㹝㹝㹝㹝 研究報告 㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝㹝B

博多湾における栄養塩流入負荷の適正化の検討⎔ቃᇶ‽ࡢ㐩ᡂ࣭ᮍ㐩ᡂࡢ๭ྜ >@（一財）九州環境管理協会

１．はじめに博多湾（福岡市）は、玄界灘に生息する魚の稚仔等、多くの生物が生まれ育つ「ゆりかご」機能を持っており、漁業も盛んである。河口部には干潟が残存し、多くの野鳥が環境部 後藤

祐哉・横山 佳裕

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: : : & & & ( (飛来するなど、多様な生物の生息空間となっている 1, 2)。

&2'⎔ቃᇶ‽ࡢ㐩ᡂ࣭ᮍ㐩ᡂࡢ๭ྜ >@閉鎖度が高いため良港ではあるが、富栄養化や有機汚濁が進行しやすいという一面も有している 1)。
湾流域では、福岡市をはじめとする流域市町の都市化に伴い、人口増加の傾向が著しく、流域人口は約 200 万人に達している 1)。人口の増加に伴う発生負荷量は年々増加しており、湾流入負荷量の削減のために下水道整備が急速にす㒊ᾏᇦ

進められている 3, 4)。

୰㒊ᾏᇦ

図２いる 5, 6)。福岡県では、流域下水処理場（御笠、多々良浄す㒊ᾏᇦ୰㒊ᾏᇦᮾ㒊
ᾏᇦ

7173⎔ቃᇶ‽㐩ᡂ⎔ቃᇶ‽ᮍ㐩ᡂ

福岡市では、1993 年度から 1999 年度にかけて市内 6 か所の下水処理場での高度処理によるリン除去を導入してᮾ㒊ᾏᇦ

COD、T-N、T-P の環境基準の達成状況化センター）で 2004 年度以降、高度処理設備が一部導入

養塩類の組成比変化に伴う植物プランクトン種の変化 11)されている 4)。その後、福岡市は窒素の高度処理も一部、などの問題も生じている。

導入しており 7)、人口増加の傾向にはあるものの、博多湾

そこで、本研究では博多湾における既存の調査結果 9) をの T-N 濃度はほぼ横ばいで推移している（図１）9)。

用い、「冬季のノリ・ワカメ養殖の生産力の向上」と、「COD2002〜2011 年度の環境基準の達成状況をみると（図２）、の環境基準の達成」の 2 つの課題に対し、湾へ流入する窒T-N、T-P は概ね全ての海域で環境基準を達成しているも素やリン負荷量の変動に伴う COD の変化を試算し、窒素のの、COD は、西部海域の湾口部を除くほとんどの地点で未達成の割合が 50%以上 9) となっている。また、冬季に71
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おけるリン不足によるノリ・ワカメ養殖の色落ち 10) や栄

図３
図１ T-N、T-P の年平均値の経年変化

9)より作成35

環境基準点の位置

に試算した。この試算結果から、COD の環境基準を満たやリンの流入負荷量のあり方について考察した。

しながら、生物生産を向上させる窒素・リンの流入負荷量

２．解析方法の管理方法を考察した。

解析対象の地点は、図３に示す博多湾内の環境基準点 8

３．結果及び考察地点のうち、外海の影響を受けやすい湾口部の W-3 を除く 7 地点とした。
解析対象期間は 1989〜2009 年度とした。

３．１ 流入負荷量と水質の関係

まず、博多湾への流入負荷量 12) と T-N、T-P の海域平均

博多湾への T-P、T-N の流入負荷量と海域別 T-P、T-N 濃値の関係を西部・中部・東部海域のそれぞれで求めた。既度の関係を図４に示す。なお、海域の T-P、T-N 濃度は、存資料 1) に示されている 1992、1997、2000、2002 年度の陸域等からの流入負荷が無ければ、外海水の濃度と同じと負荷量算定結果 1) をもとに、「下水処理場からの負荷」、「合なることを想定し、ここでは各回帰式の切片に湾口部 W-流式下水処理場からの負荷」、「その他の負荷」の 3 つの流3 の T-P、T-N の同期間の層別平均濃度を与えた。

入負荷要因別に 4, 6, 13)、下水放流量、放流水質、降水量 14)、

T-P は、各海域ともに流入負荷量に比例して変動してい流域土地面積 15) から 1989〜2009 年度のそれぞれの年平均る。また、湾への負荷は、全体の約 7 割が東部海域に流入負荷量を試算した。次に、「下水処理場からの負荷」、「合することから、東部海域での水質は流入負荷の変動に対す流式下水処理場からの負荷」は毎月一定と仮定した上で、る応答性が高く、回帰式の傾きは最も大きい。一方、外海月別の流入負荷量を試算し、「その他の負荷」は年平均降水による希釈を受けやすく、湾に直接流入する負荷の割合

水量 14) に対する月平均降水量 14) の比を乗じて月別流入負が小さい西部海域では、傾きは最も小さい。T-N は、流入荷量を求めた。以上で求めた 3 つの負荷量の合計値を博多負荷に対する変動傾向は、概ね T-P と同様であったが、水湾へ流入する月別流入負荷量とした。

温の変化に伴う底泥からの脱窒能の変動を含むため、T-P

T-N、T-P 濃度には、各地点における表層（海面下 0.5m）、に比べるとややばらつきがあり、特に底泥の脱窒等の影響中層（海面下 2.5m）、底層（海底上 1.0m）の実測濃度 9) のを受けやすい東部海域で変動が大きい。

層平均の年平均値を海域別に平均したものを用いた。
次に、懸濁態 COD（P-COD）を内部生産由来の COD と３．２ 内部生産特性の算出見立てた上で、以下の中西ら（1994）のΔCOD 法 16) によ

次に、ΔCOD 法により求めた内部生産効率α p と T-N/T-

り内部生産効率α p を季節別（春季：3〜5 月、夏季：6〜8P 比の季節別の関係を図５に示す。

月、秋季：9〜11 月、冬季：12 月〜翌 2 月）に算出し、T-春季、夏季、秋季は、T-N/T-P 比の上昇とともにα p も上N/T-P 比と内部生産効率の関係を求めた。

昇する傾向にあった。この要因には、次の 2 点が考えられ

COD ＝ D-COD+P-COD ＝ D-COD+α p ×CODpn

る。

ここで、COD、D-COD、P-COD には T-N、T-P と同様に、・栄養塩類の濃度やバランス（T-N/T-P 比）の変化に伴い各地点における表層、中層、底層の実測濃度 9) の層平均の植物プランクトンの種組成が変化し、T-N/T-P 比の増加

季節別・海域別平均値を用いた。CODpn はリン・窒素よとともに内部生産効率α p も増加した。

り内部生産可能な COD の理論的最大濃度であり、・栄養塩類濃度やその組成比によって生長の制限を受ける植物プランクトンでは、供給が限定されているリン

CODpn ＝ 143×min(T-P, T-N／7.24)／2.26の細胞内含量に対して、炭素量が大きくなる 18)。これより求めた 16)。

は、プランクトンの炭素／窒素比は生理学的に決まっこれらの値を用いて、流入負荷量と海域水質の関係、T-ているため、窒素が豊富にある場合には窒素をより多N/T-P 比と内部生産効率α p の関係を用いて、窒素・リンのく取り込む“ぜいたく消費”を起こし 17)、窒素を多く取流入負荷量を変動させた場合の、COD 濃度の値を季節別り込んだ分だけ炭素も多くなるためである。これによ36࠙ᮾ㒊ᾏᇦࠚ࠙୰㒊ᾏᇦࠚ࠙す㒊ᾏᇦࠚ
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図４ 流入負荷量と海域別水質濃度の関係
り、植物プランクトンの一細胞あたりの炭素量、つまT-P 負荷量と COD の関係をみると、T-P 負荷量を半分り COD 量が増えて、内部生産効率α p が上昇した。

（負荷量比 0.5）にした場合でも環境基準を超過するケースは、西部海域で夏季、秋季、中部海域で春季、夏季、秋

冬季は、T-N/T-P 比に対する内部生産効率α p の変動が小さかった。これは、気温の低下、全天日射量の減少により、や組成比の増減に伴い内部生産量が変動するわけではないためと考えられる。

ኚ᥮⋡ȘS>@ኚ᥮⋡ȘS>@

植物プランクトンの活動が鈍化し、必ずしも栄養塩類の量ኟᏘ᫓Ꮨ\ [\ [

３．３ 流入負荷量の変動に伴う COD や N/P 比の変動 ኚ᥮⋡ȘS>@T-N/T-P 比の関係を用いて、T-P、T-N 負荷量を変動させた
場合の COD 濃度を試算し、負荷量と COD の関係を整理した結果を図６に示す。横軸は、2005〜2009 年度の季節෤Ꮨ\ [\ [

別 T-P、T-N 負荷量に対する試算に与えた負荷量の比であ 7173ẚ㸦ࣔࣝẚ㸧

す㒊る。
なお、COD 環境基準値は、西部海域と中部海域が 2mg/L、
図５37⛅Ꮨ

東部海域が 3mg/L である。

7173ẚ㸦ࣔࣝẚ㸧

T-N、T-P 負荷量と水質の関係、及び内部生産効率α p と

7173ẚ㸦ࣔࣝẚ㸧

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内部生産効率αp と T-N/T-P 比の関係࠙す㒊ᾏᇦࠚ࠙୰㒊ᾏᇦࠚ࠙ᮾ㒊ᾏᇦࠚ

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

෤Ꮨ

T-N、T-P 負荷量と COD の関係

季、東部海域で夏季、秋季であった。一方、冬季は負荷量

均濃度：1.0〜1.3mg/L）を外海水の濃度と仮定し、各海域を現状の 1.5 倍（負荷量比 1.5）にした場合でも、西部海でその濃度を上回る分が陸域からの寄与分と仮定すると、域、東部海域では環境基準値を下回る結果となった。

陸域からの寄与分は、西部海域が 0.2〜0.3mg/L、中部海域

T-N 負荷量と COD の関係をみると、T-N 負荷量を半分が 0.4〜0.6mg/L、東部海域が 0.6〜0.9mg/L と試算される。

（負荷量比 0.5）にした場合でも環境基準を超過するケーこの寄与濃度が半分となった場合の、現状の T-N、T-P 負スは、西部海域で夏季、秋季、中部海域で春季、夏季、秋季、東部海域で夏季であった。一方、冬季は負荷量を現状

71㈇Ⲵ㔞ẚ>㸫@の 1.5 倍（負荷量比 1.5）にした場合でも、全海域で環境基準値を下回る結果となった。
現状の T-N、T-P 負荷量の変動に対して、各海域において環境基準値の超過の有無を整理した結果を図７に示す。
春季、夏季、秋季には T-N、T-P 負荷量を減らしても、全࠙ኟᏘࠚ㸱ᾏᇦ࡛ᇶ‽್௨ୗ㸰ᾏᇦ࡛ᇶ‽್௨ୗ㸯ᾏᇦ࡛ᇶ‽್௨ୗ

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
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

海域で環境基準値を上回ると試算された。これは、5 カ年の季節別 D-COD 平均濃度（溶存態 COD）が西部海域で

࠙෤Ꮨࠚ

71㈇Ⲵ㔞ẚ>㸫@

1.2〜1.5mg/L、中部海域で 1.4〜1.8mg/L、東部海域で 1.7〜2.1mg/L であり 9)࠙᫓Ꮨࠚ

、
西部・中部海域では環境基準値（2mg/L）の 3/4 前後、東部海域が環境基準値（3mg/L）の半分前後に相当する濃度となっており、植物プランクトンの光合成

により生産される P-COD がわずかであっても、環境基準
73㈇Ⲵ㔞ẚ>㸫@ 

73㈇Ⲵ㔞ẚ>㸫@※図中の空白は 3 海域ともに基準値超過を示す。

値を上回りやすくなっているためである。

図７

そこで、湾口部 W-3 における D-COD の濃度（季節別平38

T-N、T-P 負荷量の変動と COD 基準超過の有無

荷量の変動に対して、環境基準値の超過の有無を整理した



結果を図８に示す。これをみると、春季では T-P 負荷量がᮾ㒊
73 >PJ/@

半分以下にすると全ての海域で、夏季は T-P 負荷量を半分以下にすると 1 海域（東部海域）で、秋季は T-N 負荷量を半分以下にすると 2 海域（西部海域・東部海域）で環境基す㒊

準値を下回ると試算された。このように、植物プランクトンの増殖を抑制し、植物プランクトンにより生産される P-

COD を減少させるだけでなく、D-COD も抑制・減少させると環境基準値を下回ることができることが示された。た୰㒊
73㈇Ⲵ㔞ẚ >@

図 9 T-P 負荷量の変動と T-P の関係

だし、D-COD 流入負荷の削減にあたっては、陸域からの表 1 T-P 濃度の増分から推測される PO4-P 濃度の増分

D-COD 流入負荷の起源等の実態把握と、その D-COD を㡯┠削減させるための技術開発が課題に挙げられる。

ᾏᇦす㒊୰㒊ᮾ㒊

一方、ノリやワカメの色落ちが生じやすい冬季（12 月

73>PJ/@〜翌 2 月）の状況は、T-P 負荷を現状の約 1.2 倍（負荷量32  3>PJ/@

32  373ẚ>@73ቑศ>PJ/@

32  3ቑศ>PJ/@

比約 1.2）まで増やしても、いずれの海域も環境基準値を下回ると推測された。
そこで、T-P 負荷量を現状の 1.2 倍（負荷量比 1.2）に増すとおりである。これに前述の T-P 濃度増分が、PO 4 -P/T-やした場合、図９より、各海域の T-P 濃度は現状（負荷量P 比に比例して PO 4 -P 濃度も増加すると仮定すると、海域

比 1.0）と比較して、西部海域で約 0.001mg/L、中部海域で別の PO 4 -P 濃度の増分は⾲䠍に示すとおりとなる。これに約 0.002mg/L、中部海域で約 0.003mg/L の増加と予測されよると、T-P 負荷量を約 1.2 倍に増やしても、西部海域にる。冬季における海域別の T-P 及びノリやワカメなどの栄おける PO 4 -P 濃度はほとんど増加しないが、中部・東部海養源となると PO 4 -P（無機態リン）の平均濃度は表１に示域ではわずかに増加すると予測された。水産用水基準によると、ノリの生長に必要なリン濃度は 0.007〜0.014mg/L と71㈇Ⲵ㔞ẚ>㸫@࠙᫓Ꮨࠚ

࠙ኟᏘࠚ

いわれており 19)、現状の中部海域の濃度は必要濃度の下㸱ᾏᇦ࡛ᇶ‽್௨ୗ㸰ᾏᇦ࡛ᇶ‽್௨ୗ㸯ᾏᇦ࡛ᇶ‽್௨ୗ

限値付近である。気象状況等により下限値を下回る可能性があるが、T-P 負荷量を約 1.2 倍とすることで、必要なリ

ン濃度を確保しやすくなると考えられる。
４．おわりに71㈇Ⲵ㔞ẚ>㸫@࠙⛅Ꮨࠚ

࠙෤Ꮨࠚ

本研究では、夏季の海域の COD の改善、冬季のノリ、ワカメ養殖の改善に着目し、窒素、リン負荷量の削減量、増加量について考察を行った。
春季、夏季、秋季にはリン負荷量を削減だけでなく、D-

COD を削減することで、COD が環境基準値を下回りやす
73㈇Ⲵ㔞ẚ>㸫@ くなると試算された。一方で、冬季にリン負荷量をやや増
73㈇Ⲵ㔞ẚ>㸫@やしても、COD の環境基準値は下回るものであり、ノリ※図中の空白は 3 海域ともに基準値超過を示す。
図８やワカメの色落ち等の軽減に対して、わずかに効果が期待陸域からの D-COD 負荷の寄与を半分にした場合のできると予測された。

T-N、T-P 負荷量の変動と COD 基準超過の有無

39

書（平成元〜23 年度）.

今回の検討結果は、湾全体の水質改善を目的とした検討であるが、湾内に局所的に位置するノリ、ワカメの養殖場

9） 渕上哲（2009）博多湾の栄養塩環境とノリ養殖、特集

水質の改善には、対象近傍での負荷量配分の検討や養殖場海の貧栄養化とノリ養殖、海洋と生物、Vol.31、No.2、での施肥の投入等も対策として検討する必要がある。さらpp.171-172.に、T-N/T-P 比の増加に伴う植物プランクトンの種の変

10）横山佳裕、吉次祥子、中嶋雅孝、内田唯史、中西弘（2011）

化 11) などの問題解決にあたっても、水域の生態系や漁業

博多湾における栄養塩濃度の変化に伴う植物プラン

資源の保全のための、季節や水域利用に応じた栄養塩類のクトンの種の変化の解析、土木学会論文集 B3（海洋要求量を検討する必要がある。

開発）、Vol.67、No.2、pp.I_340-I_345.

今後は、本研究で得られた結果を用いて数値モデル化を

11）横山佳裕、中野裕香子、吉次祥子、中嶋雅孝、内田唯

試み、COD などの環境基準の達成とノリやワカメの色落史、中西弘（2011）閉鎖性水域に対する高度な栄養塩ち軽減とのバランスについて、検討を進めていきたい。

管理の導入に関する一考察、土木学会論文集 G（環境）、
Vol.67、NO.7、pp.Ⅲ_203-Ⅲ_201.
12）福岡市道路下水道局（2010）下水道の水質、福岡市道

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ホームページ.

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会.

8） 福岡市環境局（1991〜2013）福岡市水質測定結果報告40