窒素負荷に対する塩淡水境界での自然浄化能力の定量評価

― 沖縄県多良間島の淡水レンズ調査から明らかになった新知見 ―

ポイント

① 淡水レンズの底部や周囲に発達する塩淡水境界において脱窒域が広く分布していることを確認

② 人為起源の硝酸性窒素の約3分の1がこの自然浄化作用により地下水から除去されていると推定

③ 脱窒の効果を考慮した地下水の水質管理および海への栄養塩流出評価の重要性を提言

 

【概要】

　硝酸性窒素による地下水汚染や海洋への窒素流出は、飲料水の安全性や生態系に深刻な影響を与える世界的な課題です。自然界の流域では、硝酸性窒素が土壌や帯水層内の微生物の働きによって窒素ガスへと還元され、大気中に戻る「脱窒」と呼ばれる現象が生じます。しかし、このような自然浄化作用の量的評価は、世界的にもほとんど行われてきませんでした。この実態把握の遅れは、地域課題の正確な理解と効果的な対策立案の大きな障害となっています。

　熊本大学大学院先端科学研究部の細野高啓教授、総合地球環境学研究所の安元純准教授、北里大学海洋生命科学部の安元剛准教授、琉球大学理学部物質地球科学科の新城竜一教授、カリフォルニア大学サンタクルーズ校のAdina Paytan教授らの研究グループは、沖縄県多良間島における淡水レンズ（島嶼部に形成される地下のレンズ状の淡水の層）をモデル地域とし、島全体を対象とした網羅的な調査を実施しました。その結果、世界で初めて流域スケールでの脱窒率を推定しました。

　本研究では、安定同位体トレーサーにより、脱窒域が淡水レンズの底部および周囲に発達する塩淡水境界に広く分布していることを初めて明らかにしました。さらに、水収支と窒素収支計算に基づき、人為的に帯水層中に負荷された硝酸性窒素のおよそ3分の1が脱窒によって大気中へと戻されていることを提案しました。これらの知見は、島の飲用水源である淡水レンズ地下水の硝酸性窒素汚染と、周辺のサンゴ礁海域への栄養塩流出の実態を理解するための重要な情報を提供するものです。

本研究成果は、水環境分野の国際学術誌「Water Research」に、2026年3月12日にオンライン掲載されました。

 

【結論と今後の展開】

　本研究では、沖縄県多良間島における淡水レンズをモデル地域とし、世界で初めて流域スケールでの脱窒率を推定し、人為的に帯水層中に負荷される硝酸性窒素のおよそ3分の1が脱窒によって大気中へと戻されている実態を示しました。本研究の成果は、特に世界各地の沿岸域に広く分布する塩淡水境界での窒素の挙動を量的に評価する貴重な観測的証拠を提供するものです。ただし、今回の評価は多くの仮定に基づく概算であり、脱窒量を厳密に定量化したものではありません。今後、水位、塩分濃度分布、窒素濃度に関するより高解像度の時空間データが得られれば、また、物理モデルを組み込んだ地下水流動シミュレーションによる検証が進めば推定精度の向上が期待できます。

　それでも、本研究は農業由来を主体とする窒素負荷のうち、無視できない規模の窒素が脱窒により帯水層から除去されていることを実証した点で重要です。多良間島の主要な飲用水源である淡水レンズにおいて、現状として脱窒は硝酸態窒素濃度を環境基準以下に維持する上で重要な役割を果たしていると指摘できます。さらに、沿岸海域への過剰窒素供給量の低減にも寄与しているものと考えられます。明らかになった脱窒域の分布や脱窒率の数値は、環境配慮型営農の地理的パターンの考案や窒素流出量低減を目指した窒素負荷量の目標値設定などに役立てられます。本成果は島嶼地域における地下水管理や沿岸生態系の保全に貢献する重要な知見を提供するものといえます。

 

【謝辞】

本研究は、総合地球環境学研究所のLINKAGEプロジェクト（RIHN14200145）および環境省・（独）環境再生保全機構の環境研究総合推進費（JPMEERF20255005）より支援を受けて実施しました。

 

【論文情報】

掲載誌：Water Research

タイトル：Quantitative assessment of denitrification rates at the freshwater-saltwater interface of a limestone island based on isotopic tracers and mass balance calculation

著者名：Takahiro Hosono, Takatomo Ikehara, Jun Yasumoto, Yasuyuki Ueji, Ko Yasumoto, Ryogo Takada, Hiroki Yamamoto, Adina Paytan, Ryuichi Shinjo

リンク：https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.125742

【詳細】　プレスリリース（PDF1,420KB）

【お問い合わせ先】

＜研究に関すること＞

熊本大学大学院先端科学研究部　教授　細野高啓（ホソノタカヒロ）

TEL：[phone]

Mail：hosono※kumamoto-u.ac.jp

＜報道に関すること＞

熊本大学総務部総務課広報戦略室

TEL：[phone]　FAX：[phone]

Mail：sos-koho※jimu.kumamoto-u.ac.jp

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