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電中研レビュー第31号 ● 目 次
酸性雨の影響評価

編集担当●酸性雨課題推進担当
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京都大学教授

慎一

頼輝……

2

電中研「酸性雨研究」の歩み・………………・・……………・…………………・…・……

4

常務理事。安藝周一……

7

酸性雨の解決に向けて・………・………・……………・…・・…………・……・・…

9

はじめに
第1章

井上

藤田

1−1●問題の背景と当研究所の取り組み……………………・…………・…・………目
1−2●大気中での物質輸送・…・……………・………・……・…・・………………・・……18

i−3●土壌・陸水・森林系の酸性化予測・………………・・……・…・………・………23
1−4●森林衰退の実態とその原因…………・…・…・…………・…・…・………………27
第2章

大気中での物質輸送…・………・……・・………………………………・…・……35

2−1●前駆物質の発生量…・……一……・・………………・・…………………………37
2−2●東アジアの酸性雨…一……・…・…一………・・…………・……・一…………44

2−3●わが国に飛来、沈着する硫黄の量を予測……………・…・・…………………50

第3章

土壌・陸水・森林系の酸性化予測一……・………・…………………………57

3−1●森林への酸性物質の沈着…・……………・…・…………・…・………・…………59
3−2●土壌の酸中和能……………・・…・…・……一……・………一……・・…………62
3−3●陸水への影響とその予測……一………・・…・………・……・…………・……・・67

第4章

森林衰退の実態とその原因…・・……………・・……………・…・………………75

4−1●スギ衰退の実態とその原因………・……・…・……・…………・・………………77
4−2●酸性雨とオゾンの樹木への影響……・……・……・・…………・……・…………83
4−3●酸性雨の農作物への影響・……・…………・…・………一…・・………………・・92

第5章

将来の酸性化を防ぐために…………・…・…・………・………・・………………97

おわりに理事狛江研究所長町田武彦…………剛引用文献・資料等……・・…………・……………………………・……・・……………・…・・lo2●コラム目次1 酸性雨とは…・……………・・……・…………………・…………・………………34
2海を渡る硫黄酸化物……………・・…・…・…・…………・………………………43

3海洋から発生する酸性雨の前駆物質…・……………・・………………………49

4地球温暖化とオゾン層破壊は酸性雨を助長する？…………………………54
5火山活動と環境の酸性化・……・…………・…・……・………・………・……・…・55

6臨界負荷量、限界負荷量、許容負荷量？………………∵・…………・・……・66
7同位体地球化学……・…………・・………・・………・………・……・…・…………748

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適正規模の技術を開発しようられる。

1990年京都で開催された第15回国際水質汚濁研究会議で、筆者はノルウェーの地下
水の酸性化に関する論文の討議者となり、両国の地下水水質を比較する機会に恵まれたが、両国ともほぼ同程度の酸性雨が降っているにもかかわらず、ノルウェーでは地下水の酸性化がこの20年で著しく進んでいるのに対し、わが国地下水の水質は全く安定しており、ほとんど変化していないのを知？た。表流水である湖の酸性化について．

も同様である。本文で述べられると思うが、わが国の森林の衰退は、酸性雨によるものとする科学者とそうでないとする科学者がいる。地球環境問題に正しく対処するには、これらの疑問を早急に科学的に解明することが重要である。
酸性雨についてみると、雨中酸性物質の発生源が1，000キロメートル以上離れている

場合が多く、この種の問題共通の自国だけでは対処できないという特徴を持つ。わが2

国の酸性雨の原因物質は季節にもよるが、その約半分は中国由来と推定される。中国の経済発展は著しく、数年見ないうちに町が驚くほど変わっていると旅行者は口を揃える。しかしそれにつれてエネルギー使用量も増加している。そして中国は他国への汚染物質の伝播をできるだけ少なくしょうとして、石炭に石灰を混ぜて燃焼させ、酸性雨の原因となる二酸化硫黄の発生を抑えるなど懸命の努力をしている。

1993年10月、北京で開催された世界工学会の環境保護のための工学と技術シンポジ
ウムに参加して、この関係の中国からの論文発表が数多くあり、また町の家の壁に環境を保護しようと住民の手でスローガンが書かれているのをみて感銘を受けた。石炭に石灰を混ぜて燃焼させる方法は、わが国発電所などで実施されている湿式石灰石五七による排煙脱硫に較べると効率は悪いが、中国にとっては適正規模の技術であろう。
ところでわが国もかっては農薬の使用が北米のペリカンに悪影響を与えるとして責任を追求された経験を持つが、汚染物質の発生源を特定して、その対処をきびしく求める時代は去ったと認識している。それよりは皆で知恵を出し合って、適正規模の技術の開発に協力し合って行かなければならない。

今回電力中央研究所が酸i生雨の特集号を出されると聞き、まことに時宜をえた試みだと考える。これが将来、国際的な酸性雨対策につながってくれることを期待したい。

井

上

京都大学

教授

頼

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電中研レビューNo．31●

3

電中研「酸性雨研究」の歩み
西暦

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1872

・岩倉具視遣欧使節団が塩化水素による環境汚染の実
態を報告

1883

・ケルナーが東京で降水の化学成分の観測を初めて実施

1913

・農事試験場が東京などで降水の化学成分の観測を開始

1918

・大阪市が降下ばいじんの調査を開始

1935

・中央気象台で降水成分の分析業務を開始

1955

・菅原健や三宅泰雄が降水の化学について活発な研究
を展開

1968

・大気汚染防止法の制定

1971

・環境庁発足

1973

・関東地方で湿1生大気汚染が発現（1974にも）1975

・酸性雨の植物影響の研究を開始

1976
1978

・世界気象機構の勧告により、気象庁が三陸町綾里でバックグラウンド大気観測を開始

・関東地方や西日本地域で降水の化学成分に関する観測・解析を開始

1983
1984

・環境庁が第一次酸性雨対策調査を開始
・瀬戸内地域で酸性雨調査を実施

1985
1987

ご関東地方でスギ枯れが発見され、林野庁などが緊急調査を実施
・通産省からの受託研究を開始
・全国規模で酸性雨調査、試験流域調査、スギ衰退調
査、表層土壌調査などを開始

1989
1990

・環境庁が5ケ年計画で湿i生大気汚染調査を自治体の協力のもとに開始

・環境庁による第一次酸性雨対策調査の取りまとめ
・環境庁が国設大気汚染測定局に酸性雨の自動測定装
置を導入
・環日本海域における酸性雨・雪シンポジウム（金沢）・赤城試験センターで植物の暴露実験を開始

・酸昔者の問題が全国的に広がる

・台湾電力公司（台）、建国大学（韓）、水利水電科学研究院（中）と国際共同研究を開始

1991

・酸性雨フェーズ1の取りまとめ

・第二次酸性雨対策調査の中間取りまとめ

1993

・アイオワ大学（米）との共同研究を開始
・箱根において東アジアの酸性雨に関する国際ワークショップを開催

・東アジアの酸性雨モニタリングネットワークに関す

・電中研レビュー『酸性雨の影響評価』を発刊

・第二次酸性雨対策調査の最終取りまとめ
・東アジアのモニタリングネットワーク構想が環境庁
から提起される

1994

4

・全公研が酸性雨モニタリングを開始

1992

る国際会議（富山）西暦ヨーロッパと北米の状況｛1863

・英国でアルカリ法が成立し、アンガス・スミスがアルカリ監督官に就任
・この頃ドイツでリービッヒの指導により大規模な降水の化学成分の観測を実施
・アンガス・スミスが『大気と降水』の中で酸性雨の術語を初めて使用
・ロンドンスモッグ（1880にも）・英国でラッセルがロンドンに降水の観測網を設置し、近代的な観測を開始
・ミラーが東京を含む過去50年間の世界中の降水の化
学分析データを集成
・ケーラーが忘水の化学分析データをもとに旧い海塩二五を提唱
・ロンドンで大スモッグが発現
・ゴーハムが水域環境の酸性化を初めて指摘
・ロスビーとエグナーが北欧を対象に降水成分の総観解析を実施
・欧州大気化学観測網（EACN＞の発足

、1865

1872

1873
1883

1919

1923
1952
工955

1956
1968
、1972

アジアの状況

・この頃インド（英国）や仏印（フランス）や南洋諸島（独）で降水の化学成分の観測を実施

・オデンがEACNなどの観測データをもとに硫黄化合物の長距離輸送を初めて指摘
・国連の人間環境会議でスウェーデン政府より酸性物
質の越境汚染が提起される・OECDの主宰により長距離輸送に関する共同研究計画（LARTAP）が発足
1973

・米国一カナダ間で大気汚染物質の長距離輸送に関す
る2国間協議を開始

・1976

・カナダで降水観測網（CANSAP）が発足
・欧州監視評価計画（EMEP）の発足
・米国で酸性降下物調査計画（NADP）が発足。1980
年より10年計画で調査を開始
・欧州経済委員会で長距離越境大気汚染協定（ウィー

『1977

，1978
・1979

・韓国で最初の酸性雨調査

ン議定書）を採択（1983年発効）

・米国一カナダ間で越境大気汚染に関する合意覚書を締結

・韓国でソウル地域の酸性雨調査

4985

・ヘルシンキ議定書の採択く30％クラブの発足とSO2

・中国で国家科学技術委員会と国家環境保護局による第二次酸性雨調査

1987
1988

・米国でNAPAP調査結果の中間報告書
・ソフィア議定書の採択（1994年までにNOx排出量、1990

・米国で新大気浄化法が成立（2000年までにSO2排出1980

・中国で第一・次酸性雨調査

1983
排出量の削減を協約）

を1987年時点の水準に凍結）
量を1，000万トン削減）

1991

・EMEPによる臨界負荷量減少計画

1992

・ブラジルで地球環境サミットが開催される

・中国で国務院環境保護委員会の採択により酸性雨の広域化の抑制に関する決定・中国重慶で酸性雨に関する国際会議を開催
・中国で第八次5ケ年計画の一環として酸性雨調査が始まる

・世界銀行によるRAINSASIAの攻勢が盛んになる

電中研レビューNo．31●5

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21世紀を間近かにして地球環境問題への対応は函際
社会における第一級の課題であり、広域的な現象である

酸性雨問題もその一つとして地球規模での解決が求められている。

酸性雨による森林被害や湖の酸性化は20年以上前か
ら欧米で顕在化し、現象の解明や対策が講じられてきたが、東欧を含む広域圏では問題は依然として深刻なようである。

わが国では大気汚染物質の強力な排出規制が効を奏し、幸いに酸性雨の被害は顕在化してはいない。しかし、わが国を含む東アジア全域で考えると、近年の著しい経済成長、工業化および化石燃料として石炭への強い依存から、地域としての酸性物質の排出量は近い将来ヨーロッパや北米の現況を上回る恐れがある。すでに、わが国でも季節風にのって大陸から酸性物質が運び込まれてきていることが観測されており、樹木の衰退が各地で指摘されていることもあわせ、身近な問題として社会的にも関心が高まっている。

酸性雨に関する研究は、内外の種々の機関で展開されているが、当研究所は発生源から生態系に対する影響までの一連の過程を総合的に評価することを目標に研究を進めている。現在までに、わが国における酸性雨の実態把握、酸性物質の広域輸送、土壌、樹木影響について知見を蓄積するとともに、東アジア諸国との研究関連の強化を図ってきた。

まだ、すべての現象が解明されたわけではないが、このレビューは、これまでに得られた成果と内外の動向をできるだけ幅広く紹介したものである。エネルギー問題、特に化石燃料の利用に関わる環境問題の一つとして酸性雨を考えていく上で、いささかなりともお役に立てば幸いである。

電中研レビューNo．31●

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第1章酸性雨の解決に向けて●目次
狛江研究所

大気物理部

環境化学グループリーダー

藤田

慎一

狛江研究所

大気物理部

環境大気グループリーダー

市川

陽一

我孫子研究所

環境科学部

陸域環境グループリーダー

宮永

洋一

河野

吉久

我孫子研究所

1−1

生物部

次長

問題の背景と当研究所の取り組み……・…………・・…・………・……・……………・・…・…………・……・・……………11

1−2

大気中での物質輸送…………・・……・…・……・………●……………・・……………………●………

1−3

土壌・陸水・森林系の酸性化予測……・……・……・・……………・…・・…・……………・・………………●●……………23

1−4

森林衰退の実態とその原因・…・……………・・……………・…・………・…・……・……・・…………・…………・…・…・…27

コラム1酸性雨とは

藤田…・・……………・…・…・…………・…・…………・…・…………・…・…・…・・……………・………34

慎一

宮永（1975年入所）

大気の物理と化学に関する研究に従事してきた。現在は大気中における硫黄化合物の収支に関する研究を進めている。酸性雨の課題を推進担当している。
鑛

市川

陽一

（1977年入所）

大気環境影響評価手法の高度化に関する研究、特に、排煙、排ガス拡散の数値モデルの開発に携わってきた。酸性雨の研究では、東アジア地域を対象とした長距離輸送モデルの開発を分担している。

10………．…………18

洋一（1976年入所）

ダム貯水池や河川の濁水、富栄養化などの予測と対策に関する研究を行ってきた。現在は、酸腔雨の陸水への影響の予測、貯水池の水質浄化技術の開発、水力発電所の維持管理
技術の合理化などの課題に取り組んでいる。

河野吉久（1974年入所）

大気汚染物質の影響評価にかかわる研究分
野の中で、降下ばいじん、重金属、微量元素の植物影響に関する研究や石炭灰の影響評価に関する研究に従事。酸性雨の研究は 80年から着手。現在は、亜高山帯の森林衰退現象と酸性降下物との関係について取り組んでいる。

1−1

問題の背景と当研究所の取り組みに日本では、幕末の激動のさなかである。正解は簡単であり、要するにHC1の排出を止めればよいのである。水洗

1−1−1はじめにでHC1を除去・回収する方法は、1836年にゴッセージ（W．

環境問題を取り巻く内外の情勢は、過去10年の間に大Gossage）が特許を得てから四半世紀を経てほぼ確立しきく変貌したといわれる。地球の温暖化、オゾン層の崩ており、企業者の一部はすでにゴッセージ塔を取り付け

壊、緑地の砂漠化、環境の酸1生化といった広域規模の現，ていた。ただし装置を維持・管理するだけの動機に乏し象が耳目を集めるようになり、エネルギーと環境とが強かったのである。

く連関して議論されるようになった現代の環境問題は、
確かに従来のそれとは一線を画するかもしれない。

ダービー委員会は、HCIの排出規制の制度化をもくろむ。ただしこうした産業界への干渉は、当時としてラジこうした広域規模の環境問題の中で、環境の酸性化（酸カルな概念であったらしい。多くの人々は、政府の介入

性雨）は、比較的古くから調査や研究が進められてきたが国家の繁栄に損益をもたらすに違いないと考えた。な問題に属する。国境を越えた酸性物質の輸送が認知されにしろ当時のアルカリ産業は、大量の従業員をかかえ多る直接のきっかけは、およそ20年前、1972年にストック

額の売上を誇る大産業であったから2）。ともあれダービ

ホルムで開催された国連の人間環境会議である。

ー委員会は、法案審議の結果を本会議に報告し、翌1863

だが酸i生の雨や雪や霧の存在は、それ以前からすでに年の7月をもって法案は発効する。これが近代の環境法の始点として名高い「アルカリ法」である。

知られていた。

最初のアルカリ監督官に就任したのは、王立協会会員

1−1−2のアンガス・スミス（R．Angus

化学気候学のはじまり

Smith）である。スミス

はギーゼン大学のリービッヒ（J．von

Liebig）のもとで産業革命が成熟した19世紀初めの英国は、生産活動が学んだ化学者であり、学位を得て帰国後は、王立鉱山委

飛躍的に増加した時代であった。石炭の消費量の増加と員会などを活動の場にして、大気汚染や鉱山保安の調査

並んでアルカリ産業の隆興は著しく、ソーダ灰の製造に研究に携わっていた。1872年に出版された大著「大気と伴って大気中へ排出される塩化水素（HC1）は、各地に深降水」（図1−1−1）のなかで彼は、大気中や降水中の酸性刻な環境汚染をもたらした。緑林は枯れ果て死海のほと物質の濃度と分布、酸性物質による環境影響の実態を論りのように荒廃したといわれる1）。

じた3）。当時の降水のpHの推定値（まだ水素イオン指数

1862年の夏、第14代ダービー伯（E．G．S．

Stanley）

は、アルカリ産業による環境汚染の問題を上院に持ち込

pHの概念はない）は、汚染地域では3．4〜3．9、非汚染地
域では4．6〜5．6であった4）。

み、自身を長とする特別委員会が設置し、環境の破壊を

スミスの著書は長い間埋もれていたが、後になってゴ食い止めるためになすべき方策の審議を始めた。ちなみーハム（E．Gorham）が発掘してその業績を再評価し

電中研レビューNo．31●11

どることになる。

1−1−3酸性雨問題のはじまり
酸性化に伴う広域的な環境の被害が最初に指摘されたのは、ヨーロッパの北西部、ついで米国の北東部で、いずれも1970年代のことである。これらの地域では森林・湖沼の生態系の衰退や構造物の侵食が報告されており、酸性雨がその一因ではないかと指摘されてきた。

このようにヨーロッパや北米で最初に問題が提起されたことから、酸性雨には「先進国」の環境問題というイメージが強くあった。ところが最近では東南アジア、南アジア、南米など「途上国」が集中する地域でも、酸i生化の兆候がみられるようになってきた。生産活動の急激な発達と、これに由来するSO2やNOxの排出量の増加が引き金になっていることはいうまでもない。酸陸雨がこ
図1−1−1スミス著「Air

and

Rain，

The

BeginningsofChemical Climatology」（1872）の中興（国立国会図書館蔵）のように広域的な環境問題として認識されるのは、図1−1−2に示すように発生源が集中する地域（ソース）と環境影響が発現する地域（レセプター）との間には、しばしな。ゴーハムは酸1生雨を意味する

acid

rainの術語を最初に用いた化学者がスミスであることを知らせた5）。

ば数百〜数千kmの距離の隔たりがみられるからである。

例えば国内から排出されたSO2と、国境を越えて流入

スミスの時代の酸性雨の前駆物質は、HC1と二酸化硫するSO2の量を比較してみよう。仮に後者の方が多いと黄（SO、）であり、窒素酸化物（NOx）の影響はまだ小すると、いくち国内で環境対策を講じても隣国がこれにさかった。HCIによる大気汚染を解決に導いたのは、1863

同調しない限り、対策は徒労に終わる可能性がある。こ年にベルギーのソルベー（E．Solvey）が工業化に成功しのため国内の排出源の対策だけでは、酸性雨問題は解決

たアンモニア・ソーダ法である。先端科学技術が大気汚できないという認識は、まず1970年代にヨーロッパで芽染の改善に果たす役割は、このように当時から極めて大生えた7）。そして1980年代後半になると、わが国でも同じ

きかったわけである。

スミスは100年以上も昔の19世紀中ごろすでに、酸性のガスや降水が綿布を漂白し、金属を腐食し、農作物に被害をもたらした事例を知っていた。1950年代になってゴ輸送・拡散ーハムは、rain−acidの術語を用いて、これをより広域の環境の衰退と結び付ける6）。だがその業績も、1972年の人

発生域

変

質

沈着域

間環境会議を契機にして、国境を越えた環境問題として酸性雨が認識されるまで、あまり注視されなかった。
そしてこの100年の間に、モータリゼーションは急速に発生源の種類ｭ生源の高さｭ生源の強さ

沈着・除査

陸水の酸性化

X林の衰退¥造物の浸食発達し、NOxが新たな汚染物質として登場する。と同時に、大気汚染の様態は「複合化」と「広域化」の道をた

12

図1−1−2大気中における硫黄化合物の輸送モデル

考え方が急速に高まってきた。東アジアの生産活動が、年開催の欧州経済委員会（ECE）の環境相会議では、東1980年代になると飛躍的に増加した背景があるからであヨーロッパを含む34ヶ国の間で、長距離越境大気汚染協る。−

定が締結された。また1983年には30％クラブと通称される削減協約、つまりクラブの加盟国は「向こう10年間に

H−4

各国の状況

1980年当時のSO2発生量の30％以上を削減する責任を負う」という内容の協約も成立した11）。

（1）

削減の具体的な方法は各国に任された。電力供給の多ヨーロッパ

19世紀にリービッヒやスミスが創始した降水の化学は、

くを石炭火力発電所に頼ってきた経緯から、最大の発生

第二次大戦後に新しい展開をみるようになる。スウェー

源は中部の工業地域にある。だがエネルギーや環境を取デンの土壌学三山グナー（H．Egner）は、栄養塩の循環り巻く各国の事情は相応に複雑である。フランスのようを調べるため、1950年代初めから国内に多数の降水の観に、この問題にあまり関心を示さなかった国もある。旧

測地点を設けた。この観測網はその後、大気大循環の研

西ドイツのように、国内の森林衰退を目のあたりにして究で著名なロスビー（C．G．

Rossby）の主宰するスットから、削減の方向に態度を急変した国もある。英国は協クホルム大学の気象学教室に移管され、欧州大気化学観定を批准したが、削減率はなかなか約束しなかった。ス

測網（EACN）と呼ばれるネットワークの中核になっカンジナビアには、大規模な石炭火力発電所はなかった。

た。

だがスウェーデンは、その努まったく別の理由で、エネこうした観測データを解析したスウェーデンの土壌学

ルギー構造の転換を余儀なくされることになる。

者オデン（S．Oden）は、スカンジナビアの陸水は酸性

また1980年代終わりに怒濤のように始まった東欧の崩化の傾向を強めており、その原因は英国やドイツの工業

壊後は、この地域には西欧を凌駕する環境汚染が存在し地帯から輸送された硫黄分に違いないという結論に達していたζいう事実が露見することになった。

た。1972年にストックホルムで開催された国連の人間環境会議で、オデンらの成果をもとにスウェーデン政府が提出したレポート8）は、大きな反響を巻き起こした。

まず経済開発協力機構（OECD）は、同年、オデンらの

（2）北

米

北米では、ヨーロッパほど精力的な降水の化学の進展はみられなかった。だが1970年代になると、ライケンズ

試算をフォローするための会議を開催した。1977年には（G．E．

国連の提案のもとに、東ヨーロッパの各国も参加して年にはまずカナダに酸性雨の観測網（CANSAP）が設け

EACNを中核に、欧州監視評価計画（EMEP）と呼ばれられた。その背景には、国内に沈着する酸性物質のかな

る国際的なモニタリングネットワークの発足もみた。こりの部分が、米国から越境して流入したものではないか

うしてスカンジナビアで始まった酸性雨の観測は、西はという懸念があった。

Likens）らの陸水学者が調査に乗り出す。1976

イベリア半島から東は旧ソ連国境まで、ヨーロッパを網一方の米国でも、米国大気沈着計画（NADP）が1978

羅する大観測網へと発展し、その内容も次第に整備が進年に発足し、1980年からは米国酸性降下物調査計画

められた9）。

（NAPAP）のもとに、10年計画で大規模な調査が始めら観測データの蓄積により、降水の酸性化が全ヨーロッれた。その結果、北米でも酸性化の兆候は著しいことがパを覆う広域的な現象であることが分かってきた。とこ確認された。カナダ側は、酸性雨による生態系の衰退はろがOECDが行った数値実験10）の結果、各国に沈着する明らかだから、硫酸イオン（SO42一）と硝酸イオン（NO3一）硫黄化合物の一部は、他国の発生源に由来することが確の沈着量が1haあたり年間20kg以下になるよう、排出源

認されたことから問題は複雑化した。各国は自国の環境側で対策を講ずるべきだと主張した。これに対して米国対策と並行して、対外的な対応も余儀iなくされた。1979

側は、生態系に何らかの被害がみられることは認めなが電中研レビューNo．31●13

らも、自国の排出源に抑制を求めるためには、科学的なれないものもあった。米国政府は国内産業の保護のため、根拠に欠けるという立場を最後まで崩さなかった。

調査研究の名を借りて時間稼ぎをしたともいわれる。

1983年に30％クラブが発足すると、カナダはいち早く

こうしたわけでレーガン政権は、排出規制の立法化にこれを上回る50％の削減計画を打ち出した。米国は事実は消極的な態度に終始する。だがブッシュ政権は発足後

上これを無視した。米国の排出源は、多くがアパラチア

まもなく、大気浄化法の改正に乗り出す。1990年代にな山脈の周辺に集中する関係上、州の間には削減法案をめって米国もようやく、建て前は国内問題としてSO2やぐる利害の対立もみられた。

NOxの排出規制に本腰を入れ始めた。

いずれにせよ排出源の対策に後向きであった米国が、費用と時間と労力のかかる酸性雨の基礎研究を推進した（3）日本と東アジア

結果、大気の物理学と化学は、1980年代に大変な進歩をわが国の降水の化学は、明治初年にドイツから招聰さ遂げる。このように米国が多額の研究費を投入した背景

れた農芸化学者ケルナー（0．Kellner）が、東京駒場での一つは、当時の米国は環境対策の面をみる限り、世界行った調査12）が最初のものとみられる（図1−1−3）。以来の最先端に位置するとはいえなかった事情がある。

100年以上にわたって農芸化学、気象学、地球化学、環境

米国のSO、の排出量は、日本の約20倍に相当する年間

科学などさまざまな視点から、降水の化学成分の研究は2000万トン以上であり、その70％近くは火力発電所から行われてきた。この中には、農事試験場による1910年代

排出されていた。しかも硫黄分のかなり高い石炭を囲いから20年間にわたる調査、神戸海洋気象台による1930年

おり、日本の火力発電所でほぼ常識になっている脱硫装代から25年以上にわたる調査、関東地方の自治体による置はほとんどなかった。米国には電力会社が大小織り混

1970年代の湿性大気汚染調査、1976年に始まった気象庁

ぜて数百もあり、中には環境対策の費用を早急に投じらのバックグラウンド調査なども含まれる13）。

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図1−1−4 東京と早朝（ののだけ）における硫黄化合物（上段）と窒素化合物（下，段）の濃度の経年変化〔日本環境衛生センター（1985）と環境庁（1985）

をもとに作成〕

わが国の酸性雨問題は、ヨーロッパや北米とは少し違

たる酸性雨の被害は顕在化しないものと考えられていた。

った形で出発した。1970年代初めの首都圏では、i霧雨やところが1985年に、関東地方でスギの衰退が発見され5）、

雨の降り始めに、皮膚や眼の痛みを訴える届け出が何度その原因として酸1生雨との関連が一部で指摘され、問題か報じられた。アサガオなどの花弁には、斑点状の脱色は複雑化する。

現象もみられた。被害の発現時に酸性度の強い降水が観これに先だって環境庁は「第一次酸性雨対策調査」16）を察されたことから、その組成や濃度に関心がもたれ、関組織し、自治体の協力のもとに、全国的な酸性雨のモニ

東地方の自治体を中心に実態調査が行われた14）。

タリングを開始した。大学や研究機関による取り組みもその結果、被害はアルデヒト（HCHO）や過酸化水素

活発化し始めた。また近隣諸国における生産活動の進展（H20、）などの物質との関係が推定されたものの、前駆をみるに伴い、東アジアの酸性雨についても、国際的・物質の排出源や大気中での輸送のメカニズムは、完全に学際的な関心がもたれるようになってきた。

解決せずに残された。わが国ではこの一連の事件を指し東アジアの生産活動が、近年、急速に増加しているこて「湿性大気汚染」あるいは「酸性雨」と呼んできた。

とは周知の通りである。その中で、成長が取り分け著し

湿性大気汚染が起きた1960〜70年代のわが国は、高度

いのは中国である。中国では1970年代中ごろから、人口成長や列島改造がうたわれ、生産活動が飛躍的に増加しの増加や生産の拡大が進んだ犀面、深刻な環境汚染も発た時代であった。都市や工業地域の大気汚染は、極めて現するようになってきた。例えば降下ばいじんや浮遊粒

深刻な社会問題でもあった。このため1968年には大気汚子状物質による大気汚染、光化学汚染、そして酸性雨な染防止法が制定され、SO2などの排出は量的に厳しく規どである。

制されるようになった。

こうした環境問題の中で、最も懸念されている一つが固定発生源の環境対策が効を奏した結果、都市大気中

酸性雨である。すでに重慶、貴陽、南寧、蘭州、武漢なのSO、やSO42一の濃度は、図1−1−4に示すように、1970〜80

どの都市とその周辺で農作物、森林、構造物などに何ら

年代にかけて著しく低下する。こうした当時として欧米

かの被害が報じられている。被害の原因が単に酸性の雨に類をみない環境対策も相まって、わが国では広域にわだけではなく、酸性のガスや粒子が関係している可能性

電中研レビューNo．31●15

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1980年現在の
排出 量

L一レ2・…人。増加、s。，排出増力。
（シナリオB）

2020：人口増加のみ（シナリオA）

図1−1−5

1980年のSO2発生量と、2020年に推定されるSO2発生量の比較（Galloway．1989）

は高い。だがその前駆物質が、石炭の燃焼によって大気量を賄うポテンシャルを持つと、彼は警告するのであ中に排出されたSO2にあることは確かなようである。被る18）。

害の発現は、揚子江と嘉凌江の合流点にあたる重慶のよ

上記のシナリオBは、将来にわたってアジアで環境対

うに、西南地域の山間部に集中する。このため西南地域

策が全く講じられないときのSO2排出量の推移である。

の酸1生雨に重点をおいた国家プロジェクトが、第八次5

全面的には考え難い事態であるが、もしこうした状況下ヵ年計画の一環として進められている17）。

で、わが国に何らかの影響が現れる可能性はあるのか、

韓国や台湾やロシア沿海州でも、酸性雨の調査は進めないのか？

られてる。特に近年の韓国におけるモニタリングネット

この問題は、単に前駆物質の発生量の推移だけに帰す

ワークの整備には、目を見張るものがある。残念ながらるべきものではない。第2章で述べるように、東アジア

北朝鮮の現況だけは、現在のところよく分からない。

で最大のSO，の排出地域は、渤海湾を囲む地域にある。大ギャロウェー（J．N．Galloway）．18）は、二つのシナリ

気中のSO2濃度や降水中のミ042一濃度も極めて高い。にもオのもとに2020年のSO、排出量を予測した（図1−1−5）。

かかわらずこの地域では、降水の酸性化は顕在化してい1980年の排出源の主役はヨーロッパついで北米であり、ない。これはカルシウムイオン（Ca2＋）を含む炭酸塩な

アジア、アフリカ、南米からの排出量は少なかった。シ

どが、酸を中和しているからである。

ナリオAは、1人当たりのSO2排出量は将来も変わらな第3章で述べるように、環境影響が発現するときには、いと仮定して、人口増のみを考えた試算である。アジア

どの程度の量の酸1生物質がわが国に流入し沈着しなけれからの排出量は、北米なみの値に到達することが分かる。

ばならないのか、この点についても現在のところ明確なシナリオBは、1人当たりのSO、排出量が欧米なみにな答は得られていない。

ると仮定して、これに人口増を重ねた試算である。アジ

過去のヨーロッパや北米の経緯をみるように、将来にアからの排出量はヨーロッパと北米の全量に2倍近く！

わたる環境影響を評価するためには、まず国際的な比較

つまり将来は単独で、1980年の世界全体に匹敵する排出に耐え得るさまざまなデータを用意しなければならない。

16

地球の温暖化
日本および周辺地域における酸性雨観測

酸1蠣の麟送評価

s激Aジアにおけ礫雨・酸i蠣の動鯛
酸性物質の沈着量予測手法の開発

鰍P灘難1鐸

環境の酸性化一（酸性雨）

東アジアにおける酸性雨・酸性物質の抑制対策とその評価
防止対策

燃料対策（燃料転換、燃料の脱硫、脱窒）
燃焼方式の改良（流動燃焼炉、炉内脱硫）
NOx・SOx処理（同時脱硫、脱硝法、途上園対象簡易脱硫）

忌地の砂漠化

オゾン層破壊アンダーラインは当研究所の取り組み課題

図1−1−6酸性雨問題への取り組み

そして予想される沈着量が、もし環境の許容限度を越え研究の展開に伴い、その視点をメカニズムの解明や現象

そうなことが分かったときに備えて、各国の国情に即しのモデル化に移行し、また問題の性格上、学際的あるいた方策を提案し、また協力していく努力も必要となろう。

は国際的な視野に立った総合化に留意してきた。

1987年から6年間にわたる調査の結果、わが国では、

1−1−5

当研究所の取り組み

酸性の雨が直接の原因と考えられる環境の被害は顕在化していないことが明らかになった。他方、近隣諸国にお当研究所では、湿性大気汚染が喧伝された1970年代のける生産活動の増加は著しく、最近の伸び率が続くと近終わりから先行的に酸性雨の所内研究を始め、実験・観

い将来、ヨーロッパや北米の現況を上回る発生量が見込

測データの蓄積や解析能力の充実を図ってきた。1987年

まれることも推定された。

には資源エネルギー庁からの受託研究として「広域環境このため実態把握を中心にした研究（フェーズ1）は、影響等評価技術実証調査」がスタートし、所内研究と受1992年度をもって終了とし、1993年度からはフェーズII

託研究を連動させる形で酸1二二の研究を進めてきた。

として、「酸性物質の広域輸送評価」と「酸性雨の環境影

この調査を計画した1980年代の中ごろ、わが国では欧米に類をみない環境対策がすでに講じられており、SO、

響評価」の二つに視点を置いた研究を4ヶ年計画でスタートした（図1−1−6）。

やNOxの排出量は著しく低いレベルにあった。例えば単酸性雨フェーズIIでは、21世紀の初頭までに予想され位発電電力量あたりの前駆物質の発生率を比較すると、る前駆物質の発生量の推移を想定し、将来にわたる濃度

わが国のSO2の発生率は欧米の主要国の1／8以下、またや沈着量を予測するとともに、わが国の土壌・陸水や植NOxの発生率は1／5以下であった。このため降水の酸性物に及ぼす影響の程度を検討する。さらに酸性物質によ化に及ぼす電気事業の寄与は小さいことが予想されたもる樹木の反応、土壌・陸水系における酸の中和過程、森のの、影響評価を行うために必要な基礎データは十分に林への酸性物質の沈着量、構造物への影響などを検討し、そろっていなかった。

1996年度を目処に、おもに硫黄化合物とオキシダントの研究の第1段階は、酸性雨の実態把握が中心であった。

影響評価を目指す計画である。

電中研レビューNo．31●17

1−2

越えた輸送解析が進められ、その成果は各国の発生源対

1−E−1はじめに策に反映されている。当研究所では、こうした先行的な成果を踏まえ、東アジア独自の酸性雨を解明することを目的に、モニタリングネットワークの運営や輸送現象の大気中に排出されたSO2やNOxは、風によって輸送されるとともに、その過程で拡散による希釈や化学反応な解明に取り組んできた。

どによる変質を経て地表面に沈着し、大気中から除去さ1−2−2れる。酸性物質の環境影響を考える場合、発生源から三欧米における輸送・沈着の評価

百〜千kmの領域で輸送現象を調査・解析する必要がある（図1−2−1）。わが国を中心にいえば、ロシア沿海州、

前項で述べたように、ヨーロッパや北米では、1960年

中国の主要部、朝鮮半島、台湾が対象領域に含まれる。

代から70年代にかけて、酸性雨は大きな社会問題、環境

これはちょうど、新聞で見る東アジア地域の天気図の範問題であった。そのため、前駆物質の発生から酸性物質

囲に相当する。

の沈着にいたる過程の調査や研究が、20年近く前から行

ヨーロッパや北米では、国際規模の実態調査や国境を発生われてきた。

量

長距離輸送解析

沈着

量

／
燃

料

エネルギー

統

計

塵

業

殿・交通

統

計

鞍

雲雲

で
の

取で

化
学
反
応

こ化
み学

拡
散

沈

への
の中
りの

降水の
化学成分

着

反
応

トー〜数1・・から勾・◎Okm一
図1−2−1酸性物質の輸送・沈着解析

18

大気中
の濃度

1977年に発足のEMEP＊では、東欧を含むヨーロッパ化を考慮している。

全域の発生量データベースの作成、降水とガス状・粒子

北米でpHが低く、SO42一やNO3一の沈着量が多い地域

状物質のモニタリング、長距離輸送の解析などが進めらは、米国とカナダの国境に近い五大湖周辺である。

れた。1988年の観測データ19）では、ヨーロッパのpHの年

NAPAPでは、平均値は4．1〜6．4であり、pHが低くSO42

たモデルを用いて、米国とカナダ問の越境大気汚染のよ濃度が高い地域は、ポーランドを中心とした東欧に広がっている。

また、輸送モデルを作成して、自国で発生した硫黄がRADMや物理・化学過程をより簡略化しうに、ある地域で発生した酸性物質がどこにどの程度沈着するかを見積もっている。

近隣諸国に沈着する量、逆に近隣諸国で発生した硫黄が自国に沈着する量も計算している。例えば英国では、硫1−2−3

東アジアにおける輸送・沈着の評価

黄換算で年間200万トン近いSO2の排出量があるのに対して、自国には他国からの流入分も含めて年間100万トンq）酸性物質の発生量しか沈着しないといった具合である。こうした計算は、

アジア地域における経済成長、人口増加に伴う大気汚長距離輸送モデルを用いないと評価が難しい。得られた染物質の増大が懸念されるにつれて、アジアの酸性雨に結果は、発生量削減のための政策に反映されている。

世界的な注目が集まるようになってきた。

発生源対策などに反映できる政策モデルは、他にオー

図1−2−2は、東アジアにおけるSO2の発生量の経年変化

ストリアの国際応用システム解析研究所（IIASA）がヨを示す。SO2の排出量は、毎年、確実に増加していること

ーロッパを対象に開発したRAINSというモデルがある。

が分かる。特に中国からは、東アジアの総排出量の80％

このモデルは、先駆物質の発生から酸性物質の沈着、さを超える年間1，600〜1，800万トン（1980年代後半）が排

らに自然環境や人間活動への影響の諸過程を解析し、ど出されており、このまま進むと2010年忌は、現在の2倍の国のエネルギー消費量や汚染物質の排出量をどの程度近くに達する可能性がある。

削減するかといったシナリオ作成に使われている。

重慶では、SO2の年平均濃度が日本の1時間の環：境基準

北米を対象としたプロジェクトには、1980年に発足しと同じ0．1ppmを超える。ちなみに東京都区部の年平均濃たNAPAP＊＊がある。NAPAPでは、米とカナダの発生量

度は0．01ppm程度である。降水中のSO42濃度は、東京のデータベースの作成、各モニタリングネットワークから6倍近くあり21）、すでに局地的な大気汚染として深刻化のデータ収集、酸性物質の輸送モデルの評価と開発などが行われている。このプロジェクトで開発された長距離

4，000

輸送モデルRADM20）は、物理・化学現象をかなり詳しく扱ったものとして有名である。

このモデルで考慮しているおもな物理・化学過程は、

鉛直方向の拡散を伴う三次元の物質輸送、雲による物質の取り込みと鉛直方向への輸送、雲内（液相）での化学反応、季節や地表面の状態によって異なる乾性沈着、大聾3・000
§

東アジア

撃…

＼

駕

中

の1，000日廿本

気中（気相）での36物質、77の化学反応、雲の効果を受
0

けて時間と場所で変化する光化学反応などである。また、

1975

1980

1985

年

発生源インベントリーのデータベースとしてSO2や

1990

1995

度

NOxだけでなく、揮発性有機物質、アンモニア、炭化水

図1−2−2東アジアにおけるSO2排出量の経年変化素を備え、それらの日変化や季節変化、平日と週末の変（科技庁科学技術政策研究所23）をもとに作成）＊欧州監視評価計画 European Monitiring and Evaluation Program＊＊米国酸性降下物調査計画 National Acid Precipitation Assessment

Program

電中研レビューNo．31●19

している。重慶ほどではないにせよ、日本のSO42一濃度の排出係数の設定が異なるためである。

3〜5倍の雨が降っている地域は珍しくない。今後、排当研究所では、人為起源のNOxの排出量についても出量が増加するにつれて、問題が広域化することは問違

SO2と同様の推計を行っている。1986年現在の東アジア

いないとみられる。

の5ヶ国（地域）からの排出量（NO2換算）は、年間約欧米におけるEMEPやNAPAPの例をみるまでもなく、

1，100万トンと推計される。この値は米国東部の発生量に広域的な環境問題を把握し対策を考えるうえでは、前駆匹敵し、全世界の人為起源の発生量の10％強に相当する。

物質の発生量の調査、降水や大気質のモニタリングネッ

NOxの発生源は、おもに化石燃料を燃やす工場などの固トワークの整備、汚染物質の発生と沈着の関係を明らか

定源と自動車などの移動源である。日本の場合、固定源にする長距離輸送モデルの開発が必要である。

と移動源の影響は半々であるが、中国では90％以上が固工場や自動車などの人為起源や火山や生物などの天然定源である。

起源による、さまざまな汚染物質が大気中に排出される。

現在、SO2やNOxだけでなく、炭化水素（HC）やアン

その中で酸性雨のおもな原因となる物質は、SO、とNOx

モニア（NH3）などの排出量インベントリーを整備するの二つである。これらの物質から生成した硫酸（H2SO4）

動きが世界的に見られる。発生源データの更新と信頼度と硝酸（HNO3）が、酸性雨の主因になるからである。塩を高めることに加え、精度よく輸送評価を行うには発生

化水素（HC1）も酸性雨の原因となるが、先の2物質と比量の鉛直分布データが必要である。また、東アジアにつべると影響は小さい。また海洋の生物活動によって、硫いていえば、1QOkm程度の格子レベルで、ロシア極東地

化ジメチル（（CH3）2S）などの硫黄化合物が発生するが、域の発生量データを作成することが望まれる。

大部分は海域に沈着するため、降水の酸性化にはあまり影響しない。

（2）酸性雨の観測

東アジアにおけるSO2のおもな発生源は、人間の生産

1980年代になると、わが国でも酸性雨に対する社会の活動と火山活動である。当研究所では、東アジア（日本、関心が高まってきた。環境庁は酸性雨の現状と影響を調

中国、台湾、韓国、北朝鮮）の1986年における人為起源

査するため、1983年から87年まで「第一次酸性雨対策調のSO2の発生量分布と、1980年忌後半のわが国の火山か査」を、さらに1988年忌ら92年まで「第：二次酸性雨対策

らのSO2の発生量を推計した22）。人為起源の発生量分布調査」を実施した。第一次調査では全国14地点（後に29は80km格子単位で求めた。酸性物質の長距離輸送を解地点）、第二次調査では23地点で酸性雨の観測を行った。

析するにあたっては、この程度の格子レベルの発生量分

平成6年版の環境白書24）には「第二次の調査結果によ布が必要だからである。当該5ヶ国（地域）からの発生

ると、降水のpHについては第一次の調査と比較しても顕量は、年間約2，300万トンであり、この値は米国の発生量

著な変動はみられないものの、降雨のpHの年平均値はにほぼ等しく、全世界の発生量の20％弱に相当する。

4．5〜5。8の範囲であり、また欧米と同程度の酸性降下物

アジア地域のSO2排出量を推計した事例は当研究所以が観測されている」と報告されている。環境庁は現在、外にもある。例えば科学技術庁の調査グループ23）は、東南

東アジアの酸性雨モニタリングネットワークの構想の策

アジアや南アジアを含めた排出量の見積りを行っている。

定を進めている。

また1992年に工業技術院資源環境技術総合研究所、1993

当研究所22）は、資源エネルギー庁からの委託により、年に国立環境研究所の主宰で開催された国際会議でも、

1987年10月から3年間、全国規模で酸性雨の調査を行っ

各国の研究機関から排出量の推計結果が報告された。こた。全国20地点におけるpHの年平均値は4．6〜5。2の範囲

れらの推計値は少しずつ異なるが、中国が東アジア最大にあり、環境庁の結果とおおむね一致した。またpHは北の排出国であることに変わりはない。推計値の違いは、

東地域で高く、南西地域で低くなる傾向がみられた。1990

石炭中に含まれる硫黄分や灰に残る硫黄分の割合など、

年10月からは中国、韓国、台湾の大学や研究機関の協力

20

ノ

（〉
肇

雲への

爲8⇒賊子1旨⇒
Ca，

M9，

Na，

∠鋤

↑

！NOx NH3

κ

乾性沈着

畑

乾性沈着

（CH3）2S

土壌粒子

図1−2−3

酸性物質の発生から沈着に至る過程

を得て、東アジア規模における酸性雨の観測を実施し期待される。

た25）。1992年10月〜93年9月のpHの年平均値は、中国の北京で6．0、南京で4．8、韓国で5．1、台湾で4．8であった。

降水中のSO42一濃度は、中国の観測地点で日本、韓国、台（3）長距離輸送モデル

酸性物質の発生量が推定でき、観測により沈着量が分かったとする。ではいま、ここで降っている雨の中の酸湾より数倍高い値を示した。
環境庁26）や当研究所22）の観測結果からは、わが国では性物質はどこから、どの様にしてやってきたのか？

発

海塩起源物質の沈着量が多いこと；SO42一とNO3一の沈生と沈着の間のブラックボックスを物理・化学的に説明

着量は北米とほぼ同じであるが、アンモニウムイオンするのが長距離輸送モデルの役割である。

（NH4＋）とカルシウムイオン（Ca2＋）の沈着量は多いこと

人為起源と天然起源で発生したSO2とNOxは、大気中でであるが、その程度は前者の方がおよそ2〜3倍酸化され、それぞれH2SO4とHNO3になる。H2SO4はほとと；降水の酸性化に寄与する物質はおもにSO42
NO3

図1−2−3は酸性物質の発生から沈着に至る過程を示す。

んどが粒子化するが、HNO3はガス状あるいは粒子状の高いことなどが分かっている。

中国における1985年8月〜86年8月の降水の観測デー形で存在する。粒子化したものは二次粒子と呼ばれる。

タ21）をみると、長春、藩陽、北京、西安といった北部の都

H2SO4やHNO3の一部は、市のpHは6．0〜7．2、蘇州、上海、重慶、貴陽といった南塩をつくる。二次粒子は他の粒子状物質とともに雲の凝部の都市のpHは4．2〜5．3である。南部では酸性雨が降り結核になり、雨や霧に成長する。SO2は光化学反応ででき被害が顕在化しているといわれるが、北部では酸性雨はたH202やオゾン（0，）とともに大気中の水滴に溶け込んほとんど発生していない。しかし、硫酸イオンの濃度はでH2SO4になる。

北部の方が2倍ほど高く、これは東京の約4倍に相当す

Ca2＋やNH4＋と硫酸塩や硝酸

NOxの水滴での酸化は生じにくい。

雨ができる前に汚染物質が雲や霧に取り込まれること

Ca2＋、マグネシウムイオン

を「レインアウト」ということがある。雲内の汚染物質（Mg2＋）などで中和されている。酸性物質の輸送評価に

は、雲水の蒸発により大気中に戻されたり、雲が雨に成あたっては、中和物質の働きも考える必要がある。

長して地面に除去されたりする。また落下する雨滴は、る。中国北部の雨はNH4＋、

現在、東アジア各国（地域）で酸性雨のモニタリング

大気中のSO2やNOx、二次粒子を捕捉して地面に除去す

データの蓄積が進み、実態把握や酸性物質の輸送評価にる。これを「ウォッシュアウト」と呼ぶことがある。汚役立っているが、試料の採取方法や分析方法は国（地域）

染物質の地面への除去は降水がないときにも生じる。レ

や機関によって必ずしも統一されていなかった。今後、インアウトとウォッシュアウトによる除去をあわせて湿欧米のプロジェクトのように性沈着、降水がないときの除去を乾性沈着という。以上

各国共通の観測データの継続的な取得とそれに基づく解析や評価が進むことが述べた発生から沈着にいたる輸送、変質、雲や雨による電中研レビューNo．31●21表1−2−1長距離輸送モデルのタイプ別特徴
モデルのタイプ
特徴

トラジェクトリー型悩薪究所）

オイラー型（アイオワ大学〉

ハイブリッド型く籔研究藩が開発中）

空気塊の流跡に沿って濃度解析する年問など長期評価に最適
ルーチン的に得られる気象データで計算可能
物理、化学過程を簡略化している

対象領域を3次元の格子に区切って、格子内での物質収支を表す連立方程

遠方から輸送される物質に対してトラジェクトリ一型、評価地点の近くで発生する物質に対してオイラー型のモデルを用いる
トラジェクトリ一型モデルの特徴に加え、乾性沈着量を支配する地表濃度を精度よく予測できる
物理、化学過程のモデルをバージョンアップしゃすい式を解く

高濃度時のエピソード解析に適している

気象データ、計算機環境が充実していないと精度よい結果が得られない
物理、化学過程を詳細に扱える
対象領域と領域の分解能

鉛直方向には一層

約200km四方、20km格子
鉛直方向には13層（0〜6km）

約4，500km四方、評価地点の近くは10km格子、遠方は80km格子

発源

硫黄酸化物（水平分庸）

硫黄酸化物、窒素酸化物、炭化水素、

硫黄酸化物（鉛直分布）

象

高層風（約1，500mの高さ）、降水量

風の3次元空間分布、降水量、雲底
高度、気温など

風の3次元空間分布、降水量

観測データと運動方程式による予測

観測データを補間して求める

約4，5◎Okm四方、80km格子

鉛直方向には5〜6層（0〜1km）

生アンモニア（鉛直分布）

気観測データを補間して求める

化
雲、

学
沈

皮

応
着

ガス状の二酸化硫黄から粒子状の硫
酸イオンへの変化のみ（大気中）60物質、39反応（大気中、雲、雨、雪の中）酸イオンへの変化のみ（大気中）レインアウトウォッシュアウト

レインアウトウォッシュアウト

乾性沈着
各過程の時間による変化は濃度に正

乾性沈着除去モデルで計算

レインアウトウォッシュアウト
乾性沈着

比例

除去過程が長距離輸送モデルで扱われる。

ガス状の二酸化硫黄から粒子状の硫各過程の時問による変化は濃度に正比例的な物質の移動を予測しやすい。

酸性物質の長距離輸送モデルは、ヨーロッパや北米を

表1−2−1は長距離輸送モデルのタイプ別に特徴を比較

対象に、1970〜80年代に数多く提案された。1990年代にしたものである。当研究所ではこれまで、わが国の酸性なると、アジア地域の長距離輸送モデルを開発する動き

物質の沈着量に及ぼす東アジア各国の寄与を見積もるたが見られるようになってきた。RAINSのアジア版、世界めに、年単位の長期間の評価をする立場からトラジェク

銀行のアジアの酸性雨に関するプロジェクトRAINS−

トリ一型モデルの開発を行ってきた27）。対象物質は硫黄

ASIAもその一つである。また、国内の大学や研究機関で化合物とした。これはSO2の方がNOxより寿命が長く、も長距離輸送モデルの開発が進められている。

長距離輸送される割合が高く、降水の酸性化にはSO42一

長距離輸送モデルには、空気塊の流血に沿って濃度解の方がNO3一より関与しているためである。

析するトラジェクトリー型モデルと対象領域を三次元の表1−2−1のトラジェクトリー型モデルの欄には、当研究

格子に区切って、各格子内での物質収支を表す連立方程所のモデルの特徴をまとめた。本モデルはわが国の硫酸式を解くオイラー型モデルがある。トラジェクトリー型

イオンの湿性沈着量と比較的清浄な地域に長距離輸送さモデルは、物理・化学過程は簡略化して扱うが、日常的れてくるSO2の濃度を精度よく予測できた。オイラー型に得られる気象データをもとに濃度、沈着量の計算がでモデルとしては、元は硫黄の輸送評価のために開発され

き、年間など長期の評価に適している。オイラー型モデ

た米国アイオワ大学のSTEM−II

ルは風、日射、雲、雨などの気象条件や乾性沈着に影響

STEM−IIはNAPAPのRADMと並んで著名なモデルでする土地の利用状況や地表面の状態などの地理的条件をある。当研究所のモデル計算と観測データの比較から、詳細に扱えるが、入力データや計算機環境が十分でない観測地点の近くに大規模な発生源地帯がある場合は、濃と、精度よい結果が期待できない。そのため、通常は酸度が混合三内に一様分布するという仮定のトラジェクト

性度の高い雨が降った期間などを対象としたエピソード

リー型モデルでは、乾性沈着量を支配する地表近くの解析に用いられる。なお、長距離輸送モデルには、大気SO2濃度を精度よく予測できないことが分かっている。

汚染物質を模擬した多数の粒子を追跡するラグランジア

そこで、湿性沈着量に加えて乾性沈着量の予測を実用的

ン粒子モデルもあるが、これはトラジェクトリー型モデ

かつ精度よくするために、当研究所では、トラジェクト

ルの変形といえる。ラグランジアン粒子モデルは、個々リー型モデルとオイラー型モデルの長所を活かしたハイの粒子の動きを追跡するため、汚染物質を一つの塊としブリッド型モデルを開発中である。表1−2一ユには、第1版て追跡するトラジェクトリー型モデルと比べて、三次元ともいえる基本モデル29）の内容を示した。

2228）の内容を示した。

1−3

以下では、これまでに得られている科学的な調査・研1−3−1はじめに究の成果をもとに、酸性雨の土壌・陸水への影響のメカ
ニズムとわが国の現状および将来の予測について述べる。

ヨーロッパ北部や米国民東部、カナダなどでは、1960年代頃から一部の河川・湖沼が著しく酸性化し、魚の減少などの生態系の被害が発生している30）。原因は酸性雨

1十2土壌・陸水影響のメカニズムとわか国の現状とされ、被害の拡大を防ぐために、酸性化のメカニズムや予測に関する種々の調査・研究や石灰による酸性湖沼

大気中で生成した酸性物質は、ガスや粒子の形で直接の中和対策などが行われている。これまでに、この問題

地表に到達する（乾性沈着）か、または雨、雪、霧などについて行われた国内外の主な調査・研究の例を表1−3−に取り込まれ、硫酸塩や硝酸塩となって地表に降りそそ

1に示す。

ぐ（湿性沈着）。乾性沈着のうち、水面に落ちるものは直わが国では、1980年代から当研究所や環境庁などによ接河川や湖沼に入るが、陸上に落ちるものは植物や土壌る全国規模の調査が始められ、雨については各地でpHがの表面にたまり、それらが雨で洗い流され、湿性沈着と4．6〜5．2の酸性雨が降っていることが確認されたものの、ともに土壌中に浸透し、そこで種々の化学反応にかかわ

土壌・陸水への影響は今のところ明確ではない。例えば、り、一部は地下水を経て河川や湖沼に流出する。

北海道の屈斜路湖や福島県の猪苗代湖は酸性化した湖だ

湿性沈着量は、降水量と降水中の酸性物質の濃度を測が、その原因は火山活動で作られる強酸性の水が流入す

定すれば、比較的簡単に求められる。当研究所では、全るためで、酸性雨ゐ値接の原因ではないことが分かって国20ヶ所における1987〜1990年の観測により、硫酸イオいる31）。また、1990年に天竜川や千曲川の上流部で、河ン（SO42一）、硝酸イオン（NO3一）、水素イオン（H＋）の川・湖沼のpHの経年的な低下（10年間で約0．6）が明らか

湿性沈着量を明らかにした。しかし、大部分が樹木の葉になり、酸性雨の影響ではないかと推測されたが、原因の表面にたまると考えられる乾性沈着量の測定は極めてはよく分かっていない32）。

難しく、重要な研究課題の一つである。そこで当研究所

酸性雨の土壌・陸水への影響は、日本では本当に現れていないのか、将来影響が出る恐れはないのか。こうしでは、1993年より、山林での現地観測データから乾性沈着量を推定する手法の開発を行っている。

た疑問に正しく答えるためには、地上に降った酸性雨が地表に沈着した酸性物質は、森林・土壌系における種々

河川や湖沼に流出する過程を追跡し、そこでの酸性物質の物理・化学・生物学的作用を受ける。これらを概念的の中和のメカニズムや中和反応の速さ、持続性などを明に図1−3−1に示す。

らかにする必要がある。これらについては、当研究所や環境庁などの最近の研究で解明が進みっつある。

樹木は、根を通して土壌中の交換性塩基や陰イオンを吸収したり、落葉によって土壌に塩基を供給するなどの電中研レビューNo．31●23表1−3−1酸性雨の土壌・陸水影響に関する国内外の主なプロジェクト
プロジェクト名

期間

SNSFa

Lake

Gardslδn

Sセudy

1LWASbNorwegianLimingProject

NAPAPcQuebec

Lake

Study

主催く実施）機関

1977−1982

Sweden／SNv」

スウェーデン南部のLake

1977−1984

US／EPRIk

米国アディロンダック公園の湖沼の酸性化機構調査、予測モデルの開発

1979−1984

Norway／NIVA

ノルウェーの湖沼の石灰中和処理の影響調査

1980−1990

US／NAPAP

酸性物質の発生・輸送・沈着、生態系・人の健康・文化財影響等の調査

1983−1986

LAMPe

，

第一次酸性雨対策調査

容Norway／NIVAi

1981−1985

PiRLAd内1972−1980

魚類・森林への影響調査、予測モデルの開発
Gδrdslδnの酸性化機構、石灰中和処理の影響調査

Canada／MENQl

カナダ・ケベック州の湖沼の酸性雨影響調査

US／EPRl

北米4地域の湖沼酸性化の古生物学的調査

1983−1986

US／EPRi

米国アディロンダック公園の湖沼の石灰中和処理の影響調査

1983−1987

環境庁

全国規模の酸性沈着、土壌・陸水・植物影響等の調査

RA｝NSf1983−1988

SWAP9

1984−1988

Austr｝a／llASAm

欧州全域の広域輸送・沈着、土壌・陸水・森林影響予測モデルの開発

UK／CEGBn、

英国、スウェーデン、ノルウェーの河川・湖沼の酸性化機構、魚類影響調査

Bco

1984−1989

UK／CEGB

スコットランドのLoch

APMPh

1985−1989

US／Fish＆WiId−

米国中北部湖沼の石灰中和処理の影響調査「人間環境系」重点領域

1987−1989

文部省

Loch

Fleet

Project

life

研究・酸性雨Fleetの石灰中和処理による魚類生息環境回復実験

Service

酸性沈着、土壌・陸水・植物・文化財影響等の調査（東京農工大など）

広域環境影響等評価技
術実証調査

1987−1996

通産省（電中研）

東アジアの酸性物質の発生・輸送・沈着、全国規模の土壌・陸水・森林影
響等の調査、予測モデルの開発

第二次酸性雨対策調査

1988−1992

環境庁

全国規模の酸性物質の輸送・沈着、土壌・陸水・植物影響等の調査
生態系の総合モニタリング、予測モデルの開発

第三次酸性雨対策調査

1993−1997

環境庁

降水・土壌・植生のモニタリング、許容負荷量調査

a：旦ur旦ederdφrs

Effectson

Virkning

Forestb：⊥ntegrated

and

Pa旦kogo9」三isk（Acid

Lake里atershed△cidification旦tudy

c＝旦ational△cid旦recipitation△ssessment

Rrogramd：PaleoecologicalLakee：」＝ake

PrecipitationFish）lnvestigation△cidification」堕itigation

f：Regional

Acidification

g：Surface

Watersof

RecentINformation

Acidification

Acidification

旦rojectandh＝△cid旦recipitation」y1itigation旦rogram
i：Norwegianlnstitutej＝National

SwedishWater

Research

EnvironmentforProtection

k：ElectricPower

Research

l：Quebec

Ministryofthem：1nternational⊥nstitute
Simulation

Programme

n：Central

Electricity

o

Coal

＝BritishBoardlnstituteEnvironment

for△PPIied隻ystem△nalysis

Generating

Board

働きを持つ。土壌中の微生物は、有機物の分解や消化にの働きなどが加わってつくられるものなので、上にあげ

よって酸を生成したり、反対に硫酸還元や脱窒によってた中和反応の容量や速度は、土壌がつくられる条件によ酸を消費したりする。また土壌中では通常、植物の根のってかなり異なり、日本国内でも地域分布を持つことが呼吸や有機物の分解によってCO2の分圧が大気中より高予想される。

くなり、地下水中にCO、が溶解して重炭酸イオン

日本土壌肥料学会は、環境庁の委託を受け、1983年に（HCO3一）と炭酸イオン（CO32一）を生成し、地下水のpH

全国の土壌の酸中和能を定性的に評価した「酸性雨の土を下げる働きがある。これらの現象は、降水が酸性化し壌への影響予察図」を発表したが、これを裏付ける全国ているか否かにかかわらず、いずれもごく自然に起こる規模の定量的なデータはほとんどなかった。そこで当研現象である。

究所では、主に陽イオン交換などの速い反応で土壌が中

一方、土壌に接触した水のH＋を中和する童生物的な反和する酸の総量（rapid−ANC）を簡易に測定する方法を

応には、土壌中の交換性塩基とのイオン交換や一次鉱物

開発し、この方法を使って1989年に全国の表層土壌のの化学的風化などがある。これらの働きは、酸性雨を中

rapid−ANCの分布を求めた。ただし、酸性雨の長期間の和する主要な機構として重要である。詳しくは3−2節で説影響を考える上では、rapid−ANCだけでは不十分で、さ明する。

らに鉱物の化学的風化の関与も把握する必要がある。

土壌は、もともと地表の岩石（一次鉱物）が物理化学

地下水が河川に流出して大気にさらされると、水中に的作用を受けて風化する過程に、動植物の遺骸や微生物

過剰に溶けていたCO、が気化して抜け、通常はpHが上昇

24

酸性降下物の動き1①酸性沈着には、湿性（雨・霧）と乾性（ガス・粒子状物質）がある。

①酸性沈着

湿

②降水は樹冠の作用で樹冠雨と樹幹流になり、水質が変化する。
③表層土壌では、陽イオン交換や風化による中和、CO，の溶解によるアルカリ度∴生蕪鱗灘灘難欝病保一

②樹冠

樹冠雨

樹幹流
③表層土壌

z

1
④無機層

紘噛」陽イ零ン交換

鉱物の風化c◎宕の溶解生物の辮期〜も⑳和：噸
訥一、・、．

響庸顎δ蕩ぜ

∵

−「W

岩盤
博

ヒ・：口底1』．質壌

図1−3−1酸性物質の丁丁における挙動の模式図
酸性物質は図中の番号順に矢印の方向に動いていく。土壌の酸中和能が十分大きければ、酸性物質はそこで捉えられ、河川・湖沼にはほとんど流出しない。

する。森林・土壌系の作用で酸性降下物が十分に中和されていればpHは7以上まで回復し、水自体が一定の酸中

1−3−3

土壌・陸水影響の予測手法和能を持つ。水の酸中和能はアルカリ度で表わされ、そのおもな内容はCO2の溶解によって生じるHCO3一と酸性雨がおもに土壌によって中和されていることは、

CO32一、水酸基OH一、ケイ酸塩などの弱酸塩、土壌から供すでに述べたとおりである。土壌の酸中和能はANCで表給される有機酸の塩などである。アルカリ度が低い水ほされる。したがって、ANCを年間の酸性沈着量で割れど酸性化に対する感受性は大きい。

ば、土壌が酸中和能を失うまでの年数が一応求められる。

現在のところ、全国の河川・湖沼の水質監視点におけこのような方法で、わが国でも10〜40年後に森林土壌がるpHのデータには、経年的な酸性化の傾向はみられな

酸性化し、植物への影響が現われると予測した研究もあい。しかし、アルカリ度については全国規模のデータがる33）。だがこの方法を用いる場合、ANCとしてrapid−ないため、当研究所では1991年に全国の約200カ所の河川

ANCを与えると、鉱物の化学的風化が考慮されていない

でpH、アルカリ度などの水質を測定した。

ために、非現実的な予測結果になる恐れがある。

以上のように、これまで定性的な議論が中心であった

もう一つの予測法は、土壌・陸水影響メカニズムを数

わが国の土壌や水の酸中和能に関して、1980年代以降に式化した数値モデルを用いる方法である34）。この方法で全国規模の定量的なデータが蓄積され、科学的な検討がは、流域の地形、降水量、酸性沈着量、土壌の理化学性可能になったといえる。

などを入力条件として与え、水や各種イオンの時々刻々の動きを数値計算する。計算結果として、土壌の塩基飽

電中研レビューNo．31●25

和度、地下水や河川水のpH、アルカリ度、

AI3＋濃度などの時問変化が求められる。

こうした数値モデルによる予測法の欠点は、予測計算

数値モデルのチェックを進めており、その信頼性を確認した上で、酸性雨に対する中和能が比較的弱いとみられる流域を対象に、長期予測を行う予定である。

に必要な入力データを得るために、対象となる流域で大がかりな調査を必要とすることである。通常は、土壌の理化学性と1年間程度の水文・気象・水質の連続調査が1−3−4

土壌・陸水影響の長期予測をめざして

一今後の課題一必要になる。また、モデルの信頼性を評価するためには、地下水の流動や鉱物の化学的風化など、モデル化が難し以上述べたように、わが国における酸性雨の土壌・陸い部分の計算過程をチェックするための特別な調査も必

水影響の実態とメカニズムに関しては、当研究所や環境要である。

庁などによる全国規模の調査によって、かなりの部分がそこで当研究所では、人為排水や温泉などの影響を受明らかにされたといえる。今後は、信頼できる長期予測

けていない石川県と長野県の山地の渓流2ヵ所を試験流と影響評価を行うために、残されたおもな課題である森域に選び、降水・地下水・河川水の1年間の連続調査を林への乾性沈着量、鉱物の化学的風化による中和速度、行い、実際の流域での酸性物質の挙動を調べると同時に、流域の地下水の滞留時聞などの評価法の確立を図ってい数値モデルのチェックに必要なデータを収集した。現在、く予定である。

26

1−4でヨーロッパナラ（Qπ6z6％s％o伽γ）の衰退が記録されて1−4−1

いる36）。また、年輪解析によると、ドイツの黒い森のヨー

はじめに

ロッパモミにも1950年代ころから生長低下が記録されている（図1−4−1）。

1970年代初めに、北欧の森林生産力の低下やサケ・マスの漁獲量の減少が降雨の酸性化と関係があると指摘さところが、1970年代初頭から、西ドイツでこれまでにれて以来、いわゆる酸性雨が森林や湖沼・河川の生態系は見られなかった葉の黄化や落葉症状を伴った衰退現象に及ぼす影響についての研究が欧米を中心に盛んになっがヨーロッパモミやドイツトウヒ（Pゼ666zo：6ゴos）で見らた。一方、わが国でもここ数年来、スギなどの樹木の衰れた。1978〜81年になると、中央ヨーロッパ各国でもさ退現象が酸性雨あるいは酸性降下物との関係が指摘さ

まざまな樹種に異常症状がみられ、国際的にも大きな問

れ15・35）、生態系に及ぼす酸性雨の影響に関する研究が活題として取り上げられた。この1970年代から80年代の前発になってきた。

半にかけて指摘され始めた森林衰退現象をWaldsterben
（New

1−4−2

ForestDecline）といい、欧州各国がその実態調査や原因究明に当たっている。

欧米の森林衰退

ヨーロッパ各国が、落葉率を共通の指標にして森林衰（1）

退状況の調査結果を図1−4−2に示した37）。この調査では、

ヨーロッパ

ドイツでは、1700年代め中ごろからヨーロッパモミ

ドイツトウヒ、ヨーロッパアカマツ（P勿％∫釧1鰯〃♂s）、（．4∂26sα！∂α）が、1900年代の初めにはドイツやフランス

ヨーロッパモミ、ヨーロッパブナ（地g％ss吻擁。の、ヨ

一健全木（N＝18）@衰退（軽度）（N麟20）

…… @

（mm）

蓑退

一吟一一一

3。0

（N＝臨23）

健
取

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年2．0
輸
幅
1．0

0

（重度）

1938

劉

、・、フ＼／バ汽フ ｫ糀て：ζ将＝｝滋、！

木100

50

54

58

62

66

年

70

74

78

82

、、

蜘、、，

椛ﾞ（重度）．一σ、．

映ξ＼（＝フベ姻〜，．、一

に

対

す50
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．一r、
9、し

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対

46

一一・一

全

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、・声、！〜．＿．〆！
42…… 椛ﾞ（軽度）

150

値

0

193842

46

50

54

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66

70

74

78

82

年

図1−4−1西ドイツ・黒い森におけるヨーロッパモミの年輪幅の経年変化。

地上1．3mで直径50cm以上の個体を対象に測定（Moosmayer，
1984）61）

電中研レビューNo．31●27

構
0％

20％

40％

成

比
80％

60％

100％

調査地点数

調査本数

スペイン

447

10，728フランス

514

10，280

ウクライナ

131

3，144

ユーゴスラビア

97

3，294

フィンランド

450

3，850

イタリア

221

5，722

ノルウェー

714

8，253

オランダ

1，411

35，275

152

4，755

534

6，330

10，30σ12，365

ベルギー

62

1，919

ブルガリア

246

6，306

1，027

20．，735

3，252

10，664

：

70

1，622

ギリシャ1

83

1，960

688

8，333

ポルトガル

『く．『轡

P、「ρ．・

オースト1リア

スウェーデン

．昌

ハンガリー
西ドイツ；
デンマーク

もr●

一

罫

スイス

4．

▽

薩25％以上

落葉率

東ドイツ

．

115

2，760

リトアニア

i

960

23，042

ラトビア

・

311

7，464

カリニングラードr

102

2，453

英国1

75

1，728

206

13，561

ベラルーシ484

11甥616

ポーランド

1，494

30，202

チェコスロバキア

1』1縄，．．

図1−4−2

鴨〆層L謬

・．砿・一・

囲10−25％
國10％以下ヨーロッパ（国・地域）の森林衰退状況（UNEP−ECE，1991より作成）37）

一ロッパナラなどが対象である。調査結果には、病虫害

（2）北

米

や異常干ばつなどの気象要因などによる衰退もすべて含

北米では、1930年から50年にかけてカナダ南東部からまれている。したがって、森林衰退の原因はこの調査結

米国北東部でカンパ類が衰退したり、アパラチア山脈の果だけで推定できないが、同じ指標を用いたことから、標高の高い部分でアカトウヒ（1⊃疹6αz7πろ67zs）、フレーザ

ヨーロッパ全体の森林の現状がどのような状況かというーモミ（．4ろかosノ勉s67の、バルサムモミ（．4ろか6s伽醜窺侃）

ことをおおむね知ることができる38）。

の衰退が1960年代から記録されている。また、年輪解析

ヨーロッパの中で、最も衰退が激しいのは旧チェコスによると、1950〜60年ごろから生長が低下しており、北ロバキア、ポーランドおよび旧東ドイツである。特に、米における森林衰退も決して新しい現象ではないことがこれらの国境地帯は、黒い三角地帯あるいは廃嘘の三角指摘されている36・40・41）。

地帯ともいわれるほど衰退が激しく、森林は壊滅的な状
況にある39）（写真1−4−1）。

大気汚染との関連性が指摘されている代表的な森林衰退として、米国北東部とアパラチア山脈の標高が高い部

分のアカトウヒ・モミ属、米国東部のストローブマツ28

写真1−4−1森林の衰退状況
チェコのクルノシェ（標高約1200m）におけるドイツトウヒの衰退を示す。

（P勿鰐

εオ70∂粥）、アパラチア山脈南部のテーダマツ（P疹％％s如64α）、米国西部のポンデローサマツ（P伽∫・カ。η48γosα）がある。

カナダでは、ケベック州南部を中心にサトウカエデ（／166γs6z60ぬαγ％珊）が衰退しており、一般住民は酸性雨が衰退原因であると考えている。しかし、実際の原因はこのうち、ストローブマツの症状は、1960年代になる

まだはっきりしていない。実態調査の結果によると、ケまでオゾンが原因であるとは分からなかった。葉の可視

ベック州では約半数の森林が11〜25％の樹冠喪失状態を障害は高濃度オゾンが記録された時に発生している。ま示している44）。

た、テーダマツについても、pH3，5の人工酸性雨を18ヶ月間暴露した場合に、生長促進はあっても抑制はみられな（3）欧米の森林衰退原因諸説

いのに対して、オゾンの場合には6ヶ月間の暴露：によっ

これまでに、欧米の森林衰退原因として指摘されていて生長が抑制されることから、衰退原因としてオゾンのる諸説を表桝一1に示した。大きく分けると酸性雨の直接影響がクローズアップされている。アカトウヒやモミ属

影響と土壌酸性化影響、SO2の影響、オゾンの影響、気象についても大気汚染が耐凍性を低下させるため、凍害を要因（特に異常乾燥）、これらの複合影響に分類できる。

増加させている原因の可能性などが指摘されている41）。

旧西ドイツのチェコ国境地帯に近いフィヒテル山地のまた、米国西部では、1950年代初期にカリフォルニア

1990〜92年のSO2の濃度を図1−4−3に示した。同時期の当州のポンデローサマツにオゾンの影響が指摘され、1970

研究所赤城試験センター（標高約500m）におけるSO2濃年代の中ごろから衰退状況に関する本格的な調査が実施

度は！ppb以下であるのに対して、フィヒテル山地ではされた42＞。ポンデローサマツは、降水量が多くオゾン濃度

37ppbで、が低下している時期に回復率が高く、一方、降水量が少ェコ側オーレ（Ore）山での長期聞モニタリングでは、SO2ない時期に枯死率が高い傾向にあることなどが報告され、の年平均値として40ppbという高い値が記録されていロサンゼルスや山麓都市の自動車排ガスを起源とする光る45＞。このように、ヨーロッパの森林衰退の著しい地域は

化学オキシダントの影響が指摘されている43）。

共通してSO2濃度が高い。また、オゾン濃度もわが国と変SO2による汚染が顕著である。衰退の激しいチ

電中研レビュ・一No．31◎29

表1−4−1酸性降下物の樹木影響についての諸仮説①酸性雨・酸性鶉説
酸性雨、酸性霧が葉に直接的に影響をおよぼす。

②土壌酸性化野
酸性雨・酸性霧の沈着によって土壌が酸性化し、植物に有喜なA醗が溶出して根の生長や養・水分の吸収を抑糊する。

③

M9回忌説
土壌酸性化によってMgが溶脱することによって、欠乏状態となる。

④

オゾン脱

最近では、N馬＋、

NOゴの沈着量が増加したため、Mgの吸収が阻審されていると考えられている。

光合成を抑制することによって生長が抑制される。

⑤オゾン＋酸性雨・酸性霧説
オゾンが光合成を抑制するとともに、酸性霧が表皮携造を壊すため蒸発散■が増加し、乾燥ストレスの影響を受けやすくなる。

⑥オゾン＋凍霜害説
オゾンが光合成を抑制するため、糖分が十分蓄積できず、耐寒性が低下し、凍霜害の影響を受けやすくなる。

⑦オゾン＋乾燥ストレス説
オゾンの影響と乾燥ストレスの複合影響。
⑧

SO、説光合成の抑制によって生長が抑制される。
植物体に大量に吸着したSを降雨が洗浄するため、土壌にSが大量に負荷され、土壌の酸性化が起こる。

⑨SO2＋オゾン説
SO2とオゾンの複合影響によって生長が獅制される。
⑩［S窃＋オゾン］＋乾燥ストレス説⑪NOx説
N沈着塁の増加により、植物体が過剰に生長するため、附寒性が低下する。

⑫NOx＋オゾン説

（ppb）

1−4−3

60

日本の森林衰退

フィヒテル山地の98％値

50
酸4G

欧米では、1970年代より針葉樹の衰退現象が顕著とな

黄30

り、「酸性雨」との関連性が論議されてきた。一方、わが

化
硫
濃

度20

国では、1980年代後半から現在まで、関東・甲信地方やフィヒテル山地の平均

10

関西・瀬戸内地方など都市周辺域のスギ、神奈川県丹沢

赤城の平均

0

1234567891G

1112

月

図1−4−3

旧西ドイツ・フィヒテル山地（Warmensteina−
ch＝標高730m）における1990〜1992年の二酸化硫黄濃度（Bayerisches

fur

Umweltschutz）62）

山系や福岡県宝満山のモミ、群馬県赤城山のシラカン
バ・ダケカンバ・ミズナラ、丹沢山系や富士山などのブ
ナ、奥日光のシラビソ・オオシラビソなどの衰退が報告
あるいは報道され、酸性雨・酸性霧などの酸1生降下物やオキシダントが原因ではないかと指摘されている15・35・48・49・50）。

わらない状況にあることから、SO、とオゾンの複合影響
が衰退原因として考えられる。

北米の場合には、光化学オキシダントの主成分である（1）スギ衰退

スギ衰退は、東京などの大都市周辺において1960年代

オゾンが森林衰退の第一の要因として指摘されている。

から報告され、

しかし、ヨーロッパ、北米ともに、森林衰退の原因を大た51）。しかし、関口ら15＞や高橋ら35）が関東地方のスギ衰退

気汚染物質の影響だけで十分に説明できる状況にはない。

は酸性雨など酸i生降下物による可能性があると示唆して

干ばつや病虫害などの要因が大気汚染物質と複合的に作以来、スギ衰退の原因について研究が進めらている。

用している可能性も考えちれている46・47）。

60年代はおもにSO2との関係が論じられ高橋ら52・53）や梨本48）は、関東・甲信地方および関西・瀬戸内地方の二二野部周辺の広域的な原因不明のスギ衰退

30の分布は、スギの生長期のオキシダント濃度が0．06ppm

た。現地調査によるモミの衰退度と樹高・胸高直径とのを越える時間数の多い地域と一致していることを示し、問には有意な相関はみられなかったことから、老齢化にスギ衰退の原因としてオキシダントなどの大気二次汚染よるものではない。また、京浜工業地帯を発生源とする物質を挙げている。

大気汚染物質が衰退原因となっている可能性も考えられ

一方、松本ら54）は、スギは関東平野に生育する樹種のな

るが、モミ以外の樹種の衰退がほとんどみられないこと

かで最も水ストレスに対して弱いこと、関東平野では大から、大気汚染が主要因となっているとは考えにくいと気の乾燥がスギ衰退の発生時期前の1950年代から進行ししている。

ていることから、スギの衰退はむしろ大気の乾燥化によ井川ら5ηは大山の阿夫利神社下平における降雨と霧のる可能性が高いと報告している。また、森川ら55）は、関東分析を行った。その結果、雨と霧のpHを比較すると霧の平野のスギ衰退分布と大気汚染物質の濃度分布は比較的方がpHは低く、最低値がpH2．61に及ぶ霧を観測していよく一致するが、東京と神奈川ではNOxとSO、、埼玉でることから、このような酸性霧が大山のモミに及ぼす影

はオキシダント、群馬ではSO2であり、特定の汚染ガスと響は大きいとしている。

は結び付いていないことから、これらのガスの複合的な

一方、福岡県宝満山のモミ林でも衰退が指摘されてい影響を考える必要があると報告している。酸性雨も衰退る。宝満山は福岡娯の中央部をほぼ南北に走る三郡山地を引き起こす可能性のある要因のrつであるが、関東平の南部に位置しており、北東の三郡山にかけて、標高800

野の大部分の土壌は黒ボク土で土壌層も厚く、土壌酸性

m以上の稜線を形成している。三郡山地は博多湾から南化あるいはアルミニウムイオンの溶出は進行していない

東の位置にあり、福岡市の後背地に位置している。モミ

ことから、酸性雨がスギ衰退原因であるとする証拠はな

は、宝満山から三郡山にかけての尾根沿いの標高600m以

いとしている。

上の地域に分布している。

当研究所では、関東・甲信地域を除く全国の主要な9

須田ら49）は、宝満山と三郡山でモミ衰退状況を調査し、地域のスギの実態調査とともに土壌の理化学性を調査し、宝満山山頂付近のモミは三郡山に比べて衰退木が多い傾衰退が認められた地域では表層土壌のpHが低く、置換酸向を認めた。また、衰退木は胸高直径に関係なく認めら度が大きい傾向にあったが、このような地域でもスギがれるが、樹齢200年と推定される成木はそれより若い木に健全に生育している地点があり、スギ衰退との密接な関比べて衰退の著しいものが多く、大径木のモミでは老齢係は認められなかった。また、スギ衰退の地域分布を全化という要因が枯損に関係している可能性があるとして国規模の降雨pHの観測結果と比較すると、関連性は認めいる。さらに、宝満山ではアカガシが亜高木層で優辛し、られず、現在観測される降雨の酸性度では直接スギの衰林床ではモミの稚樹がまったく生育していない状況にあ退を引き起こす可能性は小さいと考えている22）。

り、森林の成熟に伴いモミ林から常緑広葉樹林に遷移していくと考えている。

（2）モミの衰退

大山の現地観察でも、林床にモミの稚樹が少ないこと、

神奈川県丹沢山系の東端に位置する大山（1，250rn）

標高700m付近ではアカガシが優占していること、1955年

は、その南斜面の標高400rnの追分駅付近から1，000m付

前後の大山の植生群落調査では確認されなかったカヤな

近一帯がモミを主とした原生林である。神奈川県林業試どが多く生育することなどから、大山のモミ林は森林の験場の鈴木は、1954年の航空写真を解析し、モミの衰退

成熟あるいは気象の変化に伴い常緑広葉樹林に遷移ある

は1954年以前から発生し、現在では衰退の進行から少な

いは更新していることも考えられる。

くとも50〜60年経過していると推定している。

宝満山から三郡山にかけての地質は黒雲母花闘岩から

古川と井上56）は、モミの老齢化、自然災害、大気汚染、形成され、特に宝満山では岩が露出し、急峻な地形とな

酸性雨・霧などを取り上げ、大山のモミの衰退と照合しっている。土壌は黄褐色系の褐色森林土で、表層土（0電中研レビューNo．31●31

〜15cm）のpHは4．0前後と低かった。しかし、調査地点

た伊豆半島天城山系におけるブナ衰退の実態調査を行っの差異はほとんどなく、衰退との関係は明確ではなかった。その結果、天城山系のブナ衰退は風当たりの強い地た。モミ林の林内雨のpHは4．0程度で、林外雨のpH4．4と形の所に生育し、乾燥に対して抵抗力の弱い樹形をした比べ低い値であり、樹幹流のpHは林内雨とほぼ同じ値をブナが、1984年の極端な少雨で、土壌の水分不足と風に示したが、宝満山と三郡山のモミ林との違いは認められよる水分損失に耐えられなかったためと結論した。また、ていない。また、霧のpHは低くても3．5で、3．0以下は全ブナ林下には後継樹となるブナが生育していないこと、

く観測されていない49）。

土壌は大刀のブナ林が長期にわたって存在するには適し

宝満山のオゾン濃度は、1990年の簡易測定による短期調査では100ppbを越えるものは観測されていないが、三ていないことが分かり、天城山系のブナの衰退は遷移過程における自然現象の一つであるとも考えている。

郡山山頂の測定局の1986および1987年の5〜9月までのこのように、ブナの衰退原因を明らかにするためには、1時間値が60ppbを越えた合計時間数は323および661時

衰退が発生した時期の特定とブナ林の成立している土壌

間と多かった。これには三郡山山頂のバックグラウンド

や気象などの立地条件の変化を詳細に調査することが重（20〜30ppb）のオゾンも反映されるが、オゾンがモミに要であると考えられる。

対してストレス要因となっている可能性は無視できないとしている49）。

（4）その他の森林衰退

以上のように、過去に始まった衰退の原因を現在の大

最近マスコミなどで群馬県赤城山のシラカンバ・ダケ

気の状況から推定するのは困難であるが、大山と宝満山

カンバ・ミズナラの衰退や、奥日光を中心とした標高のモミの衰退は少なくとも単一の要因によるものではな

2，000〜2，500m前後のシラビソ天然林の衰退が取り上げ

く、植物間の競争関係や気象などの自然要因あるいは人られている（写真1−4−2）。衰退林が主に関東平野に面し為起源による酸性降下物などが複雑に絡み合って生じてた汚染風の当たる斜面に分布していることから、酸性雨いると考えられる。しかし、これらがモミに対してどのや酸性霧、汚染ガスの影響が指摘されている50）。

ような影響を及ぼしているかはまだはっきりしていない。

一方、八ヶ岳や大台ヶ原などのように衰退現象が観光資源ともなっているところでは、酸性降下物の影響など（3）ブナ衰退はこれまでのところ議論されてはいない。奥日光を含む

ブナ衰退は、富士山、神奈川県秦野市塔ヶ岳と同県山

亜高山帯の天然林では白骨化した樹木の下に健全な稚樹

北町丹沢山・蛭ヶ岳・桧洞丸周辺、天城山系で観察されが生育し、衰退はいずれも強風の当たる風衝面で発達している58・59・60）。

て個体や個体群の衰退によりできた空間が次世代の樹木

角張・原野58）は、富士山のブナ林（静岡県富士宮市、海の生育場所となっているととから、これらの天然林で指抜1，100rn）で、回縁の枯死・欠損、小型化、葉脈間の褐

摘されている衰退現象は、遷移あるいは天然更新の一面色斑点などが観察され、酸性雨とブナの衰退との問に関を示していると捉えることもできる。

連性があることを指摘している。

しかし、都市域のスギ以外の樹木の衰退現象について

神奈川県59）は1954年から現在までの航空写真の解析とは、大気汚染物質を含む環境の長期モニタリングデータ

現地調査を実施した。塔ヶ岳のブナ林では1970年代から、や衰退の経緯を詳細に把握できていないことから、衰退

丹沢山・蛭ヶ岳・桧洞丸では1954年にはすでに衰退が認原因を特定することが非常に難しい。特に、山地帯や亜められ、現在も衰退は進行中としている。しかし、富士

高山帯の天然林における生態学的遷移過程と酸性降下物

山や神奈川県いずれの衰退地点でも詳細な環境測定などの影響との関係などについては今後研究を実施する必要が行われていないため、現状では原因を特定できない。

があると考える。

一方、静岡大学環境研究会60）は、1984年以降目立ち始め32

写真1−4−2

森林の衰退状況

奥日光念仏平のオオシラビソ林の状況であり、白骨樹の根元に稚樹が密生していることが分かる。

る。

1−4−4

今後の研究の展開

これに対し、わが国では降雨そのもののモニタリング
は環境庁や地方自治体が中心となって調査を実施してい米国では1970年代から農作物を中心に酸性雨の研究がるが、酸性雨などの酸性降下物やオゾンの樹木への影響盛んになった。一方、ヨーロッパでは森林を対象に酸性に関する研究については緒についたばかりの状態である。

雨研究が盛んになった。米国では1980〜90年までの10ヶ長期的慢性的影響やヨーロッパの研究機関が息長く実施

年間にわたる酸性雨に関する大規模な国家プロジェクトしているような森林生態系を対象にした長期モニタリン

NAPAPが展開され、現状程度の降雨の酸性度と森林衰

グや大規模な暴露実験はほとんど実施されていない。今退との間には直接的な関連性はみられないと結論され、後、この分野の研究を進展させ、世界的にも通用するよ

光化学オキシダントの影響評価が残された研究課題とな

うな成果を挙げるためには、大気、土壌・陸水、生物のっている。ヨーロッパでも酸性雨の影響よりもオゾンや各分野間で絶えず情報を交換しあって相互連携をとり、窒素化合物の沈着量の増大に伴う森林生態系内の物質循

学際的・総合的に研究を展開していく必要がある。

環や臨界負荷量（CriticalLoad）に関心が移行してい電中研レビューNo．31●33

コラム1酸性雨とは本文中で述べたように「酸性雨」という術語は、決くなるのは世の常だろう。科学的な根拠はさておいて、して新しいものではない。だが従来は環境問題に関係

当面はこれを目安の程度に考えても、弊害はそう大きのある少数者にしか馴染みのないものであり、その定くないのではあるまいか。

義についても研究者の間でかなりニュアンスが違ってむしろ問題とすべきは、酸性雨のイメージがあまりにも酸性の「雨」に特定されていることである。最近

いた63）。

このように馴染みの薄かった酸1生誕が、広く社会にではずいぶん改善されたとはいえ、雨を採取してその登場するようになったのは、国連人間環境会議が開催

pHを測れば事足れりという風潮は、わが国にも永くあされた1972年以降である。だが本家のヨーロッパでも、った。本レビューで再三指摘するように、環境影響をacid

deposi・

議論する上で雨だけに焦点を当てたのでは、まったく．tion．．．というように用語は混在しており、その邦訳と一方的といえる。対象とすべき現象は、雨と雨かんむ

して酸1法雨のほかに「酸性沈着」や「酸性降下物」なりの水滴を酸性化し得るガス状・粒子状物質のacidic

どが使われてきた。ちなみに同じ漢字文化圏の中でも、depositionすべてを含むと考えてよい。酸性雨を議論

韓国はわが国と同じ酸性雨であるが、中国や台湾ではする上で、避けては通れぬdepositionという概念にし「酸雨」と言い習わされている。

ても、沈着、降下、沈降、沈積などさまざまな邦訳が訳語の問題はさておいて、酸性雨の定義も多分に不試みられており、現在まで統一されたものはない。最確定である。酸性の「雨」と解釈すれば、同じ落下現

近では「沈着」が多く用いられるようだが、他分野の象を伴う雪や雷（ひょう）や霰（あられ）も含まれる。

研究者からは「やや奇異な語感を受ける」と指摘され

雨かんむりの水滴すべてに拡大解釈すれば、霧や雲もたことがある。

rain，

acid（ic）

precipitation，acid（ic）

含まれるだろう。だが「酸性」の雨は、どのように定Junge）はその著が、本レビューで詳しく説明するように、中身的には前書64）のなかで、大気中で300ppmの二酸化炭素（CO2）

駆物質の排出から環境影響の発現まで、極めて幅広いと平衡する蒸留水のpHは、約5．6と計算している。この現象を含む。そしてこれを正しく理解するためには、ためpHが5．6以下の雨を酸1生出と定義するという説明

系統的な視点に立った総合的な把握が重要であると認が、マスコミに広く流布してきた。だが大気汚染がな

識されるようになってきた。こうした立場からみた初い清浄地域の大気中でも、いろいろなガス状・粒子状期の労作に、1982年にスウェーデン農務省が作成した物質は存在しており、それぞれが溶解度に応じて雨にレビュー66）がある。そこでは酸i二二問題の本質は「環境溶け込んでいる。このため雨のpHは5．6より高くも低の酸性化」であるとし、現況を科学的に認識し、将来のくもなり得るから、この値にあまり意味がないことは対策を講じていくことの重要性が強調されている。

義したらよいのか。ユンゲ（G．E．

早くから指摘されていた65）。

34

このように漠然と言い習わしてきた「酸性雨」である

本レビューでは一般論として現象を扱う場合には厳密な科学的な視点に立てば、この指摘はもっとも「酸性雨」と記述し、現象に忠実であるべき場合にはであり、「酸性」のいき値としてpH5．6を用いる必然性「酸性物質」や「酸性降下物」も併用した。酸庄雨のはほとんどない。また酸性のいき値は、本来、時と所

定義や理解については、今後も改訂を受ける部分が少によって変化していいはずのものである。とはいって、なくないとみられる。語句の統一が図られてないととCO2との平衡濃度にとって替わる説得力のある値がなられるかもしれないが、こうした背景があることをごいのは確かだし、また一般向けに何らかの目安が欲し

理解願いたい。

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第2章大気中での物質輸送●目次
狛江研究所 大気物理部 環境大気グループリーダー
狛江研究所 大気物理部 環境化学グループリーダー
狛江研究所 大気物理部 環境化学グループ 研究主幹
狛江研究所 大気物理部 環境化学グループ 担当研究員
狛江研究所 大気物理部 地球気象グループ 担当研究員

市川 陽一
藤田 慎一
坂田 昌弘
高橋
章
速水
洋

2−1

前駆物質の発生量……………・・…・…・……・………・………・・………・………・…・……・………………………………37

2−2

東アジアの酸性雨・………………・…………………・…………・…・…・…・…………・……………………・……………44

2−3

わが国に飛来、沈着する硫黄の量を予測…・…………・………・・………・・…・……………・……………・・…・…・……50：コラム2

海洋から発生する酸性雨の原因物質……………・…・・……・・…………・……・…・………・………………43

コラム3 海を渡る硫黄化合物 …………・……・・……・…………・・………………・………………・…・………………49
コラム4 地球温暖化とオゾン層破壊は酸性雨を助長する？ …………………………………・・…………………・54：コラム5

火山活動と環境の酸性化

坂田
嬉《N

・繕面

36

（1979年入所）

これまでダム貯水池の富栄養化、石炭灰の埋立処分に関わる環境影響、長半減期核種の分離・消滅処理技術等に関する研究に従事。
現在は、火力発電所排ガス中の有機微量物質、
酸性雨の環境影響等の研究に取り組んでいる。

高橋章（1988年入所）
酸性雨の実態調査、露水の酸性化機構などに関する研究に従事。現在は、森林生態系への酸性物質の沈着に関する研究に取り組んで
いる。

鱈篇灘、、

昌弘

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速水洋（1990年入所）

おもに都市大気を対象に大気化学の研究を行ってきた。現在は、東アジアの長距離輸送
モデルの開発に従事している。

義．塵
市川
藤田

陽一
慎一

10ページに記載
10ページに記載

2−1

もに酸化物として大気中に放出される。

2−1−1

はじめに

発生源がこのように多岐にわたるため、地球規模で発生量を正確に把握することはなかなか難しい。既往の推

酸性雨の環境影響を議論する上で、もっとも重要な情計値にも、研究者による差異がかなりある1）。プリンブル

報の一つは、大気中から地表面への水素イオン（H＋）のカム（P．Brimblecombe）2）のテキストによれば、全球規負荷量である。多くの研究機関による最近の研究成果に

模での硫黄の発生量は320TgS／年（Tg＝1012g）程度であ

よれば、東アジアで降水の酸性化に影響するおもな物質

り、このうち天然起源が占める部分は約80％に相当する

は硫酸（H2SO4）と硝酸（HNO3）であり、それらの前駆

245TgS／年、人為起源が占める部分は約20％に相当する物質は二酸化硫黄（SO2）と窒素酸化物（NOx）である

75TgS／年と見積もられている（図2−1−1）。

ことが明らかにされている。

天然起源の硫黄のうち、最も発生量が多いのは海塩にSO2とNOxの発生源は、ふつう人間活動と自然活動の含まれる硫酸塩である。ただし海塩起源の硫酸塩は、直二つに分けられる。そして全球規模でみれば、火山や生接には降水の酸性化に関与しない。また海域から発生し物など自然の営みに由来する発生量は極めて多い。またた硫酸塩のおおよそ90％は、短時間のうちに海域に沈着

降水のpHは、単に硫酸イオン（SO42一）や硝酸イオンするものとみられる。火山活動に伴うガス状硫黄の発生（NO，一）の濃度だけで決まらない。カルシウムを含む炭量は、全点規模でみればそれほど多量ではない。だが地酸塩やアンモニアなど、酸を中和する物質の動態は、極球上での火山の分布は偏在しており、東アジアではそのめて重要な要因であることが分かってきた。

活動は看過できない可能性がある3）。

このように酸性雨の生成や輸送を議論する上では、単注目される点は、生物活動に由来する還元態の硫黄発に人為起源の発生量を調べれば事足りるというものでは生量が、約70TgS／年とほぼ人為起源に匹敵することであない。だがそのモデル化を進める上では、まずSO2とる。生物活動に由来する硫黄化合物の動態については未

NOxの発生源を明らかにすることが前提となる。

解明の点が多いが、メーラー（D．M61er）の推計よれ
ば、陸域と海域からの発生量の比率はほぼ半々であり、2−1−2

硫黄化合物の発生源

約60％が硫化ジメチル（（CH3）2S）として、約30％がH2Sとして、約10％が硫化カルボニル（COS）と二硫化炭

硫黄は地球上に広く分布する物質の一つである。岩石素（CS2）として発生する1）。

中には硫化物、単体、硫酸塩などの形で、火山ガス中にこのように硫黄化合物の発生源や化学形はさまざまでは硫化水素（H2S）やSO2の形で、海水中には硫酸塩の形あるが、酸性雨との関連で最：も重要な前駆物質はSO2でで存在する。生体中には有機化合物の成分として含まれある。このためヨーロッパや北米では、発生源分布図のる。化石燃料中に含まれる硫黄分は、燃焼の過程ではお作成が精力的に進められてきた。

電中研レビューNo．31●37

175海洋から陸地への硫酸の輸送
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二三での生物活動
海域での生物活動

海塩起源の
硫酸塩

図2−1−1全球規模での硫黄のサイクル（Brimblecombe．1986）
生物起源の還元態の硫黄が、サイクルの中で重要な役割を果たしていることが分かる。海洋から発生する硫酸塩のエアロゾルは、量的に極めて大きいが、大部分は短時間のうちに海域に沈着する。数字は硫黄換算でTg（ニ1012g）単位で表した年間のフラックスを示す。

人為起源のSO2の発生量の推計値は、排出係数の精度に大きく左右される。排出係数：の決定にあたっては、燃いことなどもあって、SO2ほど確度の高い推計値は得られていない。

料中の硫黄分のほかに燃焼方式や抑制対策の違いも考慮

人為起源のNOxは石炭や石油の燃焼、各種の溶鉱炉、する必要がある。メーラーの推計によれば、人為起源の硝酸や肥料の製造過程などで大気中に放出される。地球

内訳は約50％が石炭の燃焼、約32％が石油の精製と燃焼、規模での発生量は約22TgN／年と推計されるが5）、その50約8％が鉱石の精錬と硫酸製造に伴うものである1）。推％以上は石炭燃焼に伴うものである。燃焼過程で生成す計値の精度はおおよそ±25％とみられる。

るNOxには、燃料中の窒素酸化物（Fuel

全球規模の発生量の推移は、ロビンソン（E．Robin−

中の窒素酸化物（ThermalNOx）と大気NOx）の二つがあり、発生量son）らによって検討されている4）。人為起源の発生量

は燃焼温度に依存する。肥料の循環、家畜の飼育、山火は、過去100年の間に20倍近く増加した。発生源の構成を事などの過程でも窒素化合物は大気中に放出されるが、みると、1880年往時には全発生量の約97％を占めた石炭

その実態はよく分かっていない。

は、1965年には約70％、1976年には約60％まで減少した。

これに対して石油の関与は、同じ期間に約1％から約20

2−1−4

発生量の地域分布％まで増加した。

表2−1−1は、SCOPE36で提案されたデータ5）に加筆し、

2−1−3

窒素化合物の発生源

1980年現在の州（大陸）別のSO2とNOxの発生量を比較したものである。全球からの発生量を半球にわけて比較

窒素は空気の体積の約78％を占める物質である。大気すると、SO、の約70％は北半球から発生しており、人為起

中では分子状窒素のほか、酸化物、硝酸塩、有機物、ア源だけとるとその割合は90％以上に及ぶ。NOxについて

ンモニアなどの形で存在する。

もこの傾向は同じであり、先進国ではSO2とNOxの発生

図2−1−2はプリンブルカム2）のテキストから引用した源の分布はおおむね一致する。

窒素化合物の収支である。配球規模でみると、タンパク

北半球の発生源は、北緯40〜50度に大部分が集中して質が分解して生成するアンモニアなど、天然発生源の占いる。図2−1−3に示すように、ヨーロッパ中部の平原、ア

める割合は圧倒的に大きい。酸性雨との関連で最も重要

パラチア山脈の周辺、渤海湾の沿岸の発生密度は特に高な前駆物質は、窒素酸化物（NOx）である。だが大気中い。このためヨーロッパや北米では、酸性雨は国境を越での反応機構iが複雑なこと、清浄地域での観測データにえた環境問題として注視され、排出量の削減に向けて、乏しいこと、発生源が多様であり排出係数の決定が難し

1970年代から削減協約の締結が模索されてきた。

38

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山火事

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尿素の分解

海洋での固定と脱窒

図2−1−2全球規模での窒素のサイクル（Brimblecombe．1986）
大気中へ放出された窒素酸化物（NO。）とアンモニアは、湿性または乾性の沈着機構により除去される。数字は窒素換算でTg（＝1012g）単位で表した年間のフラックスを示す。

表2−1−1州（大陸）別のSO2とNOxの発生量

北爾

NOx発生量寧2

SO2発生量象1
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1980年現在。Rodheら（1988）によるVarhelyi（1985）の転載値
1980年現在。Rodheら（1988）によるHameed and Dignon（1988）の転載値＊3

1988年現在の石油換算値。Energy＊4

統計には南極を含む。理科年報（1989）
1980年現在。Galloway（1989）によるUnited Nations Secretariant（1983）の転載値

＊5

（2．8）

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Yearbook（1988）＊6（）内は人口当たりの発生量とエネルギー消費量＊7

1983年現在。外岡（1990）

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ヨーロッパ、北米、東アジアにおける年間の二酸化硫黄の発生量の分布

電中研レビューNo．31●39

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決黹uジア地域におけるs62の発生量分布度である。大発生源は台北基隆地区と高雄地区に集中し2−1−5

東アジア地域の発生量：分布ている。

韓国の発生量は、日本をやや上回る0．5〜0．6TgS／年でアジア地域からのSO2発生量が、量的にみて看過できないことは、以前から指摘されていた6）。だがヨーロッパ

や北米では、早くから発生源分布図が作成されたのに比べて、東アジアでの作業は遅れていた。

ある。大発生源はソウル・仁川地区、釜山地区、大邸地
区などにあるが、首都圏への集中度は極めて高い。
北朝鮮の発生量は0．3〜0．4TgS／年程度でないかとみられるが、入手可能なデータに制約があるため詳細はよ図2−1−4は当研究所11）が推計した、東アジア地域のSO、く分からない。沿海州の発生量も興味あるところだが、発生量の分布を示す。1986年現在の5ヶ国（地域）から

詳細はよく分からない。ハミード（S．Hameed）らは沿の発生量は、約11．5TgS／年と推計され、生態系の衰退が海州と樺太を網羅する地域の発生量を、おおよそ0．15

伝えられるヨーロッパや北米に近い値を示す。発生源のTgS／年と推定している7）。

構成は国別に異なるが、全体でみれば固定源の関与が95

東アジアのNOxの発生量は約3．3TgN／年と推計され％以上を占め、大部分は石炭の燃焼に伴うものである。

る12）。最大の発生国はSO2の場合と同じく中国であるが、つぎに各国（地域）別の状況をみると、中国のSO2発生

日本の割合は約15％と、SO2の約5％と比べると相対的量は、日本の20倍近い9．5TgS／年である。大発生源は都に大きくなる。東アジア全域でみれば、全発生量に占め市や工場地域を中心にスポット的に存在するが、最も発る固定源の割合は約80％に及ぶが、これは量的な割合が生密度が高いのは東岸部である。産業別には、電力、化大きい中国の発生源の事情を反映したものである。日本、学、冶金、軽工業、民用その他の占める割合が大きい。

台湾、韓国の3ヶ国（地域）では、移動源の占める割合

台湾の発生量は、日本の約1／3に相当する0．2TgS／年程

40，

がかなり大きくなっている。

ごみ処理場
石油石炭

その他固定

非鉄金属金属・機械

普通自動車
小型貨物車

鉄

鋼

窯業土石

化学

紙六㌻

軽工業

航空機・船舶・鉄道
航空機

大型貨物車

事業所

発電所

SO2

住宅

バス

ごみ処理場

非鉄金属

y工業
熨ｮ・機械
普通自動車

窯業土石

雪起

石油石炭

紙、絃㌻

住宅

発電所

小型貨物車

バス

大型貨物車

NOx

150

100

50

0

×104t／年

図2−1−51986年現在の日本のSO、とNO。の発生源の構成
①

2−1−6

脱硫や脱硝の設備導入による発生量の抑制②燃焼方式の改善による低NOx化

わか国の発生量：の現況③LNGの導入などによる燃料の良質化
図2−1−5は、1986年現在におけるSO、とNOxの発生源④

熱効率の向上の構成を示す10）。わが国のSO2発生量は年々減少して、などの環境保全の対策が講じられ、いずれも世界的に高1986年には初めて0．5TgS／年を下回った。発生源の構成

い評価を得ている。このため発電電力量当たりのSO，とは、固定源が約85％、移動源が約15％である。日本列島

NOx発生率は、欧米の主要国の平均と比べても、各々1／の南岸を通過する船舶からのSO2の発生量は、0．1〜0．2

8、1／5という低いレベルにとどまっている13）。

TgS／年に達する可能性があり、量的にみて陸域からの発2−1−7生に対して無視できない可能性がある。

一方NOx発生量は、約0．4TgN／年と推定され、発生源一過去の変遷と将来の推移一

SO2と比べるとあまり改善がみられない。発生源の構成は、固定源が約50％、移動源が約50％である。

わが国におけるSO、発生量は、図2−1−6に示すように1937年ごろにピークを迎えた14）。だが戦争への突入とと日本の場合、面積当たりのSO2やNOx発生量はそれほもに次第に低下し、終戦直後の1946年ごろには往時の約ど低いわけではない。OECDの20ヶ国の平均（SO、：0．95

1／3まで減少した。1950年代の復興とともに再び増加し

gS／m2／年、た。1970年ごろには現在の約6倍に相当する2．8TgS／年

NOx：0．45gN／m2／年）よりも高いレベルにある。首都圏のNOx発生率は特に高い。これに対してに達し、各地で大気汚染が深刻な環境問題となった。

エネルギー消費量当たり、人口当たり、総生産量当たり

1968年に大気汚染防止法が制定された結果、排出量はの発生率のレベルは、欧米の主要国よりも極めて低い。

次第に減少し、これと連動するように都市域のSO、濃度

その理由として、脱硫による除去量が多いこと、低硫黄も減少してきた。これに対して移動源の割合が相対的に分の燃料を用いていることが挙げられる。

大きいNOx発生量には、あまり改善がみられない。

外岡10）によれば、1986年現在のわが国の一次燃料中に酸性雨との関連で興味があることは、SO2排出量が最含まれる硫黄分は、約4．75TgS／年と推定され、そのうち低になった1945〜50年にかけて、日本各地（例えば東京、

実際に大気中に放出される部分は、約13％に過ぎない。

神戸、名古屋）の降水中のSO、2一濃度は、かなり低下した

残りの約87％は重油脱硫、セメントの製品脱硫、排煙脱形跡がみられることである15・16）。大阪における降下ばい

硫などで除去されている。わが国の火力発電所では、

じん中の不溶解性物質の沈着量も、同じ期間に減少した

電中研レビューNo．31●41

加が予想されている9）。最も急激な変化が予想されるの106ton／yはアジアー特に中国一である。

最近、中国の石炭使用量は、毎年5〜10％の伸び率で増加している。したがって発生源に対策を講じることなしにこの伸び率が続いたとき、21世紀初めのSO、発生量

咽は、ヨーロッパの現況を凌駕するレベルに到達する可能性が高い。2000年の火力発電施設からのSO2排出量は、
1991年の約2．1倍に相当する4．5TgS／年、また2015年には約4．6倍に相当する9，7TgS／年に到達する可能性がある。
1910

1920

1930

1940

西

1950

1960

1970

1980

1990

暦

このうち火力発電施設が集中する大陸東岸の7省市区からの排出量は、中国全域の1／4〜1／3になる可能性がある。

残念ながら、塩基性物質の発生量に関する詳細な検討
図2−1−6

日本における二酸化硫黄と窒素酸化物の発生

量の推移はまだ行われていない。大気中に放出された前駆物質が、酸性物質として地表面に沈着するまでの輸送過程は、極めて複雑な物理・化学過程を介在する。ギャロウ八一
ことが知られている14）。残念ながら降水のpH：が、この間にどの程度の変化したかは、あまり明確でない。

（J．N．Galloway）の言を借りれば、その結果起り得る環境の変化のいくつかは、現在の科学的な知見でも予測

このように生産活動の盛衰は、局地的な大気や降水のできる。だが発生量の増加があまりにも膨大なときには、質の改善に、密接に反映する可能性がある。東アジアで予知し得ない影響が派生する可能性がある。将来にわたの生産活動は近年、急速な勢いで増加している。ヨーロ

る環境の変化を予測し、これを未然に防ぐためには、まッパと北米では今後のSO2発生量が漸増にとどまるのにず広域的な発生源の状況を、より詳細に把握する作業が対して、アフリカ、南米、アジアの発生量は、大幅な増必要とされるわけである。

42

コラム2海洋から発生する酸性雨の前駆物質
硫黄化合物の発生源には、化石燃料の燃焼などの人か3％に過ぎなかった。なお大気中でのDMSからSO2

為発生源のほかに、火山や海洋などの天然発生源があへの変換率は最大でも20％程度であり、大部分はほかる。海洋から発生する硫黄化合物としては、海塩粒子の化合物に変換するといわれている。

に含まれる硫酸塩のほかに、生物活動に起因する硫化以上の結果から判断すると、わが国に到達する硫黄

ジメチル（DMS）、硫化水素（H2S）、硫化カルボニル

化合物に対して、海洋から発生するDMSは実効的には（COS）、：二硫化炭素（CS2）などがある。これらのうち発ほとんど寄与していない。日本列島を対象に、輸送や生量が最も多いのは、海洋の植物プランクトンが生産収支を検討する場合には、海洋からの発生量はとりあ

するDMSであり、四周を海に囲まれたわが国の場合、えず無視してよいのではないかと推察される。

ただしこの結果は、冬期の極めて短期間の調査によその影響を受ける可能1生は大きい。

当研究所では、北西風が卓越する冬期の東シナ海をることを認識する必要がある。海水中のDMS濃度は、中心に調査航海を行い、表層海水に含まれるDMS濃度

春から夏にかけて大きく上昇すること、生物活動が盛を測定した（写真1）。この結果をもとに、DMSの発生

んな内湾や沿岸域のDMS濃度は、外洋よりも1〜2桁量を推計し、海域での硫黄化合物の収支に対するDMS

高いことなどが報告されている。降水の酸性化に対すの役割を評価した。

るDMSの役割をより詳細に評価する上では、さらに多くのデータが必要であろう。

図1は、ボックスモデルを用いて推定した東シナ海の硫黄化合物の収支である。解析の対象は底面が400
km×600km、高さが1，000mの領域であり、期間は調査船がこの海域を航走するのに要した3日間とした。解析の結果、中国からの流入量（Fi）が最も大きく、東シ

ナ海からのDMS発生量（Fe）は流入量の1％以下に過ぎないことが分かった。また流入した硫黄化合物のうち約70％はボックスの海面に沈着（Fd）し、残りは九州方面に流出（Fo）していると推定された。

東シナ海からのDMSの発生量（Fe）は硫黄化合物の沈着量（Fd）の約1％に過ぎず、海域は硫黄化合物のシンクとしての役割が重要であると考えられた。海洋から発生したDMSがすべてSO2に変換し、このボックス

写真1調査航海における試料海水の採水の状況

から流出したとしても、その量は全流出量（Fo）のわず

×109gS

Fo

Fi
．6
136

SO2…→レSO42一

SO2

3．9

SO2
rO42一

rO42一

Fd

Fe
DMS
??

@
0．1

@

SO2

@

SO42

東シナ海

繽B

Fi：流入量Fe：発生量Fd：沈着量
Fo：流出量9．8

図1モデル海域における3日間の硫黄化合物の収支

電中研レビューNo．31●43

2−2

1983年には、環境庁による「第一次酸性雨対策調査」も

2−2−1

はじめに

始まった

7）。また近隣諸国の生産活動の増加に伴い、環日

本海の酸性雨についても、国際的な興味がもたれるよう東アジアが位置する北半球の中緯度は、もともと地球になってきた。1994年現在のわが国には、環境庁の国設

上で最も天気の変化に富んだ地域の一つである。加えて

大気観測網を主体にした調査、自治体による地域ブロッ

東アジアの地形の複雑さは、同じ緯度帯にあっても、中ク別の合同調査18）、当研究所の実態調査の三つの広域的

国大陸一朝鮮半島一日本列島一太平洋の問で、著しいなモニタリング網19）がある。

気候の違いを生じている。

図2−2−1は、当研究所が1987年10月から3年間にわたっ気象要素の中で特に変化が大きいのは、酸性物質の輸て実施した酸性雨の観測地点を示す19）。試料の採取地点

送現象と密接に関係する「降水量」と「風系」の二つでは、気候条件の代表地点とバックグラウンドの代表地点ある。活発な火山活動、黄砂に代表される土壌粒子の輸の2種類からなる。前者は陸域を15の気候区に分け、降送、全域の約半分を占める海洋の存在など、ヨーロッパ

水量、地形、発生源からの距離などに一定の基準をおいや北米で議論されてきた酸性雨とは、イメージ的に必ずて、各気候区の中に1地点ずつ計15地点を選んだ。後者

しも合致しない点が多い。

は本土の周辺の島喚の中で、気象官署を持つもの5地点

一方、東アジアの生産活動の伸長は著しく、前駆物質を選んだ。ウエットオンリー型の採取器を用いて採取しの発生量は急速に増加している。各国は独自の調査を進めているが、広域的なモニタリング体制はまだ確立していない。このように東アジアの酸性雨は、その実態の解明に向けて、国際的・学際的な調査や研究が緒についたばかりの段階にある。酸性物質の生成や輸送に関する詳細な検討は、今後の進展を待たねばならない。

だが観測データの蓄積が進むにつれて、酸性化の状況は次第に明らかになり、日本も影響のカヤの外にはない
ことが分かってきた。

2−2−2酸性雨のモニタリング
写真2−2−1酸性雨の採取状況

1980年代になると、大気や降水の酸性化に社会の関心が集まり、多くの研究機関が実態の調査に乗り出した。

44

降雨時にのみ採取器の上蓋が開く仕組みになっており、降下塵の混入はほぼ無視することができる。

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図2−2−1

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日本の気候区分（破線1斉藤等，1957）と年降水量（実線＝mm／y単位）の分布

た試料は、旬単位で回収して主要成分の化学分析を行い、確定した分析値をデータベース化した。

タリングが行われている23＞。

ヨーロッパや北米のように、国際的に共通の仕様での調査ではないから、試料採取や分析方法は各国によって

2−E−3東アジアにおける酸性雨の実態

少しつつ異なる。だが各国の観測データをもとに、東アジアの概略のpH分布を知ることは不可能ではない。

こうした観測データが蓄積されるに．つれて、いくつかの興味ある事実が明らかになってきた12）。すなわち；

図2−2−2はこうして推定した1980年半の東アジアのpH分布を示す24）。年平均値がpH5を下回る領域は、中国の①日本の降水のpHの平均値は4．6〜5．2（平均4．8）の揚子江以南、台湾の西海岸、北海道を除く日本などにみ範囲にあり、北東地域で高く南西地域で低くなる傾られる。最も強い酸性度を示すのは、中国の南西部にあ向がある。

る重慶や貴陽などの大都市である。生態系の衰退も著し②日本の年降水量は、ほぼ西高東低の分布を示すから、降水を介して地表面へ負荷される水素イオンの量（湿性沈着量＝濃度×降水量）は、南西地域の方いといわれている。これに対して、黄河以北の広大な地
域にはpH6以上の領域が広がっている。

当研究所の観測結果では、一般に東アジアのpHの出現

が北東地域よりも数倍から1桁近く多くなる。

頻度は、幅広い中央値をもつ正規型の分布を示すが、中③日本で降水の酸性化に関与するおもな物質は、国中部から朝鮮半島の西岸の出現頻度は、中国北部と日SO42一とNO3一であり、首都圏などを除くとSO42一の関与の方が大きい。

本列島を重畳した二山型の分布を示す24）。

図2−2−3は東アジアの年降水量の分布を示す。中国の北④日本海側における非海塩起源の硫酸イオン（nss

西部の気候値は200mm／年を下回るが、台湾や日本には

SO42一）の湿性沈着量は、太平洋側と比べると相対的

年間3，000mmを越える地域がある。海域の年降水量はよに多く、この傾向は冬季に強まる。

く分からない。大陸の東岸に位置する日本や台湾は、降酸性雨の実態調査は、1980年代の始めから東アジアの水量が多く酸性度が強いため、降水を介して地表面に負

各国でも精力的に進められてきた。中国では1981〜83年荷される酸の量は相対的に多くなる。例えば東京（pH：に最初の調査が行われ20）、現在は1990〜95年の5ヵ年計

4．5、年降水量：1，500mm）と北京（pH：6．0、年降水量：

画（国家計画委員会）の一環として、全国規模の調査が600mm）の水素イオンの湿性沈着量を比較すると、東京進められている21）。韓国にもすでに全国規模の緻密なモの方が2桁近く多くなる。ただし東京ではほぼ年間を通ニタリング網がある22）。台湾でもすでに全省規模のモニして雨が降るのに対して、北京では全降水量の約3／4が夏

電中研レビューNo．31●45

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図2−2−21980年代の東アジアにおける概略の降水のpH分布

季の3ヶ月間に集中するなど、降雨特性はかなり異なる。

操

執＿

＿＿、『一

図2−2−3。＿幽東アジアにおける概略の年降水量（気候値）の分布。洋上は推定値のところ詳細な観測データは少ない。だが既往の観測データを参考にする限り、日本列島の規模ではその関与は

2−2−4

日本列島における硫黄化合物の収支

相対的に小さいとみられる。量的にみて無視できないのは③の火山の影響である3）。日本列島は地球上でも有数

酸性物質の生成・輸送の機構を明らかにするためには、の火山地域であり、活火山は約80を数える。このうち定広域的な輸送モデルを開発し、先駆物質の発生地域と酸常的にSO2を放出している火山は約10あり、全発生量は性物質の沈着地域の二つの関係を動的に説明する必要が

人為発生量に匹敵する約0．55TgS／年と見積もられる。こある。こうした検討に先だって、まず発生量と沈着量のの中で最大量のSO2を放出しているのは、1955年の大爆

みかけの収支構造を把握しておくと、現象を理解する上発以来、活発な噴煙活動を続けている桜島である。

で役立っ。

硫黄化合物の発生源は、ふつう人為起源と天然起源の二つに分けられる。図2−2−4（1）は日本列島を鉛直方向に1硫黄化合物の沈着過程は、ふつう湿性沈着と乾性沈着の二つに分けられる。図2−2−4（2）は当研究所の3年間（1987〜90年）の観測データをもとに、nss

SO42

の湿性

層（混合層）、水平方向に114個のメッシュに区切り、人沈着量分布の推計を示す20）。湿性沈着量は日本海側と太為起源のSO2の発生量の分布を推計した結果を示す11）。

平洋側で多く、オホーツク海側で少なくなる。沿海を含1986年現在の全発生量は、約0．45TgS／年（Tg＝1012g）

む日本全域（面積：約7218×109m2）への総沈着量は約と見積もられ、全幅生平に占める固定源と移動源の比率

0．61TgS／年、このうち陸域への総沈着量は、全体の約48はおおよそ80：20となる。発生源が集中するのは、首都％に相当する約0．30TgS／年と見積もられる。なお北方四圏から北九州にいたる沿岸のメッシュであり、全面積の島と南西諸島への沈着分は、この中に含んでいない。

約10％に相当する12メッシュで日本全体の50％近くを排乾性沈着とは、降水現象と関係なくガスや粒子の形状出している。つまり日本のSO2発生源は、かなり偏在したで沈着する部分を指す。実際問題として、乾性沈着量を分布を示すことが分かる。

モニタリングで評価することは極めて難しい。わが国で天然起源の硫黄化合物としては、①海塩に含まれる硫は、降下塵の沈着量を乾性沈着量に読み変えている例が酸塩、②生物活動に由来する還元態の硫黄化合物、③火あるが、硫黄化合物の収支を議論する上で妥当かどうか

山の噴火に伴うガス状の硫黄などが重要である。

は疑問がある。ここでは、乾性沈着量を沈着速度と大気

このうち①については、ナトリウムなどを指標にとれ中の物質濃度の積の形で規定し、沈着速度をメッシュごば、一塩起源の部分は補正できる。②については、現在との粗度や摩擦速度の気候値の関数に置き換え、これに

46

（1）

（2）

（3）

「、撲

E，W：gS／m2y

巳W：gS／m2y

圏＞1．0

圏＞1．0

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0．5−1．0［＝1＜0．5

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□2〜5

＿撫

〔コ＜2

図2−2−4 1980年代後半の日本列島における人為起源のSO2発生塵（1）、非海域起源の硫酸イオンの湿性沈着量（2）、15気候区別に再集計した硫黄化合物の（人為）発生量に対する（湿性＋乾性）沈着量の比（3）の各分布。

大気中の硫黄化合物の濃度を乗じて推計する方法をとる25）。二巴季の総沈着量は約0．21TgS／0．5年と見積もら

2−2−5将来の酸性化

れ、その90％以上はSO2の沈着に伴うものと推定される。
乾性沈着量の分布は、人為発生量の分布と似たパターン

東アジアからの人為起源のSO2総発生量は約11．5
TgS／年と推計され、その85％近い9．5TgS／年は中国からを示すようになる27）。

こうして各メッシュごとに、（人為）発生量に対する（湿発生している。韓国からの発生量は日本と同程度、台湾性＋乾性）沈着量の比率を計算し、15の気候区別に集計からの発生量は日本の1／2程度、北朝鮮からの発生量はよした結果を図2−2−4（3）に示す。図2−2−4（3）で比率が2以下

く分からないが、日本の1／2から3／4程度とみられる11）。東の気候区は、解析の誤差なども見込むと、発生にほぼ見アジアとほぼ同程度の水平規模をもつ北米からの総発生

合うだけの硫黄分が沈着している領域である。こうした量は約12TgS／年、同じく旧ソ連を除くヨーロッパからの地域は、おもに首都圏から北九州にいたる沿岸部に集中

総発生量は約17TgS／年と推計され、東アジアはこれらとする。これに対して比率が5以上の気候区は、どう考え

ともに地球上の三大発生域を形成している。

ても収支の勘定があわない領域である。こうした地域は発生量の大小だけをとらえて、責任を云々することには異論もあろう。中国の人口は、日本の約10倍という事

おもに日本海側に集中する。

火山活動の影響も考慮すると、西日本などでは発生量情も考えねばならない。視点を変えて一人当たりの発生と沈着量の量差は小さくなる。だが季節的にみると、冬率でみると、中国の現況はOECDの20ヶ国の平均値の1／3

季に桜島から放出された噴煙の大部分は太平洋の方向にに満たない。また面積当たりの発生率でみると、日本の流出しており、日本海の方向に向かう頻度はわずかであ方がまだ多少大きいし、韓国や台湾の発生率は中国よりる。中国大陸や朝鮮半島には活動中の火山はない。冬季もかなり大きい。このように許容しうる発生量のとらえの日本海側では、降水中に高濃度のnss

方は議論の分かれるところだが、ともかく東アジアの生SO42一が観察されることがあるが、火山活動だけでこれを説明することは難しい。つまり他の気候区を含めた圏外との物質交換を

産活動は急速に伸長している。
冬季の日本海側では、降水中に高濃度のnss

SO42一が観考えねばならない。このように日本列島における硫黄化

察されることがある。メカニズムの詳細は今後の検討を合物の見掛けの収支は、背骨をなす中央の山脈の南北で待たねばならないが、日本海をわたって輸送された硫黄は、かなり構造が異なることが分かる。

化合物に由来する可能性は高い。だが現状の降水の酸性度は、生態系の衰退が伝えられる米の北東部やヨーロッ

電中研レビューNo．31●47

伸び率が続けば、東アジアからのSO2発生出量は、おそら

μeq／忍

103

く15年以内に2倍増する。こうした状況に置かれたとき、
北

京
の
済

わが国に沈着するnss

増加するかもしれない28）。

南

南 京
◎ノ6
江華島

102

だがこれが直接pHの低下に結びつくかどうかは吟味が必要である。降水のpHは酸やアルカリの性質と、その

／台中

望
軍

も

竃

気羅瀞京

濃度のバランスで決まる指標だからである。東アジアで町！岐○最大のSO，発生域は渤海湾を囲む領域にある。この地域

♂

101

奄

常

呂

蘭島

では、降水のnss

SO42一＋NO3濃度は極めて高いにもか

美

O八丈島

●中

国

②台
◎韓
○日

湾
国
本

かわらず、酸性化は進行していない。図2−2−5に示すように、酸を中和するのに十分な量のnss

101
nssSO42102

Ca2＋＋NH、＋が降水中に供給されているからである。

100
10。

SO42一の総量は、1〜2倍の範囲で

103

十NO3一

図2−2−5東アジアの各地点における降水nssSO42一＋NO3一濃度（横軸）とnssCa2＋＋NH、＋濃度（縦軸）との関係。

冬季から春季にかけて東アジアに卓越する季節風は、沿岸地域から発生した汚染物質の輸送にあずかる。と同時に内陸の乾燥地域から発生した砂塵の輸送も担っている。特にカルシウムを含む炭酸塩の関与は大きいとみられる。現に韓国の西海岸や九州の西海域の観測結果では、黄砂の飛来時に降水中のSO42『濃度は増加するのに酸性

パの北西部と比べれば、まだ強くない。酸性の雨や雪が度が弱くなる事例を確認している。したがって酸を中和

直接の原因で、日本海側の土壌・生態系に被害を生じたするのに十分な量のカルシウムが供給され続ければ、将という事例も、現在のところ確認されていない。検討を来にわたって降水の酸性化は生じない可能性がある。ま要するのは、可能性を潜めた将来のリージョナルな環境

た夏季には日本列島側から、冬季には朝鮮半島側からのの変化である。例えば東アジアでSO2発生量が増加した

風系が卓越する対馬海峡／朝鮮海峡では、年間を通して活とき、わが国のpHは低下するのか；あるいは水素イオン

発な物質の交換が行われている形跡もある。

の沈着量は増加するのかといった問題である。

この問題は、単に先駆物質の発生量の推移だけに帰すべきものではない。環境対策を講ずることなしに最近の48

東アジアの酸性雨は、実態の把握から現象のモデル化に向けて、新たな展開に入ってきたといえよう。

コラム3

海を渡る硫黄化合物

本文中で述べた通り、わが国に沈着する硫黄化合物

ところで、わが国への硫黄化合物の到達量を推定すの多くが、海を渡ってくると推定される。輸送されてるため、気象庁の海洋気象ブイロボットが設置されて、くる硫黄化合物の量を知るには、海上において大気中

風速などのデータが蓄積されている海域の日本海、東にどれだけ加わり、どれだけ減るかを知る必要がある。

シナ海、四国沖太平洋で沈着速度を評価してみた（図海上に流出したSO2は、海面から高々2，000rn程度の1）。沈着速度の算出にはいくつかの仮定を用いるが、大気層（混合層）内を輸送される。この混合層内に加もっとも根本的な仮定は、モニン・オブコフの相似則えられる硫黄化合物には、海から発生するDMSなどがが成立することである。この相似則の下では、風速やあるが、その量はそう多くないと推察されるので、海

気温、湿度、物質の分布は水平方向には一様、鉛直方向上を輸送中にSO、が増えることはほとんどない。

には係数を変えるだけで一つの式に表すことができる。

混合層から硫黄化合物を除去する機構は、雲や雨な

図2は、過去10年間のブイデータを使って推定した

どの降水要素を介する機構（湿1生沈着）と、降水要素

日本海、東シナ海、四国沖太平洋のSO2乾性沈着速度月を介さない機構（乾性沈着）とに分けられる。

変化である。沈着速度は0．8cm／s程度を推移する。この

乾性沈着量（フラックス）を直接測定することは、

値はわが国の陸域での典型的な沈着速度（〜0．5cm／s）

極めて難しい。このため、ある高さにある物質が地表よりもかなり大きい。これはSO2が海に溶けやすく、陸面に沈着するときの移行速度を「沈着速度」と定義し、上よりも海上の風速が大きいためと考えられる。

これと濃度の積の形で沈着量を推定する方法がよく用沈着速度は、冬季には強風や大気と海面の温度差にいられる。沈着速度は物質の性質や地表面の種類、気より大きいが、夏季は小さくなる傾向がみられる。一象条件などにより変化する。しかしながら、特に、今般に海水温は、気温ほど大きな季節変化はなく、冬季

知見の少ない海上では沈着速度を一定とすることが多には海面温度10℃に対して気温は氷点下になることもかった。

ある。この程度の温度差で、海面近くの空気は不安定になりよく混合され、沈着速度は大きくなる。

50。Nこうした状況は、大陸からの冷たい空気が強い季節
風として吹きすさぶ日本海で顕著である。乾燥した冬
季の大陸からは、多量のSO2が海上に流出し、日本海に

1
40ゆN

はかなりの量の硫黄分の沈着が推察される。

日本海
1．5

＋日本海

範
屋

＋四国沖

→←東シナ海

遡1・0
擢

30。N

●四国沖太平洋

●

覇。．5

激Vナ海

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SO2乾性沈着速度の変化

電中研レビューNo．31●49

2−3

硫黄の量を予測

気塊の軌跡を長距離輸送モデルで計算した結果である。

2−3−1はじめにわが国の場合、夏季には東シナ海、日本海からの気流と日本の東および南の海上からの気流が見られる。冬季に

私たちは冬に強い北西の季節風が吹いたり、天気が西は中国東北部からの気流が卓越する。わが国には、これから東に移り変わることを知っている。また西日本の日らの気流にのって酸性物質が運ばれてくる可能性が高い。

本海側の地域では、春先に毎年のように黄砂が観測される。黄砂は遠くタクラマカン砂漠、ゴビ砂漠から、中国

2−3−3酸性物質の沈着量

東北部、朝鮮半島を経て運ばれてくる砂塵である。

このようなことから、大陸から風にのって酸性物質が気流計算だけでは、酸性物質がどれだけ輸送されてく運ばれているのではないか、近い将来、酸性雨の被害がるのか分からない。そこで、長距離輸送モデルには、物

日本でも現れるのではという心配の声が聞かれる。事実、質の発生と輸送、拡散希釈、化学反応による変質、雲や東シナ海や日本海側の地域では、大陸からの風が強いと雨による除去、乾性沈着が考慮できるようになっている。

きに、SO42一濃度の高い雨や雪が観測されている。

ところが、それらの物理、化学過程は、気象や地理的条件に依存し、実際はかなり複雑である。長距離輸送モデ

E−3−2

大気中での物質輸送

ルでは、複雑な実現象を簡略化して扱うため、その妥当性について検討しておかなければならない。当研究所である地域から発生した汚染物質はどこに沈着するのは、日本全国21地点で酸性雨とガス状、粒子状の硫黄化か？逆にある地域に降下した酸性物質は、どこからやっ

合物の濃度の観測を行った。このデータを長距離輸送モて来るのか？これらを知ることにより、どの地域で酸性デルの検証に用いた。図2−3−2は、トラジェクトリー型の雨の影響が現れやすいか、どの地域の発生源対策に重点モデルで計算したSO42一の湿性沈着量と観測結果の比較を置けばよいかが分かる。雨の中の硫黄を分析して、こを示している26）。羽中の地図に観測地点が示されている。

れは中国から来たのもの、これは日本で発生したものと対象期間は1988年10月〜89年9月である。発生源として、区別するのは、なかなか難しい。なかなかとしたのは、

東アジア5ヶ国（地域）（日本、中国、台湾、韓国、北朝

そのような研究も行われているからである。

鮮）の人為起源と日本の火山が考慮されている。人為起

酸性物質の発生と沈着の関係を見るには、計算機で現象を再現する長距離輸送モデルを用いるとよい。当研究所では東アジアを対象に長距離輸送モデルを開発し、わが国の硫黄化合物の沈着について解析を行っている。
図2−3−1は、当研究所がある東京都狛江市に到達する空50

源の排出量はほぼ80kmの格子ごとに、火山からの排出，量は一山ずつ与えた。
図2−3−1から、計算値は観測値と比べると若干低くなっているが、長距離輸送モデルの予測精度はよいことが分かる。わが国全域に湿性沈着する硫酸イオンの量は、観

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図2−3−1東京都狛江市に到達した空気塊の軌跡
850hPa（およそ1500m）の風の観測データを補間して求めた東アジア全域の風の場を狛江市を出発点にして逆にトレースして求めている。評価地点から逆にたどって求めた軌跡なので、バックトラジェクトリーと呼ばれる。

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図2−3−2硫酸イオンの湿性沈着量の計算値と観測値の比較
対象期間は1988年10月〜89年9月の1年間であり、計算値はトラジェクトリー型の輸送モデルで求めたもの。観測値は図2−2−1に示した20観測地点での結果である。

電中研レビューNo．31●51

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図2−3−3硫酸イオンの湿性沈着量に及ぼす東アジア各国の割合

測では硫黄換算で0．30Tg／年（Tg＝1012g）、計算では0．22

大気中に放出される量を考慮すれば予測値は下がる。

Tg／年である。長距離輸送モデルによって観測値の80％以上の結果から、長距離輸送モデルでSO42一湿性沈着

近くを評価できた。長距離輸送モデルの予測値が観測値

量をまずまずの精度で予測できることがわかった。そこと比べて幾分低くなる原因として、1988〜89年の予測をで、今度は同じモデルを用いて、わが国のSO42一湿性沈着

人為起源については1986年の排出量データを用いて行っ量に及ぼす東アジア各国の割合を評価してみた2η。なお、

たこと、ロシア極東地域からのSO2の排出を考慮しなか

国（地域）別の割合は、日本、中国、北朝鮮・韓国、台ったこと、海洋における降水量を過大評価している可能

湾の人為起源からの総量が100％になるように評価した。

性があることが挙げられる。

すなわち日本の火山起源、ロシアの人為起源の影響は除1986年から89年の排出量の増加を考慮すると、わが国全域の湿性沈着量の予測値は10％程度高くなる。1また、いている。なお、SO42一の湿1生沈着量に及ぼすわが国の火山の割合は20％弱である。

ロシア極東地域からの排出量を考慮すると、北日本の評

図2−3−3は、わが国全域および北海道東部、日本海側、

価地点（地点番号1〜4）では0．2g／m2／年ほど沈着量の太平洋側、中部山岳〜瀬戸内の各地区を対象に、東アジ

予測値が増加し、海洋における降水量が陸地より少ない

ア各国の割合を評価した結果である。わが国全域に及ぼとすると、離島の評価地点18では最大2倍ほど沈着量のす量を年間を通して見ると、中国が約1／2、日本が約1／3、予測値が増加する。計算値が総じて観測値より低くなっ北朝鮮・韓国が約1／6である。台湾からの量はほとんどなている中で、評価地点17の計算値が観測値より高くなっい。なお、先に述べたように、この数値には日本の火山ているのが目立つ。これは、近くの桜島から排出されるの影響が考慮されていない。火山の影響を考慮すれば、SO、全量が混合層内に取り込まれるとしたからで、自由日本の割合が50％近くまで上がる。輸送モデルの解析結

52

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図2−3−4硫酸イオンの乾性沈着量の計算値と観測値の比較
対象期間は1988年10月〜89年9月の1年間であり、計算値はトラジェクトリー
型の輸送モデルで求めたもの。観測値は図2−2−1に示した20観測地点での結果である。

果から、日本で観測された降水中のSO42一の約半分は、大に大規模な人為起源のSO2発生地帯がないと考えられる

陸から運ばれてくることが分かった。

地点を対象に、乾性沈着量の計算を行った結果である。

冬季、夏季別に各国の割合を見ると、中国からの量は桜島から放出されるSO2量を過大に与えたため、湿性沈夏季より冬季の方が多くなる。北朝鮮・韓国からの量は着量の場合と同様に、地点17では計算値が高くなってい

季節によってあまり変わらない。各国あ割合を地域別にる。しかし、全般について見ると、輸送モデルの計算結

見ると、日本海側は太平洋側と比べて、中国と北朝鮮・

果は、大気中のSO2濃度の観測値から推定した乾性沈着

韓国が多い。特に、冬季には、中国方面からの気流が支量と比較的よく一致していることが分かる。島の観測地配的であるため、日本海側では、中国と北朝鮮・韓国を点に対する予測結果は特によい。

合わせた量は80％を越える。中部山岳〜瀬戸内では日本の量が高い。

評価地点の近くに大規模な発生源地帯がある場合には、その影響を受けた地表濃度を精度よく予測できるように

これまでは、日本に運ばれて来る硫黄化合物に着目しモデルを改良する必要がある。当研究所ではトラジェクていた。それでは、中国や韓国の場合はどうであろうか？

トリー型モデルに、近くの発生源に対して物理、化学過当研究所では、韓国の東海岸の嚢陽や北京で雨の観測程を詳細に扱えるオイラー型モデルを組み込んだハイブを行った。1991年10月〜92年9月を対象に、輸送モデル

リッド型モデルを開発している28）。ハイブリッド型モデで計算：した降水中のSO42一濃度と観測値は比較的よく一ルのレベルアップを現在行っているが、第1版のモデル

致した。そこで、日本の場合と同様に国別の割合を算出

でも、乾性沈着量の予測精度向上が見られた。トラジェ

した。北京では中国国内の量がほとんど全てを占める。

クトリー型モデルによる湿性沈着量の予測に加え、今後、裏陽に対する割合は、中国が50％強、韓国・北朝鮮が50

ハイブリッド型モデルで乾性沈着量を精度よく予測でき％弱であった。

れば、硫黄化合物の全沈着量が算定でき、土壌、陸水、

酸性物質の沈着量を評価する場合、湿性沈着だけでな

生態系への影響評価に貢献するものと考えられる。

く、乾性沈着も考えなければならない。図2−3−4は、周辺

電中研レビューNo．31●53

コラム4地球温暖化とオゾン層破壊は酸性雨を助長する？
酸性雨はこれまで米国やヨーロッパの先進国の問題な研究が内外の研究機関で行われつつある。その結果として取り上げられ、それらの地域を中心に、森林やによると、将来の地球温暖化とオゾン層破壊により、湖沼などの生態系や構造物への影響が報告されてきた。

酸性雨問題はますます深刻化するというショッキ・ング

いまや二上雨は世界各地で観測され、それらの国々のな答が得られている。そのメカニズムはこうである。

生態系や構造物を徐々に蝕みはじめている。

酸性雨現象は、おもに大気中のSO2とNOxが酸化さ工業化を急ぐアジア各国も例外ではない。中でも中れて、それぞれH2SO4とHNO3を生成することに起因

国の酸性雨の被害は、欧米以上に深刻であるといわれする。この時に酸化剤として作用するのが、03、OHラている。南米やアフリカの国々、さらには北極圏にもジカル、H20、など大気の酸化能（Oxidizing

酸性雨の影響は広がっている。このような「地球酸性を担っている成分である（図1）。

化」の状況は、将来どうなるのであろうか。

Capacity）

成層圏のオゾン層破壊による紫外線の増加と地球温

地球温暖化、オゾン層破壊、酸性雨などの地球環境暖化による水蒸気の増加は、いずれも対流圏内の03の問題は、これまで個別の現象として取り扱われてきた。

減少とOHラジカルの増加をもたらす効果がある。一しかし、各現象は密接に結びついていることから、そ方これとは逆に、温室効果ガスの一つであるメタン

れらを統一的に理解することによって、将来の環境変（CH4）は、対流圏のOHラジカルの減少と03の増加を化を予測し、その対策を講ずる必要がある。そのようもたらす。さらに、気温上昇やNOx、炭化水素の増加
は対流圏03を増加させる。これらの効果により、酸性雨問題が
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COが進み、酸性雨問題がますます深刻化することになる。

以上述べたような研究はまだ
酸化反応［亟コ［巫］

緒にっいたばかりであり、その基礎となるデータの蓄積も不十分である。地球温暖化、オゾンNOx

層破壊及び酸性雨が複雑に絡み

酸性雨

図1地球温暖化とオゾン層破壊が酸性雨に及ぼす影響

合った大気現象の予測は簡単にできるものではないが、今後に残された重要な研究課題である。

54

コラム5火山活動と環境の酸性化
欧米で開発された既往の酸性雨モデルでは、硫黄化

観測条件が不備であったりして、全部の火山で観測が合物の収支に対する火山の影響は、相対的に小さいも可能なわけではない。島嘆の火山では、観測データをのと考えられてきた。その理由は、量的にみて他の発得ること自体が極めて難しい。また噴火の規模や噴煙生源の方が割合が大きいことや、間欠的な活動状況にの上昇高は捻出とともに変化するから、観測データをよるものである。

年間値に換算する上では吟味が必要である。

これに対して日本列島は、世界でも有数の火山地域

当研究所では、九州大学などの協力のもとに国内のである。地球上には700〜800の活火山があるが、わが活火山を数グループに分類し、目視観測による経験的

国には国後島と択捉島の10火山を含めて、全火山の10なデータも加えて各火山の平均的なSO2放出率を推定％強に相当する83が集中している。1991年1！月には、し、全放出量を計算した。その結果を図1に示す。1980

雲仙岳が約200年ぶりに噴火を起こし、人的・物的に大年代終わりの主要12火山からの定常的な放出量は、約

きな被害をもたらしたことは記憶に新しい。このため

0．55TgS／年と推定され、これはわが国の人為起源から火山ガス、特にSO2が大気や降水の「質」に何らかの影のSO2放出量：にほぼ匹敵する。阿蘇山の活動が活発で響を及ぼしているという指摘は、従来からなされていあった1989年には、人為起源を大きく上回る1．OTgS／

た。だがこの問題について、量的な検討が行われるよ年近いSO2が放出されていた可能性がある。

隠球規模での火山起源のSO2の放出量として、信頼うになったのは最近のことである。

わが国では九州大学のグループが桜島、伊豆大島、度が高い推計値は10TgS／年前後である。とするとわが阿蘇山、浅間山などの火山を対象に、相関スペクトロ

国の火山からは、全面発生量の5〜10％のSO2が定常

メー無法を用いてSO2放出量の観測を続けてきた。薩

的に放出されていることになる。なお朝鮮半島や中国

摩硫黄島、霧島山、諏訪之瀬島などの火山についても、大陸には、活動中の火山はない。

断片的な観測データがある。噴煙活動を続ける火山は

これらの火山のなかで最大規模を誇るのは、0．3

これ以外にもある。ただし放出量がわずかであったり、

TgS／年前後の放出量が推定される桜島である（写真1）。日本中の全火力発電所からの放出量は0．1TgS／年前後と推定されるから、火山の威力は大したものであ。

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る。火山のごく周辺では、SO2よりもHCIやフッ化水素（HF）の影響の方が大きいようであるが、西日本地域の大気や降水の質が桜島の影響を受けていることは、
輸送モデルの解析でも明らかになってきた。

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日本の火山からのSO、の年発生量

写真1桜島の活動状況

電中研レビューNo．31●55

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第3章

土壌・陸水・森林系の酸性化予測●目

次

宮永

洋一

佐藤

一男

我孫子研究所 環境科学部 陸域環境グループリーダ
狛江研究所 大気物理部 環境化学グループ 主査研究員
我孫子研究所 環境科学部 陸域環境グループ 主査研究員
狛江研究所 大気物理部 環境化学グループ 担当研究員
我孫子研究所 環境科学部 陸域環境グループ 担当研究員

池田 英史
高橋
章
安池 慎治

3−1

森林への酸性物質の沈着…………・……・・………・……・…・……・…・・……

……・……………

……………．…●……59

3−2

土壌の酸中和能……………∵…・・…・・………・・…・…・…●…………●………●……●…の………

………●………………62

3−3，陸水への影響とその予測…………・・……・……………・…・・…・………・……・…………・・……・・…………．……●……67

コラム6 臨界負荷量、限界負荷量、許容負荷量？ ・…・……………・………・…・……・・……………・…・…・……・・66
コラム7

同位体地球化学佐藤一男

・………・………・・………………・・……………………………・・……・……・………●…●…74（1982年入所）

これまで、石炭灰の埋立処分に関わる環境
影響、発電所排煙の土壌影響などに関する研究を行ってきた。現在は、酸性雨と土壌との相互作用に関する研究に取り組んでいる。

池田英史（1985年入所）

土壌・地層申での水分・物質移行、土壌と水との化学反応に関する研究を行ってきた。
現在は、山地流域の調査データを基に、酸性雨が地下水、河川水の水質に及ぼす影響予測手法の開発に取り組んでいる。

58

安池

慎治

（1990年入所）

水文学を畑とし、地下水の流動、水質の変動を主な研究対象としている。現在は酸性雨問題の他、地下水の地震影響評価等に従事し
ている。

宮永 洋一
高橋
章

10ページに記載
36ページに記載

3−1

測を開始した。

3−1−1はじめに

3−1−2乾性沈着のメカニズム
わが国における降水のpHの地域的な分布や水素イオ
ン、硫黄化合物、窒素酸化物（NOx）の湿i生沈着量の実

乾性沈着は、大気中から地表面や樹木の表面にガス状

態はこれまでの調査でほぼ明らかになった1）。ところが、物質や粒子状物質が、降水を伴わずに輸送され捕捉され降水に取り込まれずに直接地面に到達するガス状・粒子る現象を指す。

状の酸性物質の沈着量（乾性沈着量）については不明な

乾性沈着における物質の輸送過程は、次の3つのステ点が多かった。わが国の陸域面積の約70％を占める森林

ップに分けられる。また、これらの過程は電気回路におの酸性物質の乾性沈着量は、ほとんど明らかでない。

ける抵抗と同様に輸送に対する抵抗を想定することによ

わが国全域でみた場合、酸性物質の乾性沈着量は論法

り、図3−1−1のように模式化することができる。各過程の沈着量に匹敵するという指摘もある2）。森林生態系に及沈着抵抗を合計したものの逆数が、後述する「沈着速度」

ぼす酸性物質の影響を予測・評価するためには、総沈着と呼ばれる定数となる。

量に占める湿1生／乾性の割合を評価し、樹冠部の捕捉量、①乱流境界層内の輸送
大気中から沈着面のごく近傍までの輸送過程であ森林土壌への負荷量等について検討する必要がある。

る。物質の輸送は乱流拡散により支配され、大気中樹木の衰退等が喧伝されている欧米では、森林への酸性物質の沈着量に関するさまざまな取り組みがなされている。代表的プロジェクトには、米国電力研究所（EPRI）の風速、大気安定度等が重要なファクターとなる。

②層流境界層内の輸送

Study（IFS）が挙げられる。これ

沈着面に形成される層流境界層内での輸送過程でには欧米の15の研究機関が参加し、米国、カナダおよびあり、ガス状物質の輸送には分子拡散が、粒子状物

ノルウェーの17の森林を対象に統一手法を用いて、1986

質の場合には分子拡散の他に乾性衝突、静電相互作

年から4年間にわたって観測が行われた。

用などが関与し、輸送される物質の特性が重要な要のIntegrated

Forest

IFSの調査対象は酸性物質の沈着量だけでなく、樹木
および森林土壌中の栄養分の循環にいたるまで広範囲にわたっている。その成果は700ページにおよぶ報告書3）が公表されている。

素となる。

③

沈着面との相互作用
ガス状物質あるいは粒子状物質が沈着面の表面に取り込まれる過程である。沈着面として森林を考え

当研究所では、このような既往の研究も参考にした上た場合、粒子状物質は樹木の表面等に付着し、一部で、わが国の森林生態系における酸性物質の総沈着量をは化学反応を起こす。ガス状物質の場合は、樹木表明らかにするため、1993年より試験林でのフィールド観面に付着した水に溶解する他に、クチクラ層や葉の電中研レビューNo．31●59

大気中の醗生物質（ガス・粒子〉

樹冠
空：力学的抵抗（Ra）

乱流境界層内の輸送

lI

一一一一一一一一一一一一一一

残さ抵抗（R，）1

｛

森林

｝

表面抵抗（衰b）｛

一i

沈着画との相互作用li層

層流境界層内の輸送

図3−1−1森林における乾性沈着過程
風速、大気安定度および、沈着面での粗度等のデータから空力学抵抗（Ra）、葉面対抗（Rb）を推計する。残さ抵抗（Rc）は、気孔、葉肉、クチクラ層の3つの抵抗の合成として算出され、主に樹木の生理的な特性に関するデータが必要となる。

気孔を通過して樹体内に取り込まれる。このうち支代理表面法6＞、林外雨と樹冠雨＋樹幹流との沈着量の差

配的なのは気孔を通じた取り込みであり、ガス・粒から推計する樹冠雨・樹幹流測定法7）などがある。またピ

子状物質の物理化学的な性質の他に、気孔の開口度

ックス（B．B．

を左右するCO2濃度、温度、湿度、日射量等が重要な着の各過程の抵抗を算出することにより沈着速度を求め、要素となる。

乾性沈着量を推計する手法を提案している。最近、大喜Hicks）ら8）はルーチン観測データから沈多（T．Okita）ら9）は、濃度勾配法と樹冠雨・樹幹流測

3−1−3

乾性沈着量の推計方法

定法を組み合わせ、気象観測データを必要としない簡易な乾性沈着速度の推計手法を提案した。

酸性物質の湿性沈着量は、採取装置を用いれば直接観当研究所では、特別な観測機器を必要とせず、局部的測することができる。ところが、乾性沈着量は地表近くなスケールにも拡張可能であるとの観点から、上述したの大気の状態や地表面の形状等に大きく左右されること、方法の中から、①樹冠雨・樹幹流測定法7）と②ピックスら

分析に必要な試料量を採取するためには長い時間を要すの方法8）を検討の対象として選んだ。

ること、採取した試料の再飛散が起こる可能性があることから直接観測することは極めて困難である。

①樹冠雨・樹幹流測定法は、樹冠雨＋樹幹流による沈着量と林外の沈着量との差を、非降雨時に樹木にそのため、乾性沈着量は現象をモデル化した上で、実蓄積された乾性沈着量とみなす。基本的には、樹冠測可能な大気質および気象要素等のパラメータをもとに

雨＋樹幹流と林外雨の採水量と化学組成を測定する

推測を行うのが一般的である。モデルの構造および推計だけでよく、乾性沈着量の推計の最も簡便な方法で、手法については、これまでにさまざまな提案がされてい以下の前提条件を必要とする。

るが、基本的には大気中のある高さにおけるガス・粒子

・樹冠にいったん捕捉された対象物質は、降雨によ状物質濃度と、「沈着速度」と呼ばれる比例定数との積によって推計する場合が多い。

提案された代表的な方法は、鉛直風速の変動成分および対象物質濃度の変動成分に関する観測データから推計

り完全に洗い落とされる・対象成分の樹木への吸収や樹木からの溶出量は小さい。

ジョンソン（D．W．

Johnson）とリンドバーグ（S．E．

する乱流相関法4）、樹冠上の対象物質の濃度勾配の観測

Lindberg）3）は、IFSの結果から硫黄化合物については、樹値から推計する濃度勾配法5）、空力学的にデザインされ木による吸収・溶出がほとんど認められず、この方法がた採取容器を大気中に暴露し、その捕集量から推計する

乾1生沈着量の推計に有効であるとしている。

60

ローボリューム

大気導入口

一
Tンフフ
日射計

風向風速計

@
D1

@

趣

錆

ｳ

．…

，｛

@

1乳受：ザ・

@

r「

｝

闇、

樹冠雨

樹幹流

ﾌ取装置
@ Q一ボリューム

ﾌ：取装置

．
｝ド

SO2

林外雨

NOx
大気

サンプラー

ｱ入q

DATA

ガス状物質

kOG（≧E：R

ﾗ腱装置

ﾌ取装置

03

図3−1−2観測機器の設置状況②ピックスらの方法8）は、ルーチン的に得られる観各林内には、樹冠雨を採取するために、直径30cmのポ測データをもとに、図3−1−1に示した輸送の各過程のリエチレン性のロートを上部に装着した容量5尼のポリ沈着抵抗を求めて沈着速度を推計し、乾性沈着量をエチレン製の容器を設置した。樹幹流については、佐々求める。

ら10）を参考にガーゼ巻き付け法を用いた。これと併行しこの方法を実際にフィールドに適用し、硫黄化合物の年間の沈着量を推計した結果では、推計値に含まれる不確実さは±30％程度と報告されている。

て、林外雨を採取するために、林外の1ヶ所に樹冠雨と同じ採取容器を設置した。
；樹冠雨・樹幹流については、1993年の寒予期および1994

当研究所では、丁丁で示すフィールド観測の結果をも

年の暖候期に特別観測を実施し、降雨イベントごと、数とに両方法による推計と妥当性について比較検討し、わ回の試料採取を行った。1994年10月からは樹冠雨・林外が国の森林へ適用が可能な方法の開発に着手した。

雨の採取装置としてwet−onlysamplerを用9いて通年観測を開始した。

3−1−4

フィールド観測3−1−5わか国に適用可能な推計手法の開発
群馬県赤城山の南斜面中腹標高約500mに位置する当研究所赤城試験センターを観測地点に選んだ。

本研究では、第一段階として、3−1−3項の①の方法で、観測対象としては、わが国の代表的な樹種として、針各樹種ごとに樹冠雨＋樹幹流による沈着量と林外雨に伴葉樹の中からスギとアカマツを、また広葉樹の中からコ

う沈着量の差から酸i生物質の乾性沈着量・乾1生沈着速度

ナラを選んだ。

を推計する。同時に、樹冠上での大気中のガス・粒子状

まず、赤城試験センター敷地内で、森林への酸i生物質

物質濃度および気象データから3−1−3項の②の方法で、同の沈着過程をモデル化する上で扱いが容易な、傾斜が小じく乾性沈着量・乾性沈着速度を推計する。両法によっさく植生が比較的均一な林地を選定した。次に、選定して得られた推計値を比較し、その妥当性を検証する。

た3樹種の林地内に、約30m×30mの方形区を設置し、調次に、この検討結果をもとに、1つの流域さらには都査対象区とした。図3−1−2に、調査対象区における観測機

道府県レベルに拡張する場合に必要なパラメータの抽出器の設置状況を示した。

を行うとともに、推計方法の確立を図る。

各調査対象区において、樹冠上層の気象要素および大最終段階として、開発した方法をわが国の森林全域に

気中のガス・粒子状物質濃度を観測するために、高さが適用し、全国レベルでの酸陛物質の乾性沈着量の分布の約30mの観測用鉄塔を設置した。これと並行して樹冠下実態を明らかにする予定である。

でも、温湿度と大気質の観測装置を設置した。

電中研レビューNo．31●61

3−2

るとpHが急激に低下する。同時に水中のアルミニウムイ

3−2−1はじめにオン（A13＋）の濃度が急上昇し始める。このA13＋はpHの低下に伴って土壌から溶出したもので、植物の根に強い

酸性雨が土壌に染み込むと、そこではどのような現象

害作用を及ぼす。現在の酸性雨研究では、土壌の酸性化が起こるであろうか。実験室で簡易に調べる方法として、に伴う環境影響として、このA13＋の溶出が最も重要視さ

カラム実験と呼ばれる加速実験がある。例えばアクリルれている。

製の円筒カラムに土壌を約10cm充てんし、カラムの上か

このように、酸性雨が土壌中に染み込むと、酸性雨はら酸1生度（pH）3の人工酸性雨を連続的に滴下して、流出土壌によって中和されるが、土壌自身は酸性化することした水の水質変化を調べる。

になる。土壌の酸性化とは、土壌がもつ酸中和能が減少

図3−2−1は当研究所が行った実験結果の一例11）である。

することと同義である。やがて中和能が使い果たされる

酸性雨が土壌とまったく反応しなければ、流出水のpHはと、植物に有害なA13＋が土壌から溶出する事態となる。そ

実験当初から酸性雨と同じ3を示すはずである。図3−2−の時期の推定には、土壌が持つ酸中和能の正体を明らか

1では約300時間後までpHにした上で、その値を定量的に調べる必要がある。

6程度の値を維持しており、酸性雨が土壌で中和されたことが分かる。しかし土壌がもつ中和能力には限界があり、それを越えるH＋の負荷があ

3−2−2

土壌による酸性雨の中和メカニズム

これまでの数多くの内外の研究によって、土壌による
H幽添加嚢

0

（餉導q．／100g・孝責算イ直）1023

酸性雨の中和メカニズムはほぼ解明されている。それら38を表3−2−112）に示した。中和反応には、土壌微生物が介在

1．5

rapid

褐色森林土

−ANC

7

6
Ca2＋十Mg2＋十Na＋十K＋篭5

ミ

する「生物的反応」と、無機的な「非生物的反応」の2

虚1，0ε種類に大別される。生物的反応には硫酸還元や脱窒があ

（石川県）

爆
騨

pH

，＼

0．5特

4

ヤ

●

3

A13＋

0
200

与しているかはよく分かっていない。

一生物的反応には、①炭酸塩の溶解、②交換性塩基と酸性雨中のH＋との陽イオン交換、③表面OH基と酸性雨

20るが、研究事例が少ないため、量的にどの程度中和に関

400

600

8GO

経過時間（ゆ中のSO42一との配位子交換、④土壌鉱物の化学的風化がある。わが国の土壌はごく一部を除いて炭酸塩含量が少ないので、反応①の関与は小さい。また、アロフェン質

図3−2−1カラム流出水のpHと陽イオン濃度の経時変化

62の黒ボク土以外の土壌では反応③の関与も小さい。した表3−2−1土壌による酸性雨の中和メカニズム

しかし、ANCの減少を土壌の酸性化とみなす彼らの考え方にも疑問がある。なぜなら、土壌中には鉢物が大量

非生物的反応に存在するため、酸性雨との反応によって鉱物の消費①炭酸塩（ANCの減少）があっても事実上問題はなく、土壌が酸C鼓C◎3＋2耕→Ca2＋率CO2やH20②交換性塩基（Ca2㌔Mg2＋，即，性化したとはいえない。さらに、土壌の酸性化とA13＋の溶

Na＋）出との関係が考慮されていないという問題もある。

／H＋
十Caa＋
＼H＋

一一鯉8・→国酸中和能のもう1つの考え方は、土壌に酸が加えられ③表颪OH基幽く館：1＋・融融（1：）・一挑てからA13＋が溶出するまでのH＋消費量を酸中和能とする場合である。この定義の方が問題を的確に表現しており、わが国では広く受入れられている11・14・15）。この場合、

2H率

十20H珊

｝→

21→20

土壌の酸中和能は土壌によって一義的に決まるのではな④一次鉱物の化学的風化くカリ長石擁カオリナイトの例）
2KAIS稔08・←2H＋・←9H苫Q→2｝く＋十4H曝S｝◎垂十A12Si205（◎H）4

カリ長石

カオリナイトく、酸性雨によるH＋負荷量の大小によって変化することに注意を要する。その理由は以下の通りである。

陽イオン交換と鉱物の風化をH＋との反応速度で比較すると、陽イオン交換は速い反応、風化は遅い反応とい⑤硫酸還元
SO42一＋2H÷十2CH20一→

H2S十2CO2・十2H20

えるだろう。土壌中における交換性塩基と鉱物の存在量⑥脱窒

は、鉱物量は事実上無尽蔵16）といえるが、交換性塩基量は4NO3口十4Hや十5CH2◎

一ゆ

2N2十5CO2斗・7H20

これに比べると有限である。酸性雨によるH＋負荷量が、風化によるH＋消費量よりも少なければ、半永久的に土壌がって、一般的には陽イオン交換と鉱物の風化が酸性雨の酸性化は起こらないと予想される。つまり土壌の酸中の中和に重要な役割を演じることになる。

和能は、事実上無限とみなし得る。逆に多ければ、風化による中和だけでは間に合わず、量的に有限な交換性塩

3−2−3基が徐々に消費されることになる。やがては使い果たさ

土壌の酸中和能とはれてpHが急激に低下し、A13＋の溶出をもたらすだろう。

説明を簡単にするため、酸1晶晶の中和が陽イオン交換

この場合、土壌の酸中和能は、土壌に含まれる交換性塩と鉱物の風化の2種類の反応だけで起こる場合を仮定す

基量と、交換性塩基が消失するまでに鉱物の風化によっると、土壌の酸中和能の考え方にはつぎの2通りがある。

て消費されたH＋量の合計である。

1つは、土壌中の交換性塩基と鉱物の全量によって消前述のカラム実験（図3−2−1）は、酸性雨によるH＋負荷費され得るH＋量を酸中和能とする考え方で、ファンブ量が極端に多い場合の例である。この場合は、交換性塩

リーメン（van基が急速に消費され、数百時間という短時間のうちにBreemen）ら13）によって提唱され、酸中Capacity）と称されA13＋の溶出が起こる。その間に鉱物の風化によって消費た。この定義は大変分かりやすいが、ANCの絶対値に意

されるH＋量は無視できるほど少ない。したがって土壌の味があるとは思われない。ANCは確かに酸中和能に違い

酸中和能は、土壌の交換性塩基含量にほぼ等しくなる。

和能はANC（Acid−Neutralizing

はないが、現実にはANCと同じ量のH＋を消費できない。

このように、土壌の酸中和能は、酸性雨によるH＋負荷

なぜなら、ANCの消失は交換性塩基と鉱物のすべてが消量の大小によって変化する。その原因は、交換性塩基と失することを意味し、これは土壌の消失にほかならない。

鉱物とでは、反応速度および中和容量が著しく異なるた

彼ら自身もANCの絶対値については触れず、めである。A13＋の溶出が起こる時期の推定には、酸性雨にANCの変化（△ANC）と土壌の酸1生化との関係を論じている。

よるH＋負荷量、土壌の交換性塩基含量、鉱物の風化によ

電中研レビューNo．31●63

るH＋消費量をそれぞれ個別にかつ定量的に調べる必要
30

がある。

！

酸性雨によるH＋負荷量は、当研究所を始めとして、環

ノ

！

1

境庁、地方自治体、国立研究機関などによって全国規模で調査が行われてきた。

ノ

秘

ノ

820

於尊
くぎ

3−2−4速い反応に基づく酸中和能の定量方
法の開発

！
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！

ノ
，●

心ご
，

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●／

暑10

●

ノ

錘

●1

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酸性雨の土壌影響に関する当研究所の研究は、陽イオズン交換などの速い反応によるH＋消費量（rapid−ANC）を簡易に測定できる方法の開発からスタートした。この

ガ

0
0

10

20

rapid−ANC

rapid−ANCは、カラム実験でも定量が可能である。図3−

簡30（rr｝eq．／100g）

易法

2−1の場合、rapid−ANCは約14meq／100g乾土である。しかし、カラム法は数百時間という長時間を要することな

図3−2−2

カラム法と簡易法で得られたrapid−ANCの比較

どから、多数の試料を分析するには都合が悪い。

初めにタイプの異なる10種類の土壌を対象にカラム実験を行い、カラム流出水のpHが約5まで低下すると、流操作が簡易で2日間程度と迅速である、②rapid−ANCに出水中のA13＋濃度が急上昇することを見出した11）。さら対する（ANC）cと（ANC）aの関与を分離して評価できに、rapid−ANCには交換i生塩基に加えて、炭酸塩と表面

る、③降水のイオン組成に応じたrapid−ANCを計算によOH基（表3−2−1における①〜③）が関与していること、って求めることができる。

表面OH基の有効性は降水のイオン組成に依存することを明らかにした。

3−E−5簡易法を用いた全国土壌の酸中和能の定量化

これらの結果に基づいて、rapid−ANCをカラム法よりも簡易・迅速に定量する方法を開発した11・17）。原理はつぎの通りである。炭酸塩と交換性塩基に由来する中和能

環境庁は日本土壌肥料学会に委託して、1983年に「酸（ANC）cは、風乾細土を0．5mol／尼酢酸一〇．5mo1／尼酢酸

性雨の土壌への影響予察図」18）を作成した。この地図は、アンモニウム緩衝液（pH4．7）で処理し、濾液中のカルシ

土壌のタイプ別に生物的、非生物的緩衝作用の大小を比

ウムイオン（Ca2＋）、マグネシウムイオン（Mg2＋）、ナト較検討し、全国の土壌を最強から最弱の6階級に分類・リウムイオン（Na＋）、カリウムイオン（K＋）の濃度から地図化したものである。わが国では先駆的な研究であっ求める。表面OH基に由来する中和能（ANC）aは、風乾

たが、各階級間にどの程度の量的な差があるかは示され細土に1．56mmo1／尼硫酸カリウム溶液を添加して塩酸なかった。

でpHを4．7に調節し、硫酸イオン（SO42『）の吸着量から

その後、環境庁19）は12種類の土壌を用いたポット試験求める。全中和能rapid−ANCは、降水のイオン組成を考の結果から、土壌の交換1生Caと交換1生Mgの和（meq／100

慮して、（ANC）cと（ANC）aとから簡単な計算によっg）を指標として、酸性雨に対する土壌の耐i生を3階級て求める方法である。土壌10試料についてカラム法と簡（2．5未満、2．5〜5．5、5．5以上）に分類できるとした。

易法を比較したところ、両者はほぼ伺一のrapid−ANCをしかし依然として、全国土壌の定量的な耐酸性は示され与えることが分かった（図3−2−2）。簡易法の特長は、①

なかった。

64

●o
・。・鰐
o

○・小（＜5m・q・／1・・9）

ゆつ

ゆ

●

．蟹竈』8．
①・中（2〜・2・・q．／1・・9）●●・大（＞12m・q・／1・・9）

。竃、

㌔
β．．1競
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輸

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Qゆ◎8

⑩

・識

〆

図3−2−3表層土壌のrapid−ANCの相対評価
図中では500個のrapid−ANCが小、中、大の3階級にほぼ等しく1／3ずつ配分されるように、2つの境界値（5、12meq／100g）を決めた。

当研究所はこれとほぼ同時期（1989年）に、前述の簡〜870年（平均76年）分の酸i生雨を中和できる容量であ易法を用いて、全国500ヶ所における表層土壌（0〜20る。鉱物の風化によるH＋の消費がなければ、早いところcm）のrapid−ANCを調査した。結果を図3−2−320）に示では3年で表層土壌の中和能が使い果たされることになす。地理的な特徴をみると、関東地方にはrapid−ANCのる。この調査が行われたのは1989年であり、すでに5年

大きい土壌が卓越している。逆に関西から中国地方にはの歳月が経過している。rapid−ANCの最小値（0．3meq／

rapid−ANCの小さい土壌が比較的多くみられる。その他

100g）が観測された地点は奈良県室生村であり、早期にの地域では、小、中、大がほぼランダムに分布している。

追跡調査を行うことが望ましいが、すでにrapid−ANCがこのようなrapid−ANCの地理分布と土壌のタイプとの消失しているとは考えづらい。なぜなら、どの地点でも間には、明瞭な相関関係はみられなかった。

例外なく風化によるH＋の消費が起こっていた21）。

全500ヶ所のrapid−ANCは0．3〜87meq／100gの範囲に

今後は、流域調査などによって鉱物の風化によるH＋消あり、平均値は7．6meq／100gであった。酸性雨によるH＋費量を解明し、わが国の土壌がもつ全中和能を把握した負荷量を1，000eq／ha／年、土壌のバルク密度を1g／cm3といと考えている。

仮定すると、上記のrapid−ANCは厚さ10cmの土壌が3

電中研レビューNo。31●65

コラム6臨界負荷量、限界負荷量、許容負荷量？
ヨーロッパでは生態系の破壊が深刻であり、酸性雨

風化によるH＋消費量と同値であり、半永久的に悪影響がその一因だと考えられ、1980年代後半に生態系の保を及ぼさない大気かちのH＋負荷量である。この値と現護を目的としたクリティカルロード（criticalload）と在あるいは将来予想されるH＋の沈着量とを比較する呼ばれる概念が創出された。これは、生態系に悪影響ことにより、前駆物質（二酸化硫黄と窒素酸化物）の排を及ぼさない大気からの酸（H＋）の最：大負荷量を意味

出削減のあり方を合理的に決めることができる。

する。最近、わが国でも重要なキーワードになりつつすでにヨーロッパでは、旧ソ連西部を含む全域のク

あるが、まだ定着した訳語がないため、臨界負荷量、リティカルロードリ地図が完成している（図1）26）。酸

限界負荷量、許容負荷量など研究者によって呼び方が性雨に最も弱い地域（クリティカルロード：0〜200

まちまちである。

eq／ha／年）は、スカンジナビア半島などの北欧に分布

クリティカルロードという言葉には斬新な響きがあるが、対象が森林土壌の場合、その中身は3−2節ですると推定された。クリティカルロードの詳しい推定
方法は、佐藤・高橋27）を参照されたい。

述べた土壌の酸中和能と同じである。ヨーロッパの研

現在、わが国を含むアジア全域のクリティカルロー

究者は、H＋の負荷による交換性塩基の滅少は土壌の酸ドの地図化が試みられている28）。プロジェクトのスポ性化を意味し、これは生態系の破壊にほかならないか

ンサーは世界銀行とアジア開発銀行、実務者はヨーロら認めない立場をとっている。簡単にいえば、鉱物のッパの研究者達である。プロジェクトの狙いは、アジ
ア諸国に環境対策設備の融資を行う際の、最も効果的な地域を

eq

■■■

ha−1

yr−1

科学的に解明することにある。

0−200

すでに1993年11月に地図の第二200−500
囮
■■■500−1，000．墨翻1，000−2，000□＞2，000

次案が作成された。クリティカ

馬

ルロードの値を決定づける鉱物，㌔軸の風化によるH＋消費量は、一般●に入手可能な土壌図や地質図か．

@1、，、∫

らの推定に頼っている。推定値
は実際をかなり過小評価してい

灘・尋・、ぞ・・・LI婿るケースが少なくない。

・

ll茎蟻；轟

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旺

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。

を行っているが、可能な限り実8．
実

測データに基づいた評価を行う

望

幅．

♂

図1ヨーロッパにおける酸（H＋）のクリティカルロード

66

当研究所は独自にわが国のク
リティカルロードについて研究．・・，きため、試験流域を設け、大気、

土壌、河川、植生に関する基礎データの収集に着手した。

3−3の影響を受けた酸性湖沼も含まれており、また全国規模

3−3−1はじめにのデータではない。

そこで当研究所では、人為排水や火山・温泉などの影
日本の流域について、信頼性の高い土壌・陸水の酸性

響がないような全国の約200ヶ所の山地河川を選び、1991

化予測を行うために、次の3つの検討を行った。第1に、年にpH、アルカリ度、各種イオン組成を測定した23）。図

日本国内の河川水質の実態を調査した。第2に、人為汚染源のない山地流域に試験流域を設定し、降水が河川へ流出する過程で酸性物質が中和される機構を調査した。

第3に、過去に開発された酸性化予測モデルを比較・検討した。これらの結果より、日本国内の陸水の酸性化予測モデルを構築する際に考慮すべき点を明らかにした。

3−3−2

わか国の河川・湖沼の水質の実態

10G
認□1971年（154地点）＋1981年（254地点）

頻ll◇1990年（240地点）

度ll

グ礁

鞠
｝1
〇〜4．5

・ゴρノ5

，

5−5．5

〜4．5蹴5

6−6．5

5，5−6

6．5−7

全国の河川・湖沼の最近20年間のpHの変化を水質年鑑で調べてみると、図3−3−1に示すように、pH河

数の割合は1〜3％で増加の傾向はなく、pHでみるかぎ

影響は、pHよりもまずアルカリ度の方に先に現れる。
一般に、アルカリ度が低い水ほどその流域の酸中和能は小さく、アルカリ度が0またはマイナスの水はすでに酸性化している。したがって、アルカリ度の低い河川・湖沼ほど、酸性雨の影響を受けやすいかあるいはすでに

8−8．5

7．5−8

川

一

9−9．5

8．5−9

9．5〜

pH

（a）河川pHの頻度分：布

6以下の地点り酸性の河川・湖沼は増えていない。しかし、酸性雨の

、、

・象・一

7−7璽5

100

90
80
頻70
60
度50

（

□1976年（89地点）＋1981年（112地点）◇1990年（123地点）

40

％30．

潮・｛こ穐，

）20

，／
ンツ

10

亀き
、

，す

00〜4．5 』
5−5．5〜4，5−5

影響を受けつつあるとみることができる。

6−6．5

5．5−6

湖

欧米では、酸性化の恐れのある湖沼のアルカリ度は

7−7。5

8−8．5

6．5−7

7．5−8

沼

pH

9−9．5

8．5−9

9．5〜

（b）湖沼pHの頻度分布

0．05〜0．2meq／尼以下とされている。わが国では、環境庁

が1983〜85年に中部〜北部地域の97湖沼で水質調査を行い、このうち34湖沼（35％）でアルカリ度が0．2meq々以下だったと報告している22）。しかしこの中には火山活動

図3−3−1

わが国の河川・湖沼pHの頻度分布と経年変化

河川は建設省「日本河川水質年鑑」、湖沼は環境庁「全国公共用水域水質年鑑」のデータより作図。

電中研レビューNo．31●67

3−3−2にpH、アルカリ度の頻度分布を示す。平均値はpHが7．72（算術平均）、アルカリ度が0．64meq／￡であった。

アルカリ度（meq／のpHについては7を下回った地点は全体の8％であり、最100

低でも6．31であった。またアルカリ度についても0．280meq／￡を下回るのは全体の4％に過ぎなかった。これらの地点の多くは、東北地方や中部地方の標高1，000m前後の山地を集水域としている。また流域内に分布している

0〜0．2

0，2〜0．4

0．4〜0．60．6〜0．8

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土壌はポドゾルなどの、未発達なものが多い。これより、

8．0〜＄．5

8．5〜9サ09．0〜pH

気温が低く、土壌が充分に発達していない流域では、河川水のアルカリ度も小さいと考えられる。
また図3−3−3は、欧米における酸性雨域にある河川・湖

図3−3−2

河川水pH・アルカリ度の頻度分布（全試料数206）

沼32地点のデータを文献より抽出し、わが国の河川と比較したものである。日本国内の値は、上記のアルカリ度の実測値を気候区分ごとに平均し、各気候区の観測地点

1．0での湿i生沈着量との関係で示したものである。欧米の各

む

書。．6

地点のアルカリ度は一〇．06〜0．23meq／￡の範囲にあり、毒。．4

陸水の酸緩衝能は小さい。一方、日本国内の河川では、欧米の流域に近いレベルの湿1生瀬畑打を受けているが、アルカリ度は0．4meq／￡以上である。これより、日本国内の大部分の流域・土壌は酸性雨に対する緩衝能が大きいと考えられる。

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H＋湿性沈着量（keq／km2／y）

3−3−3流域における酸性物質の挙動
図3−3−3河川・湖沼のアルカリ度とH＋湿性沈着量の関係（1）調査地域

調査対象とした山地流域は石川県吉野谷村の中宮流域、

表層土壌は残積性未熟土であり、地質は深成岩の一種でおよび長野県浪合村の陣が畑流域の2地点である24）。こある花闇閃緑岩よりなり、その表層部10〜20mは風化がれらの流域内には人為排水源がなく、流域内で酸性物質

進んだ、通称マサ土よりなっている。植生はヒノキ、マが中和される機構の調査が可能である。両流域の位置・ツなどの針葉樹が40％、ブナなどの広葉樹が60％である。

地形・観測地点の配置を図3−3−4に示す。

中宮流域面積は約0．6km2、標高は470〜1，010m、斜面（2）調査の方法

は南を向きその平均勾配は20〜30．である。平年の年降水

酸i生雨は地表より浸透して、土壌水、地下水となり、量は約3，200mmである。表層の土壌は褐色森林土、地質

河川へ流出する。当研究所では上記の2つの流域を対象

は砂岩と頁岩である。植生はスギなどの針葉樹が50％、として、地質、水文、水質について調査を行った。調査

コナラなどの広葉樹が30％、草地が20％である。

期間は中宮流域が1987年12月から88年11月、陣が畑流域

陣が畑流域面積は約3．6km2、標高は940〜1，660m、斜が1989年10月から90年9月までである。

面は東北東に向きその平均勾配は10〜20．である。平年の地質調査は、流域の地質構造を調べるために、ボーリ

年降水量は2，200mm程度であり、全国平均よりやや多い。

ングによるコアサンプルの採取、柱状図の作成、簡易弾

68

95・しへ！，。6タ501・…
01＝気象、陸水水質

観測地点

137

S1 ：河川流量観測地点
S3 ：河川水質観測地点
W1 ＝土壌水質、地下水質

日本海
366

。金沢市

数値：標高（m）

手取川

観測地点

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65・一心

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小松市

〆試験流域

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図3−3−4（a）中宮流域（石川県吉野谷村）の位置、地形、観測地点

W2

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；気象、陸水水質観測地点：河川流量、河川水質

W2

1土壌水質、地下水質

観測地点
観測地点
数値＝標高（m）

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天竜川
佐久間ダム

図3＿3−4（b）陣が畑流域（長野県浪合村）の位置・地形・観測地点

性波探査、透水係数の計測により行った。透水係数は深いた。陣が畑流域の降水は、バルクサンプラーを用いて部の岩盤についてはボーリング孔内の水位変動より計測

1〜2日単位で連続して採水した。土壌水の採水は、図し、表層の土壌については試料を乱さない状態で採取し3−3−5に示すように、あらかじめ採水する深度の土壌中にて室内試験で計測した。

埋設した孔隙径2μmの採水チップに、減圧した採水容

水文調査は、1年間の降水量、不飽和層の水分量、地下水位、河川流量を計測し、流域内の水収支を求めた。

器を接続して行った。また、地下水の採水はボーリング孔を利用して行い、河川水は河川流心の水面で採水した。

不飽和層の水分量はボーリング孔に中性子を利用した水分センサーを挿入して計測した。地下水位はボーリング（3）陸水の水質孔にフロート式の水位計を設置して計測した。また河川

降水が土壌・地下水層を経て河川へ流出するまでのpH

流量は、堰に水位計を設置して水位より流量を求めた。

アルカリ度の変化を図3−3−6に示す。このように両流域で水質調査は1年間にわたり、流域内で降水については差はあるものの、いずれもpHが低い降水が土壌中を浸透

連続して、土壌水、地下水、河川水については月1回のし地下水層を経て河川に流出する間に、pHが上昇して中頻度で採取を行い、pH、アルカリ度、イオン組成を計測性となることが分かる。

した。

中宮流域の降水は、近傍にある鹿島地点のデータを用同様にアルカリ度も上昇し、酸1生物質を中和する能力

も大きくなっていることが分かる。これらの変化は地表

電中研レビューNo．31●69

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図3−3−6（a）流域内でのpHの変化

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図3−3−5土壌水の採水方法

河川水面から地下水層までの全層で生じていることから、流域

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ム陣が畑

地下水
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図3−3−6（b）流域内でのアルカリ度の変化の酸中和作用は表層土壌のみで生じるものではなく、深部土壌や母岩中を浸透する際にも生じていると考えられる。両流域のアルカリ度を比較すると、陣が畑流域が小の主要な成分であるHCO3濃度が上昇している。河川水

さい。陣が畑流域の土壌は風化が進み通気性の高いマサに含まれる主要なイオンはCa2＋と、重炭酸イオン土である。そのため、土壌中のCO2分圧が低く、土壌水へ（HCO3『）であるため、河川水は中性もしくは弱アルカ

CO2の溶解が少ないため、アルカリ度の大部分を占める

リ性に保たれている。

HCO3一濃度が低いと考えられ，る。

次に、イオン組成の変化とその量をヘキサダイヤグラ（4）流域内での中和作用

ムとして図3−3−7に示す。降水が流域内を移行し、土壌流域内でどのような作用により酸性物質が中和され、水、地下水、河川水となるにつれ、アルカリ性のイオン

先に述べた水質の変化が生じているか、まず以下の式にであるCa2＋や、より、流域に落下する湿性沈着量および河川水に含まれ70

pHが中性である試料水ではアルカリ度

オン交換反応により消費されるため図3−3−8に示すよう
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W・1＞，、が畑に河川へ流出しないと考えられる。

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水

土壌空気中のCO2の溶解（1）

CO2＋H20→H＋＋HCO3一

一次鉱物の化学的風化（斜長石がカオリナイトに風化す
土壌水

る例）

2NaCaA13Si5016十6H＋十11H20→
2Na＋十2Ca2＋十4H4SiO4十3A12Si205（OH）4（2）

交換性塩基との反応（交換性Ca2＋の例）
地下水

（3）

土壌一Ca2＋＋2r→土壌一2H＋＋Ca2＋

河川水

一次鉱物とは岩石を構成する鉱物（造岩鉱物）である。

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1．0（r臓eq．／2＞（2）式で示した斜長石は、日本国内に広く分布している花Cヒ

商岩に多く含まれる代表的な鉱物である。このほか、両曜〈＝＝〉・C財卿…

流域の土壌・母岩に含まれる風化されやすい鉱物として

M、・＋SQ、レSO42一十NO3一はカリ長石、黒雲母などがある。
以上の反応式を用いて、H＋、

図3−3−7流域内でのイオン組成の変化
中宮流域の降水中濃度は鹿島地点（2−2−5図参照）のデータを用いた。土壌水の数字は採水深度を示す。地下水と河川水の記号は
採水位置を示す。

HCO3一の起源、H＋の消費について考察する。河川へ流出するHCO3一は（1）式の解離により、等量のH＋とともに生成したものと推定される。
解離したH＋、および湿性沈着に含まれるH＋は主に（2）、（3）式の反応により、消費される。このH＋の供給源と消費機て流域から流出する物質の量を求める。

構の内訳を図3−3−9に示す。これよりCO2の溶解により供（湿性沈着量）＝降水中の化学種濃度×降水量

給されるH＋の量は湿性沈着中のH＋より大きく、流域内（流で天然に生成する酸の量に比べて湿1生沈着による酸の量

出量）＝河川水中の化学種濃度×河川流量

試験流域全体の物質収支を図3−3−8に示す。これより総は少ない。また、H＋の大部分は一次鉱物の化学的風化に量に差はあるが、両流域とも湿1生沈着中のH＋は流域内でより消費されていると推定される。一次鉱物は母岩全体

消費（中和）され河川から流出していないことが分かる。

に含まれるため、その長期的な中和能は土壌のイオン交

反対に湿1生沈着量より流出量が多く、流域内で供給され換に比べてはるかに大きいと予想される。また図3−3−ていると考えられる化学種としてはHco3一、H4SiO4、6〜7に示したように、酸性物質の中和やアルカリ土類イ

Na＋などがある。この水質変化の機構iとしオンの供給が、交換性塩基の少ない深部で生じているこては以下の反応が挙げられる。今回調査対象とした流域とからも、この一次鉱物の化学的風化による中和作用がでは、土壌水・地下水・河川水は中性である。土壌空気

現時点では大きいと推定される。

Ca2＋、

Mg2＋、

に多量に含まれ、土壌水に溶解したCO2の大部分は、中性以上より流域の酸中和作用と河川水質の長期的な変化条件では（1）式により解離し、H603一とH＋が生成する。（1）予測のためには、3−2節で述べた表層土壌だけでなく、深式により生成したH＋および湿性沈着中のH＋は、おもに部土壌まで含めた化学的風化による中和能と地下水の流（2）式に示す一次鉱物の化学的風化および（3）式に示す陽イ

出経路の関係、特性を正確に評価する必要がある。

電中研レビューNo．31●71

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図3−3−8各化学種の流域への湿性沈着量（緑色）と流域からの流出量（黒色）
ガス状・粒子状の乾性降下物が降水に溶解し土壌水に浸透する効果は考慮していない。

陽イオン交換

湿性沈着量

（1％）

（10％）

MAGIC、Birkenes、

ILWAS）は、種々の流域に適用された実績を持ち、信頼性が高いといわれており、わが国の長期予測にも利用可能なモデルである。これらのモデ
ルは、土壌における陽イオン交換・陰イオン吸着、鉱物
CO2の溶解・解離（90％）

H＋の供給量の内訳の化学的風化、CO2の溶解によるアルカリ度の生成、

A13＋

一次鉱物の風化（99％）の溶出などの主要なメカニズムを考慮している。解析のH＋の消費量の内訳

時間単位は、MAGICモデルのみが1年で、他は1日である。MAGICモデルは融雪時の変化や季節変化等の解析

図3−3−9

陣が畑流域におけるH＋の供給と消費

供給と消費の割合は、河川へ流出するイオン、H4SiO4の量及び流域の水影響の土壌の化学組成より求めたものである。

には適用できないが、数百年といった長期予測には適する。図3＋10は、EPRIが開発したILWASモデルによる、米国北東部のアディロンダック公園にあるパンサー

湖のpHとアルカリ度の3年間の数値シミュレーション

3−3−4

陸水の酸性化予測結果である25）。パンサー湖の流域は比較的土壌層が厚く、その中和作用によって湖水のpHは通常6〜7．5程度に保現在の日本では酸性雨の陸水への影響は表れていない。

たれているが、春の融雪水は土壌層を通らずに直接湖内

しかし、東アジア地域の酸性物質の発生量は今後も増大に流入するため、雪に蓄積されていた酸i生物質の影響で、を続けると予想される。したがって、将来、日本の陸水3〜5月のpHとアルカリ度が著しい低下を示す。数値モ

が酸性化するかどうかを予測し、有効な対策を検討してデルによる計算結果は、このような実測値の変化を的確おく必要がある。そのために、数値モデルを用いた陸水に再現している。

影響予測は非常に有効な手段となる。

これらのモデルを日本に適用する場合、地質・気象・

数値モデルによる方法は、欧米では土壌・陸水影響の植生などの条件が異なっている点を考慮して、モデルを長期予測や排出規制の効果の検討などに盛んに使われて検証する必要がある。特に各モデルに共通な傾向として、いる。その中でも表3−3−1に挙げた四つのモデル（ETD、土壌との陽イオン交換反応による中和作用を詳細に表現

72

欧米の主な土壌・陸水影響予測モデルの比較

表3−3−1○印は、モデルで考慮されていることを示す。
予測モデル
開発機関
流域の土壌層の分割
解析の時間単位モデルで考慮する主な過程
酸性沈着
湿性／乾性の区別
樹冠との相互作用
水文過程
積雪・融雪
地下水
蒸発散
河川水理
湖沼水理
土壌化学
陽イオン交換
鉱物の風化
陰イオン吸着CO2の溶解アルミニウム溶出
植生・微生物の作用
樹冠との相互作用
根からの硝酸塩の吸収
硝化
根の呼吸
湖沼での硝酸塩の消費
湖沼での硝酸還元

E：TDa

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米国アイオワ大学

米国バージニア大学

ノルウェー工業研究センター

米国電力研究所

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c：ノルウェーの試験流域の地名

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デルの適用例

米国パンサー湖のpHとアルカリ度の3年間の変化が数値シミュレーションで良好に再現されている。この湖では3〜5月に酸性の融雪水が土壌層を経由せずに流入するため、湖水のpHが著しい低下を示している。

し、鉱物の風化による中和作用を簡略に扱っている。こって、わが国の流域に適用し得る予測モデルを構築する

れは、欧米で酸1生化が生じている湖沼は土壌が未発達で、ためには、この降水の滞留時間および鉱物の風化を詳細

降水の滞留時間が短いため、反応速度の小さい風化より、にモデル化する必要があると考えられる。

反応速度の大きいイオン交換が卓越するためと考えられ

今後は、既往のモデルを参考にした上で、より信頼性る。一方、わが国の流域では、酸i生物質を中和する主要の高いモデルを構築し、わが国における酸性雨陸水影響

な反応は一次鉱物の化学的風化であると考えられる。よの長期予測を行う予定である。

電中研レビューNo．31●73

コラム7同位体地球化学
同位体とは原子番号が同じで質：量が異なる元素のこ響が明確に現れている。図1は中井が明らかにしたとで、英語でisotopeと呼ぶ。 F．Soddyという学者が1913年にこの元素が周期表の同じ場所（ギリシャ語でisotopos）にあることから命名した。これらの元素の間
では化学的な性質に差が無いことから医学、工学、農学などの分野において元素の動きを調査する目印として盛んに用いられている。

1960年代以降の雨水中の硫黄の同位体の指標値の移り変わりを示している。点が左になるほど汚染物質の割合が多く、東京・名古屋などの都市では、1960年に比べて1971〜75年の値は明らかに多くなっている。これは1970年代の前半に汚染物質が大気中に多量に排出されていたことを示している。一方地方にも大気汚染の影響がやや遅れて現れており、二三の1960年代には＋
10〜＋15％o程度であった指標値が、1975〜76年には都同位体を用いた研究の中で、酸性雨に関連したもの
は名古屋大学の中井が中心となって行った硫黄化合物の循環に関するものが有名である29）。この研究では硫黄の安定同位体で質量がやや重い元素（・・S）が利用されている。通常自然界における硫黄は質量数32が大部分で、その中にやや重い質量数34の同位体元素がわず
かに混入している。その混入の割合を示す指標（δ34Sとよぶ）の値は、硫黄の起源により大きく異なる。わが国の例では、硫黄の起源によって以下のように指標値は異なる。

①海の塩（硫黄塩）の値＋20．3％o②海岸・陸地の生物活動により生産される物質（H2S）の値

十3．4％o③人工的な汚染物質（SO2）の値

一4．0％。

例えば、日本では1970年の前半に大気汚染が大きな問題となったが、硫黄の同位体の測定結果にもその影δ34S（o／oo）
一5

地方都市

1攣神戸

1960

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1971〜72播古塵

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降水のSO、2一むしている。

同様に硫黄の同位体を用いた最近の研究を紹介する30）。近年、石川県では冬に酸1生の強い降水が降っており、硫酸塩の起源を明らかにするため、硫黄の同位体組成が利用されている。
まず雨の中の降水の同位体の割合を5年間にわたり調査した結果、同位体の割合は冬に高く、夏に低いという季節的な変化があることが判明した。この測定によって金沢の冬の硫黄の同位体の指標値は平均で＋2．7％o程度であることが明らかになった。

北村ら30）によれば現在のわが国の石油燃焼による汚染物質の同位体の指標値は一4．5％。程度で、冬の値は日本国内で生成された汚染物質が原因とは考えにくい。
一方大陸における石炭の硫黄同位体の指標値は図2に示してあるが、中国北部に産出する石炭に関してはおおむね同位体の指標値が高く、中には＋20％oを越える値もある。この結果から北西方向からの季節風の多い
冬に同位体の指標値が高くなる現象は、中国などの石炭を主要な燃料としている国々によってもたらされるとすれば、説明できるとしている。

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市部と同じ程度まで低下している。中井の計算によれば人工汚染による硫黄の割合は大気汚染が進行するにつれて大きくなり、1971〜73年には70％程度にまで達

目

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δ34S（o／OP）

日本各地の降水（1960〜1979）の中の硫酸イオン
および大気中の硫黄化合物の同位体比（中井、1984
より引用）

74

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図2

中国の石炭の硫黄同位体比の分布（北村ほか、1993を一部加筆）

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第4章

我孫子研究所 生物部
我孫子研究所 生物部
我孫子研究所 生物部
狛江研究所 大気物理部

森林衰退の実態とその原因●目

我孫子研究所 生物部 次長
陸生生物グループ 主任研究員
陸生生物グループ 担当研究員
陸生生物グループ 担当研究員
環境化学グループ 担当研究員

河野
梨本

次
吉久
真

松村秀幸
小林

卓也

高橋

章

4−1

スギ衰退の実態とその原因・……………・…・……………・…・・……・…………・・…・……………・・……………・…・・…77

4−2

酸性雨とオゾンの樹木への影響……………一・……………・・…・………・・…………………………・・………………83

4−3

酸性雨の農作物への影響………・………・・………・………・…・…………・……………………．＿．＿＿．＿＿＿．＿．＿g2

コラム8酸性霧………・………・…・……・………・……・……・……・…・…………・…・…………・…・…・…………・g1

梨本
真 U981年入所）
大気汚染物質の植生影響評価や発電所緑化の調査研究、スギ衰退現象の解明研究などに従事し、おもに森林生態学の立場から樹木と環境要因との関連性について研究。現在は森林生態系の群落動態機構の解明に取り組んで小林卓也（1992年入所）

酸性雨が植物におよぼす影響に関する研究を行ってきた。現在、森林における物質循環に関する研究に取り組んでいる。

いる。

松村

秀幸

（1990年入所）

地球環境問題にかかわる植物への影響に関する研究に従事。現在、オキシダントや酸性降下物の樹木への影響評価に関する研究に取り組んでいる。

76

河野

吉久

10ページに記載

高橋章36ページに記載

4−1

このような衰退木の特徴は、今までに報告されている

4−1−1はじめに気象被害や生物被害とは異なる形態である。また、葉の黄化現象や枝の枯死・減少過程などから、スギ衰退は慢

関東地方におけるスギ衰退現象は1960年代から認めら性的な現象と考えられた。

れているが、その原因については不明のままであった。

しかし1980年代半ばになると、ヨーロッパや北米におけ（2）衰退林分の地理的・地形的分布

る森林衰退現象と同様に酸性降下物の影響が指摘さ衰退の特徴を明らかにするため、既知の原因による衰れ1・2）、大きな社会的関心を集めた。そこで、スギ衰退現

退木を除いた胸高直径30cm以上の成木が10本以上生育象の実態と原因を明らかにするため研究を進めてきた。

する社寺林を選定し、地形、植生、樹木分布位置、対象
木の胸高直径、樹高、被害度階級などを調査した。被害

4−1−2

スギ衰退の特徴

度階級は、1：健：全な樹冠、2：梢の着葉量が70％以下に減少、3：梢の枝枯れが顕著、4：梢の枯死、の4階（1）衰退木の形態的特徴

級に分け、1本ごとに判定した。また、各林分の衰退程

スギ衰退木の中には既知の原因による衰退木が多く混度は対象木の被害度を平均した被害指数（DI）によっ在していた。例えば気象被害（台風害、塩風害、冬季乾て、健全地（DI〈1。5）、軽：害地（1．5≦DI〈2．0）、中害地

燥害、落雷害など）、生物被害（スギカミキリ、辺材腐朽（2．0≦DI＜3．0）、激害地（3．0≦DI）として解析した。

菌、コブ病などによる被害）、土木工事に伴う地下水位の調査は関東甲信地方、関西瀬戸内地方、仙台平野、越後

上昇停滞による被害などである。これらの衰退木は、そ平野、中京地方、山陰地方、大分平野、宮崎平野などでの被害形態や発生状況などから判別することができるが、・実施したが、ここではおもに関東甲信地方における調査

それらを除いてもなお未知の原因による衰退木が存在す

結果を中心に述べる。

ることが分かった2β）。

未知の原因による衰退木の形態的特徴は、葉の黄化現
象と枝葉量の減少および梢の枯死である3調。すなわち、

関東甲信地方におけるスギ林の被害指数の分布と衰退の地区区分を図4−1−1に示した。本地方におけるスギ林の衰退分布の特徴は次のとおりである2・5・6・7）。

健全木と比較して1年生葉は健全であるが、2年生葉の①衰退分布は広域分布型の特徴を示す。すなわち、一部に黄色葉や針葉先端のみ黄化した葉がみられ、3

激害地区は東京都武蔵野市付近から群馬県太田市付〜4年生葉では全体が黄褐〜褐変し、5年生葉はほとん

近までは北北西方向に、それより先は西に方向を変どが脱落している。そして、これらの異常が樹冠内部のえて藤岡市まで帯状に分布する。また、中害地区は枝葉量の減少をもたらし、梢の枯死、幹下方への枯れ下

激害地区の周囲と小田原市付近や千曲川沿いに分布がりという衰退過程をたどるとみられる。

し、さらにその外側へは軽害地区、健全地区へと推

電中研レビューNo．31●77

林冠の揃った林では衰退木は少ない。

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②健全地帯では胸高直径の大きさに関わらず健全木

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上である。しかし、衰退地帯では胸高直径が大きくなるほど被害度1、2が減少して被害度3、4が増加し、胸高直径の大きい木ほど衰退が著しい。

③大二三（胸高直径90cm以上）の生育状況と分布をみると、健全地帯には大山木が多く分布し、また衰退の進行した大径木は分布しない。しかし、衰退地
帯には大径木の分布が少なく、特に淫心地区にはほとんど分布していない。

このように、スギ衰退地帯では胸高直径の大きい突出
スギ林の被害指数（D1）■3．0≦Dl

衰退の地区区分l激害●2．0≦Dk3。Ol中害▲T．5≦Dl＜2。0＝軽害
Dlく1．51微唇〜健全■■1

木や孤立高木で衰退が著しく、大山木の分布の少ないこ激嘗地区■■■ 中害地区
圃 軽害地区△とが特徴である。なお、同様の特徴は関西瀬戸内地方などでも認められた7）。

ノ
図4−1−1関東甲信地方におけるスギ林の被害指数の分布

4−1−3
移する。

スギ衰退の要因（1）衰退地帯の環境要因②関東地方の衰退分布は、海抜高約200m以下の地域

スギ衰退を引き起こす要因は、前述した衰退木の形態に限られる。甲信地方では海抜高は高くなるが、そや発生状況、衰退林分の地理的・地形的分布などの特徴の中でも川沿いの低地に衰退が分布する。

をもたらし得るものと考えられる。また、衰退の広域分③関東平野では、激害・中害地区を合わせた衰退地
区の東西方向の幅はおよそ50kmである。

④激害・中潮地区の衰退した社寺林の中には、大都布型の特徴などから、衰退に関与する要因は、広域的かつ各地域で相対的に低海抜地に影響を及ぼす要因と推測される。

市の中の林もあれば田園地帯の林もある。立地の環

このような観点から関東甲信地方について種々検討し境は多様であるにも関わらず、衰退程度の分布はまたが、気象、地形、土壌などの自然環境要因が直接スギとまりをもって一様に分布する。

の衰退に関与しているとは考えられなかった。一方、大なお、スギ衰退現象がみられた関西瀬戸内地方でも、ほぼ同様な衰退分布の特徴が認められている8）。

気汚染物質についてみると、スギ衰退分布は高濃度の大気二次汚染物質の分布域にほぼ一致することが分かった5・6・7・10）。詳細にみると、東京都以北の激害・中害地区は（3）林分構造と衰退木の発生状況

林分構造と衰退木の発生状況には次のような特徴が認められた7・9）。

78

暖二期における内陸型の二次汚染気塊の長距離輸送経路にほぼ一致し、高濃度汚染気塊（オキシダント濃度≧100ppb）の大きさも50km四方で激害・中害地区の東西方向①衰退地帯では、孤立高木や突出木（周囲の林冠木の幅とほぼ一致した。この経路の汚染気塊の輸送は、高より突出した木）に衰退木が多いのに対し、林冠木

気圧に覆われた傾度風の弱い晴天日に発生し、統計的にでは健全な木が大半を占める。すなわち、林冠の不は暖候季にもっとも発生頻度が高い。また、神奈川県内揃いな林で突出木や孤立高木に衰退が起こりやすく、の衰退分布は、海陸風が閉鎖型の循環を形成して二次汚染物質が増加する沿岸型の広域二次汚染物質の分布域に多いことが分かった。そこで、ATPの分布（図4−1−2）もほぼ一致した。

含めて検討した結果、スギ林の激害・中害地はOxIが高くかつATPが少ない地域に分布し、ここで重要なことは、晴天時に光化学反応により生成

ATPが多くなると衰退程度が軽減されることが明らかとなった5・6・7・10）。

された二次汚染物質の輸送経路は地形的にほぼ固定化さ次に、関東甲信地方で認められたスギ衰退とOxI、れているため、その輸送経路にあたる地域は恒常的に二次汚染物質の高い負荷を受けていることである11）。そこ

ATPとの関係を全国レベルで検証するため、

OxlとATP

で暖候期における二次汚染物質の分布を知るため、オキの全国分布6）から選定したOxIの高低とATPの多少の組

シダント指数（OxI：5〜9月におけるオキシダントのみ合せが典型的な関西・瀬戸内地方、仙台平野、宮崎平

昼間の1時間値が0．06ppmを超えた時間数の合計）の分

野などで検討した。その結果、関西・瀬戸内地方でも同布を求め、衰退分布との関係について検討した。

様な衰退現象が認められ、①OxIが低い地域（関東甲信・OxIの分布（図4−1−2）をみると、高指数の分布域は激関西瀬戸内地方の健全地、仙台平野、宮崎平野など）で害・中害地区とよく重なり、平野部の東西幅も50kmで一はATPの多少に関わらずスギは健：全に生育しているこ

致することが分かる。しかし、細部をみると一致しないと、②Oxlの高い地域では、部分もある。例えば群馬県松井田から長野県小諸に至る

く（関東甲信・関西瀬戸内地方の激害地や中害地）、ATP

間や山梨県大月市は、OxIが高いにも関わらず衰退がみが多いと衰退程度が軽減されていること（神奈川県沿海

られず、また神奈川県下でも高いOxlを示す個所がある部、近江盆地、京都盆地など）が明らかとなり、スギ衰にも関わらず衰退程度が軽い個所がある。このため、こ退分布とOxI、れら3地域に共通する立地条件を検討したところ、暖候が確認された5・8）。

ATPが少ないと衰退が著しATPの分布の関係には一般性のあること

期の降雨量（ATP：5〜9月における降雨量の合計）が

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（太線内はATP＜800mmの地域を示す）

関東甲信地方におけるオキシダント指数（Oxl）と暖候期の降雨量（ATP）の分布

電中研レビューNo．31●79

（2）スギの樹幹流、樹冠雨の化学性③同じ衰退地のサワラ、アカマツと比較すると、ス

衰退木の発生状況から、突出木や孤立高木などの大面

ギの樹幹流pHは低く、ECは高い傾向にある。このよ

木には、汚染物質が多量に乾性沈着している可能性が推うな傾向は林分レベルでの調査でも認められており、測されたので、衰退地帯に生育する孤立木などの樹幹流NO3一とSO42一の乾1生沈着量はクヌギ・コナラ林、シ（幹を伝わって流下する雨水）、樹冠雨（樹冠の枝葉からラカシ林よりスギ林で多いことが報告されてい摘下する雨水）の化学性について検討した。その結果、

る14・18）。

スギの樹幹流、樹冠雨の化学性については次のような特以上の特徴を総合すると、スギの樹幹流、樹冠雨の化徴が認められた5・12・13）。

学性はその地域の大気汚染物質の影響を強く受けており、①衰退地帯の孤立木の樹幹流は、樹冠雨や林外雨に衰退地帯のスギの樹冠部にはガス状・粒子状物質が多量比べ酸性度（pH）が低く、電気伝導度（EC）が高に沈着した結果、pHは低下しECや溶存物質濃度も高くい。また樹幹流や樹冠雨中の溶存物質は林外雨に比なったと考えられる。特に林冠からの突出木や孤立高木

べ非常に高濃度で、特に樹幹流には高濃度の硫酸イなどの大径木は、・汚染物質に長時間かつ多量に暴露されオン（SO42一）や硝酸イオン（NO3一）など14・15）が高濃るため、沈着量も多くなるとみられる。また、スギの樹度に含まれていた（図4−1−3）。このような特徴は、形や着葉形態、林分内での立木形態が大気汚染物質を捕林冠からの突出木でも同様に認められている16）。

集しゃすい可能性も推測された。

②樹幹流と樹冠雨のECは健全地よりも衰退地で高い。また樹幹流と樹冠雨中のSO42一、

NO3一濃度は、清浄地よりも汚染地で高い17）。

（3）スギ根元土壌の化学性

スギの樹冠部に乾性沈着した汚染物質は樹幹流や樹冠

初

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樹幹流■NH、・□C・・＋

図4−1−3

80（SF）（TF−2）

樹冠雨

スギの樹幹流、樹冠雨のイオン組成〔1989．6．28調査木No．2〕

雨の形で土壌へ流入し、樹幹周辺の土壌を酸性化し、細壌要因のレベルが衰退程度とはパラレルでないこと

根の生育に悪影響を及ぼす可能性がある。特に樹幹流はを示している。

幹周囲の狭い範囲に集中的に流下するため、土壌に与え④衰退した一回分内では、根元土壌のpHの分布に位る影響は大きいと推測される。狭義の酸性雨が土壌に及置的な偏りがみられ、汚染気塊の影響を受けやすい

ぼす長期・慢性的な影響も懸念される。そこで、根元土とみられる位置や林冠からの突出木の根元ほどpH

壌の化学性を単木・林分・地域レベルで調査するとともが低い傾向にある。これは、pHの分布に一様性をもに、スギ衰退との関連性について検討した5・7・19）。

たらす狭義の酸i生雨やスギの樹種特性ではなく、汚染物質の偏った沈着が基因と考えられる。

①一般にスギの樹幹周囲の土壌pHは、幹から離れた

このように衰退地や突出木の根元での土壌化学性の特ところのそれよりも低い16・20）。また、土壌水の溶二物

質のうちアニオンの大部分を占めるNO3一とSO42

徴（酸1生化）をもたらす原因として、土壌自体の性質やは、樹幹周囲の表層ほど高濃度である16）。これらの傾

有機物の分解、菌根、硝酸化成などの影響は考えにくく、

向は健：全州よりも衰退地でより顕著に認められ、樹樹幹流によってもたらされた酸性降下物の影響である可幹流の影響が考えられる。

能1生が高いと考えられる。しかし、それら化学性のレベ②スギ衰退程度と根元土壌の化学1生との対応関係は

ルは土壌タイプによって異なり、また直接スギの異常を土壌タイプ（黒色土、褐色森林土など）に関わらずもたらすほどのレベルにはない。現状レベルの土壌化学同じである。すなわち、衰退の進行した激害・中害

性は、スギ衰退の直接的な原因ではないと考えられる。

地は健全地に比べ有意にpH（H20）、pH（KCI）が低く、交換酸度と交換性A1濃度が高く、塩基飽和度

4−1−4

スギ衰退と大気二次汚染物質の関係と交換性Ca濃度が低い（表4−1−1）。したがって、ス

ギ衰退地では土壌pHが低く、それに伴う交換性Al

全国レベルで衰退の特徴とそれに対応する環境要因にの溶出および交換性塩基の平野、すなわち土壌の酸ついて総合的に検討し、スギ衰退原因について次のよう性化が進んでいると考えられる。

に考察した（図4−1−4参照）5・7）。

③スギ衰退程度と土壌化学性との対応関係は土壌タ

スギ衰退分布は、大気二次汚染物質の長距離輸送に伴イプに関わらず同じであるが、同じ衰退程度でも、う内陸型汚染地域や海陸風の循環に伴う沿岸型汚染地域

交換性Al濃度や塩基飽和度、交換性Ca濃度などのレの分布とほぼ一致することを認めた。そしてOxlが高くベルは異なる。これは、その土壌が本来もっているATPが少ない地域では衰退が著しく、降雨量が多くなる

性質や緩衝能の違いなどを反映した結果であり、土と衰退程度は軽減し、Oxlが低ければATPの多少に関わ

表4−1−1関東甲信地方におけるスギ社寺林の土壌タイプ、衰退区分と土壌化学性＊1）
星「二

土壌タイプ
i写

黒

色

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褐色森林土

衰退

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4．3b

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3．8ab
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（11）

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（41）

激害

（19）

健全
軽害

（17）

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（9）

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（8）

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16．4a＊

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12．5ab＊

7．2a＊

8．4b＊

＊1）深さ5〜10cmの土壌で、各衰退区分の平均値で示した。異なるアルファベットは衰退区分間に有意差（5％レベル）のあること、アルファベットの後の＊は同じ衰退区分ごとに土壌タイプを比較したとき両土壌問に有意差（同）のあることを示す。2）電気伝導率。3）陽イオン交換容量。4）塩基飽和度。

電中研レビューNo．31●81

姫戸

梢の枯死

十
枝葉量の減少@十酸化性．酸性の1適＼とΨﾌ

3〜4年生枝葉の・ζ、、鰯

一次汚染物質

生成・輸送

硫酸塩・硝酸塩エアロゾル
硫酸ミスト，硝酸ガス

@

異常・枯死

二次汚染物質

ガス状・浮遊粒子状物質@@

オゾン，PAN
過酸化水素@

ヒドロペロキシド

ﾔ［孤立木］?ｉｉｉｉ：：i：：：6

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Mg2

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承輪緬［欄木

SO42−
NO3一

pH低下
↓

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A13＋の溶出など

3

予
養分溶剤一…一一…一一ヴ将来（土壌酸性化の進行）一一峠（細根の枯死）

図4−1−4

スギの衰退発現と大気二次汚染物質の関係

らずスギは健全に生育する。したがって、スギ衰退には学性を変化（酸性化）させている可能性が高い。しかし、

大気二次汚染物質が関与しており、その影響の発現には現状レベルの土壌化学性が直接スギの衰退原因にはなっ降雨条件が間接的に作用している可能性が高い。

ていないと考えられる。

衰退地帯では胸高直径が大きい木ほど衰退が進行し、なお、狭義の酸性雨の影響については、降水pHの分布

突出木や孤立高木に衰退が著しく、大霜木の分布が少な

が衰退分布と一致しないこと、人工酸性雨の暴露試験にい。また衰退地帯のスギの樹幹流は林外雨に比べてECや

よると現状レベルの降水pHでは影響が認められないこ

溶存物質濃度が高く、大気汚染由来のSO42一、となどから、スギの衰退原因ではないと判断される5）。

NO3一も高濃度に含まれ、汚染物質が乾性沈着している可能性が高以上のように、大気二次汚染物質がスギ衰退の主因でい。したがって、汚染気塊中のガス状・粒子状物質が大ある可能性が高いが、二次汚染物質のうち何が衰退をも径木と頻度高く接触し、かつそれらの樹冠部に付着し、たらしているか、原因物質の特定には至っていない。因スギの枝葉や梢の枯死を直接引き起こしている可能性が果関係の解明には暴露試験などによる生理的な解明が必高い。特に突出木や孤立高木などの大径木は、汚染物質

要であり、ある物質の単独影響なのか他の物質との複合に曝されている期間が長く沈着量も多いため、もっとも影響なのか、さらに汚染物質の影響に対する環境条件（温汚染物質の影響を受けやすく、かなり以前から衰退して湿度条件など）の寄与などについても今後明らかにしていると考えられる。また、樹冠部に沈着した汚染物質はいく必要がある。その際、実際の壮齢木を対象とした野降雨時に樹幹流や樹冠雨によって流下し、根元土壌の化外試験法などの開発も重要となろう。

82

4−2

にみていくと、針葉樹では落葉性のカラマツがpH2．5以

4−E−1はじめに下の人工酸性雨によって落葉が観察されたがpH3．0以
上ではいずれの針葉樹も可視障害は現れなかった。これ

関東・甲信地方や関西・瀬戸内地方のスギ、神奈川県

に対して広葉樹では、pH3．0の酸性雨によって、常緑性の丹沢山系や福岡県宝満山のモミ、群馬県赤城山のシラカもので14種のうち7種、落葉性では21種のうち14種に可ンバなどの衰退は酸i生雨などの酸1生降下物やオキシダン

視障害が現れた。また、落葉広葉樹は、pH2．0の酸性雨にトなどの大気二次汚染物質が原因ではないかと指摘されよって枯死あるいは葉がすべて落葉した樹種が10種認めている1，2・5・21・22）。

られた。これらのことから、可視障害を指標とした場合

そこで当研究所では、大気汚染物質として酸性雨とオには、落葉広葉樹、常緑広葉樹、針葉樹の順に酸性雨にキシダントの主成分であるオゾンに注目して、数段階の対して強く、葉に可視障害が現れる閾値pHは広葉樹ではレベル（濃度）の酸性雨とオゾンをスギなどを対象に暴pH4．0〜3．0、針葉樹ではpH3．0〜2．0であると考えられ

露実験を実施し、それらの樹木にどのような影響を及ぼる。

すのかを検討した。
（2）成

4−2−2

酸性雨の影響長

針葉樹のスギ、ウラジロモミと落葉広葉樹のシラカン

バの各苗木を、黒ボク土を詰めたポットに植え、4月26（1）可視障害発現日から20週間にわたって、pH4．0、3．0、2．0の人工酸性雨

46樹種（針葉樹11、常緑広葉樹14、落葉広葉樹21種）

および純水を1週間に3回の割合で、各苗木の上部からの苗木に、pH2．0、2．5、3．0、4．0の人工酸性雨と純水暴露した。なお、各苗木には暴露開始前に化成肥料を与（pH5．6）を当研究所が考案・開発した人工降雨装置を使えてある。

って、夕方から夜間にかけて20mm／日（2．0〜2．5mm／

図4−2−1に、20週間の暴露終了時におけるスギ、ウラジ

時×8〜9時間／日）、3日／週の割合で3〜4ヶ月闇暴露：

ロモミ、シラカンバの乾物重量の測定結果を示した。3し、葉の可視障害発現の有無を調べた。なお、当研究所

樹種いずれにおいても、可視障害の現れたp並｛2．0区の個で実施した暴露実験用の人工酸性雨は、水道水から精製

体乾重量はpH5．6区に比べて著しく低下した。さらに、した純水に硫酸、硝酸、塩酸を当量比でSO42一：NO3一：

pH3．0の人工酸性雨暴露によって、可視障害が現れずに

Cr＝5：2：3となるように添加・調整したものを用い

ウラジロモミ苗の乾物成長が低下した。このような比較た。

的高いpHの人工酸性雨暴露による樹木の成長低下が認pH2．5以下の人工酸i生雨によって46樹種すべての葉にめられた例は、ウラジロモミと同属の樹種であるモミで斑点などの可視障害が現れた（表4−2−1）。樹種タイプ別も報告され23）、モミ属はスギやシラカンバに比べて酸性

電中研レビューNo．31●83表4−2司人工酸性雨暴露による樹木の可視障害発現状況
pH

樹

5．6

種

針葉樹
アカマツ
ウラジロモミカイヅカイブキ

2．5

3．0

（2）＊

（1）
（3）

スギ．

（3）

ストロークマツ
ドイツトウヒ
ヒノキ

（3）

モミ

2．o

葉の可視症状

十

葉先の壊死
壊死、落葉
鱗片葉の褐変壊死

十
十

（3）

カラマツ
クロマツ
サワラ

常緑広葉樹
ウバメガシ
主思ムラサキツツジ
カナメモチ
サツキ
シャリンバイ
スダジイ
タブノキ
ツバキ
トキワサンザシ
トベラ

4．o

十

全落葉

葉先の壊死
鱗片葉の哲理壊死
葉先の壊死

（2）

十

（1）

十

（2）

十

壊死、落葉
鱗片葉の焼干壊死
壊死、落葉

（1）

十

（1）

十

（1）

（1）

短葉化（pH

十

十

十

（1＞
（1）

十

十

十

（1）

十

（1）
（1）

十

十

（1）

十

十

（2）

十

十

ネズミモチ

（1＞

十

十

マサキ．

（1）

十

十

マテバシイ
ヤマモモ

（1＞

十

（1）

十

落葉広葉樹
アジサイ

十

アンズ
ウメ
エニシダ
ケヤキ
コデマリ
コナラ
シラカンバ
ソメイヨシノ
トウカエデ
ドウダンツツジ
トネリコ
ドロヤナギ
ハナミズキ

（1）

十

（4）

十

（2）

十

ブナ

（3）

十

十

ミズナラ
ミヤギノハギ

（3）

十

十

（1）

十

（1）

十

ヤシャブシ
ヤマザクラ
ユリノキ

十

柏死

（1）

十

（3）

（1）
（3）

十

十

十

（3）
（1）

十
十

（3）
（2）

十

（3）

十

十
十
全落葉
全落葉

全落葉
枯死

十
十

（3）

全落葉
十

枯死
全落葉
十

（1）
（4）

十

十

（3）

十

十

2．5）

葉縁の壊死
葉先の壊死
壊死斑
葉先の壊死
壊死斑、小葉化
壊死斑
壊死斑
葉縁の壊死
葉全体の壊死
二幅の壊死
壊死斑
壊死斑
葉縁の壊死
葉縁の壊死

全落葉
全落葉

（1）

ムラサキハシドイ

白化

十
十
十

（1）

壊死斑
壊死斑、穿孔壊死斑、落葉壊死斑
壊死斑、小葉化
壊死斑
葉縁の壊死、壊死斑
葉縁の壊死、落葉
壊死斑、穿孔・葉縁の壊死、壊死斑
褐色壊死斑
壊死斑
葉縁・葉脈の壊死
壊死斑、葉縁の壊死
葉縁の壊死、壊死斑
葉縁の壊死、壊死斑
壊死斑
壊死斑
壊死斑点、小葉化
壊死斑、落葉壊死二

一：可視障害なし、＋：可視障害あり。
降雨量＝20mm（2．5mm／hr×8hr）／回×3回／週＊（1）1991年7月から10月に暴露、（2）1992年4月から6月に暴露、（3）1993年4月から6月に暴露、（4）1993年7月から9月に暴露。

雨に対して弱いことが示唆される。
一方、pH3。0の人工酸性雨暴露によって、最終サンプリ

pH3．0の人工酸1生雨暴露による成長促進も人工酸性雨中のNO3一が肥料効果を発揮したためと考えられる。

ング時におけるスギの葉やシラカンバの幹枝・個体の乾以上に示した人工酸性雨の暴露実験は、数ヶ月の期間

重量が逆に増加した（図4十1）。pH2．5〜4．0程度の人工で実施したものであるが、人工酸性雨の暴露期間を1年

酸性雨や酸性ミスト暴露による乾物成長の促進はスギ24）、以上にすると、本来多年間生育する樹木への影響がよりストローブマツ25・26）、カバノキの一種27）などで報告され顕著に現れると考えられる。また、土壌養分の状態や降ている。それらの報告では、成長促進の原因として、人雨量が異なる場合には、人工酸性雨の影響はどのように

工酸性雨（ミスト）中に含まれる窒素による土壌を介し変化するのであろうか。

た肥料効果が指摘されていることから、本実験における84

そこで、わが国の代表的な特産樹種であるスギ、ヒノ口pH56ワラの個体乾重量の相対値を示した。スギ、ヒノキ、サ

圏pH4．0

7
6

ワラいずれの樹種においても、可視障害の現れたpH2．0

ギ
b

■pH20

95

b

区では施肥を行った場合はpH5．6区に比べて個体乾重量b
ギジが著しく低下したのに対して．無施肥ではスギのように

C

囲酬4

田3
岬2
1

ス

■pH3．0

b

a

b

鶉｝

aabb

a

る人工酸性雨に対する成長反応の逆転は、ヨーロッパア

a

セ馳

0

響は施肥の有無によって異なった。肥料条件の違いによ姦・・a

逆に促進される場合がみられるなど、人工酸性雨pHの影

糞費

カマツ林で行われた人工酸性雨と肥料条件を組み合わせ

個体

根

主軸

葉

た14年問の大規模な暴露実験でも報告されている28）。一
20

團pH56
薗pH40
■pH30
■pH20

秘15
剛酬

倒 10

轟b・ba

辮

ウラジロモミ
bC

ab

野

bab

5

方、pH3．0の人工酸【生雨はスギ、ヒノキ、サワラいずれのC

樹種の個体乾重量に対しても成長の促進効果を及ぼした。
a

スギの個体成長は4〜9月の降雨量が少ないほど低下し
a

尋・a・

a

たのに対して、ヒノキとサワラの施肥区では降雨量が少11・覧

ないほど成長が増加する傾向であった。

0

枝＋幹

葉

120

圏pH56
麗pH40
■pH30
■pH20

100

翁

）80
田圖

60

0

懸

シラカンバ

（3）土壌理化学性Cb

酸性雨が樹木に及ぼす影響としては、酸性雨の直接影b

響と、酸性雨などの酸性降下物が土壌に沈着して酸性化bbCし、それに伴なって溶出する有害なアルミニウム（Al）
a

・
枝＋幹

葉

個体

根

40

20

また、降雨量の多少による影響をみると（図4−2−3）、

農bb
講 ・

a

ど塩基の土壌からの溶脱による養分欠乏などの間接影響
個体

根などの金属やカルシウム（Ca）、マグネシウム（Mg）なが考えられる。

上記（2）の実験でスギ、ヒノキ、サワラに人工酸性雨を
図4−2−1

スギ、ウラジロモミ、シラカンバ苗の乾物
成長に及ぼす人工酸性雨の影響

23ヶ月間暴露した場合、いずれの樹種の植栽土壌においても、人工酸性雨pHの低下に伴なって土壌pH（H20）は1993年4月26日から20週間にわたって、pH4．0、3．0、2，0の人工
酸性雨および純水（pH5．6）を暴露した。図中の各樹種の植物器官低下した（図4−2−4）。また、無施肥の場合よりも施肥しあるいは個体内で異なるアルファベットのついた乾重量（10個体た土壌の方がpHは低い傾向にあったが、人工酸性雨のの平均値）はTukeys

HSD

multiple

range

testによって統計学的にpHが2．0の場合には施肥の有無に関わらず土壌pHは約差があることを示している。

4．0となっていた。

キ、サワラの苗木を、黒ボク土を詰めた1／2，000アールの次に、植栽土壌の水溶性元素濃度は入工酸性雨によっ

ワグネルポットに植えて、各樹種の半数のポットに化成てどのように変化したのかを、無施肥のスギでみてみる

肥料を与えて、無施肥と施肥の二つの異なる肥料区を設（図4−2−5）。人工酸性雨のpHが2．0に低下すると、雨中のけた。各樹種の両肥料区とも、1990年10月から23ヶ月間

陰イオンの主成分であるSO42一の負荷によって、土壌中にわたって、4〜9月の降雨量を3段階（少雨、中雨、の水溶性硫黄（S）濃度は急激に高まり、それとともに土

多雨：720、1，440、2，160mm）に設定し、壌中のAl濃度が増加した。しかし、

pH4．0、3．0、2。0の人工酸性雨と純水（pH5．6）を暴露した。
図4−2−2に、23ヶ月間の暴露終了時のスギ、ヒノキ、サpH3．0の場合には暴露試験の終了時点でもA1の溶出濃度は低かった。一方、
酸性雨のpHの低下に伴ってカリウム（K）、

Ca、

Mg、リ

電中研レビューNo．31●85

ギ

ス

150

150（

違

ま
）

圏pH4．0

埋100

100夜■pH3．0e■pH2．0

e
瑚50

皿圃

翠

軍

50細
桿

0

駆

0

720mm

1，440mm2，160mm

720mm

4〜9月の降雨量

1，440mm2，160mm

4〜9月の降雨量
ヒノキ

（200

200（

婁

埋150

ざ

團pH4．0150埋■pH3．0野■pH2．0

駆

e100

100e

田圃

田囲

輔

癬50

50栂

畢

0

0

720mm

1，440mm2，160mm

720mm

4〜9月の降雨量

1，440mm

4〜9月の降雨量
サ

（200

馨

箪

2，160mm

200

ま
）
150摯

無施肥

鯉150

圖pH4．0■pH3．0■pH2．0

駆

馨、：1

e100

5ご1詫

押
鯛

一一一一

一

一

一

脚

一

一

100e

一

剛酬
鐘

癬50

、て三

50癬

濯1三i

臓華

軍

0

0

ギ・．乱

72σmm

1，440mm2，160mm

720mm

4〜9月の降雨量

1，440mm

駆2，160mm

4〜9月の降雨量

図4−2−2暴露終了時におけるスギ、ヒノキ、サワラ苗の個体乾重量の相対値
1990年10月から23カ月間にわたって、無施肥あるいは施肥を行ったスギ、ヒノ
キ、サワラ苗に、pH4．0、3．0、2．0の人工酸性雨および純水（pH5．6）を4〜9
月の降雨量が720、1440、2160mmとなるように暴露した。
相対値（％）＝（人工酸性雨暴露区／pH5。6区）×100

400

ス

ギ

400

9300

ヒノキ

9300

酬

籔

闘200

羅200

欝

軍100

董1・・

葦1・・

襲

難

懸
0

0

無施肥

施

肥

図4−2−3

圏760mm■1，440mm■2，160mm

酬

閣・・G

まミ

4〜9月の降雨量

9300

蓬

癬

サワラ

400

脳

0

無施肥

施

肥

無施肥

施

肥

スギ、ヒノキ、サワラの個体乾重量に及ぼす降雨量の影響

図中の縦棒および棒上の縦線は1990年10月から23カ月間にわたって純水（pH5．6）を暴露した12個体の平均値と標準偏差を表す。

86

pH

P86．0

6．0

pH

6・0

ヨコー施

サワラ
5．5

5．5

5．5

鱒5・0

5．0

5，0

封4．5

一日4．5

4．◎

4．G

剣4．5

4．0

3。5

3．5

5．6

4、0

3．0

降雨

pH

図4−2−4

肥

HD一無施肥

3．5

5．6

2．｛｝

4．0

3．0

2．0

降雨

pH

5．6

4、0

3．0

降雨

2．0

pH

スギ、ヒノキ、サワラ植栽土壌のpH（H20）に及ぼす人工酸性雨の影響図にはpH4．0、3．0、2．0の人工酸性雨および純水（pH5．6）を4〜9月目降雨量が2160mmとなるように暴露した上層土壌についての結果を示した。各シンボルは12個体の平均値と標準偏差を表す。

4

12

当年葉

攣10

3

・喉

留8
面

檸6
佃

2
0

■pH4．0颪■pH3．0

1

兇，

葺

｝ll

＝，

0

P

Mg

Ca

K

Al

S

4

根
3

ぎ

繭4
2

塩・
塁・

も・

A

㎎

、

再

F

色

蹴

潅

■pH4．0理■pH3．0讐■pH2・0

1

望

こ園

薯，

卑

し

P㌃

雰

O

圃pH5．6

辱
圏

蓬

割トr旨

i…

K

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腱

署

ゴ

D

Mg

Ca

P

占死

ひ1

S

0
A1

180

3〔｝

土

局

壌

160

25
㍉25

5 20

遡20
警15

15

垂
10

團pH5．6

140翁
㍉
120ε

■pH4．0100団剛■pH2．0

80裡
60＠

牙：

爵；霧

図

咲
鍔

，

§5

a

■pH2・0璽
蛇1

6

1

圏pH5．6

ぎ

2迦
級

結量・眞

84
2

辱

■pH3．0

4。藷
難

5

20

義

1

ｺ

0

K

図4−2−5

Ca

0

Mg

P

S

A1

スギ苗の当年葉と根の元素含有量および植栽土壌（上層）の水溶性元
素濃度に及ぼす人工酸性雨の影響

図には、pH4．0、3．0、2，0の人工酸性雨および純水（pH5．6）を4〜9月の降雨量が2160mmとなるように暴露した無施肥のスギ苗についての結果を示した。
各縦棒は12個体の平均値。

電中研レビューNo．31●87

ン（P）の溶出濃度が高くなる傾向がみられた。また、人雨のpHの低下とともに減少した。

工酸性雨のpHが3．0以下になると、マンガン（Mn）、鉄有量がpH2．0で減少する傾向がみられたが、葉では逆に（Fe）、亜鉛（Zn）、銅（Cu）などの金属の溶出濃度が高増加しており、CaとMg含有量が低下した分をKが補償くなる傾向にあった。

する傾向がみられた。しかし、K、

スヴェルドゥロップ（H．Sverdrup）ら29）は、土壌溶液

Kの場合には、根の含Ca、Mgの当量濃度を求めると、pH2．0区ではCaおよびMgの滅少量が多いた

O以下、すなわちA1が多め、K含有量だけではそれら2つの元素の減少分を補償量に溶出するような状態にまで土壌が酸性化するとドイ

しきれてはいない。なお、施肥した場合と無施肥の場合

ツトウヒ、ヨーロッパアカマツ、ヨーロッパブナの根のの元素含有量の大きな相違は、無施肥の場合には葉のK生長が抑制されることから、このモル比を指標にして北の含有量が少ない代わりにCaとMgの含有量が施肥した欧の森林土壌に対する酸の臨界負荷量（Critical

場合よりも多くなり、これらの3元素は相互に密接に関中の（Ca＋Mg）／AIのモル比がL

Load）

を求めている。本実験においてpH2．0の人工酸性雨を暴連していることが示唆された。

露したいずれの樹種においても、このモル比は1．0以下と前述したように土壌中の水溶性A1濃度が高くなるとなり、ヨーロッパで議論されている限界レベルを越え、根のAl含有量も増加したことから、植物体に吸収されたAlの影響が作用していることが考えられる状態となっ

PはAI一一P化合物として根に固定されるため、地上部のPていた。

含有量が減少することが予想された。しかし、葉（あるこのような人工酸性雨によるスギ植栽土壌中の各元素

いは幹）のP含有量はpH2．0で高くなり、の変化は、施肥の有無や降雨量の多少、あるいは樹種に定化現象は起こっていないと考えられた。

AlによるPの固以上のように、人工酸性雨による植物体元素含有量の関係なくほぼ同様の傾向であった。

以上のように、人工酸性雨のpHの低下に伴って土壌変化についても、土壌中の水溶性元素濃度の場合と同様、pH：が低下し、主要塩基が溶出するとともにA1も溶出しpH：が3．0から2．0に低下した場合のみ顕著になることがた。さらに、土壌pHの低下や元素の溶出は、人工酸性雨

わかった。

pHが3．0から2．0に低下した場合に顕著になることが明（5）酸性雨と森林衰退の関連性

らかとなった。

当研究所で実施した人工酸性雨の暴露実験結果から、①樹木の葉の可視障害を指標とした酸性雨に対する（4）植物体内元素含有量

一般に、多くの植物ではA1処理によって植物体内への
K、Ca、

Mg、

Pなどの塩基の吸収が阻害される30・31）。人工酸性雨の暴露により土壌が酸性化した場合は、植物体
内の元素含有量はどのように変化するであろうか、前記

図4−2−5には、スギ植栽土壌の元素濃度とともに、当年

葉と根の元素含有量を示してある。当年葉、根ともにSとA1含有量は土壌中の水溶性元素の動態に対応して、
pH2．0の人工酸性雨によって著しく増加した。

pH3．0〜2，0であった。

②スギ、ヒノキ、サワラ、シラカンバ苗ではpH2．0のMg、下で成長の低下が認められたが、pH4．0以上の酸性雨では悪影響はなんら認められなかった。
スギやモミを供試した伊豆田ら23・32）の人工酸性雨暴露実験でも本研究と同様の結果が認められ、欧米の樹種にP含有量をみると、土壌

おいても、葉の可視障害はpH3．0以下でのみ発現し、成長中では人工酸性雨pHの低下に伴っていずれの塩基も増低下はpH3，0以上では生じないことが報告されてい加したが、体内への吸収や体内での動態は元素によってる33・3〃）。一方、わが国で現在観測される降雨のpHは年平異なっていた。当年葉と根のCaおよびMg含有量は酸性

均で4．5〜5．2で、pH4，0以下の降雨の頻度は非常に稀で

88

Ca、

その閾値は広葉樹ではpH4。0〜3．0、針葉樹では

人工酸性雨によって、ウラジロモミ苗ではpH3．0以（3）のスギでみていこう。

これに対して、K、感受性の順位は落葉広葉樹〉常緑広葉樹〉針葉樹で、ある35）。これらのことから、スギを始めとする森林衰退は

量は10〜3月の間は10mm／日×2日／週、4〜9月の間

酸性雨が単独で直接的に影響したために生じたとは考えは20mm／日×3日／週とした。

その結果、23ヶ月間の暴露終了時において、オゾン暴にくい。

露によって、根の成長が低下し、根に対する地上部（葉＋4−2−3枝幹）の比（以下、TR比と略す）が増加した（図4−2−

オゾンと酸性雨の複合影響6）。オゾン暴露による根の成長阻害やTR比の増加は、ス

現在わが国で観察されている森林衰退が酸性雨単独にギ24）、ドイツトウヒ39）、エリオットマツ40）、ジェフリーマ

よるものでないとすれば、いったい何が原因なのであろ

ッとジャイアントセコイア41）、ヨーロッパアカマツ42）なうか。スギ衰退の場合には、前節4−1の実態調査の結果かど数多くの針葉樹、あるいは落葉広葉樹でも報告されてら、スギ衰退にはオキシダントなどの大気二次汚染物質

おり43）、根の成長は葉などの地上部よりオゾン影響が表が関与している可能i生を示唆している。また、欧米の森，れやすいと考えられる。また、このような反応は、オゾ

林衰退の原因としてオキシダントの主成分であるオゾンンが葉で生産された光合成産物の幹や根への分配に影響を主因とする研究者が多い36・37・38）。

していることを表わしており41・44）、樹体内における分配

そこで、当研究所ではオキシダントの主成分であるオの変化は、光合成の低下そのものよりも、多年間生育す

ゾンと酸性雨の複合暴露試験を実施した。スギ、ヒノキ、る樹木にとっては悪影響が大きいと考えられている45）。

サワラの苗木を、温度25／20℃（日中／夜間）、相対湿度75

さらに、本実験では、pH3．0の人工酸性雨は、オゾン暴％の天然光頭環境調節ガラス室4室に配置し、1990年10月

露：によるTR比の増加を助長した（図4−2−6）。これらのこから約2年間にわたって、0．00（対照）、0．06、0．12、0．18とから、オゾンと酸性雨が相乗して、個体レベルにおけ

ppmのオゾンを1日あたり6時間（9：00〜15：00）、毎るバランスの悪化を促進し、悪影響を及ぼす可能性のあ日暴露した。同時に、各ガラス室に、pH3．0の人工酸【急雨ることが示唆される。

と純水（pH5．6）を夕方から夜間にかけて暴露した。降雨

2。4

2．4

2．2

2．2

1．7

一｛：｝一pH56

2、0

一く⊃一pH30

1．6

2．0

エロ

コ
歪1．8

差L6

ト

←1．4

差

1．5

ト1．4

1．6
1。4

L2

1．3

1，2

1．

1．2

1．

0．8
文寸員翼

0．06

オゾン濃度

0．12

0．18

PP閉

文寸貝i誕

O．06

0．12

オゾン濃度

0．18

ppm

文寸月賀

0．06

0．12

オゾン濃度

0．18

ppm

図4−2−6樹木の根に対する地上部の乾燥重量の比（Top／Root、図中ではTR比と略す）に及ぼすオゾンと人工酸性雨の複合影響
1990年10月から23カ月間にわたって、0．06、0．12、0．18ppmのオゾンを毎日、
pH3．0の人工酸性雨と純水（pH5．6）を3回／週の割合で暴露した。

電中研レビューNo．31●89

ダントに代表される多量の乾1生汚染物質（二次汚染物質）

4−2−4まとめを捕集しているため、それがスギの枯れを引き起こしている可能性が高いことは前節4級で述べた。また近年、米当研究所で実施した人工酸性雨とオゾンの暴露実験の結果から以下のことが明らかになった。

国では、マツ類など針葉樹への影響を考える場合、オゾンばかりでなく、オゾンとともに発生する光化学オキシ①スギを始めとする森林衰退は、少なくとも現状のダントなどの大気二次汚染物質との長期的な複合影響を

降雨が単独で直接的に関与したものとは考えにくい。

考慮に入れる必要があると指摘されている47・48・49＞。オゾ②スギの成長は降雨量が少ないほど低下し、降雨量

ン以外の大気二次汚染物質が樹木へどのような影響を及の多少が成長を左右する重要な要因である。

③オキシダントの主成分であるオゾンはスギなどの針葉樹の根と地上部のバランスの悪化を引き起こし、
酸性雨はこのバランス悪化を助長する。

ぼしているかは明らかではないが、オゾンと複合して悪影響を及ぼしていることは十分に考えられる。

以上のことから考えると、関東・甲信、関西・瀬戸内地方で発生しているスギの衰退には、降雨量の減少や大前節4−1で述べたように、スギ衰退状況・衰退分布など

気の乾燥化による水分環境の悪化と、オゾンなどのオキの実態調査結果と気象・大気汚染の資料から、広域的なシダントの影響とが複合的に関与している可能性が高い。

原因不明のスギ衰退分布はスギの成長期のオキシダント

当研究所の暴露実験からは、現状のpH4．6〜5．2程度の濃度が環境基準値0，06ppmを越える時間数の多い地域と降雨がオゾンによる根と地上部とのバランス悪化を助長

一致し、その分布地域において5〜9月の降雨量が800するかどうかは明らかにはできなかったが、酸性雨もスmm以上のところではスギの被害程度は軽くなっている。

ギをはじめとする森林衰退に間接的に関与している可能一方、松本ら㊨は、スギは関東平野に生育する樹種のな性は否定できない。また、最近では降雨よりpHが低い酸

かで最も水ストレスに対して弱いこと、関東平野では大性霧が赤城山や丹沢等で観測され、シラカンバやモミな気の乾燥がスギ衰退の発生時期前の1950年代から進行しどの衰退との関連性が指摘されている21・50）。さらに、わがていることから、スギの衰退はむしろ大気の乾燥化によ

国の二酸化硫黄（SO2）濃度は排煙対策が厳しく取られてる可能性が高いと報告している。これらのスギ衰退に関いるため低減の一途を辿ってきたが、将来、中国や韓国

与する要因を比較すると、降雨量の減少と水ストレスとの工業化の進展に伴って大量に発生する硫黄酸化物がわいうスギを取り巻く水分環境の悪化という点では一致しが国に移流した場合には、森林生態系に対して影響を及ており、降雨量の減少などの水分環境の悪化がスギの成ぼす可能性も懸念される。したがって今後も、当研究所

長低下を引き起こす重要な要因であることが考えられる。

ではオゾンと酸性雨のみならず他の酸性降下物の樹木へ

また、関東平野の衰退地帯に生育するスギは、オキシ

90の影響を継続して研究していく予定である。

コラムB酸性霧
1980年代の初めに、ロサンゼルス近郊で霧の観測で、カルフォルニア工科大学のホフマン（M．R．

Hoffman）

た関東地方の、埼玉県西部の山間部を対象地域に選び、1990〜1992年の夏期を中心にi霧の観測を実施した。

らのグループは、pHが通常の雨水より低く（最低pH1．7）、

この観測で採取した、全部で130個山霧水試料を霧水

溶存成分濃度は雨水より2桁も高いことを報告した。

のpHの範囲は2．7〜5．9であり、採水量で重み付けした

彼らはこの霧を

平均pHは3．9であった。全試料の21％はpH

acid

fog

と呼び、

何らかの環境影響

はpHを及ぼす可能性を指摘した。

わが国でも1990年代に入ってから、多くの機関によ4を、2％3を下回った。pHの範囲と平均値は、これまで関東地方の他の地点での観測結果とほぼ一致した。

り、日本各地の10カ所以上の地点で霧の化学組成に注

一般に雨水や霧水を酸性化させる主要な物質は塩酸

目した観測が行われ始めた。その結果、関東地方の筑（HC1）、硝酸（HNO3）、硫酸（H2SO4）の3つであ

波山、赤城山、丹沢をはじめとして、ロサンゼルスにる。わが国の清浄地域での雨水は、硫酸が主要な酸性匹敵する酸性度の高い霧が、数多く報告され、「酸性霧」

物質であり、全国規模で推計された発生量をみても、という言葉が、硫酸の原因となるSO2の発生量が最も多い。

acid

fog

に対応する訳語として、社

ところが、観測された池水の、平均値でみると、塩会一般にも知られるようになった。

ところで、わが国の霧の観測は意外と古く、第二次化物（CI一）、硝酸（NO3一）、硫酸（SO42一）の各イオン

大戦以前の富士山等での選取分析データも残されていの中で、NO3一の占める割合が最：も高かった。この傾向る。また、1960年代には、乗鞍岳で現在の「酸性i霧」

は、関東地方ではSO2よりもNOxの発生量の方が多に匹敵する酸1生度の高い霧水が観測されている。

い、という状況を反映しているものと推察された。

当研究所では、酸性度の高い霧が多く観測されてき図1に、観測した霧水のpHと酸性物質の割合との関係を示した。霊水のpHが低下するにつれ、全酸性物質

η＝＝

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濃度に占める6042一の割合は低下傾向がみられた。こ，100

れは大気中のHC1やHNO3が水滴のpHによらず容易に溶解するのに対して、SO2は、

ま80
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pHが低下するにつれ、極端に溶解量が低下するためと考えられた。

蘇

pH

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3以下の霧水はC1の濃度がもっと高く、その酸性化には大気中のHCIの取り込みが大きく関係してい趣爽40る。HC1の主要な発生源としては清掃工場が挙げられ別るが、関東全域でのHCIの発生量の推計では、清掃工場

館20の関与だけでは霧水中の全C1一を説明できなかった。

大気中のHC1の起源としては、清掃工場のような一次的な発生源だけでなく、酸性ガスと海塩粒子（NaCl）
＿3．0

−3．5

−4．0

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−5．5

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・との反応による生成も古くから知られている。二水にpH取り込まれた大気中のHC1の一部は、このような反応■nssSα・一■nssC・一囲・・ゴ
図1

nは採取した霧水試料の数を示し、nssSO42一、

SO42

により二次的に生成した可能性もある。

霧水のpHと酸性物質の組成比の関係
、

nssCl

は

Cヒから海塩ρ寄与を除いたものを意味する。

哩

電中研レビューNo．31●914−3

4−3−1はじめに
酸性雨の農作物影響に関する研究は、米国を中心とし

4−3−2

酸性雨の影響（1）可視障害発現て行われてきた。実際に環境中で観測されるレベルの酸

アルファルファ、インゲンマメ、エンドウ、カブ、キ

性雨が、農作物の生育や収量に及ぼす影響を予測・評価

ャベツ、シソ、シロクローバー、ダイズ、ペレニアルラ

するために、人工的に調製した酸性雨を実際の降雨を模イグラスなど、数種の農作物を対象にして、人工酸性雨

擬した形態で農作物に暴露する実験により研究が行われの暴露試験を行った。

ている。

その結果、pH4．0以上では人工酸性雨の暴露に伴う可これまでに行われた実験のほとんどは、ハンドスプレ

視障害発現は、暴露の対象としたいずれの農作物においーや潅水用のノズルを用いて、人工酸1生雨を暴露して、ても認められなかった。pH3．0の人工酸1生雨では、ペレ

可視障害の発現について検討しているに過ぎない。

ニアルライグラスをはじめ一部の農作物では可視障害発

また、欧米における研究結果は、われわれに多くの指現は認められなかったが、その他多くの農作物において針を与えてくれるが、欧米における大気汚染物質濃度が可視障害が現れた。可視障害の現れた部位はおもに人工

わが国よりも高いことなど、背景となる環境条件が異な

酸性雨の暴露後、雨が滞留した箇所であった。その症状るため、その実験結果をわが国に直接当てはめることはは組織の壊死や変色および変形であった。さらに、pH3．0

適当ではないと考えられる。さらに、酸性雨や酸性霧なでは、同じ農作物でも生育環境や暴露環境の違いにより、どの酸性化した降水を湿性降下物というが、両者の間で、可視障害発現の有無が変化することが明らかになった。

植物に対する影響が異なるのではないかとの指摘がある。

人工酸1生雨がpH2．0になると、対象としたほとんどの

その原因の一つは、酸性雨よりも酸性霧の方がそこに含

農作物において壊死斑が認められ、ダイズやカブなどでまれる各種のイオン濃度が高く、pHが低いことである。

は、組織；の壊死に伴う著しい奇形化が認められた。また、また、霧は液滴の粒径が小さく、植物体表面への水滴の葉柄や茎に烈しい壊死が表れた場合には、壊死部から上付着状態が雨とは異なることも、影響が異なる原因の一の部分が枯損する症状も認められた。

つになるのではないかと考えられている。

当研究所では、主要穀物であるダイズをはじめとする（2）生育・収量

数種の農作物に、酸性雨を模擬した人工酸性雨や酸性霧

ダイズを対象として、pH5．6、4，0、3．0、2．0の人工酸を模擬した酸性ミストを暴露して、その影響について総性雨を1時間当たり5mmの強度で、1回当たり1時間、合的に検討してきた。

週2回の割合で暴露した。その結果、pH2．0の人工酸性雨の暴露により、生育に伴う葉面積の生長が阻害されるこ92

とが確かめられた51）。

葉面積の生長阻害に伴い個体乾物重の増大が抑制され、暴露開始後7週目の時点で、pH2．0の個体乾物重がpH5，6よりも20％少なかった。さらに、ダイズの子実乾物

下層（25〜30crn）の3層に分けてpHを測定したところ、いずれの土層においても、人工酸性雨のpHが低いほど暴露終了後の土壌pHは低かった51）。

また、土壌の酸性化に伴い、土壌中の水溶性元素濃度

重は、人工酸性雨の暴露に伴う葉面積の減少傾向を反映が変化した。特にpH2．0では表層土壌のCa、した。子実乾物重の低下は子実数の滅少に起因し、葉面

びMnの濃度が上昇する傾向が認められた。これらの結積の低下に伴う同化産物量の減少によるものと考えられ

果は、土壌pHの低下によりCa、た51）。

したことを示している。一方、pH2．0の人工酸性雨の暴

ただし、ダイズにpH2．0の人工酸性雨を暴露しても、生

K、

K、

Mgおよ

MgおよびMnが溶出

露に伴い、表層土壌の水1割生P濃度が低下した。

育や子実収量の低下が認められないことがあるなど、農同様の結果は、ポット栽培したダイズに対する人工酸

作物の生育条件や暴露条件の違いによって、暴露に対す

性雨の暴露実験でも認められた。しかしながら、いずれ

る生育反応は変化した51）。

も、pH2，0における土壌pHの低下や土壌中水溶性元素濃

また、植物によっても反応は異なった。カブとペレニ
アルライグラスに、pH5．6、4．0，3．0、2．5の人工酸性雨

度の上昇は、ダイズの生育を阻害すると考えられるレベ
ルには至らなかった55＞。

を1時間当たり2．5mmの強度で、1回当たり9時間、週

一方、pH2，0の人工酸i生雨の暴露に伴い、根粒の着生数

3回の割合で暴露した結果、カブの個体乾物重はpH2．5が滅少する傾向が認められた。つまり、ダイズの生育をにおいて減少したが、ペレニアルライグラスの個体乾物阻害しないレベルの土壌性状の変化でも、土壌微生物の重は対照としたpH5．6よりも2．5の方が大きかった。

活性を低下させる可能性があると考えられた。

しかし、カブに、pH5．6、4．0、3．5、3．0の人工酸性雨を1時間当たり5mmの強度で、1回当たり3時間、週3回の割合で暴露した結果、pH3．0では葉面に壊死斑の発（4）植物体内元素含有量

一般的に、土壌が酸性化すると、植物によるCa、

K、

現が認められたが、個体乾丁重には変化はないなど、人Mgなどの塩基の吸収が阻害されることが知られている。

工酸性雨の暴露に伴う可視障害の発現と生育や収量の低

上述のとおり、人工酸性雨の暴露によりpH2．0において下との間には一定の関係は認められないこともある。

土壌が酸性化した。それに伴い、ダイズ体内の元素含有量が変化する傾向が認められた。ダイズの体内元素含有（3）土壌理化学性

酸性雨の植物に対する影響を論ずる場合、地上部への直接影響だけでなく、土壌酸性化などの間接的な影響が問題とされる。すなわち、酸性雨が土壌を酸性化するこ

量は、概ね、土壌学の水溶性元素の動態に対応した。つまり、pH2．0の人工酸1生雨の暴露にともない、

Ca、

K、

Mgの体内含有量が増加した55）。

さらに、Cu、Fe、Mn、Znなどの金属は、土壌酸性化とにより、土壌中の金属が可溶化し植物の生育に害作用にともない溶解度が増し、植物に吸収されやすくなる。

を及ぼしたり、陽イオンが土壌中から溶脱されるため植これらの元素は、植物の必須養分である反面、過剰に吸物生育に必要な養分が欠乏すると言う考え方であ収されると生理障害を引き起こすことが知られている。

る52・53・54）。

いずれの人工酸陸雨暴露実験においても、これら金属の縦80cm、横80Cln、深さ33cmの箱に土壌を詰め、ダイ

過剰吸収による可視障害は認められなかったが、pH2，0

ズを栽培し、1時問当たり5mmの強度で、1回当たり3

では、CuとMnの体内含有量が増加する傾向が認められ

時間、週2回の割合で、合計18回、総量で270mmとなるた。

pH5．6、4．0、3．0、2．0の人工酸性雨を暴露した。そのまた、土壌の酸1生化に伴う植物生育阻害要因として、後、土壌を、表層（表面から5Cm）、中層（15〜20cm）、

土壌中のAIが溶出し、根の細胞の機能を阻害するととも

電中研レビューNo．31●93

に、土壌中のPの吸収を阻害することが知られている30）。

したがって、降水量を同一に設定した場合には、人工

しかしながら、上記の暴露実験では、ダイズ体内のA1含酸性雨よりも酸性ミストの方が、可視障害発現に及ぼす有量に変化は認められなかった。加えて、表層土壌中の影響は大きいと考えられた。

水溶性P濃度が低下したにも関わらず、体内P含有量はむ
しろ増加する傾向が認められた。

（2）生

育

上記の暴露実験において、供試した8種類の農作物の4−3−3酸性ミストの影響

うちカブ以外は、人工酸性雨あるいは酸性ミストのpHの低下に伴う生育の低下は認められなかった。

q）可視障害発現

図4−3一1に、カブとアルファルファの生育に及ぼす人工

人工高這雨と酸性ミストを、エンドウ、シソ、カブ、

酸性雨あるいは酸1生ミストの影響を示した。カブでは、

ダイズ、シロクローバー、アルファルファ、ペレニアル

人工酸性雨の場合には、pH4．0および3．0では暴露の影

ライグラス、ケンタッキーブルーグラスに暴露して、可響は認められなかったが、pH2．5において個体乾物重が視障害の発現および生育に及ぼす影響について調査した。

減少した。一方、酸性ミストの場合にはpH4．0では暴露

人工酸性雨および酸性ミストのpHは5．6、4．0、3．0、2．0の影響は認められなかったが、pH3．0および2．5においてで、1時間当たり2．5mmの強度で、1回当たり9時間（夜個体乾物重が減少した。また、アルファルファでは、pH間）、週3回の割合で暴露した。

の低下にともなって生育が逆に増加した。

以上の実験の結果、いずれの農作物でも、人工酸性雨

このように、生育に及ぼす影響に関しては、人工酸性と酸i生ミストの間で、可視障害が表れるpHに違いは認め

雨と酸性ミストの影響は作物によって異なり、その影響られなかった。しかしながら、可視障害が表れる時期は、の程度に一定の傾向は認められなかった。

人工酸性雨よりも、酸性ミストの方が早くなる傾向が認められた。さらに、人工酸性雨の場合には壊死斑点は葉4−3−4まとめの表側から表れたが、酸性ミストの場合には、葉の裏側にも微小な壊死斑点の発現が認められた。これは、雨のこれまでに農作物を対象に行った実験では、pH4．0の場合には雨滴が葉の裏側にほとんど付着しないのに比べ人工酸性雨あるいは酸性ミストを暴露しても、供試したて、ミストの場合には裏側までミストが付着したためと全ての植物において、可視障害発現ならびに生育に影響考えられた。

はみられなかった。また、常時pH3．0の雨や霧が発生するエンドウでは、巻きひげに特徴的な可視障害の発現がことも考えにくいことから、現状レベルの雨あるいは霧観察された。pH2．5の人工酸性雨を暴露した場合には、巻の酸性度が、農作物の生育や収量に影響を及ぼす可能性

きヒゲ先端部が壊死するだけにとどまったが、酸性ミスは少ないと考えられる。

トの場合には、壊死は巻きヒゲ全体に及んだ。これは、また、人工酸性雨と酸性ミストの影響を、降水量や降人工酸性雨の場合には、巻きひげの先端部に水滴が付着

水強度などの暴露条件を同一にして比較した結果、両者するにとどまったのに比較して、酸性ミストの場合にはの可視障害発現の閾値pHは変わらなかった。しかしなが微小水滴が巻きひげ全体に付着したためであると考えら

ら、可視障害の程度や、暴露開始後の可視障害発現までれた。

に要する日数を指標にした場合には、人工酸性雨よりも雨あるいはミストを暴露した後の葉への水の付着量が、酸性ミストの方が影響が大きく表れることが明らかにな

雨よりもミストの方が多かったことから、水滴の付着量った。一方、生育に及ぼす影響は作物種によって異なっの大小が可視障害発現の大小に関係していると考えられ

た。

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さらに、土壌酸性化に関しても、施肥などの作用と比アルファルファ
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図4−3−1植物体乾物重におよぼす人工酸性雨および酸性ミストの影響
1回当たり9時間で、23mmの人工酸性雨およびミストを週3回の割合で全生
育期間にわたり暴露した後の、乾物重について示した。アルファルファでは縦軸がポット当たりの乾物重を、カブでは1個体当たりの乾物重を示す。
アルファルファでは、人工酸性雨、酸性ミストともに、pH5．6（対照＝純水）
よりも、pH2．5および3．0の乾物重が大きくなる傾向が認められる。一方、カブでは人工酸性雨の場合にはpH2．5で、酸性ミストの場合はpH3．0および2．5において、乾物重が小さくなる傾向が認められる。

較してその影響は小さいと考えられる。仮に、強酸で構る。したがって、pH3．0の雨を中和するのに必要なCaの成されたpH3．0の酸性雨が年間2，000mm降ったと仮定

量は40kgであり、通常の肥培管理の範囲で対応すること

すると、土壌に負荷されるH＋の量は、年間2×103eqであができる。

電中研レビューNo．31●95

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一概

第5章

将来の酸性化を防ぐために●目

研究開発部

環境推進室

田中

隆

（次長）

田中

次
隆

（1969年入所）

排煙脱硫・脱硝技術の開発をはじめ各種環
境対策技術の開発を行ってきた。その後、石炭ガス化クリーンアップ技術や微粉炭燃焼技術の開発に従事し、現在、環境推進室で環境問題全般について取り組んでいる。

98

5−1

当研究所が本格的な酸性雨の研究に着手した1980年代研究の成果を排出量の削減政策に反映させるためには、の中ごろ、わが国では欧米に類をみない環境対策がすで

国際的に共通の土俵に立ったさまざまな基礎データを用に講じられており、二酸化硫黄（SO2）や窒素酸化物

意する必要がある。中距離〜長距離の輸送モデルの高度（NOx）の排出量は著しく低いレベルにあった。例えば化は、将来の酸1生物質の沈着量を予測する上で最も重要

単位発電電力量あたりの前駆物質の発生率を比較すると、な課題の一つである。そして予測される沈着量が、環境

わが国のSO2排出率は欧米の主要国の1／8以下、またが許容する負荷量の限度を越えそうなことがもし分かっNOxの排出率は1／5以下であった。このため降水の酸性たなら、各国の国情に即した環境対策のあり方を提案し、化に及ぼす電気事業の寄与は、小さいことが予想された

また協力していく努力が必要になろう。ただし本論中でものの、環境影響の評価を行うために必要な基礎データも指摘したように、前駆物質の排出量の増加と、環境影は十分にそろってなかった。

響の発現の関係を定量的に議論するために必要な基礎デ

1987年から6年間にわたる調査の結果、現在のところ

ータは、現在のところまだ十分にそろっていない。

わが国では、酸性の「雨」が直接の原因と考えられる環

当研究所の酸性雨研究の第1段階は、わが国の実態把境の被害は、顕在化していないことが明らかになった。

握が中心であった。研究の展開に伴い、その視点をメカ

他方、東アジアにおけるエネルギー生産量の増加は著し

ニズムの解明や現象のモデル化の方に移行し、また問題

く、適切な環境対策を伴わずに最近の伸び率が続くと、の性格上、学際的あるいは国際的な視野に立った総合化

ごく近い将来、ヨーロッパや北米の現況を上回るSO2やに留意してきた。

NOxの排出量が見込まれることも推定された。

実態把握を中心にした酸性雨研究のフェーズ1は、

このように東アジアの生産活動、取り分け中国におけ1992年度をもって終了とし、1993年度からはフェーズII

る今後の動向は看過することができない。何といってもとして、「酸性物質の広域輸送評価」と「酸性雨による環

そのポテンシャルは巨大だし、当局が環境対策を急ぐに

境影響評価」の二つに視点を置いた研究を4力年計画でせよ、豊富な国内炭をフルに使ったエネルギー生産量のスタートした。このフェーズIIでは、21世紀の初頭まで

増加は、生活水準を向上させるための強い要請でもあるに予想される前駆物質の発生量の推移を想定し、将来にからである。

わたる酸性物質の濃度や沈着量を予測するとともに、わ

冒頭でも述べたように、近年大きく変貌した環境問題

が国の土壌・陸水や植物などに及ぼす影響評価を行うこの特徴の一つは、エネルギーと環境とが大きく連関してとを狙いとしている。

議論されるようになってきたことである。こうした状況

酸性物質の広域輸送評価では、酸性雨のモニタリングのもと、東アジアの酸1生雨問題は、今後どのような推移調査を行い、酸性化の状況を把握する一方、当該地域にをたどるのだろうか。

おける最近の原因物質の発生量を推計するとともに、当，

過去のヨーロッパや北米における経緯をみるように、初が開発した長距離輸送モデルを用いて酸性物質の広域

電中研レビューNo．31●99

輸送評価を行う。

国」から、東アジアのように「途上国」が集中する地域

これらのモデルの開発に加えて、降水系を介した有機に移りつつある。

微量物質の輸送、窒素酸化物と炭化水素の光化学反応なこれらの国々では、これから高い経済成長が予想されどの解明も合わせて進め、2000年を目途に環境酸性化のる。その際、環境対策のいかんによっては、日本でも酸総合評価を行う。また、酸性物質による環境影響評価で性雨問題は顕在化してこないという保証はない。少なくは酸性物質による樹木の反応、土壌・陸水系における酸とも、日本だけが環境対策を講じればよい時代ではなくの中和過程の解明と酸性物質に対する許容負荷量の評価

なりつつある。将来の環境影響を含めてこれを検証し、などを行い、2000年を目途に、酸性物質による環境影響

効果的な環境対策に役立てていくためには、総合化と緻を評価する計画になっている（図5−1−1）。

密化の両面から踏まねばならないステップが、沢山残さ

酸性雨は、その中心はヨーロッパや北米などの「先進

フェーズ

II

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図5−1−1100

れているといわねばならない。

「酸性雨」長期研究計画フロー

IV

お

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理事

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来世紀の中頃には、世界の人口は100億人に達するのではないかと予測されています。この増加する人口のもとで、人類が生存していくためには、有限なエネルギー・

資源と、地球環境および経済発展のトリレンマ問題を解決しなくてはなりません。

ここで取り上げた酸性雨問題は、地球環境の保全の上から十分研究しておかなければならない重要な課題の一つであります。

幸い私共の研究所には、大気、土壌、水、動・植物など酸性雨研究に必要な幅広い分野に研究者がおり、ここにご紹介したように、総合的な取り組みをしています。とはいえ、今後、各現象のメカニズム解明→将来予測→対策と研究を発展させ、研究成果を実際の環境保全に役立てるまでには、さらに幅広い分野の方々のご協力が不可欠です。ここに関係各位のご指導とこ鞭健をお願いする次第です。

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Rapid

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二三（投稿中）．

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Air

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●4章

富士山麓におけるブナ林、ヒノキ林の雨水および土壌浸（1）Sekiguchi

K．，

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Japan．

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O甥〉渉。〃z6γ批zメ砂07zガ6ごzandoxidant

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physiology

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（31）

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（30）

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Ambio，18：184−191．
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treeloblolly（32）

28：！85−199．
（22）

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量におよぼす人工酸1生雨の影響．農業気象、47：83−90．
（5勿McFee，㈱

関東平野における近年の気象変動一樹木の衰退現象に

203−210．

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Fenn，

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⑳

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電中研レビュー・・N・．3・◎編集兼発行・財団法人電力中央研究所広報部
東京都千代田区大手町1−6−1［大手町ビル7階］⑤100
容03（3201）6601（代表）◎平成6年11月1日◎印刷・株式会社信心社
本 部／経済社会研究所 東京都千代田区大手町1−6−1貿（03）3201−6601⑰100
我孫子研究所 千葉県我孫子市我孫子1646容（0471）82−1181㊥270−11
狛江研究所／情報研究所
横須賀研究所 神奈川県横須賀市長坂：2−6−1費（0468）56−2121⑰240−01
原子力情報センター／ヒューマンファクター研究センター
赤城拭験センター 群馬県勢多郡宮城村苗ヶ島2567費（0272）83−2721㊦371−02

東京都狛江市岩戸北2−11−1費（03）3480−2111面201

塩原実験場

編集
電三三レビュー第31号「酸性雨の影響評価」をお届けします。

噺

今年の夏：は異常気象とかで、例年とくらべて雨が少な

く日照り続きで水不足が起こり、各地で、日常生活にも不便をきたしたところがありました。

後

栃木県那須郡塩原町関谷1033費（0287）35−2048⑰329−28

記て、それが一挙に広域化の様相を示しました。

これにより、酸性雨についてのモニタリング体制や防止対策も一国だけでは無理で、国境を越えた国際協力が重要となっていました。

当研究所も酸性雨の発生原因から雨の化学成分、土壌

さて、今回、本レビューで取り上げた「酸性雨」です

や樹木などへの影響をはじめ、酸1生雨問題の実態解明にが、本文にもありますようにわが国で注目されだしたの向けての研究や調査を引き続き継続して実施しています。

は、欧米に比べて10年ほど遅れていました。

（1）酸性雨の全国規模での実態調査

外国では、1970年頃から酸性雨による広域的な環境被害が指摘されだしました。

（2）地理的、気象的および地質的条件による酸性雨の生成メカニズムの解明

米国の北東部の五大湖やその周辺のカナダでの湖沼の（3＞河川や湖沼などの水と土壌が酸性物質を中和する能

酸性化、ヨーロッパ北西部での主として森林の立ち枯れ

力、植物の抵抗力などを総合勘案した酸性雨による影などが発生して、生態系の衰退や構造物の浸食などは酸響の有無の検討

性雨に因るものではないのかと、研究者や科学者、公害（4）台湾、韓国および中国の関係研究機関と共同で、東についての有意識者などから報告されるようになりまし

アジア地域の酸性雨の実態調査た。

本レビューにより、世界的規模で被害が拡散している

一方、わが国ではかなり以前から酸性雨を大気汚染の要因の一つとして捉え、環境対策の研究として取り組ん

酸1生雨問題について、いささかなりとも皆様のご理解の一助となればと、念じております。

でいましたが、1985年に関東地方でのスギ衰退がきっか最後になりましたが、本報告には、通商産業省資源エけとなって、国や自治体による酸陸雨のモニタリングがネルギー庁からの受託研究の成果の一部を含んでいるこ

開始され、国民の関心を惹起しました。

とを申し添えます。また、ご多用中にもかかわらず快く

当初、酸性雨問題は先進国だけのものとの認識が一般的でしたが、東アジアの国・地域の急速な工業化に伴っ「かんとうげん」をお引き受け下さった井上頼輝・京都大学工学部教授には、衷心から感謝いたします。

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