early diagenesis of organic matter in water of lake … et al...early diagenesis of organic matter...

6
JPn・J・:Limnolり46;4,297-302,1985・ 榛 名 湖 に お け る水 中 有 機 物 の 初 期 続 成 作 用(I) セ ジ メン トトラ ップ試料,浮 遊懸 濁物 お よび堆 積物 中 の 炭 素お よび 窒素か らみた有 機物 の鉛 直輸 送 小椋和子 ・落合正宏 ・河村公隆 ・福島和夫 塩谷 真 ・山本修一 ・石渡良志 Early Diagenesis of Organic Matter in Water of Lake Haruna (I) Flux of Organic Matter to the Bottom by Determination of Carbon and Nitrogen of Sediment Trap Sample, Particulates and Sediments Kazuko OGURA, Masahiro OCHIAI, Kimitaka KAWAMURA, Kazuo FUKUSHIMA, Makoto SHIOYA, Shyuichi YAMAMOTO, and Ryoshi ISHIWATARI Abstract Sediment traps were deployed in Lake Haruna for 25 days for investigation of early diagenesis of organic matter. Carbon and nitrogen of the trap sample were compared with those of particulates and sediments. The daily flux of particles, carbon, nitrogen, and inorganic matter to the trap was 3.5 g•Em-2•Ed-1, 0.37 g•Em-2•Ed-1, 0.050 g•Em-2•Ed-1, and 2.76 g•Em-2•Ed-1, respectively. The percentages of retention of biogenic elements in 4 m-layer particulate, in which biogenic elements were most abundant, in the sediment trap sample, fresh sediment and sediment were 19, 18, and 17%, for carbon respectively, and 15, 12, and 9%, for nitrogen, respectively. Thus, the trap sample seems to have been subject to sufficient biodegradation during the deployment. The particulate standing mass above 12 m layer were 38.6 g•Em-2 in total weight, 10.7 g•Em-2 in carbon, 1.83 g•Em-2 in nitrogen, and 17.2 g•Em-2 in inorganic matter. The mean percentages of the matter settling in the trap to the standing mass were 9%•Ed-1 for total weight, 3.5%•Ed-1 for carbon, 2.7%•Ed-1 for nitrogen, and 16%•Ed-1 for inorganic matter, respectively. The average settling velocity of the particles was 1.9 m•Ed-1, this was comparable to 1.54 •} 0.22 m•Ed-1, which is an average settling velocity of particles, 10-64 ƒÊm in size . 1・ は 堆積物中の有機物は生体化石 と同様に古環境の推定 に 重要 な役割 を果 た す と考 え られ て い る.生 体 化 石 は 形 を と どめ て い る こ とが 指標 とな る前 提 で あ る のに 対 して,有 機 化 合 物(=化 学 化 石)は 分 析 が可 能 で あ り さえ すれ ば よい.ま た,堆 積 環境 に よ り分 解 の方 向 性 が こ とな るゆ えに,得 られ る情 報 は 非 常 に 多 い と期 待 され る.し か し,有 機 化 合 物 の 分 析 か ら多 くの情 報 を 得 るには,先 駆体(生 物)と 堆積有機化合物 の質的組 成 との関係,お よび先駆体から堆積有機物に至る間の 質 的 変 化 の過 程 を明 らか に す る必 要 が あ る.こ れ に つ い ては 現 在 に 至 る まで 多 くの 研 究 が な され てい る も の の,水 中や堆積初期の分 解 の 過 程,一 初期続成作 用

Upload: others

Post on 27-Dec-2019

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Early Diagenesis of Organic Matter in Water of Lake … et al...Early Diagenesis of Organic Matter in Water of Lake Haruna (I) Flux of Organic Matter to the Bottom by Determination

JPn・J・:Limnolり46;4,297-302,1985・

榛名湖 におけ る水 中有機物 の初期続成作 用(I)

セジメントトラップ試料,浮 遊懸濁物および堆積物中の

炭素および窒素からみた有機物の鉛直輸送

小椋和子 ・落合正宏 ・河村公隆 ・福島和夫 ・

塩谷 真 ・山本修一 ・石渡良志

Early Diagenesis of Organic Matter in Water of Lake Haruna (I)

Flux of Organic Matter to the Bottom by Determination of

Carbon and Nitrogen of Sediment Trap Sample,

Particulates and Sediments

Kazuko OGURA, Masahiro OCHIAI, Kimitaka KAWAMURA, Kazuo FUKUSHIMA,

Makoto SHIOYA, Shyuichi YAMAMOTO, and Ryoshi ISHIWATARI

Abstract

Sediment traps were deployed in Lake Haruna for 25 days for investigation of early

diagenesis of organic matter. Carbon and nitrogen of the trap sample were compared

with those of particulates and sediments. The daily flux of particles, carbon, nitrogen,

and inorganic matter to the trap was 3.5 g•Em-2•Ed-1, 0.37 g•Em-2•Ed-1, 0.050 g•Em-2•Ed-1,

and 2.76 g•Em-2•Ed-1, respectively.

The percentages of retention of biogenic elements in 4 m-layer particulate, in which

biogenic elements were most abundant, in the sediment trap sample, fresh sediment

and sediment were 19, 18, and 17%, for carbon respectively, and 15, 12, and 9%, for

nitrogen, respectively. Thus, the trap sample seems to have been subject to sufficient

biodegradation during the deployment.

The particulate standing mass above 12 m layer were 38.6 g•Em-2 in total weight,

10.7 g•Em-2 in carbon, 1.83 g•Em-2 in nitrogen, and 17.2 g•Em-2 in inorganic matter. The

mean percentages of the matter settling in the trap to the standing mass were 9%•Ed-1

for total weight, 3.5%•Ed-1 for carbon, 2.7%•Ed-1 for nitrogen, and 16%•Ed-1 for inorganic

matter, respectively.

The average settling velocity of the particles was 1.9 m•Ed-1, this was comparable to

1.54 •} 0.22 m•Ed-1, which is an average settling velocity of particles, 10-64 ƒÊm in size .

1・ は じ め に

堆積物中の有機物は生体 化石 と同様に古環境 の推定

に重要 な役割 を果たす と考え られている.生 体化石 は

形を とどめていることが指標 となる前提で あるのに対

して,有 機化合物(=化 学化石)は 分析 が可能で あ り

さえすればよい.ま た,堆 積環境 に よ り分解 の方向性

が ことな るゆ えに,得 られ る情報は非常に多い と期待

され る.し か し,有 機化合物の分析か ら多 くの情報 を

得 るには,先 駆体(生 物)と 堆積有機化合物 の質的組

成 との関係,お よび先駆体か ら堆積有機物に至 る間の

質的変化 の過程 を明 らかにす る必要が ある.こ れに つ

い ては現在に至 るまで多 くの研究が なされ てい るもの

の,水 中や堆積初期の分 解 の 過 程,一 初期続成作 用

Page 2: Early Diagenesis of Organic Matter in Water of Lake … et al...Early Diagenesis of Organic Matter in Water of Lake Haruna (I) Flux of Organic Matter to the Bottom by Determination

298 榛名湖におけ水中有機物の初期続成作用(1)

(EaarlyDiagenesis)一 における組 成変化お よび量的変

化につい て十分 に明らか にされた とはいえない.当 研

究室では著者 らに よって今 までに,今 回 フ ィール ドと

した榛名湖 や 日光湯 の湖,琵 琶湖 な どの柱状堆 積物の

有機化合物 を分析 し,そ の変 化や環境 との関連 につい

て多 くの研究 を行 ってきた.有 機 物の変化については

か な り明 らかに されたものの,古 い堆積物 では堆 積環:

境 を明 らかにす るためには他 の因子 た とえば花粉 や微

化石 な どがい まだに重 要視 され る.

本研究は有 機物 の初期続 成作用 を明 らかに し,有 機

物のみに よる古環境 の推定 を可能 とするために計 画 さ

れ たものであ り,榛 名湖 の水 中に セジメ ン トトラップ

を設置 し,沈 殿物 を採取 して,そ れ と水中 の浮遊懸濁

物お よび堆積物の有機物 の組成変化 を検討 するこ とを

目的 とす る.

榛 名湖は群馬県榛名 山に あるカルデラ湖で水面高度

1,084m,面 積1.23km2,周 囲4.8kmの 小湖で あ

る.水 深 は最大14mで,流 入河川は な く,水 中お よ

び周辺 に湧 水が存在 す る.同 湖につい て1930年 代に

上野,吉 村 らが研究 してお り,1933年 にYOSIMURA

(1933)は 富栄養化 を指摘 してい る.ま た,西 条(1956)

は1950年 に沈殿量 を測定 し,青 木湖,中 綱湖,木 崎

湖,中 沼,諏 訪湖 の結果 と比較検討を行 ってい る。

分析 を行 った化合物は ア ミノ酸,炭 水化物,脂 肪酸,

アルコール,ス テ ロールお よび アルカ ン,芳 香族炭化

水素 な どの炭 化水素 で あ る.ま た,水 中のバ クテ リ

ア,植 物 プラ ンク トン,動 物 プランク トン等の生物は

信州大学 の林秀剛 らに よって調査 された.本 論文は上

記 の うち,炭 素,窒 素 について鉛直輸送の量お よびそ

の浮遊懸濁物に対 す る割合な どを述べ,個 々の有機化

合物に関 しては別論文 として発表 する予定 である.

2.方 法

2-1.試 料 の採 取

榛 名 湖 の湖 心(Fig・ ヱ)で12m層 に1980年10月

23日 よ り11月17日 まで の25日 間,セ ジ メ ン ト トラ

ップ装 置(Fig・2>2基 を10m離 して設 置 した.セ ジ

メ ン ト トラ ップ装 置 は 名 古屋 大 学 半 田暢 彦 教 授 よ り借

用 した.装 置 は 高 さ45cm,内 径14.5cmの 塩 化 ビ

ニー ル 製 で あ る.

回 収 した トラ ッ プ内 の試 料 は水 を{f,..存させ た ま まボ

リエ チ レ ン容 器 に 移 し,直 ちに 研 究 室 に 持 ち帰 り,約

10℃,12,aOOrpmで 遠 心 分 離 を行 い,水 と分離 し,

沈 殿 物 を 蒸 留 水 で流 し出 して得 た.こ の 試 料 の___.部を

凍 結乾 燥 した の ち,110QCで 恒 量 と し,重 量 を測 定 し

た.有 機 化 合 物 分析 の た め の試 料 は 凍 結 した ま ま,一

20。Cで 分 析 す る まで 保 存 した.

浮 遊 懸 濁 物 は各 層 約401を 採 取 し,現 場 で ガ ラス繊

維 フ ィル ター(WhatmanGF/C)で ろ過 して 得 た.フ

ィル ター は あ ら か じめ500QCで 数 時 間 焼 成 し,有 機

物 を除 い てお い た。 重 量 測 定 用 と しては そ の フ ィル タ

ー を さ ら に110GCで 恒 温 と し,精 秤 して お い た.試

料 は10月22口 に0お よび10m層 か ら,ま た11月

16口 に0,4,8お よび14m層 か ら採 取 した.こ れ ら

の試 料 は現 場 で ただ ちに 凍 結 し,分 析 す る まで 一20。C

で 保 存 した.重 量 測 定 用 に は凍 結 乾 燥 したの ち}110。C

で 恒 量 と した.

エ ック マ ン採 泥 器 で 採 取 した表 層 堆 積 物 を船 上で 上

澄 み と分 離 し,ヒ 澄 み(nephloidlayer)を 新生 堆 積

物(freshsediment),残 りをナ佐積 物(sediment)と し

た。 こ れ ら試 料 の保 存 は 浮 遊 懸 濁 物 と同 様 に 行 な っ

た.

2-2.炭 素 お よ び 窒素 の分 析

浮 遊 懸 濁 物(particulate),沈 殿 物(trap),新 生 堆Fig. 1. Sampling station of Lake Haruna.

Fig. 2. Sediment trap and the deployment in Lake

Haruna.

Page 3: Early Diagenesis of Organic Matter in Water of Lake … et al...Early Diagenesis of Organic Matter in Water of Lake Haruna (I) Flux of Organic Matter to the Bottom by Determination

小椋 ・落 合 ・河村 ・福 島 ・塩 谷 ・山本 ・石渡 299

積物 お よび堆 積物の炭素お よび窒素 の含有量 を柳本 製

作所 のCHNCorderMT-2で 測定 した・

2-3.鉄 の分析

浮遊懸濁物,沈 殿物 お よび 新生堆積 物中 の 鉄 を原

子吸光法に よ り分析 を 行 なった.試 料 はH2SO4:H

NO3:HCIO4(5:1:20)の 混酸を用い,150。Cで7

時間,加 熱分解 した.

2-4.水 質 の分 析

測 定 した項 目は水温,電 気伝導率,溶 存酸素(DO),

pH,全 有機炭素(TOC),溶 存 有機 炭素(DOC)お よ

びChlorophyllaで あ る.DOの 測定は 現場 で ウ ィ

ンク ラー法に もとづ き行 な った.有 機炭素 は凍結 した

試料 を持 ち帰 り,解 凍後,MENz肌 一VAcCARo(1964)

の方法で測定 した.

Chlorophyllaの 測定 はSTRIcKLANDandPAR。

sONS(1968)の 方法 で行 な った.

3.結 果 お よ び 考 察

1980年10月 お よび11月 の水温,DO,pH,TOC,

DOC,TOC-DOCお よびPOC(浮 遊懸濁物 の有機

炭素量)をFig.3に 示 す.10月 の トラ ップを設 置す

る前 日のDO,水 温には躍層 がわずかに存在 したが,

11月 の 回収 する前 日には 消失 してい た.ト ラ ップの

回収時に は設 置層 に も十分 に溶存 酸素が存在 していた

ことがわか る.10月10m層 の懸濁態 の有機炭素(T

OC-DOC)量 が高 く,躍 層 の 存在 と関連 してい る.

11月 で は4m層 にPOCの 極大 がみ られた.こ の層

の浮遊懸濁物 は生 物起源の有機化合物 の濃度 も高 く,

また植物 プラ ンク トンの分布でけ0,3,6,13mで 測

定 した中では,6mに 優先種が多 く存在 した.動 物 プ

ランク トンは,0-2,2-5,5-8,8-11,11-13mで 測定

した層の中では すべての種におい て2-5mに 最大値

が得 られ た.一 方,ChlorophyllaはTable1に 示 す

よ うに,比 色法 に より 測定 した値 とPhytolをGC-

MSに より分 析 し,Chlorophyllに 換算 した値 とでは

異 なる結果 が得 られ た.こ のPhytolは 浮遊 懸濁物 を

溶媒抽 出 した部分に存在 した もので ある.比 色法に よ

って得 られた結果は4m層 よ りや や8mの 濃度が高

く,Phyto1よ り換 算 した結果は,圧 倒的に4m層 が

高い.こ の違 いは測定者,測 定の時期,抽 出法,分 析

法 が全 く異 なるために生 じた もので ある・ ただ し,分

析法 の違い については,同 一時期に溶媒抽 出 した試料

で,お な じ比色法 に よって得 られた値 とPhytolを 測

定 し,換 算 した値 と か な り良 く一致 するこ とが1981

年 の 実験で 確 かめ られ てい る.同 表に そ れ ぞ れ の

Chlorophyllaに 対 す るPOCお よびPONの 比 を参

Fig. 3. Vertical profile of water temperature, dis-solved oxygen (DO), pH, total organic carbon (TOC), dissolved organic carbon

(DOC), TOC-DOC, and particulate organic carbon (POC) at Lake Haruna, 22 October and 16 November 1980.

Table 1. Concentrations of chlorophyll a in particulates.

Page 4: Early Diagenesis of Organic Matter in Water of Lake … et al...Early Diagenesis of Organic Matter in Water of Lake Haruna (I) Flux of Organic Matter to the Bottom by Determination

300 榛名湖におけ水中有機物の初期続成作用(1)

考 と して示す.Table2に は浮遊懸濁物,沈 殿 物,新

生堆積物 の無機物 あた りの鉄 お よび換 算 した酸 化鉄 の

含有量を示す.表 で見 られ るよ うに,沈 殿 物中の鉄の

含 有量は他の試料に比 べて高 い値 を示 した.ま た,浮

遊懸濁物では10月 より11月 の試 料が高 く,さ らに11

月の中では表層が最 も高 く,沈 殿物 の濃 度に近 し・.こ

の結果は,水 の循環に よ り底層 の還 元環:境で溶存状 態

で存在 してい た2価 の鉄 が酸 化 されて懸濁態 とな った

ことを示す.し たが って,11月 の浮遊 懸濁物 お よび

沈殿物中 の無機物 はこの ように して生 成 した鉄 お よび

マ ンガ ン(沈 殿物0.3%)の 影響 を受け,高1・ 値を示

した と考 えられ る.鉄 の凝集 に ともな って当然 溶存 の

有機物 も凝集 したこ とが推論 される.沈 殿 物の有機物

の起源を議論 するにあたって,生 体起源 の有機化合物

については,水 深が浅いので,圧 倒的 に多 く存在 し,

凝集の影響は殆 ど無視 して も問題 がない.し か しなが

ら,外 来性の微量の有機物た とえば炭化水素類 の挙動

は凝集や吸着 を考慮す る必要がある と思われ る.回 収

された トラ ップ内には動物 プランク トン(Bo.rminalon-

girostris)が 大量 に 生息 してお り,ト ラップが動物類

の餌場 となった可能性が高い.生 きてし・る動物 プラン

ク トンは遠心分離の際にほ とん ど除 くこ とがで きた.

約10m離 して設置 した トラ ップに よって回収 され た

沈殿物 の重量は2.9259お よび2.9219,ま た炭素お

よび窒素 の濃度は誤差範囲 ないで同 じ濃度を示 した.

Table3に 浮遊懸濁物,沈 殿物,新 生堆積物の炭素,

窒素 お よび無機物 の濃度,ま た,沈 殿物の1日 の鉛直

輸送量 を示 す.鉛 直輸送量は沈殿物量をセ ジメン トト

ラ ップの表面積 と設置期間で除 して計算 した.ト ラ ッ

プの効率は本研究で使 用 したもの と同様の大 きさで ほ

ぼ100%で あ ることが報告 されてい る(HARGRAVE,

1979;LORENZENetal,1981).

つぎに 今 回の結果 と西条(1956)が 同湖で1950年

の7月 か ら8月 にか げて測定 した沈殿量,有 機物量 お

よび窒素量 を比較 して み る と,西 条は沈殿量は5m

以深 で0.2か ら0.5gm-2・d-1と 報告 してい るが,今

回の結果 はその 約10倍 の値 であった.先 に述 べた よ

うに鉄 および マ ンガンの寄与は約9%で あるので,そ

れを考慮 しても高い沈殿量 を示 す.生 物お よび無機物

の平均窒素 濃度か ら西 条が推定 した有機物量は沈殿 物

の93%(灼 熱減 量は約30%)で あるのに対 して,著

者 らの結果では 約20%(有 機炭素 量の2倍 を 有機物

Table 2. Concentrations of iron and ferric oxide

in inorganic particulates, trap sample

and fresh sediment.

Table 3. Average carbon, nitrogen and inorganic matter concentrations in particulates, trap sample, fresh sediment, and sediment, and average daily flux to the

sediment trap (12 m)

* Inorganic matter= Total weight-2 x Carbon

Page 5: Early Diagenesis of Organic Matter in Water of Lake … et al...Early Diagenesis of Organic Matter in Water of Lake Haruna (I) Flux of Organic Matter to the Bottom by Determination

小椋 ・落 合 ・河 村 ・福 島 ・塩 谷 ・山本 ・石 渡 301

量 と した)であ った.有 機物量 と しては0。749fn螢2・d-1

とな り,西 条 の結果 と比べて2倍 以上になる.一 方,

窒素の沈殿量は西条の結果では3・3mg・m-2・d-1で あ

り,今 回の結果 の49.7mg・m-2・d-1は その10倍 の値

となった.こ のように有機物や窒 素の沈殿 量が西 条の

結果 と異なるのは トラ ップ装置お よび分析 法のちがい

に も若 干 よるであ ろうが,1950年 か ら1980年 の30年

間に同湖 の富栄養化が進んだ ことに よるものであ る.

なお,西 条 の実験は夏期であ り,著 者 らの実験 がけい

藻の多い 秋期であ る違いがあ るが,1981年 に 著者 ら

が夏期 および秋期に水深を変えてお こな った トラ ップ

実験の結果では この ような大 きな差 はみ られなか った

(日本陸 水学会.第49大 会発表).

つ ぎに今回採取 した浮遊懸濁物が沈殿物,新 生堆積

物,堆 積物への先駆 物質である と仮定 して,Table3

に示す値:を用い て,炭 素お よび窒素の移行 量 を 求 め

た.こ こで は,1つ の方法 として懸濁態炭素お よび窒

素の水11あ た りの濃 度(POCお よびPON)な らび

に浮遊懸濁物 あた りの炭素お よび窒素 の含有量が共に

最 も高い1i月4m層 の試料 を用い る.計 算は試料中

の無機物を基礎 としてお こなった.炭 水化物,タ ンパ

ク質な ど生体有機物の主成分は有機炭素のほぼ2倍 に

相当するので,全 重量か ら炭素量の2倍 を差 し引 き無

機物量 とした.計 算の結果,無 機物量に対 す る炭 素の

比が4m層 の浮遊懸濁物では0・75で あるのに 対 し

て,沈 殿物,新 生堆積物,堆 積物 はそれぞれ0・14,

0.13,0.12で あ った.し たがって沈殿 物,新 生堆積

物,堆 積物 の炭素は浮遊 懸濁物のそれぞれ,19%,17

%,16%に 相 当する.窒 素について も同様に計算す

ると,そ れ ぞれ15%,12%,9%と なった.窒 素は

炭素に比 べて移行率が少な く,窒 素の起源 物質 である

タンパク質が炭水化物や脂質 よりも分 解が早い ことを

改めて示唆 してい る.沈 殿 物,新 生堆積 物,堆 積 物へ

の炭素お よび窒素 の移行率が低 く,互 いに似てい るこ

とは トラップの 設置期間が25日 とながいために 沈殿

物が十分に分解 を受けた試料であ ると考え られる.こ

れ までは沈殿物が底泥が舞い上が った結果,底 層 の ト

ラ ップに捕 集され たとす る説があったが,そ れぞれの

試料の有機 化合物 の 濃度 や組成,1981年 の トラップ

実験 と2mお きの 浮遊懸濁物の 有機物組成 な らびに

炭水化物や脂質 の組成変化の実験(1983年 および1984

度年度 日本地球化学会年会,1984年PAC.CHEM.

等で発表)か ら沈殿物中の有機物に関 しては舞い上が

り説 よりもバクテ リアや動物プ ランク トンな どの生物

による分解 や捕食の寄与 が大 きい と著者 らは考 えてい

る.

以上の結果 をSA1∫oら(1984)が 琵琶湖 で行 なった

窒素の物質循環 の結果 と比較 してみる.本 研究 では一

次生産量お よび溶存態の炭素お よび窒素 を測定 してい

ないので直接 の比較 にはな らないが浮遊 懸濁物 を生産

物 と仮定 し,大 胆に比較 を行 な う.SAIJOら は,琵 琶

湖 の一次生産 の窒素 は20mの 沈殿 物に15%,表 層

堆積物に4・5%,永 久堆積 物に1%移 行す ると報告

している.先 に述べた ようにi1月 の4魚 層 の浮遊 懸

濁物につい て見 る と沈殿物 へ窒 素 と して25日 間の 平

均で,15%移 行 してお り,SAIJOら(1984)の 結果

の15%と 同 じ値 が得 られた.ま た,本 研究の堆積物

はSAIJOら(1984)の 表層堆 積物に 相当す るので こ

れ を比較 する と,本 研 究では9%で あ る.SA∬0ら

の結果で は4.5%な ので,榛 名湖は琵琶湖 の場合 の

約2倍 堆積 するこ とに なる.榛 名湖 の水深(14m)は

琵琶湖(67m)の 場 合 より小 さいので,堆 積す るまで

の無機化 は榛名湖 のほ うが琵琶湖 より小 さい ことが考

えられるので この数値 は妥当であ る.以 上述 べたよ う

に炭素 お よび窒素 の レベルでは,浮 遊懸濁物 の トラ ッ

プへの移行量 が生産量 か ら求めた物質循環 の結果 と湖

が異なるに も拘 らず よく似てい る.こ れはかな り普遍

的 な現象 と考 え られ,温 度 やpHと い った条件 ととも

に,今 後 さらに 検討 を加 える必 要があ る.も しこの よ

うなこ とが明 らかに されれば,粒 度 に よって水深 が推

定 されるこ とに より,堆 積物 に残存 してい る有機物の

量か ら水 中の生産 量の推定 も可能 とな るだろ う.

つぎに浮遊 懸濁物 の現存 量を求め,そ の うちの トラ

ップに到達 する ものの割合お よび懸濁粒子 の平均沈降

速度に ついて検討 を加 える.現 存量は懸濁物の採取 を

多 く行 なった11月16日 のOmか ら12m層 の間につ

い て求 めた.12m層 の浮遊懸濁物 を採取 していない

ので,懸 濁態炭 素 と してTOCか らDOCを 差 し引い

た値 を用い た.ま た,浮 遊懸濁物 量お よび窒 素の含有

量は101n層 と同 じと して計 算 した.計 算の結果を

Fig・4に 示 す.浮 遊懸濁物 の現存 量の うち約9%が

1日 で落 下する と見積 られた。 これを成分 に分けて計

算 すると,炭 素 として3.5%,窒 素 と して2.7%,無

機物 と して16%が1日 に落 下する.し たが って湖水

中 の12搬 以浅 の有機物全体 を先駆 物質 と した場合,

炭素が その内の約22%,窒 素 が約17%ト ラ ップに

Fig. 4. Standing mass of particulate carbon, nitro-

gen and inorganic matter, and their aver-age daily percent flux to the sediment trap (12m).

Page 6: Early Diagenesis of Organic Matter in Water of Lake … et al...Early Diagenesis of Organic Matter in Water of Lake Haruna (I) Flux of Organic Matter to the Bottom by Determination

302 榛名湖におけ水中有機物の初期続成作用(1)

移行 した ことにな る.す でに述べた11月4m層 の浮

遊 懸濁物 と比 較 した結果に比 べて若干移行量は高い.

しか しなが ら,ほ ぼ同等の値であ る.本 論文では炭素

お よび窒 素についてのみ述べてい るが,有 機化合物 レ

ベルでは この移行 率はは るかに少 ない.そ れは弱い結

合で無機 物に取 りこまれた り,高 分子化 した りして分

析 が不可能 になる とともに,水 中で生物活動に よ り別

の物質 に変え られ るためであ る.

つぎに浮遊懸 濁物中の無機物の現存量 と沈殿物 の無

機物 か ら粒子 の平均 沈降速 度を 求 めてみ た.12m層

に設置 した トラップ実験で得 られ た無機物 の1日 の平

均沈殿量 は現存 量の16%に 相 当するので,平 均沈 降

速度は1・9m・d-1と なる.こ の値はBURNSら(1980)

に よる粒径 ¶10-64μrnの 粒子の平均沈降速度,1・54±

0.22m・d-1に 近 く,こ の粒径範 囲に 植物 プランク ト

ン(特 に けい藻〉 が多い ことか ら,1・9m・d-1,は ほ

ぼ妥 当な値 といえ る.

謝 辞

本研究 は文部省 ・科学研 究費 ・総合研究A"続 成過

程 の初期 における有機 物の変質機構に関す る 総 合 研

究"の 一一環:として行 な うことがで きた.代 表者の名古

屋大学半 田暢彦教授 に謹 んでお礼 を 申 し上げ ます.ま

た,試 料 の採集 に当たって,著 者以外に,当 時東京都

立大学理学部分析化学研究 室に在籍 していた多 くの学

生諸君に協 力頂 きま した ことを深 く感謝いた します.

摘 要

堆積物 の有機物 の初 期続 成作用 を明 らかにす るため

に起源物質 と考 えられる浮遊懸濁物,そ れが沈降 した

沈殿物お よび堆積物 を採取 し,有 機 物の分 析を行 な っ

た.沈 殿物 は秋期25日 間,榛 名湖 の湖心12搬 層 に

セジメン トトラ ップを設置 して採取 した.本 論文は こ

れ ら試料中 の炭素お よび窒素 の鉛直:輸送 な らびに量的

変化につい て取 り扱 った.

1)平 均鉛直輸送量は全重量,炭 素,窒 素お よび無

機物でそれぞれ3・5,O・37,O・O5お よび2・769・m網 盆・

d-1で あった.

2>有 機物の最 も高い層 の浮遊懸濁物 を出発 物質 と

して沈殿物,新 生堆積物,堆 積物 への移行 の割 合を求

め たところ,炭 素では それぞれ19,17,i6%,窒 素 で

は15,12,9%で あ った.し たが って得 られた沈殿物

は微生物分解 を十分受け た堆積物に近 い試料で あるこ

とがわか った。

3)12m層 まで の 浮遊懸濁物 の現存量 は 全 重 量

38.69・m-2,炭 素10.79・m-2,窒 素1.839・m-2,無

機 物17・2g・m-2で,i日 に12m層 まで 落 下 す る割 合

は 現 存 量 の そ れ ぞれ9,3.5,2.7お よび16%・d-1で

あ っ た.

4)懸 濁 粒 子 の1日 の平 均 沈 降 速 度 は1.9m・d-1で

あ っ た.こ の値 は 粒径10-64μmの 粒 子 の平 均 沈 降 速

度1.54±0.22m・d-1に 近 い.

文 献

BURNS, N. M. and F. ROSA (1980) : In situ measurement of the settling velocity of organic

carbon particles and 10 species of phyto-

plankton. Limnolol. Oceanogr., 25: 855-864. HARGRAVE, B. T. and N. M. BURNS (1979) : Assess-

ment of sediment trap collection efficiency.

Limnol. Oceanogr., 24: 1124-1136. LORENZEN, G. J., F. R. SHUMAN and J. T. BENNETT

(1981) : In situ calibration of a sediment trap. Limnol. Oceanogr., 26: 580-585.

MENZEL, D. W. and R. F. VACCARO (1964) : The

measurement of dissolved organic and par- ticulate carbon in seawater. Limnol. Oceanogr.,

9: 138-142.

西条八束(1956):湖 沼における物質代謝 の化学的研

究 第4報 木崎湖,中 綱湖,青 木湖 の沈殿現象

に関す る二,三 の考察,日 本化学 雑誌,77:930-

936,

SAIJO, Y., M. SAKAMOTO and Y. TOYODA (1984):

Sedimentation and its significance in lake metabolism, p. 369-376. In: S. HORIE (ed.) ,

Lake Biwa, Dr. W. Junk Publisher.

STRICKLAND, J. D. H, and T. R. PARSONS (1968) : A Practical Handbook of Seawater Analysis,

Fisheries Research Board of Canada, Ottawa.

YOSHIMURA, S. (1933) : Rapid eutrophication within recent years of Lake Haruna, Gunma,

Japan. Jap. J. Geol. and Geogr., 11: 31-41.

(著者:小 椋和子 ・落合正宏 ・河村 公 隆 ・福 島 和

夫 ・塩谷 真 ・山本修一 ・石渡良志,東 京都立大学理

学部化学教室,〒158東 京都世田谷区深沢2-1-1:

Kazuko OGURA, Masahiro OCHIAI, Kimitaka KAWA-MURA, Kazuo FUKUSHIMA, Makoto SHIOYA, Shyuichi YAMAMOTO and Ryoshi ISHIWATARI, Department of

Chemistry, Faculty of Science, Tokyo Metropolitan University, 2-1-1 Fukasawa, Setagaya-ku, Tokyo,

Japan 158)