Title
沖縄島の河川水における有機物自浄作用
Author(s)
田代, 豊; 大里, 浩平
Citation
名桜大学紀要 = THE MEIO UNIVERSITY BULLETIN(14):
101-108
Issue Date
2009-06-30
URL
http://hdl.handle.net/20.500.12001/8236
名桜 入学紀 要14り一 6-30(2009)
沖縄島の河川水における有機物 自浄作用
国際学群 田代
豊 ･大里
浩平
要 旨 沖縄 島内の河
川水 中において河川水 中に本来生息す る微生物 な どによる河川 の 自浄作用 が ど のよ うに働 いているかを知 るため､実験室内で酸素の供給お よび光の供給 の有無 に よる国場川 河川水 中の各態炭素濃度 の変化 を測 定 したo河川水 中の無機 炭素 (IC)濃度 は､ 明条件 下で は､暗条件 下 よ りも時間の経過 とともによ り大 き く低下す ることが観察 され た｡一方､酸素の 供給の有無 はI
C
の推移 に対 して人 きな影響 を与 えなか った｡溶存態有機 炭素(
DOC)
は､暗 条件で静置 した場合 にはほ とん ど変化 しなかったが､明条件 で静置 した場合 には時間の経過 と ともに増加 す る傾 向を示 した｡ 暗条件 でばっ気 した場合 は時間の経過 とともにDOC
が低 下 し たが､明条件 ではDOC
は初期 には減少 したのち横 ばい となった｡ 国場川 にお いて各態炭素濃 度分布 を測定 した ところ､河川 の流 下とともにI
C
が減少 し､全有機炭 素 は増加 す る傾 向 を示 した｡河川浄化のためには､河床 の構造や材質の改良による酸素の供給な ど､河川水 中に 自然 に存在 している微生物 に よる有機物分解が十分 に機能 できるよ うな条件 を整 える とともに､多 様な生物が生息す る健全な生態系が河川 中に存在 できる条件 を整備す ることが重要であること が示 された｡Se
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auna.
01-田 代 賢 ･大 里 搭 平
1.はじめに
一般 に､生活排水等の有機物 によって汚染≡され た河川 は､流下す るにつれて微生物 による代 謝や化学的な分解 ､沈殿や吸着 な どによって 自然 に有機物濃度が減少 し浄化 され ることが知 ら れ てい る｡ 中でも河川水 中に酸素が豊富に供給 され る状態であると､河川水 中に生息す る好気 性微生物 による有機物 の代謝 ･分解 が促進 され､河川の 自浄作用が とくに有効に機能す る (慕 宮 1990)0 改-1f_河JlI法にもあるよ うに､近年 は､河川 が単なる排水路ではな く多様 な環境保全機能 を持 つ ことが広 く認知 され るよ うになってきたO その 一つが､ こ うした水質浄化機能 である｡近年 の河川整備 において近 自然 工法 (多 自然型工法)が多用 され るよ うになったが､ これは景観や 人 と自然 との触れ合い とい う観点だ けでな く､河川 の 自浄作用の人為的な促進による水質向上 も 目的の一つ としている｡河床 を土や石で構成 し､曲折や瀬 ･淵 といった流れの変化 を作 り出 す ことに よって､水 中に酸素 を供給 し､有機物 を代謝す る生物 を増や し､河床 との接触 による 沈殿や ろ過作用 を促進す ることに よ り水質浄化 を進 めよ うとす るものである｡市街地の生活排 水 な どによって汚染 され た河川 の水質改善のために様 々な取 り組みがな されているが､ こ うし た 自然の浄化作用が健全に機能す るよ うな条件 を整備することは有力な手段の一つ となっているQ 南西諸島では一般 に河川が短 く急 で､流域 面積 の狭 い小規模 な河川が多い｡ その よ うな中で とくに沖縄 島中南部の よ うな市街地や農地が多 く林地率が低 い地域の河)IIでは畜舎排水や生析 排水 による有機 汚染 が顕著 である｡ この よ うな河川 では十分 な 自浄作用が働 かないままに汚染 された河川水 が河 口にまで流達 し､貴重 なサ ンゴ礁生態系の存在す る沿岸海域水質にまで影響 を与 えることが懸念 され るため､河川水質の向上は とくに重要な課題 である｡ 以上の よ うな､河川水質の向上に重要な意味 を持つ河川 の 自浄作用 について､それが各地域の 河川 において どの よ うな形 で どの程度働 いているか を理解す ることは､河川水質の変化 を 予 測 した り､その向上に向けての正 しいアクシ ョンを検討 した りす るために必要イく可欠であるO 本研究は､沖縄 島内の河川水 中にお いて河川水 中に本来生息す る微生物な どによる河川 の 自浄 作用が どの よ うに働 いているかを知 るため､実験室内で酸素の供給お よび光の供給の有無によ る河川水 中の有機物 を形成す る各態炭素濃度の変化 を測定す るとともに､実際の河川 にお ける 各態炭素濃度分布 を測定 した ものである｡2.
方法
(1)河川水 の有機物濃度時間変化測定 (室内実験) 本研究では､沖縄 島南部 を流れ る国場川 中流部 (図 1)の河川水につ いて研究 を行 った｡ 国場川 は､延 長10km､流域 面積40km2の河川 で､上流部 は南城 市の農村地域 ､中 ∴F流部 は那覇市の市街地 を流れ ､畜舎排水 と生活排水 に起因す る有機物 による汚染 を受 けていると考 え られ る (沖縄 県 2007A､幸地 1992)｡ 近年 は水質が改善 した ものの､沖縄県の測定 (沖 縄 県 2007B)に よる と､国場州 中流部 の真玉橋 にお ける2000-2005年 のBODは4.5-1 0mgL-の範囲で推移 してい る｡ 怯11の地点IVで2007年12月17日13時に採取 した.採取 した河川水 は氷冷 して実験室に持 ち帰沖縄島の河川水における有機物自浄作用
り
､
ll'記の方法に よ りpH､電気伝導率 (EC)､懸濁物質濃度 (SS)を測定 した｡ pH :堀場製作所製pH計F-22を用いて測定 した｡EC:Eutechlnstruments社製 電気伝導率計ECTestll+を用いて測定 した｡ SS:公定法 (日本 工業 規 格 1998A)に準 じて測定 した｡ 上記河川水 を二つの500ml三角 フラス コに300mlずつ と り､一万 は室 内の 自然光が 当た るよ うに し (明条件)､他方はアル ミ箔で包 んで光が 当た らない よ うに した (暗条仲)｡ これ らを､ エア ･ポンプを使 って各々毎分240mlの空気で室温でばっ気 し､24､48､72､144時間後 に各々 か ら約10mlずつ ピペ ッ トを使 って試験管 に採 取 した｡ これ らとは別 に､ 同 じ国場川河川水 を 明条件お よび暗条件 下室温でばっ気せず に静置 し､同様 の時間経過後 に採取 した｡ 図1 試料採取地点 103
-田 代 豊 ･大 里 浩 +i･ 表
1
炭素濃度測定用試料 リス ト 条件 経過時間 A 明条件 ばっ気2
4
4
8
7
2
1
4
4
B
明条件 静置2
4
4
8
7
2
1
4
4
C 暗条件 ばっ気2
4
4
8
7
2
1
4
4
D 暗条件 静 置2
4
4
8
721
4
4
以上の実験 に よ り､表1
に示す測定用試料 が得 られ た｡ 各試料 は毎分3,
m0
回転で2
0
分 間遠 心分離 し､その上澄液のTC
濃度お よびI
C
濃度 を､TOC
計 (島津製作所､TOC-
5
0
0
0
)
を用い て公 定法 (日本 工業規格1
9
9
8
B)
に準 じて測 定 したDTC
濃度 か らI
C
濃度 を引いた もの をDOC
濃度 とした｡(
2
)河川 中にお ける有機物濃度分布測定 (現地試料測定) 園場川 中流の図1
のT∼ Ⅳに示す4地点 において､2
0
0
7
年1
0
月1
5
日 (午前9
時2
4
分∼午前1
0
時2
6
分)お よび同年1
0
月3
0
日 (午前9
時3
分∼午前1
0時1
分) に河川水 をプラスチ ック製 カ ップ を用 いてプ ラスチ ック製 ビン中に採取 し､氷冷 して実験室まで運搬 した｡ 出場川 は地点 1か らTVに向かって流れ てい る｡地点 lとⅢの間 (約4
0
0
m)
には人 きな排水 路の流入がな く､川岸 は コンク リー トで作 られているが､その表面 には関山が設け られ､雑草 が繁茂 している｡ また､河床 にも土砂 が堆積 して雑草が繁茂 した状態 になっている｡地点 Illと Ⅳの間 (約1
5
0
m)
には排水路の流入がな く､川岸 は土で作 られ雑草が繁茂 してい る｡ 試料 を1
0
分 間超 音波処理 した後 ､ それ らのTC
濃度 お よびI
C
濃度 を､TOC
計 (島津製作所 ､TOC-
5
0
0
0
)
を用 いて公定法 (日本 工業規格1
9
9
8
B)
に準 じて測定 したoTC
濃度か らI
C
濃度 を引いた ものをTOC
濃度 と した｡3.
結果
(1)河川水の有機物濃度時間変化測定 (室内実験) 地点 lで採取 した河川水試料 の水質測定結果 を表2に示 したo 表2 地点 lにおける河川水試料の水笑 pH EC (msmll)s
s(gL .)7
.
5
1
2
0
0.03沖縄 島 の河 川水 にお ける有機物 自浄作用 各河川水試料の
I
C
お よびDOC
の濃度 の推移 を図2
お よび3
に示 した｡ 14 1_2 1 ･_i/0-8 t,li_ 5206 04 020
0
24 48 72 144 経過 時 間 (hr) 図2 室 内実験 における河川水 中のIC濃度の推移 (IC濃度は実験開始時を1とした相対濃度で表記 した) 2 8 6 4 2 1 8 6 4 20
1 1 1 1 0 0 0 0 嘩 磐 U O O0
24 48 72 144 経 過 時 間 (hr) ･ ≡ A H･◇日･B一
･
●一
一 C - ｢ヒ･-D 図3
室 内実験 における河川水 中のD
O
C
濃度の推移(
DOC
濃度 は実験開始時を1
とした相対濃度で表記 した) (2)河川中にお ける有機物濃度分布測定 (現地試料測定) 国場川 にお ける河川水 中のTOC
お よびI
C
濃度 の測定結果 は､表3
の よ うになった｡ 大 きな排水路の流入がな く比較的 自然度の高い河川環境が続 く地点 ⅠとⅡの間お よび地点Ⅲ と Ⅳの間でそれぞれI
C
が減少 し､TOC
が増加す る傾 向が見 られ た｡ - 105-田 代 豊 ･大 里 浩 平 表
3
国場川各地点 における各態炭素濃度 地点 TOC(ppm) IC(ppm) 採水 日2
0
0
8
/1
0
/1
5
Ⅰ
6
.4Ⅱ
6.7 Ⅲ 6.9 Ⅳ 7.73
8
.
3
36.63
8
.43
6
.
8
2
0
0
8
/1
0
/
3
0
I1
0
,
3
5
3
.
7
Ⅱ
1
1
.
0
5
2
.
3
ml
l
.
8
5
3
.
0
Ⅳ 14.0 51,4 4.
考察
沖縄 県 の測 定 (沖縄 県2
0
0
7
B)
に よる と､2
0
0
5
年度 にお け る国場川 ( 一日橋) のpHは7
.
7
-8
.
0
､S
Sは50
-3
2
mg
Llで推移 してお り､今 回採 取 した河川 水 のpHとS
Sは通 常の範 囲 と 大 き く異 な って はい なか った｡ また､ 一般 に河川 のEC
は1
0
-数十mS
m
■程度 で あ る (金 野2
0
0
5
)
が ､表2
の よ うにE3場川 のEC
は これ よ り大 き く､人 為的 な汚染 を受 けた河
川 である こ とを示唆 してい る｡ 室 内実験 にお いて､ICは､ 明条件 下 (A､B)で は､ 暗条件 下 (C､D) よ りも時間の経過 とともに よ り大 き く減少す るこ とが観 察 され た｡ これ は､河川水 中に生息す る藻類 の光合成 に よって水 中の無機 炭 素 の利 用 が進 ん だ ため と考 え られ る｡ -一方 ､酸 素の供 給 の有 無はICの推 移 に対 して大 きな影響 を与 えなかった｡ DOC濃度 は ､暗 条件 で静置 した場合 にはほ とん ど変化 しなか った (C)o 明条件 で静 置 した 場合 には､時 間の経 過 とともにDOCが増加 す る傾 向 を示 した(
A)
｡ これ は､光合成 に よって 生産 され た有機 酸 な どの有機 炭素 が水 中に増加 したため と考 え られ るO ただ し､ この条件 では DOCが光化学反応 に よる重合 に よって沈殿 しやす い こ とも予想 され ､ 一時的 にDOCが減少 し たのは この よ うな作用 に よるものであ る可能性 があ る｡ 暗条件 で ば っ気 した場合 は､時 間の経過 とともにDOCは減 少 した (D)｡ これ は､酸素の供 給 に よ り好気的 な微 生物 に よる分解 が進行 した もの と考 え られ る｡ 河川水 中に酸素 を供給す る と有機 物 の分解 が よ り早ま り､河川 の 自浄作用が高 ま る ことが実験室 内で再現 で きた ことにな る｡ 明条件 で ば っ気 す る と､DOCは初 期 には減少 した ものの ､そ の後横 ばい となった(
B)
｡ これ は､Aで示 され た光合成 に よる有機 物 の生産 と､Dで示 され た好気 的 な分解 とが措抗 した た め と考 え られ る｡ 以 上の結果 に よ り､国場川 河川水 中の有機 汚濁物質 が ､酸素の供給 に よって浄化 され ること が確認 され たO これ は､河川 水 中に 自然状態 で生息す る微 生物 に よる好気的 な/))解 が進 んだ も の と考 え られ る｡ 同時 に､ 日照 が あ る河川 中で は藻類 に よる光合成 に よ り､ICか ら有機 物 が 合成 され るこ とも認 め られ た｡ 本研 究の現地試料測定結果 に よる と､途 中に大 きな排水路 の流入 のない地点 1･
Ⅲ間､お よ びⅢ ･Ⅳ 間 では､ いずれ も流 下 とともにICが減少 しTOCが増加 す る こ とが観 測 され た｡ これ は明条件 での室 内実験 と同様 に､ 実際 の河川 水 で も藻類 の光合成 に よってICが消 費 されTOC が生産 され て いたた め と考 え られ る｡ 国場川 (一 日橋) にお ける溶 存酸素濃度 は平成1
7
年度平 均 で3.
5
mgL
■であ り (沖縄 県2
0
07
)
､一･般 に河川 の 自然浄化 作用 が機 能 で きる と考 え られ沖縄島の河川水における有機物自浄作用
ている限界溶存酸素濃度4mgLJ(Novotory andKrenkel1975)を下回 っている｡ このため 本jljf究で調査 した国場川の区間は､好気的な微生物 による分解 が十分 に進行す るには酸素が不 十分で､室内実験 にお ける条件
A (
明条件静置) に近 い状態 であった ことにな る｡ さらに､試 料水を採取 した国湯川 中流が以前か ら汚濁 の著 しい河川 であるため､河床 の底質 中に多量の汚 濁物質が蓄積 され ていることも考 え られた｡ このよ うな場合 ､採水時点では こ うした汚濁物質 が河床 か ら河川 水に供給 され る状態 にあったために､ た とえDO
Cが減少 して も懸濁物 質 も含 めた河川水全体 のTO
Cが増加 した可能性 もある｡ この よ うな場合 につ いては､今後 降雨時の 流出特性 な どを含 めた研 究が必要 である (囲松 ･村 岡 1989)0 殺菌作用のある物質 による特 異な汚染 を受 けていない通常の河川 では､微生物群が河川水 中 の有機 汚濁物質 を分解 していることは広 く知 られ ているo l一方で､ この よ うな微生物 の作用 を 中心 とす る河川 の 日浄作用が誤解 され､その河川 の環境 に適応 した本来の有用な微生物がすで に無数 に生息 している河川 中に､人為的に培養 した微生物 を投入す るよ うな行為が河川浄化活 動 と称 して民間企業の主導 によって しば しば行 われ てい る｡ こ うした行為 には科学的根拠 がな く (稲盛 ら 1995､Noparatnarapom andVasuvat 1996､惣 田ら 1998)無意味であるこ とが指摘 されているが､本来の市民活動や環境教育活動 を阻害す る場合す らある｡ この よ うな 点か らも､河川の持つ本来の 自浄作用 についての正確 な情報が広 く提供 され る ことが必要 であ ると言えよ う｡-一般 にこの よ うな有用 な微生物群 は､ 自然の状態でその河川 の環境 に適応 し最 も効率 よく有機物 を代謝 で きるものが環境 に応 じた量河川 中にす でに存在 してお り (手塚 1974､宗宮 1990､Suberkropp 1998)､微生物 の種類や貴が河川水 中の有機汚濁物質 の分解 速度 を律速 していない こ とは､河川水 の有機 汚濁 を測定す る指標 と して広 く用 い られ るBOD
の測定原理 (橘 2005)か らも明 らかである｡本研 究の結果 も､ば っ気 して好気的 な条件 にす ることによ り､同場川河川水 中に本来生息す る微 生物 による有機 物の分解が進 む ことを示 して いる｡ ただ し､実際の河川 では光合成 に よる有機物 の合成 も盛 んであるため､国場川 を流下す る河川水 中での有機物 の収支は､微生物 の捕食者 を含む食物連鎖 が存在 し上位捕食者 が最終的 に有機物 を系外 に持 ち出す ことによって初 めてマイナスになるもの と考 え られ る｡ 以 卜の ことか ら､河川浄化のためには､河床 の構造や材質の改良による酸素の供給 な ど､河 川水 中に 自然 に存在 してい る微生物 による有機物分解 が十分 に機能 できるよ うな条件 を整 える とともに､多様 な生物 が生息す る健全な生態系が河川 中に存在 で きる条件 を整備す ることが重 要であると言える｡参考文献
稲盛悠平 ･頗ノ1二邦彦 ･松村止利 ･須藤隆一著 ｢有用微生物及び微生物製剤の水質浄化に対する効果 とそ の評価｣､第29回日本水環境学会午会講演集､1995年､pp381｡ 沖縄県 『環境白書 平成17年度報告』､2007A 沖縄県 『平成17年度水質測定結果』､2007B 閥松孝9!,･村岡浩爾編著 『河川汚濁のモデル解析』､技報堂､1989年｡ 幸地良イ-,著 『おきなわの川』､むぎ礼､1992年｡ 金野炎降第 ｢電気伝導率｣､『水の分析』､化学同人､2005年Q 惣田n-AJlr･綿谷寿R･･地道彦 ･藤uj7f:,毒草
｢微生物生態系に導入された外来菌の淘汰要田｣､環境技術､27､ - 107-田 代 豊 ･大 里 浩 平 1998年､pp,31-35｡ 宗 宮功編 『自然の浄化機構』､技 報堂､1990年O 橘治開署 ｢生物化学的酸素要求量｣､『水 の分析』､化学 同人､2005年｡ 手塚泰彦著 『河川 の汚染』､築地書館､1974年｡ 日本上業規格 JISK 010214.1､1998A 日本 工業規格 JISK 010222.1､1998B
Noparatnaraporn,N.andVasuvat,Y.I-ThailandCollaborativeResearchonEvaluat10nOrEM and EM Products Their Feaslbllity Testing and Effects of Their Uses on AgrlCulLure and Envil･Onment,‖ 日本 土壌肥 料学会 シンポ ジ ウム ｢微 生物 を利 用 した農 業資材 の現状 と将 来｣講演要 旨 集､1996年､pp.5-110
Novotory,V.andKrenkel,P.A.''A WasteAssimilativeCapacityModelforaShallow,Turblent Stream,1'WaterResearch9,1975,pp231-241.
Suberkropp,K.F.''MICrOOrganismsand OrganlCMatter Decomposition,'■R乙UerEcology and Managemant,Sprlnger,1998.
