富栄養化の化学

富栄養化の化学は、主にリンと窒素による栄養過多が、過剰な一次生産と酸素欠乏をどのように引き起こし、水生生態系を劣化させるかに関わる。

Definition

水生生態系における栄養過多の化学、およびそれに起因する生産性、酸素、レドックス条件の変化。

Scope

このトピックでは、富栄養化の背景にある栄養入力と制限栄養素の概念、一次生産と溶存酸素およびレドックスの化学的結合、堆積物からのリンの内部負荷、有害藻類ブルームと低酸素症を促進する条件について扱う。

Core questions

• 特定の水域において、どの栄養素が生産を制限しているのか？
• 過剰な生産はどのようにして酸素欠乏と低酸素症につながるのか？
• なぜリンは堆積物から内部的に放出されうるのか？
• 淡水域と沿岸水域において、窒素とリンの負荷はどのように相互作用するのか？

Key theories

富栄養化の制限栄養素による制御

水生生産性は通常、最も利用可能な量が少ない必須栄養素によって制御される。淡水ではリン、多くの沿岸系では窒素であることが多く、制限栄養素を削減することで富栄養化を逆転させることが可能である。

Mechanisms

栄養入力は藻類や植物の成長を刺激し、このバイオマスが分解されると、微生物の呼吸が溶存酸素を消費し、低酸素状態と還元条件を生み出す。還元条件下では、鉄と結合したリンが堆積物から放出され、外部からの入力が減少した後でも富栄養化を維持しうる内部負荷を提供する。

Clinical relevance

富栄養化はデッドゾーン、魚の大量死、有毒なシアノバクテリアブルームを引き起こす。その化学は、湖沼、河川、沿岸海域における栄養削減戦略と水質目標を導く。

History

1970年代の全湖実験は、多くの淡水においてリンが主要な制限栄養素であることを示し、管理方法を再構築した。一方、その後の研究では、沿岸の富栄養化における窒素の役割が強調された。

Debates

窒素とリンのどちらの制御を優先すべきか

リンは古典的な淡水における制限因子であるが、窒素はしばしば沿岸系を制限し、両者が共制限することもあるため、単一栄養素管理と二重栄養素管理のどちらが適切かという議論が起こっている。

Key figures

• David W. Schindler

Seminal works

• vanLoon2017
• galloway2008

Frequently asked questions

沿岸水域で報告されるデッドゾーンの原因は何ですか？

栄養素の流出が藻類ブルームを促進し、その分解が酸素を枯渇させることで、ほとんどの水生動物が生存できない低酸素ゾーンを作り出します。