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# (3)-2) 長江デルタの生活様式変化に伴う陸域負荷構造の変化に関する研究

名古屋大学 環境学研究科 劉 晨

平成21～23年度累計予算額：5,990千円 （うち、平成23年度予算額 2,995千円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨] 近年、長江デルタ地域では急速な都市化と経済発展が進行しており、それにともなう産業構造やライフスタイルの急速な変化は地域の炭素・窒素などの物質循環のバランスを崩し、環境資源へ大きな影響を与える可能性がある。本研究は都市化に伴う人間活動およびその変化がどれぐらい地域の窒素循環や水環境に影響を及ぼしているかを定量的に解明することを目的とした。そのため、まず、中国長江デルタ地域の都市部と農村部における1,650人を対象に、日常生活アンケート調査を実施し、食物から摂取する窒素の量、排泄物に含まれる窒素の排出ルートおよび生活排水の排出ルートを明らかにした。そして、メガシティである上海市を一例として取り上げ、窒素バランスモデルや産業連閥分析、統計解析などの学際的アプローチによって、農業活動、工業部門、家計消費から水域へ流出する窒素負荷量の時系列変化を推定した。その結果、(1)農地や農作の減少（域外へのシフト）によって化学肥料由来の河川への窒素負荷が減少していること；(2)自動車の増加により，大気からの窒素沈降量が増加し，地域窒素負荷源が化学肥料から大気沈降へシフトしたこと；(3)製造業からサービスへの産業の構造的变化、工場排水処理技術の改良および工場の外部への移転により、第二産業からの廃水による窒素負荷は2000年以降劇的に減少したこと；(4)農地からの窒素流出量が減少した反面、地表面や河道がコンクリートなど人工被覆で不浸透化したことによって都市域から水域への窒素流出量が増加したこと；(5)1980年には上海で生産した肉類や魚は同地域の消費量より多く，一部は域外へ移輸出していたが，2008年になると域外から移輸入することになったことが明らかとなった。また、上海という大都市だけを観察した場合には河川への潜在窒素負荷量は2000年以降減少傾向にあり、水質汚染問題は改善されているように見えるが、周辺地域を含む広範囲で考えると問題はむしろ拡大していると言え、新たな環境対策の提案が急務である。

[キーワード] 窒素フロー、現地調査、人為活動、都市化、水環境問題

### 1. はじめに

SCOPE（the Scientific Committee on Problems of the Environment）が21世紀における主要な環境問題として認めたように、窒素は人間活動が環境に与える影響力の重要な指標である。中国では、化学肥料使用量の急増により、中国長江流域の農業生態系から河川に輸送された潜在窒素負荷量が2000年には450万tに達し、1980年の2.3倍に増加した $ ^{1)} $ 。また、長江下流にある大通水文観測ステーションの経年観測によると、観測された硝酸塩の濃度は1968-1997年の間に約10倍に増加した $ ^{2)} $ 。さらに、湖やダム貯水池などでのアオコの異常増殖や沿岸域での赤潮が頻繁に発生し、人の健康
への悪影響や環境問題などを引き起こしている³）。農業活動だけでなく都市の活動も、河川や沿岸水域に対し、数々の人間の健康や環境問題を引き起こす窒素負荷の一因となる。例えば、地域が都市化されたとき、多くの植生や表土は道路、駐車場、歩道などのような不浸透性の表面で置き換えられるので、雨に含まれている窒素や、屋根、道路、地表に蓄積された窒素は排水路、下水道（雨水の排水管）や地下水を通って、最終的には河川、湖沼、貯水池、海に流される。また、都市化に伴い、食生活は穀物を中心とした食事から肉食を中心にするものに移りつつあり、肉類蛋白質の摂取量の増加によって、人間の排泄物に含まれる窒素含有量が増加している。しかし、下水処理施設の未整備や処理不十分であるため、大部分の生活用水は処理せずに直接河川へ放出されており、それに伴う窒素汚染が懸念される。また、肉類の生産は作物よりもエネルギーの転換効率が低く，その生産には大量の穀物を必要とする．さらに、家畜飼養規模の拡大により、家畜の排泄物が増加し、河川の窒素負荷量を増加させる原因となる。したがって、生活パターンの変化が地域の炭素・窒素などの物質循環のバランスを崩し、環境資源へ大きな影響を与える可能性が考えられる。しかし、既存の統計資料では、人間生活（食物消費状況や排泄物の排出ルールなど）の変化について地域ベースの信頼性の高い統計データが得られないため、窒素循環モデルにおける各パラメータ（例えば、一人当たり窒素消費量、人間の排泄物による環境への窒素負荷量など）は決定できず、生活パターンおよびその変化を窒素フローに反映することができない。一方、中国の都市化は1949年の10.6%から2009年には46.59%、前例のない水準で急速に増加している。都市の数は、1949年初頭の132から2009年の655まで増加した。さらに、2009年の中国都市開発報告書によると、中国人口の約50%は2020年までに都市に住み、その割合は2050年までに75%になるだろうと予測している。より多くの人々が都市部で生活するようになるので、都市部での活動は地域の物質フローにどのような影響を与えるかのよりよい理解を得る必要性がある。このような状況下で都市化に伴う人々の日常生活の変化をリアルタイムに把握し、モデリングすることにより、人間活動による窒素負荷量の変動及びそれが環境に与える影響を評価し、現場に相応しい対策の立案を検討して将来のシナリオ予測できる研究開発を行うことは極めて重要だと考える。

## 2 ．研究開発目的

都市化に伴う人間活動（産業構造、農業生産、日常生活）とその変化がどれほど地域の窒素循環や水環境に影響を及ぼしているかを定量的に解明することが本研究の目的である。そのため、まず、中国長江デルタ地域の都市部と農村部における1,650人を対象に、日常生活アンケート調査を実施し、食物から摂取する窒素の量、排泄物に含まれる窒素の排出ルートおよび生活排水の排出ルートを明らかにした。そして、メガシティである上海市を一例として取り上げ、1980-2008年の10年毎の人口や農業生産などの統計データや大気観測データや産業連関表や住民日常生活調査を元に、上海市における窒素収支に関するデータベースを構築し、窒素バランスモデルや産業連関分析や統計解析など学際的アプローチによって、農業活動、工業・サービス業部門、家計消費から水域へ流出する窒素負荷量の時系列変化を推定した。
### 3. 研究開発方法

## （1） 日常生活現地調查

日常生活現地調査は2009年10月-2010年3月に、上海華東師範大学の協力により、以下の3省11地域（図(3)-2)-1）在住の18歳以上の成人、それぞれ150人（計1650人）を対象にアンケート調査と聞き取り調査を実施した。調査先の詳細は以下の通りである。

■上海市（メガシティの代表として；内環・外環・農村）

· 内璟状線以内（市区）：普陀区、戸湾区，杨浦区，静安区

· 外環状線（新区）：浦东新区，闵行区

·農村：崇明县

■江蘇省：蘇州市（平野地域；都市・農村）、宜興市（丘陵地域あり；都市・農村）

■浙江省：嘉興市（平野地域；都市・農村）、湖州市（丘陵地域あり；都市・農村）

調査の内容は主に以下の4項目からなる。1項目目は被調査対象の基礎情報である。例えば、調査対象者の性別、身長、体重、職業、収入、戸籍性質（都市戸籍/農村戸籍）、教育レベル、日常活動強度などである。2項目目は食生活の現状及びその変化についてである。ここでは、まず中国食物成分表の分類によって主な食物を9種類47項目に分類し、調査票を作成した。そして24時間思い出し法によって調査の前日（朝、昼、晩）に摂取したすべての食物およびその量を調査対象者に思い出してもらい、調査票に記入してもらった。また、調査対象者に10年前と比べて、消費構造の変化、食生活の現状に満足しているかどうか、食卓について今後の希望などを尋ねた。3項目目では家庭排水の処理状況について下水道整備の状況、生活排水（洗濯、皿洗いなど）の排出方法及び自家用トイレの仕様、排出ルート、満足度などを尋ねた。4項目目では日常生活に関連する洗剤使用の現状及び10年前の状況について今回の調査対象者に尋ね、それらの状況変化を解析した。

図(3)-2)-1 調査先（土地利用図はAPEISより）

## （２）産業連関表による工業・サービス業からの河川窒素負荷量の推定

まず、国家統計局投入産出調査室によって公表された1997年、2002年、2007年の中国産業連関
表および中国環境統計年鑑を用いて、二次産業・サービス業のセクター毎の廃水・水質汚染物質（TN）排出強度（単位GDP当たりの排水・水質汚染物質の量）を計算した。そして、上海国家統計局投入産出調査室によって公表された1997年、2002年、2007年の上海産業連関表を用いて、二次産業・サービス業のセクター毎の廃水・水質汚染物質排出（TN）の量を計算した。また、本研究においてI-O表分類およびデータアクセシビリティの限界を考慮し、17の産業セクター（鉱業、食品製造業、繊維製造、皮革&毛皮製品、紙製紙業、石油製油、化学、非金属&金属製品、金属加工、金属製品、機械&電気&通信設備、電気&ガス&水の製品およびその提供、そのほかの製造業、建築業、運送&通信業、卸売&小売業、ほかの第三次産業）に分割して計算を行った。

## （３）データベースの構築

産業連関表や現地調査データ以外に、本研究に用いた主な統計、観測データおよびその出典を表(3)-2)-1に示す。窒素のソースとシンクの空間的パターンを分析するため、長江デルタ地域に対して1980-2008年の10年毎の農業統計データや気象観測ステーション等の観測データを地理情報システムと結合し、窒素収支に関する時空間データベースを構築した。

表(3)-2-1 本研究で用いた基礎データ

項目	単位	出典
農業統計データ	穀物、豆類、油料作物、コートン、糖料作物、蔬菜、果物、肉類(豚肉、牛肉、羊肉、鶏肉など)、卵、乳、水産品の生産量作物面積、水田面積、畑面積、耕地面积家畜(豚、牛、羊、鶏など)年末頭数年間1人当たり各食物消費量窒素肥料使用量	t ha head kg t	Shanghai Statistics Yearbook, 1981⁴, 1991⁵, 2001⁶ and 2009⁷)
人口	都市人口、農村人口	person	Shanghai Statistics Yearbook, 1981, 1991, 2001 and 2009
大気沈降	年間降水量、雨水中TN濃度	mm	Shanghai Meteorological Information Center, Shanghai Meteorology Bureau
土地利用	水田、畑、森林、草地、都市用地などの面積	km²	Liu et al. 2003⁸)

## 4 ．結果及び考察

## （１）アンケート調査の回収状況

調査員による面接調査であったため、回収率は9割以上であった（表(3)-2)-2）。

表(3)-2-2 アンケート調査の回収状況

上海市区	上海新区	崇明岛	蘇州市	蘇州村	宜興市	宜興村	嘉興市	嘉興村	湖州市	湖州村
調查數	150	150	150	150	150	150	150	150	150	150	150
回収數	140	140	135	145	143	147	142	140	137	145	135
有効回答數	120	120	124	139	133	143	125	119	119	120	129
## （２）被調査者の属性

被調査者の属性を表(3)-2)-3に示す。

表(3)-2)-3 被調査者の属性

上海市区	上海新区	崇明岛	蘇州市	蘇州村	宜興市	宜興村	嘉興市	嘉興村	湖州市	湖州村
性别	男性	58	41	44	25	80	68	83	57	58	58	80
女性	62	79	80	114	53	75	41	62	61	62	49
無回答	1
年齡	18～20歲	3	5	1	1	1
20～30歲	19	37	14	11	22	19	2	20	9	25	14
30～40歲	50	45	17	61	28	59	23	25	31	45	25
40～50歲	39	26	45	54	70	44	36	42	53	35	53
50～60歲	11	6	32	9	13	9	34	22	20	12	19
60～70歲	1	3	10	3	5	22	5	3	3	14
70歲以上	6	1	2	6	4	3	3
無回答	1
戶籍	農村戶籍	7	20	116	9	111	28	120	22	116	24	118
非農村戶籍	111	96	8	115	14	114	4	97	3	92	9
無回答	2	4	15	8	1	1	4	2
教育	小学校卒	11	18	21	1	34	10	47	3	35
中学校卒	7	24	74	17	41	25	61	31	58	44	61
高校卒	24	23	19	44	32	59	28	41	13	47	22
大学以上卒	89	60	4	71	28	58	37	24	5
未就学	9	1	1	1	1
無回答	2	7	10	1	2	5
世帯	1人	7	5	2	1	5	3	4	1
2人	22	19	24	10	2	14	16	19	2	6	10
3人	61	64	66	85	57	99	39	58	23	60	48
4人	13	14	16	30	37	17	20	25	23	27	39
5人	12	16	15	13	28	13	35	11	36	18	27
5人以上	3	2	1	0	9	0	9	3	35	4	4
無回答	2	1	1
家庭	1万元以下	1	30	1	6	2	9	9	5	9
1～2万元	9	11	36	10	28	8	29	12	6	13	46
2～5万元	13	37	39	46	53	37	63	26	45	55	50
5～10万元	32	27	17	52	30	51	17	48	44	33	17
10万元以上	65	43	2	25	10	45	6	24	24	11	4
無回答	2	5	6	1	3	3

## （３）食物から摂取する窒素の量

上海市を例として食物から摂取する蛋白質の量を図(3)-2-2に示す。1人あたり1日蛋白質摂取量は上海市市区では98.57g、上海市新区では84.61g、崇明島では68.14gであった。市区と新区では肉類から摂取する蛋白質が最も多く、25%以上を占めていた。穀物から摂取する蛋白質は両地域とも22%であった。一方、崇明島では、穀物から摂取する蛋白質は最も多く、32%であり、肉類からは18%であった。上海市は水産品や海産品が豊富な地域でもあり、魚類から摂取する蛋白量は中国全国平均（1割）より圧倒的に多く、すべての地域において、約2割となっていた。
図(3)-2-2 上海市における各食物から摂取するタンパク質の量

## （４）人間排泄物の排出ルート

家庭トイレ様式についての調査結果を図(3)-2)-3に、排泄物の排出ルートを図(3)-2)-4に示す。水洗トイレはすべての地域に普及していた。宜興市以外の都市部では下水道の普及により、ほとんどの人間排泄物が肥料として利用されずに、下水道に流されていた。一方農村部では、約5割の人間排泄物が肥料として利用されていることがわかった。

図(3)-2)-3 家庭トイレの様式
図(3)-2-4 排泄物の排出ルート

## （５）日常生活に関連する洗剤使用状況及びその変化

## 1 ）入浴設備・入浴頻度・入浴用洗剤使用状況及びその変化

入浴設備・入浴頻度・入浴用洗剤(シャンプー、リンス、ボディソープを含む)使用状況及びその変化について、都市部と農村部における現在と10年前の状況に関する調査結果を図(3)-2)-5に示す。

図(3)-2)-5 都市部と農村部の入浴設備の種類及びその変化(左:現在、右:10年前)

入浴設備の種類については10年間で都市部と農村部の入浴設備に有意な差が見られた。都市部でのシャワー所有者の割合は10年間で55.7％から75.4％ーセントへと急速に増加した。また、農村部でのシャワー所有者の割合は、10年前の13.9％から52.2％に、都市部よりもさらに大きく増加した。また、10年前も現在も農村部での入浴設備所有者の割合は都市部より上回ることがわかった。これは、農村部の居住面積は都市部より広いことに関係していると思われる。なお、農村部では入浴設備のない割合はまだ10％以上あり、生活水準の改善により、今後さらに増える可能性があると考えられる。

また、図(3)-2)-6は、都市部と農村部における10年間の液体洗剤使用量の変化を示す。
図(3)-2)-6 都市部と農村部におけるシャワーや入浴での液体洗剤使用量の変化 (左:現在、右:10年前;単位:ml/月/世帯)

図(3)-2)-6によると、都市部と農村部においては、入浴用液体洗剤の使用量が100ml/月/世帯以下の割合は減少し、100ml/月/世帯以上の割合は急増していた。100ml/月/世帯以上の割合は都市部では10年前の43.8%から現在の67.2%となり、農村部では、10年前の34.8%から現在の58.6%となった。また、農村部の500ml/月/世帯以上の割合は都市部より大きいことがわかった。これは農村部の一世帯あたりの人数が多いことが原因として考えられる。

図(3)-2-7に調査したシャワーや入浴の利用頻度の結果を示した。

図(3)-2)-7 都市部と農村部のシャワーや入浴の利用頻度の変化 (左:現在、右:10年前)

図(3)-2)-7に示しているように、シャワーや入浴頻度が大きく変化したことがわかった。「1日1回」と「週2-3回」の入浴割合はこの10年間で急速に増加する一方で、「週1回」、「月2回」、「月1回」の入浴割合は減っていることがわかった。都市部では「1日1回」と「1日2-3回」の合計が、10年前の51.8％から、76.4％となり、農村部では10年前の52.5％から84.2％となった。

## 2 ）洗濯方法・頻度・洗剤およびその変化

現地調査により、洗濯用洗剤の種類、洗濯方法と洗濯頻度について、以下のことがわかった。
## ①洗濯用洗剤の種類について

図(3-2)-8に示すように、10年前では洗濯用洗剤使用量のうち、石鹸の割合はもっとも大きく、都市部と農村部ではそれぞれの割合は38.9％と56.9％であった。現在では一般粉末洗剤の使用割合が大きく、都市部で46.2%、農村部で56.4%であった。また、都市部では、一般液体洗剤や濃縮液体洗剤の使用割合が10年前より大きく増加していることがわかった。10年前には一般液体洗剤や濃縮液体洗剤の使用はほとんどなかったが、最近では使用割合が4割弱を占めるようになった。さらに、10年前の非リン系洗剤の使用割合は現在よりも高かったことが注目される。

## ②洗濯方法について

図(3)-2)-9からわかるように、10年前は都市部でも農村部でも手洗いが主な方法で、都市部で46.2%、農村部で88.4%であった。生活水準の向上に伴い、手洗いの割合が減少し、洗濯機、特に全自動洗濯機の利用が多くなった。都市部での洗濯機の使用は80%程度であり、農村部では約50%である。全自動洗濯機の使用割合については、都市部では約32.1%であり、農村部では約17.5%であった。農村地域では手洗いによる割合はまだ5割となっており、今後所得の増加に伴って、洗濯機の利用はさらに増えていくであろう。

## ③洗濯頻度について

図(3)-2)-10は都市部と農村部の洗濯頻度及びその変化を示している。農村部の洗濯頻度は、過去10年間にあまり変化していなかったが、都市部では大きく変化した。「1日1回」及び「週に1度」の割合は過去10年間で増加している一方、「2日に1回」は急速に減少した。都市部のライフスタイルの変化を表しているものの、原因を追究するためには、より詳細な調査が必要だと考えられる。

図(3)-2)-8 都市部と農村部の洗濯用洗剤の種類及びその変化(左:現在、右:10年前)
図(3)-2)-9 都市部と農村部の洗濯機の種類及びその変化(左:現在、右:10年前)

図(3)-2)-10 都市部と農村部の洗濯頻度及びその変化(左:現在、右:10年前)

## 3 ）キッチン洗剤使用量、使用頻度及びその変化

図(3)-2)-11と図(3)-2)-12に都市部と農村部のキッチン洗剤使用量と洗剤使用頻度及びそれらの変化を示した。

図(3)-2)-11 都市部と農村部のキッチン洗剤使用量及びその変化

現在(左)、10年前(右)单位:ml/月/世帯
図(3)-2)-12 都市部と農村部のキッチン洗剤使用頻度及びその変化現在(左)、10年前(右)

図(3)-2)-11は、過去10年間のキッチン洗剤使用量の変化を示している。都市部と農村部の両方とも、キッチン洗剤の使用量は増加し、10年前にはそれぞれの平均値は110ml/月/世帯、57ml/月/世帯だったが、現在ではそれぞれ154/月/世帯、171ml/月/世帯となっている。都市部の1.4倍の増加に対して、農村部は3倍の増加となっている。また、「＜50ml」洗剤使用量の割合は減少して、「＞50ml」洗剤使用量の割合は急増していた。また、農村部においては「＞100ml」洗剤使用量の割合は都市部より高いことがわかった。

キッチン洗剤使用頻度及びその変化を図(3)-2)-12に示している。「使用しない」また「時々使用」の割合は減少している一方で、「いつも使用」の割合は急激に増加した。今後、特に農村地域において、経済の発展、世帯所得の増加、都市生活型への変化などから、キッチン洗剤使用はさらに増加するであろう。

## （６）上海市における生活様式変化に伴う陸域窒素負荷構造の変化

1980年から2008年までの10年毎の農業・工業・生活などの人間活動による上海水域への潜在窒素負荷量を図(3)-2)-13に示す。その特性は、次のように要約できる。

1）人為的反応窒素（すなわち、化学肥料、大気沈降、生物による窒素固定および輸入飼料と食糧）の平均合計投入は、1980年の $ 3.18\times10^{6} $ t-Nから、1990年には $ 3.48\times10^{6} $ t-Nに、2000年には $ 3.88\times10^{6} $ t-Nに増加したが、2008年には $ 3.23\times10^{6} $ t-Nに減少した。化学肥料窒素は、窒素負荷の最大要因であったが、1980年には $ 2.04\times10^{6} $ t-Nに、1990年には $ 1.98\times10^{6} $ t-Nに、2000年には $ 1.62\times10^{6} $ t-Nに、そして2008年に $ 1.10\times10^{6} $ t-Nに減少した。その一方で、大気沈降による窒素投入量は、1980年の $ 3.98\times10^{5} $ t-Nから、1990年には $ 4.97\times10^{5} $ t-Nに、2000年には $ 8.95\times10^{5} $ t-Nに、2008年には $ 9.94\times10^{5} $ t-Nに増加している。大気沈降量の増加は車の使用量の増加によるものと考えられているのに対し、化学肥料窒素の減少の主な要因は都市面積の拡大による農地面積・農業生産の縮小によるものである。

2）産業連関分析によると、工業、特に紙と紙製品の製造からの排水廃水による窒素は1997年の $ 21.2\times10^{5} $ t-Nから、2000年には $ 5.0\times10^{5} $ t-Nに、2007年には $ 3.64\times10^{5} $ t-Nへと劇的に減少した。その減少は製造業からサービスへの産業の構造的变化、工場排水処理技術の改良および工場の外部への移転によるものである。
図(3)-2-13 上海市における窒素フローの変動

3）2009年の日常生活のアンケート調査によると、一人当たりの食品からの一日の窒素摂取量は都市部で18.69 g·N、農村部で13.46 g·Nであり、有意な差があった。この値から、食生活による河川への直接的潜在窒素負荷量は、毎年およそ、都市部で一人当たり6.62 kg·N、農村部で一人当たり1.33 kg·Nと算出された。また、都市部の回答者は農村部の回答者より、肉、卵、魚、乳製品の消費が多かったが、穀物、豆類、野菜、果物の消費は少なかった。また、都市の回答者の食事は、農村の回答者の食事よりも、はるかに多様であることがわかった。ただし、総人口の89.3%は都市人口であり、農村人口は残りの10.7%であった。

4）農地からの窒素流出量が減少した反面、都市地域から地面や河川のコンクリートなど人工物被覆によって水域への窒素流出量が増加した。

5）輸入飼料や食品は増加しており、それは上海で消費される窒素は他の地域に、より由来するようになってきていることを意味している。また、窒素負荷量の多い家畜飼養のほとんどは、近年上海市農村地域から他地域へ移転される傾向にあり、それに伴い、窒素負荷量の移転も発生していると考える。

6）急速な人口増加と生活水準向上によって、家庭排水からの窒素負荷量が増加している。

7）漁業も一つの大きな窒素負荷源となっている。

8）河川への潜在窒素負荷量は2000年以降減少傾向にある。

1986-2007年の「上海市環境質量報告書」に発表された黄浦江上流水源地の水質状況（図(3)-2)-14）
によると、1990年以降はCOD（化学的酸素要求量）などの各指標は悪化傾向にあり、特にDO（溶存酸素，数値が低いほど水質が悪い）は低下傾向で、2005年以降は環境基準Ⅳ類にまで悪化した。 $ COD_{Mn} $ （過マンガン酸カリウムによるCOD）、BOD（生物化学的酸素要求量）、 $ NH_{3}-N $ は90年代後半に一度ピークに達した後、一旦は減少傾向になったが、2000年前半から再び増加傾向となり、2007年には， $ COD_{Mn} $ とBODは環境基準Ⅲ類に分類され、富栄養化の原因となる $ NH_{3}-N $ はⅣ類となった。いずれにしても上海市の生活用水の水源地の水質として望ましくない状況である。また、上海市統計年鑑によると、1999年以降、総GDPに占めるサービス業の割合は第二次産業を追い抜き、2008年には約6割を占めるようになった（図(3)-2)-15）。さらに、1996年以降、生活排水量は工業排水量を上回り、2008年には総排水量の80％を占めるに至っている（図(3)-2)-16）。つまり上海市では産業構造の変化により、「工業汚染」から人口集中・大量消費に基づいた「都市型汚染」へ変化しているといえる。なお、上海市にある集中型・分散型下水処理施設にて調査した結果では、窒素の除去率が50-70%、リンの除去率が70-80％となっており、中国国内では高い水準だが、富栄養化の防止には更なる改善が不可欠である。

図(3)-2-14 上海市黄浦江上流水源地の水質の経年変化

図(3)-2)-15 上海市GDP構成の経年変化

図(3)-2-16 上海市污水排出量の経年変化
図(3)-2)-17 上海市における各農生産物生産量・消費量

さらに、一部で汚染の深刻な工業（製紙業、化学工業など）は賃金高騰、上海市の汚染源抑制政策や産業構造変化などの影響を受け、周辺の中小都市、農村または域外へ移転している。また第二次産業だけではなく、食料も地元で生産せず、域外から移輸入する状況へと変化しつつあり（図(3)-2)-17）、窒素の負荷が大都市から中小都市、農村へ移転する「汚染転移」が発生していることがわかった。したがって、上海という大都市だけを観察した場合には、一見水質汚染問題は改善されているように見えるが、周辺地域を含む広範囲で考えると問題はむしろ拡大していると言える。

これらにより、この地域の新たな環境対策としては、(1)総合型流域管理、(2)点源汚染については下水の窒素・リンの高度除去処理や市民参加・節水社会の形成、(3)面源汚染については農村地域の「循環型社会」の形成が急務である。
## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

人間活動が農生態系窒素フローに及ぼす影響を定量的に解明することによって、さまざまな流域モデルについて現地に即したパラメータを用いた推定が可能となった。

## （２）環境政策への貢献

これらの研究は環境への影響評価だけではなく、地域の物質バランス、地域の環境政策および地域の持続可能な発展を検討するのにも極めて重要である。本研究の成果である河川への窒素負荷量の算出によって、生活環境の改善に深く関わる河川、湖沼、海等の富栄養化や水質汚濁などの原因解明及び対策の構築に応用できる。また、温室効果ガス（ $ N_{2}O $ ）の排出量を算定することによって、地球温暖化の影響評価にも応用できる。さらに、低窒素と低炭素は、本質的には同じ概念であり、地域の低窒素社会への検討は、「低炭素社会の構築」にも貢献できる。一部の成果を環境科学会やPlanet Under Pressure国際会議で発表したが、今後さらに本研究の成果を学会発表や国際シンポジウムを通じて、社会に向けて発信する予定である。

## 6 ．国際共同研究等の状況

中国上海華東師範大学生命科学学院（カウンターパート：Zou Chunjing）との共同研究により、現地調査を行った。

## 7 ．研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（査読あり）>

1） 劉晨、王勤学：環境科学会誌，23(4)，259-267(2010)

「中国農村地域における窒素フローの変動および水環境への影響評価」

2) Liu C, Wang QX, Yang Y, Wang K, Ouyang Z, Li Y, Li Y, Lei A, Yasunari T: Journal of the Science of Food and Agriculture, doi: 10.1002/jsfa.4725 (2011)

“Recent Trends and Problems of Nitrogen Flow in Agro-Ecosystems of China”

3) Wang QX, Xiao Q, Liu C, Wang K, Ye M, Lei A, Song X, Kohata K: Journal of the Science of Food and Agriculture, doi: 10.1002/jsfa.4607 (2011)

“Effect of reforestation on nitrogen and phosphorus dynamics in the catchment ecosystems of subtropical China: the example of the Hanjiang River basin”

4） 劉晨、王勤学、李全鵬、石村貞夫：環境科学会誌，accepted (2012)

「中国漢江流域における水環境に関する住民意識の調査－日本との比較検討を通して－」．

くその他誌上発表（査読なし）>

特に記載すべき事項はない。

（2）口頭発表（学会）

1) Liu C, Wang QX: The Second International Symposium on Sustainable Agriculture for Subtropical
Regions (ISSASR-2), ABSTRACTS 97-98, 15-18, Changsha, China (2010)

“Anthropogenic influences on nitrogen flow and water environment in agro-ecosystems of Changjiang River Basin”

## 2 ）劉晨：環境科学会2011年会，44（2011）

「上海市における窒素フローの変動及び富栄養化問題」

3）劉晨、王勤学、李全鵬、叶閔：環境科学会2011年会，44（2011）

「中国漢江流域における水環境に関する国民意識の調査－日本との比較検討を通して－」

4) Liu C: Global COE Program International Symposium "Progress in Clinical Environmental Studies for Asia", Nagoya, Japan (2012)

“Recent Trends of Nitrogen Flow with Urbanization in Mega-city Shanghai”

5) Liu C, Wang QX, Wang K, Yang Y, Ouyang Z, Lin Y, Li Y, Lei A: Planet Under Pressure 2012, London, UK (2012)

“Recent Trends of Nitrogen Flow of Typical Ecosystems in China”

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない。

## （４）シンポジウム、セミナーの開催（主催のもの）

特に記載すべき事項はない。

## （５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない。

## （6） その他

特に記載すべき事項はない。

### 8 \. 引用文献

1) Liu C, Watanabe M, Wang QX: Changes in Nitrogen Budgets and Nitrogen Use Efficiency in the Agroecosystems of the Changjiang River Basin between 1980 and 2000. Nutrient Cycling in Agroecosystems 80, 19–37 (2008)

2) Yan W, Zhang S, Sun P, Seitzinger SP: How do nitrogen inputs to the Changjiang basin impact the Changjiang River nitrate: a temporal analysis for 1968–1997. Global Biogeochem Cycles 17:2–9 (2003)

3) Zhang J, Zhang ZF, Liu SM et al: Human impacts on the large world rivers: would Changjiang (Yangtze River) be an illustration? Global Biogeochem Cycles 13:1099–1105 (1999)

4）上海市統計局：中国統計出版社（1981）「上海統計年鑑1981」

5) 上海市統計局：中国統計出版社 (1991)

「上海統計年鑑1991」

6) 上海市統計局：中國統計出版社 (2001)
「上海統計年鑑2001」

8) Liu J, Liu M, Zhuang D: Science in China Series D-Earth Sciences, 46, 373–384 (2003) "Study on spatial pattern of land-use change in China during 1995–2000"

7) 上海市統計局：中國統計出版社 (2009)

「上海統計年鑑2009」
(4) 東シナ海生態系保全に向けた長江流域圏及び海域環境管理手法の開発

(独) 国立環境研究所

地域環境研究センター 海洋環境研究室

越川 海・東 博紀

生物・生態系保全環境研究センター 生物資源保存研究推進室

河地 正伸

埼玉県環境科学国際センター

木幡 邦男

平成21～23年度累計予算額：47,569千円 （うち、平成23年度予算額：16,615千円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨] 東シナ海の環境・生態系の持続性確保のためには中国陸域からの栄養塩負荷量適正化が求められる。本サブテーマではこうした施策検討に必要な科学的知見を提供するため、海洋観測、室内実験に基づいた東シナ海流動・生態系モデルの開発を行った。海洋観測では、東シナ海陸棚域の生態系変調の兆しと考えられる渦鞭毛藻Prorocentrum dentatumの出現海域が長江希积水ならびにその境界海域であり、長江希积水の陸棚域への水塊輸送とP. dentatum出現の関連性を示唆した。大型培養槽を用いたP. dentatumの培養実験では、本種が日周鉛直移動を行う鞭毛藻であり、且つ下降時に密度躍層に集積する特性があることが明かとなった。これらの特性は、表層栄養塩の枯渇した東シナ海陸棚域において、P. dentatumが日周鉛直移動能を有しない植物プランクトン種に比べて、密度躍層下の栄養塩を優位に獲得して優占化しうることを示唆する。一方、現場海域におけるP. dentatumの集積はしばしば密度躍層内や直上よりもむしろ密度躍層下方に観測された。光学センサーによる硝酸塩ならびに剪断応力センサーによる乱流強度・鉛直渦拡散係数の鉛直プロファイルとP. dentatumの出現水深を詳細検討したところ、こうした観測点では密度躍層下の中層に鉛直渦拡散係数の小さな水塊が存在し、密度躍層下のP. dentatum出現水深の直下に硝酸躍層が形成され、底層からの栄養塩がP. dentatumの出現水深に影響を及ぼしていることが考えられた。東シナ海の流動・生態系モデルの開発では、培養実験で観測された海水と渦鞭毛藻の密度差による影響を考慮した渦鞭毛藻の鉛直移動式を導きモデルに導入したところ、東シナ海の渦鞭毛藻の鉛直分布特性の再現性が向上することが明かとなった。サブテーマ(3)-1)、(3)-2、(2)により解析・推計された長江流域圏からの汚濁負荷流出量を設定し、東シナ海低次生態系の応答再現計算を行った。その結果、初夏の東シナ海陸棚域の渦鞭毛藻赤潮は、春季の長江河口南部における赤潮が海流の季節変動により輸送されることが示された。現在の長江汚濁負荷推計値を根拠として仮想的な負荷削減を与えたところ、長江河口域や黄海で赤潮抑制効果が現れた。一方、陸棚の渦鞭毛藻への効果は限定的で、外洋起源の栄養塩供給に対する依存性の高さが示唆された。

[キーワード] 東シナ海、汚濁負荷、低次生態系、渦鞭毛藻赤潮、流動・生態系モデル

### 1. はじめに

近年、東シナ海の中国沿岸では赤潮発生が慢性化している。この原因として、1990年代以降の
中国経済の急速な発展に伴う陸域負荷増大が第一に疑われ、中国沿岸の環境劣化のみならず、日中韓の国際海域である東シナ海陸棚域への影響も危惧される。実際、我々グループがこれまでに実施した陸棚域海洋環境調査では、5～6月の季節に中国沿岸域の赤潮主要種である渦鞭毛藻（Prorocentrum dentatum）がクロロフィル a (以下、Chl.a)として高濃度（～50 μg/L）で観測された(図(4)-1)。陸棚域中央部における同種の高濃度発生の報告はこれまで皆無であり、我々の観測した現象は近年の東シナ海生態系変調の兆しである可能性が高い。

仮に東シナ海生態系の変調が生じており、またその第一の原因が中国陸域からの負荷であるとするならば、水産海洋資源を初めとする生態系サービスの持続性確保のためには、中国陸域負荷削減の必要性を国際的な認識として共有し、また施策の提案を行っていくことが求められる。しかしながら、

図(4)-1 陸棚域における高密度 P. dentatum 観測例（2007年6月・測点31）

東シナ海環境・生態系に影響を及ぼす要因は、中国陸域からの汚濁負荷増大の他、中国沿岸における大規模養殖、近海および陸棚域における水産資源乱獲、近年の水温上昇や陸棚縁込を流れる黒潮の蛇行など人為的なものから自然現象に至るまで幅広く、各々の事象について科学的知見に基づき、その因果関係を明確にしなければならない。

## 2 ．研究開発目的

本サブテーマでは、陸棚域の低次生態系の変調、特に渦鞭毛藻P. dentatumの優占化と陸域負荷の関連性を、観測データと観測した物理・生物素過程から構築した数理モデルに基づき解明することで、陸域負荷に対する東シナ海環境の影響予測が可能な長江流域圏・東シナ海統合環境管理モデルを開発し、国際的な枠組みにおいて陸域負荷削減対策等を提案するための科学的知見を提供することを目的とし、以下の研究を実施した。

(1) 陸棚域における硝酸濃度・乱流強度の鉛直プロファイル観測によるP. dentatum群集への栄養塩供給動態の把握

(2) 陸棚域における P. dentatum のバイオマスの定量評価、出現水域・環境特定

(3) 大型培養槽を用いた P. dentatum の日周鉛直移動特性の把握

(4) 東シナ海の流動・水質・底質モデルの開発・検証と陸域負荷変動の影響予測

## 3 ．研究開発方法

### (1) 陸棚域における硝酸濃度・乱流強度の鉛直プロファイル観測によるP. dentatum群集への栄養塩供給動態の把握

本研究期間内(2009～2011年)において本サブテーマでは、毎年6月に東シナ海の航海調査をサブテーマ(1)と共同で実施した。調査では水温・塩分・蛍光光度の鉛直プロファイル(CTDデータ)や多層採水による栄養塩濃度や植物プランクトン等の化学・生物データの取得に加え、藻類の増殖・集積に関与する乱流強度の詳密鉛直分布を明らかにするための微細乱流プロファイラTurbo
写真(4)-1 SY10航海における微細乱流プロファイラ(TurboMap-9、写真左)と硝酸塩鉛直プロファイラ(ISUS v3、写真右)観測

MAP-9 (JFEアドバンテック社製。以下、「TM」と称す。)による観測を実施した。また2010年以降の調査では硝酸塩鉛直プロファイラISUS v3（Satlantic社製、以下「ISUS」と略す）を導入し、栄養塩の鉛直構造を詳細に把握することにより、植物プランクトンへの栄養塩供給動態の把握を試みた（写真(4)-1）。ISUS導入以降の調査のうち、本研究で着目するP. dentatumの出現が顕著であったのは2010年6月18日～30日にかけて実施した水産庁照洋丸第1次航海（以下「SY10」と称す。）である。このため本報告では2010年に取得したデータ解析結果について記述する。

SY10では、図(4)-2に示す44の観測点

(測点01～測点44)を設定した。なお、

これらの測点のうち、測点12、18、39

では、それぞれ数日前あるいは数日後

に24時間以上の定点観測を実施した。

定点観測時の測点名は、順に09、23、

41である。ISUSは約1秒間隔のサンプ

リングレートでの計測であるため調

査終了後にCTDデータとの時間同期

を行い、さらに採水試料分析に基づく

出力信号の校正を行った。出力信号は、

採水試料の硝酸濃度変化に対してほ

ぼ一定の傾き（CV=±6％以内）であつ

たが、オフセット（切片）が紫外吸収

図4-2 SY10航海調査測点

●:P.dentatumの優占出現点、○:P. dentatum以外の藻類優占点、●藻類組成データなし・CTD観測等のみ実施点である。詳細については結果の節を参照。

スペクトル測定のための重水素ランプの累積点灯時間に対して対数的に変化する特性があることが明らかとなった。累積点灯時間を変数とする校正式を導出し、観測点の硝酸鉛直プロファイルを得た。

TM観測は測器を海面より約0.4m/sで自由降下させ、海底面より5～15m程度までの鉛直プロファイルデータを取得した。TMの観測項目は乱流シアー(サンプリングレート512Hz)、水温、塩分、蛍光光度、濁度およびDO(256Hz、2011年の観測に導入)であり、乱流シアーを除く項目についてはCTDデータとクロスチェックを行った。乱流シアーデータより、乱流エネルギー散逸率( $ \varepsilon $ )をスペクトル解析で求め、鉛直渦拡散係数( $ K_{z} $ )をOakey(1982) $ ^{1)} $ の方法で算定した。
### (2) 陸棚域における渦鞭毛藻(P. dentatum)のバイオマスの定量評価、出現水域・環境特定

陸棚域におけるP. dentatumの優占化の定量評価・解析は、2007年6月18～30日に水産庁照洋丸の東シナ海航海調査(図(4)-3。以下、「SY07」と称す。)で取得したデータを用いた。全52測点のCTD観測と半数以上の測点で鉛直多層採水を行い、多層採水試料から溶存態試料(栄養塩)、懸濁態試料(蛍光光度法およびHPLC-PDA法によるChl.aおよび補助色素)、植物プランクトン固定試料(種同定・細胞体積計測)を得た。明期観測点

図(4)-3 表層10m塩分、観測点、各測点の水塊分類黒塗の測点でP. dentatumが優占藻類として観察された。

においてはPAR照度観測を実施し、1%光補償深度 $ (Z_{e}) $ を求めた。暗期観測点の $ Z_{e} $ は、Chl.a濃度、濁度などの水質から光消散係数と光補償深度を推定するモデルを構築して求めた。

HPLCによる補助色素用の懸濁態試料は、17測点の表層、Ch1.a極大層および中間層から取得し、色素構成の因子解析を行って(CHEMTAX解析 $ ^{2} $ )：鞍点法により|S-CF|を最小化するFおよびCの組み合わせの決定。S、C、F：それぞれ色素濃度行列(分析値)、植物プランクトン濃度行列(推定値)、補助色素/Ch1.a行列(推定値)、Ch1.aに対する各植物プランクトン綱の寄与率(R_{A})を求めた。

以上のChl.a鉛直分布、 $ Z_{e} $ 、 $ R_{A} $ から綱毎の有光層Chl.aバイオマス（Chl_{A,E}）を得た。渦鞭毛藻および珪藻は固定試料を用いて細胞体積を計測し、Montagnes et al.(1994) $ ^{3)} $ の換算係数により種毎のChl.aに変換した。CHEMTAX解析と結合させることで調査海域のP. dentatum由来のChl_{A,E}を評価した。

### (3) 大型培養槽を用いたP. dentatumの日周鉛直移動特性の把握

東シナ海でのP. dentatum優占化のメカニズムの一つとして予想されたP. dentatumの日周鉛直移動能力の有無ならびに特性を評価するために、国立環境研究所設置の藻類大型培養槽（海水培地量1000L、水位約1200mm）にP. dentatumの槽内鉛直分布を計測するシステム（Chl.a蛍光検出器自動昇降システム）を構築し、本研究期間内に4回の培養実験を行った。本報告では2011年11月に実施した温度・塩分密度躍層条件におけるP. dentatumの日周鉛直移動について記述する。

藻類大型培養槽の上部2/3容積に95%黒潮表層海水（初期条件：水温=22℃、塩分=32.0、 $ NO_{3}-N=7.6\mu M $ 、 $ PO_{4}-P=0.24\mu M $ ）、下部1/3容積に100%海水で調整したMNK培地（初期条件：水温17℃、塩分=33.7、 $ NO_{3}-N=80.0\mu M $ 、 $ PO_{4}-P=2.78\mu M $ ）を導入し、密度躍層を構築した（密度差 $ \Delta\sigma T=2.56 $ 、培養槽底面から350mm高）。上層に東シナ海で単離したP.dentatumを初期濃度 $ 2.5\times10^{2} $ cells/mLで導入し、明暗12時間周期で培養を開始した（明期時刻0600～1800、明期表層照度 $ 50\mu E/m^{2}/sec $ ）。

毎日0900に鉛直5層から栄養塩、抽出Chl.a、検鏡用の試料を採取すると共に、培養槽内を約40mm/分で自動昇降する蛍光検出器（Turner Designs、Cyclops）によりChl.aの鉛直分布を連続的に計測した。培養は増殖停滞期に至るまでの18日間行った。また5日目1200に槽内水温を上層20℃、下層19℃に変化させ、8日目1200に初期条件に戻した。
（４）東シナ海の流動・水質・底質モデルの開発・検証と陸域負荷変動の影響予測

## 1 ）流動・水質・底質モデルの概要

本研究の流動モデルは一般によく用いられる連続式、静水圧・ブシネスク近似の運動方程式、及び塩分・熱輸送方程式で構成された準3次元解析モデルである。数値解法にはレベル座標(デカルト座標)系の有限差分法を用い、移流スキームには保存保証型のセミラグランジュ解法であるRCIP-CSL2 (Nakamura et al., 2001) $ ^{4} $ 、鉛直混合スキームにはMellor(2001) $ ^{5} $ のレベル2.5クロージャーモデル、海面フラックスの算定にはKondo(1975) $ ^{6} $ の手法、自由水面の追跡にはVOF法(Hirt and Nichols, 1981) $ ^{7} $ を採用している。また、寒候期の気象条件によっては渤海の一部は結水

図(4)-4 水質・底質モデルの構造

するため、本研究では海面の結氷・解氷過程をモデル化し、大気－海洋間における熱交換量を補正した。

水質・底質モデルは水中および底泥中におけるC-N-P-O循環を解析する構造(図(4)-4)になっており、低次水界生態系による一次生産，有機物の好気・嫌気分解、水質-底質の物質交換などの素過程が考慮されている。本モデルにおける植物プランクトンは、P. dentatumを想定した渦鞭毛藻、暖候期・寒候期それぞれにおいて優占化しやすい特性を有する珪藻の3種に大別されている。渦鞭毛藻については、後述の海水マイクロコズムで明らかになった渦鞭毛藻の密度躍層への集積特性に基づいて、海水と渦鞭毛藻の密度差による影響(浮力・抵抗力と重力の釣り合い)を考慮した鉛直移動式(Stokes' law)を導き、モデルに組込んだ。また本モデルには、陸棚域の水塊・水質形成に長江希积水がどの程度寄与しているかを明らかにするため、上記物質の他に数値トレーサを導入した。数値トレーサは水中における生成・消滅および沈降等が一切生じない仮想物質とした。

## 2 ）数値シミュレーション条件

解析対象領域は東経117～131度、北緯24～41度の海域とし、解析対象期間は2004～2010年とした。水平解像度は25×25分(概ね東西方向27km、南北方向28km)、鉛直方向は可変格子で22層(層厚2～250m)とした。海底地形のデータはJTOPO30 (MIRC)を使用し、渤海の一部については海図より読み取った水深を与えた。気象条件は2004年についてはJRA-25 (気象庁・電力中央研究所提供)および2005～2010年はJCDAS (気象庁提供)のT106ガウス格子の6時間値を使用した。水平方向の境界条件として、台湾暖流(流入条件、台湾海峡)、黒潮(流入条件、台湾島～西表島間)、黒潮(流出条件、薩摩半島～種子島間)、対馬海流(流出条件、対馬海峡)にそれぞれ1.1、11.0、9.3、2.8Svを与え、水温・塩分および各種水質については日本海洋データセンター(JODC)にて収録・公表されている1990年以降の各層測定データの統計値(水温・塩分は月別統計値)を与えた。数値トレーサについては、長江希积水(CDW)、黒潮(KSW)、台湾暖流(TWW)の3つの流入水塊のトレーサ濃度を1に設定した。

長江流域からの汚濁負荷流出量に対する東シナ海の水質・生態系の応答を明らかにするため、長江流域からの窒素・リン負荷量を次のとおり設定した。まず再現計算(CTL)では、サブテーマ3-1)
で算定された大通水文観測点より上流域からの流出量と長江河口・デルタからの流出量、すなわちSWATによる日別計算値と原単位法による汚濁負荷流出推定値(年間値、汚濁負荷発生量より流出率0.5を仮定して算出)を併せた値を汚濁負荷流出量とした。これを基準として、1980年代中頃のN負荷量を想定して、窒素・リンの負荷量を50％削減した条件の計算(NP50)、および窒素のみ負荷量を50％削減した条件の計算(N50)を実施した。

## 4 ．結果及び考察

（1）陸棚域における硝酸濃度・乱流強度の鉛直プロファイル観測によるP. dentatum群集への栄養塩供給動態の把握

SY10航海の全44測点（測点01～44）のうち、本研究で着目するP. dentatumが優占・準優占的に出現したのは陸棚央部と縁辺に位置する測点08、10、12（測点09）、24、27、39（測点41）、43の合計7測点（図(4)-2の赤丸で表示）であった。ここで優占・準優占的出現の分類は、Chl.a極大層試料のP. dentatum細胞数が植物プランクトン総細胞数の30%以上であることを条件とした。

水深10mの塩分水平分布を図(4)-5に示す。調査最西端の測点35は塩分30以下で長江淡

図(4)-5 SY10航海10m水深の塩分分布

水の影響が顕著であった。塩分は、東に向かって徐々に上昇し外洋水（黒潮分岐流）の存在する東経128度以東で34以上に達した。P. dentatum出現海域の水深10m塩分は概ね31～33で、SY07の解析結果と同様に長江起源水と外洋表層水の境界海域であった。

最西端の測点35から最東端の測点22までの測線（図(4)-2）の水温(a)、塩分(b)、Chl.a濃度(c)、浮力振動数N(d)、硝酸濃度 $ NO_{3}^{-} $ (e)、鉛直方向の硝酸濃度の勾配 $ d(NO_{3}^{-})/dz(f) $ 、鉛直渦拡散係数 $ Kz(g) $ の分布断面を図(4)-6に示す。浮力振動数は密度躍層の強さを表す物理量で水温・塩分から求めた。また図(4)-6の(d)～(g)では、Chl.a鉛直分布を測点毎に0～1の数値に規格化し、各測点の最大Chl.aの80％以上が存在した水深に印（図中の赤丸）を付した。この印は高Chl.a水の水深を示すと共に、Chl.aピーク幅の特徴を表す。例えば、測点42では水深20～21mにChl.aが集中し、且つ幅の狭い鋭いピークであることを示す。一方測点18では、水深18～33m間に相対的に高い濃度でChl.aが存在するが、その分布は幅広いことを意味する。

最西端の測点35から陸棚縁辺の測点13間では、水深20m以浅に浮力振動数の極大が見られ、強い密度躍層を形成していた。高Chl.a水深は、長江淡水の影響が最も強い測点35では密度躍層上の混合層内に出現したが、P. dentatumの出現頻度が高い測点39～12間では密度躍層の下方であった。密度躍層の弱い測点14以東の測点ではChl.a分布水深は深くなり、また鉛直方向の分布幅が広がる傾向が見られた。

測点35などの長江淡水の影響が強い海域では混合層内に長江淡水を直接的な起源とする硝酸（最大6μmol/L程度）が存在し、混合層内の植物プランクトン（測点35では珪藻が優占）への硝酸供給を担っていたと考えられる。一方、長江淡水の影響が弱まる測点39～12間の陸棚央部・縁辺
では混合層内の硝酸は全域に亘ってほぼ枯渇しており、植物プランクトンは長江淡水起源の栄養塩では維持されない。したがって、測点39～12の海域のP. dentatumをはじめとする植物プランクトンは、躍層下に5～15μmol/L濃度で存在する硝酸に依存していると考えられる。ただし、図(4)-6の(e)に示すように、硝酸の豊富な底層水は、密度躍層やその下の高Chl.a水深よりもさらに下方に存在し、P. dentatumのChl.aピークは、>1mmol/m^{4}の濃度勾配を有する硝酸躍層内あるいは直上に分布している。乱流シアーなどの実測値から求めた鉛直渦拡散係数は、高Chl.a水深の直下や硝酸躍層形成水深において他の水深（陸棚表層や底層に比べて小さな値（<2×10^{-4}m^{2}/s）が得られており、穏やかな混合過程が進む水深で植物プランクトン群が栄養塩を消費することにより、密度躍層とは異なる水深に硝酸躍層を形成させる原因となっていると考えられる。植物プランクトンの硝酸消費による濃度勾配の形成は鉛直上方への硝酸フラックスに対して正の効果を及ぼす一方、数μgChl.a/L程度の植物プランクトンの存在により硝酸躍層形成が観測されるのは、硝酸躍層水深の渦拡散係数が非常に小さく、硝酸濃度勾配形成による硝酸フラックス増加よりも、その水深における弱い混合が植物プランクトンへの硝酸供給の制限因子となっていることが示唆された。

密度躍層と硝酸躍層の間に高Chl.a水深が形成される現象に関連して、P. dentatumが優占的に出現した定点観測点（測点09-01～09-10）のデータを用い、窒素収支の解析を行った。この定点観測は図(4)-6の東西断面図の測点12と同じ緯度・経度において、6月20日から21日にかけて約30時間に亘って実施した。最大Chl.aは測点09-03の鉛直プロファイルで得られた水深23.5mにおける7.2μgChl.a/Lである。このChl.aピークに含ま

図(4)-6 SY10航海・測点35～22観測線断面図