陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2022）同位体環境学がえがく世界：2022 年版

越境大気汚染や黄砂の影響をコケの安定同位体比で評価する
大石善隆（福井県立大学）

2．コケと大気汚染

１．コケにできないコケ
小さくて目立たず、不味くて食料にもならず、中国など東アジアの国々から日本へは西風におまけにきれいな花も咲かせないコケ。そのため、のっていろいろな大気汚染物質（越境大気汚染）

文字通りコケにされがちなコケですが、こんなコや黄砂が飛来します。とくに近年は活発な経済活

ケでも、いや、コケだからこそ、活躍する場面も動などによって汚染物質の飛来量が増加し、生態あります。その一つに、コケが環境の指標となる系や健康などへ与える影響が懸念されています。

こと（＝コケの状態をみたり、コケに含まれる物

これらの越境大気汚染物質には、国内のものと質を分析したりすることで、環境の良し悪しを手は値の異なる安定同位体比（以下、同位体比）を軽に評価すること）が挙げられます。とくに、コもつ元素も含まれています。ここでは、その中かケは大気環境の指標として広く利用されています。

ら 3 つの元素（窒素、鉛、ストロンチウム）に着コケが大気環境の指標となる理由については、目して、越境汚染に対するコケの指標性について検討してみましょう。

その水・栄養分の吸収方法が大きく関係しています。実はコケには根が発達せず、体の表面から直窒素（N）接、大気中や雨に含まれる物質を吸収しています。そのため、コケは大気中に浮遊していたり、数ある越境大気汚染物質のなかで、今、大きな雨に溶けたりしている汚染物質を容易に吸収して問題になっているものの一つに窒素汚染がありましまうのです。ちなみに、コケを引っこ抜くと根す。窒素は植物にとって欠かすことのできない重のようなものがついていますが、これは「仮根」要な元素です。しかし、あまりに多くの窒素が供といって、その主な役割は土や木の幹、岩にくっ給されすぎると、生態系に深刻な影響が生じまつくことで、木や草のように水や栄養分を土からす。例えば、窒素を好む植物ばかりになってし吸収する機能はほとんどありません。

まったり、それに伴って、生態系のバランスが崩「環境を評価するなら、観測機器を設置すればれてしまったりします。

いいのに。わざわざコケを使わなくても…」といコケに含まれる窒素の起源を探るうえで、窒素う意見はごもっともです。もちろん、理想をいえ同位体比は有用な指標になります。化石燃料（石ばそうなのですが、生物を使うからこそのメリッ油や石炭など）の燃焼で発生した窒素や、大気をトや、他にもさまざまな事情があります。例えば、浮遊する微小な粒子（PM）に含まれている窒素

観測機器を設置・維持するには手間もコストもかでは、δ15N の値が高くなることが知られています。

かります。そのため、多くの地域で継続的に環境越境由来の窒素には化石燃料の燃焼によって発生を評価するのは容易ではありません。その一方、するものが多く含まれ、おまけに PM に含まれて野外に生えているコケを利用すれば、効率的に環日本やってくるものも少なくありません。この状

境を評価することができるのです。

況を踏まえれば、越境由来の窒素汚染が深刻な地域では、コケの窒素同位体比も高くなりそうです。
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陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2022）同位体環境学がえがく世界：2022 年版

鉛（Pb）（1）コケの窒素同位体比は西斜面で高くなった。

鉛は生物にとって毒性の強い元素で、食物連鎖

この傾向は、越境大気汚染の影響が相対的に強によって濃縮されることから、その動態を把握す

くなる標高の高い地域で顕著であった（図 1）。

ることは生物多様性や生態系の保全にとって重要です。
窒素同位体比と同じように、鉛同位体比も鉛の起源の推定に用いられます。既存の研究によると、越境由来の大気に含まれる鉛の同位体比は、国内由来のものよりも高くなる傾向があります。
そこで、越境由来の大気の影響を受けやすい地域では、コケの鉛同位体比も高くなると予想されます。
ストロンチウム（Sr）
近年は中国内陸部の森林の減少に伴って日本で

図 1．コ ケの窒素同位体比（δ15N）と標高・斜面方位との関係
Oishi（2019）の結果の一部（W2、E2 プロット）を利用して作図。

観測される黄砂の頻度も高まっており、その影響評価が求められています。
一般に、黄砂に含まれるストロンチウムの同位体比は国内由来のものよりも高い値をもつことが（2）コケの鉛同位体比は西斜面で高くなった。し報告されています。そのため、黄砂が多く降り注かし、その値は越境由来のものではなく、国ぐ地域では、コケのストロンチウム同位体比も高内由来の大気汚染物質に含まれる鉛化合物のくなっている可能性があります。

同位体比の範囲内にあった（図 2）。

3．コケの同位体比と越境大気汚染・黄砂
以上のように、コケの窒素、鉛、ストロンチウ
ム同位体比は越境大気汚染・黄砂の影響が強い地域で高くなると考えられます。この推察を確かめるため、八ヶ岳（長野県）でコケを採取し、その同位体比を測定しました。越境由来の大気は西風にやって飛来することを考慮すれば、次の仮説が立てられます。
【仮説】西 風の影響を受けやすい西斜面では、東斜面と比べて同位体比が高くなる
図 2．コ ケと雪・雨（国内・国外）に含まれる鉛同位体比の比較
Oishi et al.（2021）の Fig. 5 を改変。雪・雨の同 位 体 比 に つ い て は Mizoguchi et al.（2012）、
Mukai et al.（1999）を参照。1–4 の番号は、国外の起源となった地域を示す。2020 年度版の【同位体環境学がえがく世界】の図を改変。

4．八ヶ岳におけるコケの同位体比
八ヶ岳で採取したコケの窒素、鉛、ストロンチウム同位体比について、斜面ごとに結果をまとめると、次のようになります。

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陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2022）同位体環境学がえがく世界：2022 年版（3）窒素や鉛とは異なり、コケのストロンチウム地の土壌に高い濃度で含まれており、コケに多く同位体比は西斜面と東斜面との間で有意な差吸収されていたことなどが挙げられます。

はみられず、その値は黄砂由来のものとは大6．まとめきく異なっていた。その一方、コケのストロンチウム同位体比と生育場所の土壌のストロ今回の研究から、コケに含まれる窒素、鉛、スンチウム同位体比との間には極めて高い相関

トロンチウムはそれぞれ越境由来の大気汚染物質（r＝0.921、t＝1.175、df＝22、p < 0.01）がみなどへの応答が異なることがわかりました。コケられた（図 3）。の窒素・金属元素吸収プロセスにはさまざまな要因が関連しています。今回のストロンチウムのように、大気以外に由来する金属がコケに吸収されていることもあれば、コケに吸収される際に金属イオンの間で競合が起こることも報告されています。今後、これらの要因を一つずつ紐解いていくことで、コケの指標性について考察を深めることができるでしょう。
本報告は 2019 年度、2020 年度版の【同位体環境学がえがく世界】の内容を一部加筆・修正するとともに、新たに Sr 同位体に関する話題も加えて再執筆したものです。なお、Sr 同位体の結果
は Oishi（2021）をもとに執筆しました。

図 3．コケと土壌のストロンチウム同位体比
コケのストロンチウム同位体比は各調査プロットの平均値を用いた。大気降下物中の黄砂成分の値は Nakano et al.（2001）による。Oishi（2021）の結果をもとに作図。

文献
Mizoguchi T, Jing Z, Satake H, Mukai H, UranoK, Kawasaki K (2012) Lead and sulfur
isotopic ratios in precipitation and their

5．コケの同位体比の指標性

relations to trans-boundary atmosphericpollution. Atmospheric Research 104‒105:

以上の研究成果より、調査地のコケの窒素同位体比には越境由来の窒素汚染物質の影響が、鉛同237‒244.

位体比には国内の大気汚染物質の影響が反映されhttps://doi.org/ 10.1016/j.atmosres.2011.10.015ていると考えられました。なお、鉛同位体比に越Mukai H, Tanaka A, Fujii T, Zeng Y, Hong Y,

境大気汚染の影響が現れなかった理由の一つとしTang J, … Zhai P (2001) Regional characteristicsて、越境由来の窒素汚染物質と比べて、鉛化合物

of sulfur and lead isotope ratios in the

はコケ植物に吸収されにくい可能性が挙げられ

atmosphere at several Chinese urban sites.

ます。

Environmental Science & Technology 35:1064‒1071.

その一方、ストロンチウム同位体比の値から、

https://doi.org/10.1021/es001399u

コケは主に生育場所の土壌からストロンチウムを吸収しており、その同位体比には大気由来の成分

Nakano T, Yokoo Y, Yamanaka M (2001)の影響はほとんど反映されていないと結論されまStrontium isotope constraint on the

した。この理由としては、ストロンチウムは調査

provenance of basic cations in soil water127

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2022）同位体環境学がえがく世界：2022 年版

and stream water in the Kawakami volcanictransboundary pollutants in the Yatsugatakewatershed, central Japan. Hydrological

Mountains, central Japan. Ecological

Processes 15: 1859‒1875.

Research 36: 401‒408.

https://doi.org/10.1002/hyp.244.

https://doi.org/10.1111/1440-1703.12205

Oishi Y (2019) Moss as an indicator of
著者情報

transboundary atmospheric nitrogen
pollution in an alpine ecosystem.

大石善隆

Atmospheric environment 208: 158‒166.

センター准教授。京都大学農学研

福井県立大学学術教養究科博士課程修了。博士（農学）。

https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2019.04.005

専門はコケの生物学。著書に『コOishi Y (2021) Potential use of Sr isotope ratio to

ケはなぜに美しい（NHK 出版）』など。

evaluate trace metal uptake in moss.
Ecological Indicators 121: 107063.
https://doi.org/10.1007/s11355-021-00476-5

 （2020 年 3 月 31 日、2021 年 3 月 31 日掲載）

Oishi Y, Shin K C, Tayasu I (2021) Lead isotope

ratios in moss for the assessment of128（2022 年 3 月 31 日改題、改版、加筆）