河川水の溶存無機炭素の安定同位体比による河川を含めた流域の炭素循環の解析（平成 23年度）

Studies of carbon cycling within river watershed by the analysis of 13C natural abundance of dissolved inorganic carbon (DIC) in lotic environments

霞ヶ浦集水域を中心にさまざまな土地利用特性をもった８０弱の小流域で採水し、そのpH、全炭酸濃度(DIC)、炭素安定同位体比を測定することで、河川水中のDICの起源（呼吸由来、大気由来）を解析する。同時に、pHからpCO2を算出し大気への放出に寄与するDICの起源を推定する。最終的に流下過程での呼吸や光合成等も含めた流域の炭素循環を解明する。
人間活動は水界への有機物負荷を増大させ、河川もその多くが過飽和の状態で、多くの炭酸ガスが昼夜問わず放出されていると推察される。河川水中のDICの起源を同位体混合モデルにより明らかにし、流下過程での呼吸や光合成の影響も考慮し、流域の炭素循環を解明することを最終目標とする。本研究成果は流域への内湾や湖沼の水質悪化の主たる原因である、流域からの易分解性有機物の供給プロセスの解明に役立つ。
流域内には回転時間の異なる様々な水が存在し、それらが集まり流下する河川水のDICの濃度と同位体比からは、１）流域での易分解性有機物の種類、２）滞留、流下過程でのDICの消費と生成のプロセス、３）大気由来炭酸ガスとの交換、に関する情報が得られる。水文学的特性と合わせて解析を行うことで、流域に負荷される易分解性有機物の種類と寄与率が明らかとなり、DICの炭素安定同位体比による流域環境評価の体系化が期待できる。

• 主たるもの：基礎科学研究
• 従たるもの：技術開発・評価

本申請課題では多様な土地利用を反映して様々な程度に有機物負荷を受けた河川水試料を採水し、流域からのDICの供給、輸送、消費プロセスを形態別のDIC（H2CO3*, HCO3-, CO32-）の濃度と同位体比により明らかにする。概して汚濁の進んだ水系では、溶存無機炭素濃度が高いが、その起源は土壌呼吸由来なのか、水系内部での有機物の分解によるのか、はたまた母岩の炭酸塩鉱物由来なのかはっきり分かっていない。初年度には選定済みの７８小水域で採水を行うと同時に、霞ヶ浦への主たる流入河川を対象に日変化、季節変化、出水時の変化を調べるための採水を行う。また同時に、現在進行中のDICの濃度と13C測定のための前処理ラインの自動化を進める。次年度では、各形態別の溶存無機炭素（DIC）の濃度と同位体比の結果から、河川で輸送されるDICの起源別の濃度と同位体比を推定し、同位体混合モデルを作成することで、１）陸域有機物の分解に伴う土壌呼吸由来、２）河川水中の有機物の分解に伴う呼吸由来、３）大気由来、の３種類のDIC起源の混合割合の推定を試みる。得られた混合割合を河川水の懸濁態および溶存態有機物の濃度および同位体比と比較検討することで、河川水中のDICの主たる負荷源を解析する。さらに、大気への炭酸ガス放出量を推算し、水界における呼吸や光合成のDICへの影響を解析することで水界での炭素循環を明らかにする。

本年度では選定済みの７８小水域で採水を行うと同時に、霞ヶ浦への主たる流入河川を対象に日変化、季節変化、出水時の変化を調べるための採水を行う。また同時に、現在進行中のDICの濃度と13C測定のための前処理ラインの自動化を進める。次に、各形態別の溶存無機炭素（DIC）の濃度と同位体比の結果から、河川で輸送されるDICの起源別の濃度と同位体比を推定し、同位体混合モデルを作成する