樹木による地下水中の硝酸性窒素の自然浄化  [in Japanese] Natural attenuation of nitrate in groundwater by trees  [in Japanese]

Access this Article

Author(s)

Abstract

<BR> 硝酸性窒素による地下水汚染は全国的なスケールで発生しており、汚染原因として窒素肥料の溶脱、家畜排せつ物および生活排水の不適切な処理が主要なものとしてあげられている(田瀬、2006)。<BR> 対策としては、汚染源対策が中心で、一部では成果を上げてきている。しかし、現に汚染している地下水をいかに回復するかについては、実効的な方法は依然として模索中である。最大のネックである費用の問題を解決するための方策の一つは、自然の浄化能の活用や植生の利用(ファイトレメディエーション)である。<BR> Matthews et al.(2003)は数値シミュレーションにより植生浄化の効率に対する帯水層条件の影響を評価しているが、フィールドで実際に検討した例はみられない。<BR> 本研究では、自然状態で生育している樹木によって、地下水中の硝酸イオンが吸収、減少しているかを単木周辺および樹林帯での観測により検討した。樹林帯では、吸収のほか、石塚・小野寺(1997)が指摘している脱窒、さらには涵養による希釈効果なども期待でき、総合的に検討した。<BR> 本研究では、つくば市内に2ヶ所の試験地を設けた。1つは台地末端斜面で、胸高直径46 cm、樹高約15 mの1本のムクノキ(Aphananthe aspera)に注目し、地表面下1m付近にある地下水が樹木付近を通過する過程での地下水流動の変化、硝酸イオンをはじめとする溶存イオンの挙動を把握し、樹木による地下水中の硝酸性窒素の吸収浄化の可能性について評価した(中野・田瀬、2005)。また、別の緩斜面の針葉樹を主とする樹林帯(流下方向は約50m、幅約500m)においては、地下水面が地表下3m前後に存在するが、樹林帯の上下流で硝酸イオン、窒素安定同位体を測定し、吸収、脱窒あるいは希釈による浄化の有無を検討した。<BR> 対象としたムクノキの周囲の地下水面の詳細な変化を把握するために、ムクノキの周囲の11地点に井戸を設置した。3次元的な水質分析、地下水流動の把握をおこなうために、ムクノキ付近に深さ120 cm~320 cmのピエゾメータネストを設置した。また、樹林帯には同様に井戸を10本、ピエゾメータを26本設置し、上記と同様の分析を行った。<BR> 夏期においてムクノキ付近の地下水面にはすり鉢状のくぼみの存在が認められ、ムクノキの吸水の影響であると考えられる。また、地下水面の変化とともに地下水流動にも変化が生じ、ムクノキによる吸水が盛んにおこなわれている夏期には上向きの流動が発生し、ムクノキが落葉するとその上向きの流動は消失し、上流から汚染プルームが侵入してくる。吸水が盛んにおこなわれている地点では吸水とともに硝酸イオンの吸収がなされていることが示唆された。また、窒素安定同位体比をみると、肥料の影響を受けた上流部では3~7‰と通常の値を示しているが、硝酸イオンの濃度が減少しているムクノキの根系域では、一部で窒素安定同位体比が高く、脱窒の影響を受けている可能性がある。逆に、一部は同位体比が変化せずに硝酸イオンが減少している部分もある。ムクノキによる直接的な浄化能力(吸収)は土壌微生物による脱窒と比べて必ずしも大きいものではないが、周囲の地下水流動や酸化還元環境などの場の条件を変化させ、間接的に脱窒を促進させていると考えられる。<BR> 一方、樹林帯には、上流部に15年前の家畜排せつ物の素堀投棄跡が存在し、現在でも高濃度の硝酸イオン(最大150mg/L)の排出源となり、樹林帯を通過し、下流へ流出している。樹林帯の中間から下流側において硝酸イオンの顕著な減少がみられる。地下水流動や安定同位体比からみると浸透水による希釈の可能性が高いと推測している。<BR> 硝酸性窒素による地下水汚染対策として、植生、とくに樹木による吸収、また樹林地からの希釈水の涵養帯としての効果などが期待できる。これらの対策は、空間的位置を適切に選択できれば、とくに地下水面が浅い地域では経費や維持管理の面でも大きなメリットがあると期待できる。

<BR>Groundwater contamination by nitrate has been a serious environmental problem all over the world but effective measures have not been developed yet. One of the possible ways is to apply natural attenuation by plants or trees, or phytoremediation. Trees uptake nitrate as nutrient and may develop conditions for natural attenuation such as denitrification. Moreover, forests play a role of recharging uncontaminated water to dilute contaminated water.<BR> As few field observations of natural attenuation of nitrate in groundwater have been done, purposes of this study are to observe water and nitrate behaviors below a camphor tree (<I>Aphananthe aspera</I>) and a coniferous forest and to elucidate processes controlling natural attenuation of nitrate in groundwater.<BR> Two study areas were selected in Tsukuba City. One is located at a small valley of the edge of upland and a big camphor tree with BHD of 46cm and the height of 15m was selected for observation. Groundwater is contaminated by nitrate originating from chemical fertilizer on crop field of the upland. The other is a strip of coniferous forest on the upper part of gentle slope in upland. An old pit for disposing animal waste is located at the uppermost edge of the forest, from which high concentration of nitrate has been released.<BR> On the both areas, intensive networks of observation wells and piezometers were installed to trace groundwater and nitrate. Water temperature, EC, ORP, water quality, stable isotope of nitrogen and so on were measured or analyzed.<BR> Beneath the camphor tree, depression cone of water table induced by uptake of water and upward flow appeared during a growing season. After falling leaves, groundwater flowed more horizontally and nitrate plume invaded into the root zone. Denitrification occurred around the root zone under the anaerobic conditions which were brought by respiration and upward flow.<BR> On the other side, nitrate concentrations decreased through flowing beneath the forest, where dilution by recharged water might be a main factor, though denitrification and uptake could be other factors.

Journal

  • Proceedings of the General Meeting of the Association of Japanese Geographers

    Proceedings of the General Meeting of the Association of Japanese Geographers 2007s(0), 120-120, 2007

    The Association of Japanese Geographers

Codes

Page Top