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3. 微 細 藻 から 見 た 地 球 環 境 問 題 (1) 海 洋 地 球 の 海 洋 大 循 環 は 北 極 海 と 南 極 海 から 始 まります 北 極 と 南 極 で 氷 結 すると 氷 は 純 水 だから 残 った 海 水 の 比 重 が 大 きくなり 海 水 が 深 海 へ 沈 みます グリーンランド 沖 とウェッデル 海 との2か 所 に 直 径 100m に 及 ぶ 海 水 の 下 降 流 があるらしい 北 極 で 沈 んだ 下 降 流 はそのまま 南 に 流 れ 南 極 のウェッデル 海 からの 下 降 流 と 合 流 し 東 に 流 れ 2,000 年 の 大 循 環 となります その 間 マリンスノーが 窒 素 とミネラルを 補 給 します 北 半 球 で 生 命 活 動 は 春 先 の 北 極 海 の 微 細 藻 のブルームがから 始 まります 北 極 海 で 微 細 藻 のブル ームがあり 同 じ 条 件 とみられる 南 極 海 で 植 物 プランクトンのブルームが 起 きないのは 鉄 のせいだと 発 見 し たのはマーチン 博 士 でした 北 極 海 で 微 細 藻 のブルームが 起 こり 微 細 藻 を 求 めて 魚 類 鳥 類 クジラまで 北 極 海 へ 移 動 しま す こうした 微 細 藻 のブルームに 大 きな 変 化 が 現 れたのを NASA の 地 球 観 測 衛 星 アクア(Aqua)が 見 つけ たのは 2003 年 のことです 海 洋 での 微 細 藻 の 挙 動 を 考 える 時 海 と 陸 地 の 生 物 の 生 産 性 を 調 べる 必 要 があります 海 洋 大 循 環 内 に 含 まれる 反 応 性 窒 素 (N R )は 海 の 生 産 性 の 源 です さすがにあまりデータはありませんが 次 の 数 値 が 参 考 になります ; その1: 海 の 微 生 物 より( 前 掲 単 位 を 変 換 ) 海 域 面 積 km 2 生 産 量 TgC/ 年 (T:テラ) 大 洋 3.26x10 8 16,300 沿 岸 域 3.6x10 7 3,600 湧 水 域 3.6x10 5 100 その2; 海 の 生 態 学 より( 単 位 を 変 換 ) 生 産 量 TgC/ 年 (T:テラ) 陸 上 の 森 林 草 原 22,000-32,000 Vallentyne(1965)まとめ 海 洋 22,000-28,000 Steemann-Nielsen らによる 海 洋 60,000 Riley による これらの 数 値 は 植 物 の 光 合 成 がどれ 位 かの 推 定 値 です 陸 地 海 洋 の 面 積 は 測 定 できますから 光 合 成 効 率 がどれ 位 か 推 定 することと 同 じことです ここで ちょっと 気 になったことがあります これまで 海 の 窒 素 は 全 て 海 洋 大 循 環 によってもたらされると 思 っていたのですが 上 の 表 をみるとそれはどうも 違 うらしい というのは 大 洋 の 生 産 量 は 16,300TgC/ 年 沿 岸 域 は 3,600TgC/ 年 湧 水 域 は 100Tg/ 年 とすれば 大 洋 の 生 産 量 は 湧 水 域 の 163 倍 もあり 海 洋 大 循 環 でもたらされる 窒 素 の 内 湧 水 域 内 で 消 費 されるものはほんのわずかであると 考 えるべきでしょう 生 産 量 を 律 するものは 何 であるかもっと 真 剣 に 考 える 必 要 があると 思 えてきました -1-

光 合 成 は 次 の 反 応 です 6CO 2 ( 炭 酸 ガス)+ 6H 2 O( 水 ) C 6 H 12 O 6 ( 炭 水 化 物 )+ 6O 2 ( 酸 素 ) ( 光 栄 養 塩 ミネラル) 炭 酸 ガスと 水 が 光 合 成 色 素 の 助 けを 借 りて 炭 水 化 物 と 酸 素 に 変 わる 反 応 です 炭 酸 ガス 濃 度 は 先 のグ ラフのように 変 化 していますが 時 代 毎 に 不 変 の 因 子 です 光 も 不 変 となれば 栄 養 塩 と 光 合 成 効 率 が 律 速 因 子 です 上 記 に 示 した 生 産 量 は Steemann-Nielsen や Riley が 効 率 をどう 設 定 したかで 決 まり ますが 1% 以 下 のところで 決 定 されており 現 実 に 農 地 や 微 細 藻 培 養 池 の 現 場 で 観 測 される 数 値 から 考 えても 納 得 できる 値 ですが この 値 を 見 る 限 り 地 球 上 では 海 洋 が 70% 陸 地 が 30%ですが 大 洋 沿 岸 域 湧 水 域 の 差 に 見 られるように 海 の 方 が 栄 養 塩 が 少 なく 結 果 として 陸 上 と 海 洋 の 生 産 性 はほぼ 同 じという 推 定 です 微 細 藻 の 視 点 から 海 に 関 する 問 題 を 整 理 すると その1: 化 学 肥 料 の 過 多 使 用 により 農 地 から 河 川 を 通 じて 海 洋 に 流 入 した 反 応 性 窒 素 の 量 が 増 え 自 然 界 のバランスを 超 え 海 洋 に 蓄 積 している その2: 海 洋 の 反 応 性 窒 素 の 増 加 が 珪 藻 優 占 だったフロラを 変 え 魚 介 類 の 餌 に 適 さない 藍 藻 などに 変 えている ( 後 項 湖 沼 参 照 ) その 3: 北 極 海 で 従 来 の 珪 藻 のブルームに 加 え 円 石 藻 のブルームが 観 測 された その 4: 中 国 長 江 の 冨 栄 養 化 が 進 めば 東 シナ 海 の 魚 が 激 減 ( 日 経 2002-5-6) 先 に 微 細 藻 とは をまとめた 際 微 細 藻 の 組 成 を 示 しました そこで 珪 藻 の 灰 分 が 最 も 高 濃 度 のも ので 57%のものを 紹 介 いたしました この 珪 藻 に 注 目 すると 成 長 のために 多 くのミネラルを 必 要 とします 逆 に 考 えればこの 珪 藻 はミネラル 不 足 の 海 では 成 長 できない 筈 です 上 で 提 示 した 事 例 はいずれも 微 細 藻 の 成 長 の 律 速 因 子 に 変 化 が 見 られることを 意 味 します 微 細 藻 は 食 物 連 鎖 の 一 次 生 産 者 であり 自 然 界 で 生 物 が 生 きていく 上 で 重 要 であると 申 し 上 げました 微 細 藻 は 光 合 成 で 炭 酸 ガスと 水 から 炭 水 化 物 を 作 りますが その 際 反 応 を 支 配 する 炭 酸 ガスと 水 以 外 の 条 件 それは 水 温 ミネラル 塩 分 濃 度 ph などですが 地 球 温 暖 化 冨 栄 養 化 などにより 海 水 の 条 件 が 変 化 したことが 微 細 藻 種 の 変 遷 をもたらしたことは 疑 いなく かつ 海 の 生 物 に 大 きく 影 響 していることは 間 違 いありません 海 で 起 きていることは 先 ず 始 めに 湖 沼 ではじまります 上 記 の 事 象 のうち その1,その2は 湖 沼 から 始 まります 湖 沼 で 起 きることは 次 項 に 回 し ここではその3に 付 きお 知 らせしましょう 気 候 変 動 により 北 極 海 の 氷 の 裏 側 に 微 細 藻 のメガブルーム 起 きて 研 究 者 がショックを 受 けていると の 報 告 です 従 来 から 北 極 海 の 氷 の 裏 には 氷 藻 (ice-algae)という 微 細 藻 が 生 息 していましたが 光 不 足 であま り 成 長 できなかった 種 円 石 藻 が 長 さ 60 マイルにも 及 ぶメガブルームを 起 こしました 円 石 藻 は 光 条 件 の 良 い 亜 熱 帯 の 貧 栄 養 の 安 定 した 気 象 条 件 下 で 見 られましたが 荒 天 冨 栄 養 の 代 表 的 海 域 であるベー リング 海 での 発 見 は 初 めてです(2003-4) 従 来 この 海 域 は 珪 酸 を 含 む 珪 藻 が 主 体 でした -2-

地 球 温 暖 化 が 原 因 で 氷 が 薄 くなり 光 環 境 変 化 が 円 石 藻 のブルームに 結 びついたと 推 論 されていま すが 話 題 提 供 者 はこのような 種 の 変 換 は 食 物 連 鎖 の 観 点 から 困 ったことだと 考 えます 参 考 文 献 1. 沼 田 真 海 の 生 態 学 ( 築 地 書 館 1973) 2. John Martin,(Earth on Ice), Discoverr,1991 3. Megabloom of tiny plants under Arctic sea ice tied to climate change-us News (2) 湖 沼 - 宍 道 湖 で 何 が 起 きたか? 宍 道 湖 の 歴 史 は 斐 伊 川 の 歴 史 と 相 俟 って 島 根 県 の 歴 史 のようです わずか 10,000 年 前 には 斐 伊 川 は 西 に 流 れていたというのも 驚 きです 身 近 なところで 宍 道 湖 のシジミですが 1950 年 頃 漁 獲 量 は 100-200 トンだったようです その 後 1973 年 には 漁 獲 19,000 トンに 達 していますが これは 1960 年 以 降 の 動 力 船 や 機 械 による 漁 法 などによるものです その 後 乱 獲 により 資 源 が 減 少 し 2009 年 現 在 3,400 トンとなったのは 寂 しい 限 りです ( 斐 伊 川 : 河 川 情 報 センターより) 左 ( 西 )は 宍 道 湖 右 は 中 海 です 夫 々 79.1km 2,86.8km 2 で 日 本 で 7 位 および 5 位 の 湖 ですが 2 つ 合 わせると 琵 琶 湖 霞 ヶ 浦 に 次 ぐ 第 3 位 の 湖 です 西 から 斐 伊 川 が 入 り 中 海 へ 流 れる 大 橋 川 北 の 境 水 道 を 経 て 日 本 海 へ 流 れます 2つの 湖 は 水 位 差 が 小 さいので 境 水 道 と 大 橋 川 とを 経 由 して 海 側 から 海 水 が 流 入 する 一 方 上 流 斐 伊 川 からは 淡 水 が 入 り 上 流 から 下 流 へと 段 々 塩 分 濃 度 が 濃 くなり ます 宍 道 湖 はかって 塩 分 濃 度 の 低 い 汽 水 湖 で 農 業 用 水 としても 利 用 可 能 でしたが 1928 年 の 大 橋 川 拡 幅 工 事 により 水 位 が 下 がり 塩 水 が 逆 流 して 塩 分 濃 度 が 上 昇 塩 害 が 発 生 しました これまで 12cm あ った 宍 道 湖 中 海 の 水 位 差 が 3-4cm と 小 さくなったことが 原 因 です これが 後 の 中 海 淡 水 化 計 画 のきっか けとなりました 微 細 藻 の 立 場 からこの 問 題 をみますと 色 々なことが 判 ってきます 1928 年 の 大 橋 川 改 修 以 前 は 宍 道 湖 はわずかに 塩 分 はあるものの 水 泳 に 適 し シジミが 生 息 する 汽 -3-

水 湖 で 中 海 は 塩 分 濃 度 は 海 水 の 20-50%の 汽 水 湖 であり 赤 貝 が 群 生 していました その 後 シジミや 赤 貝 の 漁 獲 に 変 化 が 起 きました 変 化 は 宍 道 湖 と 中 海 で 大 きく 異 なります 宍 道 湖 ではシジミ 漁 に 変 化 が 起 き 動 力 船 の 導 入 と 機 械 による 漁 法 の 導 入 で 一 気 に 漁 獲 は 増 えましたが 時 に 塩 害 のため 農 業 用 水 の 取 得 が 困 難 になる 事 態 が 起 きました 中 海 はちょっと 事 情 が 異 なり 1950 年 から 1968 年 の 18 年 間 で 赤 貝 の 漁 獲 が 激 減 し 1967/68 年 の 貝 類 漁 獲 はセ ロ( 安 来 資 料 編 集 委 員 会 による)になりました 1959 年 の 夏 汚 濁 のために 宍 道 湖 が 遊 泳 禁 止 となりました 松 江 市 の 影 響 を 受 けやすい 宍 道 湖 東 部 の 水 質 はわずか 3-4 年 で COD が 2 倍 に 増 加 しました 1955 年 頃 より 農 耕 地 では 化 学 肥 料 が 使 用 され 屎 尿 は 農 地 に 還 元 されず さらに 畜 産 業 の 多 頭 飼 育 工 場 および 家 庭 排 水 などあり 宍 道 湖 にヒト 由 来 の 反 応 性 窒 素 が 排 出 されました 宍 道 湖 のシジミ 漁 獲 は 1950 年 当 時 100-200 トンであったものが 漁 法 の 変 化 などで 1973 年 の 最 高 値 19,200 トンまで 増 加 しました その 後 減 少 し 2009 年 の 3,400 トンとなっています 全 体 として 窒 素 /リン による 冨 栄 養 化 に 起 因 する 微 細 藻 種 の 変 遷 ( 珪 藻 から 藍 藻 )が 原 因 です 途 中 極 端 に 漁 獲 が 減 少 した 時 期 がありますが 多 雨 による 低 塩 分 のためのアオコが 発 生 し シジミの 大 量 斃 死 が 起 きています 中 海 の 赤 貝 は 1960 年 代 の 絶 滅 以 来 復 活 することはありませんでした この 間 の 事 情 を 説 明 するデータがあります International Seminar on Restoration of Damaged Lagoon Environments, January 10-11 2006, Japan 左 は 宍 道 湖 の 湖 底 の 現 状 です 水 色 はヘドロが 90% 以 上 のところ 黄 色 は 同 じく 50-90%のところ 緑 は 50% 以 下 のところです 斐 伊 川 など 河 川 の 流 入 する 緑 の 部 分 がありますが 90% 以 上 で 湖 底 をヘドロが 覆 っています ヘドロ は 藍 藻 など 魚 介 類 の 餌 とならない 微 細 藻 が 腐 って 沈 んだものです シジミ 漁 獲 が 最 盛 期 の 18%になっ た 理 由 が 判 ります 中 海 の 冨 栄 養 化 はもっと 深 刻 で 1970 年 時 点 で 湖 底 の 1/3 はヘドロに 覆 われたと 報 告 されています 貝 類 が 絶 滅 したのは 先 に 記 述 した 通 りです 宍 道 湖 で 何 が 起 きたか 宍 道 湖 で 何 が 起 きたか 微 細 藻 の 視 点 で 詳 しく 観 察 してみましょう -4-

昭 和 初 期 1950 年 代 1941 年 3 月 塩 分 濃 度 は 海 水 の 3-10%で 西 から 東 に 順 次 高 くなっており 主 に 東 部 から 渦 鞭 毛 藻 のケラチウムや 海 産 の 珪 藻 グイナルディア リゾソレニア スケレトマなどを 西 部 からは 淡 水 性 緑 藻 のアオ ミドロや 淡 水 産 珪 藻 のハネケイソウなどが 報 告 されています 湖 水 全 体 から 多 く 見 られたものは 珪 藻 ナビ キュラでした 1960 1970 年 代 前 半 主 として 藍 藻 (シアノハ クテリア) リングビア クロオコックス メリスモベロア 緑 藻 プランクトネマ オーキスチ ス 及 び 珪 藻 キクロテラと 報 告 さらにこの 調 査 以 前 には 珪 藻 を 主 とするフロラ( 植 物 相 )でしたが 淡 水 産 の シシ ミ 漁 獲 9,700 トン 藍 藻 類 と 緑 藻 のフロラになったと 付 け 加 えています この 間 中 海 については 1949 年 の 調 査 で 28 種 類 の 内 25 種 が 珪 藻 で 大 部 分 がキートセラスであっ たとのことでした 先 にも 述 べたように キートセラスの 成 育 には 珪 素 が 必 要 です 微 細 藻 の 立 場 から 見 て ヒト 起 源 の 窒 素 リンのみが 増 え ダムの 建 設 などで 珪 素 はむしろ 減 少 する 状 況 下 で 窒 素 :リン: 珪 素 の 比 率 が 珪 素 不 足 に 推 移 し 汽 水 湖 が 珪 藻 から 魚 介 類 の 餌 に 適 さない 藍 藻 のフロラに 変 化 しています 餌 に 適 さない 藍 藻 は 食 べ 残 り 腐 敗 し ヘドロとなり 魚 介 類 は 死 滅 します 有 機 物 が 腐 敗 する 際 酸 素 不 足 の 水 域 ができ 魚 介 類 の 大 量 斃 死 に 結 びつきます 1970 年 から 現 在 まで 島 根 県 衛 生 公 害 研 究 所 は 1975 年 から 微 細 藻 発 生 の 指 標 となる COD( 化 学 的 酸 素 要 求 量 )を 測 定 してきました その 結 果 判 ったことは 1965 年 から 現 在 まで ほぼ 毎 年 珪 藻 類 のキクロテラ 族 の 数 種 が 優 占 し 塩 分 濃 度 の 低 い 年 は 淡 水 性 藍 藻 類 のコエロスファエリウム ミクロキスチス 緑 藻 類 のプランクト ネマ イカダモ 淡 水 ~ 汽 水 に 出 現 する 珪 藻 類 のキートセロスなどが 増 減 しながらもたびたび 出 現 している ことでした アオコも 起 きています 塩 分 濃 度 が 例 年 より 上 昇 した 年 は 渦 鞭 毛 藻 のプロロケントルム 珪 藻 類 のスケレトネマが 優 占 します これまで 判 ったことは 宍 道 湖 の 微 細 藻 は 塩 分 濃 度 によって 種 が 変 わり 2%を 下 回 ると 藍 藻 が 優 占 種 となって 赤 潮 になり 旱 魃 のあった 1974 年 はスケレトネマに 変 わっています 話 題 提 供 者 はこの 原 因 は 斐 伊 川 の 水 量 が 増 えると 窒 素 リンを 多 く 含 む 河 川 水 が 藍 藻 を 増 やすと 理 解 しています ご 覧 頂 いた 事 象 は 今 皆 が 気 付 いたものではありません 冨 栄 養 化 が 話 題 となって 久 しいし 近 くは UNEP 報 告 でも 中 国 インドを 含 む 北 半 球 での 河 川 の 汚 染 が 著 しいと 報 告 されています 特 に 微 細 藻 の 観 点 から この 問 題 を 検 討 すると 新 しい 事 実 が 見 えてきます 前 項 の 微 細 藻 の 組 成 を 見 てください 宍 道 湖 で 塩 分 濃 度 が 低 く 赤 潮 が 起 きる 時 期 に 発 生 する 渦 鞭 毛 藻 と 藍 藻 (シアノバクテリア) には 高 たんぱく 質 のものが 多 く 塩 分 濃 度 の 高 い 時 期 に 発 生 する 珪 藻 には 灰 分 が 多 いことです 宍 道 湖 に 流 入 する 斐 伊 川 の 水 量 が 増 えると 塩 分 濃 度 が 低 下 すると 同 時 に 反 応 性 窒 素 の 流 入 のみ 増 え 珪 素 -5-

不 足 で 渦 鞭 毛 藻 と 藍 藻 が 増 え 珪 藻 が 減 ることになります(パナマ 湾 の 例 では 全 微 細 藻 の 96%が 珪 藻 で す) これは 自 然 の 海 では 珪 藻 が 優 占 種 だということを 意 味 します 話 題 提 供 者 は 塩 分 濃 度 が 減 ることは むしろ 窒 素 濃 度 が 増 え 灰 分 ( 珪 素 )も 減 少 したと 理 解 するのが 正 しいと 考 えています 湖 の 環 境 変 化 は 海 の 環 境 変 化 の 先 ぶれです 斐 伊 川 で 起 きたことは 世 界 の 河 川 で 起 きています 珪 素 : 窒 素 : リン 比 率 の 変 化 が 微 細 藻 種 の 変 遷 をもたらしています 長 江 黄 河 ミシシピー ライン ドナウなどで 顕 著 で す ここで 宍 道 湖 への 反 応 性 窒 素 の 収 支 を 調 べてみることにしました 次 の 表 は 宍 道 湖 中 海 の 諸 元 および 流 入 窒 素 リンの 推 定 値 です 河 川 流 入 量 は 諸 元 より 計 算 し 流 入 窒 素 濃 度 リン 濃 度 は 湖 水 濃 度 の 計 測 値 から 逆 算 しました 宍 道 湖 中 海 の 諸 元 単 位 宍 道 湖 中 海 水 面 積 km 2 80.3 96.9 水 容 積 億 m 3 3.66 5.21 平 均 水 深 m 4.5 5.4 最 大 水 深 m 6.4 8.4 滞 留 時 間 年 0.3 0.4 流 域 面 積 km 2 1.288 595 流 域 人 口 千 人 271.8 157.8 流 入 窒 素 リンの 推 算 単 位 宍 道 湖 中 海 河 川 流 入 量 トン/ 日 3.34x10 6 3.57x10 6 上 表 より 計 算 窒 素 流 入 量 トン/ 日 4.3 3.2 島 根 県 HP より 湖 水 窒 素 濃 度 ppm 0.5 0.6 SAJINF 144/153 流 入 窒 素 濃 度 ppm 1.3 0.9 リン 流 入 量 トン/ 日 0.3 0.32 島 根 県 HP より 湖 水 リン 濃 度 ppm 0.035 0.035 SAJINF 144/153 流 入 リン 濃 度 ppm 0.09 0.09 上 の 表 で 湖 水 濃 度 とあるのは 日 本 の 公 害 第 10 巻 ( 川 名 英 之 )よりの 抜 粋 で 実 測 値 流 入 濃 度 と あるのは 水 量 と 流 入 値 から 逆 算 したものです 流 入 濃 度 と 湖 水 濃 度 に 差 がありますがこれは 湖 水 の 滞 留 時 間 から 見 てこの 流 入 濃 度 では 汽 水 湖 の 浄 化 能 力 が 不 足 し 湖 水 に 窒 素 リンが 沈 降 蓄 積 し 湖 水 が 冨 栄 養 化 し 魚 介 類 の 減 少 に 繋 がっていると 思 われます -6-

この 表 の 示 唆 するところは 例 えば 宍 道 湖 の 窒 素 についてみれば 湖 水 の 窒 素 濃 度 は 0.5ppm です が 斐 伊 川 が 宍 道 湖 に 入 るところで 窒 素 濃 度 は 1.3ppm で 湖 水 濃 度 の 3 倍 近 くの 濃 度 になっていることで す 1.3ppm 濃 度 で 入 ってきた 窒 素 は 宍 道 湖 で 微 細 藻 の 光 合 成 により 0.5ppm まで 低 下 するもののそれ 以 下 に 減 少 することはなく 現 在 に 至 っています 次 のグラフに 木 草 微 細 藻 の 生 産 性 を 比 較 しました 木 草 微 細 藻 の 順 で g/m 2 / 日 のバイオマス 生 産 性 を 示 しています 同 じ 生 物 では 赤 道 近 くのものの 生 産 性 が 高 くなっています 微 細 藻 については 炭 酸 ガス 注 入 下 での 生 産 性 を 示 しています -7-

植 物 には 樹 木 草 本 微 細 藻 とがあります 縦 軸 は 1 日 当 たり 1m 2 当 たりの 生 産 量 横 軸 は 地 球 上 の 緯 度 となっています 生 産 性 の 高 い 順 に 微 細 藻 グループ 草 本 グループ 樹 木 グループとなっ ています 例 えば 微 細 藻 サイクロテラ(A-5)の 生 産 性 は 38g/m 2 / 日 イネ(B-11)の 生 産 性 は 7g/m 2 / 日 と なります 同 じイネでも 東 京 とインドネシアとでは 生 産 性 が 違 います 色 々な 文 献 から 集 めたデータですが 微 細 藻 グループ 草 本 グループ 樹 木 グループでは 明 らかに 微 細 藻 の 生 産 性 が 高 くなっています 微 細 藻 は 単 細 胞 で 薄 い 細 胞 膜 を 持 って 水 中 に 漂 っているので ミクロの 光 合 成 反 応 器 であること 自 体 高 性 能 の 理 由 ですが 微 細 藻 の 生 産 性 を 炭 酸 ガスを 吹 き 込 んで 測 定 したのであたかも 大 気 中 の 炭 酸 ガス 濃 度 が 高 かった 時 代 と 同 じような 条 件 で 測 定 したことによるものです 自 然 の 池 と 培 養 池 とでは 炭 酸 ガス 溶 解 速 度 が 異 なるので さらに 好 条 件 になっています ちなみに 大 気 中 からの 炭 酸 ガスの 溶 け 込 み 速 度 は 5gCO 2 /m 2 / 日 程 度 であります 微 細 藻 で 何 ができるかではなくて 微 細 藻 活 躍 の 場 を 奪 ったのは 誰 かを 考 えることが 必 要 です 微 細 藻 は 生 産 性 が 高 いと 説 明 しました 宍 道 湖 の 微 細 藻 の 生 産 性 は 30g/m 2 / 日 ぐらいです 微 細 藻 を 魚 介 類 が 食 べる 食 物 連 鎖 を 考 えると 3g/m 2 / 日 の 動 物 性 たんぱく 質 が 得 られる 計 算 です 上 流 の 水 田 地 帯 の 稲 の 生 産 性 は 7g/m 2 / 日 です 20%が 米 とすると 1.4g/m 2 / 日 です 人 口 増 の 世 の 中 で 2 倍 以 上 の たんぱく 質 が 作 れる 場 を 炭 水 化 物 の 生 産 に 使 って 良 いものでしょうか ここで 状 況 を 整 理 してみます その1: 川 上 から 流 入 するヒト 由 来 の 反 応 性 窒 素 (N R ) 流 入 量 の 増 加 により 宍 道 湖 の 微 細 藻 が 珪 藻 から 藍 藻 に 変 化 しました 魚 介 類 の 餌 とならない 藍 藻 がヘドロとなって 湖 底 に 蓄 積 しています 化 学 肥 料 の 使 用 は 減 らし 有 機 肥 料 に 変 えるべきです 同 時 に 排 水 処 理 の 高 度 化 が 必 要 です その2: 微 細 藻 種 変 遷 の 原 因 は N R 増 加 に 加 え 窒 素 :リン: 珪 素 比 率 の 変 化 です 流 入 窒 素 見 合 で 珪 素 を 増 やし 湖 水 環 境 を 珪 藻 の 住 む 環 境 に 戻 すのも 選 択 肢 の 一 つです 現 在 ヘドロは 汽 水 湖 の 邪 魔 者 ですが 元 を 辿 れば 微 細 藻 の 死 骸 です 窒 素 リンの 資 源 であることは 間 違 いないと 考 えます 汽 水 湖 内 での 再 利 用 と 汽 水 湖 の 再 生 が 急 務 です その3: 宍 道 湖 で 起 きている 現 象 は 世 界 の 海 で 起 きつつあることの モデルです その4: 微 細 藻 が 汽 水 湖 の 水 質 浄 化 に 貢 献 し 飲 み 水 を 作 っていることも 忘 れてはいけません 話 しを 宍 道 湖 に 戻 しますと 宍 道 湖 入 る 窒 素 濃 度 は 1.3ppm で 宍 道 湖 の 窒 素 濃 度 0.5ppm の 3 倍 近 くになっています つまり 宍 道 湖 の 浄 化 能 力 を 超 えていることになります このまま 放 置 すればさらに 水 質 が 悪 化 することは 避 けられません 微 細 藻 の 特 徴 の 一 つは 水 の 中 に 生 息 して 水 中 の 窒 素 リンを 使 っ て 成 育 し 水 を 浄 化 することです もちろん 樹 木 草 本 微 細 藻 の 中 で こんなことができるのは 微 細 藻 だけです 宍 道 湖 が 昔 にもどれば 水 域 の 地 球 環 境 対 策 の 良 きモデルになると 考 えます -8-

都 市 排 水 水 田 排 水 中 の 窒 素 リンを 除 去 し 浄 水 を 得 るため レースウエイ 培 養 池 で 珪 藻 を 栽 培 する 計 画 です 光 合 成 の 炭 酸 ガス 源 としては 発 電 所 排 ガスを 使 用 します 栽 培 された 珪 藻 はシジミ 稚 貝 の 餌 とします ここで 窒 素 循 環 の 全 体 像 を 見 てみましょう 世 界 でこの 問 題 の 重 要 性 が 認 識 されてきました -9-

上 の 図 は UNEP: Reactive Nitrogen on the Environment 2007 よりの 抜 粋 です 宍 道 湖 の 姿 をよく 表 現 していますが 我 々の 経 験 は 上 の 図 に 新 たに 加 えるべきものがあることを 示 唆 しています それは 宍 道 湖 には 既 に 蓄 積 されたヘドロがあり 湖 水 の 生 態 をかなりなまでに 変 えてしまったことです ヘドロとは 藍 藻 の 死 骸 のことです これまで 検 討 して 気 づくことは 物 質 と 生 命 の 循 環 の 観 点 から 見 て 我 々が 知 るこの 問 題 の 本 質 は 問 題 が 循 環 ではなく これまでなかった 物 質 が 連 続 的 に 際 限 なく 増 加 し 地 球 に 加 わり 蓄 積 し 生 命 に 大 きな 影 響 を 与 えていることです 例 えば 反 応 性 窒 素 が 増 加 し 人 間 は 増 加 しましたが 一 方 で 海 が 汚 染 し 魚 介 類 が 激 減 したこと 長 い 時 間 を 掛 けて 地 中 に 蓄 えた 化 石 燃 料 を 短 期 間 に 取 り 出 して 気 温 を 上 げ 空 気 中 の 炭 酸 ガス 濃 度 を 上 げ 珪 酸 を 含 む 珪 藻 を 炭 酸 塩 を 含 む 円 石 藻 に 変 えた 可 能 性 があることなどです 遅 きに 失 する 気 もするけれど できることから 対 策 する 必 要 があるのだと 考 えます 参 考 文 献 1. Yoshi のブログ 2011-11-23 2. セミナー: 中 村 幹 雄 宍 道 湖 の 環 境 と 生 物 について 3. 文 春 (2002-2-16), 宍 道 湖 のシジミ 4. 大 谷 修 司 宍 道 湖 中 海 水 系 の 藻 類 島 根 大 学 1996 5. 海 洋 環 境 の 科 学 東 京 大 学 出 版 会 1977 6. 浜 崎 恒 二 海 洋 微 生 物 生 態 学 入 門 2002 7. システム 学 会 新 たな 時 代 の 食 料 生 産 システム 8. 人 間 自 然 科 学 研 究 所 太 陽 の 国 IZUMO 9. SAJ INF 144/153, 内 部 資 料 10. 生 田 義 明 マイクロアグリカルチャーの 推 進 農 業 経 営 者 2002 11. UNEP:Reactive Nitrogen on the Environment,2007 12. 斐 伊 川 ( 財 ) 河 川 情 報 センター 13. Y.Ikuta, MICROAGRICULTURE-BIOFIXATION OF CO 2 USING NITROGEN- FIXING MICROALGAE IN RICE FIELDS, Greenhouse Gas Control Technologies,2003-10-

微 細 藻 から 見 た 地 球 環 境 問 題 (3) 水 田 海 湖 沼 に 続 き 水 田 について 考 えて 見 ましょう ここで 水 田 とは 陸 上 全 体 又 は 農 業 との 意 味 合 いで す 最 新 のナシィナルゲオグラフィック(2013-5)で 面 白 い 記 事 を 見 つけました 上 の 図 のタイトルは[ごちそう それとも 飢 餓 ]です 反 応 性 窒 素 (N R )が ここまでの 課 題 でしたが ここでも 窒 素 が 話 題 です ここ 10 年 窒 素 の 問 題 に 取 り 組 んできましたが 今 日 最 新 のナショナルゲオグラフィックでこの 問 題 が 取 り 上 げられたことに 驚 いています ここ での 課 題 は 増 加 する 化 学 肥 料 の 利 用 と 農 業 における 肥 料 利 用 効 率 の 低 さです この 問 題 は 後 の 章 でも 取 り 上 げますが 通 常 の 農 業 と 微 細 藻 を 使 う 農 業 (マイクロアグリカルチャー)との 差 異 は 前 者 が 土 壌 利 用 による 開 放 系 であるのに 対 し 後 者 は 閉 鎖 系 で 植 物 が 必 要 とする 量 の 化 学 肥 料 を 供 給 すればよく 全 く 効 率 が 異 なることです 上 の 図 は 自 明 ではありますが 記 事 の 本 文 より 内 容 を 補 足 しますと 以 下 の 通 りです 地 図 上 で 国 に 色 がついていますが 緑 色 が 濃 い 国 は 化 学 肥 料 過 剰 使 用 で 余 剰 分 が 地 下 で 流 れ 出 るところ 赤 色 の 国 は 化 学 肥 料 が 今 でも 不 足 している 国 です 薄 緑 色 の 帯 は 夫 々の 国 から 流 れ 出 る 余 剰 分 で 余 剰 量 は 帯 の 幅 で 表 現 されています ごらんのように 余 剰 量 の 多 い 順 に 中 国 インド 米 国 アフリカとなっています 地 球 上 で 利 用 できる 肥 料 は 多 い 順 に 化 学 肥 料 糞 尿 など 人 為 的 肥 料 マメ 科 植 物 の 窒 素 固 定 大 気 汚 染 によるものの 順 で 内 化 学 肥 料 が 59%を 占 めます 問 題 の 余 剰 反 応 性 窒 素 は 地 上 で 利 用 で きる 肥 料 の 53%です つまり 地 球 上 で 利 用 できる 肥 料 のうち 実 際 植 物 として 収 穫 されるものに 含 まれる -11-

ものは 47%に 留 まるということです 奇 妙 なことに 化 学 肥 料 が 全 体 の 59%を 占 めており 余 剰 分 が 53%で 意 地 悪 な 言 い 方 をすれば この 結 果 は 肥 料 の 利 用 効 率 が 100%なら 59%-53% = 6%つまり 化 学 肥 料 が 現 在 の 10%あればよいことになる 理 屈 です 本 文 のポイントを 箇 条 書 きにしてみましょう ; a. 地 球 上 に 巨 大 な 工 場 があって 毎 年 化 学 肥 料 を 供 給 しています 事 実 この 工 場 がストップすると 70 億 人 の 地 球 人 は 生 きていけない 我 々の 体 筋 肉 や 内 臓 や を 構 成 するたんぱく 質 は 窒 素 から 出 来 ており 体 内 のたんぱく 質 の 半 分 以 上 は 化 学 肥 料 の 産 物 です b. 使 い 残 した 化 学 肥 料 は 川 を 経 て 海 へ 流 れ 魚 介 類 の 生 存 を 脅 かしている c. 化 学 肥 料 の 30-60%は 過 剰 投 与 または 誤 使 用 である 有 効 利 用 が 期 待 される d. 中 国 で 40 の 湖 沼 で 水 質 調 査 を 実 施 したところ 半 数 以 上 で 冨 栄 養 化 が 観 察 された e.2007 年 太 湖 でシアノバクテリアの 大 規 模 ブルームが 観 測 された f.ミシッシピ 川 が 冨 栄 養 化 に 漁 師 が 大 打 撃 を 受 け さらにメキシコ 湾 にシアノバクテリアが 大 量 出 現 し 死 滅 分 解 し 死 の 海 (dead zone)ができた g. 中 国 は 今 後 なお 人 口 が 増 加 すると 考 えられており 化 学 肥 料 の 使 用 量 は 増 加 すると 考 えられている h. 有 機 農 業 が 全 てを 解 決 するとは 考 えていない I. 新 しい 農 業 モデルが 必 要 である 中 国 インドで 過 多 使 用 が 叫 ばれる 中 で アフリカで 化 学 肥 料 不 足 で 飢 餓 に 瀕 しています 上 の 図 で 余 剰 化 学 肥 料 発 生 は 主 として 中 国 インド アメリカの 小 麦 米 トウモロコシ 農 場 が 原 因 です 日 本 は 窒 素 収 支 に 関 しては 全 く 異 様 な 国 と 言 えます それは 食 料 自 給 率 の 低 さに 由 来 します 日 本 の 窒 素 収 支 (2010 年 ) 自 給 率 総 需 要 国 内 生 産 輸 入 N% % 万 トン N 万 トン 万 トン N 万 トン 万 トン N 万 トン 穀 類 2.00 27 3,476 70 932 19 2,544 51 魚 介 類 2.84 54 983 28 475 13 508 14 豆 類 6.18 8 404 25 32 2 372 23 肉 類 2.90 56 593 17 322 9 271 8 合 計 5,456 140 1,761 43 3,695 96 上 の 表 は 農 林 水 産 省 の 平 成 22 年 (2010 年 ) 現 在 の 食 料 需 給 表 の 分 類 のうち 窒 素 に 関 係 の 高 い 順 に 4 項 目 を 抜 粋 して 自 給 率 国 内 生 産 輸 入 を 記 載 したものです 全 11 分 類 中 4 項 目 ですが 窒 素 に 関 して 総 量 の 90% 以 上 をカバーしています 各 項 目 の 窒 素 含 有 量 は 四 訂 食 品 成 分 表 を 参 考 に 推 -12-

定 しました 窒 素 に 関 する 限 り 食 料 飼 料 の 生 産 に 肥 料 が 使 用 され 食 料 飼 料 中 の 窒 素 は ヒトお よび 家 畜 の 体 内 にタンパク 質 として 固 定 されるもの 以 外 は 体 外 に 排 出 されますが 結 果 から 見 ると 海 外 から 96 万 トン/ 年 もの 窒 素 を 輸 入 し 大 半 を 海 に 排 出 していることです 反 応 性 窒 素 の 蓄 積 が 大 きな 問 題 となりつつある 現 在 留 意 しなければならない 問 題 です 参 考 文 献 1. NATIONAL GEOGRAPHIC, MAY 2013 2. 生 田 義 明 SAI INF92, 日 本 の 窒 素 バランス 2006( 内 部 資 料 ) 3. 生 田 義 明 SAI INF48, 微 細 藻 を 取 り 巻 く 外 的 環 境 2004( 内 部 資 料 ) 4. 農 林 水 産 省 平 成 22 年 (2010 年 ) 食 料 需 給 表 5. 四 訂 食 品 成 分 表 6. 食 料 自 給 率 Wikipedia -13-