九州大学学術情報リポジトリ
Kyushu University Institutional Repository
水環境に影響を及ぼす土壌・底質中のマンガンの動 態に関する研究
石橋, 融子
https://doi.org/10.15017/1932006
出版情報：Kyushu University, 2017, 博士（工学）, 論文博士 バージョン：
権利関係：
（様式３）
氏 名 ：石 橋 融 子
論 文 名 ：水環境に影響を及ぼす土壌・底質中のマンガンの動態に関する研究 区 分 ：乙
論 文 内 容 の 要 旨
環 境 水 中 で 金 属 類 は 水 生 生 物 に と っ て 毒 性 を 示 す 場 合 も あ る が 、 微 量 必 須 元 素 と し て も 働 く 。 環 境 水 中 に お け る 金 属 類 の 濃 度 及 び 形 態 を 把 握 す る こ と は 水 生 生 物 に と っ て 非 常 に 重 要 な 課 題 で あ る 。
マ ン ガ ン は 環 境 中 に 鉄 等 と と も に 比 較 的 多 く 存 在 す る 金 属 類 で あ る 。 マ ン ガ ン の 毒 性 は 鉛 等 と 比 較 す る と 低 く 、 有 害 物 質 と し て は 取 り 扱 わ れ て い な い が 、 水 質 汚 濁 防 止 法 で は 公 共 用 水 域 に お い て 要 監 視 項 目 と し て 指 針 値200 μg/Lが 設 定 さ れ て い る 。環 境 省 の2004年4月 ～ 2007年3月 の 調 査 に お い て 河 川169～746検 体 中 、指 針 値 を 超 過 し た 検 体 は1.8～4.9 %あ り 、 福 岡 県 内 に お い て も 河 川 等 で 指 針 値 を 超 え た 事 例 が あ っ た 。 こ の 当 時 、 環 境 省 に お い て 飲 用 に よ る 健 康 影 響 に 関 し て 懸 念 が あ る こ と か ら 基 準 項 目 と し て 設 定 す べ き か 否 か 議 論 さ れ た が 、 当 面 、 要 監 視 項 目 と し て 、 現 状 の 暴 露 経 路 、 バ ッ ク グ ラ ウ ン ド 濃 度 等 に つ い て 知 見 を 収 集 し つ つ 如 何 に 取 り 扱 う べ き か を 含 め て 今 後 と も 検 討 を 継 続 す る 必 要 が あ る と し て い る 。
環 境 水 中 の マ ン ガ ン は 、 人 為 汚 染 源 の な い 場 合 、 マ ン ガ ン 含 有 量 の 多 い 地 質 の 影 響 を 受 け る こ と が 知 ら れ て い る 。 ま た 、 湖 沼 底 泥 に お け る マ ン ガ ン の 溶 出 で は 、 還 元 状 態 で の マ ン ガ ン 溶 出 、 土 壌 の 低 pH で の マ ン ガ ン 溶 出 が 報 告 さ れ て い る 。 福 岡 県 内 河 川 の 調 査 で 、 マ ン ガ ン 含 有 量 が 通 常 の 土 壌 ま た は 底 質 の 範 囲 内 に あ る に も 係 わ ら ず マ ン ガ ン が 高 濃 度 に 検 出 さ れ る 事 例 、 全 マ ン ガ ン 濃 度 に 対 す る 溶 解 性 マ ン ガ ン 濃 度 の 割 合 が 増 加 す る 事 例 等 、 土 壌 ま た は 底 質 の 性 状 に 大 き く 影 響 を 受 け る こ と が 推 察 さ れ る 事 例 が あ っ た 。 し か し 、 土 壌 ま た は 底 質 の ど の よ う な 因 子 が 河 川 水 中 の マ ン ガ ン 濃 度 や 形 態 に 影 響 を 与 え て い る か 調 査 し た 報 告 は ほ と ん ど な い た め 、 原 因 は 明 ら か と な っ て い な い 。 本 研 究 で は 、 土 壌 ま た は 底 質 の マ ン ガ ン 含 有 量 に 加 え 、 成 分 等 を 詳 細 に 分 析 し 、 河 川 水 に お い て マ ン ガ ン が 常 時 ま た は 一 時 的 に 高 濃 度 に 検 出 さ れ る 原 因 及 び 全 マ ン ガ ン 濃 度 に 対 す る 溶 解 性 マ ン ガ ン 濃 度 の 割 合 の 変 化 の 原 因 に つ い て 解 明 す る こ と を 目 的 と す る 。
本 論 文 は 全 ５ 章 に よ り 校 正 さ れ 、 そ の 概 要 は 以 下 の と お り で あ る 。
第 １ 章 で は 、マ ン ガ ン の 既 往 の 報 告 を 紹 介 し 、マ ン ガ ン の 環 境 中 で の 一 般 的 特 徴 を 述 べ た 。 ま た 、 本 研 究 の 目 的 を 述 べ た 。
第 ２ 章 で は 、 茶 畑 土 壌 か ら の マ ン ガ ン の 溶 出 原 因 に つ い て 検 討 し た 。 茶 畑 を 集 水 域 と す る 湧 水 を 起 源 と す る 小 河 川 に お い て 1997～1999 年 及 び 2015 年 に 調 査 を 行 っ た 。 ま た 、 茶 畑 土 壌 に つ い て は 、1995～2001年 及 び 2015年 に 調 査 を 行 っ た 。1995～2001年 の 調 査 で は 、 小 河 川 に お い て 梅 雨 期 に 小 河 川 水 に 含 ま れ る マ ン ガ ン の 量 が 増 加 す る 原 因 と し て 、 梅 雨 期 前
に 茶 畑 に 硫 安 等 を 施 肥 す る こ と に よ り 土 壌 pH が 4.5 を 下 回 り 、 茶 畑 土 壌 中 の 水 溶 性 マ ン ガ ン 含 有 量 が 増 加 し た と き に 降 雨 に よ っ て 発 生 し た 表 面 流 出 水 と と も に 小 河 川 に 流 入 す る こ と が 考 え ら れ た 。 さ ら に 、1997～1999 年 の 調 査 結 果 を も と に 茶 畑 に お け る マ ン ガ ン 収 支 を 算 出 し た 。そ の 結 果 、マ ン ガ ン は 茶 畑 土 壌 か ら 37 kg/ha/yが 系 外 へ 持 ち 出 さ れ 、そ の ほ と ん ど が 表 面 流 出 水 及 び 湧 水 と し て 流 出 し て い る こ と が わ か っ た 。試 験 対 象 茶 畑 で は 、2000年 ご ろ か ら 、減 肥 を 行 う 等 、硝 酸 汚 染 対 策 と し て 土 壌 pHの 回 復 等 を 指 導 さ れ て き た 。2015年 の 調 査 で は 、 こ れ ら の 対 策 に よ る 効 果 を 検 証 し 、 マ ン ガ ン 濃 度 の 低 下 を 確 認 し た 。 し か し 、 依 然 と し て 小 河 川 水 の マ ン ガ ン 濃 度 が 高 か っ た こ と か ら 、 そ の 原 因 と し て 、 茶 畑 土 壌 は マ ン ガ ン 含 有 量 が 多 く 、水 に 溶 解 し や す い 成 分 で あ る 第 Ⅰ 分 画（ 水 溶 性 成 分 ）、第 Ⅱ 分 画（ 交 換 性 イ オ ン 成 分 ）及 び 第 Ⅲ 分 画（ 炭 酸 塩（ 弱 酸 可 溶 成 分 ））の マ ン ガ ン を 含 む 割 合 が 大 き い こ と 、マ ン ガ ン 含 有 量 の 多 い 茶 葉 が 落 葉 及 び 整 枝 葉 に よ っ て 茶 畑 土 壌 に 堆 積 し 分 解 す る こ と に よ っ て 水 溶 性 マ ン ガ ン 含 有 量 の 多 い O 層 を 形 成 す る こ と が あ げ ら れ た 。
第 ３ 章 で は 、 水 田 に 取 水 す る 水 が 水 田 を 通 過 す る こ と に よ っ て 、 全 マ ン ガ ン 濃 度 に 対 す る 溶 解 性 マ ン ガ ン 濃 度 の 割 合 が 変 化 す る 原 因 を 解 明 す る た め 水 質 及 び 土 壌 を 詳 細 に 分 析 し た 。 全 マ ン ガ ン 濃 度 に 対 す る 溶 解 性 マ ン ガ ン 濃 度 の 割 合 は 、 流 入 水 、 田 面 水 、 流 出 水 の 順 に 次 第 に 高 く な り 、 流 出 水 で は ほ ぼ 溶 解 性 と な っ た 。 溶 解 性 マ ン ガ ン 濃 度 は 代 掻 き 後 に 最 も 高 く な っ て い た こ と か ら 代 掻 き に よ る 土 壌 か ら の 溶 出 の 影 響 が 大 き い と 考 え ら れ た 。 ま た 、 土 壌 溶 液 の 溶 解 性 マ ン ガ ン 濃 度 は 、 田 面 水 や 流 出 水 の 濃 度 よ り 非 常 に 高 い 値 で あ っ た こ と か ら 、 田 面 水 は 常 に 酸 化 的 雰 囲 気 で あ っ た が 土 壌 中 は 還 元 的 雰 囲 気 で あ り 、 代 掻 き や 土 壌 の 還 元 的 雰 囲 気 に よ り 土 壌 か ら 溶 出 し た マ ン ガ ン が 田 面 水 へ 移 行 し そ の 一 部 が 流 出 し た と 考 え ら れ た 。 第 ４ 章 で は 、 感 潮 域 で 干 潮 時 に 全 マ ン ガ ン 濃 度 に 対 す る 溶 解 性 マ ン ガ ン 濃 度 の 割 合 が 高 い 地 点 が あ っ た た め 、 そ の 原 因 に つ い て 調 査 し た 。 第 Ⅱ 分 画 （ イ オ ン 交 換 成 分 ） を 多 く 含 む 底 質 が 、巻 き 上 げ に よ っ て 底 質 中 の 第 Ⅱ 分 画 の マ ン ガ ン の 一 部 と 海 水 の 塩 類 が イ オ ン 交 換 さ れ 、 河 川 水 中 に マ ン ガ ン が 溶 出 し 、 河 川 水 中 の 溶 解 性 マ ン ガ ン 濃 度 が 上 昇 し た と 考 え ら れ た 。
第 ５ 章 で は 、 本 研 究 で 得 ら れ た 結 果 を 総 括 し 、 河 川 水 中 の 金 属 類 の 挙 動 解 明 に お い て 土 壌 及 び 底 質 の 詳 細 な 分 析 の 重 要 性 に つ い て 述 べ た 。
