陀安一郎、申基澈編（2021）同位体環境学がえがく世界：2021 年版

地域の水循環に田んぼが果たす役割の評価
中桐貴生（大阪府立大学大学院生命環境科学研究科）

1．水田における水利用各水田圃場まで繋がっている用水路に流すことにもし「日本の原風景とは？」と聞かれたら、皆よって各圃場へと水が供給される仕組みとなってさんはどういう光景をイメージされるでしょう

います。水田が面積的に大きく広がった地域では、か？

時には、河川の水がなくなりそうなほど取水され日本で長く生活している人であれば、里山てしまうこともあります。に水田が広がる光景、いわゆる田園風景を思い浮かべる人も少なくないと思います。日本では、古2．水田に取り入れられた水のゆくえ

来より、各地で水田農業が広く営まれてきました。
ご存じの方も多いと思いますが、水田で稲を育さて、それでは、水田に取り入れられたたくさてるためにはたくさんの水が必要となります。日んの水は、その後どうなるのか、皆さんご存じで本でのお米の収穫は基本的に年 1 回で、地域にしょうか？

よって多少のずれがあるものの、3 月下旬頃から体内への吸収、あるいは田面に溜まっている間に田植えの準備が始められ、4 月〜 5 月に田植えを生じる蒸発によってなくなってしまうと思われる行い、9 月下旬頃に稲刈りを行うというのが標準人も少なくないかもしれませんが、実はそれらの的で、このおよそ半年の間に必要とされる水の量量は割合的にはそれほど多くはなく、水田に入れは、降雨量と同じように水深で表すと、およそられた水のほとんどは、排水路へと流れ出るか、2,000 mm に相当します。

底の土の中へ浸透していくかによって水田から出稲からの蒸散や、光合成による植物て行き、その後、下流にある河川へと流入したり、日本で 1 年間に降る雨の量は、地域によってか地下水の一構成成分となったりしています。

なり大きなばらつきがありますが、全国で平均するとおよそ 1,700 〜 1,800 mm とされ、これは世そして、水田から河川や地下水へと流出した水界全体での平均年降雨量の約 2 倍にも相当しまが、それより下流にある水田で再びかんがい用水す。水田の稲作には、半年でそれをも上回る量のとして利用される例も少なくありません。これを水が必要とされるわけですから、その量がいかに専門用語で「反復利用」と言います。これは、少し多いかということがおわかり頂けると思います。

極端な言い方をすれば、上流の水田が下流の水田そして、当然のことながら、これだけの量の水をの水源としての役割も果たしているとも言えます。

天水、すなわち空から田面に降り注ぐ雨だけでま3．水田農業と地域における水循環の関係かなうことは困難です。このような場合、天水以外の水を水田に供給すること、すなわち“かんが水田にはたくさんの水が取り入れられる一方い”が必要となり、日本のほとんどの水田にはそで、それとあまり変わらない量の水がそこから出のための施設として用水路や排水路などが設けらていくのであれば、地域内に水田があろうがなかれています。かんがいの用水源には、河川の水がろうが、その地域における水の循環過程、すなわ利用されるケースがほとんどであり、河川から取ち降雨として地表に到達した水が、河川や地下水水した水を、取水地点から分岐を繰り返しながらへと流入し、最終的には海洋へと流出していく過81

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程において、さほど影響が無いように思えるかもれ別に溶かした水をある割合で混ぜ合わせ、そのしれません。しかし、トータルの量でみると水田混ざった状態の水だけから、ある色の水がどういへの流入量と水田からの流出量に大きな差が無いう割合で混ぜられたかを特定するのは難しいといにしても、水田に水が取り入れられるタイミングうのと似ています。と、それが出て行くタイミングに差があるため、ところで、ご存じの方も多いかもしれませんが、地域の水循環過程には少なからず影響を及ぼして近年、日本ではとくに都市圏を中心に農地の宅地いる可能性があると考えられています。

化が進み、また、山間部においても農業従事者のわかりやすい例をあげると、たとえば大雨が高齢化や担い手不足などによって耕作放棄が進ん降った時、水田は水が貯まりやすい構造になってでおり、農地面積が年々減少の一途をたどっていいるため、水田があれば、降った雨の一部がそこます。農地の減少によって、地域の水循環過程にに貯まってしばらくの間留まり、直接流れ去るよも変化が生じる可能性がありますが、どういったりは長い時間をかけて水田の外へと流出していく変化がどの程度生じうるかはまだ不明のままでことになります。しかし、もしそこが水田でなけす。しかし、農地の減少に伴って、たとえば河川れば、そのような一時的な水の貯留や流出の時間流量が洪水時には増大しやすくなり、逆に渇水時遅れは生じないため、河川に到達するまでの時間には低下しやすくなるといった、水循環過程へのがより短くなり、水田がある場合に比べ、河川へ悪影響が及ぶ可能性もあり、農地がなくなってしの流入が集中的となり河川流量が増大しやすくなまってからでは対策が困難となるということもあります。近年、水田によるこうした機能が注目さり得ますので、今のうちに、こうした評価ができれ、水田におけるこの特性を積極的に利用するこるようになることはとても重要な課題といえまとで、大雨時の洪水を抑制しようとする取り組みす。そして、河川水や地下水の中に含まれる水田が各地で実際に行われています。

から出てきた水の割合を定量評価できるようにな

また、水田に入れられた水には、砂時計から落ることは、その課題解決に向けての大きな第一歩

ちる砂のように、時間をかけて少しずつ水田からとなります。

しみ出ていくものがあり、しばらく降雨が無い時には、こうした水が河川の流量維持の役割を果た

5．水の酸素・水素安定同位体比を用いた定量評価すことになるとも考えられます。

こうした中、地表水における酸素・水素安定同つまり、地域内に水田があるかないかによって、位体比の特性の違いを利用することによって、今河川における流量の変化の仕方が異なってくるとまで困難とされてきたその定量評価の可能性が見考えられます。

出され、現在、検討を行っています。図 1 は、兵庫県西部にある千種川上流域において、2019 年 4

4．水田農業による地域水循環への定量評価

月〜 11 月にかけて、本流および支流の源流部お水田が地域における水の循環過程に何かしらのよび各地点の河川水と、流域内にある水田の田面影響を及ぼしうることは、ある程度認知されてき水 を 採 取 し、 酸 素 お よ び 水 素 の 安 定 同 位 体 比ましたが、実際にそれがどの程度であるかについ（δ18O、δ 2H）を分析した結果を δ18O-δ 2H 座標上ては、実はまだ明らかにはなっていません。このにプロットしたものです。プロットは、おおよそことを明らかにするためには、河川を流れる水や直線状に散らばっており、田面水、源流水、河川地下水の中に、水田から出てきた水がどれだけ含水にグループ分けすると、分布の左端の両 δ 値とまれているかを知る必要がありますが、それはとも小さい側（水の軽い側）に源流水のみが分布すても困難だからです。複数の色の絵の具をそれぞる比較的小さな領域があり、一方、右端の両 δ 値82

陀安一郎、申基澈編（2021）同位体環境学がえがく世界：2021 年版-30ため、δ 値はある程度変化しますが、日本の河川ほぼ田面水のみが分布は基本的に短く、最上流部から河口まで流達する

2H (‰)のにせいぜい 1 〜 2 日程度であり、その間における δ 値の変化量は、夏季に水田内で変化する大き-40

河川水も分布さに比べると小さいといえます。また、今回調査を行った千種川上流域では、河川水は図 1 で示さ-50れた源流水の δ 特性をもつ支流からの流入と、水田面水源流水のみが分布-60-10-8-618O (‰)

源流水田から還元してきた水によって主に構成されるこ河川水とが現地調査を通じて確認されています。そこで、河川水における δ 値は、もともと源流水の δ 特性-4を有していた水が、河川への流入後、流下中の蒸発によってわずかながら変化するとともに、田面図 1．源流水、河川水、田面水の同位体比
図1.
源流水，河川水，田面水の同位体比でより多くの蒸発作用を受けて重くなった水が河とも大きい側（水の重い側）にほぼ田面水のみが川へと還元し混合されることによって形成された分布する領域があり、河川水は、それら 2 つの領と考え、流域内で大きな支流にある調査地点を対域にちょうど挟まれる領域に分布するという興味象に、いくつかの前提条件の下で、調査を行った深い結果が得られました。

日における河川水に占める水田から還元してきた182水における δ O および δ H の値は、地表にお水の割合を試算したところ、図 2 に示すような結いて蒸発作用（動的分別作用）を受けなければ、果が得られました。この河川地点における流域面ほぼ変化することはなく、一方、蒸発作用を受け積に対する水田面積の割合はたった 0.7％に過ぎると、酸素、水素それぞれ、質量数が相対的に小ないにもかかわらず、かんがい期においては、河16川水中に占める水田還元水の割合がその 20 倍以

さく軽い O および H が水中から優先的に蒸発18上となる 16％にもなることがあり、非かんがいし、その結果、地表に留まった水の中の O およ2182び H の割合が増えて、δ O、δ H ともに値が大期になるとその割合はやはり小さくなるという傾きくなり、わずかながら水が重くなる側に変化す向がみられました。まだデータ数が少なく、示さることが知られています。つまり、この流域の水れた数値がどの程度の代表性をもっているかにつ田では、かんがい用水として基本的には河川の水いては検討の余地がありますが、他の河川地点でが利用されていますが、水田に入れられた水が田試算を行ってもやはり同様の結果が得られてお面に貯留されている間に蒸発作用を受けることによって、田面水の δ18O および δ 2H が δ18O-δ 2H 座

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河川水中における水田還元水の割合(%)

標上で源流水や河川水とは明確に区別できる程度まで値の大きな重い水へと変化することが図 1 からうかがわれます。ただし、田面水については、河川から取り入れたばかりの水の割合が多い時もあれば、数日間蒸発作用を受けた水の割合が多い時もあるため、プロットのちらばりが大きく、河川水の分布領域と重複しているものも見受けられ

151050ます。
水は河川を流れている間にも蒸発作用を受ける

かんがい期

非かんがい期Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

図 2．河川水における水田還元水の混合割合の試算結果

図2. 河川水における水田還元水の混合割合の試算結果
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陀安一郎、申基澈編（2021）同位体環境学がえがく世界：2021 年版

り、とくにかんがい期においては水田が河川流量「水の安定同位体比を用いた水田農業によるに対して少なからぬ影響を及ぼしていることはや河川流況への影響評価」2020 年度（第 69 回）

はり間違いなさそうです。今後、同様の調査を継

農業農村工学会大会講演会要旨集、農業農村続し、試算方法や推定結果の妥当性について引き工学会、pp. 469‒470

続き検討を行いながら、水田が地域の水循環にど著者情報の程度寄与しているのかについて定量的に評価できるようになるところまで究めていきたいと考え

中桐貴生（大阪府立大学大学院生ています。

命環境科学研究科准教授）1995 年
京都大学大学院農学研究科修了、博士（農学）。1997 年大阪府立大

文献学農学部助手、2008 年より現職。

中桐貴生、松本武志、大串健一、吉岡有美、堀野治彦、藪崎志穂、陀安一郎、櫻井伸治（2020） （2021 年 3 月 31 日掲載）

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