沖縄県宮古島の地下水について、各種溶存イオン濃度及び硝酸態窒素中の¹⁵N値を測定し、窒素汚染源や汚染機構についての知見を得ようと試みた。

　1)宮古島の地下水について硝酸態窒素濃度と¹⁵N値により、その汚染源を推定した。宮古島の地形、農業形態、集落の存在を考慮して、代表的な10地点を選定し、地下水を毎月一回採水した。(1)地下水の硝酸態窒素濃度は、1992年6月から1993年2月までの平均で1.4〜11.5mgL^-1、¹⁵N値は平均で+4.3〜+6.7‰であった。(2)調査地点での地下水は、硝酸態窒素濃度と¹⁵N値の分布より5群に分類された。地下水の硝酸態窒素の起源が「堆厩肥等畜産廃棄物」、「屎尿等生活排水」、「化学肥料」及び「土壌有機物」に由来する複合的寄与であることを推定した。(3)サトウキビ用の化学肥料中の窒素の¹⁵N値は、-3.9〜-1.4‰の値を示した。(4)化学肥料の硝化過程において、一部はアンモニアとして揮散する可能性のあることを指摘した。

　2)宮古島東南部の断層で仕切られた地下水流域内の地下水を測定した。流域内の地理、地下水の流れ及び地上の土地利用形態と状況等を調査し、地下水に及ぼす硝酸態窒素の起源の推定を試みた。(1)地下水の硝酸態窒素濃度は地上部の土地利用形態を良く反映し、サトウキビ畑へ施肥されている化学肥料の影響により、硝酸態窒素濃度は4.7〜7.6mgL^-1であり、人畜廃棄物や工場廃棄物の影響が推定される地点では8.8〜9.8mgL^-1を示した。(2)¹⁵N値はサトウキビ畑から溶脱する硝酸態窒素が量的に優越する地域では、¹⁵N値は+2.6〜+5.3‰であり、人家の存在、家畜の飼育条件等と密接に関係していることが推定された。(3)¹⁵N値が+5.8〜+9.0‰を示した地点の地下水は、サトウキビ畑へ施肥した化学肥料等の農業に由来する硝酸態窒素に加えて、密集集落、工場等の有機性廃棄物の土壌処理に由来する硝酸態窒素の影響が大きかった。(4)¹⁵N値が最高値の+9.0‰を示した地点の地下水については、明らかに牛豚等の家畜多頭飼育の影響が認められた。

　¹⁵N法を用いて、多摩川水系の河川水等の窒素汚染源を明らかにし、多摩川の窒素汚染源の浄化と除去対策の確立を目指した。

　1)多摩川本流は、1994年4月に源流近くの沢水から日原川下流の5地点、1994年8月に都発電所から是政橋までの10地点及び1994年12月に、多摩川原橋から中下流の丸子橋までの8地点の合計23地点で採水調査した。(1)源流近くの沢水は0.02mgL^-1程度であるが、上流部では水道水源の奥多摩湖に至る間に、0.10〜0.35mgL^-1に増加した。¹⁵N値も+1.05〜+1.14‰に微増したが、東京都の水道水源林になっていることから、水質は良好に保たれていた。(2)中流部では、硝酸態窒素濃度は0.44〜1.61mgL^-1を示した。¹⁵N値は、大部分が+5.2〜+9.2‰を示し、家庭排水、浄化槽排水等の影響を推定した。(3)下流部でも流入する支流の窒素汚染度は大きく、硝酸態窒素濃度は3.42〜6.64mgL^-1、¹⁵N値は+10.1〜+12.7‰の高い値を示した。(4)多摩川本流は奥多摩湖や、平井川の合流以前の多摩川橋までは、比較的窒素汚染が少なく、水質は良好であった。しかし、玉川取水堰より下流では、水質は徐々に浄化槽処理排水、下水処理排水の影響を強く反映し、硝酸態窒素濃度は7mgL^-1程度で東京湾へ流入している。

　2)日原川は多摩川の支流中で人為的汚染の最も少ない河川の一つと考えられる。1995年10月に上流から下流の氷川までの7地点8カ所で採水調査した。日原川上流部では、森林の有機物分解によると考えられる窒素が低濃度ではあるが検出された。渓流水の硝酸態窒素は主に雨水に由来すると考えられ、日原川のような人為的汚染の少ない渓流水の¹⁵N値は-1〜+2‰程度の値を示していた。

　3)野川の採水は、湧水源である武蔵国分寺近くの「真姿の池」から「新多摩川大橋」までの15地点で湧水、河川水を採取し分析検討した。採水は1995年6月に行った。(1)野川は国分寺崖線の「はけ」からの湧水を主要な水源としているが、硝酸態窒素濃度は4.50〜6.48mgL^-1で、¹⁵N値は+4.67〜+5.34‰であった。この流域が長年に渡り化学肥料等の影響を受けて集積してきた土壌表層の有機物の分解に由来する窒素であると推定される。(2)一部の湧水は硝酸態窒素濃度が高く¹⁵N値も高くなっていたが、家庭排水の影響ではないかと推定された。(3)野川はゆっくり流下するに従い、次第に河川自体の浄化作用や、脱窒作用により硝酸態窒素濃度を減少させた。(4)仙川下流の汚染は著しく、合流により野川の水質は悪化した。(5)「野川浄化施設」は「礫間接触浄化方式」の浄化施設で、脱窒作用等が起きていて、水質が改善されたことが認められた。

　4)仙川流域には、下流の勝渕神社周辺に豊富な湧水源がある。調査は1996年2月に採水可能な野川宿橋より下流の5カ所で行った。玉川用水は、喜平橋と欅橋の2カ所で採水した。(1)中流部は、硝酸態窒素濃度が7.30〜9.42mgL^-1と高く、途中で三鷹市の下水処理排水が流入し、アンモニア態及び亜硝酸態窒素も検出された。(2)¹⁵N値の結果から、中流部へ供給されている「人工湧水」は家庭排水の浸透処理の影響を受けている湧水と推定され、下流部ではアンモニアの硝酸化成作用を伴いながら下水処理水由来の窒素が流下していた。(3)玉川用水は、下水処理水の性質をそのまま反映しており、流下中での脱窒作用による窒素浄化作用は10%程度の僅かな量であった。

　5)秋川・平井川流域は、1996年5月秋川源流近くの渓流の数馬から南北秋川及び秋留台地の湧水のうち二宮・八雲神社境内からの湧水を含めて、多摩川へ流入するまでの12カ所で採水調査した。平井川は、中流の鹿の湯橋から草花公園を経て、下流の多西橋までの4カ所で採水調査をした。(1)秋川は、アンモニア態・亜硝酸態窒素及びリン酸イオンは検出されなかった。硝酸態窒素濃度は源流近くから武蔵五日市駅近くの秋川渓谷では0.61〜1.19mgL^-1であったが、市街地を流下するに従って微増した。(2)秋留台地の2カ所の湧水の硝酸態窒素濃度は9.28、8.98mgL^-1と高い値を示し、この台地での人間活動の影響を窺わせた。(3)平井川もアンモニア態・亜硝酸態窒素及びリン酸イオンは検出されなかったが、この河川も秋留台地の影響を受けていることが明らかで、南小宮橋では近くにある草花公園からの排水が流入しているため硝酸態窒素濃度は10.3mgL^-1、¹⁵N値は10.7‰と著しく高くなった。

　6)浅川は、1996年11月、源流近くの和田峠下の山水から北浅川の松枝橋、浅川の睦橋までと、その支流及び南浅川下流の水無瀬橋の12カ所で採水調査をした。(1)源流近くの山水から北浅川の佐戸橋までの山村地帯での硝酸態室素濃度は1.16〜1.52mgL^-1で水質は良好であった。(2)民家が多くなった元木橋では2.23mgL^-1と増加し、アンモニア態窒素も検出された。(3)山入川、小津川の両支流が合流した後の松枝橋下流では2.89mgL^-1と増加し、他のイオンも増加した。(4)南浅川唯一の調査地点の水無瀬橋の硝酸態窒素濃度は49.3mgL^-1、アンモニア態窒素濃度は72.6mgL^-1であった。この南浅川は、1994年8月の多摩川本流の調査でも、浅川下流の高幡橋で硝酸態窒素濃度4.19mgL^-1、¹⁵N値15.9‰の高い値を示し、多摩川本流の汚染に関与していることを指摘していた。(5)南浅川合流後の八王子市役所横の鶴巻橋下では亜硝酸態窒素も検出されたが、中下流の睦橋まで来ると、アンモニア態窒素濃度は減少した。

　以上記したように、本研究は窒素濃度と各種イオン濃度及び¹⁵N値を測定することにより、地下水、河川水等の窒素汚染機構を解明すると同時に、今までの研究では困難とされていた窒素汚染の起源について究明することを可能にした。これらの研究結果は、世界的に深刻な社会問題となっている、窒素による水質汚染の現状を正確に把握し、効果的な浄化及び除去対策を確立する上で有意義な知見を提供するものである。