ケンミジンコ① -腐食連鎖-
ここでは、プランクトンプラントで生産する動物プランクトンについて見ていきたいと思います。最初、淡水性で最も有望なのは、個体が大きく高密度培養が可能なタマミジンコだと考えていましたが、自然界では発生時期や場所は限定されています。それよりも遥かに自然界で広く生息し、いつでもどこでも見られるのがケンミジンコです。・・・どうやら淡水の自然界では、ケンミジンコの方が代表的な動物プランクトンであると言えそうです。
←平成27年4月家庭用小型合併浄化槽沈殿槽上部で採取
ケンミジンコは、個体の大きさが比較的小さく、高密度になることも稀なので、人目について目立つことが少なく、タマミジンコに比べて生活環が複雑で高密度培養が難しいので魅力に欠けて研究対象にされることもあまりありません。しかし、いつの間にやら実験水槽や排水処理装置の片隅等どこにでもチョロチョロと出てきます。生命力や繁殖力はとても強いようです。ケンミジンコは、海水のカイアシ類の淡水バ－ジョンです。淡水性のカイアシ類なのです。
ケンミジンコに比べてカイアシ類の方は有名で、海の生態系を支えている動物プランクトンとして広く認識されています。カイアシ類は地球上の全動物プランクトンの80％を占めるとされており、地球上で最もバイオマスが多きく繁栄している動物と考えられているようです。これは、海の基礎生産の植物プランクトンと腐食連鎖で生じるデトリタス、バクテリア、原生動物を食べる能力があり、生態系底辺にある基礎生産力の大部分を独占できることと、1日で成虫の体重の1/3の卵（数十個）を産卵する驚くべき繁殖力にその理由があると言われています。
淡水のケンミジンコにも同様の繁殖力があるとすれば、淡水でも海と同様にバイオマスが多く繁栄しているのでしょうか？そして、その生産性はどうなのでしょうか？・・・わかりません、研究事例があまりにも少ないので。河川では、基礎生産は底石に付く付着藻類であると考えられているようですが、これを食べる生き物は、昆虫類、貝類、アユ等の魚など大きく目立つものが注目されて研究されており、これらに比べて小さく目立たないケンミジンコの生産性に注目した研究は目にしたことがありません。
しかし、もしケンミジンコがカイアシ並の生産性を持つとすれば、淡水生態系への影響はとても大きいのではないか？ケンミジンコもカイアシと同じように、デトリタス、バクテリア、原生動物や珪藻等の植物プランクトンを捕食します。つまり、基礎生産の底辺にある大部分の生産物を利用して動物プランクトン体にすることができるのです。そして、カイアシ並の強大な産卵力が合わされば、淡水生態系の中で大きな生産性を示すはずです。
実際、浄化槽や農集で原生動物の捕食動物として最も良く見られるのがケンミジンコです。特に生物膜法の農集では、放流水の中に数個/100ml単位で存在していることがあります。ケンミジンコ以外に、このような高密度で放流される高等動物は、まずいないと言えるでしょう。これは、ケンミジンコの増殖速度が際立って早く、かつ生産量が多いことを示しています。
ここで、ケンミジンコの生産性について簡単な計算をしてみましょう。
まず、生産量について見てみます。
ここでは、浄化槽内で生じる腐食連鎖を取り上げました（これとは別に植物プランクトンが一次生産となる食物連鎖がありますが、浄化槽内では生じませんので、ここでは外してあります）。ＢＯＤ（有機物など）⇒細菌⇒原生動物⇒ケンミジンコの順で栄養段階が上がって行きますが、それぞれの段階の物質量の変換効率を”転送効率”で示してあります。これを見ると、各転送効率がとても高い事がわかります。BODから細菌では73％が細菌量に（参考図書「廃水処理の微生物学」p230の家庭下水による）、細菌から原生動物では50％が原生動物量に、そして原生動物からケンミジンコではケンミジンコ量が20％に変換されます。図ではわかり易いように細菌量を100として表示しています。ケンミジンコは捕食した細菌量の1割が生産できることになります。一般に生態系の変換効率は10％と言われていますが、生態系ピラミッド底辺近くの栄養段階の変換効率は、これより高くなる傾向にあるようです。
ケンミジンコは、BODから高効率で変換され、大量に生産できる可能性があることがわかりました。具体的に計算してみましょう。
一般家庭の下水のBODは200mg/lで、一人当たり一日200Lの水を使うとされていますので、
一人当たりの排水で生産可能なケンミジンコの量 ＝ 200mg/l × 200L/日 × ０.75×０.5×０.2 ＝ 3000mg/日
と乾燥重量で３ｇのケンミジンコができることになります（含水率を８割とした生体量としては、15ｇとなります）。これを濃度に直すと
3000mg/200L ＝ 15mg/l
となります。これは結構高い数字です。
次に速度について見てみます。一個が2個になる、または生物量が2倍になる倍化時間は、
細菌：多くの種類がいますが、従属栄養細菌は25℃で数十分程度です。
原生動物：多くの種類がいますが、μを2.0/日（原生動物の20℃の平均的な数字）とすれば、8.3時間となります。
ケンミジンコ：成虫になるには2～4週間程度かかりますが卵の生産量が一日で体重の1/3ですから、体重の倍の量になるには約3日となります。
と、合計すれば3日半もあれば倍のバイオマスが得られることがわかります。このうち律速となるのは、最も高等なケンミジンコの3日です。これに比べれば細菌と原生動物の増殖速度は問題にならないくらい速くなっています。この3日という数字は、上で言いましたように多細胞の高等動物としては非常に速い値ですので、これが律速となる、この腐食連鎖全体が高速で動くと予想されます。
以上見てきましたように、ケンミジンコの生産量と増殖速度は非常に高いことがわかります。では、ケンミジンコの生産性を最大限に実現させるさせることを考えてみましょう。
下に腐食連鎖を利用したケンミジンコ培養の図を示します。
培養容器の容量は、滞留時間で決まりますので、ケンミジンコプラント全体のほぼ大部分が、ケンミジンコ培養容器で占められることになります。
このような装置では、一人の排水200Ｌ/日、BOD200mg/lを、滞留時間3.5日、容積700Ｌの装置（PP）で処理すると、ケンミジンコのノ－プリウス幼生を15mg/l、3000mg/日生産できることになります。
実際の浄化槽は、構造的に似た部分もありますが、生物生産性を全く考慮していないため、ケンミジンコの生産性は低く15mg/lより遥かに低くなっています。