发表刊登日期: 2025/08/04
地震引起的表层崩塌带来的环境变化
-明确了北海道胆振东部地震引起的表层崩塌对河流水质和微生物社区的影响-
重点
明确了2018年北海道胆振东部地震发生的表层崩溃导致山地流域的河流水质及微生物社区发生了变化
发现表层土崩的发生规模和对环境的影响程度之间存在相关性
对于表层滑坡发生风险高的地区的水资源管理和生态系统保护的重要知识
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山地流域表层崩塌、河流水质、微生物社区关系
概要
国立研究开发法人产业技术综合研究所(以下称为“产综研”)自然积极技术安装研究中心吉原直志研究员等人，在北海道厚真町安平町的山地流域在人群中，表层崩溃明确了对河流水质和微生物社区的影响。
2018年9月6日发生的北海道胆振东部地震，观测到最大震度7级，导致北海道厚真町及安平町的山区斜面发生了总数6,000以上的表层崩塌。 产综合研究所针对这一表层崩塌给自然环境带来的变化，调查了表层崩塌的发生规模是如何影响河流水质和微生物社区的。
从水质分析的结果可知，河水的溶解离子浓度与流域内的崩塌发生规模(崩塌面积率)相关。 而且，崩塌沉积物通过的涌水分析结果表明，崩塌沉积物比周边具有更还原的环境。 另外，通过环境DNA分析，明确了河流水中和崩塌堆积物中的微生物共同体的差异。 由此可以认为，在崩塌堆积物内部进行的氧化还原反应，将引起以表层崩塌为触发的河流水质及微生物生态系统的变化。
本研究的成果将成为提供新认识的重要见解，即作为泥石流灾害诱因的表层崩塌，也会影响水资源的质量和安全性，并对微生物生态系统产生影响。
这项研究成果的详细情况，于2025年7月21日参照《日本偶像”中被选中。
研究的社会背景
斜坡崩塌是世界各地发生的自然灾害之一。 近年来，有报告称，伴随斜坡崩塌的地形变动，可能会影响河流和地下水的水质，有时还会引起水质污染*1,2。 另外，受今后气候变化的影响，暴雨的发生频率增加，预计斜坡崩塌的发生风险将在全球范围内提高。
在斜坡崩塌中，由于暴雨和地震而覆盖斜坡的土层变得不稳定，流动的“表层崩塌”，在山地占国土大部分的日本往年频发，引起了巨大的人力和经济损失。 迄今为止，表层崩塌作为泥石流灾害的触发被广泛认识，其发生机制和地形学行为的阐明正在进行。 另一方面，表层崩溃带来的对自然环境的影响，特别是对淡水资源的水质和微生物生态系统的影响，几乎没有被引起注意。
在这样的背景下，着眼于表层崩塌对水环境的“难以看到”的影响，明确其实际情况，在防灾减灾的同时，从水资源管理和生态系统保护的观点来看也可以说是重要的课题。
研究的经过
2018年9月6日，由于观测到最大震度7级的摇晃的北海道胆振东部地震，北海道厚真町及安平町发生了6,000以上的表层崩塌。 随着表层崩塌的发生，覆盖在山坡上的火山性土壤崩塌，在森林山地的谷底形成了崩塌堆积物。
产综合研究所以气候、地形、起伏、土地利用、土质、地质等环境条件相似，但崩塌发生规模不同的山地流域群为对象，通过水质分析和环境DNA分析的组合，调查了表层崩塌的发生规模对河流水质和微生物社区带来的影响。
另外，本研究得到了独立行政法人日本学术振兴会科学研究费资助事业基础研究( c ) JP23K03516“通过端成分混合分析阐明以表层崩溃为触发的河流水质变化的实际情况”( 2023〜2025年度)的支持。
研究内容
从崩塌面积率( =崩塌地面积/流域面积×100 [%] )不同的37个流域采集了河水，在24个地方采集了通过崩塌堆积物内部的泉水。 对于这些水试样，除了电导率( EC )、pH、溶解氧( DO )、氧化还原电位( Eh )、温度这样现场测定项目之外，还可以添加硝酸根离子( NO3⁻)、铵离子( NH4+)、硫酸根离子( SO42)、碳酸氢离子( HCO3⁻)、锰离子( Mn2+)、铁离子( Fe2+)等容易受到氧化还原条件影响的离子的浓度进行了测量。 采集地点中的14处采集水中的环境DNA，是用于微生物分类和鉴定的分子生物学方法16S rRNA基因分析通过实施，推测了存在的细菌和古细菌。
随着崩塌面积率的增加，河水中NH4+、HCO3⁻，Mn2+、Fe2+的浓度很高，NO3⁻、SO42的浓度降低(图1 )。 从崩塌堆积物流出的泉水与河水相比，o较低2，否3⁻、SO42的浓度和高度NH4+，Mn2+、Fe2+的浓度。 由此表明，崩塌堆积物的内部存在缺氧的还原性环境。
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图1流域塌陷面积率与河水中溶解离子浓度的关系。 崩塌面积率高的流域的河水高NH4+、HCO3⁻，Mn2+、Fe2+浓度和低NO3⁻、SO42显示浓度。
※使用的是引用原论文的图改变后的东西。
这是将高维数据可视化到低维空间的方法之一t-SNE法将水质分析的结果投影到二维空间时，明确了崩塌面积率高的流域的河水水质与通过崩塌堆积物内部的泉水水质类似(图2 )。 这表明在崩塌沉积物内部进行的水质形成过程影响了河流的水质。
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图2 t-SNE法降维水质数据。 x轴、y轴是用于在视觉上表现数据间相似性的相对坐标。 样品之间的距离越近，水质特性可以解释为越相似。 崩塌面积率高的流域的河水受到了崩塌堆积物内部进行的水质形成过程的影响。
※使用的是引用原论文的图改变后的东西。
与崩塌面积率低的流域的河水相比，在崩塌面积率高的流域的河水和通过崩塌堆积物的泉水中，检测出了很多生活在厌氧环境中的微生物。 由此可知，在崩塌堆积物内，微生物参与的水质形成过程中，脱氮(硝酸离子的还原)、硫酸还原、锰氧化物和铁的氢氧化物等的还原正在活跃地进行着。 这些还原反应被认为是与崩塌堆积物中存在的有机物的氧化联动进行的。
本研究明确了由北海道胆振东部地震引起的表层崩溃对河流水质和微生物社区的影响。 在本调查地区，覆盖斜坡的火山性土壤因表层崩塌而流下，崩塌泥沙堆积在河流流路和谷底，结果在崩塌堆积物的内部形成了被地下水饱和的还原性(厌氧性)土壤的区域。 这种还原性环境会影响崩塌沉积物中地下水的水质和微生物社区。 另外，崩塌堆积物中的地下水被河流吸收，流域内的河流水质和微生物生态系统的信号发生变化(图3 )。
从这次的调查中，没有发现相当于以表层崩溃为触发的水质污染的结果。 但是，本研究发现的流域环境的变化可能会持续到崩塌堆积物因侵蚀作用等从流域去除为止。 认为本研究得到的知识将成为评价表层滑坡发生风险高的地区水资源质量安全和生态系统健康状况的重要基础。
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图3崩塌堆积物的形成引起的氧化还原环境变化的示意图。 崩塌泥沙流入谷底，形成崩塌堆积物后，流域内会出现厌氧环境。 在该厌氧环境中，随着有机物的氧化，会进行各种物质的还原。 由于崩塌堆积物内的地下水进入河流，河流的水质发生变化。
※使用的是引用原论文的图改变后的东西。
今后的计划
在查明崩塌堆积物内部进行的微生物活动的同时，探索除氧化还原反应以外还可以考虑的水质形成过程和表层崩塌的关联性。 据此，以扩充有助于国内外山区水资源管理和生态系统保护的知识为目标。
研究人员信息
自然积极技术安装研究中心(地圈资源环境研究部门兼务)吉原直志研究员、饭岛真理子研究员
自然积极技术实施研究中心(地质信息研究部门兼务)井口亮研究小组组长
地质情报研究部门西岛美由纪技术人员
论文信息
刊登的杂志:日本偶像
论文标题: landslide deposits caused by shallow landslides alter the redox regime in forested catch ments:insights from hydro chemical and microbro
作者: Naoyuki Yoshihara，Mariko Iijima，Miyuki Nishijima，Akira Iguchi
DOI :https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.133960
参考文献
*1:Göransson，g .，Norrman，j .，Larson，m .，2018.contaminated landslide runout deposits in rivers–method for estimating lorsSci. Total Environ . 642, 553–566.
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.06.078
*2:Yoshihara，n .，Matsumoto，s .，Umezawa，r .，Machida，I .，2022.catchment-scale impacts of shallow landslides on ststawaSci. Total Environ . 825, 153970.
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153970
用语解说
山地流域
源于山地的流域。 流域是指流入某一河流或水系的雨水或雪水聚集的地形范围。 一般来说，山地流域地形起伏较大，陡坡较多，因此表层崩塌和土壤侵蚀等泥沙移动较为活跃。
表层崩溃
斜面表面附近的土壤和风化基岩因暴雨和地震而不稳定化、流动的现象。 崩落的土层厚度一般在1~几米左右。 2018年北海道胆振东部地震时，主要是在北海道厚真町及安平町的山地坡面上，表层几米厚的火山性土壤崩落，形成崩塌堆积物。
崩塌沉积物
因斜坡崩塌而移动的泥沙在谷底和斜坡下部的平缓斜坡上停止。 拦截河流的崩塌堆积物有时会形成天然水库。 崩塌堆积物在侵蚀作用下不久就会消失，但有时也需要几十~几百年才能完全消失。
16S rRNA基因分析
这是通过调查细菌和古细菌共同拥有的“16S rRNA基因”的序列，来明确存在的微生物种类的方法。 16S rRNA基因有所有细菌共同的保存区域和每个分类群不同的可变区域，适合分类和鉴定。 从环境中的水和土壤等中提取DNA，使用新一代序列发生器等分析该基因，可以全面掌握微生物共同体的结构和多样性。
t-SNE法
t-SNE ( t-distributed stochastic neighbor embedding )法在保持高维空间数据点相似性的同时，映射到二维和三维等低维空间，使数据集群和模式在视觉上更容易掌握 主成分分析采用线性方法进行降维，而t-SNE采用非线性方法。
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