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茨城県霞ケ浦環境科学センター
湖沼環境研究室
技師 神谷 航一
霞ヶ浦の底泥を用いた嫌気-好気溶出実験中のリンの挙動について
1
1. はじめに －湖沼のリンの重要性－
2
過剰な
リン
悪臭 利水障害 生態系の
破壊
・生活排水 ・工場排水 ・農業排水 など
有機物
(植物プランクトン)
の大量増殖
－霞ヶ浦のリン濃度推移－
Fig. 1 霞ヶ浦（西浦）のTP，PO4-P濃度（国交省データ）
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
Apr-06 Apr-07 Apr-08 Apr-09 Apr-10
mg/L
TP
PO4-P
3
年平均全リン（TP）濃度
0.1 mg/L前後
(環境基準：0.03 mg/L）
夏季に特にPO4-P濃度が上昇する傾向
しかし,
流入河川濃度は増加していない!!
（石井ほか，2007）
－湖沼のリンの重要性－
4
過剰な
リン
悪臭 利水障害 生態系の
破壊
・生活排水 ・工場排水 ・農業排水 など
有機物
(植物プランクトン)
の大量増殖
底泥からのリンの溶出
－底泥からのリン溶出とは？－
5
リンの溶出 ： 泥から湖水に，リンが溶け出すこと
湖水
底泥
有機物
PO4-P
1. 有機物の分解 2. 鉄と結合したリンの解離
間隙水
※泥粒子の間の隙間にある水
鉄
PO4-P
PO4-P
PO4-P
鉄
（1） 湖水中で，DO濃度が低下する（嫌気化）
（2） 底泥中で，鉄と吸着していたリンが解離して間隙水に移行
（3） 底泥中で，間隙水濃度が高くなり，濃度の低い湖水へ移行
（4） 湖水中で，リン濃度が高くなる
（1）DO濃度の低下
（2）
（3）
－霞ヶ浦におけるリンの溶出過程－
Fig. 2 H23年度北浦釜谷沖（底泥直上50 cm）のDO濃度の推移
夏季にDO濃度が低下しやすい。
鉄と吸着していたリンが溶出しやすい
6
0
2
4
6
8
10
12
14
May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar
DO
(m
g L
-1)
H23
霞ヶ浦では，夏季に特にPO4-P濃度が上昇する
合致
間隙水中のリン濃度が，湖水リン濃度に大きく寄与すると推測されている。
－現地調査で得られた間隙水リン濃度の結果－
7
既存の研究結果 ： 夏季に間隙水中リン濃度が高くなる(細見ほか，1987)
北浦では，湖水DO濃度の高い10月に間隙水中リン濃度が最大値を示した。
湖水リン濃度は8月に最大を示し，10月は低い濃度を示した。
Fig. 3 北浦釜谷沖（神谷, 2012）の間隙水中リン濃度
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
底泥深度
（cm）
PO4-P （mg/L）
10月
8月
○間隙水が濃度が高くなる時期
が既存研究とずれた。
○湖水リン濃度と間隙水中リン
濃度の最大値を示す時期が
ずれた。
しかし，
しかも，
－研究の目的－
8
湖水中のDO濃度の推移によって，底泥からのリンの溶出に寄与すると考えられている間隙水中のPO4-P濃度が，
どのような条件下で高濃度になるのか？
を明らかにすることを目的とした。
○底泥の前処理
・底泥の長さを22 cm（10層+2 cm）に調節
・底泥直上水を，現地湖水をGF/Fフィルターでろ過した水に入れ替えた
2. 方法 －底泥の採取～前処理－
西浦湖心
Fig. 5 底泥採取地点 Fig. 4 重力式コアサンプラーと採取した底泥コア
室内でDO濃度をコントロールした，底泥を用いた溶出実験
○使用底泥コア
西浦湖心 （H25.6.4）
半径200 m以内の範囲で複数本採取
9
－溶出実験の概要－
22 cm
10
No.1
0日
No.2
3日
No.3
8日
No.4
15日
No.5
18日
No.6
23日
No.7
30日
嫌気条件 初期条件
○同じ初期条件の底泥 ○続けて嫌気条件から好気条件にする ⇒DO濃度の変化に対する間隙水の変化
⇒ 好気条件
－直上水，間隙水の処理方法－
10,000 rpm，
20 min，5 ℃
TP，PO4-P等
GF/F
(0.7 μm)
N2 Condition
含水比等測定
2 cm
11
0
5
10
15
No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6 No.7
DO
(m
g/L
)
Fig. 9 底泥からのリン溶出速度
3. 結果と考察 －間隙水リン濃度の変化－
Fig. 6 湖水DO濃度と間隙水PO4-P濃度の推移
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Dep
th (
cm
)
PO4-P (mg/L)
1
2
0
2
4
6
8
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14
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18
20
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Dep
th (
cm
)
PO4-P (mg/L)
1
2
0
2
4
6
8
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0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Dep
th (
cm
)
PO4-P (mg/L)
1
2
0
2
4
6
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0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Dep
th (
cm
)
PO4-P (mg/L)
1
2
0
2
4
6
8
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20
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Dep
th (
cm
)
PO4-P (mg/L)
1
2
0
2
4
6
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14
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20
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Dep
th
(cm
)
PO4-P (mg/L)
1
2
0
2
4
6
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18
20
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Dep
th
(cm
)
PO4-P (mg/L)
1
2
No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6 No.7
12
PO4-P濃度（mg/L）
嫌気条件 好気条件
－湖水中TP濃度と間隙水中挙動－
13
0
5
10
15
No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6 No.7
DO
(m
g/L
)
湖水DO濃度
間隙水 PO4-P最大濃度
湖水TP濃度
嫌気条件 好気条件
0.0
0.2
0.4
0.6
No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6 No.7
TP
(m
g/L
)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6 No.7
ma
x.
PO
4-P
in
po
re w
ate
r
(mg
/L) 最大 最小
上昇傾向 ⇒溶出
Fig. 7 上から湖水DO・リン濃度，間隙水中の平均・最大PO4-P濃度の推移
溶出が起きた条件 ： 嫌気条件下（No.3，No.4） 間隙水PO4-P最大濃度 ： 嫌気条件下⇒好気条件下（No.6）
○嫌気条件下から好気条件下に移行後，最大が濃度。
○溶出時には分布が垂直
⇒ 北浦の現地調査結果を再現
※溶出時 ※好気条件下
－間隙水PO4-P濃度の推移－
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嫌気 好気
No.4 濃度
深度
No.6 No.1
嫌気
高いPO4-P濃度を持つ分布が，嫌気⇔好気が繰り返されると？
Fig. 8 西浦現地の間隙水の挙動
－従来の現地観測結果との整合性－
従来観測されていた夏季の高い間隙水リン濃度は，嫌気⇔好気の繰り返しによるものと考えられる 15
No.6
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0.0 1.0 2.0 3.0
Dep
th (
cm)
PO4-P (mg/L)
7/31(6.5)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0.0 1.0 2.0 3.0
Dep
th (
cm)
PO4-P (mg/L)
7/31(6.5)
8/8(1.7)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0.0 1.0 2.0 3.0
Dep
th (
cm)
PO4-P (mg/L)
7/31(6.5)
8/8(1.7)
8/16(5.7)
4. 結論
● 溶出実験により，湖水DO濃度に対する間隙水PO4-P濃度の
挙動を調査したところ，嫌気条件から好気条件に移行した後 にPO4-P濃度が最大となることが確認された。一方，溶出時 には分布が垂直になっていたことが確認された。 ● 現地調査で夏季に高い間隙水中リン濃度が確認されていた 理由については，嫌気⇔好気の繰り返しによるものと推測さ れる。
16
高いPO4-P濃度は，浅い底泥層（深度10 cm程度内）で現れることが多い（例： 諏訪湖，カナダの湖沼，イギリスの運河など）
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0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
底泥深度
（cm
）
PO4-P （mg/L）
5. 今後の課題
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 10 20
深度
(cm
)
NH4-N濃度（mg/L）
8月
10月
6-8 cm
4-6 cm
しかし，
アンモニア態窒素
Fig. 9 北浦間隙水（左）と本実験（右）のPO4-P分布 Fig. 13 北浦間隙水NH4-N分布
● 底泥からのリンの溶出に大きく寄与する深度
● 間隙水中のPO4-P濃度が湖水濃度に及ぼす影響
を把握し，底泥からのリンの溶出抑制対策に役立てる。
6. 水質改善対策への展望 次の3つのステップにより，研究を水質改善対策に生かす 1. 底泥からのリンの溶出メカニズムの解明 メカニズムの解明により，底泥からのリンの溶出を 抑える効果的な手法を検討することができる。 2. 水質予測モデルの構築 水質予測モデルを構築することで， （1）様々な対策の具体的な効果 （2）適切な対策の実施範囲 の検討ができる。 3. 水質予測モデルを活用した効果的な対策の選定・実施 水質予測モデルを活用し，各対策の費用対効果を把 握することで，より効果的な対策を選定・実施する。
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