マイクロプラスチックの淡⽔中でのバイオ汚染
物理２班

梅川萌 ⾼橋佑宇 牟笑岩 渡辺宗太郎
指導教員

瀬々将吏

１ はじめにマイクロプラスチックとは直径が 5mm 以下のプラスチックのことを指す。マイクロプラスチックには２種類あり、⼀つは製品や製品原料として初めから微⼩なサイズで制作された⼀次マイクロプラスチック、プラスチック製品が⾃然環境中で劣化し粉々になることで⽣じた⼆次マイクロプラスチックである。近年はプラスチッ
クごみが海洋流出し、環境・⽣態系に悪影響を与えるなどマイクロプラスチックによる環境汚染が問題化している。
そこで私達は、海洋中ではバイオ汚染1によるMPの沈降速度の変化が起こる2ことから、淡⽔中でもマイクロプラスチックはバイオ汚染による影響を受けるのかを疑問に思った。また、河川での浄化は、海に⼊るプラスチック廃棄物を減らす効果的な⽅法として国際的に認められている3。そのため、本研究では淡⽔中でのマイクロプラスチックについて実験を⾏った。

２ 研究の⽬的
海中では、マイクロプラスチックの移動時間はバイオ汚染の影響を受けるとされている。そこで、私たちは淡⽔中でも海⽔中でも同じように、バイオ汚染によって移動時間が変化するのかを検証することを⽬的とした。
また、本研究の成果はマイクロプラスチックの分布の実態の把握につながると考えている。そして、今後のマイクロプラスチックについての研究や、バイオ汚染がマイクロプラスチックに及ぼす影響についての研究に活かすことを本研究の意義としている。

３ 実験⽅法
今回の実験で使うサンプルは、カッター等で５ミリ以下に細かく切ったポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラートの４種のプラスチックである。
沈降実験では淡⽔で満たした⽔槽に、ピンセットでサンプルを基準点まで沈めてから離して10cm移動する間の時間を記録する。移動時間は基準点より下に沈む場合はプラス、上に浮く場合はマイナスとする。
この操作を各プラスチックの汚染なし、汚染ありのそれぞれで200回ずつ⾏った。
汚染されたプラスチックのサンプルは次のようにして⽤意した。未汚染のサンプ
ルを⽬の粗いネットに⼊れ、さらにそれをプラスチック製の⾍かごに⼊れた。このカゴにロープをつなぎ、横⼿⾼校付近の沼（七⽇市沼）に投⼊した。投⼊は2021年9⽉21⽇に⾏った。その後、10⽉15⽇にカゴを回収し、取り出したサンプルを「汚染あり」とした。
本研究では、マイクロプラスチックの表⾯への動物の糞便、藻類等の付着を指す。
David Kaiser et al. 20173
徐開欽 et al. 202012

４ 結果と考察【結果】回収したサンプルには褐⾊の汚れが付着しており、⽬視では泥のように⾒えた。
しかしながら付着物が何であるかは検証できなかった。微⽣物かどうかについても判定することができず、バイオ汚染の有無は判断できなかった。

図1 汚染後のポリスチレン粒⼦。
汚染後のサンプルを⽤いて汚染前のサンプルと同様に⽔槽の実験を⾏い、⽔中での移動速度を⽐較した（図2、表1）。

図2 汚染前、汚染後の各プラスチックの平均速度。 + は沈み、- は浮いたことを表す

表1 MPが⼀定距離の落下に要した時間。

名前\時間

汚染なし

汚染あり

ポリプロピレン-2.23-2.61

ポリスチレン

4.164.53

ポリエチレン-3.80-5.01

ポリエチレン
テレフタラート

1.661.71【考察】

各種検定を⽤いて結果を分析した。以下、有意⽔準をα、帰無仮説をH0、対⽴仮説をH1と表記する。得られたｐ値が有意⽔準を下回ると、帰無仮説を棄却し、対⽴仮説を採⽤できる。
(１)

２標本ｔ検定4
α=0.05
H0: 汚染前と汚染後で平均移動速度に有意差がない。
H1: 汚染前と汚染後で平均移動速度に有意差がある。
表2 t 検定の結果
プラスチック名ｐ値

ポリプロピレン0.50

ポリスチレン

0.50

ポリエチレン

0.50

ポリエチレンテレフタラート

0.48

【結果】
汚染前と汚染後で平均移動速度に有意差は⾒られなかった。

(２)

45

シャピローウィルク検定5
α=0.05
H0: 標本は正規分布に従う⺟集団から得られた。
H1: 標本は正規分布に従わない⺟集団から得られた。

正規分布に従う⺟集団から抽出した標本の平均に差があるかどうかを調べる検定
標本が正規分布に従う⺟集団から得られたのかを調べる検定

表3シャピローウィルク検定の結果

汚染前

ｐ値

汚染後

ｐ値

ポリプロピレン

1.72×10-5 ポリプロピレン

4.23×10-5

ポリスチレン

8.65×10-9 ポリスチレン

5.35×10-11

ポリエチレン

0.78 ポリエチレン

2.88×10-4

ポリエチレンテレフタ
ラート

ポリエチレンテレフタ
1.43×10 ラート-6

2.88×10-4【結果】
汚染前ポリエチレン以外は正規分布に従うとは⾔えなかった。
(３)

ウィルコクソンの順位和検定6
α=0.05
H0 汚染前と汚染後で移動速度に有意差がない。
H1 汚染前と汚染後で移動速度に有意差がある。
表4 ウィルコクソンの順位和検定の結果
プラスチック名

ｐ値

ポリプロピレン

1.57×10-13

ポリスチレン

3.30×10-3

ポリエチレン

2.20×10-16

ポリエチレンテレフタラート

6.50×10-3【結果】
４種すべてで汚染前と汚染後で移動速度に有意差があると⾔えた。
それぞれの汚染前と汚染後の平均速度から速度の変化の割合7を計算したところ、ポリエチレン＞ポリプロピレン＞ポリスチレン＞ポリエチレンテレフタラートの順に変化の割合は⼤きくなった。
6

正規分布に従わない２つのデータ間の代表値に差があるかどうかを調べる検定{(V2-V1)/V1}*100（V1..汚染前の平均速度,V2…汚染後の平均速度）7表5 平均移動時間の変化率
ポリプロピレン

１７％増加

ポリスチレン

９％増加

ポリエチレン

３２％増加

ポリエチレンテレフタラート

３％増加

以上の結果から、４種のプラスチック全てで汚染前と汚染後で平均移動時間は増加した。
このことは、先⾏研究で述べられているバイオ汚染の性質8とは異なり、泥によって汚染させると平均移動時間は増加、すなわち平均移動速度が減少すると⾔える。
そのため、上昇、沈降する場合はともに⽔⾯、⽔底近くの波を通り抜けられずに⽔中に留まりやすいと考えられる。
また、泥の付着によってプラスチックの質量が増加したのにも関わらず、沈みにくくなっていることについては、沈む場合には泥による汚染がバイオ汚染よりもプラスチックに浮⼒を与えると考えれば説明できる。浮く場合については、沈む場合と同様に浮⼒が強く与えられると考えると、平均移動速度が減少していることに⽭盾してしまうため、まだ有効な説明はできていない。

５ 今後の課題①各プラスチックの密度を正確に測定する。
密度の増加は移動速度の変化に⼤きな影響を与えると考えられる。より正確な密度の計測を⽬指す。
（下表は電⼦てんびんとメスシリンダーを⽤いて計測した各プラスチックの密度）
表6 各プラスチックの密度

プラスチック名

密度(g/cm3)

ポリプロピレン0.69

ポリスチレン

1.95

ポリエチレン

0.99

ポリエチレンテレフタラート

1.23David Kaiser et al. 2017 によるとバイオ汚染された物質は質量が増加するため、沈降速度が増加するとされている。
8

②各プラスチックの表⾯の状態や、それぞれの違いについて観察する。
このことは各プラスチックごとに平均移動時間の変化の割合が⼤きく異なることに関係があると考えられる。表⾯の状態によって、プラスチックの汚染されやすさが異なると考えられるため、表⾯の状態を明らかにする必要がある。
③泥による汚染とバイオ汚染が平均移動速度に与える影響を明確にする。
考察でも述べたように、泥による汚染とバイオ汚染の違いについてはまだ明らかにできなかった。移動速度の変化に⼤きな影響を与えるため、明らかにしていきたい。MPの移動速度に影響を与える要因として、浮⼒と抵抗の2つが考えられる。密度が⼩さくなるほど浮⼒の影響を受けやすくなるが、その半⾯、体積が増加することにより抵抗が増す。例えば、MPを理想的な球⾯とすればこの効果は計算できるのではないかと考えている。さらにそれを付着物に模したモデルに拡張することにより、今回の結果が説明できると考えている。
④泥による汚染とバイオ汚染が環境に与える影響を明確にする。
本研究は、淡⽔環境中で実際に採取されたMPサンプルと同様の条件で⾏われているかどうかが明らかでない。淡⽔のMPについての研究成果がいまだ少ないため、環境中でどのようなことが問題になっているのかを明確に知ることができなかった。実際にMPの採取に挑む、⽂献調査を徹底的に⾏うなどして、淡⽔におけるMPの実態を把握し、それを反映したモデルで実験を⾏うことが重要と考えている。

６ 謝辞
本研究を⾏うに当たり、丁寧にご指導いただいた瀬々将吏先⽣をはじめ、相談にのっていただいた秋⽥県⽴⼤学システム科学技術学部 堺栄⼀先⽣、実験場所を快く提供していただいた横⼿市様にこの場を借りて厚く御礼申し上げます。

７ 引⽤・参考⽂献
1. 環境省 (2020) 海洋プラスチックごみに関する既往研究と今後の重点課題(⽣物・⽣態系影響と実態).令和 2 年 6 ⽉環境省⽔・⼤気環境局⽔環境課海洋プラスチック汚染対策室
2. Merel Kooi,Egbert H.van Nes,Marten Scheffer,and Albert
A.Koelmans.(2017).Ups and Downs in the Ocean: Effects of Biofouling on

Vertical Transport of Microplastics, Environ. Sci. Technol. 2017, 51, 14,7963–7971
3. Matthew Cole,Penelope K. Lindeque,Elaine Fileman,James Clark,CeriLewis,Claudia Halsband,and Tamara S. Galloway, Microplastics Alter theProperties and Sinking Rates of Zooplankton Faecal Pellets, Environ. Sci.
Technol. 2016, 50, 6, 3239–3246
4. David Kaiser,Nicole Kowalski and Joanna J Waniek (2017), Effects ofbiofouling on the sinking behavior of microplastics, Environ. Res. Lett. 12124003
5. 5.Julia Reisser,Boyan Slat,Kimberly Denise Noble,Katherine Du Plessis,MereEpp,Maria Carneiro Proietti,Jan de Sonneville,T Becker,and Charitha
Pattiaratchi,The vertical distribution of buoyant plastics at sea: Anobservational study in the North Atlantic Gyre, Biogeosciences, 12,1249–1256
6. ⼯藤功貴 ,⽚岡智哉 ,⼆瓶泰雄 ,⽇向博⽂ ,島崎穂波 ,⾺場⼤樹 (2017) 「⽇本国内における河川⽔中のマイクロプラスチック汚染の実態とその調査⼿法の基礎的検討 」 (2017),⼟⽊学会論⽂集B1, 73 巻 4 号 p. I_1225-I_1230
7. 久保⽥商事株式会社 「遠⼼分離 〜遠⼼⼒〜」2013年11⽉2⽇
https://jsmcwm.or.jp/wastest-group/files/2013/11/5f730210e1b3276f2bbe0789
aa3e4a38.pdf
8. 徐開欽 陳暁晨 王俊傑 劉憲華 (2020)中国におけるマイクロプラスチック汚染の現状と課題, ⽤⽔と排⽔ 62 11 809-822
9. ⼯藤功貴, ⽚岡智哉, ⼆瓶泰雄, 北浦郁弥, (2019) 平常時・出⽔時河川のマイク
ロプラスチック濃度の時間変動特性と年間輸送量評価,74, 4, 529-534