Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
回帰した藻類細胞数(cell/g dry)

図(2)-10 底泥中の藻類細胞数と回帰した藻類細胞数の相関

## （４）２年間の嫌気暴露底質によるシードバンク機能劣化評価

藻類シードの嫌気的状况下における保存状況をみるため、2012年2月13日に採泥を行った底泥を用いて、好気保存と嫌気保存を行い、6ヶ月、1年、1年6ヶ月、2年保存を行い保存される藻類シード量の変化を見た。結果は図(2)-11に示したとおりで、愛知川沖と長浜沖ともに藍藻が最も多く観察された。

藍藻の保存状況をみると、好気保存では6か月後に半減するのに対して、嫌気保存では、愛知川沖、長浜沖ともに約80％が保存されていた。さらに、2年後の結果をみると、好気保存では、約20％しか保存されていないが、嫌気保存では約50％以上も保存されていた。一方緑藻でみると、長浜沖では好気保存において約20％が保存されていたが嫌気保存では約5％しか保存されていなかった。

また、保存した底泥を用いて行った回帰試験結果でも、回帰した藻類は藍藻が最も多く、2年後においても回帰する藻類種は愛知川沖と長浜沖ともに藍藻のみであった。

この結果から、藍藻は嫌気保存で保存されやすく、しかも2年間の長期的な保存にも耐えることができ、緑藻は好気保存で保存されやすく、長期的には保存されにくいことが示唆された。

## （５）シードバンク機能維持必須 DO 量の定量的評価

藻類シードの保存状況に直上水の溶存酸素濃度がどのようなかかわりがあるのか明らかとするため、底泥を保存した直上水のDOを変えて保存を行いシードの保存状況を調べた。2012年9月5日に採泥を行った底泥を用いて、藻類シード量の変化を見た。愛知川沖の結果を図(2)-12に、長浜沖の結果を図(2)-13に示した。底泥直上水のDOは、好気保存（DO：10.6mg/L）、微好気保存①(DO：7.7mg/L)、微好気保存②(DO：4.6mg/L)、嫌気保存(DO：0.7mg/L)であった。

1 年 6 ヶ月保存後の藻類シード数の変化を、6 ヶ月、1 年の経時変化と併せ図(2)-11,12,13)に示した。好気保存と微好気保存①では、6 ヶ月後の藍藻の細胞数が、約半数以下にまで減少するのに対し、微好気保存②と嫌気保存では、約7 割が保存されていた。さらに、1 年 6 ヶ月になると、好気保存と微好気保存①では、約20%以下にまで減少するが、微好気保存②と嫌気保存では、50%以上が保存されていた。
愛知川沖: 好気保存

愛知川沖:嫌気保存

長浜沖: 好気保存

長浜沖:嫌気保存

図(2)-11 2年間の嫌気暴露底質によるシードバンク機能劣化評価（上：愛知川沖、下：長浜沖）

また、珪藻においても細胞数は少ないものの、ほぼ藍藻と同様な結果が得られた。一方で緑藻は、好気保存で6ヶ月後に50％以上が保存されていたが、微好気保存 $ ^{①②} $ と嫌気保存では20％以下しか保存されていなかった。底泥を水封した直上水のDOが低いほど藍藻〓珪藻＞緑藻の順に保存率が高かった。

次に、回帰試験結果（図(2)-14）を見ると、好気攪拌条件による回帰試験結果では、藍藻の回帰細胞数が最も多かったのは、微好気保存②で1年後および1年6ヶ月後の両方で高い回帰率となった。さらに、嫌気静置条件で見ても、微好気保存②で6ヶ月、1年、1年6ヶ月で最も藍藻の回帰細胞数が多かった。

以上の結果から、藍藻は、嫌気状態で保存されやすく1年～2年の長期的な保存にも適応できることがわかった。特に微好気的な条件（DO：4.6mg/L）では、保存された藍藻シードが最も多く回帰することがわかった。

アオコが発生する湖辺域における、底質の低酸素化が藻類のシード数および藻類の回帰におよぼす影響は大きいと考えられた。

なお、本サブテーマにより得られた結果は、サブテーマ6総合解析「沿岸帯プランクトン量予測モデルの構築とシナリオ計算」に用いられた。
好気保存 DO $ 10.6 \pm 0.2 $ mg/L

微好気保存 $ ^{①} $ DO 7.7±0.2 mg/L

嫌気保存 D0 0.7±0.1 mg/L

図(2)-12 愛知川沖底泥における保存直上水の DO 別および底泥中の藻類細胞数

微好気保存 $ ^{①} $ DO 7.7±0.2 mg/L

嫌気保存 DO $ 0.7 \pm 0.1 $ mg/L

図(2)-13 長浜沖底泥における保存直上水の DO 別および底泥中の藻類細胞数
図(2)-14 長浜沖底質による好気保存、微好気保存①②、嫌気保存の藻類シードの回帰
## （６）藍藻の休眠細胞の発芽実験

琵琶湖では流れの少ない人工的湖岸において、藍藻によるアオコ現象を認めることが多い、このため、自然的湖岸の底泥と人工的湖岸の底泥を用いての休眠細胞の保存により、その発芽率の変化を求めるため、本実験を実施し、培地を用いた発芽率を求め保存底泥を評価するための基礎実験とした。

藍藻に属するアナベナの休眠細胞の発生培地について2種類の培地で検討した結果、有機物量の多いCT培地と少ないM11培地では、トリコーム細胞はどちらも増殖するが、CT培地が多くの休眠細胞を形成したのに対し、M11培地では、CT培地の2割程度しか休眠細胞が形成されなかった。これはトリコーム細胞の増殖に必須となる物質と休眠細胞形成に必須となる物質が異なる可能性を示唆していると考えられた。図(2)-15、図(2)-16、に発芽実験前後の同じ箇所の休眠細胞の様子を示す。

アナベナ休眠細胞の発芽前

アナベナ休眠細胞の発芽後 糸状体の形成が認められる。

図(2)-15 アナベナアキネートの発芽実験前後の休眠細胞の様子

図(2)-16 アナベナのアキネート (矢印は発芽後のアキネート)

図(2)-17 アナベナアキネートの保存条件の違いによる発芽率(%)

発芽前は、Anabaena macrospora の休眠細胞のみが確認できるが、1 週間後には、発芽した休眠細胞の透明な外殻とともに、糸状体の Anabaena macrospora の栄養細胞が確認できた。図(2)-17 に CT 培地で形
成させた休眠細胞の発芽率を示した。20℃の保存条件を除くと、保存水温が高い程、発芽率が低下する傾向が確認でき、特に25℃，32℃の保存条件では、発芽が確認されなかった。また、同じ保存水温であっても、微好気条件で保存した休眠細胞が、好気条件で保存した休眠細胞の発芽率を2倍以上も上回った結果が得られた。以上の結果から、培地の違いによって休眠細胞形成量に大きな差が出ること、同じ条件で形成された休眠細胞でも、保存条件の違いによって発芽率に大きな差が生じることが明らかとなった。

## 5 ．本研究開発により得られた成果

## （1） 科学的意義

1）これまで底泥から回帰する植物プランクトンの研究は、ある特定の種類のみについて行われており、回帰する植物プランクトン種全てについての研究は行われてこなかった。このため、緑藻、藍藻、珪藻等綱別の回帰数を求めることで、植物プランクトンのシードバンク機能として底泥を評価する新しい手法となる。

2）底泥中の藻類シード量を直接顕微鏡で観察を行った結果、シルト分が多く、水分率の高い底質で保存され、砂質分の多い底質では、藻類シード量が少ないことが明らかとなった。この手法により、底泥の評価に活用できる。

3）サブテーマ2では、湖岸底泥から回帰してくる緑藻や藍藻、珪藻等の綱別の回帰数を求めることで、植物プランクトンのシードバンク機能として底泥を評価する新しい手法が確立できた。また、底泥の評価法として、2年間の嫌気暴露底質によるシードバンク機能劣化評価を行うため2年間嫌気条件に暴露させ、好気的条件で保存した底泥との比較実験を行うことで、嫌気化が藻類の回帰に与える影響についての評価が可能となった。

4）サブテーマ2では、採取した底泥を用い、シードバンク機能維持必須DO量の定量的評価として底泥保存直上水のDOを変えることで、微好気条件保存し底泥の比較実験を行った。この結果、底層部の貧酸素化が藻類の回帰に与える影響について評価を行い、微好気的な条件下で保存された底泥から藍藻が回帰し易いことが明らかとなり、沿岸帯の機能を考える上で重要な知見となった。

5）微好気条件で保存した Anabaena macrospora の休眠細胞が、好気条件で保存した休眠細胞の発芽率を 2 倍以上も上回った結果が得られたことから、これを用いた底泥の評価が可能となる。

## （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＞

サブテーマ 2 の研究成果により、琵琶湖北湖における自然的湖岸と人工的湖岸の底質の持つ藻類シードバンク機能の違いと、底層部の嫌気化が藍藻シードの保存に繋がることを明らかとしたことから、琵琶湖南湖の自然的湖岸と人工的湖岸の底質について、平成 26 年～28 年にかけて実態調査を行うこととなった。

## 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）>

矢島悠一、野村宗弘、一瀬諭、鈴木有咲海、西村修(2013)「Anabaena休眠細胞の大量形成・回収および発芽評価方法」日本水処理生物学会誌49（3）103-108 2013

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（学会等）

1）古田世子，池田将平，藤原直樹，一瀬論，田中仁志，馬場大哉，郡司房子，岸本直之：日本陸水学会第76回大会（2011）「湖沼底質のプランクトンを対象にしたシードバンク機能について(琵琶湖）」

2) 矢島悠一、野村宗弘、中野和典、西村修、一瀬論：日本水処理生物学会第48回大会（2011）「Anabaenaの休眠細胞に関する生理生態学的研究」講演要旨集 P43.

3）古田世子，池田将平，藤原直樹，一瀬論，田中仁志，馬場大哉，岸本直之，西村修：第46回日本水環境学会年会（2012）「琵琶湖沿岸帯における底泥からの植物プランクトンの回帰について」

4) 古田世子、廣瀬佳則、藤原直樹、一瀬論、田中仁志、馬場大哉、郡司房子、岸本直之、西村修：日本陸水学会第77回大会(2012)「琵琶湖と山の神沼の底質を用いた藻類のシードバンク機能について」

5) 古田世子、藤原直樹、一瀬論、田中仁志、馬場大哉、宮田直幸、岸本直之、西村修：第39回 環境保全・公害防止研究発表会(2012)「琵琶湖沿岸帯の底泥を用いた藻類の回帰実験結果について」

6) 古田世子、藤原直樹、一瀬論、田中仁志、馬場大哉、宮田直幸、岸本直之、西村修：日本水処理生物学会第49回大会(2012)「琵琶湖沿岸帯の底質を用いた藻類のシード保存状況について」

7) 古田世子、藤原直樹、一瀬諭、馬場大哉、岸本直之、西村修：第40回 環境保全・公害防止研究発表会(2013) 沿岸帯の機能評価②～琵琶湖沿岸帯における底質と藻類シードバンク機能の関係について～

8) 古田世子、藤原直樹、一瀬論、田中仁志、馬場大哉、宮田直幸、岸本直之、西村修：第48回日本水環境学会年会(2014) 琵琶湖における沿岸帯の機能評価—底質の保存条件と藻類シードバンク機能について—

## （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）

1）古田世子、廣瀬佳則、藤原直樹、一瀬論、馬場大哉、岸本直之、西村修：日本陸水学会第78回大会(2013）「湖沼における沿岸帯の機能評価について(5)-琵琶湖底質を用いた藻類のシードバンク機能について-」
## （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

1）矢島悠一，一瀬諭，野村宗弘，西村修：第46回日本水環境学会年会優秀発表賞（クリタ賞）(2012）「Anabaenaの休眠細胞の生理生態学的研究」

2) 矢島悠一、野村宗弘、中野和典、西村修、一瀬論: 日本水処理生物学会第 48 回大会 (2011) 「Anabaena の休眠細胞に関する生理生態学的研究」講演要旨集 P43. ベストプレゼンテーション賞

## 8 引用文献

1）一瀬諭，池谷仁里，古田世子，藤原直樹，池田将平，岸本直之，西村修（2013）琵琶湖に棲息する植物プランクトンの総細胞容積および粘質鞘容積の長期変動解析，日本水処理生物学会誌，49(2)，65-74.
## (3) 浅い富栄養化池沼の好気、嫌気条件におけるシードバンクのポテンシャルの把握

埼玉県環境科学国際センター

滋賀県琵琶湖環境科学研究センター

古田世子・廣瀬佳則・藤原直樹・一瀬諭

東レテクノ (株)

平成23～25年度累計予算額：5,200千円

（うち、平成25年度予算額：1,600千円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨] 沿岸帯は植物プランクトン(藻類)の供給源として機能し、そこから供給され、増殖した藻類は湖沼水質に大きな影響を及ぼすと考えられる。一方、湖沼の新たな環境問題として懸念される、富栄養化に伴う底層の溶存酸素低下や泥質化は、底質中に保存される藻類に悪影響を及ぼす可能性がある。本サブテーマでは、富栄養化が進行した湖沼のモデルとして埼玉県蓮田市山ノ神沼を用いて、今後の湖沼水質保全やプランクトン生態系機能の維持を考慮した底質環境のあり方や適切な底質環境を創造する手段についての提言を行うために実施した。まず、山ノ神沼において底層環境の調査を行った。その結果、山ノ神沼底質の炭素含有量(TC)及び酸化還元電位(ORP)を琵琶湖で有機化が進行しているとされる長浜沖底質と比較したところ、TCはそれぞれ6.8%・dry及び1.8%・dryであるのに対して、ORPはどちらも平均約90mVと同程度であることが明らかとなった。また、山ノ神沼の底層では夏季及び冬季に関わりなく、一時的に貧酸素状態になっている実態が明らかとなった。従って、山ノ神沼底層は、夏季は透明度の低下による酸素消費の卓越が理由に挙げられるが、透明度が改善する冬季においてもDO低下が見られたことから、すでに潜在的貧酸素環境にあるものの、水深の浅いことが幸いし、風によるかく乱等により底層の貧酸素化が解消されやすいものと考察された(図(3)-1)。

次に、山ノ神沼から底泥を採取し、密閉容器を用いて酸素(好気、嫌気)条件及び暴露時間等をパラメータと

した藻類回帰実験を行った。その結果、約2年間貧酸素状態で保存した底質からも光合成活性を有する状態で藻類が保存されることを確認した。また、貧酸素（DO 0mg/L）状態で100日間保存した底質からは藍藻が優占して観察された一方、好気（同＞6mg/L）状態で保存した底質からは緑藻、珪藻及び藍藻が観察できた。なお、微好気（同2～3mg/L）状態で保存した底質から珪藻が最も多く観察された。これらのことから、貧酸素状態は藍藻の優占化を引き起こす恐れがあるため、微好気の状態が最低限維持されることが望ましいと考察され、山ノ神沼の底質は、浅いことが幸いし、少なくとも微好気環境で維持されていると推察された(図(3)-1)。

図(3)-1 浅い富栄養湖沼における底層貧酸素状態の解消と底質の藻類シードバンク機能の維持イメージ図

[キーワード]

富栄養湖沼、貧酸素、藻類回帰条件、浅い水深
### 1. はじめに

近年、海域や湖沼等の新たな閉鎖性水域の問題として、底層水の貧酸素化による水圈生態系への影響が懸念されている $ ^{1,2)} $ 。底質の有機物量増加に伴う酸素消費量の増加が一因と考えられるが、琵琶湖を始めとする湖沼では、温暖化による湖水循環が減少することにより、底層の貧酸素化が懸念されている $ ^{2,3)} $ 。一方、琵琶湖では1989年以降、総細胞容積量で評価した植物プランクトン優占種の変遷は珪藻や緑藻が優占する藻類相に加え、渦鞭毛藻や褐色鞭毛藻、藍藻などが優占する藻類相へと移行していく傾向が認められた。さらに増加した種の中には寒天質状物質の粘質鞘を有しているものが増えてきたことが、COD成分の増加が環境基準の達成を困難にしている原因となっている可能性が指摘されている $ ^{4)} $ 。一方、このような湖沼における藻類相変化と、底層の貧酸素化との関連性は明らかになっていない。仮説として、湖沼底層の貧酸素状態が顕在化した場合において、底質の重要な機能の一つとして考えられる植物プランクトン（藻類）のシードバンク機能に影響を及ぼしている可能性がある。本研究では底質の有機化が進行したモデル湖沼として、埼玉県蓮田市にある山ノ神沼（面積約3ha）に着目した。山ノ神沼は夏季にはアオコが毎年発生しているが、緑藻や珪藻も優占種となる浅い富栄養湖沼（最深部水深約2m）であり、そこで得られた知見は琵琶湖沿岸帯の更なる有機化や全国で見られる富栄養化が問題となっているため池等の適用を想定している。

### 2. 研究開発目的

本研究は、湖沼における沖帯への藻類種の供給源としての沿岸帯の評価を行い、今後の湖沼水質保全やプランクトン生態系機能の維持を考慮した底質環境のあり方や適切な底質環境を創造する手段についての提言を行うことを目的として実施した。まず富栄養湖沼である山ノ神沼の溶存酸素量等水質及び藻類組成の季節変化を予備的に把握し、採取した底泥を用いて酸素量制御化での藻類回帰実験系確立のために予備検討を行った。次に山ノ神沼の水質及び藻類組成の季節変動調査、予備検討条件による藻類回帰実験、並びに貧酸素1年間暴露底質によるシードバンク機能劣化評価を行った。さらに貧酸素2年間暴露底質によるシードバンク機能劣化評価、山ノ神沼及び琵琶湖底質回帰試験結果の総合解析による底質のシードバンク機能維持必須DO量の定量的評価を行った。

### 3. 研究開発方法

## （１）浅い富栄養池沼山ノ神沼の季節的水質及び藻類組成変化の予備的把握

水試料は、ベイラーサンプラーを用いて水面から底質面直上10cmまで水柱状に採水した全層沼水及び底質面直上10cmの位置で採水した底層沼水の2種類である。それぞれChl-a、COD、全室素（T-N）、全りん（T-P）、藻類等を測定した。調査は平成23年6月から平成24年1月まで1回/月の頻度で行った。藻類の同定は埼玉県環境科学国際センターが、化学分析は東レテクノ株式会社が担当した。現場底層水の連続モニタリング調査はpHや溶存酸素量（DO）等を同時測定及びデータの連続記録が可能な多項目水質計を用いて行った。MS5センサー部が底質面直上10cmに位置するように固定設置して、山ノ神沼おける底層DOの日周及び季節変動を把握した。気象情報は山ノ神沼に最も近い距離に位置する気象庁測定所の観測データから、日照時間は熊谷地方気象台測定局、降水量及び風速は久喜地域気象観測所を利用した。

（２）山ノ神沼の底泥を用いた酸素濃度、水温及び光をパラメータとする藻類回帰実験系確立のための予備実験
予備実験に用いた底質は、平成23年6月に山ノ神沼から採取してよく混ぜた後、ビニール袋に密閉し、4℃暗所で保存しておいたものを用いた。浄水器で処理した脱塩素水道水3Lを満たした2個の3Lトールビーカーに底質等量加え、水とよく攪拌してから一時間以上静置して、底質を沈降させた後実験を開始した（図(3)-1）。光条件は、タイマー運転した萤光灯照明（約4,500lux）による12h/12h周期明暗条件又はアルミホイルを用いて完全遮光した連続暗条件の2条件を設定した（図(3)-2）。温度条件は同一とし、各ビーカー内の水温、pH及びDOは20分おきに多項目水質計（ハイドロラボ社製MS5）を用いて連続記録した。実験開始時から定期的に回帰した藻類を生物顕微鏡により観察した。

## （３）山ノ神沼の水質及び藻類組成の季節変動調査

山ノ神沼の沼心において水質モニタリングを行ない、実施回数は1地点×6回（平成24年5月から平成25年1月まで）、分析項目はChl-a、COD、全窒素（T-N）、全りん（T-P）、藻類である。

## （４）予備検討条件による藻類回帰実験、貧酸素１年間暴露底質によるシードバンク機能劣化評価

（4）予備検討案件による裸頻回帯実験、貫廃案1年間泰暱底貫によるシートハク機能労化評価予備検討条件を踏まえ、光条件が藻類の底質中からの回帰に及ぼす影響を評価した。光条件は、タイマー運転した蛍光灯照明（1,000lux[約15μmol/m²/s]、2,500lux[約47μmol/m²/s]）による12h/12h周期明暗条件（以下、明暗条件）又はアルミホイルを用いて完全遮光した連続暗条件（以下、暗条件）の3条件を設定した。探泥後、貧酸素状態で1年を経過した底泥を用いてシードバンク評価を行った。実験に用いた底質は、平成23年10月に山ノ神沼から採取した底質（表層1cm）をよく混ぜた後、ビニール袋に密閉し、4℃暗所で1年間保存しておいたものを用いた。浄水器（National製PJ-40MRF）で処理した脱塩素水道水800mlを満たした1Lトールビーカーに底質を80ml（湿重量約90g）加え、水とよく攪拌してから一時間以上静置して易沈降性底質を沈降させた後、実験を開始した。

## （５）貧酸素２年間暴露底質によるシードバンク機能劣化の評価

底質のシードバンク機能の評価は、昨年度までに開発した藻類の光合成活性を指標とする方法を用いた（図(3)-2）。本方法は藻類が光合成活性を有している場合には、照明下において藻類による炭酸同化作用（光合成）が行われ、DO及び水素イオン濃度(pH)は上昇することを原理としている。実験に用いた底質は、採泥器で採取した底質ケーキの表層1 cmまでの部分を削り取ってよく混ぜた後、ビニール袋に密閉し、4℃暗所で保存しておいたものを用いた。底質を採泥した地点の湖沼水800ml（0.45μmのメンブレンフィルターでろ過）を1Lトールビーカーに満たし、試料の底質80mlを加え、水とよく攪拌してから一時間以上静置して砂などの易沈降性の懸濁物質を沈降させた後、実験を開始した。光条件はタイマー運転した蛍光灯照明（2,500lux「約47μmol/m²/s」）による12hr/12hr周期明

図(3)-1 底質を投入して攪拌直後の様子

図(3)-2 本研究で開発した底質中の薬類シードの光合成活性評価システム
暗条件（以下、明暗条件）およびアルミホイルを用いて完全遮光した連続暗条件（以下、暗条件）で行った。温度条件は同一とし、各ビーカー内の水温、pH及びDOは多項目水質計（ハイドロラボ社製MS5）を用いて20分間隔で連続記録した。藻類の光合成活性評価実験条件設定は表(3)-1に示した。水中に回帰した藻類は生物顕微鏡により観察した。

表(3)-1 藻類の光合成活性評価実験条件

環境因子	実験条件設定
攪拌の有無	底質投入後よく攪拌、静置
溶存酸素量	未調整
温度	室温(20～25℃)
光	12hr明/12h暗、24h暗
照度(lux)	0、2,500
底質保存条件	暗所4℃、最長2年
底質量(ml)	80ml(比重1.1)
試験水	ろ過湖沼水
水質測定	多項目水質計(ハイドロラポ社製MS5)

## （６）山ノ神沼及び琵琶湖底質回帰試験結果の総合解析によるシードバンク機能維持必須 DO 量の定量的評価

室温（空調設定温度 $ 21^{\circ}C $ ）において山ノ神沼底質を用いて DO 濃度を 0, 2～3, >6mg/L の 3 段階に設定して 100 日以上保存した底質を用いてシードバンク機能を評価した。

DO 0mg/L の状態は、密閉容器に脱酸素剤エージレス（三菱ガス化学製）とともに保存することで作り出した。DO 2-3mg/L の保存は、DO 電極を用いて DO2-3mg/L の範囲を逸脱すると自動で窒素ガス(N_{2}ガス)または空気が吹き込まれるリアルタイム制御システムを用いて行った（図(3)-3）。

DO >6mg/L の保存は、常時空気を吹き込み、最低 DO を 6mg/L として実施した。

エアポンプ

$ N_{2} $ ガス電磁弁 容器（遮光） 空気と $ N_{2} $ ガスで制御

図(3)-3 本研究で用いたリアルタイム溶存酸素量制御システム
## 4 ．結果及び考察

## （１）浅い富栄養池沼山ノ神沼の季節的水質及び藻類組成変化の予備的把握

山ノ神沼の全層水及び底層水の水質分析結果を図(3)-4～図(3)-9に示した。各項目ともに夏季に高く冬季に低くなる傾向が認められ、平均値はChl-a=170μg/L、COD=16mg/L、T-N=4.3mg/L、T-P=0.28mg/Lであった。また、COD、T-N、T-PはChl-aの推移によく追随していることから、藻類が水質形成に大きく寄与していることが分かった。SSはChl-aと同様に推移したが秋頃まで底層の方が高い値を示し、底質の巻き上げなどでChl-aを含まない懸濁物質が多く存在していたと推察された。さらに、COD中のD-CODの割合は7月～12月は3～4割、1～2月は6～8割となり、冬季は溶存態有機物の存在割合が大きいことが明らかになった。

図(3)-4 本研究で行った山ノ神沼調査結果

(Chl-a) 白抜き：全層水、塗り潰し：底層水

図(3)-5 本研究で行った山ノ神沼調査結果

(COD) 白抜き：全層水、塗り潰し：底層水

図(3)-6 本研究で行った山ノ神沼調査結果

図(3)-7 本研究で行った山ノ神沼調査結果

(T-N) 白抜き：全層水、塗り潰し：底層水

(T-P) 白抜き：全層水、塗り潰し：底層水

図(3)-8 本研究で行った山ノ神沼調査結果

(SS) 白抜き：全層水、塗り潰し：底層水

図(3)-9 本研究で行った山ノ神沼調査結果

(D-COD)白拔き：全層水、塗り潰し：底層水
藻類調査の結果、山ノ神沼では夏季には Microcystis 属を主とするアオコ(藍藻)が発生する（図(3)-10）。一方、冬期の藻類相は Nitzschia acicularis（3.7×10³cells/ml）を始めとする珪藻が優占する（図(3)-11）。また、冬季は底層において藻類が多く計数されたことから、底層に沈降した状態で越冬していることが示唆された。したがって、冬季に観察されない Microcystis 属についても底泥中で冬を越す機能を有すると推察された。

図(3)-10 山ノ神沼における藻類の顕微鏡写真（平成23年9月）バーは100μm藍藻類（Microcystis属及びAnabaena属）が優占する。

図(3)-11 山ノ神沼における植物プランクトの顕微鏡写真（平成24年2月）バーは100μm 藍藻類は確認できず Cyclotella 属、Nitzschia 属など珪藻が優占する。

多項目水質計 MS5を用いた底質直上10cmのDO値(以下、底層)は、夏季（8月16日～26日）に行った調査では、概ね18時前後に最大値、7時前後に最小値を示し、冬季（11月24日～12月3日）に行った調査では、概ね16時前後に最大値、5時前後に最小値となる日周変化を示した（図(3)-12、図(3)-13）。次に、夏季は日射

図(3)-12 山ノ神沼における夏季の底層 DO、風速 (久喜地域気象観測所) 及び日照時間（熊谷地方気象台）の経時変化
時間（気象庁熊谷地方気象台データ）が短い又は全く無い気象条件において、底層の貧酸素（0mg/L）状態が顕在することが本調査により明らかとなった。このことは、藻類の光合成に伴う酸素供給の重要性を示している。気象庁久喜地域気象観測所の風速データと底層DOの相関をとったところ、両者にはややわずかに正の相関が見られた（図(3)-14、図(3)-15）ことから、風に起因すると考えられるせん断力が沼水を混合することによって、底層の貧酸素状態が解消されていることが考察された。一方、冬季は連続して降水量が0mmの日が続き、比較的日射時間が確保されていることから光合成が行われやすく、さらには継続的に風が吹いていることから底層にDOが供給され、貧酸素状態が解消されやすい状態にあることが示唆された。

## 本研究によって、

山ノ神沼において夏及び冬季に関わりなく、底層では一時的に貧酸素状態になっている実態が明らかとなり日照の重要性が示された。従って、山ノ神沼底層は、すでに潜在的貧酸素状態になっているものの、水深の浅いことが幸いし、底層の貧酸素化が解消されやすいものと考察された。

図(3)-13 山ノ神沼における冬季の底層 DO、風速 (久喜地域気象観測所) 及び日照時間（熊谷地方気象台）の経時変化

図(3)-14 山ノ神沼における夏季(8月16日～26日)の底層 DO 及び風速(久喜地域気象観測所データ)との関係

図(3)-15 山ノ神沼における冬季(11月24日～12月3日)の底層 DO 及び風速(久喜地域気象観測所データ)との関係
（２）山ノ神沼の底泥を用いた酸素濃度、水温及び光をパラメータとする藻類回帰実験系確立のため

## の予備実験

山ノ神沼底質を用いたビーカー実験において、水中の貧酸素状態（DOはほぼ0mg/L）を再現することができた。採泥後6ヶ月経過した底質300ml（湿重量約330g）、室温（空調設定温度21℃）における結果を図(3)-16に示す。連続暗条件では、DOは急激に減少後、34時間以降は嫌気状態を示すほぼ0mg/Lで推移した。一方、12h/12h周期明暗条件では、DOは連続暗条件と同様に、急激に減少しほぼ0mg/Lで推移した。その後、50時間後から上昇傾向を示し、60時間後には約2mg/Lまで上昇した。明期中にDOと連動してpHが一時的に上昇する特徴が見られた。この現象は底質量300mlに設定した実験の方が、底質量30mlのときよりも顕著に見られた。DO上昇は底質から回帰した薬類の光合成による酸素供給によるものと考察され、底質量に比例して回帰量も増えることが推察された。

次に水中の藻類を蛍光顕微鏡で観察した結果、暗条件よりも明暗条件の実験系の方が蛍光を発する細胞数が多かった。このことからも明暗条件における pH 及び DO 上昇は、底質由来の藻類の光合成が寄与したものと考察された。しかし、藍藻（Merismopedia sp.やPhormidium sp.）の方が、緑藻（Scenedesmus sp.）や珪藻（Navicula sp.）よりも多く観察され、藍藻類が回帰しやすい環境にあった可能性が示唆された。

本研究から、山ノ神沼底質からの藻類回帰実験の際、貧酸素状態を再現するに当たっては、底質及び水の体積比は底質1：水30より小さくすることが適当と判断された。

さらに光の照射が底質中の藻類の活性化に重要であることから、今後は現場環境を踏まえた光の強度及び照射時間による藻類の活性化への影響確認を行う必要がある。嫌気条件がシードバンク機能へ与える影響については、本年度採集した山ノ神沼底質試料は密封容器を用いて嫌気状態で保存し、1年間及び2年間嫌気に暴露させた後、本章で確立した実験方法により回帰実験を行い、評価する予定である。

図(3)-16 底質量 300ml/3L のときの藻類

回帰予備実験における水質の経時変化

(上：12h/12h周期明暗条件，下：連続暗条件)

## （３）山ノ神沼の水質及び藻類組成の季節変動調査

山ノ神沼の全層水及び底層水の水質分析結果をみると、各項目の平均値（括弧内は昨年度）は、Chl-a=280（170）μg/L、COD=27（16）mg/L、T-N=3.7（4.3）mg/L、T-P=0.38（0.28）mg/Lであった。
COD $ \left[R^{2}=0.56\right] $ 、T-P $ \left[R^{2}=0.77\right] $ 、SS $ \left[R^{2}=0.80\right] $ は（角括弧は決定係数）、Chl-a 量との回帰直線によく当てはまることが分かった。また、COD に対する D-COD の割合は、平均で 3 割程度であったことから、藻類が水質形成に大きく寄与していると考えられた。一方、T-N $ \left[R^{2}=0.02\right] $ は Chl-a 量との回帰直線は当てはまらなかった。夏季には、T-N のうち溶存態で存在する N の割合が大きくなることが原因と考えられた。また、SS は、6～11 月には全層に比べて底層の方が大きい値を示し、底層付近では底質の巻き上げなど懸濁物質が多く存在し、冬季には全混合が行われていたと推察された。藻類調査の結果では、山ノ神沼では夏季には Microcystis 属を主とするアオコ（藍藻）が発生したことを確認した（7～10 月）。一方、冬季の藻類相は Monoraphidium spp.（4.0×10^{4} cells/ml）などの緑藻が優占した。昨年度の同時期には、Nitzschia acicularis（3.7×10^{3} cells/ml）などの珪藻が優占していた点で異なった結果となった。

山ノ神沼の沼心における夏季と冬季の水質の10cmごとの鉛直分布を示す。平成24年8月と平成25年2月では、全水深が異なっているが、降雨や水田の落としの流入の有無などによって、水位に季節変動があるためと考えられた。8月は緩やかな鉛直方向に温度勾配が見られ、DOは表層で18mg/Lの過飽和を示したが、沼底付近では3.6mg/LまでDOが大きく低下した（図(3)-17）。一方、2月の水温は5℃、DOは13mg/Lでどの水深においてもほぼ一定であり、沼水が完全混合状態にあったと考えられた（図(3)-18）。Chl-a量は表層から底層に向かって増加していく傾向が見られたが、特に8月において顕著であった。昨年度、夏季及び冬季にかかわらず、沼底付近は日の出前の時間帯には、一時的に無酸素状態になることを確認した。今年度の調査においても、夏季の日中は貧酸素状態にある一方、冬季は底層においても溶存酸素量は過飽和な状態で存在していることが観察された。このことから、浅い湖盆形状は、底層に酸素の供給面で有利であると考えられた。

図(3)-17 山ノ神沼水質鉛直調査結果（8月） 図(3)-18 山ノ神沼水質鉛直調査結果（2月）

●：水温（℃）、▲：pH、■：DO（mg/L）、×：Chl-a（μg/L）、ただし2月のChl-a量は1/10の値をプロットした。

## （４）予備検討条件による薬類回帰実験、貧酸素１年間暴露底質によるシードバンク機能劣化評価

昨年度の藻類回帰実験の予備検討を踏まえ、照度の影響を考慮した回帰実験を行った。採泥後1年を経過した山ノ神沼の底質80ml（湿重量約90g）、室温（空調設定温度21℃）における結果を図(3)-19に示す。連続暗条件では、DOは急激に減少後、2日目以降は嫌気状態を示すほぼ0mg/Lで推移した。
一方、12h/12h 周期明暗条件では、DO は連続暗条件と同様に、急激に減少し、ほぼ 0mg/L で推移した。その後、2 日目から上昇傾向を示し、4 日目には約 5mg/L まで上昇した。明期中の DO 上昇は底質から回帰した藻類の光合成による酸素供給によるものと考察され、水中の溶存酸素量の上昇は、1,000lux [約 15μmol/m²/s] よりも 2,500lux [約 47μmol/m²/s] の方が大きく、光強度が大きいほど顕著であった。さらに、水中の藻類を光学顕微鏡で観察した結果、暗条件よりも照明ありの実験系において細胞数が多かった。暗条件では、藍藻（Synechococcus sp.）や珪藻（Aulacoseira sp.（細））など、ごくわずかであるのに対し、2,500lux では藍藻（Synechococcus sp.）、珪藻（Nitzschia acicularis、Cyclotella sp.）などが観察された。このことからも明暗条件における pH 及び DO 上昇は、底質由来の藻類の光合成が寄与したものと考察された。しかし、光照射下においても、藍藻が緑藻や珪藻よりも高い細胞密度で観察され、藍藻類が回帰しやすい環境にあった可能性が示唆された。

本研究から、光の強度が底質中の藻類の活性化に重要な環境因子であることが分かった。さらに、嫌気条件で1年間保存した底質中からも藻類の藍藻の種類については発芽活性が確認できたが、緑藻など多くの種類の発芽は確認できなかったので、今後さらに詳しく調べる必要がある。

図(3)-19 4℃暗所で1年間、密閉状態で保存した山ノ神沼底質（底質量80ml/800mL）を用いた回帰実験における実験中の水質変化

## （５）貧酸素２年間暴露底質によるシードバンク機能劣化の評価

富栄養化湖沼の山ノ神沼と琵琶湖の水質を比較すると、山ノ神沼の窒素、りん濃度はTN4.5mg/L及びTP0.24mg/Lであり、琵琶湖北湖よりも富栄養である南湖のTN0.30mg/L、TP0.018mg/Lに対して10倍以上高かった（表(3)-2）。さらに底質を比較すると、山ノ神沼は琵琶湖の3地点（愛知川沖、長命寺沖及び長浜沖）よりも炭素、窒素、りん含有量がTC6.8%·dry、TN7.6g/kg·dry、TP1.7g/kg·dryのようにいずれも多く、有機化・富栄養化が進行していた（表(3)-3）。このため、底質の酸素消費量は琵琶湖よりも山ノ神沼の方が大きいという特徴を有していた。一方、山ノ神沼の底質をORPで比較すると、極端に有機化が進行しているにも関わらず、長命寺沖と長浜沖と同程度であった（図(3)-20）。

このことから、山ノ神沼の底質は琵琶湖底質に比べて過度に有機化が進行しているにもかかわらず、琵琶湖長命寺沖や長浜沖が4～5mの水深であるのに対して、山ノ神沼は最深部で約2mと浅いこと
とによって、極端な還元状態にはならないことが明らかになった。

図(3)-21 は 4℃、遮光した密閉容器中（貧酸素条件）で約 2 年間保存した山ノ神沼底質を用いて藻類活性を調べた結果である。その結果、照明下において光合成活性が見られ、シードバンク機能を有していることが分かった。遮光条件では DO、pH はほぼ一定の値で推移したのに対し、光が照射される間に DO と pH が上昇し、全体として実験終了時には高い値を示した。このことは琵琶湖に対して有機化が極端に進行した山ノ神沼の底質を貧酸素状態で約 2 年間保存した場合においても、底質中に藻類シードは光の照射によって光合成活性が生じることが可能な状態の生活性を維持しながら保存されていたことを示しているものの、出現種は限られる傾向があった。また、水中に観察された藻類は細胞数で比較すると、藍藻が最も多く、珪藻及び緑藻の順であり、貧酸素条件では藍藻類が多くなる可能性を示していると考えられた（図(3)-22）。

表(3)-2 琵琶湖と山ノ神沼の規模及び水質の比較

单位	琵琶湖	山ノ神沼
面積	$ Km^{2} $	670.25	0.03
平均水深	m	北湖約43	約1
m	南湖約4
最大水深	m	103.58	約2
貯水量	億 $ m^{3} $	275	0.0003
Chl-a	$ \mu g/L $	H22年度南湖 7.5	S56年～170
COD	mg/L	3.4	23
TN	mg/L	0.30	4.5
TP	mg/L	0.018	0.24

データは埼玉県、滋賀県 HP より

表(3)-3 琵琶湖及び山ノ神沼の調査地点における底質の TOC、TC、TN 及び TP（季節平均）

分析項目	单位	山ノ神沼	長命寺沖	愛知川沖	長浜沖
TOC	%·dry	6.8	1.6	0.18	1.8
TC	%·dry	6.8	1.6	0.19	1.8
TN	g/kg·dry	7.6	1.8	0.29	2
TP	g/kg·dry	1.7	0.95	0.31	1.2

東レテクノ（株）分析データを引用
図(3)-20 湖沼底質 TOC と ORP の関係（季節平均）東レテクノ（株）分析データを引用

図(3)-21 2年間貧酸素保存した山ノ神沼底質を用いた光合成活性試験における水質変化

図(3)-22 約2年間貧酸素保存した山ノ神沼底質を用いた試験において出現した藻類細胞数
## （６）山ノ神沼及び琵琶湖底質回帰試験結果の総合解析によるシードバンク機能維持必須 DO 量の定量的評価

DO を 2～3mg/L 及び＞6mg/L に設定し、室温遮光状態で 100 日保存した山ノ神沼底質を用いた光合成活性試験における実験中の水質変化を図(3)-23 に示す。保存時の DO が 2～3mg/L も＞6mg/L もどちらも連続暗条件では、DO は一次反応的に減少後、6 日目以降はほぼ 0mg/L で推移した。一方、12h/12h 周期明暗条件では、DO は連続暗条件と同様に減少したが、その後、明期中に DO と連動して pH が一時的に上昇する特徴が見られた。DO 上昇は底質から回帰した藻類の光合成による酸素供給によるものと考察された。この現象は保存 DO 2～3mg/L では 2 日目から、＞6mg/L では 3 日目から上昇傾向を示し、10 日目には DO は約 8mg/L まで上昇した。pH は保存 DO が 2～3mg/L も＞6mg/L の方が低い値を示した。この原因は保存時の DO が高い方が硝酸などの酸性物質が生成したためと考えられた。

水中の藻類を光学顕微鏡で観察した結果、暗条件よりも明暗条件の実験系において細胞数が多かった。一方、出現した種類は、藍藻はSynechococcus sp.やMerismopedium tenuissimum、緑藻はScenedesmus spp.、そして珪藻はNitzschia spp.であり、種類数は極わずかであった。保存時のDOが低い条件であるほど藍藻が緑藻や珪藻よりも高い細胞密度で観察されたことから、底質の貧酸素化は藍藻にとって活性が維持された状態で保存されるので有利な環境条件となる可能性が示唆された。なお、珪藻類は保存条件がDO2～3mg/Lにおいて最も保存されていた結果となった（図(3)-24）。

また、採泥（2013/5/27）直後の琵琶湖底質を用いた光合成活性試験結果を図(3)-25に示す。長浜沖及び長命寺沖では、DOが0mg/Lに低下した後、照明下では1日後から増加する傾向が見られた。これは山ノ神沼底質を用いた実験におけるDO変化に類似しており、底質は有機化しており、かつ、藻類シードを大量に含有している富栄養化の特徴を反映していると考えられた。一方、愛知川沖では、DOは4mg/L程度まで低下した過ぎず、また、照明下においてDOは3日後から徐々に上昇した。それ以上に愛知川沖の底質は主に砂で有機物が少なく、同一体積あたりの藻類含有量が小さいことが原因と考えられた。

藻類量の目安となる Chl-a は暗条件（0lux）において、長命寺沖＝長浜沖＞愛知川沖の順に小さくなり、これは底質の藻類シード含有量に依存した結果であると推察された（図(3)-26）。また、実験終了時の Chl-a は長浜沖で最も大きく、愛知川で最も小さくなったが、長浜沖の底質には増殖しやすい状態の藻類シードが存在していたと考えられた。なお、長明寺沖はそれらの中間的な特徴を示した。藻類の細胞数は、愛知川では珪藻が多かったのに対し、長浜沖では藍藻が多く、山ノ神沼の底質に類似しており、有機化した底質の特徴と考えられた。以上のことから、山ノ神沼底質を用いて開発した本光合成活性試験方法は、琵琶湖の底質を用いても藻類保存状態の評価ができることが分かった。

本研究から貧酸素（DO 0mg/L）状態で保存した底質からは藍藻が優占して観察された一方、好気（同＞6mg/L）状態で保存した底質からは緑藻、珪藻、藍藻がバランスよく観察できた。また、微好気（同2～3mg/L）状態で保存した底質から珪藻が最も多く観察された。これらのことから、藻類のシードバンク機能を維持するために必要なDO量を定量的に評価すると、貧酸素状態は藍藻の優占化を引き起こす恐れがあるため、微好気の状態が最低限維持されることが望ましいと考察された。
図(3)-23 DO を 2～3mg/L 及び >6mg/L に設定し、室温遮光状態で 100 日保存した 底質を用いた光合成活性試験における水質変化（保存時の DO 2～3mg/L（左）、>6mg/L（右）、光合成活性実験時の光条件は暗条件（上段）、暗条件（下段）

図(3)-24 DO を貧酸素（0mg/L），微好気（2～3mg/L）及び好気（>6mg/L）の各条件に設定し、室温遮光状態で100日保存した底質を用いた光合成活性試験において出現した藻類細胞数と保存DOの関係
図(3)-25 琵琶湖底質（2013/5/27 採泥）を用いた光合成活性試験における実験中の水質変化光合成活性実験時の光条件は暗条件（上段）、暗条件（下段）

図(3)-26 琵琶湖底質（2013/5/27 採泥）を用いた光合成活性試験における Chl-a 量

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

1）富栄養化の進行した山ノ神沼では夏季及び冬季に関わりなく、底層では一時的に貧酸素状態になっている実態が明らかとなった。しかし、水深の浅いことが幸いし、底層の貧酸素化が解消されやすい状態にあるものと考察された。底質からのプランクトン回帰実験において、山ノ神沼のような高有機底質を用いた場合においては、特別な処理を必要とせず、水とよく攪拌混合するだけで嫌気状態
を再現できることが分かった。

2）光の強度が底質中の藻類の再活性化に重要な環境因子であることが確認でき、湖岸帯の光条件の環境改善（浅場化）が貧酸素状態の解消に貢献することを裏付けている。

今回の研究結果から、深い水深で貧酸素が強くなるとシード機能が低下し、緑藻が減少し藍藻が増加するなど、種によって耐性が異なっている可能性が示唆された。

3）富栄養湖沼の山ノ神沼は最深部で約2mと浅いため風等によって容易に攪拌され酸素供給が行われることから、泥質化は琵琶湖以上に進行しているにも拘わらず底層・底質環境は極端な還元状態にはならないことが実証された。さらに、貧酸素状態は藍藻のシードにとって保存される上で有利であると考えられ、藻類シードバンク機能を維持するためには、貧酸素状態が解消されるべきである。したがって、沿岸帯整備の際には、なだらかな湖岸形状を復活させることにより、水の滞留域の解消及び藻類の光合成を可能とする光環境の改善が有効であることが推察された。

4）人工的湖岸の底層部の嫌気化の進行が藍藻シードの保存に繋がることから、湖辺域を好気的な環境に整備することで藍藻類が減少することを明らかにした。また、琵琶湖以上に富栄養化が進行した湖沼であっても、水深が浅いことによってアオコを形成する藍藻以外の緑藻や珪藻が季節的に出現することから、なだらかな湖岸形状の沿岸帯整備を行う等、今後の沿岸帯対策の方向性を提示することができた。

5) 貧酸素 (DO 0mg/L) 状態で保存した底質からは藍藻が優占して観察された一方、好気 (同 >6mg/L) 状態で保存した底質からは緑藻、珪藻、藍藻がバランスよく観察できた。また、微好気 (同 2～3mg/L) 状態で保存した底質から珪藻が最も多く観察された。これらのことから、底質の藻類シードバンク機能を健全に維持するために必要な DO 量を定量的に評価すると、貧酸素状態は藍藻の優占化を引き起こす恐れがあるため、微好気の状態が最低限維持されることが望ましいと考察された。

## （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＞

本研究により富栄養化及び底質の有機化が進行した湖沼において、水深が浅いことは底層の貧酸素状態の解消に有利であることが示唆された。

湖岸帯の光条件の改善は、底質由来の藻類の光合成の再活性化を促進することが実験的に示唆されたことから、湖岸帯の構造を浅場化することは、生態工学的貧酸素状態の解消に貢献することを裏付けている。さらに、約2年間貧酸素状態で保存した後も藻類の再活性が確認できた。しかし、種によって貧酸素耐性が異なる可能性も示唆されたことから、今後の研究により湖沼の底層貧酸素管理政策の基礎データとして貢献できると考えられた。

## 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）>

特に記載すべき事項はない。

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（学会等）

1）田中仁志、古田世子、池田将平、藤原直樹、一瀬諭、馬場大哉、郡司房子、岸本直之：日本陸水学会第76回大会(2011)「湖沼底質のプランクトンを対象にしたシードバンク機能について（山ノ神沼）」

2）田中仁志、古田世子、一瀬諭：第38回 環境保全・公害防止研究発表会（2011）「湖沼底質の泥質化及び貧酸素化による藻類を対象にしたシードバンク機能への影響評価手法の検討」

3）田中仁志、古田世子、藤原直樹、一瀬諭、馬場大哉、岸本直之、西村修：日本陸水学会第77回大会(2012)、「溶存酸素量の違いが湖沼底質の藻類シードバンク機能に及ぼす影響」

4）田中仁志、古田世子、一瀬諭：第39回環境保全・公害防止研究発表会(2012)

「底質中の薬類の再活性化に及ぼす光照度の影響」

5）田中仁志、古田世子、一瀬諭：第15回自然系調査研究機関連絡会議（NORNAC,2012）「浅い富栄養化湖沼山ノ神沼における底層の貧酸素化実態調査」

6）田中仁志、古田世子、廣瀬佳則、藤原直樹、一瀬論、馬場大哉、岸本直之、西村修：日本陸水学会第78回大会（2013）「湖招における沿岸帯の機能評価について(6)-浅い富栄養湖沼山ノ神沼における底層環境とシードバンク機能-」

7）田中仁志、古田世子、廣瀬佳則、藤原直樹、一瀬論、馬場大哉、岸本直之、西村修：日本水処理生物学会第50回大会（2013）「富栄養湖沼山ノ神沼における底層環境と底質中の休眠藻類の再活性化条件の実験的検討」

8）田中仁志、古田世子、廣瀬佳則、藤原直樹、一瀬諭：第39回環境保全・公害防止研究発表会（2013）「沿岸帯の機能評価③～山ノ神沼底質における藻類シードバンク機能と環境因子の影響～」

## （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) 西野麻知子：資源環境対策（2010）地球温暖化による琵琶湖の環境変化と生態系への影響、46(9)、50-57.

2) 花里孝幸、永田貴丸：四万十・流域圈学会誌（2011）湖水中の生き物の世界と、それに影響を与える地球温暖化、第10巻、第2号9～12.

3) 丸茂恵右、横田瑞郎：海生研研報（2012）貧酸素水塊の形成および貧酸素の生物影響に関する文献調査、第15号、1-21.

4) 一瀬諭、池谷仁里、古田世子、藤原直樹、池田将平、岸本直之、西村修：日本水処理生物学会誌（2013）琵琶湖に棲息する植物プランクトンの総細胞容積および粘質鞘容積の長期変動解析、Vol.49、No.2、65-74.
## (4) 沖帯および沿岸帯の底質環境の分析と評価

東レテクノ（株）馬場大哉

滋賀県琵琶湖環境科学研究センター 生物圏担当 古田世子・一瀬 諭

龍谷大学 理工学部 環境ソリューション工学科 岸本直之・奥村浩気

<研究協力者>

関西医科大学物理学教室 竹本邦子

京都大学生態学研究センター 中野伸一・村上 綾

平成23～25年度累計予算額：11,449千円

（うち、平成25年度予算額：3,200千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

湖沼沿岸帯の水質環境の特徴、沿岸帯底質の泥質化状況が、理化学的分析値と底質の直上・直下における溶存酸素の分布状況に与える影響を知るために、琵琶湖3地点（長浜沖、愛知川沖、長命寺沖）および山ノ神沼において底質、水質、間隙水および溶存酸素分布調査を行った。底質分析では、X線吸収端近傍構造測定(XANES)法を試み、硫黄の存在形態について解析を行った。また、溶存酸素の分布状況調査では、溶存酸素マイクロセンサーを用いて、底質の直上直下の微細な溶存酸素濃度分布を測定した。これらの結果、琵琶湖沿岸帯では、沖帯より浮遊物質量、粒子状有機物量、クロロフィル量が多い傾向がみられ、底質の泥質化が進んだ長浜沖では、底質表面の酸化層の厚さが約2mmの薄さであり、泥質化が進んだ底質では、硫黄の存在形態が還元的であり、底泥間隙水の溶存態窒素の存在形態が還元的であった。また、琵琶湖において、底質の泥質化と流向流速の状況の関連性を知るために、ドップラー流速プロファイラー(ADCP)を用いて流向流速の連続測定を行った結果、底質が砂質であった地点では、底質が泥質化していた地点と比べて一方向への流れが卓越していたこと、底質が泥質化していた地点では、流向が変化しながら全体として水塊が同じ場所に留まる傾向が見られた。

これらのことから、沿岸帯においては、沖帯と比べて多い傾向がある粒子状物質が、その供給量や地形、流向・流速等に影響を受けながら沈降し堆積する量により底質の基礎的な特性を決定し、その結果、泥質化が進んだ場合には、溶存酸素が低下し、還元的環境が形成されることが示唆された。また、形成された底質環境が、他のサブテーマの研究テーマである、各種プランクトンの休眠細胞の生存率や再回帰率に影響を与えるため、粒子状物質の供給量や沈降堆積量の管理が、沿岸帯の底質環境を保全する上で重要であると考えられた。

## [キーワード]

水質、底質、マイクロセンサー、X線吸収、流向流速、ADCP

### 1. はじめに

湖沼における植物プランクトンの栄養細胞は、底質に存在する休眠細胞が、栄養細胞として水塊へ回帰することにより初期個体が供給されることが知られており、底質のシードバンク機能と言われている。
琵琶湖では、水深が有光層の数倍以上あるため、湖内の植物プランクトンの種組成への影響は、湖心ではなく沿岸帯におけるシードバンク機能であると考えられ、沿岸帯底質中の植物プランクトン種組成調査や、底質の状況として、底質の理化学分析が行われてきた $ ^{1} $ 。また、シードバンク機能に影響を与える環境因子として底質の溶存酸素量に注目し、室内実験において、溶存酸素量と、回帰する栄養細胞の種数、細胞数を知るための回帰試験が行われている $ ^{2} $ 。

しかしながら、室内実験結果を考察する上で参考となる、湖沼沿岸帯と沖帯の水質環境の違い、における底質の形成要因や溶存酸素の詳細な分布状況、酸化還元状態については詳細なデータが無い。そこで、本サブテーマでは、回帰試験に用いた試料を採取した現地および、持ち帰った試料を用いて、水質、底質、間隙水の理化学的分析を行った。また、現地の流向流速状況を知るために、ドップラー流速プロファイラーを用いて流向流速の連続測定を行った。

### 2. 研究開発目的

湖沼沿岸帯の水質環境の特徴、沿岸帯底質の泥質化状況が、理化学的分析値と底質の直上・直下における溶存酸素の分布状況に与える影響を知ること、および、他のサブテーマにおける考察の基礎資料となることを目的とし、琵琶湖3地点および山ノ神沼において、底質分析、水質分析、間隙水分析、マイクロセンサーによる溶存酸素分布調査、X線吸収端近傍構造測定(XANES)法による硫黄の存在形態解析を行った。また、琵琶湖において、底質の泥質化と流向流速の状況の関連性を知ることを目的とし、ドップラー流速プロファイラー(ADCP)を用いて流向流速の連続測定を行った。また、これら結果を元に、底質の泥質化状況に与える因子について考察を行った。

## 3 ．研究開発方法

## (1) 水質調查方法

水質調査は、琵琶湖においては、泥質化が進んでいた地点（長浜沖、長命寺沖）と泥質化が進んでいなかった地点（愛知川沖）を調査地点として選定し、2011年10月～2013年3月は毎月1回の頻度で調査し、それ以降は2013年5月と2013年11月に調査した。採水は、バンドーン型採水器を用い、表層50cmおよび底層（湖底-0.5m）から湖水を採取した。浅く富栄養化が進んだ湖沼として山ノ神沼（埼玉県）を選定し、現地調査および埼玉県環境科学国際センターによる試料採取により、2011年10月～2013年8月において20回実施した。調査地点を図(4)-1に、調査項目を表(4)-1に示した。琵琶湖での測定データは、滋賀県が実施している定期調査における、沖帯のデータとの比較を行った。

## (2) 底質調查方法

底質調査は、水質調査地点と同じ地点において実施し、2011年10月～2013年11月に、長浜沖、愛知川沖では8回、長命寺沖、山ノ神沼では6回調査した。採泥は、エクマンバージを使用し、船上で底泥表面1cmのみを分取したものを分析に供した。調査項目を表(4)-2に示した。

なお、底質調査結果は、平成14年度(2002年度)に琵琶湖東岸において本調査地点を含む90地点の測線実施した調査結果との比較を行い、本研究での調査地点の位置づけを確認した。