水中での落ち葉の分解プロセス Decomposition Process of Fallen Leaves in Water

(English follows Japanese)

秋から冬にかけて川の中に落ちる枯葉。
一部は黒く変色してヘドロ化し夏には異臭を放つこともあるため、様子を見つつ少しずつ取り出していますが、先月の「土壌における落ち葉の分解」に続いて「川の水の中で落ち葉がどのように分解するのか」を調べてみました。

分解のプロセス

① 浸出

　・落ち葉が水に浸かると、糖類・アミノ酸・無機塩類などの水溶性成分が一気に溶け出す。

② 微生物による分解（微生物分解）

　・細菌、水生菌類（特に水生不完全菌）、バクテリアが落ち葉表面に定着。
　・落ち葉の繊維（セルロースやリグニン）を分解する強力な酵素を出し、葉を軟らかくする。
　・自身の菌糸を葉の中に張り巡らせることで、タンパク質や脂質を蓄え、落ち葉を川の動物が利用できる形に変換する。

③ 無脊椎動物による破砕（破砕食者）

　・カワゲラ・トビケラ・ヨコエビなどの水生昆虫が落ち葉を食べて細かく砕く。
　・破砕と同時にフンとして再放出され、分解が加速。　　　

④微粒子化と沈降・再利用　　

　・他の微生物に再分解される
　・川では下流へ輸送（湖や池では底質に沈降）
　・最終的には二酸化炭素（CO₂）や無機栄養塩へ

分解の速度

・葉の種類：柔らかい広葉樹（カエデなど）は速い／硬い針葉樹は遅い
・水温：高いほど速い
・溶存酸素(DO)：好気条件で分解が促進
・流速：適度な流れは微生物・動物の定着を助ける
・栄養塩濃度：窒素・リンが多いと微生物が活性化

☝️渓谷のエネルギーの大部分は落ち葉由来。

流れのない場所で厚く堆積することの問題点
　

　・落ち葉の内部が無酸素化する。
　・それでも微生物は活動を続けて酸素を消費する。
　・貧酸素（無酸素）状態になる。
　👉 他の生き物は酸素不足で生きられなくなる。

　・嫌気性細菌が台頭。
　・硫化水素が発生（卵が腐ったような臭い）。
　👉 硫化水素が水中の鉄分と反応して硫化鉄に変化し、落ち葉や泥に付着するので黒く見える。

👉 分解が「栄養循環」ではなく「汚泥化」になってしまう。
👉 酸素不足＋毒性のダブルパンチ

　DOとかBODなどの言葉もキーワードですが、とてつもなく長くなるので今回はスルーで、、、

（参考になるサイト）

・論文「河川における 4樹種落葉の移動と分解の特徴」
　https://limnology-wjpn.sakura.ne.jp/rikusui_kenkyu/pdf/4th/Rikusuikenkyu4_5.pdf

え〜、こういう論文は瞬時に脳疲労を起こすので読むのが大変ですが💧、↓のスライドはものすごくわかりやすくて助かります！
・北海道漁業協同組合連合会「森と川と海のつながり（スライドショー）」
   https://sakana-fuyasu.jp/slideshow/index.shtml

・綾瀬市「水質用語の説明」　　

で、川に堆積して黒くヘドロ化した落ち葉は、どうすれば良いのか？

⚫︎私たちの活動場所の川底がヘドロ化する原因
・斜面地からの泥の流入で、川幅が狭くなっている。
・　　　〃　　　　　　　、川底に泥が堆積している。
・遊歩道を支える土嚢袋や随所にあるコンクリート構造物が水の流れを不自然にしたり堰き止める。
・特に今のように雨が降らない日が続いていると、川の水量が少なくなり、水深が浅く、流れも滞りやすくなっている。
・流入したゴミが流れを堰き止める原因ともなっている。

⚫︎対策
・堆積した落ち葉の中にはヤゴなどがいる場合があるので、一気に大量に取り出すことはせず、少しずつ取り出す。
・黒くなっているところは硫化水素が発生している可能性があり、取り出す時に水が撹乱されて硫化水素が広がる可能性があるので、そっと取り出す。
・こまめなゴミ拾い。
・酸素が取り込まれるよう、少し石をずらすなどして水が程よくサラサラ流れるようにする。

ヘドロ化した堆積物も、少しずつ下流へ流される分には下流域への負の影響も少なく、海に出ると栄養分となる場合もあるようですが、大雨などで一気に流れると負の影響の方が大きそうなので、少しずつこまめに取り出すことを続けてみます。
まあ、これまでやっていることなのですが、理屈を理解すると多少迷いが消えますね。

（水の環つなぎ活動：chotto主宰 三木真理子）

Decomposition Process of Fallen Leaves in Water

From autumn to winter, fallen leaves drop into rivers. Some of them turn black, become muddy, and may produce unpleasant odors during summer. While carefully removing them little by little, I decided to explore how fallen leaves decompose in river water, following last month’s topic, “Decomposition of Fallen Leaves in Soil.”

Once in the river, fallen leaves are referred to as leaf litter and play an important role in aquatic ecosystems.

Decomposition Process

1. Leaching

When leaf litter is submerged in water, water-soluble substances such as sugars, amino acids, and inorganic salts are rapidly released into the surrounding water.

2. Microbial Decomposition

Bacteria and aquatic fungi (especially aquatic hyphomycetes) colonize the surface of the leaf litter.
They secrete enzymes that break down leaf fibers such as cellulose and lignin, softening the leaves.
As fungal hyphae spread through the leaves, proteins and lipids accumulate, converting the leaf litter into a form that can be used by aquatic animals.

3. Fragmentation by Invertebrates (Shredders)

Aquatic insects such as stoneflies, caddisflies, and amphipods feed on the leaf litter, breaking it into smaller fragments.
These fragments are released as feces, which further accelerates the decomposition process.

4. Fine Particles, Transport, and Recycling

The fragmented leaf litter is further decomposed by other microorganisms.
In rivers, it is transported downstream, while in lakes and ponds it settles into the sediment.
Eventually, it is converted into carbon dioxide (CO₂) and inorganic nutrients.

Rate of Decomposition

The speed at which leaf litter decomposes depends on several factors:

• Leaf type: Soft broadleaf species (such as maple) decompose quickly, while hard conifer needles decompose more slowly.

• Water temperature: Higher temperatures accelerate decomposition.

• Dissolved oxygen (DO): Decomposition is promoted under well-oxygenated (aerobic) conditions.

• Flow velocity: Moderate water flow helps microorganisms and invertebrates colonize the leaf litter.

• Nutrient concentration: Higher levels of nitrogen and phosphorus stimulate microbial activity.

☝️ In forested streams, most of the ecosystem’s energy is derived from fallen leaves.

Problems Caused by Thick Accumulation in Stagnant Areas

When leaf litter accumulates thickly in areas with little or no water flow:

• The interior of the leaf litter becomes oxygen-depleted.

• Microorganisms continue to decompose the material and consume the remaining oxygen.

• Hypoxic or anoxic conditions develop.

👉 As a result, other aquatic organisms cannot survive due to lack of oxygen.
・Anaerobic bacteria become dominant.
・Hydrogen sulfide is produced, creating a rotten egg–like odor.

👉 Hydrogen sulfide reacts with iron in the water to form iron sulfide, which attaches to leaves and sediment, giving them a black appearance.
👉 Decomposition shifts from a healthy nutrient cycle to sludge formation.
👉 This creates a double impact: oxygen depletion and toxicity.

（Reference)

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652622034138

What Should Be Done with Black, Sludge-like Leaf Litter Accumulated in Rivers?

Causes of Sludge Formation on the Riverbed at Our Activity Site

• Mud flowing in from surrounding slopes has narrowed the river channel.

• Sediment has accumulated on the riverbed.

• Plastic sandbags supporting walkways and various concrete structures disturb or block the natural water flow.

• During long periods without rainfall, like the present, water levels drop, the river becomes shallow, and flow stagnates more easily.

• Litter flowing into the river can also block the current and worsen stagnation.

• By slightly repositioning small stones, the water flow can be improved, allowing more oxygen to be taken into the stream.

Countermeasures

• Accumulated leaf litter may contain aquatic insects such as dragonfly larvae, so it should not be removed all at once. Instead, it should be removed gradually.

• Blackened areas may be producing hydrogen sulfide. When removing leaf litter, disturbing the water can spread this gas, so it should be handled gently.

• Regular and frequent litter cleanup is important.

Sludge-like deposits may cause relatively little negative impact downstream if they are transported gradually, and once they reach the sea, they may even serve as nutrients.
However, if large amounts are flushed downstream all at once during heavy rainfall, the negative impacts are likely to be much greater.

For this reason, I plan to continue removing accumulated leaf litter and litter (especially plastic ones) little by little on a regular basis.
This is something we have been doing already, but understanding the reasoning behind it helps reduce our uncertainty.

(Text/ Organizer: Mariko Miki)

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