技術資料

高濃度溶存酸素曝露による水生生物応答
杉原幸樹

２．実験方法１．はじめに停滞性水域の貧酸素化は、水質障害の発生や溶存酸水生生物の高濃度DOへの影響を把握するため、生素（DO）の低下で生物斃死の要因となっている。特物種によって飼育実験もしくは曝露実験を実施した。に青潮の発生する水域では、生物斃死による漁業被害が度々、大きな問題となっている。これらの対策として、貧酸素水塊に酸素を直接的に供給する手法が試み

２．１

飼育実験

濾過海水を水道水で希釈し塩分濃度を5とした塩水。このとき気体噴出方式の酸素供給でを用いてヤマトシジミの飼育実験を行った。ヤマトシはDOは大気組成および大気圧平衡下では10mg/Lほジミは天塩川および網走湖より各30固体採取して実どで飽和に達して最大値となる。しかし酸素分圧験を行った。塩水100Lを恒温器を用いて水温を16℃を上昇させて加圧することで、水分子の構造上、最大で一定とし、試験トレイに4号珪砂を厚さ3cm以上にDOは50mg/Lまで上昇させることが可能である 。

なるよう充填して、ヤマトシジミを30個体（天塩産15られている

1)-4)

2)-3)

5）

人間にとって通常活動が可能な大気中の酸素濃度は個体と網走湖産15個体で、産地毎に仕切りで区分）を18％から30％であり、低いと酸素欠乏症、多いと酸素並べて塩水に浸漬して1セットとした（写真－1参照）。

中毒症を発症する。欠乏限界は時間をかけて馴致するDOを変数として対照実験を行った。DOは携帯型光ことで下限域を低下させることが可能であるが、中毒限界は不可逆代謝をともなうために、重篤な影響が不可避となる。通常、大気中酸素濃度は21％ほどで安定しており、陸上生物にとっては高濃度の酸素は有毒物質となる。なお、空気質量より強引に酸素の質量濃度を概算すると210mg/L相当と換算される。
近年の計測機器の進歩により、DOが50mg/Lまで計測可能となり、またその濃度まで酸素を溶解させる装置も開発されつつある。魚類養殖においては25mg/L程度の高濃度DO下で飼育すると可食部の増肉効果があることが報告されている。しかし、その他の水生生写真－1

試料調整状況

写真－2

小型WEP外観物の高濃度DO曝露による影響についてほとんど知見がない。
これまで貧酸素水塊の溶存酸素改善を目的に酸素溶解装置(WEP：特許第3849986号，松江土建(株)・土木研究所)の現地運用試験を実施 5)している。酸素溶解装置の性能上、DOは50mg/Lまで溶解可能である。
このため現地運用にあたっては高濃度DOによる水生生物への影響を把握する必要がある。本技術資料は淡水性生物や海水性生物等の様々な水生生物を高濃度DOに曝露して飼育実験等を行い、中毒症状の発現を確認した結果を報告する。

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学式溶存酸素計（メトラートレド：seven2go）を用いて計測した。ブランク実験は散気ポンプを用いて、大気供給によりDOを大気圧飽和させて8～10mg/Lとしたものとした。比較実験は高濃度DOで行った。まず小型WEPを作製した（写真－2参照）、WEPは設置場所の水塊を吸入させ、装置内で導入したガスを溶解させて、気液分離（残存気体と液体を分離する）した後に液相のみを吐出する装置である。比較実験では純酸素ガス（99.9％）を用いて酸素溶解させてDOを40～45mg/Lとしたものとした（写真－3参照）。この

写真－3

飼育実験状況

写真－4

曝露実験状況

時、供給酸素量はフローバルブで調整してDOを維持した。二枚貝用配合飼料（日本農産工業：M1）10gを3日に一度の頻度で給餌して、塩水の交換を行った。
DOを継続して供給しながら30日間の飼育を行い、生存固体数を計測した。なお、生死判別は殻が開いたもの、および刺激を加えても殻が閉じないものを死亡とした。
２．２

曝露実験

遊泳漁や底生生物など、行動が迅速で直接行動観察可能な生物について高濃度DO水に曝露して影響を観察した。人間の場合は遅くとも3時間曝露で酸素中毒症を発症し、外見や行動に変化が見られることから、実験では各水性生物を高濃度DOに5時間曝露して、外表－1見や行動の観察を行った。試験水は小型WEPと純酸素ガスを用いて酸素溶解させて高濃度DO水とした。

実験対象とした生物は、海水性生物として別途飼育して飼育いたウニとナマコを濾過海水でDOを40～45mg/Lとしたものに曝露した。淡水性生物として精進川においてタモ網を用いて魚類および底生生物を採取し、精進川河川水60LのDOを40～45mg/Lとしたものに曝露した（写真－4参照）。なお、採取時期は9月下旬であり、生残個体は実験後に精進川に放流した。
３．実験結果実験に供した生物種の一覧を表－1にまとめる。淡水性から海水性まで、および脊索動物から環形動物までの幅広い生物種について高濃度DOの影響を確認した。なお、ヨコエビについては海水まで生息可能であるが、採取地点が淡水のために一覧表では淡水性とした。コオニヤンマ以外は複数匹の個体について実験を行った。
飼育実験の結果より生存数の変化を図－1に示す。
30日間の飼育で各ケース死滅個体は1～2個体であり、24

曝露

供試生物種一覧

種名
ヤマト
シジミ
ムラサキ
ウニ

門
綱目
軟体
マルスダ
二枚貝動物
レガイ
棘皮
ウニ ホンウニ
動物
棘皮
マナマコ
ナマコ
楯手動物
脊索
ヤマメ
条鰭
サケ動物
フク
脊索条鰭
コイ
ドジョウ 動物
節足ミズムシ軟甲
等脚動物
節足ヨコエビ軟甲
端脚動物
コガタシマ 節足昆虫 トビゲラ
トビケラ 動物
節足
アミメ
センブリ
昆虫動物
カゲロウ
コオニ 節足昆虫
トンボ
ヤンマ 動物
環形
イトミミズ
貧毛 イトミミズ
動物
環形
タコウヒル
貧毛
ヒル
動物
寒地土木研究所月報

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備考
汽水性
海水性
海水性
淡水性
淡水性
淡水性
淡水性
淡水性
淡水性
淡水性
淡水性
淡水性
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場合は両産地ともに2個体の死滅となったが、高濃度15DOと比べて明らかな影響とは考えづらい。この結果

14から、ヤマトシジミについては高濃度DOに曝露しても中毒等の影響は確認できず、長期間曝露を継続しても生息に影響しないことが分かった。なお、ヤマトシジミは実験準備完了後数時間で写真－5（写真－1と比較して）に示す様に、砂にもぐっていった、生存確認

生存固体数（個）産地による明瞭な差は確認されなかった。ブランクの13129が、死滅にはほとんど影響しない結果となった。魚類

8ろ成長が助長されることも考えられるが、本実験では殻長等に明らかな違いは確認できなかった。

ブランク（網走）

10の際には掘り出して触診し、ストレス等を加えていた養殖の事例から、高濃度DOで飼育することで、むしブランク（天塩）

11高濃度DO（天塩）
高濃度DO（網走）0102030日数（日）図－1

ヤマトシジミ生存数変化

次に曝露試験の結果をまとめる。人体の酸素中毒症
は痙攣や肺損傷、網膜損傷、赤血球破壊などの症状が現れ曝露時間が長いほど致死率が高くなる。つまり水性生物でも酸素中毒で神経、呼吸器、感覚器に所見が発現すると想定される。ウニやナマコを高濃度DOに曝露した結果、外見や行動に異常は確認できなかった。
DO10mg/Lの大気圧飽和海水に移しても、棘や叉棘、疣足の動きおよび粘膜の分泌等に差異は認められなかった。ヤマメやドジョウについても、曝露によって遊泳行動や呼吸に異常行動は確認されなかった。写真－

写真－5

ヤマトシジミ飼育状況

写真－6

実験終了時のヤマメ外観

写真－7

底生生物の曝露実験状況

6に実験終了後のヤマメの外観を示すが、眼球や鰓、体表や鰭に充血や粘膜分泌などの異常所見は見られなかった。なお、ドジョウについても同様に異常所見はなかった。底生生物についても、異常行動の所見はなかった。ヒルやイトミミズは水中からの逃避行動がみられたが、大気圧飽和の河川水に移しても同様の行動が確認され、高濃度DOと大気圧飽和を交互に曝露させても、どちらでも逃避行動を示したため、高濃度DOによる異常行動はないと判断した。
これらの飼育実験および曝露実験より、本技術資料で対象とした生物種では高濃度DOによる、酸素中毒は起こらないことが観察された。
４．まとめ
水性生物の酸素中毒の有無について、高濃度DO水を調整して曝露実験を実施した。その結果、DOを40mg/L以上とした場合でも、本技術資料で対象とした全ての水性生物に酸素中毒の外観的な症状や死亡は確認されず、影響がないことが分かった。
このことは、実水域で酸素供給を行って高濃度DOとしても、好気性の水性生物に悪影響を及ぼす可能性
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は低いことを示している。つまり酸素溶解装置の溶解

reservoir, Water Research, Vol.106, pp.1-14, 2016.

酸素量を調整する必要がないことを示しており、DO

2） Beutel, M.W., Horne, A.J.：A review of theの過剰供給による生物への悪影響がないことが推察さ

effect of hypolimnetic oxygenation on lake andれ、装置運用における過剰供給制御を考慮する必要がreservoir water quality, Lake and Reservoirないことを示唆している。

Management, Vol.15, No.4, pp.285-297, 1999.

一方で、微生物への影響は不明であり、微生物共存

3） 道奥康治，神田徹，大成博文，西川孝晴，松尾克美，

下の長期高濃度DO曝露に対しての影響把握について

木戸崇博：マイクロバブル・エアレータによるは課題が残る。

貯水池の水質浄化実験，水工学論文集，Vol.44，pp.1119-1124，2000．
4） 今井剛，村上奉行，樋口隆哉，関根雅彦：閉鎖性

参考文献

水域における水質環境が高濃度酸素水の底層部への拡散およびその水質改善に及ぼす影響，環境工

1） Zackary,W. M., Cayelan, C.C., Alexandra,B.
G.,Kathleen, D. H., Jonathan, P.D., Spencer,D.

学研究論文集，Vol.45，pp.121-129，2008．

K., Ryan,P.M., Madeline,E. S.: Effectiveness5） 杉原幸樹，新目竜一：汽水湖の貧酸素改善手法

of hypolimnetic oxygenation for preventing

に関する実験的研究，土木学会論文集G(環境），accumulation of Fe and Mn in a drinking water

Vol.73, No.7, Ⅲ_351-Ⅲ_356, 2017.

杉原 幸樹
SUGIHARA Koki
寒地土木研究所
寒地水圏グループ
水環境保全チーム
主任研究員
博士（工学）

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