陀安一郎、申基澈編（2021）同位体環境学がえがく世界：2021 年版

塩類の起源に迫る― 農地が汗をかくと塩を吹く ―久米崇（愛媛大学大学院農学研究科）

1．はじめにをかんがい水といいます。土の中に多量の塩類が乾燥地域の農地では、土の表面に真っ白な塩が存在している農地にかんがいを行うと、かんがい吹くことがあります。これを塩類集積といいます。

水の中に塩類が溶けます。乾燥地のように激しく土には様々な要因により多量に塩類を含んでい水が蒸発する農地では、塩類を溶解したかんがいるものがあります。例えば、そもそもの地質に多水は、毛管現象により土の表面へ移動し蒸発して量の塩類を含むことがあげられます。また、昔海いきます。その際、水は蒸発して大気中に霧散し底であった場所が土砂堆積などで陸地になった場ますが、塩類は再結晶して土の表面に集積します。

合、土の中に多量の海水が閉じ込められ塩類が残このようにして、スポーツ後の T シャツのよ存していることがあります。このように、土の中うに、農地が汗をかく（水が蒸発する）と塩を吹には歴史的な経緯によってさまざまな理由で塩類く（塩類集積する）ことになるのです。

が存在しています。
3．ストロンチウム安定同位体による塩類起源の塩類、特に塩化ナトリウムなどは、作物の大敵です。作物によって程度の差はありますが、塩化推定

ナトリウムが土の中に多量に存在すると、多くのここでは、ストロンチウム（以下、Sr）という作物は枯れてしまいます。したがって、適切に農重金属元素の安定同位体を用いて、海水起源の塩地の塩類を管理する必要があります。

類がどの程度農地土壌に含まれているのかを推定することにします。

その際に重要なのは、塩類の起源を明確にすることです。土の中の塩類がどこから来たのかがわ

Sr には、複数の安定同位体があります。ここ

かれば、どのような対策・管理をすればよいのか

では、質量数 87 と 86 の安定同位体の比（87Sr/を考えやすくなります。そこで本稿では、安定同86位体を用いて塩類の起源を推定する方法を紹介しその理由は、海水の Sr 同位体比は世界中どこのます。

海から採取したものでも 0.70918 であることが分Sr）（以下、Sr 同位体比）を用いることとします。

かっているからです。
2．農地の塩類集積

大雑把ではありますが、ある水サンプル中にお農地の塩類集積はどのようにしておきるのでける Sr のうち、海水起源の Sr が大半を占めていしょうか。私たちが真夏にスポーツをして大量にれば、その水サンプル中の塩類の主な起源は海水汗をかくと、黒い T シャツの背中に白く塩を吹である（海水の影響を大きく受けている）と考えくことがあります。農地でも同じことがおきまることができます。本稿では、このような考え方す。のもとで Sr 同位体比による塩類起源の解析を進

作物を育てるために人為的に農地に水を供給すめます。

ることを「かんがい」といいます。また、その水103

流域

陀安一郎、申基澈編（2021）同位体環境学がえがく世界：2021 年版

4．研究対象地域の概要

いを行っています。ここでは、不要なかんがい水

ここで紹介する研究成果（Kume et al., 2010）を排除するための排水路が至るところに張り巡らは、総合地球環境学研究所プロジェクト「乾燥地されています。図 2 に示すように 3 つの灌漑ブ

域の農業生産システムに及ぼす地球温暖化の影

ロックがあり、それぞれに幹線排水路が設置さ響」において筆者が実施したものです。

れ、排水は地中海に排出されます。下流域の土は

このプロジェクトは、トルコ共和国のセイハン

塩類化の傾向を示しており塩類集積が認められて川流域（図 1）を対象として実施されました。流いました。

域の下流に位置するアダナ市周辺は大規模かんがい農地の開発が行われています（図 2）。筆者は、5．排水中の塩類の起源をみる

このかんがい農地の上流から下流の水の流れと塩農地には人間活動によって水だけでなく様々な類の移動の観測・解析を担当しました。

物質が供給されます。図 3 に示すように、排水路対象とするかんがい地域は上流にダムを有し、には、降水、肥料、農薬、かんがい水、地下水、セイハン川とかんがい水路を通じて農地へかんがそして場合によっては海水が浸入します。つまり排水は様々な起源から供給された塩類が混合した水ということになります。
対象地域には、先に述べたように幹線排水路が3 つ設置されています。これらの排水路の末端における排水には、それぞれの排水ブロックからの排水が混合し、その特徴が色濃く反映されているはずです。そこで、混合理論を使って、それぞれの起源から供給された塩類の混合比を求めること

図 １．トルコ共和国とセイハン川流域
図１．トルコ共和国とセイハン川流域

で、塩類の起源を明らかにすることにします。

図２．研究対象地域と各種サンプリング地点

図3．農地におけるさまざまな⽔・物質起源

図 ２．研究対象地域と各種サンプリング地点

図２．研究対象地域と各種サンプリング地点
104図１．トルコ共和国とセイハン川流域
陀安一郎、申基澈編（2021）同位体環境学がえがく世界：2021 年版

図２．研究対象地域と各種サンプリング地点

図 3．農地におけるさまざまな水・物質起源

図3．農地におけるさまざまな⽔・物質起源
6．主要な起源は何か
排水中にはさまざまな起源からもたらされた塩類が混合しています。そのすべてを対象とすることは難しく現実的ではありません。そこで、次の理由から 3 つの起源に注目をします。

図 ４．各サンプルの Sr 同位体比と Sr 濃度（夏季）

まず一つ目は海水です。対象地域は、昔海面下図４．各サンプルのSr同位体⽐とSr濃度（夏季）にあり海水塩の影響を大きく受けているはずです。また、地中海沿岸部は、海水浸入を受けていることからも海水塩は対象とするかんがい農地における主要な起源の一つと考えられます。

二つ目はかんがい水です。対象地域の農地には、春から夏にかけて大量のかんがい水が供給されます。かんがい水中の塩分濃度は低くても、それが大量になれば相当量の塩類が農地に供給されることになります。
そして三つめは肥料です。農地には大量の肥料が毎年投入されます。ここに含まれる塩類は相当な量であると推測されます。

各サンプルのSr同位体⽐とSr濃度（夏季）

図6．各排⽔における塩類の混合⽐（夏季）
図 ５．各サンプルの Sr 同位体比と Sr 濃度（冬季）図５．各サンプルのSr同位体⽐とSr濃度（冬季）7．解析の方法

いても、排水のプロットがすべて海水、かんがい対象地域では春から夏にかけて大量のかんがい水、肥料を結んだ三角形の中に入っています。こ水が農地に供給されます。一方、秋から冬には供のような場合、混合理論（Faure and Mensing，給されません。したがって、夏季と冬季では、排2005）にもとづいた次の連立方程式を解くことで、水に含まれる塩類の混合比が異なる可能性があり海水、かんがい水、肥料それぞれから各排水に供ます。そこで、ここでは夏季と冬季それぞれの混給された Sr の混合比（割合）を計算することが合比をみていきます。

できます。

まず、各種サンプルを室内に持ち帰り、Sr 濃度と Sr 同位体比の測定を行います。そして図 4、

1=f海 ＋ fか ＋ f肥 （1）

1/Sr排 =1/Sr海 f海 ＋ 1/Srか fか ＋ 1/Sr肥 f肥 （2）

図7．各排⽔における塩類の混合⽐（冬季）

図6．各排⽔における塩類の混合⽐（夏季）5 に示すように海水、かんがい水、肥料そして 3つの排水路（D1、D2、D3）から採取した排水のSr 濃度の逆数と Sr 同位体比をプロットします。

Sr 比 排 =Sr 比

図 4、5 に示すように夏季、冬季のいずれにお105

f ＋ Sr 比海 海f ＋ Sr 比か かf  （3）肥 肥）

陀安一郎、申基澈編（2021）同位体環境学がえがく世界：2021 年版が多量なため、その中に含まれている Sr が農地

ただし、f海 ，fか ，f肥 ＜ 1から排水路に排水されていきます。その影響がとこ こ で、Sr 同 位 体 比（Sr 比 と 表 記 ） と 1/Srても大きいということになります。また、肥料も-1（ppb ）はそれぞれ図 4、5 の縦軸と横軸に示し

大量に農地に投入されます。肥料は、かんがい水た既知の測定値です。そして、添字の「海 」、「か 」、によって溶解され不要な肥料分はやはり排水路に「肥 」、「排 」はそれぞれ、海水、かんがい水、肥料、排水されます。このような理由から、夏季におけ排水を示します。f は未知数であり、求めるそれる混合比は、どの排水路でもかんがい水と肥料がぞれの混合比（割合）です。この連立方程式に夏大きな値を示したと考えられます。

季、冬季におけるサンプルの実測値を代入して計次に、図 7 を見てみましょう。これは冬季にお算を行いました。

ける混合比です。夏季とは違って、それぞれの排水中に含まれる海水起源の Sr に明確な違いがみ8．塩類の起源（＝混合比）の解析結果られました。D1 では排水中に含まれる海水起源

図 6 は D1、D2、D3 それぞれの夏季におけるの Sr は 21％でした。夏季は 6％でしたから 3 倍海水、かんがい水、肥料の混合比を示しています。

以上も増加したことになります。D2 も海水起源

D1 の排水中には、海水起源の Sr が 6％、肥料起の Sr が 3％から 11％に増加していました。D3 は源の Sr が 28％、そしてかんがい水起源の Sr が夏季と同じ 2％でした。

66％含まれていました。D2 と D3 の排水路には冬季における Sr の混合比の違いの原因は何で海水起源の Sr がそれぞれ 3％、2％含まれていたしょうか。それは、土の塩分濃度にあると考えらことがわかります。

れます。D1、D2 の排水路には、図 2 に示すよう夏季は、上流のダムから供給されるかんがい水に排水ブロック中に多くの塩類集積農地の存在

図４．各サンプルのSr同位体⽐とSr濃度（夏季） （図中の黒く塗られている箇所）が認められます。
図５．各サンプルのSr同位体⽐とSr濃度（冬一方、D3 の排水ブロックにはほとんど塩類集積農地が認められません。
夏季には、これら塩類集積農地から排出された塩類は大量のかんがい水によって希釈されるため海水の混合比は小さくなります。しかし、冬季はかんがい水による希釈がなくなるので、排出された塩分濃度が混合比にそのまま表れてくるのです。つまり、土は海水の影響を受けており、海水図５．各サンプルのSr同位体⽐とSr濃度（冬季）図 6．各排水における塩類の混合比（夏季）
図7．各排⽔における塩類の混合⽐（冬季
図6．各排⽔における塩類の混合⽐（夏季） 起源の塩類が排水路に排出されてくるのです。肥
料の混合比が夏季に比べて冬季に大きくなるのも同様の理由です。
9．おわりに本研究で示したように、塩類集積が発生している農地における海水塩の影響を Sr 同位体比と Sr濃度を用いて解析することで定量的に明らかにすることができました。海水、かんがい水、肥料、
図 7．各排水における塩類の混合比（冬季）
図7．各排⽔における塩類の混合⽐（冬季）106

そして排水にはそれぞれ固有の Sr 同位体比があ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、それを質量分析器で測定することができます。

Takashi Kume, Erhan Akca, Takanori Nakano,

農地における複数の排水路から排水サンプルをTakanori Nagano, Selim Kapur and

採取し、その Sr 同位体比を測定するだけでも明Tsugihiro Watanabe, 2010, Seasonal Changes

確に異なる値が得られるはずです。それをもとに

of Fertilizer Impacts on Agricultural

して、各農地の塩分起源の差異を簡便に診断する

Drainage in a Salinized Area in Adana,

こともできるでしょう。

Turkey, Science of the Total Environment,

さらに応用すれば、津波や台風などによって沿vol. 408, issue16, 3319‒3326,

岸域農地に海水が被った際に、土中水や排水など

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.03.028の Sr 同位体比を測定することで、陸域における著者情報海水の影響評価を実施することができます。
この塩はどこから来たのだろうか。またどこへ

久米崇（愛媛大学大学院農学研究科准教授）2004 年京都大学大行くのだろうか。そんな疑問に対して科学的に答学院農学研究科博士後期課程修えを示してくれる Sr 安定同位体比はとても魅力

了、博士（農学）。総合地球環境的なものだと思いませんか。

学研究所プロジェクト上級研究員、鳥取大学乾燥地研究センタープロジェクト研究員、総合地球環

引用文献

境学研究所プロジェクト上級研究

Faure, G. and Mensing, T.M. Isotopes, Principles員・特任准教授を経て、2012 年より現職。

and applications (Third edition), John Wiley& Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2005

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（2021 年 3 月 31 日掲載）