森林は本来窒素制限状態にあり、渓流水中に多量の窒素が流出することはない。しかし近年では森林における窒素飽和が報告されており、窒素負荷量の増大がその主な要因とされている。

本研究では、森林生態系からの窒素流出の要因を解明することを目的とし、人為影響のない渓流において採水調査を行った。主な調査地は近畿地方と埼玉県秩父で、渓流水の各種イオン濃度、NO₃^-の安定同位体比（δ¹⁸O、Δ¹⁷O）、TOC濃度、TP濃度などを分析した。

Δ¹⁷Oはδ¹⁷O－0.52×δ¹⁸Oで表され、土壌硝化由来のNO₃^-のΔ¹⁷Oは0、大気由来NO₃^-のΔ¹⁷Oは正の値になるため、渓流水中NO₃^-のΔ¹⁷Oが正になる場合は大気由来NO₃^-の混合が考えられる。Δ¹⁷Oの値は脱窒や植物の同化などによる同位体分別の影響を受けないので、Δ¹⁷Oから、渓流水中NO₃^-における大気由来NO₃^-の寄与(以下、大気NO₃^-)を推定することができる。

秩父では、首都圏からの窒素負荷量を大中小の三段階に分けることができ(Tabayashi and Koba. 2011)、中と大の地域は窒素飽和状態にあると考えられる。秩父における渓流水中NO₃^-のΔ¹⁷O値は窒素負荷小の地域で低く、大の地域では高く、中の地域でばらつきがみられた。これより、大気NO₃^-は窒素飽和状態でない森林では小さく、そこから窒素飽和に近づくとばらつき、窒素飽和状態になると大きくなることが示唆された。一方近畿地方では、窒素負荷・渓流水中NO₃^-濃度はともに大きくないが高いΔ¹⁷O値を示す地点があり、これらの地点では総じて集水域面積が小さかった。以上のことから、渓流水への大気由来NO₃^-の流出については、窒素負荷量に加えて、集水域面積の影響も検討する必要が示唆された。