サンゴ礁の島での地下水中に含まれる硝酸性窒素の自然浄化機能が明らかに 〜断層による地下水の流れの変化が影響〜

【概要説明】

　総合地球環境学研究所のLINKAGEプロジェクトは、農業や畜産業の活発化にともない地下水中の硝酸性窒素の高まりが問題になっている沖縄島南部地域で地下水調査を行い、比較的新しい第四紀琉球石灰岩の地層では地下水の流れが速いため起きにくいとされていた脱窒などの「自然浄化作用」が、ある条件では起きていることを明らかにしました。

　肥料の過剰な散布や畜産排せつ物の不適切な管理は、硝酸性窒素（NO3--N）による地下水汚染を引き起こし、直接飲用した場合には人の健康や生態系へ被害をもたらします（図１）。硝酸性窒素は、地中では微生物による還元反応である脱窒素作用（脱窒）※１により自然に浄化されることが知られていますが、琉球弧に広く分布する琉球石灰岩のように、間隙の多い地層では地下水はすぐに地下浸透し、流速も大きく滞留時間が短いため、脱窒は生じにくいと考えられてきました。

　そうした中、研究チームは、琉球石灰岩が広く分布する沖縄島南部地域の地下ダム流域で広域的な地下水水質モニタリングを行い、地下ダム堤体や断層付近のいくつかの観測井で、地下水中の硝酸性窒素濃度や硝酸イオン中の窒素・酸素安定同位体比※２の測定から、脱窒の証拠を示すデータを得ました。また、脱窒が成立する条件として、地下水中の溶存酸素濃度、溶存有機炭素濃度が高いことにくわえ、降水量が少ない時期に地下ダムの止水壁や断層等により地下水が一時的に滞留される地形・地質的特性などが鍵であることを解明しました。

【今後の展開】　

　脱窒過程は地下水の硝酸性窒素汚染の改善や抑制にとって重要な自然浄化機能の一つです。地下水を主要な水源とする他の石灰岩地域においても、前述のような条件があれば、自然の浄化作用である脱窒が生じる可能性が示されたことは重要な成果です。また類似の石灰岩地域において、現場の自然条件を利用して窒素浄化を促すシステムの開発にも寄与するものと研究チームは考えています。

【論文情報】

論文情報

論文名：Mechanism of denitrification in subsurface-dammed Ryukyu
limestone aquifer, southern Okinawa Island, Japan
著者：Oktanius Richard Hermawan*, Takahiro Hosono, Jun Yasumoto, Ko Yasumoto, Ke-Han Song, Rio Maruyama, Mariko Iijima, Mina Yasumoto-Hirose, Ryogo Takada, Kento Hijikawa, Ryuichi Shinjo　（*責任著者）
掲載誌：Science of the Total Environment
発行：2024年2月20日
doi：10.1016/j.scitotenv.2023.169457
URL：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.169457

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