2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of environmental dynamic analysis model for advanced management of environmental load connecting forest-village-river-sea
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21K12321
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
駒井 克昭 北見工業大学, 工学部, 教授 (90314731)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中山 恵介 神戸大学, 工学研究科, 教授 (60271649)
中下 慎也 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (90613034)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ノンポイントソース / 環境動態解析 / 起源追跡 / 流域特性 / 流出モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
森里川海にわたる流域～沿岸生態系の保全は豊かな自然と持続可能な循環型社会の構築に寄与するものと考えられる．近年では，海域への過剰な流入負荷対策は進み，N，Pの環境基準の達成率は改善されたが，海底に蓄積された大量に栄養塩を含む有機泥は貧酸素水塊や栄養塩の溶出の原因となり，海域の生態系や物質循環過程は劣化していることから，きれいで豊かな海を取り戻すには順応的な流域の栄養塩管理も必要である．沿岸域の背後地である流域からの負荷の発生源は，家庭や工場，事業所等の特定汚染源と市街地の舗装面や田畑，森林，湿地等の非特定汚染源に分類される．例えば，都市や畑地，牧草地などに利用されている地域や森林，湿地，湖沼などの自然地域がモザイク状に分布する場合，面源負荷は自然的・社会的な要因により大きく変化しうる．集中豪雨による都市域からの表面流出，過疎化や高齢化による里地・里山の荒廃，農業の大規模化や耕作放棄，気候変動に伴う湿地の植生変化や湖沼の富栄養化等は，面源負荷の質と量に大きく影響を及ぼすと考えられることから，流域の面源負荷対策を評価・予測できる拡張性の高い環境動態解析モデルの構築は喫緊の課題である．本研究では，自然・人為由来の様々な物質の起源を表すマーカー情報（MDF）を開発し，森里川海をつなぎ海洋生態系の栄養物質になりうる物質の由来を追跡する環境動態解析手法を構築することである．今年度においては，流域固有のMDFを定量するための分析メソッドの構築とその有用性が確認され，物質の起源を表す基礎的知見が得られた．また，環境動態解析モデルへのMDFの組み込みに向けモデルの拡張，面源負荷発生サブモデルの適用性，および粒子挙動のモデルパラメータの検証がなされ，環境動態解析手法の構築に向けて基礎的かつ重要な成果が得られた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度においては，MDFとなりうる14の希土類元素を含む40種の金属元素，およびフルボ酸などのCDOMのEEMsについて定量するための分析メソッドを構築することが出来た．また，水域の水生生物と流域との関係性について検討し，微量元素が生物の特性に応じて異なるプロファイルを示すことも明らかになった．さらに統計的手法を用いてそれぞれの物質の起源情報としての適用性について検討することが出来た．限定的な例にはなるが，現象を単純化したモデルにより水域でのマーカー物質の追跡について検討を行い，マーカー物質を用いた物質収支の検討手法の構築を試みた．流域での物質輸送モデル（OPDM）へのMDFの組み込みに向けてモデルの拡張に関する基礎的検討を行った．例として，面源負荷発生サブモデルに関しては，釧路川本川及び支川における流域特性と流出特性についての考察を進め，流域特性に配慮する必要があることが確認できた．水中の粒子挙動については，比較的に実験が容易な手法を用いて固-液界面特性の性状を考慮した粒子挙動のモデルパラメータの検討を進めることが出来た．
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| Strategy for Future Research Activity |
次の段階としては前年度の研究成果を活かしてさらなるデータ取得及びモデル構築を推進する．まず，森林，湿地，畑地，牧草地，等の様々な土地利用が集水域に存在する小流域を中心に調査を実施し，降水に対する栄養塩類，CDOM，REE，および金属元素の面源負荷量の応答特性から面源負荷発生モデルを定式化する．この際，データは限られているが過去の調査データも存在していることから最大限有効活用する．また，面源負荷発生サブモデルに関しては，土粒子の界面化学特性の指標化のため，土壌を用いた有機元素分析，粒度分布，およびゼータ電位等の特性評価を行い，粒子挙動との関係性をさらに詳細に検討し，モデル化を進める．以上に基づいて，エンドメンバーの多次元情報も参考にして統計的に有意なマーカー物質を選定し，MDFを構成することを試みる．OPDMに栄養塩類とMDFをモデル上の具体的な物質として組み込む．なお，モデルの構造上の特長により，取り扱う情報量の増大に対する開発コストを大幅に節約可能である．
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| Causes of Carryover |
当初交付された予算が不足していたため計画を変更して初年度に分析装置の購入とモデル開発用の予算を集中的に配分したが，研究開始後に様々な技術的な工夫と追加の自己資金の投入により初年度の使用額を削減した．次年度により充実したMDFのデータ取得と面源負荷量モデルの開発のための実験用の消耗品と調査旅費，OPDMの開発を継続するための解析用の消耗品，および謝金に充てる予定．
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