水中の酸素を数字で見る｜メダカ飼育で溶存酸素計を使う意味

夏の朝、容器をのぞいたら、メダカが水面で口をパクパクさせていた。そんな場面に出くわしたことはないでしょうか。

いわゆる鼻上げです。あわててエアポンプを足したり、日陰をつくったり、水を換えたり。とりあえず手は打てます。それでも、あとに残る疑問はたいてい同じです。あれは本当に酸欠だったのか。そして今、この容器の酸素は足りているのか。

水温は温度計で測れます。pHも試験紙で分かります。ところが酸素だけは、いくら水面をのぞいても見えません。見えないものを相手にしていると、対策はどうしても「何かあったら手を打つ」という後追いになります。

けれど、水に溶ける酸素の量には、実はかなりはっきりした法則があります。淡水なら、上限は水温と気圧でほぼ決まっていて、計算で出せる。そして、その上限に対して実際にどこまで足りているかは、測らないと分かりません。この2つを分けて考えられるようになると、酸素の話は急に扱いやすくなります。

この記事では、溶存酸素という数字がどういう性質のものなのか、公的な基準はどこに線を引いているのか、そして家庭の容器で測ることに意味があるとしたらそれは何なのかを、順番に整理していきます。

鼻上げは結果であって、原因ではない

鼻上げは、大気と接している水面付近で酸素を取り込もうとする行動です。つまりそれが続くなら、水中の酸素不足を疑うべきサインのひとつになります。

ただ、ここで気をつけたいことがあります。水面で口を動かす行動は、酸欠のときだけに出るわけではありません。餌をもらう習慣がついている個体は、人が近づいただけで水面に上がってきます。エラに寄生虫や病気がある個体も、酸素をうまく取り込めずに同じ動きをします。

だから「鼻上げ＝酸欠」と決めつけないほうがいい、というのは、飼育の現場でよく言われるとおりです。ここは水質や水温、餌の量、病気といったほかの原因と一緒に、切り分けていくべき場面になります。

そのうえで、酸素そのものについて言えることがあります。酸素の量は、事故が起きてから急に減るのではありません。その時点でその容器に「最大どこまで溶けられるか」には上限がある。淡水で主に決めているのは、水温と気圧です。

ここが、この記事でいちばん伝えたいことです。酸素の話は、次の2つに分けられます。

• 計算で先に分かる部分＝水温と気圧から決まる上限（飽和溶存酸素濃度）

• 測らないと分からない部分＝その上限に対して、いま実際にどこまで入っているか

前者はカタログのように調べられます。後者だけが、測定器の出番です。

水が持てる酸素には上限がある｜JIS K 0102の飽和溶存酸素濃度

空気と接している水は、放っておくと空気中の酸素をある量まで溶かし込み、そこで釣り合います。この釣り合った状態の濃度を飽和溶存酸素濃度と呼びます。水温が高いほど小さくなります。

この値は、工場排水試験方法（JIS K 0102）という規格に表として載っています。淡水（実用塩分0）・1気圧のときの値を並べると、次のようになります。

数字を言葉に直すと、こうなります。水温20℃の水が抱えられる酸素を100とすると、30℃では83、35℃では76まで落ちます。真夏の容器は、春先と比べて2割ほど少ない酸素で回さなければいけない計算になります。

しかも困ったことに、水温が上がると魚の代謝は上がり、必要な酸素はむしろ増えます。水中の細菌が有機物を分解する速さも上がるので、酸素を使う側もいっせいに増える。供給の天井が下がるのと、消費が増えるのが、同じ日に重なる。夏に酸欠が問題になる理由は、この二重構造にあります。

ひとつ注意があります。この表の値は、2016年3月22日のJIS K 0102改正で切り替わったものです。それ以前の版は1955年に発表された式を使っていましたが、改正後は国際規格ISO 5814に合わせた1984年の式になり、値が最大で3パーセントほど動きました。25℃で言うと、旧表が8.11 mg/L、改正後の表が8.26 mg/Lです。

この値はJIS K 0102:2019にも引き継がれ、溶存酸素の測定項目は現在、分冊化されたJIS K 0102-1へ移行しています。古い書籍やネット上の表には旧表の数値が残っていることがあるので、この手の表を引くときは、どの版のものかを確かめるのが安全です。この記事では2016年改正後の表の値を使います。

「何mg/Lなら足りるのか」は、公的な基準が答えを持っている

では、何mg/Lあれば足りるのか。これは飼育の世界では人によって言うことが違いますが、公的な世界にはきちんと線が引かれています。

まず、環境省が定める生活環境の保全に関する環境基準です。河川については、水域の使われ方ごとに類型が決まっていて、溶存酸素量の基準値が付いています。

この環境基準は、家庭のメダカ容器に直接当てはめる飼育基準ではありません。ただ、コイやフナなどを対象に含む水産3級の水域には5 mg/L以上という線があります。もっと冷たくきれいな水を好むヤマメやイワナの水域では7.5 mg/L以上と、1段階厳しくなります。

さらに、水産の側にも基準があります。日本水産資源保護協会がまとめている水産用水基準では、淡水域の一般で6 mg/L以上、サケ・マス・アユでは7 mg/L以上とされています（2005年版）。この基準は版を重ねているので、正確を期すなら最新版の確認が要りますが、おおよそ5から7 mg/Lのあたりに線があるという感覚は、環境基準と重なります。

この基準の読み方で、いちばん大事なところ

環境基準には、目立たないけれど決定的な注意書きが付いています。基準値は日間平均値とする。

つまり、ある瞬間に測った1点の値で合格・不合格を言っているのではなく、1日を通しての平均で見ているということです。後で書くように、溶存酸素は1日のなかで大きく上下します。昼に測った数字だけを見て安心するのは、この考え方から外れています。

もうひとつ紹介しておきたいのが、2016年3月30日に環境基準へ追加された底層溶存酸素量です。湖沼や海の底のほうの酸素について、生物1類型で4.0 mg/L以上、生物2類型で3.0 mg/L以上、生物3類型で2.0 mg/L以上という線が引かれました。

この基準の考え方の説明が示唆的です。目的は、底にいる生きものが生存できることはもとより、再生産が適切に行われて個体群が維持されることとされています。「死なない濃度」と「増えていける濃度」は別物だという前提が、公的な基準にもはっきり書かれているわけです。

飼育でも同じことが言えると思います。数が減っていないから足りている、とは限りません。

標高1000mの水は、平地の32℃の水と同じ量しか酸素を持てない

ここからは気象の話が直接効いてきます。水に溶ける酸素の量を決めているのは水温だけではなく、その水面を押している空気の圧力、つまり気圧でもあるからです。

気体が液体に溶ける量は、その気体の分圧に比例します（ヘンリーの法則）。気圧が下がれば、空気中の酸素の分圧も下がる。すると水が抱えられる酸素の上限も、おおむね下がります。

そして気圧は、標高が上がるほど下がります。そこで、水温を25℃に固定したうえで、標高だけを変えたら飽和溶存酸素の上限がどう動くかを計算してみました。各地点の標高は気象庁の観測地点の実測値、現地気圧は国際標準大気の式から求めたものです。

いちばん右の列が、この計算のいいたいことです。軽井沢の標高で水温25℃の水は、7.30 mg/Lしか酸素を持てません。これは平地で水温32℃の水と同じ量です。標高1000mという条件は、水温を7℃上げるのと同じだけ酸素の天井を下げている、と言い換えられます。

標高が上がるほど差は開きます。野辺山（1350m）では平地の34.7℃相当、菅平（1253m）で34.0℃相当。参考までに富士山の山頂（3775m）まで行くと、上限は5.07 mg/Lで、海面での値より4割近く低くなります。JISの表は40℃までしかありませんが、その40℃の値（6.41 mg/L）よりさらに下です。

誤解しないでほしいこと

ここで念のため。これは「高原ではメダカが酸欠になりやすい」という話ではありません。

高原は涼しいので、実際の水温は平地よりずっと低くなります。軽井沢の8月上旬の日平均気温は21.8℃、東京は28.5℃です（1996年から2025年の30年平均・独自算出）。涼しさで得る分と、気圧で失う分は逆向きに働き、実際にはかなりの部分が相殺されます。

伝えたいのはそこではなく、気圧という、ふだん飼育の話題に出てこない要素が、水温にすると数℃ぶんの効き目を持っているということです。同じ水温でも、場所が変われば天井の高さは違います。

台風や低気圧が近づいたとき

気圧は標高だけでなく、天気でも動きます。同じ計算を、平地で気圧だけ動かして当てはめると次のようになります。いずれも水温25℃のときの上限です。

• 晴れて気圧が高いとき（1020 hPa）＝8.32 mg/L（平地で水温24.6℃相当）

• 標準的な気圧（1013 hPa）＝8.26 mg/L（同25.0℃相当）

• 発達した低気圧（980 hPa）＝7.98 mg/L（同26.9℃相当）

• 強い台風が接近（960 hPa）＝7.81 mg/L（同28.1℃相当）

台風接近時の気圧低下は、水温を3℃ほど上げるのと同じくらい、酸素の天井を下げます。数パーセントの話なので、水温の効き目に比べれば小さい。けれど、台風の前後は雨で有機物が流れ込み、水温も高く、酸素を使う側が増えている時期でもあります。もともと余裕のない容器では、この数パーセントが最後の一押しになることはあり得ます。

台風前後の飼育では水温や有機物の流入、停電によるエアレーション停止なども同時に見なければなりません。気圧低下は主因と決めつけるものではなく、酸素の上限を数パーセント下げる要因のひとつとして捉えるのが妥当です。

溶存酸素計は「1回測る道具」ではない

ここまでは計算で分かる話でした。では、測ることでしか分からないのは何でしょうか。

答えは上限に対する充足率、専門的には飽和度と呼ばれる数字です。

飽和度（％）＝実測した溶存酸素 ÷ その水温・気圧での飽和溶存酸素 × 100

たとえば水温28℃の容器で6.3 mg/Lという値が出たとします。28℃の飽和値は7.83 mg/Lですから、飽和度は約80パーセント。同じ6.3 mg/Lでも、水温15℃なら飽和度は62パーセント（飽和値10.08 mg/L）で、意味がまったく違います。絶対値だけを見ていると、この違いを取り違えます。

昼と夜明け前では、別の水になっている

そして、飽和度は1日のなかで大きく動きます。水草や植物プランクトンが光合成をすれば酸素は増え、日が落ちれば呼吸と分解だけが残って減っていくからです。

このことを実測した古典的な記録があります。1968年8月に奈良公園の荒池でおこなわれた、溶存酸素の日周変化の調査です（中村郁子・日本水処理生物学会誌・1969年）。この調査からは、飼育者にとっても示唆のある事実がいくつか出ています。

• 酸素をつくる働きは水深1mより深いところではほぼ零だった。光が届く層でしか生産は起きていない

• 生産がいちばん盛んだったのは朝の8時から11時ごろ。日中ずっと同じペースで増え続けるわけではない

• 夏は夜間でも気温があまり下がらないため、池の水は夜のあいだ、表層1mの範囲でしか循環していなかった

家庭の容器はこの池よりずっと浅いので、混ざりやすいぶん条件は良いはずです。それでも、朝と夕方で水の中身がまったく違う状態になっているという点は変わりません。

だから、溶存酸素計をいちばん活かせる使い方は、値をひとつ知ることではありません。同じ容器を、時間を変えて2回測ることです。

• 夕方（日が沈む直前）＝一般に酸素が多くなりやすいタイミング。光合成が活発な容器では100パーセントを超える（過飽和になる）ことがある

• 夜明け直前＝一般に酸素が少なくなりやすいタイミング。その容器の苦しい時間帯を捉えやすい

この2つの差が、光合成による供給と、呼吸・分解による消費のバランスを知る手がかりになります。昼だけ測って高い値が出て安心する、というのがいちばんもったいない使い方です。環境基準が日間平均値で見ているのも、結局は同じ理由です。

差が大きい容器は、水草や藻類が多く、生物の活動も活発だということ。夜間の落ち込みが深いようなら、エアレーションを夜だけ回す、密度を下げる、有機物を減らすといった手が具体的に選べるようになります。測る意味は、原因を絞り込めることではなく、打った手の効果を数字で確かめられることにあります。

測り方には3系統ある｜隔膜電極式と光学式の違い

溶存酸素の測り方は、大きく3つに分かれます。JIS K 0102では滴定による方法が本法として定められていますが、環境基準の測定方法にも隔膜電極や光学式センサを用いる装置が正規の手段として明記されています。センサで測ることは、簡便な代用ではなく公的に認められた方法です。

家庭で使うなら、実質的には下の2つが候補になります。そして、この2つの違いを知らないまま買うと、数字を読み違えます。

隔膜電極法は、先端の膜を通り抜けてきた酸素を電極上で反応させ、そのとき流れる電流の大きさから濃度を求める方式です。ポーラログラフ式は外から電圧をかけるタイプ、ガルバニ電池式は電圧をかけなくても電流が流れるタイプで、原理はどちらもこの系統に入ります。

問題は、電極が酸素を消費してしまうという点にあります。膜のすぐそばの酸素が減っていくので、消費した分を補う一定の流れがないと、値はどんどん下がっていきます。止まった水にセンサーを入れっぱなしにして表示を眺めていると、実際より低い数字が出る。これは器具の故障ではなく、原理から来る性質です。使うときは電極を上下に動かすか、水を動かす必要があります。

光学式（蛍光式）は考え方が違います。センサーの先端に塗った蛍光物質に光を当て、その光が酸素によって弱められる度合いを読みます。酸素があると発光の強さが下がり、光る時間も短くなる。この関係から濃度を求めるので、酸素を消費しません。水を動かさなくてよく、静かな容器の値をそのまま測れます。

もうひとつ、光学式が測っているのは厳密には酸素分圧です。水を大気で飽和させたときの酸素分圧は空気中の酸素分圧とほぼ等しくなるため、空気にさらすだけで簡易に校正できるという利点もあります。

なお、比色式の簡易な水質キットにも溶存酸素を測れるものがあります。日常のざっくりした確認としては役に立ちますが、この記事で書いてきた「昼と夜明け前の差を追う」という使い方には、繰り返し測れて数字が細かく出る測定器のほうが向いています。

それでも、多くの人にとって先に効くのは水温計かもしれない

正直に書いておきます。メダカ飼育に溶存酸素計が必須かというと、そんなことはありません。

ここまで見てきたとおり、水が持てる酸素の上限は水温と気圧でほぼ決まります。そして家庭の容器で日々動く要素のうち、圧倒的に効き目が大きいのは水温です。標高1000mの気圧差が水温7℃ぶん、台風の気圧低下が水温3℃ぶんでした。それに対して、浅い容器の水温は1日のうちに、それを超える幅で動きます。水は水面から熱を受け取るので、浅く広い容器ほど日中に上がりきり、夜には放熱で下がりきるからです。

だとすれば、順番はこうなります。

1. 水温を測って、上げない工夫をする。同じ日射を受ける単純な熱収支なら、水量が多いほど温度上昇は小さくなる。実際の容器では風や放熱、容器の材質も効くので、水深だけで決まるわけではない。日陰をつくるのがまず効く

2. 酸素を使う側を減らす。餌の残り、落ち葉、底の汚れ、そして飼育密度。分解に使われる酸素は、生きものが呼吸で使う量より大きいこともある

3. 水面を動かす。大気から酸素が入る主な入り口は水面。水草や藻類の光合成も酸素源になるが、夜間は呼吸側に回る。表面積と、水面が揺れているかどうかが効く

この3つをやったうえで、それでも夏に落ちる、原因が絞り込めない、という段階に来たときに、はじめて測定器が意味を持ちます。

逆に言えば、次のような場面では買う価値がはっきりあると思います。

• エアレーションの有無や強さで、実際にどれだけ変わるのかを知りたいとき。入れれば良いはずだ、で止まらずに済む

• 密度を上げてよいかどうかを、自分の管理頻度に照らして判断したいとき。1リットルに何匹という一般論ではなく、自分の容器の数字で決められる

• 水草やグリーンウォーターが効いているのか、逆に夜間の負担になっているのかを知りたいとき。昼夜の差を測れば、そのまま答えになる

• 子どもと一緒に、目に見えないものを数字で追いかけたいとき。朝と夕方で数字が動くのを見せられる観察対象は、そう多くありません

とくに3つ目は、飼育の話題のなかでもとりわけ答えが割れるところです。水草を入れるほど良いのか、それとも夜の落ち込みを深くしているだけなのか。この問いは、同じ容器の昼夜差を測ることで、かなり具体的に判断できます。

具体的に選ぶなら｜方式だけでなく、測り方まで確認する

ここまで読んで「自分の容器でも昼夜差を測ってみたい」と思った人に向けて、具体例をひとつ挙げます。今回確認したのは、マザーツールのデジタル溶存酸素計「DO-5509」です。

この機種は、先ほど説明した隔膜電極法のうち、ポーラログラフ式センサーを使うタイプです。メーカー公表値では、測定範囲は0〜20 mg/L、分解能は0.1 mg/L、精度は±0.4 mg/L。プローブのケーブルは約4mあり、容器の縁から少し離れて測る場面にも対応できます。

この機種が向く人

• 朝と夕方の差を、同じ条件で繰り返し比べたい

• エアレーション、水草、飼育密度を変えた前後を数字で確認したい

• 電解液や交換用プローブなど、消耗品を後から入手できる機種を選びたい

ただし、誰にでも最初の1台として勧める道具ではありません。まず水温管理や掃除、密度調整で改善できるなら、そちらが先です。また、ポーラログラフ式は測定中に酸素を消費するため、止まった水に入れたまま待つのではなく、取扱説明書に従ってプローブまたは水を動かして測ります。隔膜や電解液の状態確認も必要です。

逆に、静かな水を動かさずに測りたい、隔膜や電解液の手入れを減らしたいという人は、価格だけで決めず、光学式も比較候補に入れるほうがよいでしょう。見るべきなのは「デジタル表示かどうか」ではなく、センサー方式、測定範囲、分解能、温度・気圧・塩分補償、校正方法、交換部品の入手性です。

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販売元や付属品、交換部品の対応状況は変わることがあります。購入前に、それぞれの商品ページとメーカーの最新情報を確認してください。

まとめ

溶存酸素の話は、次のように整理できます。

上限は計算で分かります。淡水なら主に水温と気圧が決めていて、2016年改正後のJIS K 0102系の表を引けば、その水が最大でどこまで酸素を持てるかは調べられます。20℃で9.09 mg/L、30℃で7.56 mg/L。この10℃の差だけで、天井は17パーセントほど下がります。

足りているかどうかの目安も、公的に決まっています。コイやフナと同じグループの水域で5 mg/L以上、水産の基準では淡水域の一般で6 mg/L以上。そして基準は日間平均値で見ています。

測らないと分からないのは、上限に対して今どこにいるかだけです。そしてその数字は1日のなかで大きく動くので、1回測っても意味は薄い。夕方と夜明け前、2回測って差を見る。それが溶存酸素計を持つことの、いちばん実質的な意味だと思います。

そして、測定器を買う前にできることがまだ残っているなら、先にやるべきは水温を上げない工夫と、酸素を使う側を減らすことです。数字は、打つ手を増やすためではなく、打った手が効いたかを確かめるために使う。そう考えると、道具との距離感がちょうどよくなる気がしています。

今年の夏、容器の水面を見ながらまた同じことを考えていました。見えないものを見えるようにするのは、不安をなくすためではなく、次にやることを決めるためなのだと思います。

参考にした資料

• 環境省「水質汚濁に係る環境基準」 https://www.env.go.jp/kijun/mizu.html

• 環境省「水質汚濁に係る環境基準の追加等に係る告示改正について」（底層溶存酸素量・2016年3月30日）

• 東亜ディーケーケー「溶存酸素について」 https://www.toadkk.co.jp/support/useful/useful041.html

• マザーツール「溶存酸素計」 https://www.mothertool.co.jp/product_cat/instrument/%E6%B0%B4%E8%B3%AA%E6%B8%AC%E5%AE%9A%E6%A9%9F%E5%99%A8/%E6%BA%B6%E5%AD%98%E9%85%B8%E7%B4%A0%E8%A8%88/

• JFEアドバンテック「工場排水試験法 JIS K 0102 改正による溶存酸素計の測定値の補正について」（2016年10月） https://www.jfe-advantech.co.jp/assets/img/news/water/news20161012.pdf

• 環境省「JISから引用する箇条の変更」（JIS K 0102:2019からJIS K 0102-1への移行） https://www.env.go.jp/content/000302972.pdf

• 日本水産資源保護協会「水産用水基準」（2005年版・宮城県公表資料より）

• 中村郁子「再び荒池における溶存酸素の日周変化および生産量と呼吸量」日本水処理生物学会誌 5巻1号（1969年） https://doi.org/10.2521/jswtb.5.1

• 地点別の飽和溶存酸素の上限は、気象庁の観測地点の標高をもとに独自に算出したものです（水温25℃・淡水に固定）

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