Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
ここで、μT: 水温T[℃]における比増殖速度である。ただし、水温35℃では強い増殖阻害が見られ、ほとんど増殖しなかった。石上・穂積 $ ^{13} $ もS. dorsidentiferumを35℃で培養したところ2週間後に死滅したと報告していることから、本種の増殖上限温度は30～35℃の間にあると考えられた。一方、増殖下限温度については上式より、6℃付近にあると推測された。

図(5)-9 S. dorsidentiferumの比増殖速度の水温・窒素濃度・リン濃度依存性

比増殖速度の窒素濃度・リン濃度依存性は以下に示すMonod式で近似することができた。

$$ f_{_{N}}=\frac{C_{_{N}}}{0.091+C_{_{N}}} $$

$$ f_{P}=\frac{C_{P}}{0.0075+C_{P}} $$

ここで、 $ f_{N}, f_{P} $ ：窒素及びリン濃度に関する影響関数、 $ C_{N}, C_{P} $ ：窒素及びリン濃度[mg/L]である。

これらの式と琵琶湖北湖今津沖中央地点の環境条件から、以下の式により、S. dorsidentiferumの生理学的な比増殖速度および野外でのS. dorsidentifermの細胞密度変化から求めた見かけの比増殖速度と推定した。

$$ \begin{aligned}&\mu_{Phy}=\mu_{T}\times\min(f_{N},f_{P})\\ &\mu_{A}=\frac{\ln M_{t+\Delta t}-\ln M_{t}}{\Delta t}\\ \end{aligned} $$

ここで、 $ \mu_{Phy} $ は増殖生理特性より求めた生理学的な比増殖速度 $ [d^{-1}] $ ， $ \mu_{A} $ は見かけの比増殖速度 $ [d^{-1}] $ ， $ \min() $
は最小値をとる関数，Mは観測された細胞密度[cells/mL]，tおよびt+Δtはサンプリング日，Δtはサンプリング時間間隔[day]である。推定結果を図(5)-10に示す。図より、特徴的な挙動として、成層期である夏季の比増殖速度の低下が認められ、30年間で晩秋の見かけの比増殖速度が顕著に増加していることが判った。図(5)-11に窒素濃度影響関数とリン濃度影響関数の経月変化を示す。琵琶湖は一般にリン制限湖といわれているが、夏季～秋季においては窒素濃度影響関数の方がリン濃度影響関数よりも小さくなっており、窒素制限になっていることがわかる。従って、夏季～秋季の比増殖速度の低下は主として表水層での硝酸イオンの枯渇に伴う窒素制限の影響を受けていることが示唆された。一方、晩秋の比増殖速度の増加は増殖特性では説明できなかった。図(5)-12に琵琶湖北湖今津冲中央地点での表水層と深水層の水温差の経月変化を示す。図より、晩秋の成層期が近年、半月～1カ月程度長くなっていることがわかる。よって、晩秋の見かけの比増殖速度の増加は成層期間延長に伴い沈降損失が緩和されたことが主因であると推測された。

図(5)-10 琵琶湖北湖今津沖中央地点における推定比増殖速度（上）と見かけの比増殖速度（下）（青：1979-1988年平均、赤：1989-1998年平均、緑：1999-2008年平均）
図(5)-11 琵琶湖北湖今津冲中央地点における窒素濃度影響関数とリン濃度影響関数の差（ $ f_{N}-f_{P} $ ）の経月変化（青：1979-1988年平均、赤：1989-1998年平均、緑：1999-2008年平均）

図(5)-12 琵琶湖北湖今津沖中央地点における表水層と深水層の水温差の経月変化

以上のように、野外での植物プランクトンの挙動は水温、窒素・リン濃度の影響を受けているが、特に水温とそれに伴う水温成層状況に強く影響されていることが明らかとなった。琵琶湖では水温の経年的な上昇が報告されており、水温成層は湖沼温暖化の影響を受けやすいことから、温暖化影響についてもさらに注視していく必要があると考えられる。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

植物プランクトンの細胞容積や粘質鞘容積の環境因子依存性を明らかにするとともに、植物プランクトンの増殖特性から野外での植物プランクトンの挙動が特に水温とそれに伴う水温成層状況に強く影響
されていることを明らかにした。有機物の難分解性を判断する生分解試験における微小原生動物の影響を評価した結果、微小原生動物は試験結果に有意な影響を与えておらず、従来の試験法の妥当性が示された。また、沿岸帯における透明度低下（濁度上昇）がMicrocystisなどの浮上性藍藻の優占化に寄与している可能性を明らかにした。

## （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＞

沿岸帯における透明度の低下（濁度上昇）がMicrocystisなどのアオコを形成する浮上性藍藻の優占化に寄与していることが培養実験の結果、明らかになったことから、アオコ制御という観点から沿岸帯の濁水対策の重要性が示唆される。

## 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) 鈴木恵、岸本直之、一瀬諭、古田世子：水環境学会誌 35(11)、181-186 (2012)

「琵琶湖北湖における大型緑藻（車軸藻綱）Staurastrum dorsidentiferum var. ornatumの象徴と増殖生理特性」

2) Naoyuki Kishimoto, Satoshi Ichise, Kei Suzuki, Chihiro Yamamoto : Limnology 14(1), 117-128 (2013) "Analysis of long-term variation in phytoplankton biovolume in the northern basin of Lake Biwa"

3) Kei Suzuki, Makoto Kojima, Naoyuki Kishimoto, Satoshi Ichise, Seiko Furuta : Journal of Water and Environment Technology 11(1), 49-58 (2013)

"Influence of cultural conditions on the cellular biovolume and gelatinous sheath volume of Staurastrum arctiscon (Charophyceae)"

4) N. KISHIMOTO and S. ICHISE: Understanding Freshwater Quality Problems in a Changing World (IAHS Publication 361), 132-141 (2013)

“Water quality problems in Japanese lakes: a brief overview”

## 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）鈴木恵、岸本直之、一瀬諭、古田世子：日本陸水学会第76回大会（2011）

「琵琶湖北湖における大型車軸藻Staurastrum dorsidentiferum var. ornatum の細胞密度の変動要因」
2) 岸本直之、山本千尋、鈴木恵、一瀬諭、古田世子：日本陸水学会第76回大会（2011）「小型ラン薫Aphanothece clathrata における純生産速度の比増殖速度依存性」

3) 鈴木恵、岸本直之、一瀬諭、古田世子：日本水処理生物学会第48回大会（2011）

「琵琶湖北湖・南湖における大型車軸藻Staurastrum dorsidentiferum var. ornatum の挙動解析」

4) K.Suzuki, N.Kishimoto, S.Ichise, S.Furuta: The 4th IWA-ASPIRE Conference & Exhibition (2011) "Growth characteristics and occurrence of Staurastrum dorsidentiferum var. ornatum (Charophyceae) in Lake Biwa, Japan"

5) 鈴木恵、小島誠、岸本直之、一瀬論、古田世子：第46回日本水環境学会年会（2012）「大型車軸藻Staurastrum arctiscon の粘質鞘サイズに及ぼす培地中N/P比の影響」

6) Kei Suzuki, Makoto Kojima, Naoyuki Kishimoto, Satoshi Ichise, Seiko Furuta : Water and Environment Conference 2012 (2012)

"Influence of cultural conditions on the cellular biovolume and gelatinous sheath volume of Staurastrum arctiscon (Charophyceae)"

7) N. Kishioto, S. Ichise, K. Suzuki, C. Yamamoto : 2012 ASLO Aquatic Sciences Meeting: Voyages of Discovery (2012)

"Potential factors influencing changes in average cell size of the phytoplankton community in Lake Biwa, Japan"

8) K. Suzuki, M. Kojima, N. Kishimoto, S. Ichise, S. Furuta : 2012 ASLO Aquatic Sciences Meeting: Voyages of Discovery (2012)

"Influence of N/P ratio in culture medium on gelatinous sheath size of Staurastrum arctiscon (Charophyceae)"

9) Kei Suzuki, Naoyuki Kishimoto, Seiko Furuta, Satoshi Ichise : The 4ty IWA Asia-Pacific Young Water Professionals Conference (2012)

"Biodegradation characteristics of photosynthetic organic matter under the coexistence of a ciliate"

10) 岸本直之、山本千尋、鈴木恵、一瀬諭：日本陸水学会第77回大会（2012）「植物プランクトン計数データに基づく琵琶湖水柱一次生産量の推定」

11）鈴木恵、岸本直之、古田世子、一瀬論：日本陸水学会第77回大会（2012）「微小繊毛虫共存系における一次生産有機物の分解に関する研究」

12) 鈴木恵、岸本直之、古田世子、一瀬諭：第47回日本水環境学会年会（2013）

「Staurastrum dorsidentiferum var. ornatumにおける一次生産有機物の分解に関する研究」

13) N. KISHIMOTO and S. ICHISE: "Knowledge for the Future" Joint Assembly, Gothenburg, Sweden (2013) "Water-quality problems in Japanese lakes: regulations, the past, and the future".

14）山本純也、岸本直之、一瀬論、古田世子：日本陸水学会第78回大会（2013）

「薬類バイオマス生産を目的とした排水処理水中でのAphanothece clathrataの増殖特性の評価」

## （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

1) 鈴木恵：日本水処理生物学会第48回大会ベストプレゼンテーション賞受賞（2011年11月17日）

受賞研究発表「琵琶湖北湖・南湖における大型車軸藻Staurastrum dorsidentiferum var. ornatumの挙動解析」

2) 鈴木恵、岸本直之、一瀬諭、古田世子：日本水環境学会年間優秀論文賞受賞（2013年11月9日）

受賞論文「琵琶湖北湖における大型緑藻（車軸藻綱）Staurastrum dorsidentiferum var. ornatumの消長と増殖生理特性」水環境学会誌,35(11),181-186,2012.

### 8 \. 引用文献

1) 荻原富司、矢木修身、高村義親、須藤隆一：水質汚濁研究, 7(7), 437-442 (1984)

「霞ヶ浦に発生するMicrocystis aeruginosaの純粋分離」

2) Raven, J. A., Geider, R. J.: New Phytologist, 110, 441-461 (1988) "Temperature and algal growth"

3) Litchman, E.: Freshwater Biology, 44, 223-235 (2000)

“Growth rates of phytoplankton under fluctuating light”

4) Tsujimura, S., Ishikawa, K., Tsukada, H.: Phycological Research, 49, 275-280 (2001)

“Effect of temperature on growth of the cyanobacterium Aphanizomenon flos-aquae in Lake Biwa and Lake Yogo”

5) 矢木修身: 国立公害研究所研究報告第92号(1986)

「アオコの増殖及び分解に関する研究」

6) MacIntyre, H. L., Kana, T. M., Anning, T., Geider, R. J.: Journal of Phycology, 38, 17-38 (2002)

"Photoacclimation of photosynthesis irradiance response curves and photosynthetic pigments in microalgae and cyanobacteria"

7) 岸本直之、大西庸介、各地賢二、宗宮功、大西正記: 環境工学研究論文集, 35, 227-233 (1998)

「ダム貯水池に発生するPeridinium淡水赤潮の発生要因に関する考察-共存藻類の増殖特性に着目して-」

8) Butterwick, C., Heaney, S. I., Talling, J. F.: Freshwater Biology, 50, 291-300 (2005)

“Diversity in the influence of temperature on the growth rates of freshwater algae, and its ecological relevance”

9) 石上三雄、浜野隆、川嶋宗継: 滋賀大学教育学部紀要 自然科学・教育科学, 39, 17-28 (1989)

「オビケイソウFragilaria crotonensisの培養と増殖」

10) 小梶健一、万木清茂、東田充弘、石上三雄: 滋賀大学教育学部紀要, 31, 25-32 (1981)

「ビワクンショウモの生長特性 I. 温度・照度・pHと生長」

11) 石上三雄、万木清茂、保積京子：滋賀大学教育学部紀要 自然科学·教育科学, 38, 23-32 (1988)
「ミカヅキモClosterium aciculare var. subpronumの培養と増殖」

12) Suzuki, K., Kojima, M., Kishimoto, N., Ichise, S., Furuta, S.: Journal of Water and Environment Technology, 11, 49-58 (2013)

“Influence of cultural conditions on the cellular biovolume and gelatinous sheath volume of Staurastrum arctiscon (Charophyceae)”

13) 石上三雄、保積京子：滋賀大学教育学部紀要 自然科学, 34, 33-40 (1984)

「ツゾミモStaurastrum dorsidentiferum var. ornatumの培養と増殖」

14) 鈴木恵、岸本直之、一瀬論、古田世子: 水環境学会誌, 35(11), 181-186 (2012)

「琵琶湖北湖における大型緑藻（車軸藻綱）Staurastrum dorsidentiferum var. ornatumの消長と増殖生理特性」

15) 石上三雄、北川仁志: 滋賀大学教育学部紀要 自然科学, 33, 51-57 (1983)

「ビワクンショウモの増殖特性 III. 窒素・微量金属・ビタミン類と増殖」

16) 石上三雄、小梶健一、東怜: 滋賀大学教育学部紀要 自然科学, 32, 105-112 (1982)

「ビワクンショウモの増殖特性 Ⅱ. 炭素・リンと増殖」
## （6） 総合解析

滋賀県琵琶湖環境科学研究センター 環境監視部門 一瀬 論

滋賀県琵琶湖環境科学研究センター 総合解析部門 佐藤祐一

龍谷大学大学院理工学研究科 岸本直之

<研究協力者>

龍谷大学大学院理工学研究科 鈴木 恵

平成25年度累計予算額：1,836千円

（うち、平成25年度予算額：920千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

本サブテーマでは、琵琶湖沿岸域における環境因子と植物プランクトンを含む水質との関わりについて総合的に解析するため、調査データに基づき数理モデルの構築を行い、各因子間の関連や今後の対策の方向性について検討した。

まず、溶存酸素に着目し、琵琶湖沿岸域の泥質化影響因子および溶存酸素濃度影響因子を評価した。沿岸帯底泥を用いた底泥酸素消費速度評価実験を行った結果、底泥酸素消費速度が温度、含泥率、窒素含有率に強く影響を受けていることを明らかにした。鉛直一次元の溶存酸素収支モデルを構築し、底層溶存酸素濃度に影響する因子を検討した結果、含泥率が底層貧酸素化に強く影響することが示唆された。琵琶湖北湖湖岸帯湖底泥質化実態調査データを再解析した結果、3%以上の勾配急変部より沖側で泥質化が進行する傾向があったことから、勾配急変部を解消するような沿岸帯整備を行うなどの対策の有効性を指摘した。

つづいて、湖岸形態がシードの保存性や回帰性に与える影響、さらにはそれらが沿岸帯の植物プランクトン種ごとの現存量に与える影響を解析するため、沿岸帯を対象とした簡易なモデル（システムダイナミックスモデル）を構築した。サブテーマ2において実施した回帰試験の結果、およびサブテーマ5において実施・整理した植物プランクトンの増殖特性に関する結果をもとに、モデルパラメータの推定を行い、現況再現計算を行ったところ、長浜沖および愛知川沖における藍藻、珪藻、緑藻の季節遷移を概ね再現することができた。また本モデルを用いて、人工的湖岸の自然化を想定したシナリオ計算を実施したところ、底質DOの改善、泥質化の改善、水交換率の増大により藍藻現存量を抑制できる可能性が示唆された。

## [キーワード]

溶存酸素、泥質化、湖底勾配、数理モデル、シナリオ計算

### 1. はじめに

湖では、冬季に水塊から消失したプランクトン種は底泥に沈降し、越冬した後、水温上昇とともに水塊に回帰してくると考えられるが、琵琶湖北湖のような水深の深い湖において、深水層に沈降した植物プランクトンが水塊に回帰してくることは考えにくい。よって、沿岸域底泥が琵琶湖北湖の植物プラン
クトン群集のシードバンクとして機能していることが示唆される。一方、サブテーマ2および3で検討しているように、シードバンク機能は底層付近の溶存酸素（DO）濃度に依存しており、底層付近の溶存酸素濃度は底泥の還元状態の影響を強く受けると考えられる。また、一般に還元的雰囲気の底泥では有機性細粒が蓄積し、泥質化が進行している場合が多い。これらの条件に加え、光条件や水温、プランクトン種ごとの増殖特性などが影響して、最終的に沿岸帯の水質が形成されることになる。

そこで、本研究では、沿岸域底泥の泥質化影響因子を現地調査データを用いて評価するとともに、底泥のDO消費速度を評価・モデル化し、数理モデルを用いて沿岸帯の溶存酸素濃度に及ぼす影響因子を評価した。また沿岸帯を対象とした簡易なモデル（システムダイナミックスモデル）を構築することで、シードの保存性や回帰性が植物プランクトン量に与える影響について解析を試みるとともに、本モデルを用いて人工的湖岸の自然化を想定したシナリオ計算を実施した。

### 2. 研究開発目的

本研究の目的は、沿岸帯の溶存酸素濃度に及ぼす影響因子の評価と琵琶湖沿岸域の泥質化影響因子の評価について実施し、さらに、その結果から沿岸帯プランクトン量子測モデルの構築とシナリオ計算を行い、本モデルを用いて人工的湖岸の自然化を想定したシナリオ計算を行うために実施した。

## 3 ．研究開発方法

## （１）沿岸帯の溶存酸素濃度に及ぼす影響因子の評価

琵琶湖北湖3地点（長命寺沖、愛知川沖、長浜沖）および南湖3地点（帰帆島、琵琶湖大橋、柳が崎）においてエクマンバージ採泥器により底泥表層1cmを採取するとともに、湖底直上1mの湖水をバンドーン採水器により採取した（図(6)-1）。サンプリング頻度は琵琶湖北湖においては季節毎に計4回、琵琶湖南湖においては月毎に計12回である。

図(6)-1 琵琶湖サンプリング地点
現場において水温、気温、pH、DO、ORPを測定した。サンプルは速やかに研究室に持ち帰って直上水についてはTOC、SS、Chl.a、フェオフィティン、DN、硝酸態窒素、DP、リン酸態リンを、底泥については約50g（湿重）を24時間以上100℃で乾燥の後、2.0mm、250μm、63μmのステンレス製篩により篩い分けし、各篩い分け画分毎酸素循環燃焼式のNCHアナライザー（Sumigraph NCH-22F）でN,C分析を行った。また、GF/Bろ紙にてろ過した湖底直上水のみを封入したBOD瓶とろ過湖底直上水に底泥適量を封入したBOD瓶を多数準備し、採取時水温にて6日間静置培養を行った。この間、培養開始時、1時間後および以降24時間毎にDOを測定し、DO変化曲線から酸素消費速度を評価した。

最終的に、泥質化影響因子の解析結果や底泥のDO消費速度影響因子解析結果から、適切な沿岸環境を創造するための方向性を提示した。

## （２）琵琶湖沿岸域の泥質化影響因子の評価

平成14年度に滋賀県が実施した琵琶湖沿岸域底質調査データを再解析し、琵琶湖沿岸帯の泥質化影響因子を抽出した。

## （３）沿岸帯プランクトン量子測モデルの構築とシナリオ計算

琵琶湖の沿岸帯における植物プランクトン種ごとのシード量および現存量を再現・予測することを目的として、水柱単位での評価が可能なモデル（システムダイナミックスモデル）を構築した。植物プランクトン種は、藍藻、珪藻、緑藻の3種とした。また対象地域は、典型的な人工的湖岸として長浜沖、自然的湖岸として愛知川沖を選定し、モデル構造は同一としながらも環境条件を変えることによるプランクトン量への影響を評価できるようにした。

サブテーマ2において実施した回帰試験の結果、およびサブテーマ5において実施・整理した植物プランクトンの増殖特性に関する結果をもとに、モデルパラメータの推定を行った。各地点における環境条件は、サブテーマ4において調査された実測データに基づいて設定した。

構築されたモデルを用いて、シードの保存性や回帰性、プランクトンの増殖特性等が植物プランクトン種ごとの現存量に与える影響について解析を行い、観測値との比較を行った。また人工的湖岸を自然的湖岸に変更した場合の仮想的なシナリオ計算を行った。シナリオとしては、個別環境要素を自然的湖岸見合いに変更した4つのシナリオ、およびそれら全てを考慮したときのシナリオの合計5つについて計算を行った。

## 4 ．結果及び考察

## （１）沿岸帯の溶存酸素濃度に及ぼす影響因子の評価

BOD瓶を用いたDO消費速度計測実験における溶存酸素消費曲線の一例を図(6)-2に示す。実験の結果、底泥を加えたBOD瓶のDOは一次反応的に減少することが明らかとなった。そこで実験開始1時間以後のデータを用い、一次反応を仮定して酸素消費速度定数を求め、湖水のみの酸素消費速度定数を差し引くことで底泥酸素消費速度定数を算出した。
図(6)-2 溶存酸素消費曲線の一例（左：長浜11月、右：帰帆島12月）

算出された底泥酸素消費速度定数は現場水温（7.5～32℃）で計測した値であるため、温度影響を含んでいる。そこで、温度影響を補正するため、 $ Q_{10} $ 値を算出したところ、 $ Q_{10} $ 値は2.49と評価された。 $ Q_{10} $ 値を用いて20℃に補正した酸素消費速度定数から底泥酸化層厚を泥質地点で0.2cm、砂質地点で0.4cmとして底泥酸素消費速度を求めたところ、本研究による底泥酸素消費速度は0.106～0.215 g/m² dayと評価された。また、琵琶湖北湖の20℃での底泥酸素消費速度定数 $ S_{20} $ を目的変数として重回帰分析を行ったところ、含泥率 $ x_{Silt} $ および窒素含有率 $ x_{N} $ を説明変数とする有意な重回帰モデル（R=0.71, p<0.01）が構築された。

$$ S_{20}=\exp\big(0.0342x_{Silt}+0.103x_{N}-2.78\big) $$

本モデルを用い、以下に示す鉛直一次元の数理モデルを構築した。

$$ \frac{dC_{s}}{dt}=\left(\frac{K_{z}A}{V_{S}}\frac{\Delta C}{\Delta z}\dot{\div}\right)+\frac{F_{S}A}{V_{S}}-S_{BOD} $$

$$ \frac{dC_{B}}{dt}=\left(\frac{K_{z}A}{V_{B}}\frac{\Delta C}{\Delta z}\dot{\div}\right)-\left(\frac{S_{SOD}A}{V_{B}}\dot{\div}\right)-S_{BOD} $$

$$ F_{S}=K\Big(C^{*}-C\Big) $$

$$ S_{SOD}=S_{20}\frac{C_{B}}{2}l\theta^{T-20} $$

ここで、 $ C_{S} $ ：表層の溶存酸素濃度（ $ g\ m^{-3} $ ）， $ K_{z} $ ：鉛直渦動拡散係数（ $ =0.9\ m^{2}\ day^{-1} $ ），A：コントロールボリュームの底面積（ $ =0.5\ m^{2} $ ）， $ \triangle C $ ：溶存酸素濃度差（ $ g\ m^{-3} $ ）， $ \triangle z $ ：コントロールボリュームの中心間距離（m）， $ F_{S} $ ：大気からの溶け込み（ $ g\ m^{-2}\ day^{-1} $ ）， $ S_{BOD} $ ：水中での酸素消費速度（ $ g\ m^{-3}\ day^{-1} $ ）， $ V_{S} $ ：表層体積（ $ m^{3} $ ）， $ C_{B} $ ：表層の溶存酸素濃度（ $ g\ m^{-3} $ ）， $ V_{B} $ ：底層体積（ $ m^{3} $ ）， $ S_{SOD} $ ：底泥での酸素消費速度（ $ g\ m^{-2}\ day^{-1} $ ），K：再曝気係数（ $ =5\ m\ day^{-1} $ ）， $ C^{*} $ ：飽和溶存酸素濃度（ $ g\ m^{-3} $ ）， $ \theta $ ：温度係数（ $ =1.05\ ^{\circ}C $ ），T：水温（ $ ^{\circ}C $ ），l：底泥酸化層厚（m）であり、表層コントロールボリュームは水深0～5m、底
層コントロールボリュームは水深5～6mとした。また、飽和溶存酸素濃度C*は2013年に滋賀県が観測した愛知川表層の水温と溶存酸素濃度の関係より求めた以下の回帰式により求めた。

$$ C^{*}=-0.0019T^{2}-0.133T+13.3 $$

以上のモデルを用いて長浜沖（17C'、含泥率40%、窒素含有率0.3%）と愛知川（13C、含泥率1%、窒素含有率0.03%）の1年間の沿岸帯溶存酸素濃度の経時変化を予測した結果を図(6)-3に示す。プロットは実測値、線は計算値である。図より、計算値は実測値を良く再現していることがわかる。

図(6)-3 長浜沖17C'および愛知川13C地点における溶存酸素濃度の数値モデルによる再現結果

次に、両地点において泥質化が進行した場合を想定し、含泥率が80%になった場合の予測計算結果を図(6)-4に示す。泥質化が進行することにより底層DOの低下が顕著となり、8～9月には5mg/Lまで低下すると予測された。

図(6)-4 泥質化進行に伴う溶存酸素濃度の変化予測（含泥率80%に上昇）

最後に、湖沼温暖化の進行を想定し、水温が2℃上昇した場合の予測計算結果を図(6)-5に示す。水温上昇に伴う飽和溶存酸素濃度の低下によって表層DOや底層DOが全般的に低下するものの、底層DOの減少幅はそれほど大きなものではなく、2℃程度の温暖化では顕著な底層貧酸素化は起こらないことが示唆された。
図(6)-5 湖沼温暖化に伴う溶存酸素濃度の変化予測（水温2℃上昇）

以上の結果、沿岸帯底層の貧酸素化には底質の泥質化の寄与が最も大きく、適切な沿岸帯環境の保全には泥質化防止が最も有効であると考えられた。

## （２）琵琶湖沿岸域の泥質化影響因子の評価

図(6)-6に北湖湖岸帯湖底泥質化実態調査の調査地点を示す。北湖東岸9測線において湖岸から沖合300mの間で30m毎に試料を採取し、各種泥質分析および粒度分布測定を行った。本研究では特に含泥率と底泥中の強熱減量、窒素、リン、炭素含有量および酸化還元電位（ORP）に着目した。ここで含泥率とはシルト以下のサイズ（0.075mm以下）の細粒堆積物の重量含有率のことである。また、湖底形状と泥質地点の関係を把握するために、水深測定結果より各測線の断面図を作成し、湖底の勾配変化を比較するために勾配変化量を求めた。図(6)-7において、 $ a_{4} $ 地点の勾配変化量は $ a_{3} $ 地点～ $ a_{4} $ 地点までの勾配から $ a_{4} $ 地点～ $ a_{5} $ 地点までの勾配の差をとって求められる。したがって、勾配変化量の大きい地点は急な勾配から緩やかな勾配になる地点を示している。

図(6)-6 サンプリング測線

図(6)-7勾配変化量の算出方法（ $ a_{1}\sim a_{10} $ は測点を示す）
図(6)-8に各測線の断面図と含泥率を示す。図より泥質化の進行している地点とほとんど泥質化が見られない地点があるが、いずれの地点も沖合に行くほど泥質化が進行する傾向がある。また、谷地形形成地点の沖側で含泥率が大きくなる傾向が認められる。ここで、各測線において $ a_{2} $ 地点以遠の沖合での勾配変化量の最大値を沖合最大勾配変化量とし、沖合最大勾配変化量を示す地点を勾配急変部とする。勾配急変部より岸側の測点での含泥率、窒素、リン、炭素および強熱減量の平均値と勾配急変部の沖合側の測点での平均値の比をそれぞれの含有比と定義する。図(6)-9に含有比の一例として、含泥率および窒素の含有比と沖合最大勾配変化量との関係を示す。図からわかるように、沖合最大勾配変化量が大きくなると含有比も大きくなる傾向が認められた。図からは概ね沖合最大勾配変化量3%程度を境に各々の含有比が増大していることがわかる。よって、谷地形を形成する勾配急変部の存在により沿岸帯の泥質化が促進されることが強く示唆された。

図(6)-8 各測線の断面図と含泥率（silt content）の関係
図(6)-9 沖合最大勾配変化量（横軸%）と含泥率および窒素の含有比（縦軸）

以上のように、北湖湖岸帯湖底泥質化実態調査データの解析から3%以上の勾配急変部の存在により沿岸帯の泥質化が進みやすい傾向が確認されたことから、勾配急変部を解消するような沿岸帯整備を行うなどの対策の有効性が示唆される。

## （３）沿岸帯プランクトン量子測モデルの構築とシナリオ計算

## 1 ）沿岸帯モデルの構築

モデルで考慮する環境因子の関連図を図(6)-10に示す。モデルではあるまとまりをもった沿岸帯を単位面積あたり（水柱単位）で評価する。植物プランクトンの現存量や底泥中のシード量をストック、それぞれの増殖や回帰、沈降、分解等に関わる機構をフローとしたシステムダイナミクスモデルとして構築した。

図(6)-10 沿岸帯モデルの構造
植物プランクトンの現存量に関する収支式は以下のようになる。以下の式を植物プランクトン種ごと（藍藻・緑藻・珪藻）に作成する。

$$ \frac{d\left( 植プラ現存量 \right)}{dt}= 回帰率 \times シード量 +\left( 增殖 - 沈降 - 枯死 \cdot 呼吸 \cdot 捕食 \right)\times 植プラ現存量 - 移流 \cdot 拡散 $$

$$ \begin{aligned}&\left\{\begin{array}{l} 回帰率 = 最大回帰率 \cdot f_{1}( 光 )\cdot f_{2}( 底質温度 )\cdot f_{3}( 底質 DO)\cdot f_{4}( 採泥時期 )\cdot\alpha\\ 增殖 =\mu_{max}\cdot g_{1}( 水温 )\cdot g_{2}( 栄養塩濃度 )\cdot\beta\\ 沈降 = 沈降速度 / 水深 \\ 枯死 \cdot 呼吸 \cdot 捕食 =k_{1}\\ 移流 \cdot 拈散 =AD\cdot 植プラ現存量 \end{array}\right.\end{aligned} $$

ここで、αは地点ごとに固有の定数であり、混雑効果係数のような役割を果たす。またβは水温や栄養塩濃度以外の増殖に関する影響（光、混雑効果等）を評価するための定数である。

続いて、シード量に関する収支式は以下のようになる。以下の式を植物プランクトン種ごと（藍藻・緑藻・珪藻）に作成する。

$$ \frac{d\left( シード量 \right)}{dt}= 沈降量 -\left( 分解 + 枯死 \cdot 呼吸 \cdot 捕食 \right)\times シード量 - 回帰量 $$

$$ \begin{cases} 沈降量 = 沈降速度 / 水深 \times 植プラ現存量 \\ 分解 =h\left( 底質 DO\right)\\ 枯死 \cdot 呼吸 \cdot 捕食 =k_{2}\end{cases} $$

## 2 ）モデルパラメータの推定

サブテーマ2において実施した回帰試験の結果より、回帰率を求めるモデルのパラメータを推定した。その際、実験条件は離散的に設定された（光：強/弱、DO：好気/嫌気等）ため、モデルも離散的なデータを元に評価できる形とした。モデルパラメータは、回帰率の実測値と計算値のRMSE（Root Mean Square Error：2乗平均平方根誤差）が最小となるように、EXCEL（Microsoft社）のソルバー機能を使いGRG法により最適化して求めた。

最適化実施後のプランクトン種ごとの回帰率の実測値と予測値を比較したものを図(6)-11に示す。実測値と予測値の相関係数は0.77～0.91と高く、全てのプランクトン種において概ね実測を再現できるモデルを構築することが出来た。

最適化実施後のパラメータを表(6)-1および図(6)-12に示す。特徴的なのは、光およびDOに関して、緑藻が藍藻・珪藻とは異なる傾向を示したことである。また回帰がしやすい時期もプランクトン種ごとに違いが見られ、藍藻は春および秋、珪藻は春～夏、緑藻は夏～秋に積極的な回帰が見られることが分かった。

また、プランクトン種ごとのシードの保存性の違いについても、シード保存試験の結果よりパラメータを推定し、モデルに活用した。
図(6)-11 回帰モデルの検証結果

表(6)-1 回帰モデルのパラメータ

項目	最大回掃率	f_1(光)	f_2(底質温度)	f_3(底質DO)	f_4(採泥時期)	秋(10-12月)	冬(1-3月)	補正係数
+	-	10℃	15℃	20℃	25℃	好気	嫌気	春(4-6月)	夏(7-9月)	秋(10-12月)	冬(1-3月)
藍藻	0.85	0.76	0.13	0.07	0.23	0.87	0.15	0.36	0.87	0.65	0.12	0.87	0.17	0.38
珪藻	2.06	0.76	0.34	0.03	0.29	0.84	0.03	0.58	0.89	0.86	0.84	0.74	0.41	0.23
綠藻	9.98	0.62	1.00	0.00	0.02	0.83	0.00	0.87	0.38	0.18	0.84	0.90	0.07	0.18

$ ^{*} $ + : 60 $ \mu $ mol/m $ ^{2} $ /s — : 10 $ \mu $ mol/m $ ^{2} $ /s, $ ^{**} $ 好気 : DO9-10mg/L程度，搅拌 嫌気 : DO0.1mg/L以下程度，静置

図(6)-12 回帰モデルのパラメータ
続いて増殖に関するパラメータを、サブテーマ5において実施・整理された結果より設定した。ただしパラメータは植物プランクトン種ごとの差異が大きいため、琵琶湖において典型的な種を想定することにした。想定したプランクトンおよびそれぞれのパラメータ等を表(6)-2に示す。

表(6)-2 増殖モデルのパラメータ

種類	想定するプランクトン	最大比増殖速度μmax	水温影響関数{T/top}exp(1-T/top)	窒素濃度影響関数X/K_N+X	リン濃度影響関数X/K_P+X	文献
藍藻	Microcystisaeruginosa	1.10	Toptξ	32.116.9	K_N 0.14	K_P 0.0089
珪藻	Fragilariacrotonensis	0.67	Toptξ	24.71.29	K_N 3.2	K_P 0.31
緑藻	Staurastrumdorsidentiferum	0.368	Topt※文献では線形式	30.0	K_N 0.091	K_P 0.0075

## 3 ）現況再現

上記モデルを用いて、典型的な人工的湖岸である長浜沖において再現計算を行った。計算期間は2012年4月1日～9月30日の6ヶ月間とした。その他の計算条件は以下の通りである。

## ○ 初期值

• 植プラ現存量：全種で0（gC/m^{2}）→シードからの回帰のみの比較を行う

・シード量：植プラ種ごとの四季別シード量結果の平均値（長浜沖）

## ○ 地域諸元

· 水深：6m

・ 移流・拡散に係る係数： 0.15

## ○ 観測データ

光：実験における「ー」を使用

• 底質DO：嫌気的条件と仮定

・ 水温：サブテーマ3の現地観測結果を補間して使用

## • 窒素濃度・リン濃度：サブテーマ3の現地観測結果を補間して使用

植物プランクトン種ごとの現存量の変化を図(6)-13に示す。まず珪藻が増加し、次いで緑藻、藍藻の順に増加するという季節変移を再現することができた。図(6)-14には、参考に現地で観測された植物プランクトン種ごとの現存量の変遷を示す。計算においては藍藻・珪藻・緑藻ごとに想定するプランクトンを限定していることから、必ずしも比較できるものではないが、こうした季節変移は現地においても観測されていることが分かる。
図(6)-13 モデル計算結果（長浜沖）

図(6)-14 観測結果（長浜沖）

続いて典型的な自然的湖岸である愛知川沖において再現計算を行った。期間は長浜沖と同様、計算期間は2012年4月1日～9月30日の6ヶ月間とした。その他の計算条件は以下の通りである。

## ○ 初期值

• 植プラ現存量：全種で0（gC/m²）→シードからの回帰のみの比較を行う

・シード量：植プラ種ごとの四季別シード量結果の平均値（愛知川沖）

○ 地域諸元

· 水深：6m

移流・拡散に係る係数：0.2

## ○ 観測データ

光：実験における「＋」を使用

• 底質DO： 好気的条件と仮定

・ 水温：サブテーマ3の現地観測結果を補間して使用

• 窒素濃度・リン濃度：サブテーマ3の現地観測結果を補間して使用

また、上記以外の植物プランクトン種ごとのパラメータについては、長浜沖と愛知川沖で同様とした。

植物プランクトン種ごとの現存量の変化を図(6)-15に示す。長浜沖とは異なり、藍藻が少なく、緑藻が多いことが分かる。図(6)-16には、参考に現地で観測された植物プランクトン種ごとの現存量の変遷を示す。上記に示す地点ごとの傾向の違いは観測にも現れており、人工的湖岸と自然的湖岸の違いをモデルで一定再現することができたと考えられた。
図(6)-15 モデル計算結果（愛知川沖）

図(6)-16 観測結果（愛知川沖）

## 4 ）シナリオ計算

長浜沖を対象として構築されたモデルを用いて、湖岸を人工的なものから自然的なものに転換しときの植物プランクトン種ごとの現存量の変化について解析するため、シナリオ計算を実施した。想定したシナリオは以下の5ケースである。

・ シナリオ1： 光条件の変化（光「ー」→「＋」）

シナリオ2：底質DOの改善（底質DO「嫌気」→「好気」）

・ シナリオ3：湖流の変化（移流拡散に係る係数 0.15→0.2）

シナリオ4：泥質化の改善（シード量初期値プランクトン種ごとに半減）

・シナリオ5：シナリオ1～4の全てを実施

ただしこれらは全て仮想的な設定であり、自然的湖岸に転換したからといって必ずしも上記のような変化が起きるとは限らない点に注意が必要である。その意味で、得られる結果に定量的な意味は小さく、あくまで対策を行ったときの変化の方向性を示すものといえる。

シナリオ計算を行った結果を図(6)-17に示す。光を増加させた場合には珪藻と藍藻が増加する一方で、DOを改善した場合には緑藻が増加して藍藻が減少した。また湖流の変化や泥質化の改善により、全てのプランクトン現存量が減少した。これらを重ね合わせると、結果として藍藻が大きく減少する一方、珪藻がやや減少、緑藻が横ばいという結果になった。以上をまとめると、自然的湖岸化を想定したシナリオ計算からは、底質DOの改善、湖流の変化、泥質化の改善のそれぞれにより藍藻の現存量の減少が見込まれた。
図(6)-17 シナリオ計算結果

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

沿岸帯底泥を用いた底泥酸素消費速度評価実験を通じて、底泥酸素消費速度が温度、含泥率、窒素含有率に強く影響を受けていることを明らかにした。鉛直一次元の溶存酸素収支モデルを構築し、底層溶存酸素濃度に影響する因子を検討した結果、含泥率が底層貧酸素化に強く影響することが示唆された。琵琶湖北湖湖岸帯湖底泥質化実態調査データを再解析した結果、3%以上の勾配急変部より沖側で泥質化が進行する傾向があったことから、勾配急変部を解消するような沿岸帯整備を行うなどの対策の有効性を指摘した。

沿岸帯プランクトン量予測モデルを構築して特徴の異なる沿岸帯の再現を試みたところ、環境条件に応じたシードの保存性や回帰性、また増殖特性の違いを適切に考慮することで、沿岸帯における植物プランクトン種ごとの季節遷移の概況を再現することが可能となった。また本モデルにより人工的湖岸の自然化を想定したシナリオ計算を実施することにより、湖岸形態が植物プランクトン種ごとの現存量に与える影響を半定量的に評価することが可能となった。

## （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＞

沿岸帯の泥質化が底層DOの貧酸素化に大きな影響を持っていることを示し、沿岸帯の泥質化の要因の一つとして湖底の勾配急変部の存在を指摘したことから、勾配急変部を解消するような沿岸帯整備を行う等、今後の沿岸帯対策への活用が期待される。

また人工的湖岸の自然化を想定したシナリオ計算を実施したところ、藍藻の現存量が大きく減少する傾向が見られたことから、自然的な湖岸を復元していくことにより湖内のプランクトン種ごとの現存量にも影響を与えられる可能性が示された。

### 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）>

1) 奥村浩気、岸本直之、一瀬諭、馬場大哉、田中仁志：水環境学会誌 37(2)， 55-62（2014）「琵琶湖北湖東岸における湖岸形状と泥質化の関係」

## 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) 奥村浩気、岸本直之、一瀬諭、馬場大哉：日本陸水学会第77回大会（2012）

「湖沼沿岸域底質の酸素消費速度に関する研究」

2) 奥村浩気、岸本直之、一瀬諭、馬場大哉、田中仁志：第47回日本水環境学会年会（2013）「琵琶湖北湖東岸における護岸形態と底質の関係」

3) 奥村浩気、岸本直之、一瀬諭、馬場大哉、田中仁志：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(2)—泥質化に及ぼす流れと湖岸勾配の影響」

## （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）

1) 湖沼生態系に及ぼす沿岸帯の機能評価（2013年9月12日、龍谷大学瀬田学舎120講義室、観客80名）

## （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。
# Estimation of Functions of Littoral Zone on Lake Water Quality and Their Influence Factors.

Principal Investigator: Satoshi ICHISE

Institution: Lake Biwa Environmental Research Institute

5-34 Yanagasaki, Otsu-City, Shiga 520-0022, JAPAN

Tel: +81-77-526-4288 / Fax: +81-77-526-4803

E-mail: ichise-satoshi@pref.shiga.lg.jp

Cooperated by: Center for Environmental Science in Saitama, Toray Techno Co., Ltd., Ryukoku University

## [Abstract]

Key Words: Lake Biwa, Phytoplankton, Zooplankton, Long-term variation, Oxygen depletion, Siltation, Seed bank, Lake bottom slope, Mathematical model, Scenario simulation

Phytoplankton biomass and chlorophyll-a in the northern basin of Lake Biwa tends to decrease from 1980s. On the contrary, cyanobacteria have been increased over time, and might contribute an increase in persistent organic matter in the lake. Since cyanobacteria are disappeared in winter, cyanobacteria seeds are supplied to the lake from some sources in spring or summer. However, the seed supply from the bottom sediment in the offshore zone of the lake is not thought to be a main source, because the average depth of the northern basin of Lake Biwa is about 60 m. Accordingly, we focused on the bottom sediment of the littoral zone as a seed source (seed bank) of phytoplankton, and tried to elucidate functions of littoral zone and their influential factors on the lake environment and behavior of cyanobacteria in the lake using experimental and modeling approaches.

The incubation experiments for estimation of seed bank potential of bottom sediments were performed using sediments sampled from the east coast of the northern basin of Lake Biwa and from Lake Yamanokami, and revealed that reappearance of cyanobacteria was enhanced under low dissolved oxygen condition, which was easily formed by muddy sediment with a high silt content. Thus, the prevention of siltation was thought to be important for a control of cyanobacteria.

To elucidate the reason why siltation occurs in specific areas, a comprehensive analysis between lakeshore configuration and siltation was performed. Consequently, the organic matter and silt contents of the bottom sediment increased with a steep lakeshore slope over 5% and a large slope change over 3%. Thus, a decrease in the lakeshore slope and the slope change may be effective to prevent the siltation.

As the results of various field surveys and experiments, a prediction model for dissolved
oxygen concentration and a system dynamics model for phytoplankton community in the littoral zone of Lake Biwa were constructed. The model calculation under several scenarios revealed as follows: The dissolved oxygen concentration in the benthic layer was strongly influenced by the silt content, and an enrichment of dissolved oxygen in the benthic layer, a decrease in silt content of the sediment, and an increase in water exchange rate were inferred to be potential countermeasures to decrease biomass of cyanobacteria.

Thus, the prevention of siltation will be effective in maintaining aerobic condition of benthic layer and deterring blooms of cyanobacteria.
各都道府県・指定都市教育委員会担当課

各都道府県私立学校担当部課御中

附属学校を置く各国立大学法人担当課

文部科学省初等中等教育局特別支援教育課

平成２８年度特別支援教育に関する調査の結果について（送付）

日頃から特別支援教育の推進に格段の御尽力をいただき、誠にありがとうございます。先般御協力いただきました標記調査の結果について、別紙1～3のとおり、取りまとめましたので送付します。

各都道府県教育委員会におかれては所管の学校及び域内の市町村教育委員会に対して，各指定都市教育委員会におかれては所管の学校に対して，各都道府県におかれては所轄の学校及び学校法人等に対して，各国立大学法人におかれては附属学校に対して，本調査結果についての周知と必要な指導等について，適切にお取り計らいくださいますようお願いします。

別紙 1：特別支援教育体制整備状況調査

別紙２：通級による指導実施状況調査

別紙 3：特別支援学校等の医療的ケアに関する調査

(参考：「特別支援教育に関する調査の結果」 掲載 URL)

http://www.mext.go.jp/a\_menu/shotou/tokubetu/material/1383567.htm

【本件連絡先】

文部科学省初等中等教育局特別支援教育課

〒100-8959 東京都千代田区霞が関3-2-2

電話：03-5253-4111（内線）

FAX : 03-6734-3737

E-mail : tokubetu@mext.go.jp

（別紙1～2）支援第一係（内線3255）二宮

(別紙 3) 支援第二係（内線 3192）宮崎
## 国の債権に係る情報の公表

平成25年度

※消滅額の項中「うち不納欠損額」は、歳入徴収官事務規程（昭和二十七年大蔵省令第百四十一号）第二十七条第一項各号に該当する金額の合計額であり、消滅額の内数。

歳入金債権の年度末現在額の推移

(单位:百万円)

平成25年度末現在額	平成26年度末現在額	平成27年度末現在額

2. 「特別会計に関する法律」附則第六十七条第一項第七号の規定により設置された空港整備特別会計が廃止されたことに伴い、同法附則第二百五十三条第三項の規定により空港整備特別会計の平成十九年度末における権利義務は、本特別会計の本勘定に帰属した。

※1. 計数はそれぞれ単位未満切り捨てによってので、端数において合計とは合致しないものがある。