科学的能力開発ゼミ 生物編～江津湖の水環境と生物～

イソコツブムシトキワツユクサ

ハグロトンボ

上江津湖

コオニヤンマナベブタムシ

ミクリ

サワガニ

アオサギ
カワニナ

１年理数科

氏名

号

調査ポイント：
発表テーマ ：

目
項

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１

『科学的能力開発ゼミ』野外実習実施計画（目的・研究計画班・生物班引率教員）

２

２

実施計画
（内容説明・日程等）

３

３班構成

４

４

準備するもの・注意事項

５５

調査について（調査ポイント・調査方法）

６

６

資料
・水質調査の基礎知識（COD・PO４・NO３・ｐH）
・他の水質調査、生物学的水質判定法、コドラート法（区画法）
・底生動物を調べる

８

出典熊本県環境生活部環境局環境保全課

川の水環境「調査のてびき」

７

観察レポート

１８

８

考察・感想

２２

1科学的能力開発ゼミ（生物編）

野外実習

テーマ 『 江 津 湖 の 水環 境 と 生物 』
目的熊本市東区に位置する江津湖は、全国的にも珍しい市街地にある湧水湖であり、健軍水源地周辺は日量４０万ｍ３の地下水が湧出している。そのため、ヒメバイカモやヒラモなどをはじめ、ヨシノボリやシマドジョウなど貴重な水生動植物が生息する自然環境に恵まれた地域である。第二高校からも近く、生徒も身近に親しんでいる場所である。
本校１年理数科では、平成６年からこの江津湖を野外調査の場所として、水生動植物の同定や水質調査を行い、生物を指標とした環境学習の基礎的な手法を学んでいる。平成２８年は、理数科の長年にわたる調査研究の功績が評価され、「肥後の水とみどりの愛護賞」を受賞した。
江津湖の水環境については、近年湧水量の減少をはじめ、富栄養化が報告されている。また、ボタンウキクサ、テラピア、ブラックバスなどといった外来種の増加なども新聞等で注目されている。特に最近では、外来植物であるブラジルチドメグサが大繁殖し、生態系への影響が懸念される。熊本市は、外来動植物の駆除や白川上流域での湛水事業を行い、江津湖の水環境及び地下水保全に積極的に努めている。
水環境の状態を示す指標としては、無機的な pH・溶存酸素量などの他に、水中に生息する水生昆虫を用いる方法がある。カゲロウの幼虫などの水生昆虫は水環境の影響を受けやすく、清らかな環境に分布する種と汚濁の進んだ環境に分布する種とでは、明らかに種構成に違いが見られる。こうした生物を指標として水質を調べる方法に「パンドル・パック法」、「ベック・津田法」、「簡易調査法」があり、多くの湖沼・河川における水質調査に利用されている。
今回の野外実習では、上江津湖周辺に７カ所の調査地点を設定し、それぞれの地点での科学的な水質検査（pH・化学的酸素要求量・硝酸態窒素濃度・リン酸態リン濃度など）をはじめ、水生昆虫の種構成及び密度を班毎に調べることにより、江津湖の水環境について生物学的な視点から考察する。

参加者
１年理数科

４３名（男子３３名女子１０名）

引率教員
第二高校

職員（７名）

2

●○●実施計画●○●
１

能力開発ゼミ（生物）野外実習内容説明（１）江津湖の水環境に関する事前学習
５月１４日（火）演題「江津湖の生物相」
講師 清水 稔 先生（ 熊本博物館 学芸員）
（２）事前指導及び予備実験

５月２８日（火）（３）野外実習（水生生物の採集・水質調査）
水生生物の同定及び個体数調査・水質調査

６月４日（火）終日※野外実習が延期になった場合、日程が変更となる可能性あり。

（４）データのまとめ・発表準備

全３回（計６時間）（５）プレゼン発表

７月１６日（火）２

事前指導

江津湖に関してこれまで行われてきた調査について示し、生態系全体について事前学習を行う。また、野外実習での水質調査の方法（パックテストなど）や水生生物の採集方法（コドラート法）及び水生生物の生態や分類の方法を学習する。

３日

程調査日時・・・令和元年(２０１９年)６月４日（火）（小雨決行）
７：４０ 登校・早朝学習
８：１０ 更衣・出発準備
８：３０ 校門集合・出発
９：００ 江津湖集合
９：３０ 調査開始（１区間 約３０分）
１２：１０ 調査終了
１２：２０ 江津湖出発
１２：４０ 学校到着（ 到着後更衣・昼食）
１３：４５ 生物Ａ教室にてデータ及び採集生物の整理（生物Ａ教室でサンプル整理及び同定作業実施）
１６：３５ 試料の整理終了・解散※データ及び採集生物の整理が時間内にできなかった場合には、放課後等を利用してやり終える。

3

●○●班構成●○●①現地調査班☆自分のポイントで水質検査を行い、他のポイントでは生物採集をします。
【Ａグループ】
ポイント１

ポイント２

ポイント３

【Ｂグループ】
ポイント４

ポイント５

ポイント６

テーマ

調査ポイント担当者

ポイント７②テーマ発表班A

江津湖の周辺環境B

化学的水質判定

C

生物指標による水質判定

D

江津湖の地学的環境

E

江津湖の水生動物層

F

江津湖の植生4

発表テーマ担当者

●○●準備するもの●○●□課題研究のしおり□筆記具□飲み物（水筒やペットボトル）□タオル□帽子□着替え□靴（濡れてもよいもの。サンダルは不可。）□ビニール袋※その他、各自必要なものを考えて持参する。（電車賃や常備薬など）●○●注意事項●○●①観察のポイントを的確に把握する。
②こまめに記録をとる。
③行動は迅速に、無駄な行動や話を慎む。
④礼儀正しくする。
⑤危険な行動はしない。
⑥来た時よりも美しく、ゴミはすべて持ち帰る。
⑦野外実習に適した服装（水の中に入るので、濡れてもいい服・靴を着用。）⑧採集時の自然破壊は、最小限に止める。

熱中症の予防・対策を忘れずに！
熱中症は気温などの環境条件だけでなく、人間の体調や暑さに対する慣れなどが影響して起こります。気温がそれほど高くない日でも、湿度が高い・風が弱い日や、体が暑さに慣れていない時は注意が必要です。
※江津湖実習は移動を含めると５時間程度かかります。途中で飲み物を購入することはできませんので、飲み物は多めに準備してきてください。（天候にあわせてペットボトルを凍らせたり、水筒を持参するなど各自工夫を！）※当日までに十分な休養をとり、体調を整えておいてください。
実習当日は朝食をしっかりと食べてきてください。
（事前の水分塩分補給につながります）

5

●○●調査について●○●
１．調査ポイント
上江津湖の県立図書館裏にある芭蕉公園周辺から神水湧水地帯・健軍川にかけて、多様な環境を代表する調査ポイントを７カ所設定し、これらのポイントで水生生物の採集を行う。

＜ 江津湖概略図＞

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２．調査方法①各班の担当者は、水生生物の採集を始める前にバケツとポリ容器にポイントの水を入れる。その後、観察レポートに沿って以下の項目を測定する。
また、ポイント周辺に生息する生物や植物の写真を撮影する。
□天気・気温・水温

□水深

□流速

□透視度

□パックテストの数値（硝酸態窒素・リン酸態リン）□ｐH※パックテストと pH の測定はそれぞれ３回行います。早めにとりかかりましょう。

②50cm×50cm のコドラートを水底に置き、区画内の生物をすべて採集し、トレイに集め、サンプル瓶に入れる。
③帰校後、ポイント毎に採集した生物種名を調べ、個体数と個体重量を測定し、個体群密度を求める。
④分光光度計を用い、採水した水の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）・リン酸態リンを測定する。

３．調査の集計・まとめ◆水生生物の同定及び定量処理① そ れ ぞ れ の 班 ご と に 種 の 分 類・同 定 、計 量 、個 体 群 密 度 な ど を 算 出 す る 。
（ 中 身 の 入 っ て い な い 貝 類 は カ ウ ン ト し な い 。）
②採集した生物を種ごとにサンプル管に入れ、アルコールに浸す。
【ラベルの書き方】

（例）

採集日

2019 年 6 月 4 日

採集地

上江津湖

ポイント

ポイント③

種名
個体数

カワニナ

全重量10 匹◆観察レポートの作成・考察等① 観 察 レ ポ ー ト を 記 入 す る 。（ P17～ P19）
※ポイントの様子を忘れないうちにまとめておく。

②ポイント別ノートを作成する。
③ 考 察 ・ 感 想 （ P21） を 記 入 し 、 期 限 内 に 提 出 す る 。

741.25ｇ

水質調査の基礎知識
今回の水質調査で調査する項目

化学的酸素要求量･･･

ＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand）
硝酸（硝酸態窒素）･･･

NＯ ３リン酸（リン酸態リン）･･･

ＰＯ ４

水素イオン濃度指数ｐＨ･･･

ＣＯＤとは何？
ＣＯＤは、Chemical Oxygen Demand の略で、「化学的酸素要求量」といい、環境省の「湖沼水質調査」の指標として使われている。簡単にいえば、水の中に含まれている汚れ（主に有機物の汚れ）を数値化したものである。
ＣＯＤの測定原理は簡単である。水の中に強力な酸化剤を入れると、水中の有機物などの汚れに結合して酸素を供給し、汚れが多いほど酸化剤が使用される。残った酸化剤の量の測定により、汚れと結合した酸化剤の量がわかり、この酸素の量が、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）である。

ＣＯＤの測定原理
酸化剤
残った酸化剤の量から汚れの量を測定
水の汚れ8

NＯ ３とは？
硝酸態窒素は、硝酸塩や硝酸イオンに含まれる窒素であり、農地の肥料や家畜の排泄物、家庭排水に含まれている。それが地下に浸透し、地下水として地上に出てくる。硝酸態窒素が多く含まれる水を飲むと、血液中のヘモグロビンの酸素運搬を阻害するので乳幼児を窒息死の危険にさらす。硝酸態窒素が、体内で亜硝酸態窒素に変化すると発ガン物質になり、毒性も強くなる。
地下水・水道水の環境基準・・・・１０mg/L 以下

ＰＯ ４とは何？
リン酸（Ｐ）は地中に広く存在し、また自然水中に含まれている。リンは肥料の三大要素の一つであり、植物には肥料として多く補給されている。水中にリンが増加するのは、肥料に由来する農業排水や地下水、し尿や洗剤などの生活排水、さらに工場排水等から混入する場合が多い。
リンはそれ自体が直ちに水質汚濁を生じる物質ではないが、生物の生殖活動に重要な役割を果たし、湖沼海域などの富栄養化を促進するものである。
河川の上流の水・雨水････０.０５ppm 以下
河川の下流の水･･････････０.１～１.０ppm
リンは洗浄力向上のために合成洗剤に含まれていたが、無リン化が進められた現在、合成洗剤に起因するリンは減少している。

ｐＨとは何？
水質の酸性あるいは塩基性（アルカリ性）の程度を示す指標であり、７.０が中性で、ｐＨ値が７.０より低いと酸性、高いと塩基性となる。
環境基準値：ｐＨ６.５～８.５
酸性雨ｐＨ５.６以下

水素イオン濃度指数（ｐＨ）

【酸性】
0

【塩基性】
147

強塩基強酸

9

他の水質検査●ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）
水中の汚濁物がバクテリアによって分解されるときに必要な酸素量で、数字が大きいほど水質汚濁が激しい。
【環境基準 ２mg/L 以下】●ＳＳ（浮遊物質量）
水中に浮遊する物質の量で、数値が大きいほど水質汚濁が激しい。水の濁りの原因となり、ＳＳが大きくなると魚類に対する影響が現れる。
【環境基準 ２５mg/L 以下】●ＤＯ（溶存酸素）
水の浄化作用や水生生物の生存に必要とされる酸素が水中に溶けている量で、数値が小さいほど水質汚濁が激しい。 【環境基準 ７.５mg/L 以上】●大腸菌群数大腸菌とは、乳糖を分解して酸とガスを発生する好気性または嫌気性の細菌である。大腸菌が水中に存在することは、人畜のし尿などで汚染されている可能性を示す。
【環境基準１,０００MPN/１００mL 以下】

生物学的水質判定法
水生生物には、きれいな水を好む生物と汚れた水を好んだり耐える生物とに大きく大別される。専門的には、汚水生物系列として、貧腐水性（oligosaprobic）、β － 中 腐水性 （β－mesosaorobic）、水 性（ α－mesosaprobic）、強 腐水性（polysaprobic）の４つに分けられる。
また、環境省・国土交通省が生物指標種を限られた種数にして、水生生物による簡易水質調査法を実施しており、全国的に普及している。生物学的水質判
定は、１回の調査で汚濁の影響の平均値を得るところに長所があり、汚濁物質が何かであるかを知りたい場合、化学分析を行わなければならないことが短所といえる。
調査は、春夏秋冬の時期に各１回行う。１年間を通して調査すれば、種数や個体数に変化があり、一定していないことがわかる。水性昆虫は、冬に個体数が多く、春から夏にかけては成虫になる時期なので、個体数が減少する。採取の時期によって指標（index）にばらつきがあることも、判定の時に考慮しなければならない。各調査地点において、どのくらいの種がいて、優占しているかなどを検討して、総合的に判断していく必要がある。（大川中ＨＰより参照）

コドラート法（区画法）
一定面積の区画を設置して、その中の個体数・生物体量などを調査する方法。
動植物の個体群密度や分布様式、また群集の種類構成を調査するために広く用いられている。

1011121314151617

観察レポート
１． 採集日

令 和 元 年（ 2019）６ 月日（）時分

２． 観察事項
ポイント

（）

（）

（）

（）

（）（）

（）

班員

天候

気温℃℃

採集場所の水深cm

水温

流れの様子・流速m/秒

川底の状態

水の色

透視度

調査ポイントに生息している植物（写真記録）

水の濁り・におい・ゴミ・水草の様子・家庭排水など周囲の環境で気付いたことを記録しておく。

３．パックテストおよびｐH 計による水質調査
NO３（mg/L）

PO４（mg/L）

硝酸態窒素

リン酸態リン

１回目
２回目
３回目
平均

18ｐH

４．分光光度計による水質調査
COD（ppm）

PO４（ppm）

化学的酸素要求量

５．採集した生物の集計
種名

個体数

総重量

個体群密度

重量密度

（匹）

（g）

（匹/㎡）

（g/㎡）

12
34
5
6789101112131415※数値は、小数第３位まで求める。（個体群密度・重量密度）～

個体群密度（匹/㎡）
・重量密度（g/㎡）の求め方 ～匹（またはｇ）
調査面積（㎡）×調査回数×調査人数

19

20

江津湖の水環境に関する事前学習
令和元年５月１４日
演題「江津湖の生物相」
講師 清水 稔 先生（ 熊本博物館 学芸員）
【メモ・質問】【感想】

21

【考察】 調査結果から考えたこと、推測されることをまとめよう。

【感想】【自己評価】①は現地の行動やしおりへの記入などを評価する。
②は作成された発表用資料や発表の内容によって評価する。
I

①

CE

みつめる力

調査地や調査対象に合わ 調査地の状況に合わせて調査・研究の方法を身にせた調査をすることがで 独自の工夫を組み込んだ付けられた。
きた。
調査を行った。

きわめる力

調査で得られたデータか 調査記録から得られた考調査で得られたデータをら科学的な考察ができ察をもとに、論理的に発記録することができた。
た。
表することができた。

つなげる力

調査で得られたデータを 調査で得られたデータを調査で得られたデータを他班と共有し比較でき他班と共有し、今後の展班内で共有できた。
た。
望に繋げられた。

②22