2016 Fiscal Year Research-status Report
有機汚濁が進む閉鎖性水域の水環境保全に向けたＬＥＤ水環境修復技術の実用化と高度化
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15K07649
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
原田 昌佳 九州大学, 農学研究院, 准教授 (80325000)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平松 和昭 九州大学, 農学研究院, 教授 (10199094)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 無酸素解消 / 溶存酸素 / 光合成速度 / 大型藻類 / 水質実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２８年度では，水中ＬＥＤによる水環境修復技術の実用化に向けた知見を得ることを目的として実験水槽を用いたＬＥＤ照射実験を行い，下記の研究成果をえた．
まず，無光・無酸素期間，照射光強度，大型藻類の三つの視点から，ＤＯの生産・消費量に影響を及ぼす要因の定量的評価を目的とした円筒水槽内でのＬＥＤ照射実験を行った．その結果，長期間の無光状態は藻類の光応答性を低下させることで無酸素化解消までの期間が長期化すること，長期にわたる無酸素化は，還元性物質の増大によるＤＯ環境改善に要する時間の長期化，溶出による栄養塩の増大に伴う光合成速度の加速，強い還元的状態による大型藻類の増殖の制限とＤＯ改善効果の低下に繋がることを見出した．また，室内実験で得た知見を基に，長期的な無光状態による藻類の光合成制限，嫌気的条件下で増加した還元性物質によるＤＯ消費量の増大，植物プランクトンと大型藻類によるＤＯ生産の視点から水質予測モデルを構築し，水中ＬＥＤ照射による水環境改善効果の定量的な評価手法を確立した．
つぎに，コンテナボックスを利用したＬＥＤ照射実験を通じて，ＤＯ生産者として，植物プランクトンに加えて付着性藻や糸状藻の大型藻類に着目し，これらの植物相がＤＯも含めた水質改善効果に与える影響を，照射光の光質・光強度と関連付けて検討した．その結果，ＬＥＤ照射光の光質・光強度がＤＯ改善効果に与える影響は，糸状藻の光合成速度に対する光制限因子として現れることが示された．最適光強度の条件では，糸状藻の発生が持続的なＤＯ改善効果に繋がり，この光合成速度は赤・青波長域の光量子量に強く依存することを見出した．弱光強度条件では，糸状藻は発生せず無酸素化の解消には至らないものの，植物プランクトン・付着性藻のＤＯ生産により，栄養塩の溶出や硫化物の発生に代表される水質悪化の現象は抑制されるという点でＬＥＤ照射の効果が確認された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
水中ＬＥＤによる水環境修復技術の実用化に向けて，無光・無酸素期間，照射光強度，大型藻類の視点からＤＯの生産・消費量に影響を及ぼす要因を定量的に評価できた点で有益な知見が得られた評価できる．とくに，長期間にわたる無光状態と無酸素状態によって生じうる，藻類の光応答性の鈍化，栄養塩の溶出，還元性物質の増大がＤＯの生産量と消費量に与える影響を定量的に評価できた点で，非常に大きな達成度を得た．さらに，長期的な無光状態による藻類の光合成制限，嫌気的条件下で増加した還元性物質によるＤＯ消費量の増大，植物プランクトンならびに付着藻や糸状藻などの大型藻類によるＤＯ生産の視点から生態系モデルを改良できたことは，水質予測モデルを通じて有機汚濁水域での水中ＬＥＤ照射による水環境の改善メカニズムの究明を可能にするものであり，これはＬＥＤによる水環境改善技術の現地適用をする上で極めて重要な研究成果である．
さらに，上記とは異なる視点から本研究の達成に向けた顕著な知見を二つ得た．一つ目は，植物プランクトンに加えて付着性藻や糸状藻の大型藻類がＤＯも含めた水質改善効果に与える影響について，照射光の光質・光強度と関連付けて検討することができたことであり，とくに糸状藻がＤＯ環境の改善効果に与える影響を定量的に評価できたことは極めて重要な知見である．二つ目は，光合成有効光量子量の１０分の一程度の弱光条件の場合，無酸素化解消には至らないものの，嫌気的条件に伴う栄養塩の溶出や硫化水素の発生が抑制されたという点で水環境の改善効果を見出して点は，本研究で提案するＬＥＤ照射による水環境改善システムの現地適用に向けた有益な知見ともいえる．
以上から，今年度で得られた成果をもとに「有機汚濁が進む閉鎖性水域の水環境保全に向けたＬＥＤ水環境修復技術の実用化と高度化」という本研究の目的が着実に達成されていることが判断される．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２８年度に引き続き，水中ＬＥＤによる水環境修復技術の実用化に向けた室内実験を行い，本技術の確立に向けた基礎的知見の収集を行う．２９年度ではＬＥＤ光が付着藻類・水草などの発生，生育に及ぼす影響に加えて，このような植生が水環境改善に与える効果を，光スペクトルや光量子量と関連付けて検討する．また，ＬＥＤ照射光の透過方向の減衰特性を考慮に入れたＤＯ改善効果についても検討し，現地に本技術を適用した際の改善効果を期待できる範囲の推定に利用する．また，生態系モデルに基づく改善効果の定量的評価と技術の最適化に向けた水環境動態解析モデルを構築する．２９年度では，照射方向のＬＥＤ光の減衰を考慮に入れた生態系モデルベースとして，水平拡散モデル型水質予測モデルの開発を目指す．最終的には，本技術の修復効果の定量的評価と最適制御ルールの探索を目的としたシナリオ分析を行う．あわせて，付着藻類や沈水性植物の生育プロセスを反映させた水環境動態モデルの構築も行い，環境調和型の水質改善効果の視点から，本技術の有効性・実用性を定量的に評価する．
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