地球環境研究総合推進費による研究

５．海洋汚染に関する研究

〔研究成果〕
（１）渤海・東シナ海における河川経由の環境負荷が海洋生態系に与える影響評価手法に関する研究
　１９９６年１１月６日に上海において国立環境研究所，地質調査所，西海区水産研究所の研究担当者と中華人民共和国国家海洋局責任者の出席のもと共同研究に関する調整委員会を開催した。長江経由の汚濁負荷変動に対する長江河口域での海洋生態系の応対特性に関する共同研究を現場調査，隔離生態系実験，モデルの３つの立場から推進することが基本合意された。これを受けて１９９７年３月１８日環境庁において環境庁，国立環境研究所，中華人民共和国国家海洋局との間で共同調査研究実施取り決めに調印を行った。
　海洋メゾコズム実験は長江河口域で行うが，長江からの淡水流入方向が季節により異なるため，同水域に直接淡水が流入する秋に第１回の調査研究を行うことで具体的研究計画を立案した。
　長江河口域への設置を目的とした浮遊式海洋メゾコズム（海洋隔離実験生態系）の設計・試作を行った。直径５ｍ，高さ５ｍ２５ｃｍの円錐形で底には直径５０ｃｍのセディメントトラップが接続されている。フロートの浮力によりメゾコズム上部が水面上に１ｍ出ている。長江河口域で予測される気象に近い条件下（波高５０ｃｍ，風速５ｍ以上）のメゾコズム水魂の混合状態を蛍光色素（Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ ＷＴ）をトレーサーとして用い調べた。その結果，波高５０ｃｍ程度の海域に設置したメゾコズムではメゾコズム自体の動きによって内部水魂は良く混合され，従来報告されてきた隔離水魂系の鉛直拡散計数の数十倍の値が得られた。一般に穏やかな海域に設置したメゾコズムでは浮遊力のないプランクトンなどを維持するために湧昇流動装置などの攪拌装置が必須であるが，本課題で予定している長江河口域（波高１ｍ程度）においては必ずしも攪拌装置が必要ではないことが明らかになった。
　フローサイトメトリー（ＦＣＭ）法を用いて海水中の光合成を行うシアノバクテリアと従属栄養細菌を識別する自動測定システム開発を検討した。その結果，ＳＳＣ（側方散乱光）および赤色蛍光を測定することにより，シアノバクテリア類，従属栄養細菌類およびその他の有機懸濁物質を識別できることが判明した（シアノバクテリア；赤色蛍光，ＳＳＣが大きい，従属栄養細菌；赤色蛍光に比較してＳＳＣが小さい，死細胞その他の粒子；ＳＳＣ，赤色蛍光ともに小さい）。また，ＦＣＭ測定時の流量が高いとＦＳＣ（前方錯乱光）が大きくＳＳＣの小さな粒子が比較的多く計数された。しかし，流量が低すぎると，シアノバクテリア類のＦＳＣの大きな細胞の計数率は低下した。多様な大きさの粒子を含む実試料の測定においては，あらかじめサイズ分画して測定を行うことが効果的と考えられた。
　渤海・東シナ海での循環流について３次元数値モデルを用いて解析を行った。潮汐を境界条件に与え，過去に測定された黒潮流速平均値を与えて計算を行った。計算された調和定数と８１カ所の中国沿岸観測地点での定測値を比較し振幅，位相とも良好な一致を得た。黒潮の分支流が東シナ海に入り循環流を形成することが再現された。海洋生態系モデル構築を行った。モデル要素としては溶存態ＰＯ４-Ｐ，溶存態ＮＯ３-Ｎ，ＮＨ４-Ｎ，溶存態Ｓｉ，粒子態有機リン，粒子態有機窒素，及び珪藻類，渦ベン毛藻類，及びラフィド藻類のそれぞれの細胞濃度，細胞内Ｐ含有量，細胞内Ｎ含有量を独立変数として保存式を求めた。増殖連度は分裂直前の細胞内栄養塩含量に支配されるいわゆるｑｕｏｔａ ｍｏｄｅｌを用い，栄養塩摂取はＭｉｃｈａｅｌｉｓ-Ｍｅｎｔｅｎ式により記述される。海洋メゾコズム実験結果との比較を行い，窒素・リン・炭素の消長と動物プランクトンによる捕食により海藻遷移がよく説明された。

（２）東アジア海域における有害化学物質の動態解明に関する研究
　有害化学物質の海洋における動態を把握するためには，空間変動とともに時間変動を把握する必要があるが，同一海域において頻度高くこれらの物質の挙動を把握する観測態勢は現在なく，早期に確立する必要がある。このために，同一海域を頻度高く航海するフェリー船上における有害化学物質濃縮捕集システムの検討を行った。外洋海水中の有害化学物質の濃度はきわめて低いことが予想されるが，東シナ海におけるこれらのデータはほとんどない。そこで，濃縮捕集方法を検討するためにシステムを試作し，同装置を用いて濾過海水総量，濃縮剤，検出限界などの調査とともに同海域おける有害化学物質の存在量のスクリーニングを実施した。フェリー内における海水採取は，原島らが設けた船底の専用の採水口からステンレス配管を用いて行われている連続観測システムを利用した。固相抽出は，抽出剤としてイオン交換樹脂（ＸＡＤ４），ポリウレタンフォームを，また米国ＥＰＡに指導の下に開発されたエムポアフィルターシステムの３法を検討した。抽出剤は，カラムとしてフィルターハウジングを用い，ＸＡＤ４は約１ｌ，ポリウレタンフォームは約５００ｍｌを充てんし，海水を毎分７ｌで約７０分，総量として５００ｌをろ過した。エムポアフィルターは，フィルター部での圧力損失が大きく，最初のシステムでは配管の耐圧に問題があり，捕集不可能であった。これらの結果をもとに，新しく専用のステンレス製の濃縮カラムを設計し直した。これは，容積約２００ｍｌで材質は鏡面仕上げのステンレスであり，コンタミが少なくかつ耐圧が高く取り扱いも容易となった。また，配管もすべてステンレスとし耐圧も十分なシステムに変更した。この第２世代のシステムでは，海水の流量を毎分４ｌとし２５分，総量１００ｌをろ過し，有害化学成分を捕集した。固相抽出剤は，同じＸＡＤ４とポリウレタンフォームである。エムポアフィルターは，捕集開始時の流量は最大で毎分１．３ｌであるが，経過時間とともに急速に流量が低下し，１０分程度で半分以下に下がり，５０分後には全く流れなくなってしまった。したがって，ろ過総量は，約３０ｌと少ない。なお，固相抽出剤は，溶剤にアセトンを用いソックスレー抽出装置で１昼夜クリーンアップを行ったものを用いた。捕集後の固相抽出剤は，同様にアセトン−ソックスレーで抽出後，脱水し，１ｍｌに濃縮した。濃縮した捕集試料は，キャピラリーガスクロマトグラフ質量分析計でＳＩＭ法により分析を行った。
　以上の検討により，フェリー上で行う海水の濃縮捕集方法は，ポリウレタンフォームを固相抽出剤として用いる方法が最も優れていることが判明した。ＸＡＤ４は，固相濃縮捕集法に多く用いられているが，今回実施した洗浄時間ではクリーンアップが十分でなく，コンタミが見られバックグラウンドが上昇気味であった。また，本研究のように多数の地点での捕集が必要な場合，大量の樹脂を必要とし，それに伴う溶剤等の廃棄物の発生があり，さらに経済面からも適切でない。ポリウレタンフォームは，濃縮捕集率においてＸＡＤ４に遜色がなく，またコンタミも少ない。さらに取り扱いも容易で，本研究のように多数のカラムの前処理および後処理の上でも優れている。かつ，価格的にも安価であり適切な処理の上に用いれば，本目的には最も適していると判断された。エムポアフィルターは，取り扱いは容易であるが，圧損が大きく流量が十分にとれないばかりでなく，流量が急激に低下してしまい，本装置のように大量の試験海水を用いるには適していない。エムポアフィルターの前段で，３段階のろ過を実施しているにもかかわらず，圧損が増加するのは，固相抽出剤を繊維でバインディングしているが，通常は十分な空隙を確保するために比較的緩い結合となっているものが水圧により密になり空隙が徐々に減少するためと思われる。１ｌ程度の試験水を自然ろ過で捕集する際には問題が少ないが，本システムのようなダイナミックな使用法に適していないと判断した。

　これらの結果から，フェリーを用いた海水中の有害化学物質の空間的な分布調査は，検討に必要な十分な感度を持って可能であることを明らかにした。
〔発　表〕Ａ-１１，ａ-１４

（３）アジア大陸隣接海域帯の生態系変動の検知と陸域影響抽出に関する研究
　アジア大陸隣接海域帯（南シナ海，東シナ海，日本海）においては，人為影響によってＮ，Ｐの負荷が増えるのに対し，大規模な土地・水利用形態の変化のため，自然の風化作用によるＳｉの補給は増えないか，あるいはあるいはかえって減少する可能性があると考えられる。珪藻類は本来の健全な海洋生態系の基礎になっているが，その殻を形成するためにＳｉを必要とする。海域に負荷される（Ｎ，Ｐ）／Ｓｉ比の増大は，海洋生態系の健康度の１つの指標である珪藻／非珪藻の比率を減少させる可能性がある。
　このような変動が多様な時空間スケールをもっているため，これを把握するためには時空間連続性と長期性を有した計測手法を確立する必要がある。この目的のために，１９９６年度には，日本（東京・横浜・名古屋・神戸）-香港-シンガポール-マラッカ海峡-ポートケラン（マレーシア）を往復するコンテナ船に連続海水汲み上げシステムを設置する方式を設計し，艤装を行った。
　また，人為起源による変動を抽出するためには，自然起源による海洋環境変動を明かにする必要がある。このため，上記航路が通過する，南シナ海の流動を対象とした数値モデルを作成した。その結果，この海域の流動がモンスーンに強く依存していることが分かった。
　さらに，定期航路船舶の航路（船上）のデータを２次元面上に外挿するためには，Ｎｉｍｂｕｓ７-ＣＺＣＳやＡＤＥＯＳ-ＯＣＴＳなど，衛星海水色データの利用が重要になる。このため，東海大学，遠洋水産研究所との共同により，衛星データによる東シナ海，日本海の１９７８〜１９８６年の期間の植物プランクトン分布の月別複合画像を作成し，国立環境研究所地球環境研究センターのデータベースとして整備した。
〔発　表〕Ｋ-３６，１２９，１３１，１３９，ｋ-３，Ａ-７０〜７２，１０１〜１０６

（４）サンゴ礁生態系の維持機構の解明とその保全に関する研究
　サンゴ礁におけるサンゴ群体他の分布状態とその成長・変質等を客観記述し，さらに後年サンゴ礁環境の長期変動を解析するために，水中画像を系統的に撮影し，保存データ（アーカイブ）とする手法を確立した。水中画像取得の方法として以下の２系統を実施した。１）は同一地点に経年的に繰り返しコドラートを置きスチル画像を撮影する方式で，八重山諸島黒島周囲の７地点で実施した。この画像をディジタル化・ＣＤ-ＲＯＭ格納を行う。さらに，幾何補正を行い，コドラートが正方形になるような規格化を行い，これに基づいて数値処理を行った。当該年度内に行った画像取得のほかに，海中公園センター（財）によって行われた１９９０〜１９９２年の同地点の水中画像を収集した。２）ではビデオカメラとスチルカメラを収めた水中ハウジングを調査船にとりつけ，サンゴ礁海域を低速で航速撮影する。この方式で，石垣島−西表島間のリーフに沿って数キロメートル分の画像取得を行い，無作為抽出とみなした。平成８年度には，さらに西海区水産研究所石垣支所所属のグラスボートにより浦底湾のパッチリーフの航走撮影を行った。ビデオ画像は動画取り込みソフトウェアによりディジタル化しＣＤ-ＲＯＭに格納・保存した。
　また，自作の幾何補正プログラム，Ｓｐｙｇｌａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ， Ａｄｏｂｅ Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ，ＮＩＨ-Ｉｍａｇｅ１．５５により，得られた画像を処理するフローを整備した。
　今回の研究期間に得られた画像アーカイブには，大規模なサンゴの白化はみられなかった。これは，研究期間中に異常水温上昇などのサンゴ礁へのストレスが顕著でなかったことによると考えられる。一方，本研究で対象とした海域以外で，オニヒトデの発生の兆候が見られるところがある。本研究で得られた手法による水中画像アーカイビングおよび解析がサンゴ礁の変質を評価し，環境管理を行うために有効であり，今後，広域に展開してゆくことが重要になると考えられる。
〔発　表〕Ａ-７１