特別研究

〔目　的〕
　近年，琵琶湖や十和田湖等の多くの湖沼において，流域発生源対策が行われているにもかかわらず，湖水中の有機物濃度（COD）の増大傾向が観察されている。何らかの難分解性有機物による水質汚濁が進行している。湖沼環境では，近年，植物プランクトン種組成変化を含む生態系の変化が著しい。難分解性有機物の蓄積に示される湖水有機物の質的，量的変化も湖沼生態系の変化に大きな影響を及ぼしていると推察される。また，水道水源としての湖沼水に着目すると，湖水中有機物濃度の上昇は，浄水過程の塩素処理によって生成する発がん物質トリハロメタン等による健康リスクの懸念を増大させている。湖沼環境および水質保全上，緊急にこの新しい有機汚濁現象を把握する必要がある。
　本研究の目的は，湖沼水中の有機物の特性や起源を適切に把握する手法を確立し，湖沼水中での難分解性有機物濃度上昇の原因を解明し，さらに湖水有機物の質的，量的変化が湖沼生態系やトリハロメタン等の有害物質の生成能に及ぼす影響を明らかにすることである。

〔内　容〕
　本年度は以下に示すような研究を行った。
課題１　湖水中難分解性有機物の発生原因の解明
　（１）湖水有機物の特性および動態
　霞ヶ浦湖水を生分解試験（１００日間）とDOC分画手法に供し，湖水DOCを疎水性−親水性，酸性−塩基性，易−難分解性の違いに基づいて分画した。本実験手法を用いて，霞ヶ浦湖水中のDOC，難分解性DOCおよび各分画成分の存在濃度，場所的および季節的変動特性を明らかにした。湖水ろ過水，フミン物質，親水性画分の分子量をゲルクロマトグラフィにより測定した。また，既存の河川水および下水処理水の分画データを用いて，湖心における難分解性DOC，フミン物質，親水性酸に関する物質収支を検討した。
　（２）起源の明白なサンプルの特性評価
　霞ヶ浦流入河川水，生活雑排水，森林渓流水，田面水等の起源の明白なサンプルに生分解試験＋DOC分画手法を適用し，DOC，難分解性DOC，各分画成分のDOC濃度および分画分布を明らかにした。植物プランクトン由来の溶存有機物の特性を評価するために，ラン藻類，緑藻，ケイ藻を無菌培養し，培養後の培地ろ過液に生分解試験＋DOC分画手法を適用した。同時に，サンプルろ過水，フミン物質，親水性画分の分子量をゲルクロマトグラフィにより測定した。

課題２　湖水中難分解性有機物の湖沼生態系，水道水源水としての湖沼水質に及ぼす影響
　霞ヶ浦湖水，流入河川水，下水処理水等の流域水のろ過サンプル，分離されたフミン物質および親水性画分のトリハロメタン生成能を測定した。

〔成　果〕
　課題１　霞ヶ浦湖水，流入河川水および起源の明白なサンプル（森林渓流水：FS，畑地浸透水：PFP，田面流入水：PFI，田面流出水：PFO，生活雑排水：DS，下水処理水：STPE，ヨシ・アシの繁茂する池：POND，Microcystis aeruginosa培養後培地ろ液：MAM）の生分解試験後のろ液をDOC分画手法に供しDOC分画分布を明らかにした（フミン物質：AHS，疎水性中性物質：HoN，親水性酸：HiA，塩基物質：BaS，親水性中性物質：HiN）（図１）。すべてのサンプルで，生分解試験前と同様に，有機酸画分（AHS＋HiA）が優占した。湖水ではAHSとHiAの存在比が分解後に上昇した。特徴的であったDSのHoNやMAMのHiNの存在比は著しく減少した。従って，天然水（陸水）中の代表的な難分解性DOCはAHSとHiAであることが明らかとなった。
　生分解試験後の分画データ，河川流量，下水処理場放流水量（平成７年度実績：５０，３６４m３/day）を用いて，湖心における難分解性DOC（R-DOC），難分解性AHS（R-AHS），難分解性HiA（R-HiA）に関する物質収支を検討した（図２）。結果，R-DOCに関して，河川水の寄与は夏の８０％程から冬・春には約４０％に激減する。下水処理水の寄与は夏から春にかけて漸増し４月に１８％にも達することがわかった。下水処理水の寄与率の大きさは注目に値する。湖内部由来のR-DOCは夏・秋の寄与率２０％程から冬・春に４０％以上に上昇した。R-AHSは年間を通して河川水の寄与率が最大であり平均約７０％であった。R-HiAはR-DOCと同様な傾向を示した。
　ろ過サンプル，AHSおよび親水性画分（HiF＝HiA＋BaS＋HiN）の分子量をHPLCゲルクロマトグラフィを用いて測定した。湖水DOC（湖心），AHS，HiFの平均分子量は各々７６０，９９０，６００g/moleであった。湖水DOC，AHSは，従来報告されている数万−数十万の分子量ではなく，分子量１０００以下の小さな有機物からなることが明らかとなった。HiFに関しては既報データが存在しないが，極めて分子量の低いものと言える。
　霞ヶ浦から単離されたラン藻類Microcystis aeruginosa，Anabaena flos‐aquae，Oscillatoria agardhiiをDOC濃度の低い培地で無菌バッチ培養し，培養後の培地ろ液に生分解＋DOC分画手法を適用し，ラン藻由来のDOCの特性を評価した。３種のラン藻類とも生分解前後の培地ろ液にAHSはほとんど存在しなかった。従って，湖水中（水柱）でラン藻類からのAHSの寄与は無視できるほどに小さいと結論される。M. aeruginosaの産生したDOCではHiNが優占したが，生分解後にはHiNはほとんど消失し代わってHiAが優占した。従って，ラン藻類由来のR-DOCとして湖水に蓄積するのはHiAであると示唆される。

課題２　霞ヶ浦湖水，流入河川水，下水処理水や生活雑排水等の流域水のろ過サンプル，AHSおよびHiFのトリハロメタン生成能（THMFP＝CHCl３＋CHCl２Br＋CHClBr２＋CHBr３，μmoleTHM/mgC）をヘッドスペースGC/MSにより測定した。同時に，Total THMFP（TTHMFP＝［存在DOC濃度］×［THMFP］，μmole/l）という指標を導入して，各分画の存在濃度を考慮したTHM生成能の評価を行った。河川水AHSのTHMFPは河川水HiFよりも有意に大きな値を示したが，湖水（湖心）の場合にはAHSとHiFのTHMFPに有意な差は認められなかった。河川水AHSのTHMFPは湖水より有意に大きかったが，河川水HiFでは湖水と顕著な違いは認められなかった。存在濃度を考慮したTTHMFPをみてみると，河川水ではAHSとHiFのTTHMFPはほぼ等しい値を示したが，湖水ではHiFのTTHMFPがAHSの約２倍の値を示した（図３）。以上の結果より，河川水では既報のようにAHSも代表的なTHM前駆物質と言えるが，湖水ではHiFがAHSよりも重要なTHM前駆物質であると明白に結論される。
〔発　表〕B-２２〜２４，７５，b-１０１〜１０３，２１９〜２２１