Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
究, 土木学会論文集, No.740/II-64, pp.63-73, 2003.

6) Krannenburg, C. and Winterwerp, J. C.: Erosion of fluid mud layers. I: Entrainment model, Journal of Hydraulic Engineering, Vol.123, pp.504-511, 1997.

7) Maa, P. Y. and Mehta, A. J.: Mud Erosion by Waves: a Laboratory Study, Continental Shelf Research, Vol. 7, pp. 1269–1284, 1987.

8）鶴谷広一，江口秀二，鷹濱：流れと波による底泥の巻き上げに関する実験的研究，海岸工学論文集，35，pp.357-341，1988.

9）山西博幸，楠田哲也：振動流下における高濃度層の形成・保持機構に関する研究，海岸工学論文集，39，pp.286-290，1992.

10）梅田信，長嶺知徳，長広遥，石川忠晴，宇多高明：霞ヶ浦湖心部における底泥の巻き上げ過程に関する研究，水工学論文集，Vol.45，pp.1171-1176，2001.

11）梅田信，高峰一，五味啓，石川忠晴，市山誠：平面噴流による霞ヶ浦底泥の洗掘限界に関する実験的研究，水工学論文集，第47巻，pp.1183-1188，2003.

12) Scheffer M et al.: Catastrophic Shifts in Ecosystems, Nature, vol. 413, pp. 591–596, 2001.

13) Horppiila, J. and Nurminen, L.: Effects of submerged macrophytes on sediment resuspension and internal phosphorus loading in Lake Hiidenvesi (southern Finland), Water Research, Vol. 37, pp. 4468–4478, 2003.

14) James, W. F., Barko, J. W. and Butler, M. G.: Shear stress and sediment resuspension in realtion to submersed macrophyte biomass, Hydrobiologia, Vol. 515, pp. 181–191, 2004.

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16）銭新，石川忠晴，西部隆宏：霞ヶ浦高浜入りにおける日成層形成時の湾水交換の数値シミュレーション，土木学会論文集，Vol.43，pp.1216-1220，1996.

17）例えば，土木学会：水理公式集，昭和60年版，p.486.

18）横山勝英：濁度計の粒径依存特性と現地使用方法に関する考察，土木学会論文集，58号，pp.93-98，2002.

19）関智弥，福島武彦，今井章雄，松重一夫：霞ヶ浦の濁度上昇と底泥巻き上げ現象，土木学会論文集G，811，pp.149-161，2006.

20）横山勝英，石川忠晴，梅田信：濁質生産量の推定方法に関する研究，ダム工学，10(4)，pp.311-322，2000.
B-1004-44

# (3) 底質環境の長期連続モニタリングおよび底質環境形成機構の解析

东北大学大学院工学研究科 野村宗弘

<研究協力者>

东北大学大学院工学研究科 藤林 惠

平成22～24年度累計予算額：4,513 千円

（うち，平成24年度予算額：737 千円）

予算額は，間接経費を含む.

## [要旨]

本研究では底質に有機物質を堆積させない，流出を促進させる技術の開発をめざし，伊豆沼をフィールドとして砂質，泥質，砂泥質と底質性状の異なる地点を選定して1ヶ月以上の連続モニタリングを行い，底質環境特性の異なる場における流動特性を比較して底質性状と流動との関係を考察した．その結果，人工護岸によって直線化した岸に平行した風向が卓越する場合その下流で瞬間的には風速に匹敵する非常に高い流速が発生すること，一方でそれ以外の風向の場合には流速が極度に抑えられること，自然護岸においては流速1 cm/s以下の低流速である頻度が高いこと，岸冲方向に振動流が発生しやすく，それが底質の性状に影響を及ぼしている可能性が高いことなどの新たな知見が得られた．また，底質（有機炭素含有率）と流動（流速超過確率）の関係をモデル化し，流速超過確率は底質を推定するために有用なパラメータであることがわかった．また，流速超過確率を0.01程度以上に保つことで，底質の泥化を防止することができることが示唆された．さらに自然護岸では岸に近い部分で流速が大きくなることが示された．これらの成果を通じて環境改変に伴う底生生物相の応答評価が期待できる．

さらに，浅い閉鎖性水域である湖沼の底質有機炭素の起源を解明するために，脂肪酸組成および安定同位体比を指標として生産者構造の異なる宮城県北部に位置する伊豆沼（高等植物：ハス）と，中国江蘇省に位置する太湖（微細藻類：藍藻）を対象に調査を行った．その結果，両湖とも底質に堆積している有機炭素は主に高等植物に起源を有することが明らかとなった．さらに，両湖のデータを同時に解析したところ，底質有機炭素含有率と高等植物由来の脂肪酸含有量には有意な正の相関が認められた．この結果は，閉鎖性水域において高等植物由来の有機炭素が閉鎖性水域の有機汚濁を引き起こしているという本研究の発見が普遍的なものであることを示唆しており，閉鎖性水域の有機汚濁を改善するためには，高等植物の管理が重要であることが示された．

[キーワード] 閉鎖性水域，底質汚濁，流動，巻き上げ，モニタリング

### 1. はじめに

閉鎖性水域の富栄養化は水環境問題の中でも最も深刻である．当該研究グループが自然再生に取り組む伊豆沼・内沼も富栄養化によって水質ワーストランキングの上位に位置する湖沼であり，かつての泳げる・飲める水質を維持していた面影はない．また，冬鳥の渡来地として世界的にも極めて価値の高い自然環境を有し，飛来数は過去最高を記録しているものの，沈水植物は絶滅の
危機に瀕し，かつて多数存在したイシガイ・ドブガイ等二枚貝類は激減し，性成熟に達していない幼貝は殆どみつからない状況にある.

これは伊豆沼・内沼以外の浅い閉鎖性水域に共通する課題でもある。「浅い」ことは，水－気界面の風波による水－土界面の底質巻き上げは栄養塩の溶出，内部負荷の増加のみではなく，底層表面の微生物環境に対する影響，透明度の低減による一次生産者の生産量への影響，浮遊や沈水植物などの分布など様々な影響を与える。つまり，底質の堆積有機物含有量は，生態系の化学的，生物的特性を決める重要なパラメータであると考えられ，浅い閉鎖性水域の保全・再生を可能とするうえでは，有機物の動態と底質の形成過程および性状との関係を解明することが不可避であるといえる $ ^{1} $ .

ところで，なぜ底質が有機汚濁化するのかに関しては，富栄養化による沈降・堆積有機物の増加とともに，治水・利水のために堰や垂直護岸の整備によって攪乱が制御され，これまで流去していた懸濁有機物質が堆積し，底質の有機汚濁化，内部負荷の増加をもたらしている可能性は高い．特に浅い閉鎖性水域である伊豆沼や霞ヶ浦では堰の整備によって水位が上昇し，風波による攪乱が弱まり底質の移動が妨げられている可能性がある．本研究では底質に有機物質を堆積させない，流出を促進させる技術の開発をめざすが，これは基本的に自然の攪乱を利用したオンサイトの技術であり，経済性に優れる可能性は非常に高い．これまで行われてきた底質改善対策としての浚渫や覆砂は効果の持続性，費用対効果，シードバンク（土壌中に含まれる発芽能を持った埋土種子）の喪失などの問題があり，それらに代わる底質改善対策として有望である．

他方，底質に堆積する有機炭素の起源を明らかにすることも抜本的な対策を講じるうえで，不可欠である．一般的に湖沼に堆積する有機物としては陸上植物などの外部由来のものと，湖沼内部で生産されるものに分けられる $ ^{2} $ ．これらの有機物の寄与が湖沼によって異なるのか，あるいは湖沼のタイプによってある特定の傾向を有しているのかを知るための十分なデータは蓄積されていない．底質有機物の起源を解析する方法としては炭素安定同位体，脂肪酸組成さらに脂肪酸の炭素安定同位体比に注目した方法が知られている．潜在有機物源として想定される，陸上植物や湖沼内部で生産される藻類の炭素安定同位体比は，それぞれが利用する無機炭素の炭素安定同位体比が異なっていることなどに起因して，有意に異なる値を示すことが多い．この潜在有機物起源の炭素安定同位体比がそれぞれ異なることを利用して，底質有機炭素の炭素安定同位体比から底質に対する潜在有機物起源の寄与を推定することができる．脂肪酸を用いた方法では珪藻や渦鞭毛藻類などの潜在有機物起源ごとに特有の脂肪酸があることが知られており，これらの脂肪酸を底質から検出することで，底質の有機物起源を知ることができる．また，脂肪酸の炭素安定同位体比を用いた方法は，まだ発展途上であり報告例は少ないが，同様の脂肪酸マーカーを有する起源有機物を同位体比の差異から区分できる可能性や，微生物の分解により消失した有機物の存在を，細菌由来の脂肪酸の同位体比を測定することで推測できるものと期待されている．

## 2 ．研究開発目的

本研究の目的は，浅い閉鎖性水域の底質制御技術の確立にある．このため，水域の流動が底質を支配するという仮説を立てて，浅い閉鎖性水域の砂地，泥地，沈水植物生育場，浮菓植物生育場など底質環境特性の異なる様々な場を選定し，流動と水質・底質・底生生物のモニタリングを行い，それらの関係を解析して統計モデルを構築する．平成22年度は，伊豆沼をフィールドとし
て砂質，泥質，砂泥質と底質性状の異なる地点を選定して1ヶ月以上の連続モニタリングを行い，底質環境特性の異なる場における流動特性を比較して底質性状と流動との関係を考察した。

次にこれまでに閉鎖性水域においては底質有機物含有率と流動の関係が明らかになっていない。また，流動を制御する手法として緩傾斜の自然護岸化を考えたが，自然護岸でどのように流動が変化するかは分かっていない。そこで本研究では，底質有機物含有率と流動の関係に注目し，湖沼の沿岸部および自然護岸近傍における底質環境と水理環境との関係を明らかにすることを目的として，伊豆沼の沿岸部においてモニタリング調査を行った。

さらに，生産者構造の異なる富栄養化した閉鎖性水域である伊豆沼および太湖において炭素安定同位体比，脂肪酸，そして脂肪酸の炭素安定同位体比を用いて底質有機物の起源を解明することを目的とした．さらに，伊豆沼で採集したハスの分解過程を明らかにするとともに，現場調査で得られた底質の脂肪酸データの解釈の助けとするために，ハスの分解実験を実験室で行った．

### 3. 研究開発方法

## （１）底質環境の長期連続モニタリングおよび底質環境形成機構の解析

## 1 ）研究対象水域の概要

研究対象水域とした宮城県伊豆沼は，最大水深1.6 m，平均水深0.76 mと浅い湖沼である．このため様々な水生植物が湖面を覆い，豊かな植物環境が形成されており，トンボなどの昆虫類や魚類，水鳥類をはじめとする多様な生物相を育んでいる．一方，伊豆沼・内沼は2008年度の湖沼のCOD高濃度水域ワースト1位であり $ ^{3)} $ ，年間の平均COD値は2009年度で10 mg/L，2008年度では9.5 mg/Lであった．

図(3)-1 伊豆沼の全体図と観測地点

## 2 ）流動特性に関する現地観測

観測期間は，2010年12月9日から2011年1月21日までである．調査地点は異なる堆積有機物含有量の底質を有する3地点(Stn.A，B，C：図(3)-1)から2週間間隔で表層底質(0-1 cm)を採取し，有機物の指標として全炭素含有率を測定した．観測地点は現地踏査から底質を確認しながら選定したもので，Stn.Aは伊豆沼の河川流入部で底質は砂質，Stn.Bは伊豆沼北岸で人工護岸の近傍で底質は泥質，Stn.Cは伊豆沼南岸で自然護岸の近傍で底質は砂泥質である．この期間内，3地点に電磁流速計(infinity-EM；JFEドバンテック(株))を堆積物直上5cmに設置し，流向・流速(10分毎に1秒間隔で30個)を連続観測した(図(3)-2).
図(3)-2 流速計の設置方法

## 3 ）水の流動と底質の有機炭素含有率の関係解析

図(3)-1に示す5地点でモニタリング調査を行った。Stn.Aは河川流入部，Stn.Bは北岸で人工護岸近傍，Stn.Cは南岸に位置し，自然護岸近傍で岸辺にはマコモの植生がみられる。また，Stn.1は最西端でヨシに囲まれた地点，Stn.6は植生の見られる人工護岸近傍で湖心方向には多くのハスが見られる地点である。この5地点について，2010年12月から2011年12月まで計9回，表層堆積土0～1cmについて柱状採泥器を用いてサンプリングし，元素分析装置（VarioELⅢ；エレメンタール社）により有機炭素含有率を測定し，底質中の有機物指標として解析に用いた。また，2010年12月と2011年9月に，同観測地点の堆積物表層から直上5cmの位置に電磁流速計（INFINITY-EM；JFEアドバンテック）を設置し，流速・流向を1ヶ月ずつ連続測定した。

さらに，2011年12月5日から12月21日まで，Stn.C近傍で岸沖方向に6つ観測地点を設け，底質有機炭素含有率と流速・流向をそれぞれ上記の方法で観測した．岸から2mの地点をC-1（水深：0.34m）とし，湖心方向に向かって6mずつ距離を置き，C-2，C-3，C-4，C-5，C-6（水深：0.76m）とした．

## (2) 脂肪酸と安定同位体比を用いた底質有機炭素の起源解析

## 1 ）伊豆沼における調査の概要

### a. 伊豆沼の概要

宮城県栗原市と登米市に位置する伊豆沼の富栄養化ならびに水質の状況については上述したとおりである。伊豆沼の生産者の特徴としては浮薬植物であるハスの大群落が存在することであり、夏には湖面の半分以上をハスが覆うこともある。その一方で、湖面を覆うために光が制限となり水中の藻類にとっては増殖しがたい環境になっていると考えられる。

### b. サンプリング

2011年6月29と7月5日に12地点から底質を採集した．Stn.A～C，Stn.1～4は沿岸域であり，残りのStn.5～9は湖心部である（図(3)-3）．Stn.A～Cでは有機炭素含有率，炭素・窒素安定同位体比，脂肪酸組成そして脂肪酸の炭素安定同位体比を分析した．他の地点から得られたサンプルは
有機炭素含有率と脂肪酸組成を分析した．さらに底質の有機物起源として想定されるハスの薬，ヨシ，ヒシを採集し，脂肪酸組成および炭素・窒素安定同位体比を測定した．また，2012年8月にも伊豆沼全体から12地点（Stn.a～1）（図(3)-4）から底質を採集し，脂肪酸組成を分析した．

図(3)-3 2011年における伊豆沼調査地点

図(3)-4 2012年における伊豆沼調査地点

### c. 分析方法

## i 有機炭素含有率

フリーズドライした底質サンプルに1 N塩酸を加え，一晩静置し無機炭素を除去した．超純水で塩酸がなくなるまで洗浄し，60 ℃の乾燥炉で再度乾燥させたものを有機炭素含有率測定用のサンプルとした．サンプルは元素分析装置（エレメンタール社製，VarioEL Ⅲ）で分析した．

## ii 安定同位体比

底質に関しては上述の有機炭素含有率を測定するために酸処理したサンプルを炭素安定同位体比の分析に用いた．窒素安定同位体比分析用のサンプルは酸処理を行っていないものを用いた．植物に関してはフリーズドライ処理のみを施し，サンプルとした．各サンプルは質量分析計
(Finnigan MAT社, Delta plus)を用いて分析した．炭素・窒素安定同位体比は次式を用いて標準物質からの相対千分差で表した．

$$ \delta^{^{13}}\mathrm{C~o r~}^{15}\mathrm{N~}(\mathrm{\%o})\quad=\quad[\quad(\mathrm{R_{sample}/R_{standard}}\quad)-1]\quad\times1000 $$

ここで $ R_{sample} $ はサンプルの $ ^{13}C/^{12}C $ または $ ^{15}N/^{14}N $ を表し, $ R_{standard} $ は標準物質の $ ^{13}C/^{12}C $ または $ ^{15}N/^{14}N $ を表す．標準物質は炭素がPeeDee Belemnite（PDB）であり，窒素は大気である．

## iii 脂肪酸組成および脂肪酸の炭素安定同位体比

脂肪酸はAbdulkadirらのOne-step method $ ^{4)} $ を用いて抽出・メチルエステル化を同時に行い，n-ヘキサン溶液とした．抽出を行う際，内部標準物質としてトリコサン酸（C23:0，東京化成(株製）を用いた．脂肪酸組成分析は水素炎イオン化検出器付きガスクロマトグラフ（GC-2014，島津製作所(株製）に充填カラムとしてキャピラリーカラム（Select FAME，100 m×0.25 mm，ID，0.20 μm，Agilent社製）を用いて分析した．カラムの昇温プログラムは150 ℃（5 min保持）-4 ℃/min-230 ℃（10 min保持）-4 ℃/min-250 ℃（20 min保持）とした．キャリアーガスはヘリウム定圧モード，331 kPaとし，注入口温度260 ℃，検出器温度280 ℃で分析した．各脂肪酸の標準物質としてSpelco $ ^{®} $ 37 Component FAME Mix(Sigma Aldrich社製)を用いてリテンションタイムから各脂肪酸の同定を行い各脂肪酸の含有量を計算した．なお本研究では標準物質のリテンションタイムに該当しないピークは全て除外した．

さらに脂肪酸分析で使用した抽出へキサン試料を用いて各脂肪酸中のδ $ ^{13} $ C分析を行った。各脂肪酸中δ $ ^{13} $ C分析には前処理装置として脂肪酸組成分析と同じキャピラリーカラム(Select FAME)を充填したガスクロマトグラフ(TRACE GC Ultra, Thermo Fisher Scientific社製)と連結した同位体比質量分析計（Delta-V advantage, Thermo Fisher Scientific社製）を用いて分析した。キャリアーガスにはヘリウムを用い，80℃(0min)-5℃/min-180℃(0min)-0.5℃/min-205℃(0min)-3℃/min-250℃（5min保持）の昇温プログラム，注入口温度250℃で分析した。標準物質は脂肪酸組成分析と同じSpelco $ ^{®} $ 37を用いてリテンションタイムから各脂肪酸の同定を行った。

### d. 解析方法

## i 脂肪酸マーカーに注目した底質有機物の起源

既往の研究でしばしば用いられている脂肪酸マーカーを本研究でも採用した $ ^{5)} $ （表(3)-1）。しかし，緑藻・藍藻のマーカーとされる18：2ω6および18：3ω3は高等植物も含有しているため，潜在有機物起源としてハスやヨシが想定される伊豆沼においてはこれらの脂肪酸を緑藻・藍藻のマーカーとして利用することは難しい。そこで，本研究では緑藻・藍藻のマーカーは利用しなかった。
表(3)-1 マーカーとして利用されている脂肪酸

trophic marker	Source?
i-15:0,▪-15:0,▪-17:0	細菌 ▪
a-17:0,▪18:1ω7	綠藻／藍藻▪
18:2ω6,▪18:3ω3	珪藻▪
20:6ω3,▪18:4ω3	渦鞭毛藻▪
LCFA	陸上植物 ▪

ii IsoSouruceを用いた潜在有機物源の底質有機炭素に対する寄与率の計算

底質有機炭素に対する3種類の高等植物，ハス，ヨシ，ヒシの寄与を調べるため，これらの植物および底質の炭素・窒素安定同位体比を基に，IsoSource $ ^{6)} $ を用いて解析した．IsoSourceの計算条件はIncrement：1％とし，またToleranceには3つ潜在有機物源の標準偏差のうちもっとも大きい値を用いた．

## 2 ）太湖における調査の概要

### a. 太湖の概略

中国江蘇省にある太湖も富栄養化問題を抱える湖の一つである．太湖は面積2,338 m²と中国で3番目に広い湖であるが，平均水深は1.9 mと浅い．太湖は集水域3,000万人の水源であると同時に活発な養殖や漁業が行われており，地域住民の生活にとって非常に重要な湖である．また，醸し出す風光明媚な景観は観光資源としても高い評価を受けている．しかし，周辺地域の発展に伴い深刻な富栄養化が引き起こされ，藍藻類の異常増殖が発生している．2007年には太湖の水を水源とする無錫市の水道が，藍藻由来のカビ臭のために使えなくなるという事態も発生している．太湖に発生するアオコは特に北西部で顕著であり，ほぼ一年中アオコが残存するエリアもあるなど，生産者として浮遊藻類が卓越している．その一方で，太湖南部には藍藻の発生が相対的に少なく沈水植物が繁茂し，透明度も比較的高いエリアも残されている．

### b. サンプリング

2011年11月に太湖の3つのエリア，すなわち北西部，南西部，湖心部から4地点ずつ表層1 cm程度の底質を採集した（図(3)-5）。各エリアの様子を示した写真を図(3)-6に示す。北西部では調査日が11月であったにもかかわらず，藍藻がマット状に水面を覆っていた。南西部，湖心部においても北西部ほどではないものの，水面にフロックを形成しながら漂う藍藻類が認められた。採集した底質サンプルは，有機炭素含有率，脂肪酸組成，炭素窒素安定同位体比を測定した。また，北西部から得られた底質に関しては，脂肪酸の炭素安定同位体比も測定した。また，各エリアにおいて水面に浮遊しているアオコを，そして北西部の流入河川に群生しているヨシを採集し，脂肪酸組成および炭素・窒素安定同位体比を測定した。北西部においてはさらに，底生動物を採集し，脂肪酸組成および炭素窒素安定同位体比を分析することで，食物源の解析を行った。
図3-5 太湖調査地点

図(3)-6 2011年11月調査時点の太湖調査エリアの藍藻の発生状況

### c. 分析方法

## i 有機炭素含有率

上述の伊豆沼の調査の際に行った分析方法と同様の手順で分析を行った。

## ii 安定同位体比

底質の炭素・窒素安定同位体比は1N塩酸にて酸処理を行い，無機炭素を取り除き，その後，蒸留水で塩酸を洗い流し，60℃の乾燥炉で乾燥させたものを分析に供試した．底質の窒素安定同位体比および有機物源（アオコおよびヨシ）の炭素・窒素安定同位体比は凍結乾燥したものをそのまま分析に供試した．動物サンプルは後述の方法で脱脂し，60℃の乾燥炉で乾燥させたものを分析に供試した．分析には質量分析計(Finnigan MAT社，Delta plus)を用いた．炭素・窒素安定同位体比は(3-1)式を用いて標準物質からの相対千分差で表した．

$$ ^{13}\mathrm{C}\mathrm{o r}^{15}\mathrm{N}(\mathrm{\%o})\;=\;\left[\;\left(\mathrm{R_{sample}/R_{standard}}\right)\;-1\;\right]\;\times1000 $$
ここで $ R_{sample} $ はサンプルの $ ^{13}C/^{12}C $ または $ ^{15}N/^{14}N $ を表し, $ R_{standard} $ は標準物質の $ ^{13}C/^{12}C $ または $ ^{15}N/^{14}N $ を表す．標準物質は炭素がPeeDee Belemnite（PDB）であり，窒素は大気である．

## iii 脂肪酸組成および脂肪酸の炭素安定同位体比

上述の伊豆沼の調査の際に行った分析方法と同様の手順で分析を行った。

### d. 解析方法

## i 脂肪酸マーカーに注目した底質有機物の起源

潜在有機物源であるヨシとアオコの脂肪酸組成の結果から，それぞれの有機物源に特有の脂肪酸を選定し，マーカーとして用いた.

## ii 炭素安定同位体比による底質有機物起源の割合

底質有機炭素に対する有機物起源の寄与率を次式 $ ^{7)} $ を利用して算出した.

$$ \delta^{13}C_{ 泥 }=f_{ 藍藻 }\cdot\delta^{13}C_{ 藍藻 }+f_{ 陸上植物 }\cdot\delta^{13}C_{ 陸上植物 } $$

$$ 1\ =f_{ 藍藻 }+f_{ 陸上植物 } $$

ここで f は各添え字に書かれている有機物の底質有機炭素に対する寄与率を示している. $ \delta^{13}C $ は各添え字に書かれている有機物の炭素安定同位体比を示している.

## iii 脂肪酸の炭素安定同位体比による細菌の同化した有機物起源の特定

細菌の脂肪酸の炭素安定同位体比は同化した有機物のそれよりも3‰程度軽くなるという性質 $ ^{8)} $ を有することが知られている．この性質を利用して，細菌が藍藻と陸上植物のどちらをより同化しているか(3-4)，(3-5)式により求めた．

$$ \delta^{13}C_{bacterial FA: 泥 }+3=f^{\prime}_{ 藍藻 }\cdot\delta^{13}C_{ 藍藻 }+f^{\prime}_{ 陸上植物 }\cdot\delta^{13}C_{ 陸上植物 } $$

$$ 1\ =\ f^{\prime}\ _{ 藍藻 }+f^{\prime}\ _{ 陸上植物 } $$

ここで $ f^{\prime} $ は添え字に書かれている有機物が底質中の細菌に同化される有機炭素の寄与率を示している。 $ \delta^{13}C_{bacterial\ FA} $ 氷は泥から抽出された細菌由来脂肪酸の炭素安定同位体比， $ \delta^{13}C_{藍藻} $ および $ \delta^{13}C_{陸上植物} $ は各有機物全体の炭素安定同位体比を示している。なお，本研究では細菌由来の脂肪酸として知られている i15:0 および a15:0 $ ^{9)} $ を用いて，両脂肪酸の炭素安定同位体比の平均値を計算に用いた。

## 3 ）高等植物の分解実験

2012年9月伊豆沼にて実験材料としてハスと湖水を採集した．ハスは結乾燥処理した後ミルミキサーを用いて粉末にし，ふるいにより粒径を500 μm以下としたものを分解実験用の試料とした．粉末ハス試料乾燥重量1 gとガラス繊維ろ紙GF/B（Whatman孔径1 μm，直径47 mm）で吸引ろ過を行った湖水50 mlを100 ml三角フラスコ入れ，シリコン栓をし，好気条件，室温20 ℃，暗条件下でシェーカーを用いて100 rpmで攪拌させながらハスを分解させた．

実験の開始から0, 4, 7, 14, 32, 60日目にフラスコを取り出しGF/Bを用いてろ過を行い, ろ紙
上に残ったものをサンプルとして，凍結乾燥後に脂肪酸組成を分析した．脂肪酸組成の分析方法を上述の方法と同様である．

## 4 ．結果及び考察

## （１）底質環境の長期連続モニタリングおよび底質環境形成機構の解析

## 1 ）各地点の平均流速の経時変化の特徴

図(3)-7～9にStn.A～Cにおける合成流速の時系列データを示す．なお，本データは1秒間隔で30個測定したものを平均し，それを10分毎にプロットしたものである．Stn.Bのデータは水位低下に伴い測器のセンサー部が露出したため，1月9日までの観測結果となった．このため全ての地点のデータは12月9日正午から1月9日正午までの32日間として解析に用いた．

Stn. A, Bにおいて12月22日～23日の荒天時に流速が急激に増加し，一時的ではあるが両地点ともに15cm/sを越える流速が測定された．一方，同時期のStn. Cにおいては若干の流速の増加が認められたものの，Stn. A, Bとは異なり，他の期間と大差のない程度の流速にとどまった．この12月22, 23日は風速も5 m/sを超えており（図(3)-10），風により波・流れが発生したことがわかる．特に注目すべきはStn. Bで観測された流速ピークの急激な減衰である．風速自体は23日にかけてさらに上昇し，10 m/sを超える時間帯もあった．この影響はStn. Aの流速のピークと一致している．しかし，Stn. Bでは風速の上昇に対して流速は急激に減少している．この理由は風向にあると考えられる．Stn. Bの鋭い流速ピークをもたらした風は東風である（図(3)-10）．その後，風向は北風に変化しさらに風速を増している．この北風は岸に近いStn. Bから沖に向かう風であり（図(3)-1），吹送距離は極端に短い．このため強風であっても流速は非常に低く抑えられたと考えられる．ただし，吹送距離から考えるとStn. Cは南風によって流速を上昇させておかしくない．このような現象が見られないことの理由については後で考察する．

各観測地点で流速の平均値を比較すると Stn. A(1.8 cm/s)，Stn. B(1.3 cm/s)，Stn. C(0.9 cm/s) の順に大きかった．標準偏差も Stn. A(1.4 cm/s)，Stn. B(0.7 cm/s)，Stn. C(0.4 cm/s) の順に大きかった．したがって，巻き上げが発生しやすい高流速，高流速変動の場は Stn. A，Stn. B，Stn. C の順と整理して良さそうであるが，底質の性状はそれぞれ砂質，泥質，砂泥質であり，Stn. B，Stn. C の水理環境と底質環境の関係はサブテーマ 1 でまとめたものと矛盾する．そこで，より詳細に各地点の流速の特徴を解析する．
図(3)-7 Stn.Aにおける30秒間平均流速の時系列データ

図(3)-8 Stn. Bにおける30秒間平均流速の時系列データ
図(3)-9 Stn.Cにおける30秒間平均流速の時系列データ

図(3)-10 12月21日～24日における風速ベクトル図

## 2 ）各地点の流速の度数分布

図(3)-11には流速を1秒間隔で30秒間測定し，9分30秒後に同じ測定を繰り返して32日間，計30,240個の所得したデータの度数分布を示した．すべての地点でほとんどの流速は2.5 cm/s以下であり，平均流速はこのような比較的低流速での値に影響を受けていることがわかる．しかし，細かく見るとStn.Bにおいては2.5 cm/s以上の度数が他の地点に比べて非常に低いことがわかる．また，Stn.AとCを比較すると，Stn.Aは1～2.5 cm/sの度数が最も多く，Stn.Cは0～1 cm/sの度数が最も多く，このことが底質性状に影響を及ぼしている可能性を伺わせる．
図(3)-11 各地点の流速の度数分布（横軸：流速範囲（cm/s），縦軸：度数（個））

さらに，図(3)-11では高い流速での度数分布の特徴が見えないので，図(3)-12に流速2.5 cm/s以上のみを選択して拡大した図を示す．この図から，Stn.Bにおいては度数は少ないものの20 cm/sを超える流速も時々検出され，それはStn.AやCよりも明確に多いことがわかる．すなわち図(3)-8の平均流速のピークに見られたような，低頻度ではあるものの高流速の減少が見られることがStn.Bの大きな特徴であった．

サブテーマ1に示したように，流動の強い場では底質は砂質に，流動の弱い場では泥質になることを考えると $ ^{10)} $ ，流速2.5 cm/sは，底質の性状に関係する流動のパラメータとして何らかの意味を持っているのではないかと考えられる．そこで，1日間で2.5 cm/s以上の流速を検出する頻度を調べ，その経時変化調べたものを図(3)-13に示す．これより，平均流速では見られなかった流速の変動の傾向が明らかになり，Stn.Aでは日常的に2.5 cm/sの流速が検出されること，Stn.Bでは非常に頻度が低いこと，Stn.Cでは比較的Stn.Aに近いものの，頻度が0に近い，すなわちStn.Bに近い日も多いことがわかった．

図(3)-12 各地点の流速(2.5 cm/s)の度数分布(横軸：流速範囲(cm/s)，縦軸：度数(個))
12月3日 12月13日 12月23日 1月2日 1月12日 月日

図(3)-13 各地点の流速が1日間で2.5cm/sを超過する頻度の経日変化

## 3 ）各地点の流向の特徴

風向が流速に大きな影響を与える可能性は先に示したとおりであるが，各地点の流向の特徴について流速2.5 cm/sを超過する流速についてまとめたものを図(3)-14に示す．この図からわかるように，Stn.Aは北東方向の流向が卓越しており，これは岸から沖に向かう方向である．流入河川の影響等も受けて，常時この方向の流れが発生していることが特徴である．Stn.Bは方向性に偏りはない．そもそも流速が2.5 cm/sを超える頻度も低かったが（図(3)-13），これには人工護岸が影響している可能性がある．図(3)-1からわかるように，この付近は人工護岸化されており，岸冲方向すなわち南北方向の流れは発生しにくい場所である．このようなことから常日頃はごく低流速しか観測されず，東風が卓越したときに異常な高流速となる．このような場に有機物が沈降・堆積するメカニズムとしては，イベント的な高流速時の有機物供給が想定されるが（サブテーマ1），これに関しては調査結果を充実させて底質形成機構の解明につなげたい．

## 4 ）ミクロな時間スケールにおける流速変化の特徴

図(3)-15にはStn.AおよびStn.C（右図）の2010年12月23日11時50分0秒から29秒までの毎秒の流速成分の経時変化を示した。23日は図(3)-13からもわかるように両地点とも流速2.5 cm/sを超える頻度が高かった日である。しかしながら，流向を考慮した水理環境は大きく異なっている。Stn.Aにおいては東西成分，南北成分とも正の値をとり，北東方向に強い流れが定常的に発生していることが明らかである。一方，Stn.Cにおいては東西成分，南北成分とも周期的に正負を繰り返しており，図(3)-14に示されたような振動流が発生していることがわかる。この北西と南東の方向の振動流は，Stn.Cの地点としては岸冲方向に相当する。またStn.Cは自然護岸であり，岸辺にはマコモの植生がみられる。このときの風は南東方向に5m/s以上で吹いており，振動流には風が強く影響しているものと思われる。このような場を自然護岸化した場合に水理環境，さらには底質環境
境がどのように変化するであろうか．その予測を合理的に行うためにも，本研究結果をふまえたさらなる調査・解析が必要である．

Stn. A

Stn. B

Stn. C

図(3)-14 各地点の2.5 cm/sを超過する流速の方向の度数分布
図(3)-15 Stn.A(左図)，Stn.C（右図）の2010年12月23日11時50分0秒から29秒までの毎秒の流速成分の経時変化

## 5 ）水の流動と底質の有機炭素含有率の関係解析

伊豆沼の沿岸部5地点における有機炭素含有率と平均流速の関係を図(3)-16に示す．相関係数の検定をしたところ，有機炭素含有率と平均流速との間に有意な相関は見られなかった（P>0.10）．そこで，10分ごとに1秒間隔で30個観測した流速データのうち，流速が10 cm/sを超えるデータ数を全データ数で割ることで流速超過確率を求め，それと有機炭素含有率との関係を図(3)-17に示す．ここで，閾値を10 cm/sに設定したのは，沈殿処理において経験的に沈降しない流速として知られているためである．

$$ 流速超過確率 = 流速が10cm/s を超えるデータ数 \big/1 秒間隔の全データ数 $$
相関係数の検定を行うと有意ではなかったが負の相関が認められた（P>0.10）。これは平均流速が平均の流れの速さを示すのに対し，流速超過確率は瞬間的な流れの速さを示し，巻き上げ，沈降の両方に対応した指標となり得るためと思われる。したがって，今後，流動を表す指標として流速超過確率を用いることができそうである。また，今回，閉鎖性水域である湖沼においても干潟と同様な傾向が見られ，流動を制御できれば底質の有機汚濁を改善できる可能性が示された。

Stn. 6において，有機炭素含有率が小さいにも関わらず流速超過確率が小さかった。Stn. 6を除いた4点では，有機炭素含有率と流速超過確率には負の相関の傾向がみられた $ (r=-0.90,\ P\leqq0.10) $ 。そこでStn. 6の流動を詳細に把握するため，流速の1秒ごとの変動を図(3)-18に示す。南北方向，東西方向ともに上下に変動し，振動流が発生していることがわかる。ここで流速の大きさが同じで一方向流れと振動流を比較した場合，振動流の方で巻き上げ限界流速が小さいことが知られており $ ^{11,12} $ ，このことがStn. 6が回帰直線から外れた理由と考えられた。したがって，有機炭素含有率は，流速超過確率だけでなく，振動流の有無により決定されると推測される。

図(3)-16 沿岸部の平均流速と底質有機炭素含有率との関係

図(3)-17 沿岸部の流速超過確率と底質有機炭素含有率との関係
図(3)-18 Stn.6における2011年9月3日12:00:00から30秒間の流速成分の経時変化（北向き，東向き正）

次に自然護岸近傍の岸沖方向における現地観測の結果について，伊豆沼のStn.C近傍の岸沖方向6地点における17日間の平均流速を図(3)-19に示す．また，流速超過確率を図(3)-20に示す．平均流速，流速超過確率ともに岸に近いほど大きくなっており，自然護岸化することによって沿岸部の流動を強化できることが示唆された．Stn.C近傍では有機炭素含有率が非常に小さく，元素分析装置では検出されているが定量限界未満であり，これらを正確に評価できなかったため，底質と流動の関係を考察できなかった．今後，有機炭素含有率が大きいとわかったStn.Bなどの泥質の地点と比較検証することで，岸沖方向についても底質と流動の関係を明らかにできる可能性が示唆された．

図(3)-19 Stn.C近傍における岸からの距離と平均流速との関係
図(3)-20 Stn.C近傍における岸からの距離と流速超過確率との関係

伊豆沼は多様な底質環境が分布していて，その中から5地点を選定し，調査したところ，有機炭素含有率と流速超過確率に負の相関があることが明らかになり，閉鎖性水域においても流動が強い場では有機炭素含有率が小さく抑えられることがわかった．また，自然護岸では岸に近い部分で流速が大きくなることが示唆された．今後，人工護岸と比較検証するなど，より詳細に自然護岸の特徴を明らかにすることで，自然護岸化が流動を制御するための手法として応用できるか検証を重ねたい．

次に2010～2012年において伊豆沼沿岸部で観測された全データを用いて，水の流動と底質の有機炭素含有率の関係解析を行った．平均流速と有機炭素含有率の関係をみたが，相関は認められなかった(図(3)-21)．そこで，流動のパラメータに流速超過確率を導入した．ここではいくつかの流速の閾値(1,2.5,5,10,15,20 cm/s)を設定し，図(3)-22にその関係を示した．流速の閾値を2.5～10cm/sと設定した場合には，おおむね流速超過確率が低い地点で有機炭素含有率が高く，流速超過確率が高い地点で有機炭素含有率が低くなる傾向が認められた．なお，相関係数は-0.47～-0.68と同程度の負の相関を示した．このことから2.5～10 cm/s程度の流速閾値を設定することで流速超過確率を用いて有機炭素含有率が評価できることがわかった．なお，閾値を1,15,20 cm/sとした場合には，相関性は低かった．

有機炭素含有率が平均流速では説明できず，流速超過確率と相関が見られたことに関して，平均流速が平均の流れの速さを示すのに対し，流速超過確率は瞬間的な流れの速さを示し，巻き上げ，沈降の両方に対応した指標となり得るためと思われる.
図(3)-21 平均流速と有機炭素含有率の関係

図(3)-22 流速超過確率(閾値：1,2.5,5,10,15,20 cm/s)と有機炭素含有率の関係
本研究の成果として，図(3)-23および24に底質の有機炭素含有率と流速超過確率の関係を示す。これは干渦域における既往研究のデータも含むものであるが，湖沼においてもおおむね流速超過確率が高いところでは有機炭素含有率が低く，超過確率が低いところでは有機炭素含有率が高い傾向があることが示唆できた。また，この結果から流速超過確率を0.01程度以上に保つことで泥化が防止できることが明らかとなった。

流速超過確率を算出する際の流速データの採取方法（本研究では1秒間隔で30秒，10分毎の観測を行った）や有機炭素含有率も含めて年間を通じての代表値かどうか，また，本研究では閾値を10 cm/sとした流測値の意味など今後明らかにする課題も抽出できた.

図(3)-23 底質の有機炭素含有率と流速超過確率の関係 $ ^{①} $

流速超過確率(v>10cm/s)

図(3)-24 底質の有機炭素含有率と流速超過確率の関係②
## （２）底質有機炭素の起源解析

## 1 ）伊豆沼とハスの分解実験

伊豆沼における乾燥重量に対する底質有機炭素の含有率を図(3)-25に示す．サンプリング地点間で有機炭素含有率は異なり，砂地であったStn.1の有機炭素含有率が0.2％と最も低く，Stn.Bの10.8％が最も大きかった．2010年6月～7月に採集した底質のマーカー脂肪酸の含有率を図(3)-26に，2012年8月に採集した底質のマーカー脂肪酸の含有率を図(3)-27に示した．各地点に含まれるマーカー脂肪酸の含有率はどの地点でも高等植物に由来する脂肪酸が多く含まれていた．2011年の結果では湖心部のサンプリング地点では渦鞭毛藻類に由来する脂肪酸の含有率が高くなっているが，2012年では渦鞭毛藻類の脂肪酸は湖心部においてもほとんど検出されておらず，季節性があることが示された．一方，高等植物由来の脂肪酸は2011年，2012年ともに全サンプリング地点で多く含まれていた．

図(3)-25 伊豆沼における各サンプリング地点の有機炭素含有率（%）

図(3)-26 2011年における伊豆沼底質から抽出したマーカー脂肪酸の含有率
図(3)-27 2012年における伊豆沼底質から抽出したマーカー脂肪酸の含有率

次に,2011年6月に採集したSt.A, St.BそしてSt.Cの底質および潜在有機物源としてのハス(葉), ヨシ, ヒシの炭素・窒素安定同位体比（図(3)-28）を基にIsoSourceを用いて有機炭素の寄与率を計算した結果を表(3)-2に示した．本研究ではStn.A, Stn.BそしてStn.Cともに浮遊性藻類の存在を示す, 渦鞭毛藻類由来の脂肪酸がほとんど検出されていないことを踏まえて, 潜在有機炭素源として高等植物のみを対象とし, エンドメンバーに内部生産者である微細藻類を加味しなかった. Stn.AおよびStn.Bではハスの寄与が, Stn.Cではヨシの寄与が大きく, 地点によって高等植物種の寄与は異なることが分かった．また, ヒシの寄与は各地点で小さかった．ヒシは各サンプリング地点で最もバイオマスが少なく, またヨシはStn.C付近にもっとも多く見られており, IsoSourceによる計算結果はおよそ現地の状況を反映する結果となった．
図(3)-28 2011年伊豆沼における高等植物と底質の炭素・窒素安定同位体比

表(3)-2 IsoSourceの計算による各高等植物の底質に対する寄与率(%) (平均値(最小値～最大値))

ハス葉	ヨシ	ヒシ
St.A	72(56-89)	18(1-44)	9(0-25)
St.B	60(44-77)	30(13-56)	9(0-25)
St.C	3(3-4)	96(96-97)	0(0-1)

次に，各底質サンプルにおける有機炭素含有率に対する，高等植物由来脂肪酸および微細藻類由来脂肪酸の含有量（μg/g）の関係を図(3)-29，(3)-30に示した．なお，ここでは珪藻および渦鞭毛藻類由来の合計を微細藻類由来の脂肪酸として用いている．底質に含まれる微細藻類由来の脂肪酸と有機炭素含有率との間には有意な関係性は見られなかった．しかし，高等植物においては有意な正の相関が検出された．このことは，有機物が蓄積している底質ほど高等植物由来の脂肪酸が多く含まれていることを示しており，底質の有機汚濁は高等植物の蓄積によって引き起こされていることを示唆している．
図(3)-29 底質有機炭素含有率と高等植物由来脂肪酸含有量の関係

図(3)-30 底質有機炭素含有率と微細藻類由来脂肪酸含有量の関係

分解実験に伴うハスのマーカー脂肪酸組成の経時変化を図(3)-31に示す．ハスには不飽和脂肪酸である18:2ω6や18:3ω3がもっとも多く含まれており，高等植物由来の脂肪酸である長鎖脂肪酸(LCFA)は7%程度であった．しかし，分解の過程で不飽和脂肪酸は急激に減少し，相対的にLCFAの寄与率が増加し，60日目には13％となった．既往の研究からも，LCFAは不飽和脂肪酸と比較して難分解性であるとされており $ ^{13)} $ ，分解経過時間が大きくなるにつれてLCFAの割合が大きくなると考えられる．伊豆沼で採集した泥にはLCFAが30％ほど含まれており，分解が進行した高等植物が堆積していることが示唆された．
図(3)-31 分解過程におけるハスのマーカー脂肪酸組成含有率の経時変化

Stn. A～Cにおける底質から抽出されたバクテリア由来の脂肪酸であるi15：0の炭素安定同位体比を表(3)-3に示す．バクテリアの脂肪酸の炭素安定同位体比は同化した有機物の炭素安定同対比より3‰程軽くなることが知られている．すなわち，これらの地点に定着しているバクテリアは-29～-26‰程度の有機物を分解していることになる．これは，ハスやヨシの炭素安定同位体比と一致する．6～7月の伊豆沼の浮遊藻類の炭素安定同位体比は-34～-32‰程度であり $ ^{14)} $ ，伊豆沼の底質に定着するバクテリアは主に高等植物に由来する有機物を利用していると考えられる．

表(3)-3 脂肪酸由来の細菌の炭素安定同位体比

i-15:0	a-15:0	同化有機物のδ 13C
泥st.A	-29.2	-30.2	-27.2～-26.2
泥st.B	-30.7	-32.3	-29.3～-27.7
泥st.C	-30.6	-30.3	-27.6～-27.3

## 2 ）太湖

各調査地点の底質に置ける有機炭素含有率を図(3)-32に示す．各エリアは藍藻の発生状況や地理的な位置も大きく異なるものの，有機炭素含有率は0.5～1％の範囲内に収まり，エリア間で有意差はなかった（分散分析，p>0.05）．
図(3)-32 太湖における各サンプリング地点の底質有機炭素含有率

次に潜在有機物源であるアオコとヨシの脂肪酸組成を表(3)-4に示す．ヨシには高等植物由来の脂肪酸であるLCFAが多く含まれていたが，藍藻にはこれらの脂肪酸は含まれていなかった．対して，藍藻には18:3ω6および18:4ω3が多く含まれていたが，ヨシにこれらの脂肪酸は含まれていなかった．よって，太湖においてはLCFAをヨシ由来の脂肪酸，18:3ω6と18:4ω3の和を藍藻由来の脂肪酸とみなして，底質の脂肪酸組成を解析した．その結果を図(3)-33に示す．太湖は藍藻が大量に発生する湖であるが，全地点でヨシ由来の脂肪酸が多く存在しており，南西エリアであるBエリアおよび湖心部であるCエリアからは藍藻由来の脂肪酸は検出されなかった．次に各地点における，炭素安定同位体比を基に計算したアオコおよびヨシの有機炭素に対する寄与率を図(3)-34に示す．これも，脂肪酸マーカーと同様の傾向であり，ほとんどの地点でヨシに由来する有機炭素の割合が多かった．本研究では底質に供給される有機物源の量を計測していないが，太湖北西部では近年では3月頃よりアオコが発生しており $ ^{15)} $ ，断続的に藍藻が底質に有機物として供給されていると考えられる．一方，今回の調査は11月に行われており，ヨシなどの沿岸帯の陸上植物はまだ枯れ始めの時期であり，枯死体としての太湖への供給は少ないと考えられる．そもそも，人工護岸である北西部や湖心部では，周辺の植生が乏しく，有機炭素の供給量としては藍藻が卓越している可能性が高い．それにもかかわらず，底質の有機炭素が主に陸上植物に由来したの理由として動物による摂食・同化が考えられる．図(3)-35にアオコとヨシ，そして本調査で採集された底生動物，エビPalaemon modestus，2種の巻貝Semisulcospiriacacellata，Bellamya sp，1種の二枚貝Corbicula flumineaの炭素窒素安定同位体比を示す．動物の炭素・窒素安定同位体比が同化した餌と比較してそれぞれ約1‰，約3‰高くなること $ ^{16)} $ を踏まえると，全ての動物種が藍藻を同化していることが示された．また，C.fluminea以外の動物では藍藻による寄与の方が大きく，特にP.modestusとS.cacellatalは主に藍藻由来の有機物を炭素源として同化していることが示された．この底生動物による餌利用が藍藻の有機炭素としての底質への堆積を減少させる要因として機能していると考えられる．藍藻はこれまで動物の餌源としては利用されないこと $ ^{17)} $ ，また，動物に対する餌としての栄養的価値が小さいことが報告されている $ ^{18)} $ ．しかし，セルロースなどの難分解性の有機物を含む陸上植物も同様に動物の餌としては利用されにくいこと指摘されており $ ^{19)} $ ，それら餌源を比較検討した例は見当たらなかったが，太湖では相対的に藍藻の方が餌として利用されやすいことが明らかになった．今回の調査ではシジミの仲間であるC.flumineaが他の
底生動物と比較して陸上植物由来の有機物の利用が多いことが示された．シジミはセルラーゼ活性を有しているという報告があり $ ^{20)} $ ，太湖に生息するC. flumineaも陸上植物を消化・同化する能力を持つため，陸上植物を利用していると考えられた．他の底生動物は藍藻を主に同化していた．本調査ではBellamya sp.が最も多い個体数で採集されたが，同属のBellamya chinensisが必須脂肪酸要求の観点から藍藻類を好適な餌として同化している可能性が指摘されており $ ^{21)} $ ，藍藻が優占する太湖は本種にとって有利な環境であった可能性が考えられた．

表(3)-4 潜在有機物源であるヨシと藍藻の脂肪酸組成

ヨシ	藍藻
(n=3)	(n=4)
Ave.	S.D.	Ave.	S.D.
16:0	21.7	4.2	47.1	0.5
16:1ω7	0.0	0.0	2.0	0.2
18:0	5.0	0.6	1.3	0.1
18:1ω9	5.3	0.2	2.7	0.4
18:1ω7	0.0	0.0	0.5	0.1
18:2ω6	25.8	1.1	5.6	0.3
18:3ω6	0.0	0.0	9.4	0.4
18:3ω3	18.4	3.0	13.5	0.2
18:4ω3	0.0	0.0	17.9	0.3
20:4ω6	1.3	1.9	0.0	0.0
28:0(LCFA)	5.5	1.8	0.0	0.0
30:0(LCFA)	17.0	3.4	0.0	0.0
Total	100.0	0.0	100.0	0.0

図(3)-33 太湖底質のマーカー脂肟酸含有率（☐：高等植物 ■：藍藻）
図(3)-34 炭素安定同位体比で計算した太湖底質に対する有機炭素起源の寄与率（☐：高等植物 ■：藍藻）

図(3)-35 底生動物と潜在餌源であるアオコおよびヨシの炭素・窒素安定同位体比
また，陸上植物由来の有機炭素が卓越したもう一つの要因として，分解性の相違が考えられる．一般に藻類は易分解性であるが陸上植物は難分解性であることが知られている $ ^{22)} $ ．北西部の底質から採集した底質から抽出した，細菌由来の脂肪酸の炭素安定同位体比とアオコおよびヨシの炭素安定同位体比を基に細菌が同化している有機物の割合を計算した結果を図(3)-36に示す．細菌は藍藻由来の脂肪酸を同化していることが明らかとなり，藍藻が優先的に分解されていることがわかった．このことが藍藻の有機物としての底質に対する供給量が多くても，底質有機炭素の蓄積に対する寄与は高等植物に比較して小さかったと考えられた．

図(3)-36 底質に含まれる細菌由来脂肪酸の炭素安定同位体比から計算された細菌が同化している有機物起源（陸上植物と藍藻）の割合

次に，各底質サンプルにおける有機炭素含有率に対する，高等植物由来脂肪酸，微細藻類由来脂肪酸の含有量（μg/g）の関係を図(3)-37，38に示した．なお，ここでは珪藻および渦鞭毛藻類由来の脂肪酸と，藍藻由来の脂肪酸として用いた18：3ω6と18：4ω3の合計を微細藻類由来の脂肪酸として用いている．底質に含まれる微細藻類由来の脂肪酸では有機炭素含有率とは有意な関係が見られなかった．しかし，高等植物由来の脂肪酸と有機炭素含有率の間には有意な正の相関があり，高等植物の堆積が底質の有機炭素の蓄積を引き起こしていることが示唆された．
図(3)-37 底質有機炭素含有率と高等植物由来脂肪酸含有量の関係

図(3)-38 底質有機炭素含有率と微細藻類由来脂肪酸含有量の関係
## 3 ）伊豆沼と太湖の比較

ハスが優占する伊豆沼，藍藻類が優占する太湖と生産者構造の異なる二つの富栄養湖における底質有機炭素の起源を解析した結果，両者とも高等植物に起源をもつ有機物が蓄積していることが明らかとなった．図(3)-39には伊豆沼と太湖の全地点における底質有機炭素と高等植物由来の脂肪酸含有量の関係を示している．異なる湖であるが，一つの直線上にプロットが集まっている．この結果は，閉鎖性水域において底質に蓄積する有機炭素が高等植物由来であるという本研究の発見が普遍的なものである可能性を示唆している．

生産者構造の異なる両湖沼で，堆積している底質の有機炭素の起源が高等植物由来と同様の結果であったのに対して，バクテリア由来の脂肪酸から同化有機物起源を検証した結果，伊豆沼は主に高等植物，太湖では藍藻であることが分かった．すなわち，両湖沼の生産者構造の相違はバクテリアが利用している有機物に反映されていると考えられた．このことは，堆積している底質有機炭素の起源が類似していても，伊豆沼と太湖では異なる有機物フローが形成されていることを示しており，有機物分解に伴う栄養塩類の回帰の影響を考慮する際には，フローにも注目して解析していくことが必要であると考えられる．

図(3)-39 伊豆沼と太湖における底質有機炭素含有率と高等植物由来脂肪酸含有量の関係

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

沿岸域の水理環境の特徴を秒単位で長期連続測定したデータを基に解析し，瞬間的には風速に匹敵する流速が発生する場合があること，自然護岸では振動流が発生しやすいなどの興味深い知見も得られつつある．このような知見は水理学的にも新規性の高いものであり，科学的にも現象把握，機構解明は重要であると考える．

水の流動と底質の有機炭素含有率(有機物量)の関係について，これまで経験的に流動の強い場では底質は砂質に流動の弱い場では泥質になることや，河川では「流速20 cm/s以下では有機性懸濁物質が底に沈殿し，底質は栄養を含んだ泥層を形成する」 $ ^{23)} $ ことが知られていたが，閉鎖性水域においても水の流動のパラメータとして，流速の平均値ではなく流速超過確率を導入することにより，底質の有機炭素含有率との関係性を定量化できた．これは世界的に初めての知見であり，このモデルにより流速超過確率を0.01程度以上に保つことで泥化が防止できることが示唆できた．