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【硝酸性窒素汚染地下水】

【硝酸性窒素汚染地下水】 硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素は1999(平成11)年2月に要監視項目から環境基準項目に変更された。硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素は他の環境基準項目と異なり、地下水中から高い割合で検出され、環境基準値を越える地下水も広い範囲で検出されている。神奈川県は県内の各政令市とともに、1998~2001( 平成10~13) 年度までの4年間をかけて、県内全域を1kmメッシュに分割し、地下水のメッシュ調査を実施してきた。 硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素については、4年間で計880地点で測定を行い、平成12年度までの639地点中、527地点で検出され、うち52地点で環境基準値を超過していた。同じく1998~2000(平成10~12)年度に実施された地下水定点調査においても、のべ217地点中177地点で検出され、9地点で環境基準を超過していた(神奈川県環境農政部大気水質課、1998~2001)。 硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素による地下水汚染は、これまで多く見られた事業所からの有機塩素系化合物などの点源汚染と異なり、大気や地質などの自然起源、過剰施肥による農地起源、事業所排水や生活排水による人為起源など様々な要因による複合的な汚染であることが特徴である。 これら複合的な汚染原因を解明する調査手法として、近年、環境中の窒素安定同位体比を用いた方法が着目されている。これは、窒素供給源の種類によって窒素安定 同位体比がある特定の値を示す性質を利用して地下水中の窒素の供給源を推定する方法である。 これまで神奈川県内においては、大和市全域(三村ほか、1999)や津久井郡相模湖町の茶畑地域(宮下、2002)などを対象に、窒素安定同位体比を用いた地下水汚染機構の解明調査が実施されており、硝酸性窒素濃度と窒素安定同位体比との関係から、し尿・生活排水系、自然・無機肥料系及び家畜糞尿系の三つの汚染原因に区分したり、上流の茶畑における化学肥料系による施肥の地下水への影響を解明するなど、幾つかの汚染地域における窒素安定同位体比に関わる知見が得られている。 そこで本研究では、平成10~12年度に神奈川県内で実施された地下水メッシュ調査における環境基準超過地点を中心に、県内の様々な地形・地質・土地利用条件下における、地下水中の窒素安定同位体比を調査し、地下水中の硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素による汚染の原因を解明するとともに、窒素安定同位体比を用いた硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素汚染原因解明調査手法を確立することを目的に研究を行った。

【水質分析】

【水質分析】 2002(平成14)年2月12~15日に採水した地下水試料の水質分析結果を表1に示した。現地採水時に測定された地下水の水温は、最高はN18(藤沢市打戻)の17.1℃、最低はN08(川崎市宮前区馬絹)の7.1℃、平均は14.1℃ であった。 なお、N23(相模原市田名)の地点では、井戸構造上貯水タンクに一時的に貯留された水を測定及び採水したため、採水時の気温の影響を受けて水温が低下して いたものと考えられる。地下水温を浅井戸と深井戸で比較した場合、浅井戸62地点の平均水温は14.0℃ であったのに対し、貯水タンクにおいて気温の影響を受けたと考えられるN23の地点を除外した深井戸6地点の平均は15.8℃ と、1.8℃ の差が見られた。一般的に、深井戸では地下水温は年間を通してほぼ一定であると考えられることから、採水調査を行った2月においては、浅井戸における浅層地下水は、気温の季節変化の影響により、地下水温が平均よりも低くなっている可能性が推察された。 地下水中のpHは、最高はN57(秦野市東田原)の8.12、最低はN54(秦野市下大槻)の5.94、平均は6.78であった。また浅井戸62地点の平均は6.76であったのに対し、深井戸7地点の平均は7.00と、どちらもほぼ中性の同様の値であった。 地下水中の電気伝導度は、最高はN34(平塚市上吉沢)の700μS/cm、最低はN53(秦野市堀西)の171μS/cm、平均は384μS/cmであった。また浅井戸と深井戸との間に明瞭な差は認められなかった。 地下水中の溶存物質の酸化還元状態の指標であり、相対的に値が低いほど還元的環境下にあることを示す酸化還元電位は、最高はN24(相模原市上鶴間)の761mV、最低はN11(横須賀市長井)の267mV、平均は407mVであった。 また浅井戸と深井戸では明瞭な差は認められなかった。 地下水中に溶解している遊離の酸素量を示す溶存酸素は、最高はN48-1(海老名市上河内)の9.10mg/L、最低はN22(藤沢市辻堂)の1.31mg/L、平均は6.25mg/Lであった。また浅井戸と深井戸では明瞭な差は認められなかった。 一方、分析結果を示した表1より、地下水中の硝酸性窒素濃度が10mg/Lを超えた地点は、69地点中44地点あり、最高はN16(藤沢市菖蒲沢)の46mgL、最低はN11(横須賀市長井)の1.4mg/L、全地点の平均は15mg/Lであった。一方、亜硝酸性窒素は69地点中4地点で検出されたのみであり、最高はN57(秦野市東田原)の1.2mg/Lであった。 また、アンモニウムイオンについては69地点中10地点で検出され、最高はN11(横須賀市長井)の0.38mg/Lであった。 採水した69地点の地下水で大腸菌群数が検出された地点数は、定量限界値以上では4地点、定量限界値以下まで含めると24地点であり、最高はN09(横須賀市須軽谷)の460(個 / mL)であった。 地下水中に含まれる窒素安定同位体比は、最高はN54(秦野市下大槻)の22.5‰、最低はN21(藤沢市大鋸)の3.5‰、全地点の平均は9.1‰であった。 地下水中の主要溶存成分をパターンダイヤグラムで示したものを図2に示す。パターンダイヤグラムは、水中に溶存する主要8成分(陽イオン4成分: Na+、K+ 、Ca2+、M g2+及び陰イオン4成分: Cl-、HCO3-、SO42-、NO3-)の各濃度を当量で表し、中心より左右に3本の水平軸上にプロットし、各点を直線で結んで図形を形作ったものである。 パターンダイヤグラムは、溶存濃度を図形の大きさで、溶存成分を図形の形で直感的に捕らえることが出来るため、地下水や河川水等の水質の表示に多く用いられる表示方法である。なお、ハッチがけのパターンダイヤグラムで示した地点は深井戸における水質を表している。

【水質解析】

【水質解析】 硝酸性窒素による地下水汚染への対策方法や各種の調査方法をまとめた、環境省水環境部地下水・地盤環境室監修、公害研究対策センター発行の「硝酸性窒素による 地下水汚染対策の手引(2002)」では、窒素安定同位体比から窒素供給源を推定する調査方法(窒素安定同位体比法)について、説明及び事例の紹介がなされている。 その中で、土壌環境中における様々な反応や混合により、地下水中の窒素安定同位体比は変動することがあるため、地表の土地利用状況や土壌特性、地下水の流向、その他の成分の水質分析結果などを十分に考慮する必要があると述べられている。 今回の調査で測定された地下水中の窒素安定同位体比の値は3.5~22.5‰であり、窒素供給源として、化学肥料(-7.4~6.8‰)、畑地土壌(2~8‰)、下水処理水(8~15‰)、有機肥料(10‰以上)、家畜糞尿(10~22‰)等が推察された。しかし各供給源の窒素が持つ同位体比の値には一部に重複する部分があり、その部分については、同位体比のみでは窒素供給源を推定することが出来ないことや、窒素循環過程における同位体比の変化についても考慮する必要があるなど、他の調査結果とあわせて解析を行う必要があると考えられる。 そこで、本章では現地調査項目、水質調査項目及び土地利用状況解析結果を用いて、土地利用ごとの水質や同位体比の特徴について解析を行った。

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