【岩田】山梨大学生命環境学部の岩田と申します。加藤先生にもご紹介いただきまし

たけれども、私、河川と湖の物質循環を最近興味を持ってやっております。今、柿田川のほうも少しだけ見学させていただいたんですけれども、水草の世界だなというふうに感じて戻ってきたところなんですけれども、いろいろおもしろい点も見れたかなと思います。
きょうはお時間が限られています……。すみません、私、あした学会がありまして、あしたのほうは欠席させていただきますが、きょうだけということになりますので、簡単に私のやっている研究内容のご紹介をさせていただければと、そのように思います。

物質循環というふうに言いましたけれども、私、学生のときは、実は群集生態学を専門にしておりました。左上のところにありますように、中野先生のところで森と川のリンケージの研究をさせていただいたんですけれども、事故がありまして、その後、京都大学の和田先生にご指導いただきまして、そこで、左下にありますように、少し安定同位体とい-1-うものもやるようになりました。和田先生が地球研に移られまして、その後、見づらいですけど、右のほうの、東北大学の占部先生にドクターの３年間ご指導いただいたということで、栄養塩のストイキオメトリーですとか物質循環というものに興味を持つようになりまして、どれも中途半端なんですけれども、今、そういったところで学んだことを生かしながら、河川と湖の物質循環を研究を進めているという、そういう次第です。
調査はこういったところで、最近は、実は６割ぐらい湖のほうに興味を持ってやっているんですけれども、主に、左側の写真にありますように、富士川水系をインテンシブに調査しています。それから、リバフロさんにもお世話になっているんですけれども、岩木川のほうでも、もう七、八年になるかと思いますけど、十三湖のほうでも調査を続けております。それから、地球研のプロジェクトで、琵琶湖のほうでも今研究をやっていまして、主にその３つの水系で調査をしているというところです。

主な興味なんですけれども、これは富士川水系をグーグルマップで上からのぞいたところですけど、物質循環に興味がありますけれども、特に生元素循環、炭素、窒素、リン、それから、その他の微量元素が、源流域から河川ネットワークを通して沿岸域にまでどういうふうに回転しているのかという、その見えない回転を何とか定量化したいというのと、できれば沿岸域までの波及効果を見たいというふうに思っております。
特に、右下に少し書いています、スパイラル流と書いていますけれども、欧米の研究者は、よく河川でスパイラルレングスとかというような形で、川の中の物質循環を定量化するんですけれども、国内ではほとんど例がありませんので、最近では、そういった研究を-2-中心に一生懸命やっているというところです。
主に川の中の生元素フラックスでも、最初に興味を持ってやりましたのが炭素フラック
スで、そこで三島先生の研究なども参考にさせていただきながら、川の中の炭素循環、特に生産と呼吸を定量化するというものを１０年ぐらい前にインテンシブにやったことがあります。

その研究の背景になるのが、ここに書いている図ですけれども、もともとＩＰＣＣの第４次評価報告書で見ましても、川の中では炭素は代謝されないと、陸域の光合成で固定された純生産のほとんどは、川の中に流出したとしても、そのまま海に運ばれる物質の通過系だというふうな考えが、少なくとも第４次評価報告書までの間には世界的に一般的に考えられていたという経緯があります。
ところが、それが、右の図の上の従来というものの考え方で、年間０.９ギガトンほどのカーボンが陸域から入ってくるんですけど、そのまま海に抜けていくというような、川は通過系だという考えだったんですけれども、近年という流れのほうに変わってきまして、実は、川の中での物質代謝というものがかなりグローバルスケールでも効いているんだと-3-

いう話が、欧米の研究者を中心になされるようになってきました。
実際には、０.９陸から入ってきていたのではなくて、陸からは１.９ギガトンの炭素が入ってきて、水系で０.７５、あるいは、０.２３の堆砂や堆積物への埋没があって、残りが海に流れているんだという実像が出てきたという、そういうパラダイムの変化が川の研究者の中であったということです。それに興味を持ちまして、日本の川ですと、面積が大きくないですから、大した貢献はないのはわかってはいるんですけれども、川の生産、呼吸をはかったという経緯です。

三島先生のご研究でもよくご紹介いただいていますけれども、川の中の生態系の代謝速度を酸素の変化率で見ると。一番厄介なのが、大気とのガス交換の曝気なんですけれども、そこも何とか、いろいろな方法を使って推定すると。一番は、プロパンを注入して、プロパンの曝気速度から酸素の曝気速度も出すというようなこともやったりしていますけれど
も、そういったことで川の生産と呼吸を出すというものをやってみたりしております。

-4-実際に、これはごく一日だけのデータですけど、こういったいろいろな河川で川の溶存酸素の日変化速度、それから、曝気速度の日変化を推定して、純生態系生産を出すというよ
うなことを富士川の４０河川以上でやっておりました。今はやっていないんですが。

そうすると、興味深いことに、陸域の植物が示すような光光合成曲線が、実は川の生態系-5-

スケールでも認められるということがわかったりしています。横軸が光合成有効放射で、縦軸が生産なんですけれども、ある程度まで線形的に光合成速度が上がって、大体５００μmol photon/m2/sぐらいを超えてくると下がってくるというようなパターン。ただ、川ごとに、この傾きとＶｍａｘが違っていて、それが何で決まっているのかというのは非常に興味を持っていまして、おそらく光合成のときの光獲得効率とか、そういったものが関係していたりするんじゃないかということで、またこういった研究を続けていこうと思っていた矢先に、今回呼んでいただいたというようなところです。

それから、酸素の変化だけでなく、安定同位体を使いまして、酸素の変化と同時にＣＯ２が発生してきますが、そのＣＯ２の安定同位体をはかることによって、川の生態系(の生物群集)が何を基質として呼吸をしているかという推定ができます。出てくるＣＯ２の安定同位体が陸上有機物に近ければ、陸起源有機物を誰かが代謝してＣＯ２が発生しています
し、藻体に近ければ、藻類の生産した有機物を誰かが分解してＣＯ２が発生しているんだという、そういう推定ができるわけで、そのミキシングモデルで、その川で発生するＣＯ２の何割が陸由来なのか、何割が川由来なのかというような推定もやりました。これは、おそらく海外でもこういったことをやっている人はいないと思いますけれども。

-6-それで、横軸に川の流量をとりまして、縦軸に陸起源有機物が代謝された割合をとったりしています。そうしますと、左の図に見えますように、小河川では陸起源有機物由来のＣＯ２が多数発生していて、大河川ではその割合が一気に下がっていき、自生性の藻類由来の有機物が呼吸に使われているというような、河川連続体仮説に沿った形のパターンが出てくるというようなことももうわかってきております。

これを流域全体に返すようなことで、大体１次河川、２次河川、３次から６次、富士川の一番末端で６次河川なんですけれども、陸起源有機物がどの川でどれぐらい代謝されているのかという、ざっくりとした見積もりをしておりまして、これも確度は決して高くはないんですけれども、ざっくりとしたこういう推定を出したりというような試みもしています。いずれにしましても、この富士川水系というのは、炭素をただ輸送しているわけではなくて、その中でかなりの割合で陸起源有機物、それから、水の中での自生性有機物を代謝して大気に戻しているという回転の場であるということがわかってきたという、そういう１つの結果がこちらでございます。

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それから、もう一つは、窒素とリンの流れについて興味を持ってやっております。リン
につきましては、下流の湖沼の富栄養化を引き起こす要因でありますし、窒素につきましては、陸域ではさして悪さをしないですけれども、沿岸域、特に閉鎖性の水域では富栄養化の原因となる栄養物質であると。特に、一番右の写真にありますように、海外では、上流域からの硝酸の流入によって塩性湿地が崩壊し始めているというような、そういう例も『Nature』で報告され始めています。これは湿地植物の根圏が窒素が多い関係で短くなることによって、土壌の安定性が失われるとか、そういった仮説が提示されているわけなんですけれども、そういったことで、川の中の窒素やリンの回転を見たいという興味を持って研究をしております。

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ただ、左が窒素、右がリンの循環を模式的に書いたものなんですけれども、実際に複雑で、なかなか川の中での窒素、リンのプロセスを国内で研究した例というのはあまり多くはないという、そういうところで研究を進めているところです。

先ほどのような複雑な川の中の窒素とリンの動きを記述するのは非常に難しいんですけ
れども、海外の人は、ここをざっくりと、スパイラルレングス(物質循環における連鎖の長さ)とか、取り込み速度とかというような非常にあっさりとした指標を導入することによって、ものすごくシンプルに窒素、リンの循環を記述する方法を１９７０年代ごろからやっております。それはスパイラルメトリクスというふうに呼んでおりますけれども、Ｕ、Ｖｆ、Ｓｗと言われる、主に３つの指標から、川の中の窒素とリンの循環を定量化してしまうと。Ｕというのは、川底の生物、あるいは、非生物による栄養塩原子の取り込み速度のことです。Ｖｆというのは、川底の取り込みによって栄養塩原子が川底方向に動いていくんですけれども、その鉛直移動速度、ベクトルになります。その結果、栄養塩元素は川底方向に引っ張られるんですけれども、川は下流に向かって流れていきますので、その過程である程度流下してしまうと。この栄養塩原子が川底に取り込まれるまでの距離を、スパイラルレングスとか、アップテークレングスという形で、Ｓｗというふうに呼んでいるという次第です。これによって川の栄養塩取り込み機能をはかるというようなことは、海外ではもう昔から頻繁に行われているんですけれども、それを国内で試してみようということでやっております。

-9-トレーサー法による推定というので、川の中に栄養塩原子を入れてやって、どれぐらい下流に向かって減衰するかという方法で測定したりする例を試したりしています。ただ、これはなかなか難しいところがありまして、結果はいろいろ出るんですけれども、難しいところはいろいろあります。そもそも、日本の川というのは、窒素、硝酸濃度が非常に高いですので、その河川中の栄養塩濃度をトレーサーで上げてあげようと思うと、相当量の栄養塩を入れないといけないので、それはさすがにできないので、ごく限られた川でしかできないという、そういう問題があります。ただ、いろいろな川でこういったものをはかると、土地利用によって取り込み速度が違ったり、スパイラルレングスが違ったりとか、そういう結果がいろいろ出ております。
最近では、そういうトレーサーによらない方法はないだろうかと思いまして、ドリフト法というのを考えまして、川をボートで下りまして、水の塊を追跡してやろうと。その中で栄養塩をどんどん数分間隔で採っていきまして、もし川の中で生物、あるいは、非生物反応で栄養塩が取り込まれていくならば、その減衰過程を追えるだろうということで、富士川の６次河川でボートを出しまして、ずっと下っていくような調査をやっています。そうしますと、今まで海外でも測ったことがないような、流量毎秒５０トンクラスぐらいの川でもスパイラルレングスがはかれるということがわかってきたりとか、そういう結果を出したりしています。

-10-これはその１つの結果なんですけれども、横軸に下った距離をとりまして、縦軸に栄養塩濃度のダイナミクスを書いているんですけど、わかりやすいのは、右上のアンモニウムイオンですけど、わずか数キロ下るだけでぐんぐん減少して右下がりになっているんですけ
ど、減少していきます。これが何によるかというのは、なかなかまだ難しいんですけれども、おそらく硝化反応によって、このアンモニウムイオンが川の中で取り込まれていっていると。こういったことからも、川の中で物質はただ流れているだけではなくて、非常に代謝系として機能しているということがわかろうかと思います。
同様に、一番右下のリン酸態リンのダイナミクスも、０キロから２０キロ下っていく過程で、どんどんこのリンの濃度が減少していきまして、こちらに関しては、おそらく生・非生物による吸着反応ですとか、あとは生物による光合成による取り込みとか、こういったものによって栄養塩が減衰していくんだろうと。こういったことをもとにして、リン原子、あるいは、窒素原子が取り込まれるのにどれぐらいの距離を要するんだろうかというような推定値を出すことができたりします。

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【加藤】

今の１つ前ので、セグメントごとに初期値が変わっているのは、これは何なんですか。
【岩田】

これは日にちが違っていまして、その間、出水があったりすると、ばーんと跳ね上がったりしていまして３回に分けて測っています。
富士川以外の河川は、今年以降、いろいろ中部地域中心に回ってみようとは思っているところです。
これは海外の河川と比べましても、富士川本流の栄養塩の代謝機能は非常に高いというようなことがわかってきました。ちょっと見づらいんですけど、ここら辺にAreal uptakerate（U）というのがあるんですが、２３.６とか４６という数字なんですが、これはアンモニウムイオンですが、海外と比べると一桁ぐらい高いです。この河川の取り込み機能ということで、日本の川というのは、水質浄化機能が非常に高いということがわかります。
ただ、栄養塩濃度も高いですので、取り込み速度は速いんだけれども、なかなか除去しきれないという現状があります。それから、流速が海外河川と比べてものすごく速いですので、取り込み速度は速いんだけれども、取り込むのに要する距離というのが、この一番-12-右のUptake lengthなんですけど、２３キロとか７キロとか書いていますけど、このスパイラルレングスは海外の河川と同程度か、場合によっては長くなるということで、日本の河川は、生物あるいは非生物による栄養塩除去機能は高くて、三尺流れれば水清しじゃないんですけれども、そういう非常に高い機能を持つのだけれども、流速が速いがゆえに、沿岸域にまで到達してしまう原子の数が多くなっているということがわかってきたということです。
例えば、この下のリン酸態リンで３７キロ、６４キロ、２９キロというスパイラルレングスの距離が出ていますけど、下っている河川の場所から海まで５０キロぐらいしかありませんので、スパイラルレングス６０キロということは、もうその場を流れているリンのほとんどは駿河湾まで行ってしまっているという、そういう推定もできるという、こういったことも河川管理に生かせる１つの数値かなと思って研究を進めているところです。

ちょっと時間がなくなりましたので、この辺は飛ばしますけど、今のは本流だけですけど、モデルを使って富士川全域の水質浄化機能、栄養塩取り込み機能をはかろうといったようなことも取り組んでやっていると。こういうふうに、絵で見せるような取り組みも今やっているところです。

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実際にどれぐらい川の中で取り込まれているかというようなものを推定して、右の中ほどに書いてございますけれども、川から入ってくる窒素の７８％、リンの４４％が川の河床に保持されているというような推定もしているところです。ただ、これは大雨でフラッシュがあれば、また下流に流れていくようなものだと思いますので、除去とまでは言えないんですけれども、少なくとも川の中で保持されて、下流域の水質形成機能に非常に大きな影響を及ぼしているということで、水系ネットワークの栄養塩代謝というのが重要であるというようなことがわかったんじゃないかと、そのように考えております。

今回、柿田川ということで、富士山の涵養している水源なんですけれども、同じ火山と-14-いう意味で、岩木山ですとか十和田の火山群が涵養している十三湖の、最後のスライド１枚だけ持ってきたんですけれども、ここで結構おもしろかった研究は、火山地帯が非常にミネラルの供給源として重要な役割を果たしているということがわかりました。特にシリカの濃度が圧倒的に高い。日本列島全部見回しても、やはり火山地帯から流れてくる川のシリカ濃度というのは極めて高いです。世界でもトップクラスの濃度で、山梨県でも、富士山、あるいは、八ヶ岳方面から流れてくる河川のシリカ濃度というのは極めて高い。
この岩木川は、河口域に汽水湖の十三湖というところがありまして、ヤマトシジミの生産で非常に有名なんですけれども、そこのヤマトシジミは珪藻類を食べています。安定同位体を見ると、珪藻類であろうという推定ができるんですけれども。じゃ、その珪藻類の生長は何で決まっているのかというのを、いろいろ栄養塩添加試験を占部先生とやったりしたんですけど、結構シリカが効いているんですね。シリカ律速の場合がありまして、シリカを添加すると珪藻類のブルーミングが起きるというようなパターンがわかってきましたので、火山、河川、それから、河口域の生物生産というリンクが見えてきたかなという、そういう一例です。
富士山も、富士山から出てくる河川は軒並みリンが高いですとか、そういったことも知られていますし、駿河湾でも、結構黒潮に乗って外洋域の魚が沼津、片浜、三保のあたりには、非常に捕食者がたくさん入ってくる有名な地域ですので、ああいう生物生産を涵養している富士山、あるいは柿田川というのは、個人的には非常に興味を持っているところです。

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以上で、少し長くなりまして申しわけございませんけれども、自己紹介とさせていただ
きます。

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