非点源汚染
堆積物で汚染された泥川

非点源汚染（NPS）とは、単一の個別発生源に由来しない水や空気の拡散汚染（または汚染）を指します。このタイプの汚染は、多くの場合、広い範囲から集まった少量の汚染物質の累積的な影響です。単一の発生源から生じる点源汚染とは対照的です。非点源汚染は通常、土地の流出、降雨、大気沈着、排水、浸透、または水文学的変化（降雨と雪解け）によって発生し、汚染を単一の発生源にまでさかのぼって追跡することは困難です。[ 1 ]非点源水質汚染は、農業地域から川に流れ込む汚染された流出水や、風で運ばれた堆積物が海に吹き飛ばされるなどの発生源から水域に影響を及ぼします。非点源大気汚染は、煙突や車の排気管などを発生源として空気の質に影響を及ぼします。これらの汚染物質は点源から発生していますが、長距離輸送能力と汚染物質の複数の発生源により、非点源汚染となります。排出が水域または大気中に単一の場所で発生した場合、汚染は単一点になります。

非点源水質汚染は、様々な発生源から発生する可能性があり、問題を改善するための具体的な解決策や対策がないため、規制が困難です。非点源水質汚染は、芝生の施肥、農薬散布、道路建設、建物建設など、多くの人々の日常的な活動から発生するため、制御が困難です。[ 2 ]非点源汚染を制御するには、都市部および郊外地域、農業、林業、マリーナの管理を改善する必要があります。

非点源水質汚染の種類には、堆積物、栄養塩、有毒汚染物質、化学物質、病原体などがある。非点源水質汚染の主な発生源としては、都市部および郊外地域、農業活動、大気流入、高速道路からの流出水、林業および鉱業活動、マリーナ、ボート活動などがある。都市部では、駐車場、道路、高速道路から流出する汚染された雨水は都市流出水と呼ばれ、通常は非点源のカテゴリーに含まれる（ただし、雨水排水システムに流れ込み、パイプを通って地元の表層水に排出される場合は点源となる）。農業では、肥料を施用した農地からの窒素化合物の浸出が非点源水質汚染である。[ 3 ]農地や森林を流れる「シートフロー」からの雨水への栄養塩流出も、非点源汚染の例である。

主な種類（水質汚染の場合）

堆積物

暴風雨による土壌と肥料の流出
化学物質の投入源となる点源と非点源の特徴（Novonty and Olem 1994より改変）[ 4 ]
点光源
  • 廃水（市町村および産業）
  • 廃棄物処理システムからの流出水と浸出水
  • 家畜飼育場からの流出と浸透
  • 鉱山、油田、下水道のない工業地帯からの流出水
  • 雨水・衛生下水道の合流による溢水
  • 20,000 m 2 (220,000 ft²)未満の建設現場からの流出水
  • 未処理の下水

非点源

  • 肥料や農薬、灌漑による農業からの流出
  • 牧草地や放牧地からの流出水
  • 下水道のない地域からの都市流出水
  • 浄化槽浸出水
  • 建設現場からの流出水 >20,000 m 2 (220,000 ft²)
  • 廃鉱山からの流出水
  • 水面上の大気沈着
  • 汚染物質を発生するその他の陸上活動

堆積物（緩い土）には、シルト（細かい粒子）と浮遊物質（大きな粒子）が含まれます。堆積物は、河川の土手の浸食や、都市部および農村部の不適切な植物被覆による表面流出によって表層水に入り込む可能性があります。 [ 5 ]堆積物は水域に濁度（白濁）を生み出し、深部まで届く光量を減少させます。これにより、沈水植物の成長が阻害され、魚や貝など、それらに依存する種に影響を及ぼす可能性があります。[ 6 ]水域への堆積物の流入量が増加すると、酸素も枯渇または減少し、その地域に生息する種に有害なレベルに達する可能性があります。[ 7 ]濁度が高いと、飲料水の浄化システムも阻害されます。堆積物は、波や風によって水柱に運ばれることもあります。堆積物が継続的に浸食されると、水柱に留まり、濁度が上昇します。[ 7 ]

堆積とは、堆積物が水域に運ばれるプロセスです。堆積物は水系に堆積するか、水柱内に留まります。堆積速度が速い場合、堆積物が過剰に堆積することで洪水が発生する可能性があります。洪水が発生すると、水辺の資産は大量の堆積物によってさらに損害を受ける可能性があります。[ 8 ]

堆積物は複数の異なる発生源から排出されることもあります。発生源としては、建設現場（これらは点源ですが、侵食防止や堆積防止策で管理できます）、農地、河川敷、そして著しく撹乱された地域などが挙げられます。[ 9 ]

栄養素

非点源汚染は、降水（1）が農地（2）や都市部（3）で使用される肥料に由来する窒素（N）やリン（P）などの汚染物質を地表から運び込むことで発生します。これらの栄養素は富栄養化（4）を引き起こす可能性があります。

栄養素とは、主に流出水、埋立地、畜産、農地から発生する無機物を指します。特に懸念される栄養素はリンと窒素です。 [ 10 ]

リンは、生体が利用可能な様々な形態で存在する栄養素です。人間の下水汚泥に過剰に存在することで知られています。また、農業用、住宅用、商業用の多くの肥料の主成分でもあり、淡水系や一部の河口では制限栄養素となる可能性があります。リンは、多くの形態のリンが土壌粒子に吸着される傾向があるため、土壌浸食によって水域に運ばれることが最も多いです。水系（特に淡水湖、貯水池、池）のリンの量が多すぎると、植物プランクトンと呼ばれる微細藻類が増殖します。植物プランクトンの過剰な増殖による有機物供給の増加は、富栄養化と呼ばれます。富栄養化の一般的な症状の一つに、藻類の大量発生があります。藻類は水面に醜いスカムを発生させ、有益な植物を枯らし、味や臭いの原因となる化合物を生成し、藻類が産生する毒素によって水を汚染します。これらの毒素は、飲料水供給システムにおいて特に深刻な問題となります。なぜなら、一部の毒素は人体に病気を引き起こす可能性があり、その除去は困難で費用もかかるからです。藻類の細菌分解によって水中の溶存酸素が消費され、低酸素状態を引き起こし、魚類や水生無脊椎動物に悪影響を及ぼします。[ 11 ]

窒素は肥料のもう一つの主要成分であり、窒素が制限栄養素となる海水または汽水の河口系では、一般的に汚染物質となります。淡水におけるリンと同様に、海洋系における生物利用可能な窒素の過剰は、富栄養化と藻類の大量発生を引き起こします。海洋系における富栄養化の結果として、低酸素症がますます一般的になりつつあり、河口、湾、沿岸域の広い範囲に影響を及ぼす可能性があります。毎年夏になると、ミシシッピ川がメキシコ湾に流れ込む地点の底層水に低酸素状態が発生します。近年の夏には、この「デッドゾーン」の空中面積はニュージャージー州の面積に匹敵し、この地域の漁業に深刻な悪影響を及ぼしています。[ 12 ]

窒素は水によって硝酸塩（NO 3 ）として輸送されることが最も多い。窒素は通常、有機窒素またはアンモニア（NH 3 ）として流域に供給されるため、窒素は酸化によって硝酸塩に変換されるまで土壌に付着したままである。硝酸塩は通常既に土壌に取り込まれているため、表面流出よりも土壌を通過する水（すなわち、間隙水や排水路）によって輸送される可能性が最も高い。[ 13 ]

有毒汚染物質と化学物質

有害化学物質には主に有機化合物と無機化合物が含まれます。鉛、水銀、亜鉛、カドミウムなどの重金属を含む無機化合物は分解しにくい性質を持っています。[ 9 ]これらの汚染物質は、人間の下水汚泥、鉱山活動、車両排出ガス、化石燃料の燃焼、都市流出水、産業活動、埋立地など、様々な発生源から発生する可能性があります。 [ 10 ]

その他の有毒汚染物質には、ポリ塩化ビフェニル（PCB）や多環芳香族炭化水素（PAH）などの有機化合物、難燃剤、 DDTなどの多くの農薬、その他の殺虫剤、肥料などがあります。これらの化合物は生態系や水域に深刻な影響を及ぼし、人間と水生生物の健康を脅かす可能性がありますが、環境による分解に抵抗性があるため、環境中に残留する可能性があります。[ 9 ]これらの化合物は大気や水環境にも存在し、環境に損害を与え、生物種に有害な曝露を引き起こすリスクがあります。[ 14 ]これらの有毒化学物質は、農地、苗床、果樹園、建設現場、庭園、芝生、埋立地などから発生する可能性があります。[ 10 ]

酸と塩は主に灌漑地、鉱山作業、都市流出水、工業地帯、埋立地からの無機汚染物質です。[ 10 ]その他の無機毒性汚染物質は、鋳造所やその他の工場、下水、鉱業、石炭火力発電所から発生する可能性があります。

病原体

病原体とは、水中に存在し、ヒトに病気を引き起こす細菌やウイルスのことです。[ 9 ]病原体は通常、公共の飲料水源に存在することで病気を引き起こします。汚染された流出水に含まれる病原体には、以下のものがあります。 [ 15 ]

大腸菌や排泄物も流出水中で検出されることがある。[ 9 ] これらの細菌は水質汚染の指標としてよく用いられるが、病気の実際の原因ではない。[ 16 ]

不適切な畜産管理、浄化槽システムの不具合、ペットの排泄物の不適切な処理、人間の下水汚泥の過剰使用、汚染された雨水下水道、衛生下水道の氾濫などにより、病原体が流出水を汚染する可能性があります。[ 5 ] [ 9 ]

主な発生源（水質汚染）

都市部と郊外

都市部および郊外地域は、舗装面の多さから生じる流出水量の増加により、非点源汚染の主な発生源となっています。アスファルトやコンクリートなどの舗装面は、水の浸透を妨げます。これらの面に接触した水は流出し、周囲の環境に吸収されます。これらの面は、雨水が汚染物質を周囲の土壌に運びやすくします。[ 17 ]

建設現場は、雨、雪、雹などの降水によって容易に浸食される、かき乱された土壌になりがちです。さらに、現場に廃棄された残骸は、流出水によって流され、水域環境に流入する可能性があります。[ 17 ]

駐車場、道路、高速道路、芝生から流出した汚染された雨水（多くの場合、肥料や農薬を含む）は、都市流出水と呼ばれます。この流出水は、多くの場合、NPS汚染の一種に分類されます。また、多くの場合、市の雨水排水システムに導かれ、パイプを通って近くの地表水に排出されるため、点源と考える人もいます。ただし、すべての都市流出水が水域に入る前に雨水排水システムを流れるわけではありません。特に開発途上地域や郊外では、一部は水域に直接流れ込む場合があります。また、産業排出、下水処理場、その他の作業などの他の種類の点源とは異なり、都市流出水の汚染は、1つの活動または活動グループにさえ起因することはできません。したがって、簡単に特定および規制される活動によって引き起こされるわけではないため、都市流出水の汚染源は、自治体が削減に取り組む際に、真の非点源として扱われることもよくあります。その一例は、ミシガン州のNPS（非点源）プログラムです。このプログラムは、利害関係者が非点源汚染に対抗するための流域管理計画を作成するのに役立ちます。[ 18 ]

郊外では一般的に、芝生の手入れに化学薬品が使用されています。これらの化学薬品は、都市部の雨水溝から流出し、周辺環境に流入する可能性があります。雨水溝の水は周囲の水域に流入する前に処理されないため、化学薬品は直接水域に流入します。

その他の重要な流出源としては、生息地の改変や造林（林業）が挙げられる。[ 19 ] [ 20 ]

農業事業

栄養塩（窒素とリン）は、通常、市販の肥料、家畜糞尿、あるいは都市・産業廃水（排水）や汚泥の散布によって農地に施用されます。また、作物残渣、灌漑用水、野生生物、大気沈着物からの流出水にも栄養塩が混入することもあります。[ 21 ] : p. 2–9 硝酸塩などの栄養塩汚染は、酸素濃度を低下させることで水質を悪化させ、水生環境に悪影響を及ぼす可能性があります。その結果、藻類の大量発生や富栄養化を引き起こす可能性があります。[ 22 ]

殺虫剤や殺菌剤などの農薬も、農地から流出や堆積によって環境に流入する可能性があります。DDTやアトラジンなどの農薬は、水路を通って移動したり、空中に浮遊して風によって運ばれたりします。これは「散布ドリフト」と呼ばれます。[ 23 ] 畑から流出した堆積物（緩い土壌）は、農業汚染の一形態です。工場型農場など、大規模な畜産・養鶏施設を持つ農場は、しばしば点源排出源となります。これらの施設は、米国では「集中型動物飼養施設」または「フィードロット」と呼ばれ、政府の規制が強化されています。 [ 24 ] [ 25 ]

米国における非点源汚染の大部分は農業活動によるものです。広大な土地が耕作のために耕されると、かつては埋もれていた土壌が露出し、緩みます。その結果、露出した土壌は暴風雨による浸食を受けやすくなります。また、近隣の水域に流入する肥料や農薬の量も増加する可能性があります。[ 17 ]

大気からの流入

大気沈着は、無機および有機成分が大気汚染源から地上の受容体へと輸送されるため、これらの成分の発生源となる。[ 26 ] [ 27 ]一般的に、工場などの産業施設は煙突から大気汚染物質を排出する。これは点源ではあるが、分布特性、長距離輸送、および汚染源の複数性のため、沈着域では非点源とみなすことができる。流出水の質に影響を与える大気流入は、暴風雨間の乾性沈着と暴風雨中の湿性沈着に起因する可能性がある。高速道路、道路、駐車場の上または付近で発生する湿性沈着および乾性沈着に対する車両交通の影響は、流出水における様々な大気源の規模に不確実性をもたらす。これらの濃度と負荷を定量化するのに十分なプロトコルを使用する既存のネットワークは、対象となる成分の多くを測定しておらず、これらのネットワークは局所規模で良好な沈着量の推定値を提供するには疎すぎる。[ 26 ] [ 27 ]

高速道路の流出水

高速道路からの流出水は、非点源汚染全体の中では小さいながらも広範囲に及んでいる。[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]ハーネッド（1988）は、流出水の負荷は大気降下物（9%）、車両沈着物（25%）、高速道路のメンテナンス資材（67%）で構成されていると推定し、これらの負荷の約9%が大気中に再飛散するとも推定した。[ 34 ]

林業および鉱業

林業や鉱業は非点源汚染に大きく関与する可能性がある。[ 35 ]

林業

林業作業は特定の地域の樹木数を減らし、その結果、その地域の酸素レベルも低下させます。この作業に加え、重機（収穫機など）が土壌を走行することで、侵食のリスクが高まります。[ 35 ]

鉱業

稼働中の採掘作業は点源とみなされますが、廃坑採掘作業からの流出水は非点源汚染の一因となります。露天採掘では、山頂部を削り取り、目的の鉱石を露出させます。採掘終了後、この部分が適切に埋め立てられなければ、土壌浸食が発生する可能性があります。さらに、空気と新たに露出した岩石との化学反応により、酸性の流出水が生じる可能性があります。廃坑採掘作業から滲出する水も非常に酸性になる可能性があります。これが最寄りの水域に浸透し、水生環境のpHを変化させる可能性があります。[ 17 ]

マリーナとボートアクティビティ

ボートのメンテナンスに使用される塗料、溶剤、オイルなどの化学物質は、流出水によって水中に流れ込みます。さらに、ボートから燃料が流出したり、直接水中に漏れたりすることで、非点源汚染の一因となります。ボートや排水ステーションの衛生的な廃棄物容器が適切に管理されていないと、栄養素や細菌のレベルが上昇します。[ 17 ]

制御（水質汚染）

土壌を保持し、浸食を軽減するために使用される等高線緩衝帯

都市部と郊外

非点源汚染を抑制するために、都市部と郊外部の両方で様々なアプローチが考えられます。緩衝帯は、駐車場や道路などの不浸透性舗装材と最も近い水域との間に芝生のバリアを形成します。これにより、土壌が汚染物質を吸収し、地域の水系に流入することを防ぎます。排水域に貯留池を建設することで、流出汚染と水域環境の間に水質緩衝層を作ることができます。流出水と雨水は貯留池に流れ込み、汚染物質は沈殿して池に閉じ込められます。多孔質舗装を使用することで、雨水や雨水は舗装下の地面に浸透し、水域に直接流入する流出水の量を減らすことができます。湿地の造成などの修復方法も、流出を遅らせ、汚染物質を吸収するために用いられます。[ 36 ]

建設現場では、汚染と流出を減らすための簡便な対策が一般的に実施されています。まず、建設現場の周囲に堆積物やシルトフェンスを設置し、近隣の水域に流入する堆積物や粗大廃棄物の量を減らします。次に、建設現場の境界に草や藁を敷くことも、非点源汚染の削減に効果的です。[ 17 ]

戸建て住宅に浄化槽が設置されている地域では、地方自治体の規制により、水質基準の遵守を確保するために浄化槽の維持管理が義務付けられる場合があります。ワシントン州では、商業用またはレクリエーション用の貝類養殖場が継続的な非点源汚染のために格下げされた場合、「貝類保護地区」を設置するという斬新なアプローチが開発されました。貝類保護地区は、水質と干潟資源を保護するために郡によって指定された地理的区域であり、非点源汚染を制御するための水質サービスのための地方資金を生み出すメカニズムを提供します。[ 37 ]ピュージェット湾南部の少なくとも2つの貝類保護地区は、浄化槽の運用と維持管理に関する義務を設けており、プログラム費用は固定資産税に直接連動しています。[ 38 ]

農業事業

農家は、堆積物や流出水を抑制するために、土壌侵食防止策を用いて流出水量を減らし、圃場の土壌を保持することがあります。一般的な手法としては、等高線耕起、作物のマルチング、輪作、多年生作物の栽培、河畔緩衝帯の設置などがあります。[ 21 ] : pp. 4-95–4-96 [ 39 ] [ 40 ]保全耕起は、流出水を減らすために用いられる概念です。農家は、以前の作付けで生じた作物の残渣（残渣）を地表および地中に残しておくことで、飛沫浸食や面状浸食を軽減します。[ 17 ]

養分は通常、市販の肥料、家畜糞尿、あるいは都市下水や産業排水（廃水）や汚泥の散布として農地に施用されます。また、作物残渣、灌漑用水、野生生物、大気降下物からの流出水にも養分が混入することもあります。[ 21 ]：2～9頁。 農家は、養分過剰施用を減らすための栄養管理計画を策定・実施することができます。 [ 21 ]：4～37頁～4～38頁 [ 41 ]

農薬の影響を最小限に抑えるために、農家は総合的病害虫管理（IPM）技術（生物学的害虫防除を含む）を使用して、害虫の制御を維持し、化学農薬への依存を減らし、水質を保護することができます。[ 42 ] [ 43 ]

林業作業

伐採跡地（スキッドトレイルとも呼ばれる）を適切に計画的に配置することで、発生する土砂の量を削減できます。伐採跡地からできるだけ離れた場所にトレイルを計画し、地形に沿って配置することで、流出水に含まれる緩い土砂の量を減らすことができます。さらに、伐採後にその土地に植林することで、土壌が安定を取り戻すための構造が整い、伐採された環境が回復します。[ 17 ]

マリーナ

マリーナのドックにある燃料ポンプに遮断弁を設置することで、水への流出量を減らすことができます。さらに、マリーナ内のボート乗りが容易にアクセスできる場所にポンプアウトステーションを設置することで、衛生廃棄物を水に直接投棄することなく、清潔な場所に廃棄することができます。さらに、マリーナ周辺にゴミ箱を設置するといった簡単な対策でも、大きな物体が水に流入するのを防ぐことができます。[ 17 ]

国別の例

アメリカ合衆国

非点源汚染は今日のアメリカ合衆国における水質汚染の主な原因であり、農業や水力改良からの汚染された流出水が主な発生源となっている。[ 44 ] : 15 [ 21 ]

米国における非点源汚染の規制

非点源の定義は、米国環境保護庁（EPA）の解釈による米国水質浄化法で扱われている。この法律では非点源に対する連邦規制を直接規定していないが、州政府および地方自治体は州法に準じて規制することができる。例えば、多くの州は海岸線などの場所に対して独自の管理プログラムを実施する措置を講じているが、そのすべては米国海洋大気庁（NOAA）およびEPAの承認を得る必要がある。[ 45 ]これらのプログラムなどの目標は、既存のシステムを成長させ、改善することで、州全体の汚染削減を促す基盤を作ることである。[ 46 ]これらの州政府および地方自治体内のプログラムは、汚染の最大量を削減するための最も費用のかからない方法を見つけるという目標を達成するために、最善の管理慣行（BMP）に目を向けている。BMPは農業用および都市部の流出水の両方に実施することができ、構造的または非構造的方法とすることもできる。 EPAや天然資源保全局などの連邦政府機関は、非点源汚染のさまざまなカテゴリーに対して一般的に使用されるBMPのリストを承認し、提供しています。[ 47 ]

米国水質浄化法の州に対する規定

議会は1987年にCWA第319条助成金プログラムを承認しました。助成金は、政策の実施と更なる発展を促進するために、州、準州、部族に提供されます。[ 48 ]この法律は、すべての州にNPS管理プログラムの運用を義務付けています。EPAは、水域の絶え間なく変化する性質を効果的に管理し、319条助成金の資金と資源を効果的に活用するために、定期的なプログラムの更新を義務付けています。[ 49 ]

1990年の沿岸域法再承認修正案（CZARA）は、沿岸域管理法に基づくプログラムを創設し、沿岸水域を持つ州における非点源汚染管理対策の開発を義務付けました。[ 50 ] CZARAは、海岸線を持つ州に対し、水質汚染を修復するための管理対策を実施すること、そしてこれらの対策の成果が採用ではなく実施となることを確実にすることを義務付けています。[ 51 ]

参照

参考文献

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