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Static モデルと Dynamic モデルの間酸性化影響評価の事例から農業環境技術研究所　　林　健太郎

自己紹介氏名：林　健太郎　（はやし　けんたろう）所属：農業環境技術研究所物質循環研究領域専門分野：　大気科学，土壌学研究キーワード：　物質循環，大気－陸面相互作用

地球システムの窒素賦存?循環量循環量（青：自然，赤：人為， 90 年代， Tg N yr -1 ， Gruber & Galloway 2008 より作図）賦存量（緑， Tg N ， Svensson & S ?derlund 1975 ）人間活動化石燃料消費工業的窒素固定 125 25 雷 5 大気陸域海洋肥料沈着窒素固定脱窒硝化? 脱窒脱窒沈着窒素固定脱窒硝化? 脱窒沈着発生 100 4 240 140 10 +40 17 +20 8 +4 100 +15 110 +35 20 +55 20 +50 生物炭素生物炭素反応性窒素 Reactive N 反応性窒素 Reactive N 河川流出生物リン生物リン埋没 30 +50 25 NO 3 , NH 4 NO 3 , NH 4 N 2 N 2 N 2 O NO 3 , NH 4 N 2 N 2 N 2 N 2 O 3.9×10 9 7.3×10 2 1.1×10 6 2.2×10 7 溶存 N 2 岩石堆積物石炭鉱床 1.9×10 11 4×10 8 1.2×10 5

陆域生态系の窒素循环の全体像

大気土壌分子拡散による大気への放出 NH 4 + 酸化数 NO 2 - NO 3 - N 2 O NO N 2 －３－２－１０＋１＋２＋３＋４＋５脱窒硝化硝化?脱窒に伴う窒素の化学種および酸化数の変化（教科書的模式）

硝化?脱窒に伴う窒素の化学種および酸化数の変化（仮想を含む全体像）分子拡散による大気への放出 NH 4 + 酸化数 NO 2 - NO 3 - NH 2 OH N 2 O NO N 2 －３－２－１０＋１＋２＋３＋４＋５脱窒硝化 Anammox HNO H 2 N 2 O 2 N 2 H 4 ? ? 同化大気土壌

窒素沈着の増加がもたらす影響（林， 2008 ）窒素沉着の影响

酸性化問題とは？酸性化（ acidification ）：　人為的に排出される酸性化原因物質に起因する環境の酸性化主な原因物質は硫黄酸化物や窒素酸化物大気中で硫酸や硝酸となり沈着して酸性化を起こす一般には「酸性雨」として知られる現象酸性化問題の特徴大気輸送により酸性化物質の沈着は広範囲で起こる付近に汚染源がない清浄地域でも酸性化が起こり得るひとたび酸性化した環境は容易に元に戻らない発生源対策が唯一の根本的な対策越境大気汚染の一環として政治問題にもなりやすい

大気中の主な酸性化物質硫酸（ H 2 SO 4 ）大気中の主な強酸．人為起源の寄与が大きい硝酸（ HNO 3 ）大気中の主な強酸．人為起源の寄与が大きい塩酸（ HCl ）強酸．大気中の存在比率は低い有機酸（ RCOOH ）弱酸．低分子有機酸が主体（ギ酸，酢酸など）．大気中の存在比率は低い．ただし，清浄地では相対的に重要アンモニア（ NH 3 ）塩基性物質であるが??，

NH 3 ：酸性化に寄与する塩基性物質大気中の NH 3 は，硫酸や硝酸の中和に重要な塩基 NH 3 ＋ H 2 O 　->　 NH 4 + ＋ OH - 2NH 4 + ＋ SO 4 2- 　->　 (NH 4 ) 2 SO 4 NH 4 + ＋ NO 3 - 　->　 NH 4 NO 3 しかし，ひとたび地上に沈着すると， NH 4 + の一部は硝化菌と総称される微生物に利用される NH 4 + ＋ 2O 2 　->　 NO 3 - ＋ H 2 O ＋ 2H + これを，硝化（硝酸化成）（ nitrification ）という厳密にはアンモニア酸化と亜硝酸酸化の２段階からなる NH 4 + が硝化されると正味で１価の酸として寄与硝化のため一般に浸透水の NH 4 + 濃度は低い

「酸性雨」？意味の限定：　雨による湿性沈着をあらわす．雨が多い日本：　酸性雨という用語が広がった原因．酸性化に関して：　酸性化物質（酸性物質＋ NH X ）の大気からの沈着を総称して「酸性沈着」．大気沈着酸性沈着酸性雨湿性沈着

Black triangle での森林衰退 ?ern? and Pa?es （ 1995) 1976

Black triangle での森林衰退 1995 ?ern? and Pa?es （ 1995)

ノルウェーにおける魚類影響酸性化による魚類被害が生じた領域の拡大（ノルウェー）（ Hesthagen et al. 1999 ）

欧州における調査活動 1978 年：　欧州監視評価計画（ EMEP ）が発足調査対象：　当初は，酸性化の原因物質となる硫黄酸化物および窒素酸化物酸性沈着の観測サイト（ 2001 年時点， EMEP ）

欧州での対策の枠組み Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution （ LRTAP ）：　長距離越境大気汚染協定事務局：　国連欧州経済会議（ UNECE ） 1979 年採択， 1983 年発効 49 ヶ国が参加（ 2004 年 6 月時点）酸性化などの多様な大気環境問題に取り組む科学と政策との結合にあたっての重要な枠組みこれまでに８つの議定書を締結先述の EMEP も重要な活動の一つ

LRTAP 協定の枠組み（ LRTAP 協定 HP より）＊ ICP: International Co-operation Programme

LRTAP 協定の議定書 1984 　ジュネーブ議定書：　 EMEP の活動内容を規定 1985 　ヘルシンキ議定書：　硫黄酸化物を規制 1988 　ソフィア議定書：　窒素酸化物を規制 1991 　ジュネーブ議定書：　 VOC （揮発性有機炭素）を規制 1994 　オスロ議定書：　硫黄酸化物のさらなる規制 1998 　オルフス議定書：　重金属を規制 1998 　オルフス議定書：　 POPs （残留性有機汚染物質）を規制 1999 　ヨーテボリ議定書：　酸性化物質，富栄養化物質，対流圏オゾンのさらなる規制

酸性化に関して重要な議定書ヘルシンキ議定書（ 1985 ； 22 ヶ国批准）硫黄排出量と越境フラックス：　 1993 年までに少なくとも 30 ％削減（ 1980 年基準）　->　いわゆる 30 ％クラブソフィア議定書（ 1988 ； 28 ヶ国批准） NO X 排出量と越境フラックス：　 1994 年末に 1987 年の実績を超えないオスロ議定書（ 1994 ； 25 ヶ国批准）硫黄酸化物排出量：　 2000 ， 2005 ， 2010 年の排出量目標値を設定（ 1980 ， 1990 年を基準）各国の硫黄酸化物排出量，大気輸送および臨界負荷量のモデル評価結果を利用し，国ごとに異なる削減目標を設定ヨーテボリ議定書（ 1999 ； 31 ヶ国調印， 11 ヶ国批准，未発効）硫黄， NO X ， VOC ， NH 3 排出量：　少なくとも， 2010 年の排出量を硫黄 63 ％， NO X 41 ％， VOC 40 ％， NH 3 17 ％削減（ 1990 年基準）酸性化，富栄養化，対流圏オゾン増加を軽減するために，欧州全域での包括的な削減目標を設定

EMEP の概要 1978 年に発足． OECD の 1973 ～ 1975 年の先駆的調査を継承大気汚染物質の越境輸送問題に取り組む正式名称：　 Co-operative Programme for Monitoring and Evaluation of the Long-Range Transmission of Air Pollutants in Europe. 初期には，酸性化および富栄養化物質を対象次には，対流圏オゾンにも拡大さらに近年には，残留性有害有機物（ POPs: Persistent organic pollutants) ，重金属，粒子状物質にも拡大基本要素 Emission inventory ：　大気汚染物質の排出量の把握 Measurements ：　湿性沈着および乾性沈着の観測 Modeling ：　大気輸送や大気沈着のモデル評価これらの結果を用いて統合評価を行う

対策の流れ（欧州?超概略）どれだけ沈着しているのか湿性沈着（観測），乾性沈着（観測＆モデル）どれだけ発生しているのか観測（ボトムアップ），統計＆モデル（トップダウン）発生したものがどこにどれだけ沈着するのか Source-Receptor Relationship （モデル）受け取る生態系がどれだけ耐えうるのか Critical load (static model), 経時変化 (dynamic model) 影響を考慮した上で，各国の削減目標を設定国によって不平等な削減義務－科学的根拠あってのこと削減対策実施

つくばみらい FACE （ 2010 ～）

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