶の水女子大学理学部化学科卒。

風間　真理

Mari KAZAMA

東京都出身。1973年東京都公害局に入り、魚浮上事故や光化学被害発生等の緊急時・事故時の初動調査に4年間従事した後、東京都公害研究所（現・環境科学研究所）に異動し、河川の自浄作用や東京湾の水質汚濁、酸性雨の陸水影響、ヒートアイランド現象等、多岐にわたる研究テーマに取り組む機会を得た。最近、

アジアや中南米等からの研修生に講義する機会が何回かあり、過去の地方自治体の公害対策事例が注目されていることを再認識させられた。博士（海洋科学）。

安藤　晴夫

Haruo ANDO

東京都の内湾域における窒素汚染の実態