窒素（N）とリン（P）はどちらも必須栄養素であり、生物が生存し、成長するために不可欠です。それらは環境に自然に存在し、通常、邪魔されていない水系で少量利用できます。
しかし、過去数世紀にわたって、人間はますます大気から N を (工業的なハーバー ボッシュ プロセスを通じて) 捕獲し、局地的な岩層から P を採掘してきました。これは主に、急成長している世界人口を養うために拡大する農地の肥沃化のために行われました。これらの栄養素の多くは、特に農地での浸出や侵食により、地表の淡水や、家庭から排出される下水に行き着きます。結果として生じるこれらのシステムの栄養素の過剰濃縮は、有害な藻類の増殖や水柱の酸素の枯渇など、多くの生態学的災害につながる可能性があり、大量の魚の死を引き起こす可能性があります.これらは、環境と経済に重要な影響を与える可能性があります。
このようなリスクを軽減することは、過去数十年にわたる環境研究と政策の主要な焦点でした。人間の活動、気候、生態系がどのように相互作用するかを完全に理解する必要があります。これらの相互作用に関する私たちの理解は、将来の環境戦略の効果を予測し、政策設計を支援するためのモデルに変換されます。最近の研究 (1) でこのようなモデルを使用して、研究者は、自然と人間の両方の供給源から地球の表層淡水への N と P の供給を評価しました。彼らは、N と P の投入量が 20 世紀でほぼ 2 倍になり、2000 年までにハーバー ボッシュ プロセスによる世界の生産量と鉱山からの世界的な P 抽出量の約半分にそれぞれ達することを示しました。
しかし、生態学的リスクは、水系に到達する栄養素の量だけでなく、その形態と、それらの放出と好ましい気候条件との一致にも依存します。溶存無機栄養形態 (それぞれ N と P の DIN と DIP に注意) は、藻類の成長に最も容易に使用できます。栄養素の形態は、その起源によって異なります。本研究では、過去の研究の広範なレビューに基づいて、主要な栄養源 (大気中の沈着、水産養殖、下水、農地からの流出、土壌損失、地下水、および砕屑性植生) からの N および P の形態を定義します。氾濫原）。これを前述の研究の結果と水流モデルの出力と組み合わせて、20 世紀にわたる世界の地表淡水への毎月の配送量を評価しました。
1900 年には、世界の河川への N と P の負荷は、主に氾濫原や地下水の腐敗した植生などの自然源 (N の 74%、P の 62%) に由来していました。それらは、アマゾンやコンゴ川流域などの熱帯地域で最も高く、大部分が有機形態でした (N で 70%、P で 44%)。アマゾンと熱帯アフリカでは、20 世紀を通じて自然資源が優勢であり続けています。しかし、彼らの貢献は 2000 年の N と P の総供給量の約 3 分の 1 にまで落ち込みました.
現在、農業活動は、すべての大陸、特に集約農業地域 (米国、ヨーロッパ、オーストラリア、中国、インド、アフリカ南部、ブラジル南部) で N と P の排出を支配しています。 N の場合、これは肥料 DIN の浸出の増加につながります。この農業由来の DIN の大部分は、地表の淡水に到達する前に土壌と地下水を通って移動します。農地からの土壌損失は、主要な世界的なリン源であり、微粒子に結合した無機リン負荷が高くなります。世界の表層淡水へのリンの総供給量は、1900 年から 2000 年の間に 40% から 50% に増加しました。さらに、世界人口の増加と都市化により、DIN と DIP に富む下水排出量が世界の河川への栄養素の流入に寄与しています。 4-5% から 12% に増加しました。
人間活動の世界的な変化は、表層淡水への栄養塩の流入を強化し、その形態を変化させただけでなく、栄養分送達の空間分布と季節変動も変化させました。たとえば、ブラジルやオーストラリアなど、農業の拡大が進んでいる地域では、肥沃な土地の流出に由来する DIN の割合が上昇しており、これは非常に季節的に変動します。北緯では、河川への DIP の供給量は、家庭からの下水の流入が増加したため、季節によって変動が少なくなりました。これらのインプットは主に毎日の消費量に依存するため、年間を通じてより安定しています。
20 世紀の間に、世界の人口は 3 倍以上に増加し、都市部に集中しています。現在、下水の排出は、すべての大陸の多くの人口密集地域で、局所的に主要な栄養源を構成しています (例 、米国の海岸沿い、ヨーロッパ、中東、または中国南東部で)、地元の淡水生態系に準一定の圧力をかけています。年間平均で下水が主要な栄養源を構成していない場所でも、他の源が少ない流出量が少ない時期には下水が優勢になることがあります.たとえば、2000 年には、西ヨーロッパの 3 分の 1 と中央ヨーロッパの 4 分の 1 で、少なくとも 1 か月間、下水が主な N と P の供給源でした。
一般に、20世紀にわたって、地表淡水への重要な人的発生源の出現により、自然発生源の影響よりも農業および下水の影響が増加し、無機NおよびP形態の割合が増加した可能性が高い.過度の藻類の成長とその後の悲惨な結果を促進します。農地の土壌や地下水から浸出する DIN は、地表の淡水に到達するまでに数年または数十年にわたって移動し、地表水の水質保護対策の効果を一時的に覆い隠します。同様に、肥沃な畑から侵食された粒子に結合した無機質の増加は、湖や貯水池などの流動の遅い地域で、ベッドの堆積物に沈降することによって蓄積する可能性があります.この蓄積された P は、後で放出される可能性があり、それによって地表淡水への長期的な供給源となります。
この作業は、表層淡水の栄養移動に関する将来の大規模研究にとって重要です。地下水の現在の特性評価を改善し、農地の施肥方法に関する空間情報を改善することにより、N および P 負荷の推定値をさらに改善できることを示します。栄養素の蓄積、堆積物からの放出、藻類の成長への取り込みなど、地球規模での川内プロセスに関する将来の研究が必要です。これにより、生態学的リスクの空間的および時間的なホットスポットの特定が可能になり、栄養負荷の高い期間と、短期的な水質悪化イベントを引き起こす可能性のある生物活動に適した気候条件が一致します。人口の増加と食料と水の需要の増加という状況において、そのような研究は、生態系の健全性を損なうことなく、栄養素と水の使用を持続的に調整するための効果的な大規模戦略を特定するために不可欠です。
これらの調査結果は、最近 Global and Planetary Change 誌に掲載された、20 世紀にわたる地球規模の河川ネットワークへの窒素とリンの負荷の形態と半年ごとの変動というタイトルの記事で説明されています。 （第163巻、2018年）。この作業は、ユトレヒト大学のローリアン ヴィルミン、ホセ M. モゴロン、アーサー H. W. ビーゼン、アレクサンダー F. バウマンによって実施されました。
参照
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