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日本の名古屋大学の研究者らは、河川付近の土壌に蓄積された硝酸塩が、降雨時に河川水中の硝酸塩濃度を上昇させる上で重要な役割を果たしていると報告した。生物地球科学誌に掲載された彼らの研究結果は、窒素汚染の軽減や、湖沼や沿岸水域などの下流の水域の水質改善に役立つ可能性がある。
硝酸塩は植物や植物プランクトンにとって重要な栄養素ですが、河川中の硝酸塩濃度が高いと水質が悪化し、富栄養化（水中の栄養分過剰）を引き起こし、動物や人間の健康にリスクをもたらします。河川の硝酸塩濃度は降雨時に上昇することが知られていますが、その理由は明らかになっていません。
降雨時に硝酸塩濃度が上昇するメカニズムについては、主に2つの説がある。1つ目の説は、大気中の硝酸塩が雨水に溶け込み、直接河川に流れ込むというものだ。2つ目の説は、降雨時に河川沿いの地域（河畔帯）の土壌中の硝酸塩が河川水に流れ込むというものだ。
硝酸塩の発生源をさらに調査するため、環境学研究科の角貝うるむ教授率いる研究チームは、アジア大気汚染研究センターと共同で、大雨時の硝酸塩中の窒素および酸素同位体の組成の変化を分析する研究を実施した。河川における硝酸塩濃度の増加。
これまでの研究では、日本の北西部、新潟県の梶川上流の河川で、嵐の際に硝酸塩濃度が著しく上昇することが報告されている。研究者らは、梶川流域、特に川の上流の小川から水サンプルを採取した。3回の嵐の間、研究者らは自動サンプラーを用いて、流域の小川から24時間にわたり1時間ごとにサンプルを採取した。
研究チームは、小川の水中の硝酸塩の濃度と同位体組成を測定し、その結果を小川沿岸部の土壌中の硝酸塩の濃度と同位体組成と比較した。その結果、硝酸塩の大部分は雨水ではなく土壌由来であることが判明した。
「今回の研究で、河川の水位上昇と地下水位上昇により沿岸部の土壌中の硝酸塩が河川に流れ込むことが、嵐の際に河川中の硝酸塩濃度が増加する主な原因であると結論付けました」と、研究論文の著者である名古屋大学の丁衛天博士は述べています。
研究チームは、嵐の際の硝酸塩フラックスの増加に対する大気中の硝酸塩の影響についても分析した。降水量の増加にもかかわらず、河川水中の大気中の硝酸塩濃度は変化しなかったことから、大気中の硝酸塩の発生源の影響は小さいことが示唆された。
研究者らはまた、沿岸部の土壌中の硝酸塩は土壌微生物によって生成されることを発見した。「日本では、微生物由来の硝酸塩は沿岸部の土壌に夏と秋にのみ蓄積されると考えられています」と角貝教授は説明する。「この観点から、降雨による河川中の硝酸塩の増加は、これらの季節にのみ起こると予測できます。」
参考文献：Dean W、Tsunogai W、Nakagawa Fら。森林河川における硝酸塩の発生源を追跡した結果、暴風雨時に濃度が上昇することが示された。Biogeoscience. 2022;19(13):3247-3261. doi: 10.5194/bg-19-3247-2022
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