ため池の溶存酸素と食物連鎖 - アオコが大発生した夏
山口県内のため池で、夏の晴れた日に、水温と溶存酸素量を24時間連続で測定した。池にはオオカナダモや植物プランクトンが多く、フナ、モツゴ、ヤゴ、ミジンコがすんでいる。溶存酸素量は池の岸から2 m、水深50 cmの地点で、センサーを用いて測った。測定日は風が弱く、池の水はほとんどかき混ぜられていなかった。この池は水深が約1.5 mで、底には落ち葉や泥がたまっている。測定の結果、溶存酸素量は14時ごろに12 mg/Lと最大になり、明け方5時ごろに4 mg/Lと最小になった。水温は5時が26 ℃、14時が31 ℃であった。同じ年の別の夏には、この池でアオコが大発生し、水面が緑色の膜で覆われ、水の透明度は大きく下がった。その時期、明け方にフナが水面近くで口をぱくぱく動かすようすが観察され、数日後に魚が死んだ。アオコが発生していない年の同じ時期には、魚が死ぬことはなかった。池の上流には畑があり、肥料の成分である窒素やリンが、雨水とともに流れ込んでいる。Gさんは「アオコが増えたのだから、魚のえさが増えて魚も増えるはずだ」と言った。
1. 溶存酸素量が14時に最大、5時に最小になる理由を、光合成と呼吸の関係から説明せよ。
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昼間は植物プランクトンやオオカナダモが光合成を行い、呼吸で消費する量を上回る酸素をつくる。そのため酸素が水中に蓄積し、光が最も強い14時ごろに最大になる。
夜は光合成が行われず、水中の生物の呼吸と、底の落ち葉や泥を分解する微生物の呼吸だけが酸素を消費する。日没から明け方まで消費が続くので、5時ごろに最小になる。
さらに、水温が高いほど酸素は水に溶けにくい。14時は31 ℃で酸素が抜けやすい条件だが、光合成量が多いためにそれを上回っている。反対に5時は26 ℃で、酸素は溶けやすい条件なのに量が最も少ない。これは、酸素量を決めているのが主に生物のはたらきであることを示している。
2. アオコが大発生した夏に、明け方に魚が水面で口を動かし、やがて死んだ理由を説明せよ。
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アオコが水面を覆うと光が水中に入りにくくなり、深いところの植物プランクトンや水草の光合成量が減る。
夜間は、アオコ自身の呼吸に加えて、死んだアオコを分解する微生物の呼吸によって大量の酸素が消費される。そのため明け方の溶存酸素量は、通常よりずっと低くなる。
水面付近は空気に接して酸素が多いので、魚は酸欠を避けて水面に集まり、口を動かすようになる。それでも酸欠が続けば死んでしまう。
Gさんの「えさが増えて魚も増える」という考えは、酸欠や水質の悪化というマイナスの影響を考えていない点で誤りである。
3. 窒素やリンが流れ込むと、この池の生物にどのような影響が出ると考えられるか。食物連鎖と水質の両面から説明せよ。
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窒素やリンは植物プランクトンの栄養になるため、植物プランクトンが増える（富栄養化）。
一見するとミジンコやフナのえさが増えるように思えるが、実際には次のような問題が起こる。
① 特定の種だけが急に増えると、それを食べる生物が対応できず、食物連鎖がつながらない。 ② 増えたプランクトンが死ぬと、分解する微生物が大量の酸素を使うため、明け方の酸欠が起こりやすくなる。 ③ 水面が覆われると光が遮られ、水中の水草が減る。産卵場所やかくれ場所も失われる。
結果として魚が死に、生物の種類が少ない池になる。短期的な「えさが増える」という見方だけで判断してはいけない。