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

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K12298
• 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 – 2022-03-31
• Keywords: 窒素動態 / 山地渓流 / 斜面水 / 河川間隙水域

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、窒素動態に着目し、渓流における水質形成機構を斜面からの流出と流路内プロセスを組み合わせることによって明らかにすることを目的としている。本年度は、まず多々良川の支流である新建川の渓流域に斜面水や間隙水を定点的に採取するための観測井戸やピエゾメーターを設置し、水質観測を開始した。調査地点での渓流水の硝酸態窒素濃度は、基底流量時と出水時の両方において斜面水よりも高い傾向にあり、斜面水が渓流水を希釈していることが示唆された。また、間隙域においては表流水が流入する地点で渓流水と同程度もしくは高い濃度をもつ傾向があるが、間隙水が流路に湧き出る地点では渓流水濃度よりも低く、さらに地点によっては斜面水よりも低い濃度を示した。溶存態有機物も、表流水の流入地点では濃度が高く、湧出点では濃度が低い傾向が見られた。これらの結果から、調査渓流区間では、表流水が間隙域への流入と湧出を繰り返しながら下流に流れていることが確認でき、その過程で希釈や消化、脱窒によって硝酸態窒素濃度が変化している、つまり流路内プロセスが機能していることが示唆された。主に地下でおこる流路内プロセスを、目に見える指標を用いて評価することも、本研究の目的の一つである。調査区間はステップ-プール地形が優占していて、水頭値測定から表流水が流入するのはステップに近い地点、間隙水の湧出はプールに近い地点であることもわかった。今後はさらに、トレーサー投入を繰り返し、流路内プロセスを定量的に評価する。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

調査区間に設置した測定器具が出水でダメージを受けることも少なく、定期的な観測も開始し維持できている。流路内プロセスに関しては、水の河床への流入を制御する実験において、実施方法を再検討する必要があり、次年度は河床に敷く材料の質やサイズを変更するなどして対策する。斜面プロセスに関しては、サンプル地点を強化し、より多くの地形を考慮できるようにする。

Strategy for Future Research Activity

本年度開始した観測を継続し、さらに斜面水・間隙水の観測地点を増やし、特に斜面水の時間的変化(季節的・出水時)と空間的ばらつきのデータを取得する予定である。またトレーサー調査においては、水の河床への流入を制御する実験を実施方法を工夫しながら繰り返し、流路内プロセスの季節的変化や出水時の変化を明らかにしたい。斜面地形や河川地形を測量し、水頭値測定や地下水解析モデルを用いて、地形を指標として地下での水の流れや窒素動態の評価につなげる研究も始める。

Causes of Carryover

本年度は、研究成果の学会の発表を行わなかったため、次年度は河川の研究者が集う応用生態工学会と森林の研究者が集う森林学会で発表を行う予定である。また、基本的な水質調査は進めているので、予定していた安定同位体の分析を次年度に実施したい。