富栄養化：プロセス、原因、結果、解決策 - 環境 - 2024

富栄養化は、藻類、シアノバクテリアや水生植物の人口爆発を作成し、水のボディに貢献した栄養素の過剰です。この現象は、次に、水中の溶存酸素の減少を引き起こし、したがって、水中での生活に影響を与えます。

水中の藻や植物による光合成の減少により、溶存酸素が減少します。これは、表面の植物の増殖による日光の遮断と、これらの個体群によるより高い酸素消費率の両方が原因で発生します。

富栄養化による藻類の蓄積。

富栄養化は、水域のサイズまたは流れが減少したときの自然の原因、または水域に栄養負荷を運ぶ例外的な雨が原因で発生する可能性があります。ただし、ほとんどの場合、富栄養化は人為的（人為的）原因から発生します。

富栄養化の問題は世界中で高まっており、世界の湖の半分以上が何らかのレベルでそれによる被害を受けています。同様に、この現象の発生により、海ではデッドゾーンが急増し、700以上がデッドゾーンとなっています。

過程

富栄養化は、異常な量の栄養素、特に窒素（N）とリン（P）の水への寄与から始まります。これらの貢献は、自然と人間（人為的）の両方からもたらされる可能性がありますが、いずれにしても、それらは生態学的な不均衡の産物であり、原因です。

好きな生物

植物の成長のための必須栄養素の例外的な摂取は、侵入性の水生植物や藻類の発達を促進します。それは植物プランクトンと大型藻類の両方である可能性があり、シアノバクテリアの増殖も起こります。

富栄養化による藻類の増殖。出典：Felix Andrews（Floybix）

これらの生物は繁殖率が高く、成長が速いため、十分な栄養素があれば、競争上の優位性があります。それらは水域の表面で成長し、表面全体を覆います。

光

表面を覆う浮遊藻類と水生植物は、太陽光が下層の水層に浸透するのを防ぎます。このため、水中の藻や植物は光合成できなくなり、死に始めます。

溶存酸素

この植物塊の表面的な増殖による水中光合成の遮断は、水中の溶存酸素の減少も意味します。さらに、大気との交換など、溶存酸素の他の供給源は、表面の植物の塊によって引き起こされる閉塞のために制限されます。

酸素需要

表面下では、分解する生物、特に細菌と古細菌の活動が増加します。これは、溶存酸素の需要が増加することを意味します。

分解活動の増加は、表面の人口爆発の結果として有機物のより多くの供給の結果です。水中生物の死の増加も影響します。

汚染された廃液による有機物の内部寄与と外部の寄与は、その生化学的安定化のためにより多くの酸素を必要とします（Biochemical Oxygen Demand）。酸素が不足すると、半分解した有機物が蓄積し、生態系全体が危機に陥り、生命が消えます。

原因

富栄養化は、生態系の通常のバランスよりも高い栄養素供給によって引き起こされます。前者はまれですが、自然と人工の両方の原因で発生する可能性があります。

-自然な原因

海で

深い冷水流は、海底から地表（湧昇）に栄養素を引き込むことにより、植物プランクトンの個体群の爆発を引き起こす可能性があります。同様に、藻ブルームまたはブルームは、植物プランクトンの成長を促進するさまざまな要因によって引き起こされる自然現象です。

このような好条件では、渦鞭毛藻や珪藻の異常な個体数増加が起こります。微細藻類のいくつかの種は無害で有益ですが、アレクサンドリウム属の渦鞭毛藻など、他の種は有毒な藻類です。

この毒性は、微細藻類によるサキシトキシン、シガトキシン、ゴナトキシンなどの毒素の放出によるものです。

真水で

チャネルに沿って派生した河川は、曲がりくねった曲線または顕著な曲線を生成します。このようにして、雨水、流出、または定期的な川のオーバーフローによって供給されるホースシューラグーンが生成されます。

これらの貯水池では、流出がないため、川よりも栄養素の濃度が高くなっています。したがって、自然の富栄養化現象は、藻類や水生植物の増殖とともに発生します。

-人為的原因

今日の富栄養化の最も重要な原因は、人間の活動による水域の汚染です。特に、適切な処理が行われていない廃水と農業からの拡散汚染は、世界で最も重要です。

肥料と農薬

化学肥料は、植物の成長に不可欠な栄養素を提供するために特別に配合された化合物で構成されています。主な肥料の配合には、窒素（N）、リン（P）、およびカリウム（K）が含まれます。

富栄養化。出典：F.ラミオット（自作）

農業システムでは、これらの製品の適用は非効率的であり、そのため60％近くが流出水で洗浄されます。これらの栄養素は、最終的には河川や最終的には湖や海などの水域に流れ込み、流出水によって輸送されます。

都市廃水

家庭、オフィス、工場からの汚水は、富栄養化を促進する大量の有機物と無機物質を提供します。家庭廃水は、処理されなければ水域に到達する大量の有機物を運びます。

個人の衛生、家庭、その他の施設で使用される石鹸と洗剤には、リン酸塩と硝酸塩も含まれます。

酸性雨

産業は、他の化合物の中でも特に窒素酸化物を含むガスを大気中に放出します。これらのガスは、水蒸気と反応すると酸を生成し、沈殿して水域に到達します。

これらの化合物は、植物の成長を促進する主要な栄養素の1つである硝酸塩の追加の供給源です。

地球温暖化

暖かい水は藻や水生植物の増殖を促進するため、地球の気温の上昇は富栄養化を支持します。一方、溶存酸素量は水温の上昇に比例して減少します。

- 要因

水の流動性の欠如、浅い水深、低流量、高水温など、他の要因が富栄養化の進展に寄与しています。水生生態系に含まれる水が少ないほど、または更新速度が遅いほど、栄養素の飽和に早く達します。

結果

富栄養化は主に淡水生態系に影響を与える深刻な問題ですが、海洋生態系でも発生します。世界的に見て、湖の約半分はある程度の富栄養化があり、多くの川や沿岸地域はこの原因により死んだ地域があります。

-生態系における生命の消失

富栄養化の主な結果は、生態系における生物多様性の減少であり、最終的に水生生物の消失です。初期の段階では、過剰な栄養素は、これらの条件下で急速な成長と繁殖を示す侵入生物の増殖を促進します。

ポトマック川（米国）の富栄養化。出典：Alexandr Trubetskoy

これらの種が優勢である限り、それらは生態系の残りの種に取って代わり、それらの生物学的多様性を減少させます。富栄養化が進むにつれて、水中レベルの状態は生命に不利になり、生物は死にます。

このようにして、水中の魚、藻、植物だけでなく、酸素や光の不足により、他の水生生物も姿を消します。富栄養化が続く場合、最終的な目的地は水生生物のほぼ完全な消失です。

有毒ガス

嫌気性菌の活動により、硫化水素などの有毒ガスが発生し、水生生物が大量に死亡します。

エリア全体への影響

水域に依存する生物も死滅または移動するため、影響は陸上生態系にも及びます。これは、食料源の喪失と水の飲用品質の低下の両方によるものです。

-食料生産の減少

富栄養化地域では、影響を受ける最初の生物が魚であるため、漁業が減少すると食糧生産が減少します。これらは、川や海の場合、その地域を離れることを余儀なくされ、湖ではそれらは消えてしまいます。

-飲料水源の喪失

飲料水は、溶存酸素レベル、pH、有機および無機不純物の欠如などの品質条件を満たす必要があります。富栄養化が起こると、生態系の水は溶存酸素の含有量を減らし、分解する有機物を大量に蓄積します。

これは健康に害を及ぼし、悪臭や色の変化を引き起こし、飲料水としての使用に適合しません。水のpHが変化し、有機酸の存在により酸性になります。

健康状態

公衆衛生は、富栄養化した水域からの非飲用水の消費によって影響を受ける可能性があります。さらに、特定の微細藻類の増殖は、水とそれを消費する生物に毒素をもたらします。

同様に、嫌気性菌の増加により、硫化水素やメタンなどの有毒ガスが発生します。

-観光客の活動の減少

水生生態系は、観光の魅力の重要な柱であり、仕事と地域開発の源を生み出しています。これらの利点は、それが地域の生物多様性と景観価値の両方に影響を与えるため、富栄養化によって脅かされています。

-経済的損失

上記のすべての結果として、富栄養化は、漁業、観光収入、水利用の減少という点で、大きな経済的損失につながります。

ソリューション

富栄養化の問題の解決策は、現象を防止するという観点とその修復という観点からアプローチする必要があります。

-予防

富栄養化の防止の出発点は、その存在、原因、および結果に対する市民の認識です。このようにして、市民は採用されるべき必要な措置のためにロビー活動をすることができます。

水の汚染を避ける

人為的原因による富栄養化の問題に対する基本的な解決策は、水質汚染の低減です。そのためには、生活排水や産業排水を水域に放流する前に、適切な処理を行う必要があります。

酸性雨を発生させるガスの排出など、水質汚染の他の間接的な原因を制御することも必要です。

新しい農畜産モデル

農業や家畜の活動によって引き起こされる水質汚染は拡散しており、つまり汚染源を正確に特定することはできません。これらの活動による汚染物質の寄与の問題に対する解決策が技術的生産計画を変えることであるように。

投入量の少ない農業、特に肥料や除草剤、水に亜硝酸塩やリン酸塩を与える化合物が必要です。したがって、水耕栽培などの栄養素の循環が閉じている農業システムは、生態系への貢献という観点からは汚染が少ない。

有機性廃棄物の管理、動物生産システムにおける下水の収集と処理にも注意が必要です。

-修復

水域の富栄養化プロセスが始まったら、問題を解決するためのいくつかの代替手段があります。

野菜塊の抽出

レンナ（レンナ科）、ボラ（エイクホーニアクラシペス）などの浮遊水生植物の増殖を考えると、収集プログラムを実装することは可能です。これは、ドラッグマヤを使用して水域の表面から植物を大量に取り除くことで構成されます。

水の浄化

深刻な汚染の場合、水は水域から処理プラントに再循環することにより、浄化処理を受けることができます。

生物学的制御

富栄養化で増殖する藻類や水生植物を消費するいくつかの生物があります。従属栄養放牧原生生物が使用されています。つまり、富栄養化で増殖する個体群を減らすために微細藻類を消費します。

同様に、真菌のCercospora piaropiは、富栄養条件下で増殖する浮遊被子植物であるEichhornia crassipesを防除するために使用されています。

化学的制御

微細藻類の凝集と沈殿を引き起こすことは、特に有毒な藻類ブルームの場合には代替手段です。これは、次亜塩素酸ナトリウム（NaOCl）、粘土（カオリナイト）、またはポリ塩化アルミニウムとベントナイトなどの組み合わせなどの製品を追加することによって実現されます。これらの製品は、微細藻類を引き付けて付着させ、フロックまたは塊を形成し、次に底に沈殿します。

富栄養化地域の例

カスピ海の富栄養化。出典：Jeff Schmaltz、MODIS Rapid Response Team、NASA / GSFC

-海洋のデッドゾーンまたはエリア

国連環境計画は、世界の海に700以上の死海が存在することを示しています。これらの不感帯は富栄養化による低濃度の溶存酸素が原因であり、その推定面積は240,000km²を超えます。

メキシコ湾のデッドゾーン

世界で最も広範な海洋のデッドゾーンの1つは、メキシコ湾のいわゆるデッドゾーンです。浮遊するマクロおよび微細藻類の増殖に伴い、富栄養化の深刻な問題を抱えているのは、20,700km²以上の海です。

この地域の富栄養化の中心的な原因は、湾にその口を持っているミシシッピ川の汚染された水です。ミシシッピ州は北米の農業地帯の大部分を走り、農業汚染物質の負荷が高い集水域です。

-黒海

ヨーロッパとアジアの間にあるこの内海では、1970年代から藻類の繁殖の増加が報告されています。これにより、浅水種の個体数が減少しています。

欧州環境庁からの情報によると、藻類の活動の結果として、低酸素および無酸素現象が毎年夏に発生します。このすべては、この海の盆地における農業および産業活動によって提供される栄養素による富栄養化によるものです。

富栄養化に対する感受性

間接的な海との接続がボスポラス海峡のみである内海であるため、水の更新は非常に遅いです。これは、それを供給する盆地における高レベルの汚染と相まって、富栄養化の影響を特に受けやすくします。

実際、硝酸塩とリン酸塩の平均濃度は1960年から1992年にかけて18倍に増加しました。汚染物質の最大の寄与は、ドナウ川、ドニエプル川、ドニエストル川の流域に由来します。

-バレンシア湖

ロスタカリグアス湖とも呼ばれるこの湖は、ベネズエラ北部の中心部にあり、面積は344km²です。それは、3,140km²の吸水域を形成しています。その支流の多くは、人口が多く工業地帯のあるバレンシアやマラカイなど、国の中心部にある都市を通過しています。

バレンシア湖盆地（ベネズエラ）。出典：Fev

都市および産業廃水の大部分は、適切な処理なしに排水路に変換された河川に排出されます。これにより、有機栄養素や無機栄養素など、何十年にもわたって膨大な量の汚染物質が蓄積されてきました。

1974年以降、湖の窒素濃度は2倍になり、リンは3倍になりました。窒素で146％、リンで250％の許容範囲より上に位置しています。このすべてが富栄養化の広範な現象を引き起こし、現在はかなり進んでいます。

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