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研究課題 | Project

多摩川底質の亜酸化窒素消費ポテンシャルの体系的評価:排水処理施設からの放流水の影響
Systematic evaluation of nitrous oxide consumption potentials by sediments in the Tama River: The effect of treated water discharged from a municipal wastewater treatment plant

学術研究
Academic
Research
No.360
代表研究者
Principal
Investigator
寺田 昭彦
Akihiko TERADA
所属(採択当時)
Affiliation
東京農工大学
Tokyo University of Agriculture and Technology
研究内容要約
Research
Summary

本研究では、「多摩川の生活排水処理施設の放流口付近の底質は、N2Oを消費する細菌群が生息し、N2O消費活性が高い」という仮説のもと、生活排水処理施設前後における微生物叢の群集構造解析、N2O消費を担う細菌群の定量、N2O消費ポテンシャル評価を行うことを目的とした。

中流域の排水処理施設の上流・下流を含めた多摩川の河川底質をサンプリングし、水質を測定した結果、硝酸イオンおよび溶存N2O濃度が下流に向かうにつれて増大する傾向を示した。

また、生活排水処理施設前後のこれらの濃度は優位に高くなっていることが示唆された。

次に、各底質の潜在的なN2O消費活性を評価したところ、下流に向かうにつれて、N2O消費活性が高くなること、生活排水処理施設の処理水放流口付近でN2O消費に加えN2O生成活性も高くなることを明らかにした。

さらに、各底質に生息する微生物群を、窒素化合物の変換酵素をコードする機能遺伝子として定量した結果、Clade IIタイプのN2O還元細菌の割合が高いことが示された。

一方、アンモニア酸化を担う細菌群はComammox細菌由来のamoBが検出され、アンモニア酸化およびN2O生成を担う可能性が示唆された。

16S rRNA遺伝子に基づいた解析を行った結果、N2O消費を担う微生物群として、排水処理施設での存在量が低く、ユニークな種類が検出され、河川底質土着種の可能性が示唆された。

以上より、生活排水処理施設の放流口付近の底質は、ユニークなN2O還元細菌が生息し、N2O消費に関与している可能性が示唆された。



This study hypothesizes that spots adjacent to the discharge points of municipal wastewater treatment plants (WWTPs) in the Tama River harbor bacteria capable of effectively consuming greenhouse gas nitrous oxide (N2O) and, hence, the N2O consumption activity. For the verification of this hypothesis, the work investigated the microbial community compositions, the abundances of functional genes responsible for N2O production and consumption, and the potentials of N2O consumption by river sediment. Water and sediment samples in the upstream and downstream of the Tama River were taken, subjected to the measurement of nitrogen constituents, the analyses of functional gene abundances and microbial community compositions, and the quantification of N2O consumption potentials. In the downstream direction, nitrate and dissolved N2O concentrations increased. Significantly, at spots near the discharge points of several WWTPs, these concentrations increased. The estimation of N2O consumption potentials of the sediments revealed that the potentials increased in the downstream river direction. Furthermore, inherent N2O consumption and production activities in the sediment right after WWTPs increased, indicating that it functions as both N2O source and sink. Molecular microbial analysis suggested that clade II type N2O-reducing bacteria were abundant than clade I type in the sediment. Moreover, bacteria responsible for ammonia oxidation and N2O production may be complete ammonia oxidizers. The microbial community composition analysis based on the 16S rRNA gene suggests the presence of low-abundant but unique N2O-reducing bacteria, indigenously inhabited in the river sediment. Collectively, this study illuminated that a discharge point of municipal wastewater treatment is important for N2O consumption and awaits the discovery of unexplored N2O-reducing bacteria.


共同研究者
Collaborators

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研究全文
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