[Ｄ－１東シナ海における長江経由の汚染・汚濁物質の動態と生態系影響に関する研究]

課題名	D-1 東シナ海における長江経由の汚染・汚濁物質の動態と生態系影響に関する研究
課題代表者名	渡辺正孝（国立環境研究所水土壌圏環境研究領域領域長）
研究期間	平成１１－１３年度	合計予算額	213,100（平成13年度 67,598）千円
研究体制（１）長江経由の汚染・汚濁物質の負荷量把握に関する研究（環境省国立環境研究所、日本スーパーマップ株式会社）（２）汚濁物質が海洋生態系・物質循環に与える潜在的影響の評価手法に関する研究　① 海底堆積物を用いた長期・短期の海洋環境変遷の把握に関する研究（経済産業省産業技術総合研究所、長崎大学）　② 河口域海底堆積物への汚染物質の蓄積量把握に関する研究（環境省国立環境研究所、兵庫県立公害研究所）（３）長江河口域での汚染・汚濁物質の輸送循環機構解明に関する研究　① 海洋生態系を介した汚染・汚濁物質の輸送機構に関する研究（環境省国立環境研究所）　② 長江河口域における懸濁及び沈降粒子による汚染・汚濁物質の輸送機構に関する研究（農林水産省水産総合研究センター）（４）長江経由の汚染・汚濁物質が海洋生態系に与える影響予測に関する研究　①海洋生態系における汚染・汚濁物質の循環予測に関する研究（環境省国立環境研究所）　②長江経由の環境負荷予測に関する研究（環境省国立環境研究所）
研究概要１．序　陸域での人間活動（工業・産業、農業、水資源・電力開発、土地利用、都市化等々）の結果、リン、窒素等栄養塩、有機汚濁物質、重金属、環境ホルモン物質を含む多種類の有害化学物質など様々な物質が海域に負荷されてきた。それら物質は海洋生態系の中に取り込まれ、人為的撹乱を海洋生態系に与えてきた。国連海洋法条約は排他的経済水域を定め、この海域での環境保全と管理義務を沿岸国に定めている。また、国連環境計画－北太平洋地域海行動計画（UNEP-NOWPAP）により北太平洋における海洋環境保全が強く求められている。日本を中心とするアジア・太平洋の海洋環境保全にとって最も重要な影響を与えるものは、中国長江流域の経済開発に伴う東シナ海への環境負荷であると考えられている。東シナ海に接する我が国の海洋環境保全のためにも、長江流域の人間活動がその海洋環境に与える影響を予測・評価していくことが重要である。２．研究目的　東アジアの代表的な大陸棚である渤海・東シナ海は、生物生産および生物種多様性が高い海域である。長江河口域は豊富な漁業資源に恵まれ、また沖縄を中心とした海域には珊瑚礁をはじめ野生生物の宝庫である。しかしながら縺A長江流域を中心とする大陸の開発増大により、河川を通じて東シナ海へ流入する流砂、栄養塩類および有害化学物質などの環境負荷の量・質が大きく変化すると推定される。環境負荷の量・質的変化は、海洋生態系および生物多様性に大きな影響を与えることが危惧されている。そこで{研究では河川経由の環境負荷が東シナ海、特に長江河口域の海洋生態系機能及び生物多様性に与える影響を評価するための手法確立に資することを目的とした研究を行った。３．研究の内容・成果（１）長江経由の汚染・汚濁物質の負荷量把握に関する研究東シナ海に流入する汚濁負荷推定のために1998年11月９日～11月12日、1999年10月28日～10月30日にわたって南京－上海間の９地点で横断観測を行った。懸濁粒子濃度は90mg/l～200mg/lと長江流域に大きく影響を受けること、Si濃度は一定して約110～120μM程度であること、リンは約80％が土砂粒子に吸着した粒子態であり、溶存態リンとしてはPO4-Pが0.7μM程度であること、NO3-Nは上流農地から負荷され約40μM程度、NH4-Nは上海からの負荷が大きく約40μM程度となっていることが判明した。　河口域は高栄養塩濃度にもかかわらず光合成速度は低く、DIC及びDOCを起点とする動物プランクトンへの炭素移送効率は無機経路PLTが3.9%、有機経路PLTが11.6%であった。このことから河口域は懸濁粒子による光制限となっておりバクテリア－微小動物プランクトン－動物プランクトン経路を通じての炭素循環が主であり、懸濁粒子が沈降し光制限から開放されて後、光合成経路を通じての炭素循環が重要となることが明らかになった。　1998年と1999年全年の日流量データベースを構築し、上記調査期間における日汚濁負荷量の推定を行った。その結果、長江流域の汚濁負荷排出は大都会からの影響が大きく、特に上海等大都市からの負荷が大きいこと、洪水期からの流出負荷が重要であることが明らかになった。また、長江流域経由東シナ海に流入する汚濁負荷量は、河口域の瀏河調査地点の水質及び上海市からの排水データを用いて、東シナ海へ流入する総負荷量の予測が可能であることが示された。（２）汚濁物質が海洋生態系・物質循環に与える潜在的影響の評価手法に関する研究　①海底堆積物を用いた長期・短期の海洋環境変遷の把握に関する研究　長江から供給される汚染・汚濁物質の東シナ海沿岸域での動態と生態系への影響を明らかにするため、海底堆積物を用いて、長期と短期の時間スケールで環境変遷の解析を行った。陸域で採取したボーリング試料の解析、及び海域で採取した柱状試料の解析から以下の事柄が明らかとなった。　　これまでに採取したボーリング試料に関して、堆積相解析と詳細な放射性炭素年代測定を行った結果、約２千年前を境に長江三角州の前進速度が、約２倍に増加したことが明らかとなった。この増加はデルタ域への堆積物供給量の増加によるもので、この時期の土砂生産量の増加が期待できないことから、２千年前を境に、長江中流域での堆積量が減少し、下流域まで土砂が運搬されるようになったことが推定された。　海域から採取した柱状試料について、放射性炭素年代測定と鉛210法、セシウム137法による年代測定を行った結果、水深15-50ｍのデルタ前面域では堆積速度が年間数cmから数mmと大きく変化し、水深15-28ｍの地域が最も堆積速度が大きいことが判明した。過去２千年間の沿岸環境を保存した４ｍ長の柱状試料の渦鞭毛藻の解析結果から、麻痺性貝毒原因種であるGymnodinium catenatumが、産出量が少ないものの80-85cm層準と180-185cm層準で確認された。これらは約800年前から1200年前に相当し、現時点でもっとも本種の古い化石記録であるとともに、長江沿岸域では1000年以上前から本種が生息していたことを示した。その一方で他の重要な麻痺性貝毒原因種であり、東シナ海からも報告されているAlexandrium catenellaやA. tamarennseのシストは今回の分析では確認できなかった。 ②河口域海底堆積物への汚染物質の蓄積量把握に関する研究　東シナ海長江河口域の底質に含まれるリンの一大供給源として長江河川水中の懸濁態粒子に着目し、調査・分析を行った。その結果、1) 現在、長江本流に唯一存在する葛洲ハダムの前後で、リン濃度が大きく減少していることから、ダムによる土砂杆止の影響が示され、2) 懸濁態粒子の濃度は下流方向に向かって減少しているのにもかかわらず、粒子に含まれるリン濃度は増大傾向にあり、下流方向に向かって懸濁態リンの供給が続いていることが示された。中国長江本流域において河川水中の懸濁態粒子を採取し、そこに吸着されているBHC類、DDTとその分解産物等の有機塩素系農薬の分析を行い、長江河口域へのこれらの農薬負荷量の推定を行った。また堆積物を用いた汚染物負荷過程モデルの開発を行った。（３）長江河口域での汚染・汚濁物質の輸送循環機構解明に関する研究　①海洋生態系を介した汚染・汚濁物質の輸送機構に関する研究　長江河口から沖合における汚染・汚濁物質の輸送と生態系の把握を目的として、長江河口域における調査を実施した。河口では粒子態有機炭素濃度（POC）が高く、C/N比からみるとそのほとんどは陸上植物起源であると考えられた。河口で観測される高濃度の懸濁粒子（SS）が減少する東経122°30′付近（B2地点）から沖合に向かって、POCは大きく減少するが、SSに占めるPOCの割合は大きく増加し、かつC/N比が植物プランクトン由来の値に近づいた。そして、Chl. a濃度および植物プランクトン現存量も、B2地点付近で急激な増加を示した。植物プランクトン現存量は東経123°付近（C1地点）において最大となっていた。長江から供給された栄養塩は海水との混合によって希釈をうけていたが、C1地点では希釈以上の栄養塩減少が認められ、生物による摂取が活発であることが示された。C1地点では、粒子態のC・N・Pだけでなく、粒子態のCd・Pb・Znの濃度も増加し、プランクトンによる重金属の取り込みが示唆された。また、有光層深度は、河口～B2地点では1m 未満であるのに対して、C1地点では10m 以上になっていたことから、C1地点付近において光制限から解放され、その結果、植物プランクトンが増殖したと考えられた。植物プランクトンの種組成分析の結果、河口からB2地点にかけては淡水起源と考えられる羽状目珪藻や汽水性のクリプト藻、C1地点では沿岸性の珪藻Cheatocheros tenuissimus、さらにC1地点よりも沖合のC3地点では外洋性のSynechococcusといったピコ植物プランクトンがそれぞれ優占しており、こうした植物プランクトンの優占種の相違と不連続性は、水塊が淡水・汽水・外洋水へと変化していく状態を生物学的に示すと同時に、植物プランクトンが、環境の変化に対応して、異なる生態的地位（niche）を有していることを示唆した。今回の観測結果は、長江から供給された栄養塩・重金属が沖合（東経123°付近）で生態系へ取り込まれること、河口域の生態系が環境の変化に応じて大きく異なることを示した。 ②長江河口域における懸濁及び沈降粒子による汚染・汚濁物質の輸送機構に関する研究　長江河口域における粒状物質の輸送過程を把握するために観測及び解析手法の開発を行った。濁度センサー付きSTDを用いた反復観測及び係留系を用いた時系列観測により水塊の把握するとともに、懸濁粒子、沈降粒子、表層堆積物の有機炭素・窒素およびその安定同位体比の測定した。長江の影響を最も大きく受けていると考えられる懸濁粒子の有機炭素安定同位体比（δ¹³C）は-28.2‰であり、河口から離れるにつれて増加する傾向にあった。濁度が急激に減少する長江希釈水と沖合水とのフロント域では、生物生産によるとみられる粒子の沈降が確認され、それらが堆積物のδ¹³Cに強い影響を及ぼしていると考えられた。フロント域の沖合側では、中・下層に濁度層が確認され、懸濁粒子のδ¹³Cから、海底付近において粒子が移流によって輸送されていることが示唆された。（４）長江経由の汚染・汚濁物質が海洋生態系に与える影響予測に関する研究 ①　海洋生態系における汚染・汚濁物質の循環予測に関する研究　東シナ海の海洋環境は長江からの淡水流入にともなう汚濁負荷により大きく影響を受けている。1998年夏に発生した長江大洪水により東シナ海に流入した淡水量は最大86,000m³/sと推定されており、濁水は九州沿岸・日本海にまで到達していた。本研究では３次元流動モデルにより1996年５月～1999年４月の３カ年のシュミレーションを行ない、長江由来の淡水流入にともなう東シナ海の水温・塩分分布の変動を実測データと検証した。境界条件として潮汐、長江からの日平均河川流量、月別平均水温・塩分を与えるとともに、ＧＣＭモデル（ＥＣＭＷＦ）結果を用いて気温、湿度の12時間平均値、日射量、風向卵A雲量の６時間平均値の分布を全領域に与えた。さらに大気を通して海面に供結される降水量については衛星ＴＲＭＭにより日平均値として与えた。水温、塩分の計算値と実測値は非常に良い一致を得た。長江由来の懸濁物挙動を粒子追跡及び３次元濁度モデルにより求めた結果ＮＯＡＡ衛星データで得られた濁度分布を良く再現することが判明した。 ②　長江経由の環境負荷予測に関する国際研究　長江を中心とした流域の開発により、河川を通じて流入する懸濁物質、栄養塩および有害化学物質等の陸域からの環境負荷の量・質的変化が、海洋生態系機能および生物種多様性に大きな影響を及ぼすことが懸念されている。　しかし、長江流域から東シナ海に流入する汚濁負荷の予測手法についての研究が皆無に等しく、本研究では長江経由東シナ海に流入する淡水量から汚濁負荷を予測することを目的とした研究を行った。　1987年と1988年の水質流量データの収集および解析を行い、さらに1998年と1999年秋に行った長江流域の水質生態系調査データを用いて東シナ海に流入する汚濁負荷量と淡水量との関係を明らかにした。1987と88年のデータ解析からSS，COD，DINと流量の相関関係がいずれも高い値を示した。また、1998年と99年の現場調査データからTPとSS，TNとDINの関係に高い相関があることが認められた。最終的にSS，COD，TP，TN，DIN負荷量と流量との関係式を求めることができた。これを用いて、東シナ海に流入する汚濁負荷量の推定を可能となった。４．考察　長江から東シナ海への汚濁・汚染物質負荷が海洋環境に及ぼす影響を評価・予測するためには、長江下流域から河口へ流入する汚濁・汚染物質量、河口域に多量に流入する淡水やシルト・懸濁粒子の東シナ海における挙動を把握することが必要である。研究では、中国関連研究機関との共同研究を通じて長江の流量データベース構築ならびに流域都市部からの汚濁負荷量データの解析を行い、さらに現地調査で得た下流域の汚濁物濃度データを統合することによって1998年、1999年秋季における汚濁負荷量の推定を実現した。その結果、長江流域の汚濁負荷排出は洪水期の負荷が年間を通じて大きな割合を占めること、上海等の下流域都市部からの負荷が大きいことを明確にした。また現地調査で採取した試料について化学物質の測定を行ったところ、DDTをはじめとする有機塩素系農薬が、とくに汚濁負荷が大きい下流域において高濃度、多頻度に検出された。河口域に負荷されると考えられるDDTの挙動に関して基礎的知見を得るために、河口域で優占する植物プランクトンによるDDT取り込み速度を実験系において評価したところ、1997年秋に優占した珪藻が1998年春に優占した渦鞭毛藻よりも潜在的な取り込み速度が速いことが明かとなった。河口域での淡水流入が生態系に及ぼす影響に関しては、微生物群集組成に関して分子生物学的解析を行い、河口域表層において河川水の影響を強く受けた生物相が構成されていることが明かとなった。河口域に流入した淡水の物理的な挙動に関しては、東シナ海の三次元流動モデルにGCMモデル結果等を統合することによって、1998年の長江大洪水時の水温・塩分・流速分布をより精緻に再現することが可能な段階に達した。懸濁粒子の挙動に関しては、懸濁態粒子モデルによって海洋表層における輸送動態の再現を試みるとともに、海洋調査による河口域堆積速度、外洋域における堆積物の再懸濁と粒子の沖合輸送過程に関する検討を行うことによって、鉛直方向を含めた懸濁態粒子輸送モデル構築とその検証を行うことができた。　以上のように本研究で得られた長江流域からの汚濁負荷量の推定手法開発及び河口域での汚濁・汚染物質の物理的、生物・化学的な挙動に関する知見は、大きな成果としてあげられる。今後、年間を通じた負荷量の変動等の把握を行うことによって将来予測に結びつけることが可能となると考えられ、その為には観測態勢のさらなる充実と継続が求められる。４．研究者略歴課題代表者：渡辺正孝　1945年生まれ、マサチューセッツ工科大学卒業、Ph. D. 　現在、国立環境研究所水土壌圏環境部長　主要論文：　Amano, K., Watanabe, M., Kohata, K. and Harada, S. 1998. Condition necessary 　for Chattonella antiqua red tide outbreaks. Limnol.Oceanogr.,43, 117-128. 　Watanabe M.,Kohata K.,Kimura T.,Takamatsu T.,Yamaguchi S.,Ioriya T. 1995. 　Generation of a Chattonella antiqua bloom by imposing a shallow nutricline in a 　mesocosm. Limnol.Oceanogr., 40, 1447-1460. 　Watanabe,M., Kohata, K. and Kimura, T. 1991. Diel vertical migration and 　nocturnal uptake of nutrients by Chattonella antiqua under stable stratification. 　Limnol.Oceanogr., 36, 593-602. サブテーマ代表者（１）：渡辺正孝（同上）　村上正吾　1954年生まれ、京都大学工学部卒業、工学博士　現在、国立環境研究所流域圏環境管理研究プロジェクト　流域環境管理研究チーム　総合研究官　主要論文：　S.Murakami,T.Tsujimoto, T.Kurashige and Y.Wada. 1996. Evaluation of inflow 　Rate of fine sediment from mountain slope into dam reservoir, Proc. Of 　Int.Conf. 　On Reservoir Sedimentation, l.2, 1077-1086. 　村上正吾, 辻本哲郎, 中川博次, K.S.Makhanu. 1996. 降雨による裸地斜面の土壌侵食に関する基礎的研究，水工学論文集. 40, 855-862. 　T.Tsujimoto, T.Kitamura, and S. Murakami. 1996. Basic morphological process 　Due to deposition of suspended sediment affected by vegetation, Proc. Of 2nd IAHR 　Int.Symp. on Habitat Hydraulics, 395-405. （２）①：斎藤文紀　1958年生まれ、京都大学理学部卒業、理学博士　現在、産業技術総合研究所海洋資源環境研究部門沿岸環境保全研究グループ長　　主要論文：　Saito, Y., 1996. Grain-size and sediment-color variations of Pleistocene slope 　sediments off New Jersey. Proc. Ocean. Drill. Program, Scientific Results, 150,229-239. 　Saito, Y.,1994. Shelf sequence and characteristic bounding surfaces in a wave-dominated setting: Latest Pleistocene-Holocene examples from Northeast Japan. 　Marine Geology. 120, 105-127. 　Saito, Y., Nishimura, A. and Matsumoto, E., 1989. Transgressive sand sheet covering the shelf and upper slope off Sendai, Northeast Japan. 　Marine Geology. 89, 245-258. 　②：牧　秀明　1967年生まれ．大阪大学大学院博士後期課程修了　工学博士　現在，国立環境研究所流域圏環境管理研究プロジェクト　海域環境管理研究チーム主任研究員　主要論文：　 Maki H., T. Sasaki, E. Sasaki, M. Ishihara, M. Goto, and S. Harayama: Use of wastewater sludge for the amendment of crude oil bioremediation in meso-scale beach simulating tanks. Environ. Technol., 20, 625-632, (1999) 　 Maki H., H. Okamura, I. Aoyama, and M. Fujita: Halogenation and toxicity of the biodegradation products of a nonionic surfactant, nonylphenol ethoxylate. Environ. Toxicol. Chem., 17, 650-654, (1998) 　 Sasaki T., H. Maki, M. Ishihara, and S. Harayama: Vanadium as an internal marker to evaluate microbial degradation of crude oil. Environ. Sci. Technol., 32, 3618-3621, (1998) （３）①：越川　海　1968年生まれ、東京理科大学工学部卒業、工学博士　現在、国立環境研究所流域圏環境管理研究プロジェクト　海域環境管理研究チーム主任研究員　主要論文：　Koshikawa H, Harada S, Watanabe M, Kogure K, Ioriya T, Kohata K, Kimura T, Sato K, Akehata T, 1999. Influence of plankton community structure on the contribution of bacterial production to metazooplankton in a coastal mesocosm. 　Mar Ecol Prog Ser 86: 31-42.　越川　海、原田茂樹、渡辺正孝、1999. 溶存有機物の微生物食物連鎖を経由する高次栄養段階への伝達 Bull. Plankton Soc. Japan 46 (1): 78-87. 　Koshikawa H, Harada S, Watanabe M, Sato K, Akehata T, 1996. Relative contribution of bacterial and photosynthetic production to metazooplankton as carbon sources. J Plankton Res 12:2269-2281. 　②：岡村和麿　1967年生まれ、東京水産大学卒業　現在、水産総合研究センター西海区水産究所東シナ海海洋部研究員　主要論文：　　岡村和麿、井関和夫。清本容子、星加　章、谷本照巳．1997．春季の東シナ海陸棚縁辺部における広域濁度分布．海の研究，6巻6号，361-369．　Okamura，K.., K.. Iseki, Y. Kiyomoto, A. Hoshika and T. Tanimoto. 1997. 　Spring turbidity distribution on the outer shelf and the slope in the East China Sea. 　Proceedings of the CREAMS’97 Sympo., 259-262. 　　Iseki, K., K.. Okamura and Y. Tsuchiya. 1994. Seasonal variability in particle 　Distributions and fluxes in the East China Sea. Proceedings of the IGBP Sympo., 　189-193. 　(４) 　①：渡辺正孝（同上）　②：渡辺正孝（同上）