Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
図(2)-20 人工干潟（Site M）及び自然干潟土壌（Site NA～NC）の粒径分布

図(2)-21にそれぞれの干潟で優占した底生生物を示す。Site Mではコケゴカイ（Simplisetia erythraeensis）が70％以上優占していた。一方で自然干潟ではコケゴカイも優占していたが、その割合は土壌組成がほぼSite Mと等しいSite NAで約10%、Site NB、NCで40%程度であった。一方、自然干潟3か所で優占していたイトゴカイ（Capitella sp.）はSite Mでは優占していなかった。Site Mと自然干潟3か所の土壌組成以外の大きな違いは土壌高さである。人工干潟は河川現地盤上に盛土して造成されたため、自然干潟と比較して土壌高さが高く、東京湾平均海面（T.P.）を基準とするとSite MでT.P. 0.8m、Site NA～NCはいずれもT.P. -1.2mである。太田川放水路という同一の水域に形成された生態系かつほぼ同一の土壌組成を持つ干潟であっても干出・冠水時間が異なる土壌高さが底生生物種構成に大きな影響を及ぼすことがわかった。

図(2)-22は、本課題に取り組む以前からのSite Mにおけるモニタリング結果を含めて人工干潟が造成された2010年3月以降の底生生物の個体数と種構成の推移を示す。造成に使われた土壌は放水路内の砂州を掘削して取得しており造成時にはほとんど底生生物はいなかったと考えられる。造成3か月後では底生生物数は非常に少なかったが、9か月後には個体数としてはほぼそれ以降と同じレベルに達している。ただ、ほとんどはコケゴカイであり、Shannon-Wiener、Simpson等主要な多様度指数は9か月後から、26か月後に向けて増加しており、1年程度でも個体数レベルではある程度の評価が可能である反面、種構成や季節的な変動を含めた生態系評価には2年以上のモニタリングが望ましいことが示唆された。

図(2)-21 人工干潟（Site M）及び自然干潟土壌（Site NA～NC）における優占種
底生生物个体数 (ind. M $ ^{-2} $ )

図(2)-22 人工干潟（Site M）における底生生物個体数と組成の推移

(2) 潮間帯への敷設を想定した脱リンスラグを活用して造成した干潟環境と生態系（干潟マイクロコズムⅠ）

## 1 ）土壌特性・間隙水の水質の変化

干潟マイクロコズムの土壌及び海水環境の時系列変化を図(2)-23に示す。スラグ間隙のpHは、海水と比べて高く、より深い測点ほど高い値を示した。土壌の深さ10 cmのpHは、実験開始から約1年経過しても10以上と高かった。間隙水のCa濃度は、海水の1.8～4.9倍ほど高く、最も深い測点では実験開始から4カ月経過後、常に1500 mg 1 $ ^{-1} $ 以上の高い値を示し、この傾向は実験開始から1年経過しても継続した。Mg濃度はスラグ区の全測点で海水より低く、実験開始から半月以上経過した深さ10 cmの間隙水ではほぼ0であった。

土壌のせん断応力は実験開始後1か月目まではケイ砂区の方が高かったが、その後はスラグ区の方が高くなった（図(2)-23(e)）。さらに、実験開始後2カ月以降の土壌のせん断応力は、両区とも概ね時間の経過と共に上昇し、先述の天然干潟の上限値を越えた。スラグ区の土壌のせん断応力の値は、その後も上昇し、10カ月目以降8～9 kN m^{-2}となり、ケイ砂区の4～5 kN m^{-2}と比較し2倍程度の値を示した。本マイクロコズム内では波は再現しているものの定常波であり、荒天による波高の上昇やかく乱は再現していない。実際の干潟では土壌の掘削や堆積なども起こりながら干潟形状を維持しているがそのようなダイナミックな変化が再現されないマイクロコズム内では土壌は締め固まる方向にしか作用を受けず、ケイ砂区においても自然干潟で観察されるより高いせん断応力になったと考えられる。スラグ区では固化の進行という側面があっただけでなく砂の密度（2.6 g cm^{-3}）と比較して脱リンスラグの密度（3.6 g cm^{-3}）は大きいためにより動きにくく締め固まりが進んだと考えられる。
図(2)-23 干潟マイクロコズムのスラグ区（白印）とケイ砂区（黒印）の間隙水中pH(a)、ORP(b)、Ca(c)とMg(d)の深度別（1、5、10 cm）濃度、土壌表面から深さ4cmまでのベーンせん断応力(e)、及び海水中の浮遊物質濃度(f)の経時変化（経過時間は測定開始日（2012年7月9日）を0日目とした月数。(a)と(b)の灰色の範囲は、天然干潟の間隙水における範囲。(d)の灰色部分は天然干潟の値。

次に栄養塩動態について図(2)-24に示す。硝酸態窒素（$\mathrm{NO}_{3}-\mathrm{N}$）は実験に使用したケイ砂そのものに豊富に含まれており、経時的に低下したが、これは生物体内に取り込まれたものと考えられる。一方、亜硝酸態窒素（$\mathrm{NO}_{2}-\mathrm{N}$）とアンモニア態窒素（$\mathrm{NH}_{4}-\mathrm{N}$）の濃度はもともとスラグ区で高く、スラグ区の深さ10 cm以深では経時的に$\mathrm{NH}_{4}-\mathrm{N}$の蓄積が見られた。この結果は、スラグ区土壌の10 cm以深における硝化バクテリアの活動が不活発であることを示唆しているが図(2)-23に示したようにスラグ区ではORPが特に深部で低下しており硝化が起こりにくい環境であったと考えられる。リン酸（$\mathrm{PO}_{4}-\mathrm{P}$）は常にスラグ区の土壌で低かったが、これは相対的に脱リンスラグが豊富に含む水酸化鉄がリン酸を吸着するためであると考えられた。ケイ酸（$\mathrm{SiO}_{2}-\mathrm{Si}$）はもともとケイ砂に多く
含まれるが、両区の土壌深さ5 cm以浅にあったものが減少した。この減少は後述の珪藻類の増殖が原因と考えられた。

以上の結果は、脱リンスラグを砂代替として用いた場合には土壌の硬さとスラグからの溶出物等に伴う間隙水水質、特に高pH、栄養塩濃度に留意して干潟上に形成される生態系を評価する必要があることを示している。また、非定常の荒天等に伴う大きな攪乱が再現できないマイクロコズムでの評価ではあるが、スラグからの溶出物等に伴う特異な間隙水環境は少なくとも1年程度は継続することが明らかとなった。

2012年6月21日(-4日目) 2012年8月31日(67日目) 2012年10月10日(107日目)

2013年3月7日(259日目)

2013年6月6日(350日目)

2012年6月21日（-4日目） 2012年8月31日（67日目） 2012年10月10日（107日目）

PO_{4}-P(\mu M)

SiO_{2}-Si(\mu M)

PO_{4}-P(\mu M)

$ SiO_{2}-Si(\mu M) $

$ SiO_{2}-Si(\mu M) $

図(2)-24 干潟マイクロコズムのスラグ区（白印）とケイ砂区（黒印）の間隙水中における$\mathrm{NO}_{3}^{-}\mathrm{N}$、$\mathrm{NO}_{2}^{-}\mathrm{N}$、$\mathrm{NH}_{4}^{-}\mathrm{N}$、$\mathrm{PO}_{4}^{3-}\mathrm{P}$、$\mathrm{SiO}_{2}^{-}\mathrm{Si}$の深度別濃度（カッコ内は測定開始日（2012年6月25日）を起点とした日数）
## 2 ）薬類およびベントス叢の変化

定性調査では、スラグ区から3門6分類群の動物と3門5分類群の藻類、ケイ砂区から3門7分類群の動物と3門6分類群の藻類の出現が確認された。アナアオサ、フクロノリ、紅藻（葉状）、ブドウガイ（着底後の稚貝及び成貝、卵）、ホトトギスガイ、ゴカイ科、ヨコエビ亜目、ワレカラ属はスラグ区およびケイ砂区両方で確認された。このうち出現頻度がスラグ区で有意に高かったのは全種表在性であるボタンアオサ $ (p=2.2\times10^{-10}) $ 、フクロノリ $ (p=0.0045) $ 、紅藻類（葉状） $ (p=0.041) $ 、テングサ科 $ (p=3.0\times10^{-5}) $ 、ケイ砂区で有意に高かったのは埋在性ベントスを含むホトトギスガイ $ (p=1.6\times10^{-6}) $ 、ミズヒキゴカイ $ (p=0.0076) $ 、ウシケノリ科 $ (p=0.0029) $ であった。一方、スラグ区にのみ出現した生物は、藻類ではボタンアオサ、テングサ科、動物ではアラムシロであり、いずれも表在性の生物に該当した。一方、ケイ砂区にのみ出現した生物は、藻類ではヒラアオノリ、スジアオノリ、ウシケノリ科、動物ではミズヒキゴカイ科、イトゴカイ科であり、動物は2分類群とも埋在性ベントスであった。このうち出現頻度が高くスラグ区でのみ確認されたボタンアオサとテングサ科の藻類、ケイ砂区でのみ確認されたミズヒキゴカイ、ウシケノリ科の藻類は、それぞれの区の環境を示す指標種とみなせた。

動物の定量調査ではブドウガイ、ホトトギスガイ、イトゴカイ、その他多毛類、ワレカラ属の6種が確認された（図(2)-25）。スラグ区では表在性ベントスであるブドウガイとワレカラ属の密度が高く、ケイ砂区では埋在性あるいは埋在性と表在性の両方に該当するイトゴカイ、ヨコエビ亜目の密度が高かった。定性調査と定量調査の結果は、スラグ区は表在性ベントスが優占しやすい環境にあることを示唆している。これらの種のうち、密度に有意差がみられたのはブドウガイとイトゴカイであった（ブドウガイ$P=3.0\times10^{-5}$；イトゴカイ$P=0.031$；ワレカラ属$P=0.063$；ヨコエビ亜目$P=0.26$；ワレカラ属$P=0.063$、いずれもウィルコクソンの符号順位和検定（両側検定））。

図(2)-25 スラグ区（白棒）及びケイ砂区（黒棒）における大型底生動物の生息密度
干潟マイクロコズムのスラグ区と、マイクロコズムに使用した海水採取元の呉湾の干潟（広西大川の河口干潟）に共通する動物分類群は、ホトトギスガイ、ゴカイ科、ヨコエビ亜目であり、ウミニナを除くと広西河口干潟で優占していた種はすべてスラグ区でも観察された。本試験ではベントスの植種は行っていないが、海水を経由してこれらのベントスの幼生が移入し、増殖したと考えられる。

大型藻類の定着が10月（実験開始から約3.3カ月経過）から両区で確認され始めたが（図(2)-26）、10月上旬からスラグ区で藻体の成長が目立ち、顕著な増殖が見られた（図(2)-27）。大型藻類の被度は3月以降横ばいとなり、6月の実験終了時に50%程度まで低下した。両区ともアオサ属藻類が最も多かった。実験終了の2か月ほど前から葉緑素の抜けたアオサ類が目立ち、ちぎれてマイクロコズムの沖側に堆積していた。一部の藻類では、付着基盤である土壌ごとはがれていた。スラグ区の大型藻類の平均乾燥重量(415.3 mg 100 cm^{-2})は、ケイ砂区(0.34 mg 100 cm^{-2})と比べておよそ1、200倍高かった（図(2)-28）。

微細藻類は2012年7月9日（実験開始後14日目）から2013年5月17日（実験開始後326日目）までの合計13回のサンプリングによって、4綱36分類群（珪藻綱30分類群；藍藻綱3分類群；黄金色藻綱2分類群；ハプト藻綱1分類群）の定着を確認した。スラグ区より4綱30分類群（珪藻綱26分類群；藍藻綱2分類群；黄金色藻綱1分類群；ハプト藻綱1分類群）、ケイ砂区より3綱30分類群（珪藻綱26分類群；藍藻綱3分類群；黄金色藻綱1分類群）の存在を確認した。両区とも珪藻綱に属する分類群数が全体に占める割合は約87%に達した。スラグ区でのみ確認された分類群は珪藻綱4種（Cymatopleura solea、Odontella sp.、Skeletonema costatum、Synedra spp.）、黄金色藻綱1種（Distephanus speculum）、ハプト藻綱1種（Haptophyceae）であり、ケイ砂区でのみ確認された分類群は、珪藻綱4種（Cyclotella spp.、Eucampia zodiacus、Hyalodiscus stelligera、Thalassionema nitzschioides）、藍藻綱1種（Aphanocapsa sp.）、黄金色藻綱1種（Dictyocha fibulaであった。

図(2)-26 アオサ類被度の様子

(左：ケイ砂区、右：スラグ区)
図(2)-27 各区アオサ類被度の経時変化

図(2)-28 各区アオサ類乾燥重量の経時変化

微細藻類の平均密度は、スラグ区（205、182 cm⁻²）と比べ、ケイ砂区（247、355 cm⁻²）で約1.2倍高かったものの大きな差はみられなかった。ケイ砂区の微細藻類は2012年7月23日（実験開始後28日目）を除き、実験開始から2013年3月25日（実験開始後273日目）まで一貫してスラグ区よりも高かった（図(2)-29）。しかし、2013年4月17日（実験開始後296日目）以降、この傾向は逆転し、スラグ区の微細藻類密度が高くなった。珪藻綱の平均密度は両区で全平均密度の99%以上を占めた（図(2)-30）。初期にはNitzschia longissimaが増殖し、その後Navicula spp.、Nitzschia spp.、Melosira spp.、Cymbella spp.が優占したが、この傾向は両系で共通しており、両系で主要な藻類に大きな違いがないことが明らかとなった。一方で、先述した一方の区でのみ確認された分類群の出現頻度と平均密度に注目した場合、これらの種の出現頻度は13回の調査中1～5回、平均密度は3～1、133個体cm⁻²以下の範囲でばらついていた。スラグ区では富栄養化した海域で増殖する赤潮珪藻の1種であるS. costatumの出現頻度が13回中5回、平均密度1、097個体cm⁻²（31種中12位）と高く、スラグ区を特徴付ける微細藻類であると言える。スラグ区にのみ出現したその他5種の出現頻度は1-3回までばらつき、平均密度は154個体cm⁻²と低かった。一方、ケイ砂区では藍藻綱のAphanocapsa sp.の平均密度が1、133個体cm⁻³（31種中14位）と高かったものの、出現頻度は13回中1回と低かった。ケイ砂区にのみ出現した他の5種の出現頻度も全て1回であり、これらの種はケイ砂区を特徴付ける種というよりは、日和見的に出現した種とみなせる。

スラグ区とケイ砂区に共通して出現した微細藻類の密度を、統計解析を用いて比較した結果、有意に密度の中央値が異なったのはCymbella spp.、Navicula spp.、Surirella sp.の3種であり、これらの種の密度の中央値はすべてケイ砂区側で高かった（Cymbella spp. p = 0.023、スラグ区0 cm^{-2}（0～33 cm^{-2}） vs ケイ砂区33 cm^{-2}（0～4800 cm^{-2}）；Navicula spp. p = 0.021、スラグ区33600 cm^{-22}（96～52800 cm^{-2}） vs ケイ砂区50800 cm^{-2}（22200～83067 cm^{-2}）；Surirella sp. p = 0.0039、スラグ区0 cm^{-2}（0～67 cm^{-2}） vs ケイ砂区233 cm^{-2}（0～367 cm^{-2}）。カッコ内は四分位範囲）。

スラグ区とケイ砂区では、大型藻類の繁茂に大きな違いが表れた。この原因として、スラグ区では土壌の固化に伴い土壌表面の安定性が増した結果、アオサ類を中心とする大型藻類が定着及び増殖しやすくなったと考えられた。この大型藻類の増殖に伴って土壌表面に到達する光量子が減少することが想定されたが、ケイ砂区との付着藻類量および付着藻類構成群の違いは顕著ではなかった。
一方、クロロフィル a 濃度によっても表面微細藻類量を評価した。実験開始 28 日に両区でピークを示し、特にスラグ区 1.25 および 3.75 m 地点で 90-95 μg g⁻¹ と高い値を示し、同一のケイ砂区と比較し、2～9 倍高かった（図(2)-31）。その後は両区でクロロフィル a 濃度は低下し、140 日に再び増加した。クロロフィル a 濃度の変動は先に示した付着藻類数の変動とは明確な一致をみなかった。一方、光合成活性の指標である Fm/Fv 値についても測定したが測定期間中 0.55～0.75 の範囲で変動していた。クロロフィル a 濃度のピークを示した 28 日目および 140 日目には値の上昇がみられた。ただし、必ずしも Fm/Fv 値の上昇した区画でクロロフィル a 濃度が高くなるという直接的な関係は見られなかった。

図(2)-29 各区微細藻類密度の経時変化 バ一直下のカッコ内数字はコドラートの数

図(2)-30 各区微細藻類密度の経時変化

環境調査及び生物調査の結果から得られた、スラグ区とケイ砂区の相対的な特徴を表(2)-4にまとめた。スラグ区の土壌は天然干潟ではみられない硬さに達し、間隙水のpH及び$\mathrm{NH_{4}-N}$は海水より高かった。この傾向は実験開始後1年経っても維持されていた。スラグの密度（3.6 g cm^{-3}）がケイ砂（2.6 g cm^{-3}）と比べて大きく、一定の固化の進行が見られ、土壌の安定性が高かった結果がアオサの増殖と表在性ベントスが卓越した生態系構造を引き起こしたと考えられる。しかし、自然界では荒天による土壌の攪乱などが非定期的に起こっており、アオサや表在性ベントスの増殖には抑制的に働く。本マイクロコズムでは非定常の攪乱は再現できておらず、自然界の干潟より土壌が安定しやすくアオサや表在性ベントスの増殖を促進した点は考慮する必要がある。

安定同位体比分析の結果を図(2)-32に示す。ワレカラ属とゴカイ科は、浚渫土、すなわち浚渫土中の有機物質を餌としている傾向がみられ、スラグにしろケイ砂にしろ浚渫土との混合土壤としたことによってこれらのベントスの増殖が促されたと考えられる。一方、ホトトギスガイの炭素安定同位体の数値は、スラグ区とケイ砂区で同調して変動していたころから、ろ過食者であるホトトギスガイは再懸濁した付着藻類よりも海水起源の植物プランクトンを餌としていたと考えられる。
アオサ属を主な餌とする生物種は確認できず、スラグ区あるいはケイ砂区特有の食物網は明らかとはならなかった。

表 $ (2) $ -4 スラグ区とケイ砂区の相対的特徴

スラグ区	ケイ砂区
間隙水pH	高	低(海水と同じ)
間隙水Ca	高	低
間隙水Mg	低	高
間隙水NH4-N	高	低
間隙水PO4-P	低	高
土壌せん断応力	高	低(天然干潟により近い)
ボタンアオサ出現頻度	高	低
テングサ科出現頻度	高	低
ウシケノリ科出現頻度	低	高
大型藻類被度	高	低
Skeletonema costatum出現頻度	高	低
Cymbella spp.密度	低	高
Naviculla spp.	低	高
Surirella sp.	低	高
ミズヒキゴカイ出現頻度	低	高
ブドウガイ密度	高	低
イトゴカイ密度	低	高

図(2)-31 干潟マイクロコズム試験での表面クロロフィルa濃度
図(2)-32 安定同位体比からみたスラグ区とケイ砂区の季節別食物網構造

スラグ粒子と浚渫土を起点とする点線の右上端は、これらの堆積物を主な餌として摂取した生物の炭素同位体比及び窒素同位体比の位置を示している。

## 3 ）リン循環に基づく大型藻類と付着微細珪藻の競合の解明

リンの溶出フラックス測定結果を図(2)-33に示す。スラグ区では冠水時間が短い、一番岸側でリンのフラックスが正（土壌→水中）となったが、それ以外はすべて負となった。この結果は、土壌からリンが溶出しなかったということではなく、溶出したリンが速やかに土壌表面に藻類に消費された結果と推定される。

図(2)-33 干潟マイクロコズム試験最終日に行ったリンの溶出試験結果
スラグ区では、アオサが表面を覆い、ケイ砂区とは外観が大きく異なった。アオサは2013年10月中旬から増え始め、2014年1月に被度約80%程度に達し、その後、実験終了時まで、被度75%程度で維持された。一方、ケイ砂区では実験期間中ほとんどアオサは繁茂しなかった。

両実験区とも、各態リンについて、流入水、直上水、間隙水中の濃度を定期的に測定した。さらに、底泥から直上水中への溶出速度も測定した。これらのデータを使い、各区におけるリンの循環を計算したところ、両区ともアオサが繁茂する結果となり、スラグ区におけるアオサ繁茂の状況は再現できた。一方、理論的にはケイ砂区でもアオサは繁茂できることからケイ砂区でアオサが繁茂しなかった理由はリンによる増殖制限ではないことがわかった（図2）-34(a)(b)）。一方、底生微細珪藻の現存量の変化については、スラグ区ではアオサ有りの条件により再現でき、アオサがない場合には実際の微細珪藻の現存量より顕著な増殖を示したことからアオサの繁茂により付着珪藻の増殖が抑制されていることがわかった（図2）-34(c)(d)）。また、ケイ砂区では、アオサ無しの条件で付着珪藻の現存量を再現できた（図2）-34(a)(b)）。

図(2)-34 リン循環モデル計算結果。左列：アオサ現存量の変化、(a)スラグ区、(b)ケイ砂区、右列：底生微細珪藻の現存量、(c)スラグ区、アオサ有りの場合、良く再現、(d)ケイ砂区、アオサ無しの場合、良く再現。

試験期間中のストックとフローの平均値を図(2)-35に示す。スラグ区ではアオサ（図中Ulva）が、溶出してくる栄養塩のほとんどを消費しているのに対して、ケイ砂区では微細藻類（図中BMA）が栄養塩を取り込んで増殖していることが分かる。アオサは先の同位体分析でもベントスの餌とはなっておらず、魚類等にも摂餌されにくいことから、上位の食物連鎖に乗らず、物質の循環が滞る原因となる。したがって、健全な干潟環境を維持するためには、微細藻の増殖を促すことが重要と考えられ、スラグを用いた人工干潟の造成においては、アオサの制御が重要となる。

以上の結果からアオサと付着珪藻の競合関係を明らかにできたと同時にスラグ区とケイ砂区に
おけるアオサ繁茂の違いはリンの溶出には依存しないことを明らかにできた。計算結果からは両系でアオサは増殖できるにも関わらずケイ砂区で増殖しなかったことから、ケイ砂区では今回の波の条件においても土壌が定期的に攪乱され、不安定であったためにアマモの繁殖が抑制され、より安定であったスラグ表面でのみ繁殖したと推定される。スラグは固化が起こりやすいだけでなく、密度も大きいことから極めて静穏かつ荒天時の影響を受けにくい場所で干潟を造成する場合はアオサ等の大型藻類の繁茂の可能性は事前に十分検討しておく必要がある。

図(2)-35 スラグ区(a)およびケイ砂区(b)の試験期間中のストックとフローの計算結果（平均値）

## 4 ）微生物叢の変化

微生物叢解析の結果について評価した。UQとMK量(UQ+MK)の変化とUQとMKの割合(UQ/MK)の変化を図(2)-36と図(2)-37にそれぞれ示す。UQ+MKは、スラグ区とケイ砂区を比較すると初期段階においてケイ砂区でUQ+MKは0.36 μmol L⁻¹まで増加しているが、スラグ区では0.22 μmol L⁻¹の増加であった。キノン量の増加はデトリタスを分解する細菌群によるものであると考えられるが、スラグ区では増加していない。これはスラグでは稼働から1か月の間はpHが高い値をとっており、微生物の活動が抑えられていた可能性がある。一方、UQ/MKを見るとケイ砂区で稼働初期に大きな増加がみられ、主としてUKを持つ好気的細菌群が増加したことが示唆された。また、稼働時間が長くなると両系でMKの割合が増加しており、OPRの低下傾向も表れていることとから、嫌気的環境に変化していったことが考えられる。稼働12か月後では、UQ+MKに大きな相違はなかったことから、微生物量は両系で同程度となっていることがわかった。

次に、図(2)-38にUQの組成、図(2)-39にMKの組成を示す。廿日市干潟とあるのは、広島県廿日市市の実海域における干潟のキノンプロファイルである。ケイ砂区で2月以降にUQ-9、UQ-10が増加し優占種が変化した。UQ-10はSphingomonas、Rhodobacterなどのバクテリアが多く含有するキノン種で、好気条件で光合成を行う好気性光合成細菌として知られている。MK組成変化をみると、スラグ区では6か月から12か月の間で微生物叢が大きく変化していることが分かる。pHは6か月から12か月の間で、8.71～9.05に上昇しており、さらに通水性も低下していることから、生育環境の変化が微生物叢変化に表れたと考えられる。
図 $ （2）-36 $ UQ+MKの変化

図2-37 UQ/MKの変化

図 $ (2) $ -38 UQ組成変化

図 $ (2) $ -39 MK組成変化

□-スラグ:アオサ -○-ケイ砂:アオサ

図(2)-40 付着藻類とアオサ被度の経時変化

図(2)-41 PQ-9 と ア オ サ 被 度 の 経 時 変 化

付着藻類とアオサ被度の経時変化を図(2)-40に、PQ-9とアオサ被度の経時変化を図(2)-41に示す。スラグ区では、稼働3か月後でアオサ被度が上昇しており、それに伴い付着藻類がケイ砂より
も低い値をとっている。稼働6か月以降にスラグ区において藻類が有するPQ-9が減少しており、直接付着藻類を計数した結果と一致する傾向が示された。

## 5 ）干潟域における製鋼スラグの溶出シミュレーションモデルの構築

開発した数値計算モデルを干潟域に適用した事例を紹介する。図(2)-42（上段）は先述の干潟マイクロコズム水槽に対して、本モデルを適用したときの計算領域を示す。黒領域は干潟土壌、赤領域は製鋼スラグ投入領域を示す。干潟長4.5 m、最大高さ0.68 m、斜面勾配3/100、潮位振幅40 cm、波高10 mm、波周期0.8 sとし、実験条件と実際のマイクロコズム運転条件と同一とした。なお、製鋼スラグは脱炭スラグとし、溶出物Caの溶出速度はラボ実験データに基づいて境界条件として与えた。図(2)-42（下段）は、1カ月後の溶出物Caの濃度C*（規格化 $ 0 \leq C^{*} \leq 1 $ ）の空間分布を示したものである。スラグ投入エリアからCaが溶出し、やがて沖へ拡がっていく過程が再現されている。特に、潮汐流、波浪作用による流れに加えて、戻り流れの影響を付加した場合に、沖への移流・拡散が顕著となっており、波浪作用によって沖から岸方向に加えられる運動量によって陸側の水位が高まりそれを戻す流れの作用がスラグ溶出物の土壌内での沖側への物質輸送及び海水中への拡散に大きな影響を及ぼしていることがわかった。

図(2)-43は、各モニタリングポイント（Pt.8、11、15、16）について、溶出物の濃度C*の時間的化を調べたものである。赤線は潮位、波浪および戻り流れの影響を考慮した場合、黒線は潮位と波浪による影響を考慮した場合を示す。スラグ投入地点近傍のPt.8では両ケースに差は見られないものの、沖側測点Pt.11及び15では、戻り流れを考慮した場合において、急激に濃度増加が見られ、その後、約10日後の濃度C*はほぼ定常状態に達していることが分かり、スラグからの溶出物による濃度変化は比較的短期間に安定に達することがわかった。一方で、スラグからの溶出物は長期的には減少してくるが1か月程度では土壌内濃度の減少を引き起こすところまではいかないこともわかった。

潮位と波浪を考慮した場合 潮位と波浪と戻り流れを考慮した場合

図(2)-42 カルシウム濃度の空間分布（上段：3日後、下段：1か月後）
図(2)-43 各モニタリング点におけるCa濃度の時系列変化

## (3) 潮間帯への敷設を想定した脱炭スラグを活用して造成した干潟環境と生態系(干潟マイクロコズム I I)

炭酸化した脱炭スラグによるマイクロコズム試験における、コーン圧入試験により測定した造成干潟の土壌硬度を図(2)-44に示す。ケイ砂区では常に土壌硬度指数は0 mmであった。一方、スラグ区では最大28 mmまで上昇したものの、その後は生物生息が可能な値まで下降しつつある。予備的に同様に作成した炭酸化脱炭スラグのみを干潟マイクロコズムに一部に設置した土壌硬度をモニタリングした際には土壌硬度の上昇は見られていないことから、浚渫土との混合時に、ミキサー壁面との摩擦が生じ、スラグ表面に形成した炭酸カルシウム被膜が剥離したことが原因ではないかと考えられる。炭酸化した脱炭スラグの干潟への利用においては今後この原因を究明する必要がある。

図(2)-45に実験開始後3ヶ月までの底生動物の生物量を示す。スラブ区では2ヶ月目までは底生生物の現存量は小さかったが、3ヶ月目にはホトトギスガイやイトゴカイが増殖し、ケイ砂区より高い値を示した。ケイ砂区では1ヶ月目に高い底生生物量を示したがその後小さな値となり、植種した底生生物が十分分散していなかったために局所的な高い値を拾った可能性がある。3ヶ月目までの結果両区とも初期植種の影響が考えられることもあり継続的なモニタリングが必要である。

以上より脱炭スラグは、表面の炭酸化処理を行うことでアルカリの溶出、および固化の抑制が可能である一方で、その取扱いと安定性に課題がある可能性があり、今後十分な検討が必要である。
時間[月]

図(2)-44 実験期間中の炭酸化脱炭スラグ区(DCS+DS)およびケイ砂区(SS+DS)の造成干潟の土壌硬度（コーン圧入試験）の変化

(a)

(b)

図(2)-45 実験開始後3ヶ月までの炭酸化脱炭スラグ区(a)およびケイ砂区(b)の底生動物の生物量

## (4) 潮下帯への敷設を想定したスラグを活用して造成した藻場環境とアマモ生育

## 1 ）アマモの根の活着力

引き抜き抵抗試験の結果を図(2)-46に示す。浚渫土を0、8、50、100%の割合（100%は浚渫土のみ）で脱リンスラグに混合した場合、スラグ区、ケイ砂区共に引き抜き抵抗値は約0.3kgと一定の値を示したが、20～40%においてはスラグ区がケイ砂区より明確に高い抵抗値を示した。脱リンスラグでは浚渫土20%では0.569kg、30%では0.613kg、40%では0.587kgを示し平均として約0.590kgの抵抗値であったのに対し、ケイ砂の平均は約0.347kgとなった。また、脱リンスラグはアルカリを溶出する性質を有するため、土壤内の化学環境の悪化により根腐りや枯死といった現象が懸念されたが、これらの負の現象は確認されなかった。また、アマモの生育に影響を及ぼさない範囲での脱リンスラグの比重の大きさや一定の固化が根の活着にプラスに働いた可能性がある $ ^{14} $ 。
図(2)-46 脱リンスラグ・ケイ砂と浚渫土の混合率ごとの引き抜き抵抗試験の結果

## 2 ）海水温の違いによるアマモの光合成活性試験

海水温上昇に伴うアマモの光合成量子収率（Qy値）の推移のグラフを図(2)-47、図(2)-48に示す。いずれの系列においてもアマモのQy値は20℃から30℃にかけて低下傾向を示した。20℃から30℃にかけてのQy値の低下率をまとめたグラフを図(2)-49に示す。浚渫土の混合率が0%では脱リンスラグがケイ砂よりも低下率が大きかったが、浚渫土を混合することによってケイ砂と同等、もしくはケイ砂よりも低下率が小さかった。また、天然土壤を用いた際は約40%の低下を示したのに対し、脱リンスラグに浚渫土8%から40%混合した混合土壤では約30%の低下率となり、Qy値の低下が少ない結果となった。このことから混合率によっては温度上昇に対する耐性が天然土壤よりも優れていることが示唆された。

図(2)-47 海水温上昇に伴うアマモの光合成 量子収率（Qy値）の推移（脱リンスラグ）

図(2)-48 海水温上昇に伴うアマモの光合成量子収率（Qy値）の推移（ケイ砂、浚渫土、天然土）
図(2)-49 各浚渫土混合率における20から30℃の温度変化に対するQy値の低下率

発芽数の推移（約2ヶ月間）を図(2)-50、51に示し、発芽の様子を図(2)-52に示す。培養1か月弱で発芽が始まり、2日毎に1～3株ずつ発芽した。発芽試験を開始して47日が経過した時点では、ケイ砂区よりも脱リンスラグ区の方が発芽数が高い結果となった。ケイ砂区での発芽数の平均は9.5株であったのに対し、脱リンスラグ区の場合は17.8株であり約2倍であった。また、浚渫土のみにおいても発芽率は13株と高い値であった。

図(2)-50 スラグ区における発芽数の経日変化 図(2)-51 ケイ砂区における発芽数の経日変化
図(2)-52 発芽後の様子

## 3 ）小規模藻場試験

未洗浄スラグと浚渫土の混合土壌および1日洗浄スラグと浚渫土の混合土壌の間隙水のpHの変化を図(2)-53(a)(b)に示す。脱炭スラグを用いた混合土壌では、未洗浄および1日洗浄のいずれにおいても間隙水のpHは非常に高く、未洗浄脱炭スラグ85.7%のpHは移植直後で11.4に達した。脱炭スラグ85.7%と66.7%の混合土壌では、未洗浄および1日洗浄の両方で、実験開始1日後に土壌が固化しため、間隙水のpHの時間変化は測定できなかった。一方、脱リンスラグを用いた混合土壌での実験開始初期のpHは9.0～9.5となったが、実験開始後2ヶ月後には洗浄処理の有無に関わらずpHは8.7程度に低下した。

未洗浄の脱リン、脱炭スラグと浚渫土の混合土壌の2.5ヶ月（74日）後の土壌硬度を図(2)-54に示す。脱炭スラグと浚渫土の混合土壌では、いずれの試料においても脱リンスラグ混合土壌や浚渫土100％土壌と比較して土壌硬度が極めて大きく、固化が認められた。

(a)

(b)

図(2)-53 未洗浄(a)と1日洗浄スラグ(b)の混合土壤のpHの変化
図(2)-54 未洗浄スラグと浚渫土の混合土壌の74日後における土壌硬度

未洗浄のスラグ（脱炭と脱リンスラグ）と浚渫土の混合土壌、および1日洗浄したスラグと浚渫土の混合土壌それぞれに移植したアマモ株数（初期株数6本、2系統の平均）の経時変化を図(2)-55(a)(b)に示す。未洗浄脱炭スラグ100%の土壌における移植後1.5ヶ月後のアマモ平均株数は2本以下であり、アマモ移植後約2ヶ月後では実質上ほぼすべてのアマモが枯死した。脱炭スラグを1日洗浄した場合についても同様の結果が得られ、洗浄による効果は乏しいと推察される。未洗浄脱炭スラグ66.7%および85.7%の混合土壌では、アマモ株数は移植後2ヶ月目までは初期株数（6本）を下回り、その後、増加した。

一方、未洗浄脱リンスラグでは、すべての混合割合において、移植2ヶ月後まで株数の変化は見られず、その後、増加した。また、浚渫土100%の場合では、移植2ヶ月後から増加し、4ヶ月後では初期株数の2倍以上（14本）となった。1日洗浄脱リンスラグと浚渫土の混合土壌では、移植後2ヶ月目までは混合比86.7%および66.7%でやや株数の増加が認められ、4ヶ月目では脱リン100%の株数は7本、85.7%で9.5本、66.7%で11.5本となった。1日洗浄脱炭スラグの混合比86.7%と66.7%では、移植後2ヶ月目までは初期株数からほとんど変化は認められず、4ヶ月後ではスラグ混合比85.7%の株数は7本、66.7%で10本となった。

未洗浄スラグと浚渫土の混合土壌および1日洗浄スラグと浚渫土の混合土壌に移植したアマモの最大葉長の経時変化をそれぞれ図(2)-56(a)(b)に示す。前述したように、脱炭スラグ100%に移植した場合はほぼすべてのアマモが枯死した。アマモ移植後4ヶ月後において、枯死寸前の状態で残存していたアマモ最大葉長は、未洗浄の脱炭スラグ100%の場合で39.5cm、1日洗浄の場合で10cm以下（7.5cm）であり、他の混合土壌と比較して有意に短かった。また、脱炭スラグの割合が85.7%と66.7%では、洗浄処理の有無に関わらず、移植後2ヶ月以降の最大葉長は、他の混合土壌の最大葉長を下回っていた。

実験開始5ヶ月後における土壌表面積230cm²あたりの底生生物の種類数と個体数を図(2)-57、58に示す。固化した脱炭スラグ85.7％と100％の混合土壌では環形動物は認められない。同じく固化した脱炭スラグ66.7％混合土壌では環形動物（多毛類のCapitella sp.）が認められ、これはこの
土壌で比較的アマモ株数が多かったことによると推察される。個体数では全ての土壌で節足動物のアリアケドロクダムシが優占した（表(2)-5）。未洗浄スラグと浚渫土の混合土壌では、浚渫土100％と比較してほぼ同等の底生生物が出現したと判断される。

(a)

(b)

図(2)-55 未洗浄(a)と1日洗浄スラグ(b)の混合土壌のアマモ株数の経時変化

(a)

(b)

図(2)-56 未洗浄(a)と1日洗浄スラグ(b)の混合土壤のアマモ薬長の経時変化
図(2)-57 土壤中の底生生物の種類数

図(2)-58 土壤中の底生生物の個体数

(種の表記は図(2)-58と同じ)

表 $ (2)-5 $ 優占種の個体数

門	種名	脱炭+
浚渫±33.3%	脱炭+
浚渫±14.3%	脱炭
100%	脱リン+
浚渫±33.3%	脱リン+
浚渫±14.3%	脱リン
100%	浚渫±
100%
環形動物	キャピテラ	1	0	0	4	2	1	2
軟体動物	ニシキウズガイ	0	4	0	4	8	3	4
ブドウガイ	5	4	6	7	7	0	2
節足動物	モズミヨコエビ	6	9	7	5	9	9	1
アリアケドロクダムシ	528	172	388	212	276	252	328
トゲワレカラ	6	9	1	5	4	0	4

底生生物を分析した平型バット内のアマモ株地上部を全て採取し、アマモ葉上付着微細藻類の種類数と個体数を計数し、図(2)-59(a)(b)に示す。付着藻類は、種類数と細胞個体数共に珪藻が優占した。土壌間で種類数に大きな違いはないのに対し、個体数は脱リンスラグ66.7％と85.7％の混合土壤で他の土壤と比較して大きな値を示した。アマモ付着動物では、図(2)-60(a)と(b)に示すように全ての土壤において節足動物が種類数、個体数共に優占し、脱リンスラグと浚渫土の混合土壤における個体数が他の土壤と比較して大きい傾向にあった。
(a)

(b)

図(2)-59 アマモ1株あたりの葉上付着微細藻類の種類数(a)と個体数(b)

(a)

(b)

図(2)-60 アマモ葉上付着動物の種類数(a)と個体数(b)

## 4 ）薬場マイクロコズム試験

図(2)-61(a)(b)(c)は、各混合土壌について、それぞれ表面から1、6および12 cmの深さにおける間隙水pHの経時変化を示す。脱リンスラグ区のpHは実験期間中を通してケイ砂区や浚渫土単独土壌と比較して高く、スラグ混合比が大きいほど高い。特に、スラグ85と92%土壌の下層（-12 cm）のpHは、変動が認められるものの1年間を通してほぼ9以上であった。しかしながら、表層（-1 cm）におけるスラグ混合土壌のpHは実験開始時の8.5前後から時間の経過と共に低下し、約1年経過後ではスラグ92%土壌を除いて海水とほぼ同じ8前後となった。
(a)

(b)

(C)

図(2)-61 実験土壤の深さ1cm(a)と6cm(b)および12cm(c)におけるpHの経時変化

実験土壤に移植したアマモの葉長上位6～8本の平均葉長（初期葉長40 cm）の経時変化を図(2)-62(a)に示す。アマモは移植直後から急速に成長し、移植1ヶ月後では全ての土壌において葉長約70 cmに達した。1ヶ月後以降では、土壌の違いにより葉長に差が認められるようになり、ケイ砂92％とスラグ70％以上の混合土壌における葉長はアマモ繁茂期にあたる2013年6月においても70～100 cmと僅かな増加であるのに対し、スラグ25％とケイ砂85％以下の混合土壌および浚渫土単独土壌のアマモは更に成長を続け、特にスラグ25％土壌では6月に葉長約160 cmまで成長した。アマモ衰退期にあたる7月以降では、全ての土壌で葉長は次第に短くなったが、水温が低下する11月以降において再び成長する傾向を示し、特にスラグ25％土壌で成長が大きい。

図(2)-62(b)はアマモ株数（初期株数80本）の経時変化を示す。移植1ヶ月後までは株数に変化はないが、その後、株の分枝により全ての土壌において株数が増加した。しかしながら、株数の増加には土壌により大きな差があり、ケイ砂92％とスラグ85％以上の土壌では最大約120本であるのに対し、ケイ砂70と25%、スラグ25%土壌および浚渙土単独土壌では2013年5月に初期株数の2倍以上の170～190本まで増加した。その後のアマモ衰退期では、葉長と同様に株数も次第に減少したが、12月以降において再び増加傾向が認められ、特にスラグ25%土壌で最も増加した。

アマモの成長と深く関連する間隙水中の栄養塩として、溶存態無機窒素濃度（DIN）とリン酸態リン（PO_{4}-P）の経時変化を図(2)-63(a)(b)に示す。DINはアマモ移植初期ではケイ砂、脱リンスラグ共に浚渙土混合比の高い土壌で高い傾向であるが（深さ6 cmで最高約800 μM）、2013年6月には全ての土壌で急激に減少した（深さ6 cmで最高約100 μM）。一方、PO_{4}-Pの経時変化もDINとほぼ同じ傾向であり、DINとPO_{4}-P共に、アマモの生育に取り込まれたと推察される。
(a)

(b)

図(2)-62 実験土壤に移植したアマモの平均葉長(左)と株数(右)の経時変化

(a)

(b)

図(2)-63 実験土壌間隙水中のDIN(a)とPO_{4}-P(b)の経時変化

2013年4月～7月に計測したアマモ薬の1日あたりの成長速度の平均を、図(2)-64に示す。1日あたりのアマモ薬の成長速度は、全体で見れば1～1.5 cm²であり、これは仮にアマモ薬の幅が1 cmであるとすれば、1日に1～1.5 cm伸びたことになる。ケイ砂混合土壌では、アマモ薬の成長速度は浚渙土の混合比の大きさに関わらずほぼ同じであり、浚渙土100%土壌の値と同等である。一方、脱リンスラグ混合土壌では、浚渙土の混合比が大きいほど成長速度が大きい傾向であり、スラグ70%土壌で浚渙土100%土壌とほぼ同じ成長を示し、さらに、スラグ混合比が25%土壌では浚渙土100%土壌と比較しても成長が大きいという結果を示した。
図(2)-64 アマモ葉の1日あたりの平均成長速度

実験開始約4ヶ月後における土壤表面積95 cm²あたりの底生生物の種類数と個体数を図(2)-65(a)と(b)に示す。底生生物の種類数では最大4種類、個体数では最大11個体であり、実験開始4ヶ月後ではまだ底生生物の出現は少ない。全ての土壤で出現したのが節足動物であり、ドロクダムシとカマキリヨコエビが多数を占めた。続いて多いのが環形動物の多毛類であり、土壤の違いによる生物の生息状況に大きな違いは認められない。実験開始4ヶ月後では、底生生物の出現し始める初期段階と推察される。

図(2)-65 実験開始約4ヶ月後における底生生物の種類数(a)と個体数(b)
図(2)-66(a)(b)は、実験開始約1年後における土壤表面積95 cm²あたりの底生生物の種類数と個体数を示す。底生生物の種類数では最大10種、個体数では最大22個体であり、実験開始4ヶ月後と比較して2倍程度まで増加した。4ヶ月後では節足動物と環形動物がほとんどであったが、1年後では軟体動物の二枚貝（ブドウガイ、ホトトギスガイ、シズクガイ）が多く生息するようになった（表(2)-6）。天然海水中のこれら二枚貝の幼生が実験水槽内に流入し、全ての土壤で定着、成長したと推察される。

(a)

(b)

図(2)-66 実験開始約1年後における底生生物の種類数(a)と個体数(b)

表(2)-6 実験開始約1年後における底生生物優占種の個体数

門	種名	脱リン+
浚渫±75%	脱リン+
浚渫±30%	脱リン+
浚渫±15%	脱リン+
浚渫±8%	ケイ砂+
浚渫±75%	ケイ砂+
浚渫±30%	ケイ砂+
浚渫±15%	ケイ砂+
浚渫±8%	浚渫±
100%
環形動物	サシバゴカイ	1	1	1	0	2	1	3	2	3
軟体動物	ブドウガイ	3	2	4	3	7	5	1	9	4
ホトトギスガイ	0	3	3	9	10	3	4	1	3
シズクガイ	6	5	3	3	1	0	3	9	0

実験開始約1.5年後（2014年1月下旬）におけるアマモ薬上付着微細藻類の種類数と個体数を図(2)-67(a)(b)に示す。付着微細藻類は、種類数と細胞個体数共に珪藻が優占し、種類数に大きな違いはないのに対し、個体数は脱リンスラグの混合土壌で大きな値を示した。アマモ付着動物では、図(2)-68(a)(b)に示すように節足動物が種類数、個体数共に大きく、脱リンスラグにおける浚渫土混合割合が大きい土壌において個体数が大きい傾向にあった。
(a)

(b)

図(2)-67 実験開始約1.5年後におけるアマモ1株あたりの葉上付着微細藻類の種類数(a)と個体数(b)

(a)

(b)

図(2)-68 実験開始約1.5年後におけるアマモ1株あたりの葉上付着動物の種類数(a)と個体数(b)

浅場にアマモ場を造成することにより、アマモ自体の一次生産にとどまらず、アマモ葉上や基盤土壌表面に一次生産を担う付着藻類が繁茂することで、沿岸域の物質循環が改善される可能性がある。Takai $ ^{12)} $ は安定同位体比を用いた研究により、浅海域では、海底付着藻類が担う一次生産が、浮遊性藻類が担う一次生産に匹敵するポテンシャルを持っていること、前者が後者よりも
効率よく物質循環に利用される可能性があることを明らかにしている。

付着藻類量の時間変化を図(2)-69に示すが、付着藻類の大半は珪藻類であった。また、2012年12月から1月にかけて、脱リンスラグ区およびケイ砂区の多くで付着藻類量が最大値を記録した。浚渙土100％の実験水槽では、付着藻類量が低下し始める時期が2ヶ月程度遅れたものの、脱リンスラグ区またはケイ砂区とほぼ同様の傾向を示した。また、同一混合比で比較した場合、本実験結果からは、脱リンスラグ区とケイ砂区の間で付着藻類量の時間変化に顕著な違いは認められなかった。

図2-69 付着藻類量の時間変化

単位：$\mu\mathrm{~g~}\mathrm{~cm}^{-2}$。縦軸のパーセントは、浚渫土の乾燥重量基準パーセント

## 5 ）薬場域における製鋼スラグの溶出シミュレーションモデルの構築

干潟において開発した数値シミュレーションモデルを藻場域に適用した事例を紹介する。計算領域は図(2)-70に示す通りである。計算領域中央に製鋼スラグ（脱リンスラグと浚渫土8%もしくは48%）を埋設し、潮位変動2.5 mを外力条件として与え、潮流を駆動させた。製鋼スラグから溶
出する物質はCa、Fe、 $ NH_{4}-N $ 、 $ PO_{4}-P $ とし、それぞれの溶出速度はミニコア実験（夏場）に合わせた。

図(2)-70 藻場域の計算領域

図(2)-71 は、浚渫土8%（点線）浚渫土48%（実線）における製鋼スラグ内部（表面付近）の各溶出物濃度の時間変化を示したものである。なお、縦軸の濃度は実験開始1日目の最上層の値で正規化している。また、図(2)-72および図(2)-73は各溶出物濃度の水平および鉛直分布（2日後）を示したものである。図より、浚渫土の割合によって、溶出物の溶出速度が大きく異なるため、その時系列変化と空間分布に大きな差がみられることが分かる。なお、浚渫土8%の場合は、まだ定常状態となっていないため、さらなる長時間シミュレーションが必要である。これらの図より、予めミニコアサンプルによる溶出実験データを境界条件として、本シミュレーションモデルを用いると、各種溶出物の時空間分布特性を把握できることが分かる。

図(2)-71 各溶出物濃度の時系列変化の比較（縦軸は初日の値で正規化）
図(2)-72 各溶出物濃度の鉛直分布の比較

図(2)-73 各溶出物濃度.水平分布の比較（縦軸は図(2)-71同様、初日の値で正規化）

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

製鋼スラグと浚渫土の混合土壌の干潟・藻場生態系の造成土壌としての特性を、基礎生産機能に及ぼす影響と生態系全体の構造に及ぼす影響の両面から評価し、生態系の評価結果を物質フロー、土壌環境の視点から解析した。

具体的には潮間帯の中央付近を想定した3/100傾斜の干満・波のある干潟をマイクロコズム内に再現し、評価を行った。一次生産という視点では、脱リンスラグ区では、ケイ砂区に比べ、造成初期の微細藻の増殖が顕著であったが、その後はケイ砂区と個体数、構成種に顕著な違いはないことが明らかとなる一方で、脱リンスラグ区では大型付着藻類であるアオサ類が顕著に繁茂した。土壌硬度の高いスラグ区での土壌の安定性が大型藻類の増殖を促したと推定された。また、使用した浚渫土が餌となりワレカラ属とゴカイ科が増殖したことが安定同位体分析から明らかとなり、浚渫土混合の効果が科学的に証明された一方で、スラグ区でケイ砂区と比較して表在性ベントスが多いことが示された。これらスラグ区とケイ砂区で共通して増殖する生物がいる一方で、スラグ区に特有に増殖したアオサなどの違いはスラグの密度がケイ砂と比較して大きく、一定の固化が起こったために土壌が安定したことが大きな要因であると推定された。この結果は、当初想定されたpH上昇などの溶出成分による化学的な環境の特異だけでなく、物理的な特性が形成される生態系に影響を及ぼすことが示された点で新しい知見である。ただし、この違いはマイクロコズム内の静穏かつ荒天などによる一時的な大きな攪乱のない条件下で起こった現象であり、実際の造成に当たっては一時的な大きな攪乱など土壌の物理環境に及ぼす現象を十分考慮する必要性を示せた点でも意義のある知見である。

潮下帯を再現したマイクロコズムにおけるアマモの生育試験からは、間隙水のpH上昇は起こったものの、脱リンスラグではスラグ単独でも固化は起こらずアマモが生育・成長し、さらに栄養塩を豊富に含む浚渫土の適当な混合によって好適な造成材料となることを示した。さらに栄養株の活着と種子の発芽試験においても、スラグ混合土壌の天然土代替としての有効性が示され、特に浚渫土30～40％の含有率のスラグ混合土壌が効果的であることという結果が得られた。
これらの結果を基に、干潟・藻場の造成に利用される製鋼スラグから溶出する物質の時空間的な動態と生態系に及ぼす影響を評価するための数値シミュレーションモデルを構築、干潟・藻場域に投入された製鋼スラグから溶出する各種物質濃度を予想できるツールを開発できた。

以上の結果によって、脱リンスラグを砂代替に用いて浚渫土と混合した土壌における生態系構造とその構造をもたらした要因が明らかとなり、特に土壌が安定しやすいことがスラグを用いた場合に特徴的な生態系が形成される要因になることが示され、薬場造成ではアマモの生育基盤として十分砂代替となり得ることが示され、特に浚渫土との適当な混合がアマモにとって成長、種子の発芽、高温耐性の面から好適な環境を準備することが明らかにできた。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない。

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

21世紀環境立国戦略では、豊穣の里海の創生をはじめとする自然の恵みを活かした活力檻れる地域づくりが重点的に着手すべき戦略の一つとして挙げられており、環境省の基本施策として干潟・薬場等の重要な生態系の保全と再生が掲げられている。しかし、平成10年の広島県での海底土砂の採取禁止に始まり、海底土砂の採取は瀬戸内海沿岸11県でほぼ全て禁止という状態であり、自然砂の採取に依存しない干潟・薬場等造成材料の開発が求められてきた。重要な選択肢として鉄鋼スラグ等リサイクル材の活用はこれまでも検討されてきたが科学的に不明な点も多く代替材と成り得ていなかった。本課題の成果により鉄鋼スラグの中でも有望な製鋼スラグを干潟・薬場の造成に用いる際に必要とされる科学的な知見を蓄積できたとともに浚渫土の混合利用の有用性を合わせて証明できたことは行政に対して有用な選択肢を提示できたと考える。特にスラグの化学成分を徹底的に評価し、スラグ使用における安心・安全に寄与し、高pHや固化といったスラグ特有の反応機構を明らかにし、制御する知見を示したうえで脱リンスラグと浚渫土の組み合わせで良好なアマモの生育・成長を確認するなど実用的な知見も得られ、沿岸再生において環境再生と資源再生がWin-Winの関係で進みうることを示したことは今後の環境行政に一つの方向性を提示できたと考える。

## 6 ．国際共同研究等の状況

特に記載すべき事項はない。

### 7. 研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（査読あり）>

1) Satoshi Asaoka, Tetsuji Okuda, Satoshi Nakai, Wataru Nishijima: ISIJ International, 53, 10, 1888-1893 (2013)

"Determination method for maximum calcium releasing potential from steel slags, marine sands alternatives in seawater"