脱窒とメタン生成による自然水域の浄化とその機能強化のための環境管理

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03202221
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 坂本 充 名古屋大学, 水圏科学研究所, 教授 (30022536)
• 研究分担者: 寺井 久慈 名古屋大学, 水圏科学研究所, 助手 (10023855)
• キーワード: 脱窒 / メタン生成 / 富栄養湖 / 自然浄化機能 / 亜酸化窒素 / バブルメタン / 温室効果ガス / 水域環境管理

研究概要

本研究の目的は、富栄養水域の底泥における窒素と有機物の主要な浄化過程である脱窒とメタン生成について、それぞれの機能の制御因子の解析を行い、自然水域における浄化機能強化のための環境管理のマスタ-プランを提案することにある。本年度は前年度の研究成果をふまえ、脱窒では木崎湖の異なる深度の底泥についての現場実験と持帰り試料の連続培養実験を、メタン生成では拡散および気泡発生によるメタンの生成量について諏訪湖、木崎湖、深見池の比較を行ない、脱窒とメタン生成の活性や生成物を左右する条件の解明を行なった。
1)脱窒活性:木崎湖における底泥の脱窒活性(硝酸添加)の時期的推移については、春から夏にかけて活性が増加し、9月に最大となり冬期に向かって低下する傾向にあった。また沿岸部底泥では深底部より高い活性が得られた。1991年6月から9月にかけて、硝酸濃度に対する脱窒活性の依存関係の変動を調べた結果、K_sおよびV_mはいずれも沿岸部で高く時期的な変動も少いが、深底部のK_sは沿岸部の1/3程度でV_mが6月から7月にかけて激減した。また間隙水中のDOCや有機酸濃度はむしろ深底部で多くなっているにもかかわらず沿岸部の脱窒活性が高いことから、底泥の脱窒は沿岸部では硝酸の供給過程に大きく依存しており、脱窒による水域の浄化機能の観点からも沿岸部底泥の脱窒活性の重要性が示された。
2)メタン生成:木崎湖および深見池の夏季成層期には溶存酸素濃度0.5mg/1以下の深層で高濃度のメタンの蓄積が見られるが、このメタンは表水層で酸化され0.5〜1.5μM(大気平衡濃度の数百倍)になる。一方気泡によるメタン放出量は、深見池では表水層から大気への拡散量の15〜300倍に達し、諏訪湖でも3〜30倍となっている。酸化的な諏訪湖では還元的な深見池よりバブルメタンの発生量が著しく低いことから、撹拌による湖水の酸化状態の維持がメタン発生を抑制する上で重要な要因となっていることが示された。

研究成果

• [文献書誌] Yagi,A., Miyachi,S.and Terai,H.: "Vertical distribution of purple nonsulphur bacteria and their utilization of dissolved organic carbon in Lake Fukamiーike." Arch. Hydrobiol.121. 307-317 (1991)
• [文献書誌] Takahashi,K., Wada,E.and Sakamoto,M.: "Relationship between carbon isotope descrimination and the specific growth rate of green alga Chlamydomonas reinhardtii." Jpn. J. Limnol.52. 105-112 (1991)
• [文献書誌] Terai,H. and Yoh,M.: "Cyclings of reduced gases in the hydrosphere" E. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlungen, (1992)
• [文献書誌] 寺井 久慈,楊 宗興: "「微生物の生態」" 学会出版センタ-, (1992)