米乐(中国)官方网站 地震导致地表塌陷引起的环境变化

米乐m6官方网站 (AIST) 自然正向技术实施研究中心研究员 Naoshi Yoshihara盆地在群组中，表面塌陷的影响河流水质和微生物群落。

2018 年 9 月 6 日发生的北海道胆振东部地震，最大震度为 7 度，导致北海道厚真町和安平町的山坡出现 6000 多处地表塌陷。 AIST调查了这种地表塌陷对自然环境造成的变化，并调查了地表塌陷的规模如何影响河流水质和微生物群落。

水质分析结果显示，河水中溶解离子浓度与流域内塌陷发生规模（塌陷面积比例）相关。此外，折叠押金的泉水分析研究表明，崩塌沉积物的环境比周围地区还​​原性更强。此外，环境 DNA 分析揭示了河水和塌陷沉积物中微生物群落的差异。据此，认为塌陷沉积物内部发生的氧化还原反应导致了表层塌陷引发的河流水质和微生物生态系统的变化。

这项研究的结果是重要的发现，它提供了新的认识：地表塌陷是导致山体滑坡的原因，会影响水资源的质量安全，还会影响微生物生态系统。

此研究结果的详细信息将于 2025 年 7 月 21 日发布。水文学杂志

边坡塌陷是世界各地发生的自然灾害之一。近年来，有报道称，与边坡破坏相关的地形变化会影响河流和地下水的质量，在某些情况下可能会造成水污染。^*1,2此外，由于气候变化的影响，暴雨频率增加，预计全球范围内斜坡崩塌的风险也会增加。

在日本，大部分地区都是山区，在斜坡破坏中，“表面破坏”（即覆盖斜坡的土层因大雨或地震而变得不稳定并流动）每年都会频繁发生，造成巨大的人员和经济损失。迄今为止，地表破坏已被广泛认为是滑坡的触发因素，并且在阐明其发生机制和地貌行为方面正在取得进展。另一方面，地表塌陷对自然环境的影响，特别是对淡水资源和微生物生态系统质量的影响却很少受到关注。

基于这样的背景，关注地表塌陷对水环境的“难以看见”的影响并厘清实际情况，不仅从防灾减灾的角度，而且从水资源管理和生态系统保护的角度来看，都是一个重要的问题。

2018年9月6日最大震度7级的北海道胆振东部地震，造成北海道厚真町和安平町6000多处地表塌陷。当表面塌陷发生时，覆盖斜坡的火山土塌陷，并在森林山区的谷底形成塌陷沉积物。

AIST 通过结合水质分析和环境 DNA 分析，研究了地表塌陷的规模如何影响河流水质和微生物群落，针对气候、地形起伏、土地利用、土壤质量和地质等环境条件相似但塌陷规模不同的山地盆地群。

这项研究得到了日本学术振兴会科学研究资助金 (C) JP23K03516“利用端元混合分析阐明地表塌陷引发的河流水质变化的实际状态”（2023-2025 年）的支持。

从37个具有不同塌陷面积比例（=塌陷面积/流域面积×100[%]）的盆地收集河水，并在24个地点收集通过塌陷沉积物内部的泉水。对于这些水样，除了电导率（EC）、pH、溶解氧（DO）、氧化还原电位（Eh）、温度等现场测量项目外，还有硝酸根离子（NO₃^⁻)，铵离子 (NH₄⁺)，硫酸根离子 (SO₄^2⁻)，碳酸氢根离子 (HCO₃^⁻)，锰离子(Mn²⁺)，铁离子 (Fe²⁺)。在 14 个水样点，使用分子生物学方法收集水中的环境 DNA，用于对微生物进行分类和识别。16S rRNA基因分析，我们估计了现有的细菌和古细菌。

河水中的NH随着塌陷面积率的增加₄⁺，HCO₃^⁻,锰²⁺，铁²⁺的浓度是高并且否₃^⁻，所以₄^2⁻的浓度发现较低（图1）。与河水相比，从塌陷沉积物中流出的泉水的 O₂，否₃^⁻，所以₄^2⁻的浓度和高NH₄⁺,锰²⁺，铁²⁺的浓度这表明塌陷的沉积物内存在贫氧的还原环境。

这是一种在低维空间中可视化高维数据的方法t-SNE 方法将水质分析结果投影到二维空间时，可以清楚地看出，塌陷面积比例较高的流域中河水的水质与通过塌陷沉积物内部的泉水的水质相似（图2）。这表明塌陷沉积物内部发生的水质形成过程影响着河流水质。

与塌陷面积比低的流域的河水相比，塌陷面积比高的流域的河水中和经过塌陷沉积物的泉水中检测到更多生活在厌氧环境中的微生物。这表明，在涉及微生物的水质形成过程中，反硝化作用（硝酸根离子还原）、硫酸还原以及锰氧化物和氢氧化铁的还原正在塌陷沉积物中积极进行。这些还原反应被认为与塌陷沉积物中存在的有机物的氧化同时进行。

这项研究揭示了北海道胆振东部地震引起的地表塌陷对河流水质和微生物群落的影响。在该研究区，覆盖斜坡的火山土被地表滑坡冲走，塌陷的土壤沉积在河道和谷底，导致塌陷沉积物内部形成被地下水饱和的还原性（厌氧）土壤区域。这种还原环境影响地下水质量和塌陷沉积物中的微生物群落。此外，塌陷沉积物中的地下水并入河流会改变流域内的河流水质和微生物生态系统信号（图3）。

这项调查没有发现任何与地表塌陷引发的水污染相对应的结果。然而，这项研究中发现的流域环境的变化可能会持续下去，直到塌陷的沉积物被从流域中移除，例如通过侵蚀。本研究获得的结果有望为评估地表塌陷高风险地区水资源质量安全和生态系统健康提供重要依据。

我们将识别塌陷沉积物内部进行的微生物活动，并探索表层塌陷与氧化还原反应以外的水质形成过程之间的关系。通过这一活动，我们的目标是扩大知识，为国内和国际山区的水资源管理和生态系统保护做出贡献。

已出版的杂志：水文学杂志
论文标题：浅层滑坡引起的滑坡沉积物改变了森林流域的氧化还原状态：水化学和微生物分析的见解
作者：吉原直之、饭岛真理子、西岛美雪、井口晃
DOI：https://doiorg/101016/jjHydrol2025133960

^*1：Göransson, G、Norrman, J、Larson, M，2018。河流中受污染的滑坡径流沉积物 - 估计长期生态风险的方法。科学。整体环境。642、553–566。
https://doiorg/101016/jscitotenv201806078
^*2：Yoshihara, N、Matsumoto, S、Umezawa, R、Machida, I，2022。浅层滑坡对河流水化学的流域规模影响。科学。整体环境。 825, 153970.
https://doiorg/101016/jscitotenv2022153970

盆地

一个发源于山脉的盆地。流域是指流入河流或水系统的雨水和融雪水聚集的地理区域。一般来说，山地盆地地形起伏较大，坡度陡峭，地表塌陷、水土流失等沉积运动活跃。[返回来源]

表面塌陷

由于大雨或地震，斜坡表面附近的土壤和风化岩石变得不稳定并流动的现象。塌陷土层厚度一般在1米至数米左右。 2018年北海道胆振东部地震期间，北海道厚真町和安平町的山坡上主要形成了数米厚的火山土表层塌陷和塌陷沉积物。[返回来源]

折叠存款

因斜坡破坏而移动的土和沙停在山谷底部或斜坡底部的缓坡区域。堵塞河流的塌陷沉积物可以形成天然水坝。塌陷的沉积物最终会通过侵蚀而消失，但可能需要数十到数百年才能完全消失。[返回来源]

16S rRNA基因分析

一种通过检查细菌和古细菌共有的“16S rRNA 基因”序列来揭示存在的微生物类型的方法。 16S rRNA基因具有所有细菌共有的保守区和每个分类群不同的可变区，使其适合分类和鉴定。通过从环境中的水或土壤中提取DNA并使用下一代测序仪分析该基因，可以全面了解微生物群落的结构和多样性。[返回来源]

t-SNE 方法

t-SNE（t 分布随机邻域嵌入）是一种降维方法，通过将数据点映射到 2D 或 3D 等低维空间，同时保持高维空间中数据点的相似性，可以更轻松地直观地理解数据集群和模式。主成分分析使用线性方法来降维，而 t-SNE 使用非线性方法。[返回来源]