農畜産地域 における地下水水質の動態調査
古 本 勝 弘* ･一ノ瀬 和 雄*
竹 本 陽 一**
Re s e a r c ho nWa t e rQua l i t yo fGr o undwa t e r i nAgr l ● C ul t ur a la ndSt oc kbr e edi ngAr e a
by
Ka t s u h i r oFURUMOTO* , Ka z u oI CHI NOS E*
a n dYo u i c h i TAKEMOTO**
Ⅰ nr e c e ntye a r s , i ti sbe c o ml ngaS e r i o uspr o bl e mt ha tt hegr o undwa t e ri spo l l ut e dbyni t r a t eni t r oge ni n t heag r i c ul t ur ea ndt hes t oc kbr e e di nga r e a.I ti sc o ns i de r e dt obec a us e dbyl a r gea mo un t so ff e r t i l i z a t i o n onf ar ml a nda ndma nur ehe a po nt heba r egr o und.
Thi spa pe rr e po r t st hewa t e rqua l i t ye xami ne df o rt hede e pwe l l so fwa t e rs uppl ya ndt hes ha l l o w we l l so fdome s t i cus ei nA‑ t ow n f o raye a r . Andi tde no t e st her e l a t i onsbe t we e nt hea mo unto fr a i nf a lla nd t hegr oundwa t e rl e ve l ,be t we e nt heoc c upa t i ona r e aoft hef a r ml a nda ndt hec o nc e nt r a t i o nofni t r a t e ni t r o ge n.
1 .まえがき
近年 , い ろい ろな種 頬 の水質 汚染 が問穎 視 されて い る｡一般 に,地下水 は地表 水 に比べ水質 はは るか に良 好 であ るが,一 旦汚染 され る とその浄化 には 多大の費 用 と長 年 月 を要 す るため,常 に監視 してお くこ とが必 要 であ る｡地 下 水 に関 しては,有機塩素 系化 合物 (ト
リクロ ロエチ レン ･テ トラクロ ロエチ レン′･トリハ ロ メ タンな ど) と並 んで,硝酸性 窒素 に よる汚染 が,畑 作 や畜 産 が盛 んな地域 で問題 とな って い る｡ これは, 耕作 地 におけ る過剰 な施肥 や家畜尿尿 の地 下 浸透 が原 因 と考 え られ て い る｡
硝 酸 性 窒素 とは水 中 に含 まれ る硝酸 イオ ン
( NO計)
中の窒素 をいい,下 水 ･尿尿 ･田畑 へ施肥 された窒素 肥料 な どに含 まれ るア ンモ ニア性 窒素 が,土壌 中で酸 化 ,安定化 して ,雨水 の浸透 と ともに溶脱 して地下 水 に加 わ る もの で,高濃度 の硝酸性窒素 を含 む水の飲用 は乳幼 児 にメ トヘモ グ ロビン血症 を引 き起 こす といわ れて い る｡ わ が 国におけ る上 水道 の水質基準 では,棉酸性 窒素 は健 康 に関 す る項 目の 中 で
1 0 mg/
1以下 とさ れてい る｡本報 文 は,
A
町 におけ る上 水道 の水源井 戸6
箇所 と 同町 内の民家 q)井戸8
箇所 の水質 を年 間 を通 じて詳細 に調査 した結果 を示 す と ともに若干 の考察 を加 えた も ので あ る｡2.
調査概 要1 996
年5
月 か ら97
年2
月 ま で3
週 間 に1
度 の頻 度 で,Fi g.
1に示 すA
町 内の水 源 井 戸( A l〜A 6)
と 民 家 の 井 戸( Bl〜B8)
の 水 を採 取 して,CI AT M ( Ca pi l l a r y I on Ana l ys i s Sys t e m)
を使用 してNO言
‑N ,SO
仁,PO葺
,C1,F,NH
首,Ca
2+,K+, M g
2+,Na+の濃 度 とpH
を測定 し水質 状 況 を調 査 し て きた｡この水質 デー タを も とに し,降 水量 と地 下 水位 の関 係か ら水質変化 を調査 し,又 ,農耕地 の 占有面積 と硝 酸性 窒素濃 度 の関係 を調査 した｡
平成
9
年1 0
月28日受理*社 会 開発工学 科
( De pa r t me nto fCi v ilEng ine e r ing)
**大学 院修士課程 社会 開発工学専攻
( Gr a dua t eSt ude nt ,De pa r t me nto fCi vi lEng i ne e r i ng)
E]Far m 田 Padd yf ie l d ロ ci t ya r e a 田 Fo r e s t
A: So ur c e so rwa t e rs upp l y B: We Hso fdo me s t i cus e
Fi g.1 La ndus ea ndl o c a t i o no fo bs e r ve dwe us
3.
硝酸性窒素の高波度化の要因Fi g.2
にA
町の水源井戸( A l〜A6)
におけ る硝 酸性窒素濃度の推移 (町で年 1回測定 された原水水質)を示 し
,Fi g. 3にA
町の家畜の飼育頭数の推移 を示す｡ー 86 ' 88 ' 90 ' 92 ' 94 ' 96
Fi g. 2 Se c ul a rva r i a t i o nso fa nnua lni t r a t eni t r o ge n c o nc e nt r a t i o ni nde e pwe l l so fwa t e rs uppl y
一 〇 〇一 9 0 q I‑ O L q uJ n N 川 . o LL7 0 0 0 4 3 2 1 0
1)' 81 ' 83 ' 85 ' 87 ■ 89 ' 91 ' 93
( T h ●n u nb o ro fc h i c k ● r l S
k1 /1 0 0 )
‑ か‑ Co ws
一旦‑Pi g s
r良一Oh i c k e n s Fi g. 3 Se c ul a rva r i a t i o nso fa nnua ll i ve s t o c k
Fi g.2
よ り硝酸性窒素濃度は,水道水の水質基準値 であ る10mg/1を越 えている水源井戸 もあ り,全体 として経年的に増加債 向にあ る
｡Fi g. 3
よ り家畜頭数 も 経年的に増加 してお り,家畜頭数の増加 とともに硝酸 性窒素濃度 も増加 してお り,農耕地 における硝酸性窒 素の高濃度化の 1要因 として,家畜の影響は大 きい と 思われる｡同地域 には畜産廃棄物 を処理する施設は十 分でな く,堆肥化するため畑の一角な どに野横み され た畜産廃棄物の小山をあち こちで見かける｡野横みさ れた堆肥 は硝酸性窒素の大 きな供給源 になっている と 思われるが,時期 によ りその量 と質は変化 し,場所 も 一定 していないため,硝酸性窒素の地下水への供給量 や供給場所 を把握す ることは困難である｡ このため硝 酸性窒素の高濃度化への畜産廃棄物の寄与度 を分析す ることはで きなか った｡Fi g.
1には調査井戸の配置 と 土地利用の概略 を示 しているが,当該地域は,畜産 と 並び,野菜 を中心 とした畑作が盛んである｡冬季 も畑 は休む ことな く作物 が植 え られている｡それだけに多 くの肥料 が使用 されている｡作物 によ り使用 される肥 料の成分 と量は もちろん,撒 く時期 も異なるため,塗 素成分の量 を把握す ることは難 しいが,硝酸性窒素の 高濃度化の要因 として肥料 を当然考 えな くてはな らない｡
4.
水源井戸 と民家の井戸における水質変化水源井戸は海岸 か ら
2k
m以上離れた標高50‑ 150m
の位置 に点在 して, 1 00‑ 150m
の深 さを持つ深井戸で ある｡調査対象に選んだ民家の井戸は,標高的 に地下 水の流れに沿 っている と思われる井戸で, 5‑ 30m
の 深 さを持ち,現在使用 されている浅井戸であ る｡Fi g.
1に調査対象 とした井戸の位置 を示す｡ また,水源井 戸のついては,各井戸のス トレーナーの位置 を
Fi g. 4
に示 しているが,かな り深い位置の地下水 を利用 して いることが分かる｡AI A2 A3 AI A5 A6
o 0 0 ▲｢ OV 2 (u
一芸I
Oq一d e 凸
『St r a i n o r
Fi g. 4 De pt ha ndl o c a t i o no fs t r a i ne ri nde e pwe l l so f
wa t e rs uppl y
Fi g.5
に1 9 9 6
年5
月か らの5
日間降水量 と水源井戸 で測 られた地下水位の変動 を示 し,Fi g.6,Fi g.7
に 水源井戸 と民家の井戸 におけ る硝酸性窒素濃度の経時 変化 を示す｡0 ∧U 0 0 2 1 0 1
( ∈ 二
〇>〇二β芸
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0
000043215 6 7 8
91 0 l l 1 2 1 ( mon t h)
‑ Ra i n f a l l‑ 一 一･ Al+ A2
I+ A3･ + A5‑ く ‑A6 Fi g. 5 Ti mes e r i e sofa mo untofr a i nf a l lf o r5da ys
a ndgr o undwa t e rl e ve li ndee pwe l l so fwa t e r s uppl y
(一 ＼ 叫 u )
N‑ SO
N 000 0 5 0 5 0 日山叫 Tれリ .Hl rlJHL
5 6 7 8 9 1 0 ll 1 2 1( mon t h )
Fi g. 6 Va r i a t i o nso fni t r a t eni t r o ge nc onc e nt r a t i on wi t ht i mei nde e pwe l l so fwa t e rs uppl y 30. 0
一､2 5. 0
も
20. 0
､ 与 5 0 5 0 0 0 0 0
N L .O N
5 6 7 8 91 0 l l 1 2 1 ( m o n t h )
一〇 一8 1+ B 2 +B 3 ‑ う ト B 4
‑ ※ ‑B5 一 事 ‑ B 6 +8 7 ‑ B 8
Fi g. 7 Va r i a t i o nsofni t r a t eni t r o ge nc onc e nt r a t i on wi t ht i mei ns ha l l o w we l l so fdo me s t i cus e
Fi g.5
よ り降水の直後 か ら地下水位が上昇 してお り 降水に対す る地下水位の応答 はかな り早い｡Fi g.6
よ り水源井戸におけ る硝酸性窒素濃度の経時変化 は, 7
月 と8
月に多少の変化が見 られ るが,調査期間 を通 じてあま り変動 がない
｡Fi g.7
より民家の井戸 について は水源井戸 に比べ変動が大 きいことか ら,降水の影響 を受けやすい と思われる｡水源井戸の硝酸性窒素濃度は,調査期間中で水質基 準の1
0 mg/ 1
を超 える時期 がA 3
とA 5
でみ られるが, 平均濃度で基準値 を超 える ものはない｡民家の井戸に ついては,B
lとB2
を除 くすべての井戸で平均濃度 が基準値 を超 えてお り,水源井戸に比べ汚染状態が深 刻である｡ この水質の良い井戸は,標高の低 い,最 も 海側の井戸であ り,当初,地下水は標高の高い所か ら 低い所 に流れ るにつれて汚染物質の供給 を多 く受けて 水質が悪化す る と考 えていたため,硝酸性窒素が最 も 高濃度であ る と予想 されていた井戸であった｡ この結 果 より浅井戸 (民家の井戸) においては,上流域か ら 流下する汚染物質 よ りも井戸周辺の汚染物質の供給が 水質 に強い影響 を及ぼす と考 えるこ とがで きる｡B1,B 2
の井戸の近辺 は水 田 と住宅 が混在 す る地域 であ り,水田か らの硝酸性窒素の供給は畑 に比較す ると格 段 に少ない ことが裏付け られた｡Fi g. 8
はCI AT M
で検 出 した各 イオ ン濃度 を,水源 井戸 と民家 の井戸 の平均値 で比較 した ものであ る.Fi g.8
か ら民家の井戸は硝酸性窒素だけでな く,すべ ての物質において水源井戸 よりも高濃度を示 している こ とが分か る｡当然の ことなが ら,地表か ら供給 され る物質は地下水の表層 を拡散 しなが ら流下す るため深 層の地下水ほ ど水質は良好であるこ とが分かる｡又, 図には表示 していないが,民家の井戸ではアンモニア 性窒素が検 出された ことか ら,尿尿や下水の汚染源が 近 くにある と思われ,細菌汚染が懸念 されるため飲料 水 としては適 さない と言 える｡NO‑3‑N
Ca2◆ K'(mg/I)
□Sh a I L O wwel l SO fd Ones t i cu s e
Fi g.8 Co mpa r i s o no fa ve r a ge dwa t e rqua l i t ybe t ‑
wee ndee pwe l l so fwa t e rs uppl ya nds ha uo w
we l l sofdo me s t i cus e
5.
農耕地の占有面積 と硝酸性垂東灘度の関係 硝酸性窒素は窒素肥料な どに含まれるアンモニア性 窒素が,土壌中で酸化 されて生成 されることか ら,年 間を通 じて土壌が酸化状態である畑 と果樹園が,硝酸 性窒素の高濃度化に強い影響を与えていると考 えられ る｡逆 に,水田は湛水状態にあるために還元状態にあ り,アンモニア性窒素は硝酸性窒素に変化 しに くい と 考えられる｡ このため,硝酸性窒素の主な供給源は農 耕地 と考 え,Fig. 9Aに水源井戸についての井戸周辺 6 00m円内におけ る農耕地 の占有面積 と硝酸性窒素濃
度の関係を調べた ものを示 した｡︻ー肌 ii山 Ⅳ ‖ 一lV ▲ ‑ 2 (一
＼叫 U) N ‑ S
ON0
12 0
11 0
16 0
%8 0 1 1 0O I Per ￠e n t a f ○○ ff a r nJ a n d
Fi g. 9 A Re l a t i onbe t we e nr a t i oo ff a m l a ndoc c upy‑
i ng i nac i r c l ewi t h 6 0 0 m di a me t e ra nd ni t r a t e ni t r o ge n c onc ent r a t i o n i n de e p we l l s
この図か らは明確な相関性 を認めることはで きない ため,水源井戸 より地表面の最急勾配線 に沿 って森林 部 に至 る60
0m幅の帯状部 内の農耕地面積 との関係を
調べた ものがFig. 9B
であ る｡ この図か らは両者 の相 関性 を認めることがで き,深井戸 (水源井戸) におい ては硝酸性窒素の高濃度化に強い影響 を与 えているの は,井戸周辺の農耕地 よりも,それよ り上流域の農耕 地であることが分かる｡浅井戸 (民家の井戸)については,Fi
g. 9Cか ら井
戸周辺300m円内における農耕地 の占有両横 と硝酸性
窒素濃度の相関が強 い こ とが認め られ る｡ ただ し,Fi g.9
の硝酸性窒素濃度はそれぞれの井戸の平均値で ある｡ グラフのば らつ きが民家の井戸に比べ水源井戸 の方が大 きいのは,取水層の深 さが一定 していないこ とと,水源井戸のような取水層が深い井戸では硝酸性 窒素がある程度離れた場所か ら供給 され ると思われる が,地下水の流れは複雑であ り,その範囲を特定する ことが困難なためであろう｡又,民家の井戸か らは大腸菌やアンモニア性窒素が検出されていることか ら, 家畜廉尿の影響 を受けていることは明 らかであ り,香 産廃棄物の影響 を農耕地面帯では評価で きない ことも
グラフのば らつ きが大 き くな った要因の一つであろ う｡
6 ･0 4 ･ 0 (一 ＼h
)〒 !o N
5 0 1 00 1 50 Ar ea｡ ff a r mI a n J ( XI
O●
mJ)Fi g. 9B Re l a t i onbe t we e na r e ao ff a m l a ndoc c upy‑
l ngi nba ndar e ao f6 0 0 mwi dt hf r omwe l lt o f or e s ta ndni t r a t eni t r oge nc o nc e nt r at i oni n de e pwe l l s
20 . 0 16. 0
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0
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Fi g.9C Re l a t i onbe t we e nr a t i ooff a r ml andoc c upy‑
i ng i n ac i r c l ewi t h 3 0 0 m di ame t e ra nd ni t r a t eni t r o ge nc onc e nt r a t i oni ns ha no w we l l s
6.
まとめ年間を通 じて
A
町の水源井戸及び民家の井戸の水質 状況を調査 して きた結果,硝酸性窒素による汚染が進 行 しつつあることが分かった｡民家の井戸のほ とん ど は飲料水 として利用できず,水源井戸に関 して も現在 の状態が続けば,水質基準を満たさない井戸が出て く ることは容易に予想 される｡今後,水源 を確保するた めには取水位置 を更に深 くした り,畑地の影響の少ない上流域 に新 たに水源井戸 を設置す るな どの対処策は あ るが,それでは硝酸性窒素の高濃度化の抑制 にはな らない｡畑地 への過剰 な肥料 の投入,家畜尿尿の野積 み処理な どを改善 しなければ,硝酸性窒素の高濃度化 を抑制 す ることはで きない｡硝酸性窒素の供給源 を明 確 にするためには,肥料の種類 と投入量,作物の種類 に よる吸収 と流亡率,お よび耕作地 の面的な広 が りや 畜産廃棄物の地下浸透 の量 と地点の把捉 な どの困難な 調査 が必要であ る｡
謝 辞
本調査 には関係町の水道 ･環境保全課の皆様 にご協 力頂 いた こ とを記 して,謝意 を申 し上げ ます｡
参 考 文 献
1
)宗官 功 :自然の浄化機構,技報堂 出版,pp6 5‑8 3 2
)楠 田哲也 :自然の浄化機構の強化 と制御,技報堂出版
,pp5 4‑5 7
3
)地下水問題研究会 :地下水汚染論 ‑その基礎 と応 用 ‑,共立 出版,p5 7
4
)巽 巌 :上水工学 ,共立 出版,pp31 ‑43 5
)合 田 健 ,津野 洋,中西 弘,藤原正弘 :衛生工学 ,彰国社
