水田・湿地における水質浄化茨城大学農学部水環境再生工学研究室黒田久雄 1 富栄養化，地下水の硝酸態窒素汚染など，栄養塩類を原因とした水質問題が起こっている．主な原因は，過剰な施肥と不適切な畜産廃棄物である．例えば，家畜から排出される全窒素量７６万トン＊肥料にすると１６０ kg/ha分の肥料になる．水田の標準施肥量を，１００ kg/haとすると，畑地には２１３ kg/haの窒素肥料があることになる．＊原田靖生畜産廃棄物による環境負荷学際シンポジウム農業・農村と環境農林水産省・国土庁・環境庁・日本学術会議関係研究連絡委員会監修養賢堂出版（１９９８） 2 窒素の形態別変化と除去方法有機態窒素ＮＨ４＋ＮＨ２ＯＨＮＯ２－ＮＯ３－植生・沈殿・捕食揮散ＮＨ３↑（アルカリ条件下）Ｎ２Ｏ↑（Ｏ２不足条件）ｐＨ低下酸性雨温室効果ガスオゾン層破壊物質脱窒Ｎ２↑ 3 植生による浄化メカニズム植物体窒素吸収分解窒素低濃度高濃度持ち出し水田・湿地等 4 沈殿による水質浄化懸濁態物質懸濁態物質の浄化は，系外への持ち出しが重要である．溶出循環灌漑システムの活用で，懸濁態物質を上流域系外への持ち出しへ戻す等の対策が今後必要とされる． 5 脱窒による窒素浄化脱窒のメカニズム N2 還元状態酸化状態有機物 NOO32-N O2 脱窒菌 6 脱窒能力の要因 NO3-N濃度 R０＝ａ × ＮＯ３-Ｎ濃度温度 a ＝ 0.000011×T２＋0.0055 R0：窒素除去量（g･m-2･d-1） a：除去係数（m/d）滞留時間 R0 ＝ qX0｛１-exp（-a/q）｝ q：流入水量（m3/d)／湿地面積(m2) 有機物？ R ＝ F・P・R０ F：流れ状態による係数（０～１） P：植生の状態係数（１～４） 7 台地上畑地池無植生区 * 水稲区 * 雑草区 * 1.4m NO3-N 約20mg/l 25m * *:採水地点調査地概要 8 窒素除去速度(g･m-2･day-1) 0.6 １雑草区２水稲区５無植生区 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 稲作期の窒素除去量 9 藻類発生 10 降水負荷 5 892 雑草区 -822 75 1,029 水稲区 -836 198 1,013 クレソン区 -883 135 1,918 クレソン流入負荷倍区 -882 1,041 1,028 無植生区 -832 201 Kg/ha 123日間 11 窒素浄化について脱窒では，硝酸態窒素濃度が高い方が効率が大きい発生源に近いほど浄化効率が大きい濃度が低くなる下流域でも浄化は非効率脱窒は主に浄化面積に依存している広い面積が必要である植生による除去能力差は大きくない湛水だけでも効果がある 12 湿地を利用した窒素浄化の限界１～２mg/lの窒素濃度が平衡濃度らしい．これより高濃度で窒素浄化が行われる．これより低濃度では，汚濁しないようにする必要がある．１～２mg/lより濃度を低下させたい場合は，大量の希釈用水を利用するべきである． 13 発生負荷を減らす努力が最も重要なことである．・畑地への肥料削減・施肥方法の改善・畜産廃棄物の農地還元削減→適切な処理・クリーニングクロップの利用・有機質肥料は多肥になりやすいので使用に注意 14 水田での窒素浄化は，面源からの排出負荷に限るという認識が必要である． 15