東京湾を豊かにする？破壊する？ 「栄養塩」

東京湾を豊かにする？破壊する？
「栄養塩」
2009年12月5日 第3回羽田シンポジウム
東京海洋大学海洋科学部
神田 穣太
安井
山下
大井
下田
越村
沙織
竜児
瞳
真子
麻木子
沿岸海域の（人為的）富栄養化
１．人間活動に伴う窒素、リンの排出が原因
２．高濃度の有機物（赤潮状態）
→美観、レクリエーションに支障
→貧酸素（無酸素）化
生物の大量斃死、青潮
栄養塩とは？
海水に溶けている窒素、リン、ケイ素の無機塩
NO3－、NO2－、NH4+、PO43－、Si(OH)4
（植物の「肥料」、有機物等の材料）
無色透明、（ほとんど）無害
下水処理場などで汚濁物質（主に有機物）を
分解（二次処理）すると生成
無機物（有機物の材料）
栄養塩
二酸化炭素（CO2）
有機物
植物プランクトン
魚 などの生物
死骸、排泄物
O2
・東京湾に流入する窒素の87%、リンの77%は「栄養塩」
・流入する窒素／リンの比（原子比） 約４０：１
（松村・石丸 2004）
-
NO 2 (μM)
0
0
10
10
8
8
6
6
4
4
2
2
0
5
0
5
Jan. 2004
Jan. 2003
Jan. 2002
Jan. 2001
Jan. 2000
Jan. 1999
Jan. 1998
Jan. 1997
Jan. 1996
Jan. 1995
Jan. 1994
Jan. 1993
Jan. 1992
Jan. 1991
Jan. 1990
Jan. 1989
40
20
20
12ヶ月移動平均
4
3
3
2
2
1
1
0
0
200
200
150
150
100
100
50
50
0
0
Jan. 2004
40
Jan. 2003
60
Jan. 2002
60
Jan. 2001
80
Jan. 2000
80
Jan. 1999
0
100
Jan. 1998
0
100
Jan. 1997
80
Jan. 1996
100
Jan. 1995
20
Jan. 1994
20
Jan. 1993
40
Jan. 1992
40
Jan. 1991
60
Jan. 1990
+
NH4 (μM)
60
Jan. 1989
-
NO3 (μM)
80
F3 0m
Jan. 1989
Jan. 1990
Jan. 1991
Jan. 1992
Jan. 1993
Jan. 1994
Jan. 1995
Jan. 1996
Jan. 1997
Jan. 1998
Jan. 1999
Jan. 2000
Jan. 2001
Jan. 2002
Jan. 2003
Jan. 2004
3-
PO4 (μM)
4
Jan. 1989
Jan. 1990
Jan. 1991
Jan. 1992
Jan. 1993
Jan. 1994
Jan. 1995
Jan. 1996
Jan. 1997
Jan. 1998
Jan. 1999
Jan. 2000
Jan. 2001
Jan. 2002
Jan. 2003
Jan. 2004
Si(OH)4 (μM)
100
F6 0m
東京海洋大学による毎月の
定期観測
定点：F3、F6
1989年1月～2004年10月
神田ら（2008）
線形回帰
-
NO3 -N (μΜ)
+
NH4 -N (μΜ)
30
20
F3
0m
5m
10m
15m
20m
10
0
0
50
25
40
20
30
15
20
10
10
5
0
0
6
4
4
2
0
Jan. 1989
Jan. 1990
Jan. 1991
Jan. 1992
Jan. 1993
Jan. 1994
Jan. 1995
Jan. 1996
Jan. 1997
Jan. 1998
Jan. 1999
Jan. 2000
Jan. 2001
Jan. 2002
Jan. 2003
Jan. 2004
Jan. 1989
Jan. 1990
Jan. 1991
Jan. 1992
Jan. 1993
Jan. 1994
Jan. 1995
Jan. 1996
Jan. 1997
Jan. 1998
Jan. 1999
Jan. 2000
Jan. 2001
Jan. 2002
Jan. 2003
Jan. 2004
-
NO2 -N (μΜ)
40
15
F6
10
深度別のトレンド（0m、5m、10m、15m、20m、25m）
NH4+、NO3－、NO2－
0m
5m
10m
15m
20m
25m
5
3
2
1
0
3-
PO4 -P (μΜ)
2.0
2.0
1.5
1.5
1.0
1.0
0.5
0.5
0.0
0.0
60
40
40
20
0
Jan. 1989
Jan. 1990
Jan. 1991
Jan. 1992
Jan. 1993
Jan. 1994
Jan. 1995
Jan. 1996
Jan. 1997
Jan. 1998
Jan. 1999
Jan. 2000
Jan. 2001
Jan. 2002
Jan. 2003
Jan. 2004
Jan. 1989
Jan. 1990
Jan. 1991
Jan. 1992
Jan. 1993
Jan. 1994
Jan. 1995
Jan. 1996
Jan. 1997
Jan. 1998
Jan. 1999
Jan. 2000
Jan. 2001
Jan. 2002
Jan. 2003
Jan. 2004
Si(OH)4 -Si (μΜ)
0m
5m
10m
15m
20m
0m
5m
10m
15m
20m
25m
30
20
10
0
深度別のトレンド（0m、5m、10m、15m、20m、25m）
PO43－、Si(OH)4
15年間の栄養塩濃度のトレンド検定（Mann-Kendall検定）
－：有意に減少 ±：増減共に有意性無 ＋：有意に増加
（＊＊： P<0.01、＊：P<0.05）
F3
F6
NH4+
NO3－
NO2－ PO43－ Si(OH)4
0m
－**
－*
－**
－**
－*
5m
－**
－**
－**
±
－**
10m
－**
－**
－*
±
±
15m
－**
－**
－*
±
±
20m
－**
－*
±
±
±
水柱全体
－**
－**
－**
±
±
NH4+
NO3－
NO2－ PO43－ Si(OH)4
0m
－**
±
－**
－*
－*
5m
－**
±
－*
±
－*
10m
－*
±
±
±
±
15m
－*
±
±
±
±
20m
－**
±
±
±
±
25m
－*
+*
±
±
±
水柱全体
－**
±
±
±
±
NH4+
F3
20
10
2
Concentration (uM)
Concentration (uM)
30
PO43－
F3
1
F6
0
1940
1950
1960
1970
1980
1990
F6
0
1940
2000
1950
1960
Year
F3
NO3－
F6
10
1950
1960
1970
Year
1980
1990
2000
Si(OH)4
60
Concentration (uM)
Concentration (uM)
1990
2000
70
20
0
1940
1980
Year
40
30
1970
F3
50
40
30
20
F6
10
0
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
Year
湾央部表層における1980年代までの平均栄養塩濃度
の推移（野村，1995）
＋ 東京海洋大学のF3、F6両測点のデータ（神田ら，2008）
40
30
10
0
Jan. 2004
Jan. 2003
Jan. 2002
Jan. 2001
Jan. 2000
Jan. 1999
Jan. 1998
Jan. 1997
Jan. 1996
Jan. 1995
Jan. 1994
Jan. 1993
0
Jan. 1992
250
Jan. 1991
500
Jan. 1990
750
Jan. 1989
1000
-2
Chlorophyll a (mg m )
F3
Jan. 2004
Jan. 2003
1250
Jan. 2002
Jan. 2001
Jan. 2000
Jan. 1999
Jan. 1998
Jan. 1997
Jan. 1996
Jan. 1995
Jan. 1994
Jan. 1993
Jan. 1992
Jan. 1991
Jan. 1990
Jan. 1989
-2
Chlorophyll a (mg m )
1500
Jan. 1989
Jan. 1990
Jan. 1991
Jan. 1992
Jan. 1993
Jan. 1994
Jan. 1995
Jan. 1996
Jan. 1997
Jan. 1998
Jan. 1999
Jan. 2000
Jan. 2001
Jan. 2002
Jan. 2003
Jan. 2004
Jan. 1989
Jan. 1990
Jan. 1991
Jan. 1992
Jan. 1993
Jan. 1994
Jan. 1995
Jan. 1996
Jan. 1997
Jan. 1998
Jan. 1999
Jan. 2000
Jan. 2001
Jan. 2002
Jan. 2003
Jan. 2004
-1
Chlorophyll a (μg L )
栄養塩は減ったが（光合成で）有機物が増えただけ？？
1000
750
F6
500
250
0
30
20
20
10
0
クロロフィルはむしろ減少している（上：水柱全体、下：各層）
東京湾への窒素、リンの負荷量は減っている
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1975
N
50
N
40
30
20
P
1980
1985
10
1990
1995
2000
2005
Load of P (t/d)
Load of N (t/d)
Estimated N and P load in Tokyo Bay
P
0
2010
Year
原単位法による窒素（N）、リン（P）の推定負荷量の推移
環境省（2005）
河川の窒素（N）、リン（P）
濃度の推移（安藤 他，1999）
貧酸素水塊
の状況は
改善して
いない
底層の溶存酸素濃度
分布の推移（安藤 他，2005）
栄養塩負荷
有機物生産
残余の栄養塩レベル
東京都などの自治体の観測データでは、栄養塩や有機物濃度の低い
領域が湾口部から湾央部に向けて徐々に広がっている
（安藤ら，東京都環境科学研究所年報 2005, 141-150.）
多摩川河口域
多摩川全長：約140km
多摩川流域面積：約1240km2
羽田空港
新滑走路
■：上層
●：下層
100
50
Ammonium (μM)
Nitrate (μM)
500
150
■：上層
×：中層
●：下層
M-2
400
300
200
100
200
500
Nitrate (μM)
200
150
100
50
400
300
200
100
0
20
20
20
15
10
5
15
10
5
Phosphate (μM)
0
20
Nitrite (μM)
0
Phosphate (μM)
0
15
10
5
15
10
5
0
120
100
100
80
60
40
0
0
3
300
2
1
0
DOP (μM)
20
200
100
0
5
2007
9
1
2008
5
9
1
2009
5
2007
9
1
2008
5
9
1
2009
200
100
100
80
60
40
20
0
0
3
300
DOC (μM)
200
DON (μM)
0
300
Silicic acid (μM)
0
120
DON (μM)
0
300
DOC (μM)
DOP (μM)
Silicic acid (μM)
Nitrite (μM)
Ammonium (μM)
M-8
2
1
0
200
100
0
5
2007
9
1
2008
5
9
1
2009
5
2007
M8
M2
9
1
2008
5
9
1
2009
ミキシングダイアグラムの例：2008年5月
200
150
100
50
400
300
200
100
0
20
Phosphate (μM)
0
20
15
10
5
溶存成分濃度
Nitrate (μM)
500
15
10
5
0
0
300
120
DON (μM)
100
200
100
80
60
40
20
0
0
3
300
DOC (μM)
DOP (μM)
Silicic acid (μM)
Nitrite (μM)
Ammonium (μM)
5月
2
1
0
塩分
200
100
0
0
10
20
Salinity
30
0
10
20
Salinity
30
3 Aug. 2006
C
Depth (m)
-10
水温 ℃
-20
W2
W3
W4
W5
W6
W7
W8
W9
W10
300
0
275
250
225
200
Depth (m)
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
0
W1
175
-10
150
125
100
75
硝酸塩（NO3-） μΜ
-20
50
25
20
15
10
5
W1
W2
W3
W4
W5
W6
W7
W8
W9
W10
34
0
240
0
32
220
30
200
28
26
180
22
20
18
塩分 （PSU）
-20
16
14
12
Depth (m)
Depth (m)
24
-10
0
μM
24 Aug. 2006 Line A DOC
PSU
3 Aug. 2006 Line A Salinity
μM
3 Aug. 2006 Line A Nitrate
o
3 Aug. 2006 Line A Temperature
-10
160
140
120
溶存有機炭素（DOC）
μΜ
-20
10
8
6
100
80
60
40
4
20
2
W1
W2
W3
W4
W5
W6
W7
W8
W9
W10
0
μg/L
3 Aug. 2006 Line A Chlorophyll
200
0
180
Depth (m)
160
140
-10
120
100
クロロフィル μg/L
-20
80
60
40
20
W1
W2
W3
W4
W5
W6
W7
W8
W9
W10
0
W1
W2
W3
W4
W5
W6
W7
W8
W9
W10
0
μM
3 Aug. 2006 Line A Silicate
300
0
275
250
200
175
150
125
-20
100
ケイ酸（Si(OH)4） μΜ
75
50
25
W2
W3
W4
W5
W6
W7
0
W10
W9
3 Aug. 2006 Line A Ammonium
W8
μM
100
0
90
80
70
Depth (m)
W1
60
-10
50
40
30
20
-20
アンモニウム塩（NH4+）
15
μΜ
10
5
2.5
W1
3 Aug. 2006 Line A Phosphate
W2
W3
W4
W5 μM W6
0
7
6
5
Depth (m)
Depth (m)
225
-10
-10
4
3
-20
2
リン酸塩（PO43-） μΜ
W1
W2
W3
W4
W5
1
0.5
W6
W7
W8
W9
W10
0
W7
W8
W9
W10
0
底泥からの栄養塩「溶出」が栄養塩収支に大きく影響する
陸域からの栄養塩負荷
栄養塩溶出
有機物分解
内部生産
粒状有機物の堆積
積算値 (mmol m-2)
200
PO43-
50
150
100
30
100
20
50
0
50
10
5 8 10
2006
5 8 11 2 5 8 11 2
2009
2008
2007
DON
0
5 8 10
2006
5 8 11 2 5 8 11 2
2009
2008
2007
DOP
4
10
5 8 10
2006
5 8 11 2 5 8 11 2
2009
2008
2007
M-1
M-2
0
200
3
150
2
100
1
50
5
0
Si(OH)4
40
150
15
積算値 (mmol m-2)
NH4+
0
5 8 10
2006
5 8 11 2 5 8 11 2
2009
2008
2007
DOC
0
5 8 10
2006
M-3
5 8 11 2 5 8 11 2
2009
2008
2007
5 8 10
2006
5 8 11 2 5 8 11 2
2009
2008
2007
M-4
羽田空港 M-1
堆積物間隙水溶存成分の季節変化
0～10cmまでの面積あたりの積算値
M-2(2006年)
M-2
M-4
(2007～2009年)
M-3
J = φDs(△C/△Z)
羽田空港 M-1
J ：溶出・吸収フラックス(μmol m-2 h-1)
φ：空隙率
Ds：堆積物における拡散係数(cm2 S-1)
△C/△Z：間隙水-直上水間の濃度勾配
M-2(2006年)
M-2
M-4
(2007～2009年)
M-3
NH4
+
PO43-
1000
200
800
M-1
M-2
150
600
100
400
200
0
5 8 10
2006
5 8 11 2 5 8 11 2
2009
2008
2007
Si(OH)4
フラックス (μmol m-2 h-1)
M-3
M-4
50
0
5 8 10
2006
5 8 11 2 5 8 11 2
2009
2008
2007
5 8 10
2006
5 8 11 2 5 8 11 2
2009
2008
2007
DOC
400
100
300
80
60
200
40
100
0
20
5 8 10
2006
5 8 11 2 5 8 11 2
2009
2008
2007
0
溶存成分の溶出・吸収フラックスの季節変化
東京湾における溶存成分のフラックス
堆積物からの溶出量
東京湾への流入量*
DIN
t・d-1
DON
t・d-1
DIP
t・d-1
DOP
t・d-1
71.8
225
0.93
18.0
17.2
12.9
0.34
1.5
*流入量は松村(2004)の推定による
0m
5m
10m
15m
20m
3.0
1
1.00
2.0
比率
PO34- -P(μM)
2.5
133%
1.5
32%
23%
5%
1.0
0.00
0
1
0.5
DIN
0.0
J
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
東京湾央（F3）のリン酸濃度の季節変化
1989～2004年の平均値（神田ら，2008）
2
DON
3
DIP
4
DOP
東京湾への流入量に対する
堆積物からの溶出量の割合
(東京湾への流入量を1とする)
mg/L
3 Aug. 2006 Line B Dissolved Oxygen
Dissolved Oxygen
3 Aug. 2006
10
0
9
溶存酸素 mg/L
3 Aug. 2006 Line C Dissolved Oxygen
Depth (m)
C
8
-10
mg/L
-20
7
6
5
4
B
10
0
3
2
1
9
0
W23
8
W11
W12
W13
W14
W15
W10
Depth (m)
7
-10
6
5
4
-20
3
2
1
0
W17
W20
W8
W16
W25
W14
mg/L
3 Aug. 2006 Line A Dissolved Oxygen
10
0
9
8
Depth (m)
7
-10
6
A
B
5
4
-20
A
3
2
1
0
W1
W2
W3
W4
W5
W6
W7
W8
W9
W10
C
無撹乱堆積物コアからの溶出実験
50
250
40
200
150
100
50
0
-50
0
50
100
150 200
DO（μＭ）
250
300
-2
-1
（μmoles・m ・h ）
300
フラックス
フラックス（μmoles・m-2・h-1）
・夏季の底層の無酸素化に伴って
リン酸塩が溶出
・このリン酸塩溶出は東京湾の年間
陸域負荷に匹敵
・溶存酸素濃度が上昇すると
リン酸塩溶出は速やかに止まる
PO4-P
30
20
10
0
-10
-20
O
N D
2005
J
F
A
J
2006
J
S
O
4
F3 0m
3
3
2
2
1
1
0
0
Jan. 1989
Jan. 1990
Jan. 1991
Jan. 1992
Jan. 1993
Jan. 1994
Jan. 1995
Jan. 1996
Jan. 1997
Jan. 1998
Jan. 1999
Jan. 2000
Jan. 2001
Jan. 2002
Jan. 2003
Jan. 2004
Jan. 1989
Jan. 1990
Jan. 1991
Jan. 1992
Jan. 1993
Jan. 1994
Jan. 1995
Jan. 1996
Jan. 1997
Jan. 1998
Jan. 1999
Jan. 2000
Jan. 2001
Jan. 2002
Jan. 2003
Jan. 2004
3-
PO4 (μM)
5
5
4
F6 0m
東京湾では、植物プランクトンにとって相対的に最も少な
いのはリン酸塩
表層でリンが枯渇する事例が増えてきた
下水処理場放流水のリン除去
内部生産の低下
底層無酸素化の抑制
堆積物からのリン溶出の抑制
リン供給の一層の低下
Positive
feedback