| 2002年度 神奈川県高等学校総合文化祭 理科専門部 研究発表大会 教育長賞受賞 足柄地域の水田のウキクサ 神奈川県立足柄高等学校 生物部 ２年 岩川寛樹・浅井慶多・尾登正規 指導 池田博明・市川恵三 はじめに 『生物』生態の授業（市川恵三先生）で、生徒の同定では水田に｢チリウキクサ｣があったという。チリウキクサは帰化種（南米産）である。在来種と帰化種の競争は面白いテーマになりそうだ。早速、水田のウキクサ分布調査を試みることにした。2002年6月30日に南足柄市域を狩川に沿って水田で予備調査を行った。 その結果、チリウキクサと思えた浮き草はアオウキクサであることが分った。チリウキクサには１本しか葉脈がないが、アオウキクサには３本の葉脈がある。しかし、アオウキクサの両側の３本は肉眼ではよく見えないのだ。ウキクサの場合、葉に見えるもの（葉状体）は茎に相当する。 『神奈川県植物誌』によると、南足柄市域にはウキクサ Spirodela polyrhiza とアオウキクサ Lemna paucicostata の２種が分布していた（早川亮太担当。他に神奈川県内のウキクサは横浜市域に帰化種ヒメウキクサ Spirodela oligorhiza ）。どちらも在来種であった。ウキクサはアオウキクサよりずっと大きく、葉裏が赤く、根数も多いので識別は簡単であった。  予備調査の結果、地蔵堂まで遡るとウキクサが見られなくなることが分った。水田の分布も地蔵堂あたりが狩川上流部の限界であった。 いったい、なにが両種の分布の違いをもたらしているのだろうか。いや、本当にこの2種の分布に違いはあるのだろうか。『神奈川県植物誌』からはそのようなデータは読み取れないのだ。 小田原市域、山北町域まで拡大してもっと広範に調査してみる必要がありそうだ。 足柄地域のウキクサ分布 しかし、生物部員数人でウキクサの分布調査を広範囲に行うことは無理である。 そこで、一年生全員に協力を依頼した。夏休みの課題に｢自宅付近の水田のウキクサ調査｣を付け加えたのである。提出されたレポートを夏休み直後に部員で全部チェックして足柄地域のウキクサ・マップを作成した。１年生のレポートには実物標本を貼り付けさせたので、すべて同定が正しいかどうかがチェックできた。誤同定したのは205人中3人だけだった。  このマップを見ると興味深いことがいろいろ分る（青丸がアオウキクサ、緑丸がウキクサを表す）。まず、足柄平野全体に両種が分布していること、しかし、よく見ると狩川沿いでは（南足柄地域では）矢倉沢までは両種が分布していたが、地蔵堂にはアオウキクサだけであったこと、酒匂川沿いでは（山北町域では）向原までは両種が分布していたが、谷峨ではアオウキクサだけであったこと。  マップは間接的に水田の分布を表してもいる。足柄平野全体にはまだかなりの水田が残されていることがわかった。湯河原地域と箱根地域の生徒はほとんど地元で水田を確認していないことも分った（おそらく町内にほとんど水田がないのであろう）。水田は足柄平野では地下水源として大変に重要である。内田幸男（1978）によると足柄平野の地下水の収入は日当り54万ｔで、その内訳は酒匂川から36万ｔ、川音川から3万ｔ、狩川から15万ｔ。一方支出は日当り43万ｔ〜58万ｔで、内訳は海に流れ下る3万ｔ、河川水としてしみ出る5ｔ〜10万ｔ、家庭の自噴井から5万ｔ〜10万ｔ、工場（富士フィルム・富士ゼロックス・小西六・明治乳業・山陽スコット）で揚水30万〜35万ｔ。支出が超過すると塩水化する危険性がある。７月のかんがい期には水田に水が溜められているため収入が上回っているし、工場が休みの時期には地下水位が上がっていた。富山和子氏は、『水と緑の国、日本』（2000）で水田は多目的ダムであると強調している。 ところで、なぜ川の上流部にウキクサが分布していないのだろうか。水温のせいだろうか。それともこの２種の光合成能力に決定的な違いがあるのだろうか。 光合成量をテストする  ウキクサとアオウキクサを採集して光合成量をテストすることにした。しかし、光合成定量装置（マノメーター）がない。理科機器のカタログで見ると63000円もするのだ。とても高価すぎる。そこでカタログの図を見ながら自作することにした。枝付きフラスコにゴム管をつなぎ、U字型に曲げたガラス管を接続すればなんとかなりそうである。アクリル水槽にガラス管をセロテープで貼り付けて保持した。ゴム管と枝付きフラスコの接続部に東急ハンズで見つけた実験用T字コックを使った。１モル濃度の炭酸カリウム水溶液と１モル濃度の炭酸水素カリウム水溶液を混合して作った二酸化炭素緩衝液をフラスコ内のろ紙にセットした。混合比率は15％：85％にした（若菜博，1998：川和高校，2001参照）。このような設定で光合成による酸素発生量を測定できる。 自然光を用い、簡易ルクス計で照度を測定した。気圧はアネロイド気圧計で、気温は105℃までのアルコール温度計で測定した。自作の光合成定量装置は２個のフラスコのうち、１個が正常に作動せず、結局１個だけで繰り返し６回ほど測定した。そのうち、気圧・気温・照度が同一で両種を比較できたのは23.2℃、6000ルクスの条件のときだけであった。
そこで、このデータを分析した。 生データからはアオウキクサの方が光合成能力が高いように思える。しかし、ひょっとすると葉状体の量そのものが違う可能性がある。ウキクサの葉状体は広くて厚いのに、アオウキクサの葉状体は小さく薄い。目測では両種の同化部（葉状体）の差が分らないのだ。どうしても、葉状体だけの重量を測定して比較しなくてはならない。正直言ってこれはかなり面倒であった。 
葉状体と根を切り分けてそれぞれを電子レンジで乾燥させる。その重さを測定した。最初はティッシュ・ペーパーに載せて測定したが、それではダメであった。普通の状態のティッシュ・ペーパーはかなり水分を含んでいるのだ。電子レンジに入れると、紙自身がかなり軽くなってしまうのである！薬包紙だけが使用可能な紙であった。
葉状体１mg当りの酸素発生量で比較したところ、両種の光合成能力は等しいという結果になった。ちなみに、変動した気圧を補正した。 この結果にはがっかりさせられた。分布に影響する要因の違いがどこにあるのかが、判明せず、振り出しに戻ってしまったからである。
ウキクサと水温 南足柄市子ども図書館にいぬいみのる著『ウキクサのじゅうたん』（大日本図書）という本があった（岩川、発見）。ウキクサの生態が書かれた貴重な本である。この本のなかに、｢ウキクサが密集することによって水田の水温が下がり、イネの生育に悪影響がある｣と書かれていた。実は１年生のレポートの中にも１年５組の鷲津さんが同様のことを書いていた。 早速確認してみることにした。発泡スチロールのどんぶりに水を同量入れた。そしてアオウキクサで水面全体を被ったもの、約半分を被ったもの、全く被わなかったもの、ウキクサで同様の設定をして合計６個の実験区で水温を異なる日時に測定した。気温の低い日時もあれば、高い日時もあった。データを総合してみると、本に書いてあるような結果にはならなかった。むしろ逆であった。  浮き草がある方が平均26.0℃と、水だけの平均25.0℃よりも高くなってしまった。 強光条件、高温条件ではもっと明らかで、平均すると2.0℃も違う。 この結果には頭をかかえてしまった。なぜこうなったのかが分らないからである。 そこで、｢マット効果｣というものを考えた。｢マット｣はじゅうたん、布団のことである。昼間に温められた水は夜間に放射冷却で冷える。その放熱が水面のウキクサのじゅうたんで抑えられるのではないか、と考えてみたのである。 これが正しいとすれば、｢マット効果｣はなにも浮き草でなくてもいいはずである。水面に浮く物体があれば同じ効果をするのではないか。そこで発泡スチロールを浮かして水温を測定し、水だけのものと比較してみた。その結果、0.6℃〜1.7℃も浮いた物がある方が水温が高くなった。（理科部研究発表大会の審査員講評で中村隆一先生より｢水の蒸発が抑制される結果、気化熱を抑制する可能性がある｣と指摘をいただいた）。 しかし、この結果はあくまでもミニスケールである。 実際の水田で本当に水温が高くなっているのか、低くなっているのかを調査しなければならない。ミニスケール実験で本と逆の結果を確認した9月29日（日）、水田がそろそろ稲刈りを始めている時期だったので、不安を覚えながら学区の水田を自動車で回ってみた。なんと、どの水田も水を落としてしまっていた。まだ稲刈りを始めていない水田でも水を落としていた。これはショックであった。ほんの２日前にはちゃんと水田には水があったのだ。狩川の上流域、地蔵堂の水田ではすっかり稲刈りが終わっていた。 マクロスケールの水温調査はできなかったのである。来年の課題となってしまった。 なお、この日には、川にそって水温測定を行った。 その結果、上流から下流に行くにつれて水温は高くなっていた。地蔵堂の渓流では16.0℃、用水路の流水は17.2℃、矢倉沢本村の用水路の流水は17.9℃、雨坪の用水路の流水は18.1℃でああった。これらの用水路の流水はかなり激しい流れである。にもかかわらず、水温は劇的に異なっていた。開成町牛島の静水は20.8℃（用水路の蓋は重くて持ち上げられなかった）。 このような水温がウキクサの生育に影響を与えることは十分ありうると思った。 まとめと今後の課題 (1)足柄地域には２種のウキクサがあった。アオウキクサは川の上流部まで分布していた。 (2)ウキクサとアオウキクサの光合成能力は等しかった（23.2℃、6000ルクス）。 (3)水面にウキクサが浮いている方が水温は高くなった（ただし、屋内実験の場合）。 (4)流水の水温は上流部では低かった。 （ａ）アオウキクサとウキクサの２種の水温に対する耐性を比較する必要がある。 （ｂ）栄養塩類の差がウキクサの生育に影響している可能性がある。 （ｃ）強光条件下での光合成量を比較する必要がある。 （ｄ）｢マット効果｣が実際の水田でも見られるかどうかを調査する。
参考文献 いぬいみのる，1976．ウキクサのじゅうたん．大日本図書． 大瀧末男．帰化水草、IN 長田武正，1976.原色日本帰化植物図鑑．395-404.保育社． 神奈川県植物調査会，1998．神奈川県植物誌．． 川和高校生物部．2001．光合成の研究．理科専門部会研究紀要,第12集．25-27. 若菜博，1998.植物の葉以外の部分は光合成しているか．ウェッブ・ページ |
