窒素動態からみる斜面流出と流路内プロセスを合わせた渓流の水質形成機構

• Project/Area Number: 19K12298
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 笠原 玉青 九州大学, 農学研究院, 准教授 (10622037)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 山地渓流 / 硝酸態窒素 / 河川間隙水域 / 斜面水 / トレーサー / リター分解 / 河床地形 / 無機態窒素動態 / 窒素動態 / 水質形成 / 渓流

Outline of Research at the Start

渓流における水質形成機構を、斜面流出と流路内プロセスを定量的に合わせて、明らかにする。窒素動態に着目し、野外実験や観測に、流域・地下水モデルを使った解析を加え、水質形成機構の時間的、空間的変動を解明する。強度間伐や土砂災害など、渓流の環境が一変する事例が増える中、水質の観点からの、渓流環境維持・再生指針への提言を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、渓流における水質形成機構を、窒素の流路内動態に着目して明らかにすることを目的とした。流路内の無機態窒素の保持機能を測定するために、生物反応がほとんどない（Conservative）トレーサーと硝酸態窒素をトレーサーとして同時に流路に投入する実験を各季節の平水時に行った。硝酸態窒素の取込距離（uptake length）は梅雨時期の平水流量も比較的多い時期には600 mと高かったが、それ以外の季節は < 300 mと低かった。調査地は、季節を通して硝酸態窒素濃度が > 1.2 mg/Lと慢性的に高い硝酸態窒素濃度をもつ渓流であったため、取込距離が長くなるという予測に反した。硝酸態窒素濃度の低い森林渓流で測定された取込距離と比較すると、少し高い傾向にはあるものの有意な差はみられなかった。流路と河川間隙水域の水の交換量が、流量の＞20％と季節を通して調査区間で高く、河川間隙水域の硝酸態窒素保持への貢献の大きさが示唆された。そこでさらに、流路と河川間隙水域間の水交換を減少させた状態で、トレーサー実験を夏と落葉期に行った。表流水が河川間隙水域に潜る瀬頭に不透水シートを敷くことで水交換量を減少させた。同じ調査区間でシートのある状態と無い状態を比較すると、ある状態では硝酸態窒素の取込距離が夏は＞1000 m、落葉期は > 600 m と大きく増加した。また、前年度に行った、流路（瀬・淵）と河川間隙水域のリター分解実験からも、河川間隙水域での微生物分解は淵と同程度であることがわかっている。これらの結果から、河川間隙水域は季節を通して、無機態窒素の流路内プロセスに重要な役割を果たしていることが明らかになった。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Kasetsart University(タイ)
• [Int'l Joint Research] Kasetsart University(タイ)
• [Journal Article] Novel Multifunctional Sewage Sludge-based Adsorbents For Treatment Of Municipal Wastewater (2024)
  • Author(s): Chawalit Chaiwong, Thammarat Koottatep, Yaowalak Chirasuwannaphot, Chanikarn Thanasrilungkul, Panadda Panchai, Wilasinee Chanamarn, Pongsak Noophan, Tamao Kasahara, Sumeth Wongkiew, Chongrak Polprasert
  • Journal Title: Journal of Applied Science and Engineering Volume: 27 Pages: 3197-3216
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of dams and reservoirs on organic matter decomposition in the hyporheic zone in forest mountain streams (2022)
  • Author(s): Kasahara Tamao、Li Yanda、Tanaka Aki
  • Journal Title: Hydrobiologia Volume: 849 Issue: 13 Pages: 2949-2965
  • DOI: 10.1007/s10750-022-04905-w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 山地渓流の河床と河川間隙水域における有機物分解速度の比較 (2022)
  • Author(s): 李 彦達 ; 笠原 玉青 ; 智和 正明
  • Journal Title: 九州大学農学部演習林報告 Volume: 103 Pages: 7-12
  • Open Access
• [Presentation] In-Stream Nitrate Retention in a Forest Mountain Stream with Elevated Nitrate Concentration in Western Japan (2023)
  • Author(s): Tamao Kasahara, Aki Tanaka
  • Organizer: American Geophysical Union Annual Meeting 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 硝酸態窒素濃度の高い渓流における窒素保持機能の評価 (2022)
  • Author(s): 笠原玉青 田中熙一
  • Organizer: 第24回 応用生態工学会 研究発表会
• [Presentation] 渓流での窒素保持に河床と河川間隙水域が及ぼす影響 (2022)
  • Author(s): 笠原玉青 ; 李 彦達 ; 久保朋也
  • Organizer: 第 133 回日本森林学会大会
• [Presentation] 渓流における有機物の貯留、分解の 流路内変動及び季節間変動 (2022)
  • Author(s): 田中熙一; 笠原玉青
  • Organizer: 第 133 回日本森林学会大会
• [Presentation] Retention of nitrate in a headwater stream: effects of benthic and hyporheic zone (2021)
  • Author(s): Yanda Li, Tomoya Kubo, Tamao Kasahara
  • Organizer: Environment Technology and Management 2021 (Thailand)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] 森林水文学入門 (2022)
  • Author(s): 大槻 恭一、久米 朋宣、笠原 玉青
  • Total Pages: 256
  • Publisher: 朝倉書店
  • ISBN: 9784254470604