144cover5 (2020-09-03 15:48)

土壌の物理性第 144 号

令和 2 年3 月 20 日発行（年 3 回発行）

昭和 45 年 7月 31 日

学術刊行物承認

土壌の物理性Journal of the Japanese Society of Soil Physics

土壌物理学会Japanese Society of Soil Physics

ISSN 0387‑6012

第 144 号
2020年 3月

土壌の物理性
第 144 号

目2020 年 3 月

次

巻頭言

原口暢朗

...

1

...

3

鈴木克拓

...

9

南光一樹

...

17

牧野知之

...

25

山路恵子 · 春間俊克

...

33

朝田 景（シンポジウム事務局） . . .

39

シンポジウム特集
解説

土壌 · 水環境のサステナビリティに関わるコロイド界面科学の可能性
足立泰久
多雪重粘土地帯の水田転換畑における懸濁物質およびリンの暗渠流出

雨滴測定から見えてくる葉や枝での雨の振る舞い

化学的手法によるカドミウム汚染水田浄化およびコメヒ素低減対策

機能性微生物が関与した鉱山跡地 · 自生植物の金属耐性機構

資料

第 61 回土壌物理学会シンポジウム総合討論「土壌 · 水環境のサステナビリティとコロイド界面現象」

2019 年度土壌物理学会大会講演会 ポスターセッション 発表要旨

...

45

...

57

会務報告

........................................................................

59

編集後記

........................................................................

61

土粒子
Experiences as a PhD student in JapanCa NGUYEN THI

表紙写真の説明
①

②

③

④

「オンサイト土壌洗浄の風景」土壌への影響の少ない塩化鉄を洗浄剤としてカドミウム汚染水田の実用的土壌洗浄技術を開発した．今号掲載の解説「化学的手法によるカドミウム汚染水田浄化およびコメヒ素低減対策」をご参照下さい．
「降雨時における粘土質転換畑圃場からの暗渠流出」梅雨末期の降雨時における中央農研 北陸研究拠点の粘土質転換畑圃場からの暗渠流出の様子を示した．今号掲載の解説「多雪重粘土地帯の水田
転換畑における懸濁物質およびリンの暗渠流出」をご参照下さい．
「内生菌によるリョウブ生長促進」内生菌の接種によりリョウブの地上部生長が促進されている様子を示した．ガンマー線滅菌した鉱山跡地土壌を試験に使用した. 左から非接種区，Phialocephala 接種区，Rhizodermea 接種区，Rhizoscyphus 接種区および 3 種の混合接種区である．今号掲載の解説「機能性微生物が関与した鉱山跡地 · 自生植物の金属耐性機構」をご参照下さい．
「葉の表面に載った水滴」（a）モウソウチク，（b）スギ．水滴の粘性や重さ及び葉表面の撥水性により固体／液体界面が変わり，水滴の載っかりやすさが変わる．今号掲載の解説「雨滴測定から見えてくる葉や枝での雨の振る舞い」をご参照下さい．

①

②
③

④-a

④-b

第 144 号および第 145 号の遅延について
土壌物理学会編集委員長
江口 定夫
本誌の第 144 号（2020 年 3 月発行予定）につきまして、諸事情により、原稿収集 ∼ 編集に係る諸作業の遅延のため、出版が大幅に遅れましたこと、そのことにより、会員の皆様および著者の皆様に多大なるご心配、ご迷惑をおかけいたしましたことを、深くお詫び申し上げます。
次号の第 145 号（2020 年 7 月発行予定）につきましては、順調に出版計画が進捗しておりま
したが、今号（第 144 号）の出版を先に行う必要があったことから、当初予定よりも出版を遅延させておりました。次号（第 145 号）については、間もなく、出版できる見込みです。
本誌の発行計画に沿った出版ができるよう、より一層、努めてまいります。

2020 年度土壌物理学会大会について

新型コロナウイルス感染症への対応として，シンポジウムは現地およびオンラインで開催，
一般発表（スライドセッション），企業紹介はオンラインのみで開催することを検討しています．総会は期間を設けてのメール審議を予定しています．情報交換会は開催しません．
大会の開催方法は評議委員会で審議中です．決定後、プログラム，参加申し込み方法等の詳
細を土壌物理学会ホームページ（https://js-soilphysics.com/conf）上に掲載します．
日 時：10 月 31 日（土） 9:00 ∼ 18:00（予定）
現地会場：筑波産学連携支援センターつくば農林ホール（つくば市観音台 農林研究団地内）
参加費：3,000 円 （事前入金のみ. ただし，学生会員は無料（期日までに学生会員の入会手続を行った場合を含む））

1. 開会 · 事務連絡 つくば農林ホールおよびオンライン
2. 第 62 回シンポジウム
つくば農林ホールおよびオンライン
テーマ「生産者ニーズに応えるための耕地の土壌物理 · 水文学的諸課題」
総合司会 小林政広 副会長 · 大会実行委員長 森林研究 · 整備機構森林総合研究所
趣旨説明 足立泰久 会長 筑波大学生命環境系（第 1 部）（1）生産者等から提示された土壌物理性の診断と対策に対するニーズ（仮）望月秀俊 農研機構西日本農業研究センター（2）暗渠への水の流れの実相とその機能診断法の提案
吉田修一郎 東京大学農学部（3）センシング技術を活用した黒ボク土畑の土壌特性の面的評価（仮）丹羽勝久 （株）ズコーシャ（第 2 部）（4）生産性向上の立場からみた水田転換畑における「すき床」の評価のあり方
高橋智紀 農研機構東北農業研究センター（5）貫入抵抗値を用いた土壌特性評価の可能性（仮）江口定夫 農研機構農業環境変動研究センター
総合討論

司会

中野恵子

農研機構九州沖縄農業研究センター

原口暢朗

農研機構生物系特定産業技術研究支援センター

3. 一般発表（スライドセッション） オンライン
従来のポスターセッションに相当する一般発表は，スライド数枚を用いたオンライン発表の開催方法を検討しています．発表者は，会員のみとします．
:::::::::
4．企業紹介 オンライン
一般発表に準じた方法で企業紹介をおこないます．
問い合わせ先：2020 年度土壌物理学会大会実行委員長 小林政広
〒305-8687 茨城県つくば市松の里１ 森林研究 · 整備機構森林総合研究所
電話 029-829-8228 E-mail：spmt2020@ml.affrc.go.jp
5. 農業農村工学会土壌物理研究部会 令和 2 年度研究集会（土壌物理学会 共催）
オンラインおよび現地（つくば農林ホール）での開催を検討中です．開催方法，申し込み方
法等は，9 月以降に学会 HP（http://www.jsidre.or.jp/dojyo/）に掲載します．
日時：10 月 30 日 (金)午後

テーマ「広がる土壌物理：海外で頑張る若手研究者」（1）多孔質体中におけるカルサイト沈殿時のスペクトル誘電分極
伊豆本聡 博士課程院生 Agrosphere, Institute of Bio- and Geosciences, Juelich ResearchCenter（2）アマゾン高層タワー観測所（ATTO）における研究動向
小宮秀治郎 Postdoc, Department of Biogeochemical Systems at the Max-Plank Institutefor Biogeochemistry（3）農地土壌における有機物と粘土画分の相互作用とそれが炭素貯留、土壌構造および
水 · 溶質移動に及ぼす影響福桝純平 博士課程院生， Sveriges lantbruksuniversitet， Swedish University ofAgricultural Sciences（4）乾燥地における精密農業と収量予測モデルの検証 (仮題)伊東雄樹 Postdoctoral fellow Gilat research center，Agricultural Research Organization(ARO) – The Volcani Center
問い合わせ先：農業農村工学会土壌物理研究部会事務局〒113-8657 東京都文京区弥生１−１−１
東京大学大学院農学生命科学研究科生物 · 環境工学専攻 環境地水学研究室
西村拓，濱本昌一郎

TEL 03-5841-5350，5351 FAX 03-5841-8171
E-mail: nnspbukai@gmail.com
Web： http://www.jsidre.or.jp/dojyo/

会費納入のお願い
土壌物理学会事務局
時下ますますご健勝のこととお慶び申し上げます．当学会の会費は学会会則第 5 条に定められていますように，所定の期日までに納めていただくこととなっております．各位におかれま
しては，今年度（令和 2 元年度）の会費を納入していただきたく，お願い申し上げます．ご多忙の折りとは存じますが，9 月末日までに入金していただきますよう，宜しくお願い申し上げます．

記

1. 会費の区分は，正会員 5,500 円，シニア会員 3,000 円，学生会員 3,000 円，賛助会員 22,500
円，講読会員 7,500 円となっております（学会会則第 5 条）．
2. 同封の振替用紙をご利用のうえ，会費をご入金ください．なお，誠に恐れ入りますが，手数料は各自でご負担ください．
3. 会員登録データ等の変更は，通信欄にご記入ください．
4. 前年度未納の方につきましては，今年度分と併せてご入金ください．また，通信欄にはその旨ご記入ください．
5. すでにご入金済みの場合は，お手数ですが送金月日と送金方法をお知らせくださいます
よう，お願いいたします．
6. 何かご不明の点等ございましたら，会計幹事の西脇までご連絡ください．

問い合わせ先:土壌物理学会事務局（会計幹事）〒300-0393 茨城県稲敷郡阿見町中央 3-21-1
茨城大学 農学部 地域総合農学科 西脇淳子
電話 029-888-8591 E-mail: spkaikei@ml.affrc.go.jp

新年度の異動 · 転居等に伴う会員登録情報変更についてのお願い
土壌物理学会事務局
学会員のみなさまには，平素より当学会運営へのご理解とご協力をいただき，まことにありがとうございます．さて，新年度を迎えて，異動や大学卒業修了等に伴う学会登録情報（所属，住所，学会誌送付先，会員種別等）の変更が生じる方も居られるかと思います．その場合には，速やかに学会事務局に変更内容をご連絡ください．巻末の会員登録用紙に該当事項をご記入の上，下記宛先に（E-mail の添付ファイル，Fax などで）お送りください．届出用紙は学会 HP からダウンロードすることもできます．
※ホームページ上での大会申し込み，「土壌の物理性」論文などのダウンロードに必要なパス
ワードの照会にメールアドレスを利用しておりますので，メールアドレスを正しく記載して下
さい．

送付先 · 問い合わせ先
土壌物理学会事務局（会計幹事）西脇淳子

E-mail：spkaikei@ml.affrc.go.jp
Fax：029-853-6638 （西脇宛とお書き下さい）

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 144, p.1 ∼ 2 (2020)「トレンドか統計か」
原口

暢朗 1

1973 年の Nielsen らによる「Spatial variability of ﬁeld measured soil-water properties」1）の公表から 20 年余りにわたり，Soil Spatial variability∗ なるトピックが，国内外の土壌物理学に関わる学術誌を賑わせた．当時，筆者もその渦中にあった．Soil Spatial variability に対する主な科学的アプローチとして，「古典統計学」，「地質（地∗∗球）統計学」，「REV 概念 もしくは観測スケール」，「Time stability」が挙げられる．筆者は，水田土壌の Spatial
variability に対して統計学的なアプローチを用いた研究を行い，博士号を取得した．しかし，このアプローチでは研究の展開を見出せず，継続を断念した．
時は流れ，2015 年から，栽培と土壌肥料分野を主体とした研究プロジェクトにおいて，水田転換畑圃場（以下，「転換畑圃場」）における排水性の良否の診断を担当することとなった．あわせて，プロジェクトに参画する複数の公立農業研究機関（以下，「公立農試」）による排水性の観測結果の取りまとめ役を拝命した．研究開始に先立
ち，筆者と公立農試の研究者との間で，排水性の診断と土壌水分の観測方法に関して，意見交換の場が設けられた．公立農試の研究者は，土壌水分観測の経験に乏しい．早速，筆者に質問があった：“土壌水分計をどこに設置したら良いですか？ ” 筆者：“1 本設置するなら，圃場の中央付近が良いでしょう．暗渠があるなら，暗渠のラインから暗渠間隔の 1/4 程度の距離を離した位置が良いでしょう”．追って質問があった：“1 本で大丈夫でしょう
か．何本くらい設置すべきでしょうか？ ” 筆者：“予算や労力との関係があると思いますので，多くても 3 本．その場合，圃場の中央付近，用水路側，排水路側に設置が目安でしょう”．さらに質問があった：“土壌水分の平均値を算定するなら，3 本は少なくないですか？ ” この質問に対して，後日電子メールで少し詳しく回答した．
一連のやりとりは予想された事案であり，筆者が自ら観測を担当する際の方法論の問題でもあった．このため，
予め以下に記す自己流の考え方を整理していた：（i）転換畑圃場による排水性の良否は，大雨の後の面的な観察によって，経験的にわかる．このため，診断の対象である排水性は面的な現象と見なせる．（ii）土壌水分の観測は，この面的な現象と整合する位置で実施できれば良い．すなわち，面的な現象をある程度代表する観測値が得られれば良い．
（iii）転換畑圃場では，経験的に用水路側の土壌は湿っており，排水路側の土壌は乾いている．また，暗渠直上部の排水は早く，暗渠の丁度中間部の排水は遅いと見なせる．これらの場所は，面的に見れば偏った土壌水分の観測値が得られやすいので，避けるべきである．

Soil Spatial variability に係る筆者の研究経験から，転換畑圃場の土壌水分の場所によるばらつき ∗ の見方として，以下の二通りがある：（i）土壌水分の場所によるばらつきを純粋な確率 · 統計場と見なし，多点で観測して統計処理する．これは，場所によるばらつきに先験的知見を見いだせないという前提に立っている． (ii) 土壌水分の場所によるばらつきには，いくつかの先験的知見がある．例えば，用水路側の土壌は湿っており，排水路側の土壌は乾いているなど，転換畑圃場に特有な場所的な傾向（Trend, トレンド）がある．
前述した自己流の整理は，後者に立脚したものであり，本小文の表題である「トレンドか統計か」の所以である．なお，これは土壌水分の観測位置や観測数に関する対象の捉え方の問題である．土壌水分の観測点を決定した後，排水性の良否を検討するためには二つの問題が残る．一つは「排水の良否を定性的に判断するための面的な観測」，もう一つは「土壌水分の時間変動と排水性とを結びつける論理」である．これらについては，前述の研究プロジェクトで検討中である．
「トレンドか統計か」という問題は，土壌の物理性に限らず，野外で起こる自然現象に共通する．この事情について，故岩田進午博士らが明快に述べている：“Researchers who choose the natural world as the subject of study, soil
scientists, hydrologists, geologists, and meteorologists, have wrestled with the spatial heterogeneities of the physical andchemical quantities they measure.”2）筆者の勤務する機関は，故岩田博士らが例示した専門分野を概ね網羅する．関係する研究者が，場所によるばらつきの問題をどう解決しているか，ふと思うことがある．単純な科学的アプ
ローチによる解決は難しいと思われる．対象とする系ごとに，複数の観測方法や解析を組み合わせて処理されていると推察する．前述した自己流の整理も，そういった取り組みの一例かもしれない．
1 国立研究開発法人

農業 · 食品産業技術総合研究機構 農村工学研究部門

土壌の物理性

2

第 144 号

(2020)

最後に，本小文が同様な問題を抱える読者への一助となれば幸いである．
∗ 小文では “Spatial variability” と “場所によるばらつき” を同じ意味で使っている．
∗∗ 「REV 概念」；REV（Representative Elementary Volume）とは，本小文では，観測対象である物性のミクロな不均一性を十分に平均化する観測サイズ，とする．詳しい定義については，文献 2)，3) を参照されたい．

引用文献

1) Nielsen, D.R., Biggar, J.W. and Erh, K.T. (1973): Spatial variability of ﬁeld measured soil-water properties. Hilgardia, 42(7): 215–259.
2) Iwata, S., Tabuchi, T. and Warkentin, B.P. (1995): Soil-water interactions, pp. 333–353. Marcel Dekker, inc.
3) Miyazaki, T., Hasegawa, S. and Kasubuchi, T. (1993): Water ﬂow in soils, pp. 255–282. Marcel Dekker, inc.

シンポジウム特集

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 144 p.3 ∼ 7 (2020)ゎࠉㄝ
Lectures

土壌 · 水環境のサステナビリティに関わる
コロイド界面科学の可能性
足立

泰久 1

Colloid and interface science in soil and water sustainability
Yasuhisa ADACHI1

水と油，水と空気，水と固体粒子など 2 つの相が接す
ると界面ができる．界面に存在する分子はバルク（界面以外の相の内側）の分子よりもエネルギー的に高い状態にある．系全体の中で界面の面積が相対的に大きくなるほど系はエネルギー的に高い状態となる．界面を隔てた 2 つの相は必ずしも対称とならず，膜，繊維，粒子，液滴，細孔を形成する．この時，相を特徴づける代表的長さ，すなわち膜ならその厚さ，繊維ならその太さ，粒子なら直径などが１ µm 以下の時，運動や状態の記述には界面の要素が必要となりコロイドという用語が用いられる．定義されたコロイド界面を基本に物質の状態やダイナミクスを物理学や物理化学の原理に基づいて扱う学問がコロイド界面科学である（足立, 2011）．

や物質移動，さらには力学過程に化学的条件の違いが関与する場合，界面科学の要素を組み込んだ現象論的な方法論の確立が求められている．最近では，乾燥のように流体の移動現象が関わる相転移のダイナミクス
がソフトマター物理学（土井, 2018）の分野で活発に議論されるようになったが，同じように土壌物理学で扱われているフィンガリング，凍結なども共通してその対象とすることができる．尚，ソフトマターという用語は 1991 年に de Gennes がノーベル物理学賞を受賞した時の記念講演（de Gennes, 1991）に用いたタイトルであるが，要するにコロイドのことであると言ってよいだろう．生命現象や環境問題を扱う場合においても，水文学的なレベルで現象の大局を捉える時も，また，よりきめ細かに複雑な現象のメカニズムに対応し制御をする場合においても，コロイド界面科学を活用した思考法は合理的であり，今後もますます重要な位置づけがなされると考えられる．

2. 土壌物理学とコロイド界面

3. 知っていると得をする基本事項

土壌は固相，気相，液相の三相で構成され，無数の粘土や腐植などの微粒子を含み巨大な界面を形成しているので，そのことを意識した時点でコロイド界面科学の対象となる．界面科学の標準的教科書では比較的均一な材料に対し平衡論的な吸着，電気二重層，濡れ性，ミセル形成，光散乱などを扱う（Hiemens，1986）
が，土壌物理学で対象とする系は，本質的に不均一であり，流れが関与し，動的にも変化する特徴を有する．
このような系を対象とする界面科学はまだ未成熟である．土壌物理学がこれまで中心に扱ってきた水分状態

筆者は筑波大学において学部 2 年生を対象に「土の物理学」という講義（全 20 回）を担当している．講義
内容は，アインシュタインのブラウン運動を出発点にする物理化学とコロイド界面科学の初等的内容が大半を占めているが，高校のカリキュラムを終え，大学院
では環境科学，バイオテクノロジー分野に進学する学
生が，農学のどの分野に進んでも，将来「あの講義は，確かに役に立った．」と言っていただけることを切に願っている．最初のポイントはボルツマン因子 kB T ，すなわち分子や原子 1 個に割り当てられたエネルギーの解釈である．ここではベルム長，表面張力（単位面積あたりの自由エネルギー），デバイ長（電気二重層の厚さ）について紹介する．

1. はじめに（コロイド界面科学とは）

1 Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba,
Tennoudai1-1-1, Tsukuba-shi, Ibaraki, 305-8572, Japan. Corresponding
Author：足立泰久，筑波大学生命環境系．
2020 年 1 月 29 日受稿 2020 年 2 月 10 日受理

土壌の物理性

4

第 144 号

今，NaCl など 1 価のイオンが水中に存在することを想定し，クーロンポテンシャルで与えられる静電エネ
ルギーが kB T に等しいとおくと

kB T =

e2

1
4πε0 εr lB(1)となる．ここで，e は電気素量， ε0 ，εr はそれぞれ真空の誘電率，水の比誘電率である．式を特徴づける長さスケール lB はベルム長と呼ばれ，常温，常圧を仮定して算出すると大体 7 Å となる．これは，水分子 2 ∼ 3個分の大きさになるが，非常におおざっぱではあるが，この値はモンモリロナイトなどのユニットの厚さや，粘土表面の荷電間距離に近く，また，DNA を構成する塩基の大きさ，タンパクを構成するアミノ酸の大きさにも近いと言える．生命と環境の接点を見る上で，極めて重要な量である．

(2020)

4. 企画講演について
本年度の開催テーマとしてコロイド界面科学的側面を扱った内容を取り挙げた．演者の依頼に当たっては，現在の土壌物理が中心的にかかわっている農地の問題に関連し 2 つの課題をお願いした．牧野氏は水田
土壌の汚染対策，鈴木氏は田畑輪換における栄養塩の流出現象において，それぞれコロイド界面の機能に着目して研究を先導されてこられた第一任者である．

一方，国土の 70 % を覆う森林ではその保水や通水機能が水資源涵養や防災の視点から重要であることは論を待たないが，地上部の樹木にはどれ位保水の機能があるのだろうか？ 南光氏は，葉の濡れ性に関係した水滴の生成機構の解析にそのヒントを求め研究を展開している若手研究者である．今回の学会のポスターにも紹介させていただいたとおり，森林内を落下する雨
次に半径 3 Å（すなわち水分子の大きさ）程度の球
滴の大きさに着目し，非常にユニークな測定手法を開を想定し，発して研究を展開，周囲を魅了し，内外から注目されている．実は植物とくに樹木を経由する水の流れは，
kB T = 4πr2 γ(2)
水文学でも重要だが，樹木の中を吸い上げられる水については膜が関与するバイオミメティクスと界面の問と置いて単位面積当たりのエネルギーを γ として求め
題として界面化学でホットなトピックスになっておりてみると γ ≈ 20 が（mN m−1 ）が得られる（奥村, 2003）． （NHK 解説委員室, 2017），その視点からも林学分野と
これは水の表面張力の実測値の約 1/3 に相当する．計の接点を探すことも興味深いことを付け加える．
算の単純さからするとこの一致は驚異であり，表面張
本学会では，一昨年から物質循環における土壌微生
力が分子間力の相互作用に依存する力であることを端物の関わりについてご講演を会員外の方にお願いし，的に物語っている．尚，3 倍の理由は分子間力より水研究展開のヒントを得ることを目指してきた．本年度
素結合が 3 倍強いとみなすこともできる．
講演をお願いした山路氏は，鉱山の汚染現場を対象に
粒子表面が帯電すると，その回りには電場が形成される．電気エネルギーを計算する目安として kB T を電気素量で割ると電位が定義されるが，その値はkB T /e = 25.4 mV(3)となる．この値は，表面の荷電状態を評価する上で重要である．また，粒子表面はいろいろな理由により帯電し，その回りには反対符号のイオンが引き寄せられイオンの雰囲気（拡散電気二重層）が形成される．その厚さの目安をデバイ長と言い通常記号 κ−1 で表す．
κ−1 の値はイオンの濃度 (C) や価数 (Z) で変化するが，NaCl など 1 価のイオンが 0.1 M の時，1 nm と求められる．さらに，ここからスタートすれば，知りたい塩
濃度と対イオンの価数に対して概算でデバイ長が，κ−1 ∝ Z/√C

(4)と求められる．また，この値は粒子間の静電的な反発力が及ぶ距離にも対応する．これらのことを覚えておくと，ポスターセッションなどの議論などで役に立つ．

植物と内生菌の相互関係から汚染物質の動態の問題に，物理化学的視点を強調し取り組んで来られたが，汚染物質の移動や動態には膜を隔てた様々な界面現象が関与していることを明らかにしている．少なくとも
土は植物，微生物活動なしには生成されないので，このようなアプローチは土の生成機構の理解にも関わってくるのではないかと考えられる．

5. 土壌 · 水環境のサステナビリティ
今日の環境問題への認識の高まりは，単に環境汚染の対策に留まらず，資源の有限性，温暖化対策，先進国と途上国の格差など，簡単に解決のできないような問題をなげかけ，研究者にある種の揺さぶりをかけているようにすら感じられる．サステナビリティは，状況を象徴し意識すべき包括的概念に思われる．特に言えることは最近頻繁にこの用語が使用されていることである．研究環境をめぐる動向としては，国連が提唱する SDGs などもその中に数えられる可能性もある（SDGs, 2015）．
土壌と界面科学の関係は，ヤング＝ラプラスによる解説：土壌 · 水環境のサステナビリティに関わるコロイド界面科学の可能性

5

は熱力学に基づいて分けた所に特徴がある．I の大半
を Overbeek が執筆し，凝集速度論，コロイドの安定性，レオロジー，界面動電現象へと展開している．その後 Overbeek が展開したコロイド界面化学は，I の内容に重点を置いたものだが，その流れが弟子で 30 代の若さで Wageningen 農業大学の教授となった Lyklema
へ継承されたと考えて良いだろう．農業土木で行われて来たコロイド界面にかかわる研究も多くがこちらに帰属する．一方，II（可逆系）はどうなっているかが気これらの活動は，人類のサステナブルな生存と発展になるところだが，内容としては，界面活性剤，高分子を目指すものであり，200 年ほど昔から，否その起源から，農学研究は十分サステナブルであると考えるの （電解質），高分子電解質コンプレクス，ミセル，コア
セルベートなどである．分子の自己組織化，朝倉 – 大
は筆者だけではないだろう．再度，自然に対する人間
澤の枯渇凝集の理論もこちらに帰属する（Lekkerkerkerの働きかけの原点に返って，土壌，水環境，コロイド界
and Tuinier, 2011）．Wageningen では Lykema の後継者
面，人類の営みなどをキーワードにして考えた時，文となった Cohen Stuart が弟子の van der Gucht や Spruijt
明の発祥が粘土の凝集沈殿が活発な大河川河口の肥沃らとともに展開し（Spruijt, 2012），今日に至っている．
な三日月洲で起こったことや，人口密度を土壌類型に
DDS
（
Drug
Delivery
System），
生命現象や生体との関係
対してプロットするとコロイド界面化学的性質の顕著な火山灰土が最上位にランクされること（藤井, 2018） ではこちらが主になる可能性が大きいと考えられる．
一方，日本の農学とコロイド界面科学関係を紐解くなどが思い浮かぶ．簡単に因果関係を見出すことは出と，明治の後期東京帝国大学の古在由直が足尾銅山の来ないが，土壌は自然界における人間活動の根本を支鉱毒が銅であること立証したことなど（浅見, 2001），
え，その理解の底流にコロイド界面科学的な物が潜ん
もともと土壌と環境汚染（特に鉱山汚染）は古くからでいるのではないだろうか？ とも思う．もし，サステ
結びつきを持っている．日本化学会のコロイド界面
ナビリティという用語で今後の展開を考えるのであれ
化学部会の創始者の一人ともいえる渡辺昌博士が京ば，使いふるされる前にコロイド界面科学という側面
都大学の土壌研究室の出身であるが，界面化学に転じに注目することによって土壌 · 水環境のどの様な側面
Overbeek と親交を深め，DLVO 理論や東欧を中心に発の進展が考えられるか，様々な角度から議論を深めて展していたコロイド界面化学を日本に広く紹介していいただけるだろう．
る（渡辺, 1968）．また農業土木では，同じ京都大学農学部の西口猛博士が，足尾鉱毒の銅イオンが渡良瀬遊
6. 現在の研究に繋がる農学，土壌，水環境
水地でトラップされることを指摘しているが，沈むはの工学とコロイド界面科学の歴史的関わりずのないイオンがトラップされることは，粘土や有機物質と複合体を形成しコロイドとして沈殿しているこ
議論を深める上で，歴史的（経時的）な展開の事実を共有することは一定の意味があると考えられるので， とを物語る（西口, 1966）．さらには関東ロームの体系的研究を行った東京大学の山崎不二夫博士が，ゼミを最後に個人的経験に基づくものではあるが，以下に忘組織する際に理学部から不可逆過程の熱力学で先端を備録を紹介する．
走っていた妹尾学博士を招き，門下の須藤，安富，東今日の我々の展開する界面化学の活動に直接強い影
山，竹中，岩田，田淵らとともに，農地工学，土壌物
響を持つ一つのルーツを，19 世紀後半のオランダの科
理学の基礎を築き，土質工学や熱力学的側面も強化し学（物理と化学）の展開に見出すことができる（塚原,た活動を展開したこと（例えば土壌物理研究会, 1980）
2000）．物理学の成果を化学の世界に導入し，化学の理は，アロフェン，イモゴライト，モンモリロナイトな論化に大きな役割を果たした van’t Hoﬀ（第 1 回ノーベ
ど粘土の分散系やそのレオロジーを扱う今日の我々のル化学賞受賞）が中心的に活躍していた 1870 年 ∼ 1880
活動の直接の土台となっている．
年代，van Bemmelen は耕地の水分吸収能力に関する農
表面張力の定式化やラウスによる電気浸透流や電気泳動の時代まで遡ることができる．実に 200 年以上も前に界面科学はその発祥の時点から土壌や環境の認識，
農業と関係してきた（Wall, 2010）．土壌学者の間では常識化されているが，実用的な視点での土壌の肥沃性や腐植をめぐる農業改良の議論の中からイオン交換や無機栄養説などの重要な諸概念が生まれている（岩田,1985）．

芸化学的研究の一環として，様々なコロイドの様々な性質を実験的に研究していたが，その流れはやがて孫弟子にあたる Kruyt に受け継がれた．後年，ユトレヒ
ト大学の van’t Hoﬀ 研究所の教授を退いた Kruyt が編者となって著した Colloid Science I（Kruyt, 1952）, II（Kruyt, 1949）の構成は重要である．I は速度論的な立場から不可逆系を扱い，II は熱力学に基づいて可逆系を対象にしている．Kruyt の後継となった Overbeek がコロイドを親水系，疎水系に大別したのに対し，Kruyt

個人的経験で恐縮だが，昭和 63 年 10 月に京都大学
で農業土木学会土壌物理研究部会の第 27 回研究集会が開催された．その時「粘土 · 水系の凝集分散と流動特性」がテーマに掲げられ，大学院修了直後の自分に発表の機会が与えられた（Table 1，農業土木学会土壌物理研究部会, 1988）．が，今，思うに大変素晴らしい研究環境を先達の方々に作っていただいたと感謝するしかない．その後，その会合に集まった研究者を骨格にして科研費を申請したり，農業土木学会誌の講座に

土壌の物理性

6

第 144 号

(2020)

Table 1 農業土木学会土壌物理研究部会 第 27 回研究集会（昭和 63 年
10 月 17 日）京大会館 粘土 · 水系の分散凝集と流動特性 目次
Contents of Japan Society of Soil Physics, Research Subcommittee 27th Research Meeting (October 17, 1988) Kyoto Univ.
I. フロックの構造とその形成過程
筑波大学農林工学系

足立泰久.............

1

大坪政美

.............

16

II. 水酸化鉄と粘土の相互作用
九州大学農学部

III. 粘土サスペンジョンの分散凝集と粒子間結合
滋賀県立短期大学農業部

赤江剛夫.............

35

IV. 粘土サスペンジョンにおける粒子の移動特性
岩手大学農学部

藤井克己.............

58

中石克也

.............

74

V. 粘土分散系のチクソトロピー
茨城大学農学部[お知らせ]
1990 年第 14 回国際土壌科学会議の準備状況について
東京大学農学部

宮崎毅.............

95

か．今回のシンポジウムではいろいろなところで相互「土のコロイド現象」を取り挙げていただいたりもしに相補的で建設的な交流が生まれてくることを期待しながら徐々に現在の研究環境が形成されてきた（足立たい．
· 岩田, 2003）が，それらは国際会議（IAP2008, 2008;
ELKIN2012, 2012）の招聘の母体となり，さらに，それ謝辞
らを基軸に筑波大学に「生物資源コロイド工学リサー
チユニット」なる半バーチャルな組織（筑波大学リサー
チユニット生物資源コロイド工学, 2012）が組織され，ここで紹介した研究成果の一部は JSPS 基盤研究Ｓ
トランスボーダーな研究室の枠を超えた活動に道が拓 「フロッキュレーション解析に基づく環境界面工学のかれている．研究内容として私たちのグループは過去
展開」（16H06382）による．
35 年，モデルコロイド粒子を用いた凝集現象の解析を通じ，条件の複雑な環境問題を扱うための解析の枠組
引用文献を明らかにすることを目指して研究を積み重ねて来た（足立, 2016; Adachi, 2019）．モデルによる枠組の構築
足立泰久 (2011): コロイド界面現象の動的基礎（上），pp. 9–21.
は，それ自体だけでは基礎研究の域を出ないが，実際
イセブ.
の場面の情報に触れることによって真価が問われるこ足立泰久 (2016): ナノ粒子界面を使って考える生物環境流体とになるだろう．上に述べた通り，コロイド界面科学
物性論, — 情報科学と数理 · 物理科学の視点を取り入れたと環境，農学，土壌は深いところで密接にかかわって分野横断型農学 —. 学術の動向, 21: 2–48.
おり，今後もこの活動を持続させていくことによってAdachi, Y. (2019): Aspects of colloid and interface in the engiその中から新しい芽が出てくると期待できる．ここでneering science of soil and water with emphasis on the ﬂoccuのキーワードは「続ける」ということである．農業土lation behavior of model particle. Paddy and Water Environ木の関連でいえば八郎潟干拓事業で日本が国を挙げて
ment, 17: 203-–210, doi.org/10.1007/s10333-019-00712-7.
技術を導入したオランダでは，現在なお水工土木の視足立泰久, 岩田進午 (2003): 土のコロイド現象. 学会出版セ点から粘着性の底質の力学特性のデータが取り続けらンター.
れている（Winterwerp and van Kesteren, 2004）．科学及
浅見輝男 (2001): データで示す – 日本土壌の有害金属汚染,
び技術開発におけるこの持続性（サステナビリティ）
pp. xiii–xx. 日本土壌肥料学雑誌. アグネ技術センター.
は国力としてある種の脅威である．土壌物理学の分野
de Gennes, P.G. (1991): Nobel Lecture. https://www.nobelprize.
ではこれまで様々な現象にモデル化を行ってきている
org/prizes/physics/1991/gennes/lecture/（2020 年 1 月現在）.
が，その中にコロイド界面科学的要素を組み込み，さ土井正男 (2018): 蒸発と乾燥の物理学: 蒸発による液体の運動と構造形成. 日本物理学会誌, 73: 551–557.
らにそこに有機物や微生物（Droppo et al., 2004）の要
土壌物理研究会 (1980): 土の物理学 — 土質工学の基礎 —. 森
素を組み込むことによって，社会の動きを見据えた発
北出版.
展の方向性を考えることができるのではないだろう解説：土壌 · 水環境のサステナビリティに関わるコロイド界面科学の可能性
Droppo, I.G., Leppard, G.G., Liss, S.N. and Milligan, T.G. (2004):
Flocculation in natural and engineered environmental systems.

ス

7

持続可能な技術革新」. http://www.nhk.or.jp/kaisetsu-

blog/400/283485.html（2020 年 1 月現在）.
農業土木学会土壌物理研究部会 (1988): 土壌物理研究部会第CRC Press.
ELKIN 2012 (2012): The 10th International Symposium on
Electrokinetic Phenomena (ELKIN 10th). http://www.envr.

27 回研究会報告集

粘土 · 水系の分散凝集と流動特性,

pp.1–94. 農業土木学会土壌物理研究部会.
奥村 剛 (訳), ドゥジェンヌ, ブロシャール‐ヴィアール , ケレ

tsukuba.ac.jp/˜elkin12/（2020 年 1 月現在）．
藤井一至 (2018): 土 地球最後のナゾ 100 億人を養う土壌を求(2003): 表面張力の物理学 — しずく, あわ, みずたま, さざ
なみの世界 — , p. 6. 吉岡書店.

めて, p.146. 光文社新書.

Hiemens, P.C. (1986): Principles of colloid and surface chemistry

SDGs (2015): Japan SDGs action platform. https://www.mofa.
go.jp/mofaj/gaiko/oda/sdgs/（2020 年 1 月現在）.

2nd Ed. Marcell Dekker.
IAP2008 (2008): 国際会議 第 5 回「環境汚染におけるコロ
イド界面現象と界面科学の取り組み」．http://www.envr.

Spruijt, E. (2012): Strength, structure and stability of polyelectrolyte complex coacervates. Thesis, Wageningen University.
塚原東吾 (訳), ファン · ベルケル, K. (2000): 科学史ライブラ

tsukuba.ac.jp/˜colloid/iap2008/（2020 年 1 月現在）．

リー オランダ科学史, pp.132–146. 朝倉書店.

岩田進午 (1985): 土のはなし. 大月書店.

Kruyt, H.R. (1949): Colloid science II (Reversible systems). El-

筑波大学リサーチユニット生物資源コロイド工学 (2012).

http://www.eng.bres.tsukuba.ac.jp/colloid/research-unit/

sevier.
Kruyt, H.R. (1952): Colloid science I (Irreversible systems). El-（2020 年 1 月現在）.

Wall, S. (2010): The history of electrokinetks. Current Opinion insevier.
Lekkerkerker, H.N.W. and Tuinier, R. (2011): Colloids and theColloid & Interface Science, 15: 119—124.
渡辺 昌 (訳), シェルドコ, A. (1968): コロイド化学. 共立出版.

Depletion Interaction. Springer.
西口 猛 (1966): 渡良瀬川流域における鉱毒水改善に関する実Winterwerp, J.C. and van Kesteren, W.G.M. (2004): Introduction

験的研究（その 1）．農業土木学会論文集, 1966: 34–38.

to the physics of cohesive sediment dynamics in the marine

NHK 解説委員室 (2017): （視点 · 論点）「バイオミメティク

environment, Volume 56 (Developments in Sedimentology).
Elsevier.

要

旨

本年度のシンポジウムの主題に関連し，土壌や環境中のコロイド界面現象や界面科学の特徴，農学や環境面におけるコロイド界面科学の展開の意義，企画講演をお願いした背景，今日的な情勢のなかでの本シンポジウムの狙いなどについて主催者としての見解をまとめた．当日集まっていただいた方々（特に若い学生会員の方など）は，必ずしも，コロイド界面科学を学んできている訳ではない
ので，導入講演にはそもそもコロイド界面とは何なのか，討議において知っていると得をするようなポイントとなる科学的基本事項，歴史的事項なども加えた．土壌や水環境での応用では，ちょっと複雑なコロイド界面の動的な問題が頻繁に登場する．そこで扱われる問題はコロイド界面科学全体を俯瞰してユニークであり，歴史的な事項を踏まえながら脈々と研究を続けていくことができれば潜在的に大きく発展できる可能性があることなども述べた．
キーワード：コロイド界面科学，土壌物理，サステナビリティ，企画講演，歴史

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・最大6種類のセンサーを接続可能
・ソーラー充電機能を装置、長期間の計測が可能
・すべてのMETER社製センサーの接続が可能
・温度センサーと気圧センサーを内蔵
・8MBメモリ(40,000〜80,000データを保存)
・GPS搭載、設置場所の管理が可能
・自動時刻同期を搭載
・ワイヤレスデータ送信機能搭載(ZENTRA
Cloudシーズンパスを購入する必要があります)

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シンポジウム特集

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 144 p.9 ∼ 16 (2020)ゎࠉㄝ
Lectures

多雪重粘土地帯の水田転換畑における懸濁物質およびリンの暗渠流出
鈴木克拓 1

Suspended substance and phosphorus discharge via subsurface drainsfrom converted ex-paddy ﬁelds with clayey soil in a heavy snowfall region
Katsuhiro SUZUKI1

1. はじめに

2. 転換畑からの懸濁物質 · リンの暗渠流出

農耕地からのリンの流出は，閉鎖系水域における富栄養化の主因の一つに挙げられている（例えば，海老瀬, 1984）．我が国では，リンは一般に土壌粒子に吸着されやすく，比較的溶解度が低いため，農耕地からの浸透流出は極めて少ないと見られてきた（竹内, 1997）．
しかし，リンを含む難溶性物質が土壌粒子などに収着されたまま懸濁態として土層内を輸送される現象（コ
ロイド担体輸送；Colloid-facilitated transport）が報告されている．野外においてコロイドが環境負荷物質の輸送に果たす役割が初めて指摘されたのは 35 年ほど前とされている（Coles and Ramspott, 1982）が，21 世紀に入り，これをテーマにしたワークショップが開催されるなど，重要性が広く認識されつつある（McCarthy
and McKay, 2004）．

わが国の粘土質転換畑では，排水性を改善するために亀裂を生成させることが推奨されてきた（例えば，吉田ら, 1997）ことから，亀裂を通じた懸濁態リンの下方移動と暗渠への流出が懸念される．しかしながら，転換畑からの懸濁態を含むリンの流出実態はほとんど明らかにされていなかった．そこで，亀裂の発達した転換畑において，降雨時の暗渠および表面流出水量を測定するとともに，流出水中の懸濁物質濃度および溶存態 · 懸濁態リン濃度の測定を行い，リンの暗渠流出の実態を調査した（鈴木ら, 2005）．

北陸地方では水田の 3 分の 1 が重粘土壌であり，この地方の強グライ土壌水田は全国平均の 17 % を大きく上回る 48 % に達する（野田, 1979）．重粘土壌の水田を畑転換すると，乾燥により下層に収縮亀裂等の粗孔隙が発達する．このような状況では，水は透水性の低い土壌マトリクスを迂回し，バイパス流として粗孔隙を流れやすい（Beven and Germann, 1982）．そのため，懸濁物質が土層によってろ過されずに下方に移動し，それに伴いリンもコロイド担体輸送によって移動し，暗渠に流出する可能性がある．ここでは，北陸地方の多雪重粘土地帯の水田転換畑に特有の懸濁物質およびリンの暗渠流出の実態を紹介する．
1 Central Region Agricultural Research Center, National Agriculture andFood Research Organization (NARO), 1–2–1 Inada, Joetsu 943–0193,
Japan. Corresponding author: 鈴木克拓，農研機構 中央農業研究センター．
2019 年 12 月 23 日受稿 2020 年 1 月 27 日受理

測定は，新潟県上越市の農研機構中央農業研究セン
ター北陸研究拠点の転換畑圃場（100 m × 30 m，1996
年に畑転換）において 2003 年 7 月 1 日から 11 月 30 日まで行った．同拠点の圃場の土壌は細粒質斑鉄型グラ
イ低地土に分類され，粘土鉱物はスメクタイトを主体とし，イライトおよびカオリナイトを随伴する（中野,1978）．調査圃場では深さ 65 cm に暗渠が 5 m 間隔で施工されている．5 月下旬に大豆（品種 エンレイ）を播種し，10 月中旬に収穫した．リン施用量は 16 kg-P
ha−1 で，大豆残渣以外の有機資材は施用しなかった．
作土 – 耕盤層境界の土壌水のポテンシャルを，測定位置および大気圧を基準として測定した．さらに，作土– 耕盤層境界付近および耕盤層以深の土壌水分状態をTDR 式土壌水分計で測定した．暗渠流出流量を電磁流量計で，表面流出水量を三角堰で測定するとともに，
降雨時に数時間間隔で流出水を採取した．流出水の一部を孔径 0.1 µm のメンブレンフィルタでろ過し，ろ液を溶存態試料とした．懸濁物質濃度は原液とろ液の蒸発乾固物濃度の差とした．原液とろ液の全リン濃度を測定し，懸濁態リン濃度は全リン濃度から溶存態試料の全リン濃度を差し引いて求めた．

降雨により作土 – 耕盤層境界の圧力ポテンシャルが上昇し，土壌水のポテンシャルが 0 または正の値になると暗渠から急激な水の流出が始まった（Fig. 1）．
このとき，耕盤層以深の土壌の体積含水率には暗渠流出の開始前後でほとんど変化が見られなかった．これは，浸透水が耕盤層 · 下層土中の亀裂などを通じてバ
イパス流として流下し，暗渠に流出したことを強く示
唆する．

(2020)

30

10

土壌水のポテンシャル

20

8

10

降雨強度

0

6

-10

4

-20

降雨強度および暗渠流出流量（mm h-1）

第 144 号(cm)

土壌の物理性

土壌水のポテンシャル

10

測定期間の積算流出水量は，暗渠からは 462 mm，表面からは 269 mm で，暗渠流出が優勢であった．懸濁
物質流出量は，全流出量 0.79 Mg ha−1 の 67 % にあた
る 0.53 Mg ha−1 が暗渠を通じて流出したと見積もられた．また，全リンは 0.82 kg ha−1 が圃場から流出し，
このうち 60 % の 0.49 kg ha−1 は暗渠を通じた流出であった．さらに，暗渠から流出したリンの 9 割にあた
る 0.45 kg ha−1 が懸濁態であったと推定された．
我が国の畑圃場では，リンは浸透流出しにくいとされてきたが，亀裂の発達した転換畑では，リンがコロ
イド担体輸送で下層の粗孔隙を移動することによる懸濁態での暗渠流出が表面流出を上回る流出経路である
ことが明らかになった．

0.4

14
12
10

懸濁物質（暗渠流出）
懸濁物質（表面流出）

0.3

降雨強度

8

0.2

6

暗渠流出
流量

4 表面
流出
2 流量

0
17日0時

0.0
20日0時

19日0時

18日0時

0.1

懸濁物質濃度 (g L-1)

暗渠流出水中の全リン濃度は表面流出水中の濃度を大きく上回ることがあり，最高で 0.59 mg L−1 に達した（Fig. 3）．表面流出水試料中のリンのうち懸濁態の割合はさまざまであったが，暗渠流出水試料の大部分
では，リンの 80 % 以上が懸濁態として存在した．

降雨強度および暗渠・表面流出流量(mm h-1)

2
暗渠流出流量は表面流出流量を終始上回った（Fig.
-30 暗渠流出流量2）．流出水中の懸濁物質濃度は表面流出および暗渠へ-400の急激な流出の開始時期に高く，その後，流量が時間
17日0時
18日0時
17日12時的に漸減するにつれて懸濁物質濃度も徐々に減少する
2003年8月傾向があった．暗渠流出水中の懸濁物質濃度は表面流
出水より高いことが多く，最高 0.37 g L−1 であった． Fig. 1 降雨時における作土 – 耕盤層境界付近の土壌水
全リン濃度は懸濁物質濃度が高いときに概して高い傾のポテンシャル（左軸）と暗渠流出流量（右軸）．鈴木ら（
2005）図 1 を一部改変の上，転載．
向を示した．

2003年8月

Fig. 2 降雨時における暗渠および表面流出流量（左軸）と流出水の懸濁物質濃度（右軸）．鈴木ら（2005）図 2 を一部改変の上，転載．

3. 懸濁物質濃度と導電率 · イオン濃度との関係
暗渠流出水中の懸濁物質濃度を決める要因は多岐にわたる．その中で，粘土粒子の分散 · 凝集に関連する界面電気現象は要因として寄与しているのであろうか．
これに関連して，圃場スケールでも電解質濃度が懸濁
物質濃度に影響を与えることが知られており，水田における代かき時の濁水をカルシウム資材で凝集させ，流出を低減する技術が開発されている（赤江, 1998）．
一方，畑条件において，電解質濃度が懸濁物質の暗渠流出に及ぼす影響については，著者の知る限り，ほとんど検討されていない．そこで，暗渠流出水の懸濁物
質濃度と導電率およびイオン濃度との関係から，流出
水中懸濁物質濃度を決める要因を明らかにしようとした（鈴木, 2016）．

全リンに占める懸濁態リンの割合

1.0
0.8
0.6
暗渠流出水
表面流出水

0.4
0.2
0.0
0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

-1

全リン濃度 (mg L )Fig. 3 暗渠および表面流出水の全リン濃度および懸濁態
リンの占める割合．鈴木ら（2005）図 3 を転載．

解説：多雪重粘土地帯の水田転換畑における懸濁物質およびリンの暗渠流出

懸濁物質濃度（g L-1）

0.7

2004~2007, 2014~2016年

0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

導電率（dS m-1）
Fig. 4 大豆単作圃場における暗渠流出水中懸濁物質濃度と導電率の関係．点の形状の違いは年次が異なることを示す．

懸濁物質濃度（g L-1）

0.6

臨界凝集濃度
0.13~0.5 mM

2004~2007年

0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

カルシウムイオン濃度 (mM)

Fig. 5 大豆単作圃場における暗渠流出水中懸濁物質濃度とカルシウムイオン濃度の関係．点の形状の違いは年次が異なることを示す．

導電率 (dS m-1)
-0.10 (n = 159)
0.10-0.15 (n = 241)0.15-0.20 (n = 88)
0.20-0.25 (n = 53)
0.25-0.30 (n = 42)
0.30- (n = 32)

0.6
0.5

相対度数

測定は，前項と同じく，大豆を 2002 年から同じ肥培管理で継続的に栽培している農研機構中央農業研究センター北陸研究拠点の転換畑圃場で行った．この圃場において大豆作付期間に暗渠流出流量を測定するとともに，降雨時に暗渠流出水を経時的に採取し，懸濁
物質濃度および導電率を測定した．一部の試料についてはイオン濃度も測定した．測定は 2004 ∼ 2007 年と2014 ∼ 2016 年に行った．
約 0.2 dS m−1 の導電率を閾値として，高い懸濁物
質濃度の暗渠流出水が現れる傾向があった（Fig. 4）．
DLVO 理論（Derjaguin and Landau, 1941; Verwey andOverbeek, 1948）によると，負に帯電した粒子の凝集には，溶液中に存在する価数の高い陽イオンが大きな役割を果たす．測定圃場の土壌において優勢な粘土鉱物であるモンモリロナイトについては，塩化カルシウムの臨界凝集濃度は 0.13 ∼ 0.5 mM であるとされている（取出 · 西村, 2003）．暗渠流出水では，カルシウムイオン（Ca2+ ）濃度 0.4 mM 付近を閾値として，濃度が高い懸濁物質の流出が生じる傾向にあり（Fig. 5），取出· 西村（2003）の結果と大きくは乖離していなかった．
暗渠流出水中の Ca2+ 濃度と導電率の間には有意な正の相関関係があり，Ca2+ 濃度 0.13 ∼ 0.5 mM は導電率
0.1 ∼ 0.2 dS m−1 に対応する．導電率で区分した懸濁物
質濃度の相対度数分布においても，臨界凝集濃度を下回る導電率では，懸濁物質濃度の最頻値が他と比べて高かった（Fig. 6）．このように，粘土質転換畑圃場における懸濁物質の暗渠流出では，懸濁物質濃度が高くなる条件に界面電気現象が関わっている，すなわち，
暗渠流出水に含まれる土壌粒子の分散が DLVO 理論に従っている可能性のあることが明らかになった．そして，導電率は高濃度の懸濁物質の暗渠流出の有無を決定付ける，ある程度の指標となり得ると考えられる．

4. 積雪期における流出

0.7

0.4
0.3
0.2
0.1

0 .6
-

-0 .
6

5

0 .5

4

-0 .

-0 .

3

0 .4

0 .3

2

-0 .

.1

-0 .

0 .2

0 .1

0 -0

0

0.0

11

懸濁物質濃度（g L-1）
Fig. 6 大豆単作圃場における暗渠流出水の導電率ごとの懸濁物質濃度の相対度数分布．

北陸地方は世界有数の豪雪地帯である（菅谷, 1990）．
新潟県上越市の高田特別地域気象観測所における平年の 12 ∼ 3 月の降水量は 1298.4 mm と多く，最深積雪
量は 122 cm に達する（気象庁, 2019）．積雪地における水系への懸濁物質およびリンの流出については，北陸地方に比べ寒冷な地域における測定例が多く，これ
らでは融雪期の流出が重要であるとの指摘がされている（Lapp et al., 1998; 大村 · 黒川, 1991 など）．これに対し，北陸地方平野部は，12 ∼ 3 月の平年の月平均気温が 2 ∼ 5 ◦ C と高く，降水量が非常に多いなど，既存の報告地域とは気象条件が大きく異なる．このような特徴のある北陸地方平野部の積雪期における農耕地からの栄養塩類の流出実態はほとんど明らかにされていなかった．そこで，積雪期における懸濁物質およびリンの流出実態を明らかにするために，暗渠および表面流出を調査した（鈴木ら, 2012）．

土壌の物理性

12

第 144 号

(2020)

Table 1 測定期間（2003 年 8 月 ∼ 2006 年 11 月）の積雪期および非積雪期における暗渠
および表面流出水中の懸濁物質およびリンの平均濃度と標準偏差．鈴木ら（2012）表 1 を
一部改変の上，転載．
懸濁物質（g L−1 ）全リン（mg-P L−1 ）懸濁態リン（mg-P L−1 ）

積雪期
暗渠流出（n = 102）
表面流出（n = 39）

0.022 ± 0.020
0.032 ± 0.050

0.055 ± 0.026∗∗∗
0.024 ± 0.008

0.052 ± 0.026∗∗∗
0.014 ± 0.007

非積雪期
暗渠流出（n = 261）
表面流出（n = 112）

0.118 ± 0.092∗∗
0.158 ± 0.142

0.247 ± 0.295∗∗
0.152 ± 0.091

0.235 ± 0.294∗∗∗
0.098 ± 0.089

表面流出水の採取および測定は 2005 年 3 月まで行った．∗∗ は 1 %，∗∗∗ は 0.1 % 水準で暗渠流出水と表面流出水の間に有意差があることを示す．積雪期と非積雪期の間には，いずれの成分 · 流出経路においても 0.1 % 水準で有意差があった．

Table 2 2003 年 9 月 ∼ 2005 年 3 月における粘土質転換畑からの水，懸濁物質およびリン
流出量．鈴木ら（2012）表 2 を一部改変の上，転載．
流出水量
懸濁物質
全リン
懸濁態リン
（mm） （Mg ha−1 ） （kg-P ha−1 ） （kg-P ha−1 ）04 ∼ 05 年積雪期（91 日） 暗渠（降水量 954 mm）
表面
04 年夏作期（146 日）（降水量 828mm）

暗渠
表面

983
606

0.21
0.19

0.54
0.14

0.51
0.08

300
163

0.33
0.24

0.57
0.27

0.51
0.21

積雪期の欠測期間（2004 年 12 月 29 日 ∼ 2005 年 1 月 19 日）は計算から除外した．

1200

800

100

600
400

50

積雪深（cm）

積算流出水量（mm）

1000

150

暗渠流出水量
表面流出水量
積雪深

2004~5年

200
0
1/18
15 1/18
12/112/1512/29

2/1

2/15

3/1

3/15

0
3/29

Fig. 7 積雪期における暗渠および表面流出水量（左軸）ならびに積雪深（右軸）．鈴木ら（2012）図 1 を一部改変の上，転載．

測定は，前項までと同じ中央農研北陸研究拠点の大
豆単作の転換畑圃場において行った．5 月下旬から 10
月中旬まで大豆を栽培し，冬季は休閑とした．この圃場において積雪期の暗渠および表面流出水の流量を測定するとともに，2 週間間隔を目途に採水し，懸濁物
質濃度，全リン濃度および懸濁態リン濃度を測定した．
測定期間は 2003 年 8 月から 2006 年 11 月までとした．
積雪期には，暗渠および表面からは水がほぼ連続的に流出し，暗渠流出流量は，表面流出に比べて積雪深
および時期の違いによる変化が小さかった（Fig. 7）．

積雪期における成分の平均濃度は非積雪期の 3 分の 1 から 6 分の 1 で，積雪期と非積雪期の間にはい
ずれの成分 · 流出経路においても 0.1 % 水準で有意差があった（Table 1）．また，積雪期の懸濁物質を除き，
表面流出水と暗渠流出水との間に有意差があった．一方，積雪期間内の濃度には時期の違いによる大きな変動は認められなかった．

4 ヶ月近くにわたって積雪が継続し，高田特別地域
気象観測所における最深積雪が 126 cm（気象庁, 2019）と，平年値に近かった 2004 ∼ 2005 年の積雪期では，
22 日間の欠測期間を計算に入れていないにもかかわらず，暗渠と表面からの合計流出量が，懸濁物質では 2004 年夏作期の 70 %，リンでは 81 % に相当した（Table 2）．積雪期における全流出量に占める暗渠流出の割合は，懸濁物質は 49 % と，表面流出とほぼ同じであったが，リンは 77 % と，暗渠が主要な流出経路であった．また，暗渠流出では 95 %，表面流出では 55% のリンが懸濁態であった．
以上から，北陸地方平野部の粘土質転換畑では，積
雪期には降水量が多く，積雪地の割に気温が高いため，大量の水が継続的に浸入し，流出することにより，積雪期における懸濁物質およびリンの流出は，濃度は低いものの，その量は，懸濁物質では夏作期の 7 割，リ
ンでは 8 割以上と，休閑であっても夏作期に匹敵する場合のあることが明らかになった．

解説：多雪重粘土地帯の水田転換畑における懸濁物質およびリンの暗渠流出

わが国では，自給率向上のために麦 · 大豆等の作付
け拡大や生産性向上の取り組みが行われている（農林水産省, 2019a）．これに対応するため，北陸地方でも水田に稲 – 麦 – 大豆の 2 年 3 作体系を導入するための研究が行われてきた．この 2 年 3 作体系では，冬作の麦の収穫後に夏作の大豆を栽培するため，麦は世界の品種の中で最も早生であるとされている（岩間, 2004）
日本の大麦品種を導入する必要がある．しかし，大麦
は小麦に比べて湿害に弱いとされている（石居, 1987）
ため，十分な排水対策が求められる．同時に，易有効
水分孔隙が少ないため，乾燥する時期には干ばつになりやすい（土壌物理学会, 2002）．日本海側特有の事情として，フェーン現象により極端に乾燥する場合がある．これらのことから，安定多収の 2 年 3 作体系を確立するためには，圃場は高い排水性と灌漑機能の両方を有することが望ましい．水田の高度利用を可能にする地下水位制御システム（Farm-oriented enhancing
aquatic system，FOEAS）が開発されている（小野寺 ·藤森, 2005）．これは，圃場に暗渠およびそれに直交する 1 m 間隔の弾丸暗渠を施工し，排水性を向上させるとともに，暗渠内の水位を自動的に制御するもので，
圃場内の地下水位を作物の生育に好適な状態に保つことが出来るとされている．稲 – 麦 – 大豆 2 年 3 作体系のような土地利用型農業では，作業競合を軽減するための省力化技術の導入が必要である．水稲不耕起 V 溝
直播栽培（濱田ら, 2007；以下 V 直水稲）は，作業速度が高い，倒伏が少ないなどの利点があり，北陸地方にも導入が進みつつある．そこで，北陸地方の粘土質
土壌の地下水位制御システム圃場において V 直水稲 –大麦 – 大豆の 2 年 3 作を実施し，リンおよび懸濁物質の流出実態および地下水位制御が流出に及ぼす影響を検討した（鈴木ら, 2014）．
測定は，農研機構中央農業研究センター北陸研究拠点に設けた隣接する 2 筆の地下水位制御システム圃場（それぞれ 100 m × 20 m）で行った．2009 年に代かき移植水稲の均一栽培を行い，稲わら残渣を持ち出した後の 2009 年 10 月にシステムを施工した．翌年 2010
年の夏作にシステム施工後の初作として大豆を栽培した．翌 2011 年からの V 直水稲，冬作の大麦および2012 年の大豆の 2 年 3 作を測定期間とした．地下水
位制御システム圃場 2 筆のうち，一方では水稲入水期間以外は暗渠を開放し（以下，開放区），他方では灌漑による増収効果が認められるとされる，大麦の節間伸長期以降や大豆の開花期以降に当たる時期を中心に地下水位を深さ 12 ∼ 30 cm に制御した（以下，制御区）．
これらの圃場において，土壌水分状態，流出水量，流出水中の懸濁物質およびリン濃度を測定した．

システム施工後初作の 2010 年大豆期には，開放区と制御区のいずれも約 500 mm の流出水の 99 % 以上
が暗渠から流出し，高い暗渠排水性を示した．地下水位制御に関連して，作土下部（深さ約 15 cm）の体積含水率は，制御区が開放区に比べて高く推移した．このことから，不飽和透水係数が低い粘土質土壌であっても，乾燥時には作土下部まで水位制御の効果がある
ことが分かった．

2 年 3 作期間の流出水量を Fig. 8 に示す．2011 年の水稲播種から入水前までの期間は，水の流出経路が開放区では 99 % が暗渠であったのに対し，制御区では55 % にとどまるとともに，鋤床上に長時間にわたって水が停滞するなど，初作大豆期に比べて制御区の暗渠排水性が低下した．その後の大麦期では，2 年 3 作
期間の全流出量の約 7 割が流出し，その大部分が積雪前と積雪期に流出した．積雪期のうち融雪の進んだ時期には，開放区の暗渠流出流量は上昇したが，制御区では変化せず，同時期に表面流出が継続的に生じた．
このことから，制御区では暗渠排水性が低下し，融雪水を暗渠だけでは排水し切れなくなったことがうかがえる．その後の大豆期は，2010 年の施工後初作の大豆期と同様に，両区とも水のほとんどが暗渠から流出した．2 年 3 作の全期間では，暗渠排水性が比較的高く維持された開放区では全流出水量の 94 % が暗渠流出だったのに対し，制御区では 68 % にとどまった．これについて，水稲期の前後における土層内の粗孔隙率
は，システム施工直後では，深さ 20 cm から弾丸暗渠の深さにあたる 30 cm までは両区間の違いは小さかった（Fig. 9）．しかし，制御区では V 直水稲期前には，深さ 20 ∼ 30 cm の粗孔隙はほとんど消失し，30 ∼ 50
cm では半減した．これに対し，開放区では，V 直水稲期後であっても 20 ∼ 30 cm では施工直後の 2 割，30 ∼50 cm では 7 割の粗孔隙が残存した．開放区では乾燥した時期に湿潤状態を経ても安定な粗孔隙が形成した流出水量・降水量・灌漑水量（mm）

5. 稲 – 大麦 – 大豆 2 年 3 作における地下水位制御が流出に与える影響

13

4000
3000

大豆合計
大麦消雪後
大麦積雪期
大麦積雪前
水稲合計

2000
※開放区は
水稲期に
424 mm
灌漑した

1000
0

暗渠
表面
開放区

暗渠
表面
制御区

降水量 制御区
灌漑水量

Fig. 8 2 年 3 作期間における流出水量，灌漑水量および降水量．鈴木ら（2014）Table 1 および Fig. 5 から作成．

土壌の物理性

14

FOEAS施工直後
V直水稲作付前
V直水稲作付後

深さ30~50 cm（b） 制御区（a） 開放区
0.02

0.04

0.06

0.00
3

0.02

0.04

-3

粗孔隙率（m m ）0.06

Fig. 9 土層内の粗孔隙率の推移．鈴木ら（2014）Fig. 7 を
転載．

水稲

大麦

大豆

水稲

3.0

(a) 懸濁物質

0.5
0.4

開放区暗渠
表面
制御区暗渠
表面

0.3
0.2
0.1
0.0
5/1 9/1
2011年

1/1

5/1 9/1
2012年

全リン濃度（mg-P L-1）

懸濁物質濃度（g L-1）

0.6

大麦

大豆

(b) 全リン

2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
5/1 9/1
2011年

1/1

5/1 9/1
2012年

Fig. 10 2 年 3 作期間における流出水中懸濁物質およびリン濃度．鈴木ら（2014）Fig. 8 を一部改変の上，転載．

2.0
1.5

大豆合計
大麦消雪後
大麦積雪期
大麦積雪前
水稲合計

1.0
0.5
0.0

8

(a) 懸濁物質

暗渠 表面 暗渠 表面
開放区
制御区

全リン（kg-P ha-1）

懸濁物質（Mg ha-1）

2.5(2020)

Table 3 2 年 3 作期間の同時刻に採取した開放区と制御区からの暗渠流出水中懸濁物質およびリン濃度の差．鈴木ら（2014）Table 2 を一部改変の上，転載．

深さ20~30 cm

0.00

第 144 号(b) 全リン

6

4

2

0

暗渠 表面 暗渠 表面
制御区
開放区

Fig. 11 2 年 3 作期間における懸濁物質およびリン流出量．
鈴木ら（2014）Fig. 10 を一部改変の上，転載．

のに対し，制御区では乾燥した時期に地下水位を設定したため，下層が十分に乾燥せず，安定した構造が発達しなかったために排水経路が限定され，湿潤時の暗渠排水性が低下したと推察される．

2 年 3 作期間における流出水中の懸濁物質および全

V 直水稲

大麦

大豆 大麦積雪前

試料対の数

13

49

23

懸濁物質（g L−1 ）−0.04・ −0.05 ∗∗ −0.01

全リン（mg-P L−1 ） −0.00+0.13・ −0.02

39−0.06∗∗∗+0.09∗∗∗

正は制御区の方が濃度が高く，負は制御区の方が低いことを，数値右側の・は 10 %，∗∗ は 1 %，∗∗∗ は 0.1 % の危険率で同時刻に採取した開放区と制御区の試料の濃度に有意差があることを示す．

リン濃度（Fig. 10）について，同時刻に開放区と制御区で採取した暗渠流出水中の懸濁物質濃度は，大麦期
は危険率 1 %，水稲期は危険率 10 % で開放区に比べて制御区の方が有意に低かった（Table 3）．これらの時期は，制御区の暗渠排水性が低下した時期でもあった．一方，制御区の暗渠排水性が改善した 2012 年大豆期に有意な差がなかったことから，大麦期と V 直水
稲期には水や懸濁物質が暗渠まで移動する経路となり得る粗孔隙が減少したことが影響したと推定される．
その後，2012 年大豆期には制御区でも鋤床が乾燥することにより粗孔隙が形成し，それを通じて懸濁物質も流出したことが示唆される．これに対し，全リン濃度は，大麦期は 10 %，このうち積雪前は 0.1 % の危
険率で，懸濁物質濃度とは逆に制御区の方が有意に高かった．地下水位制御がリンの流出に与える影響について，Stämpﬂi and Madramootoo（2006）は，地下水位制御を行うと，暗渠流出水中の全溶存態リン濃度が有意に高くなり，これを還元状態になることにより土壌のリン収着容量が低下し，リンの溶解性が上がったためと考察した．制御区では，大麦期に帯水が長時間続いたことから，作土下部においても還元状態が継続したと考えられ，より多くの可溶化したリンが溶存態で土層内を下方移動した可能性がある．

2 年 3 作期間における懸濁物質および全リンの流出
量は，いずれも大麦期の流出が 2 年 3 作期間の全流出量の 8 ∼ 9 割を占めた（Fig. 11）．また，開放区は両
成分とも全流出量の 95 % 以上が暗渠流出であったのに対し，大麦期や V 直水稲期入水前の表面流出水量が多かった制御区では懸濁物質の 17 % が表面流出した．成分流出量は流出水量の大小関係とおおよそ対応した．流出水量が多い大麦期における処理区間の濃度差を反映して，全リンは制御区，懸濁物質は開放区からの流出量が多かった．
多雪重粘土地帯の地下水位制御圃場における 2 年 3
作では，地下水位制御によって暗渠排水性が低下するとともに，懸濁物質流出量は減少，全リン流出量は増加した．これは，水位制御による下層の粗孔隙の減少
およびそれに伴う還元状態の発達が水の流出経路に加え，成分濃度にも影響を与えたためと考えられる．

解説：多雪重粘土地帯の水田転換畑における懸濁物質およびリンの暗渠流出

6. おわりに

15

Beven, K. and Germann, P. (1982): Macropores and water ﬂow insoils. Water Resour. Res., 18: 1311–1325.
Coles, D.G. and Ramspott L.D. (1982): Migration of Ruthenium-

ここでは，北陸地方の多雪重粘土地帯の大豆転換畑
圃場および稲 – 大麦 – 大豆 2 年 3 作体系の地下水位制
御システム圃場における懸濁物質およびリンの暗渠流出の実態を紹介した．大豆圃場では，リンの流出はコ
ロイド担体輸送による懸濁態での暗渠流出が優勢であり，懸濁物質濃度が電解質濃度の影響を受けており，
暗渠流出水中で優勢な陽イオンであるカルシウムイオンについての DLVO 理論に符合している可能性が示された．積雪期には，積雪地の割に気温が高く，降水量が多いため，休閑であっても夏作期に匹敵する量の流出があることが明らかになった．水稲 – 大麦 – 大豆 2
年 3 作圃場では，冬作の大麦期の流出量が大部分を占めることが明らかになった．すなわち，転換畑からの養分流出がこの地方特有の土壌および気象条件に影響されていることが分かった．
政府は，畑作物の栽培に水田を利用する施策を継続して進めており，2017 年の夏には我が国の田の 18 %には水稲以外の作物が作付けされている（農林水産省,
2019b）．さらに，近年は水田における野菜作を推奨している（農林水産省, 2019a）．野菜作の導入により，土づくり資材や肥料の投入量が稲 – 麦 – 大豆体系に比べて多くなると予想されることから，これに伴う土壌溶
液のイオン組成や孔隙特性の変化の影響で，懸濁物質の流出特性が変化する可能性がある．また，地下水位制御システムにおける水位制御の影響の知見から，野菜作における灌漑などに因る土壌水分状態の変化も養分流出特性に影響を与える可能性がある．変貌するこの地方の水田農業における懸濁物質 · リンを含む養分流出実態に引き続き注目する必要がある．

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謝辞
粘土質転換畑における研究の実施にあたっては，農研機構中央農研北陸研究拠点および農研機構農業環境
変動研究センター各位からご助言，ご支援をいただいている．
内容の一部は，農林水産省委託プロジェクト「水田の潜在能力発揮等による農地周年有効活用技術の開発」
3 系「土壌養水分制御技術を活用した水田高度化技術の開発」および科学研究費補助金 基盤 A（25252042，
土粒子界面電気現象を応用した土壌 · 水 · 大気環境保全技術の確立）により行われた．ここに記して謝意を表す．

pdf. (2019.12.23)
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鈴木克拓, 大野智史, 谷本 岳 (2014): 多雪重粘土地帯の地下水

土壌の物理性

16

位制御システム圃場における不耕起 V 溝直播水稲 – 冬作

第 144 号

(2020)

取出伸夫, 西村 拓 (2003): コロイドの凝集分散と土の透水性.

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冬作物の導入による圃場の排水性の改善. 土壌の物理性,

76: 3–12.

要旨

北陸地方の多雪重粘土地帯の水田転換畑における懸濁物質 · リンの流出実態を調査した．大豆単作
圃場では，懸濁物質は 67 %，全リンは 60 % が暗渠から流出し，暗渠流出したリンの 9 割が懸濁態
で，コロイド担体輸送の重要性が明らかになった．暗渠流出水中懸濁物質はカルシウムイオンの臨
界凝集濃度相当の導電率を閾値として高濃度の流出が生じ，DLVO 理論に従う可能性が示された．
積雪期の休閑圃場からは，濃度は低いものの，懸濁物質は夏作期の 7 割，リンは 8 割相当量が流出した．地下水位制御システムでの稲 – 大麦 – 大豆 2 年 3 作では，大麦期に全期間の 7 ∼ 9 割相当量の水，懸濁物質，リンが流出した．水位制御により暗渠流出水量，懸濁物質流出量は減少，リン流出量は増加し，水位制御が水の流出経路と成分濃度に影響を与えたと考えられた．
キーワード：粘土質土壌，多雪地帯，水田転換畑，コロイド担体輸送，暗渠シンポジウム特集

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 144 p.17 ∼ 23 (2020)ゎࠉㄝ
Lectures

雨滴測定から見えてくる葉や枝での雨の振る舞い
南光一樹 1

Rainwater dynamics on leaves and branches based on raindrop measurements
Kazuki NANKO 1

Abstract: Forest inﬂuences the dynamics of water, sediment, and materials both globally and locally since theforest canopy intercepts precipitation and changes water
volume and quality reaching soil surface. The author has
measured raindrops and throughfall drops to estimate erosivity in the forest, however, it is found that drop data isuseful tool for physical clariﬁcation of precipitation partitioning process by trees. The method was developed
to partition whole throughfall into free throughfall, splash
throughfall, and canopy drip using raindrop data both open
and throughfall. Foliage height to generate canopy drips
can be estimated by their fall velocities. The theory on
the interface between solid (a plant surface) and liquid (awater drop) could explain the diﬀerence of canopy drip
generation processes among diﬀerent canopy species andbetween leafy and woody surfaces, as well as throughfall generation process in diﬀerent canopy layer structures.
This paper illustrates not only the fun, but the usefulness,
importance, and future prospects on the raindrop studies.
Key Words : raindrop, rainfall partitioning by canopy,
throughfall, water repellency, laser disdrometer

1. はじめに
森林に雨が降ると，樹冠は雨で濡れて雨を再分配し，地面に降り注ぐ雨の量と水質を変化させる．筆者は森林内で起こる土壌侵食プロセスの解明を目的に，雨滴（特に林内雨滴）の研究に 2000 年から取り組み始めた．
得られたデータを詳細に解析するうちに，降雨が樹冠をどのように濡らし，通過していくのかを雨滴データを用いて推定することができることに気づいた．固体（植物表面）／液体（雨）界面現象を踏まえながら，雨滴研究に基づく樹冠の濡れと林内雨の生成過程について解説する．
1 Department of Disaster Prevention, Meteorology and Hydrology,
Forestry and Forest Products Research Institute, 1 Matsunosato, Tsukuba,
Ibaraki 305-8687, Japan. Corresponding author: 南光一樹，国立研究開
発法人森林研究 · 整備機構森林総合研究所森林防災研究領域．
2020 年 1 月 24 日受稿 2020 年 2 月 18 日受理

2. 森林における雨滴研究のニーズ
森林は世界の陸地面積の約 3 割を占める土地利用である．陸地を覆う樹冠によって降水は遮断され，樹冠
通過雨 · 樹幹流 · 遮断蒸発の 3 要素に分配される（Fig.
1a）．遮断蒸発により降水量の 10 ∼ 50 % が土壌に到達することなく大気に戻される（Roth et al., 2007）．樹
冠通過雨と樹幹流は地面に到達する水の量と物質の時間−空間的な分布を変化させ，土壌中の微生物群衆や水分動態をばらつかせる（Levia et al., 2011）．気象条
件や森林構造により，樹冠による降水分配がどのように変化するのかを明らかにすることが，森林水文学の課題の一つである．
土壌は生物の生活 · 生産の基盤であり，水 · 炭素 · 養
分を貯留する場でもあるため，土壌保全は重要である．
土壌侵食の第一歩は地表面への雨滴の衝突である．雨滴の衝突により雨滴が地面を打突し，充填し，飛散させる．この繰り返しにより，土壌が跳ね飛ばされ（雨滴侵食と呼ばれる），水がしみ込みにくい土壌表面が作られて表面流が発生し，土壌を洗い流していく（面状侵食，表面流侵食と呼ばれる）．侵食が継続すると
いずれリル侵食，ガリ侵食へと拡大していく．林外では，大きな雨滴ほど一粒の重量が大きく落下速度が速
いため，雨滴の持つ運動エネルギーが大きくなり，侵食能力は高くなる．
土壌侵食は地表が被覆されていれば起きにくいため，地表に植生等の被覆があれば抑制される．森林は，基本的には土壌侵食を抑制する土地利用である．通常の森林では，落葉や落枝によるリターや下層植生が地表を被覆し保護しているため，雨滴の地表面への衝突を防いでくれる．林床被覆が多いほど，土砂移動は少なく（Miura et al., 2015），高い浸透能が維持される（平岡ら，2010）．森林が有する多面的機能のうち，我が国
では表面侵食防止機能が最大の評価額を得ており，年間 28 兆円以上の価値が見込まれている（三菱総合研究所, 2001）．

土壌の物理性

18

雨滴の体積

降雨

第 144 号遮断蒸発(2020)

降雨

樹冠通過雨

樹幹流

樹冠通過雨
雨滴の大きさFig. 1 （a）樹冠の降雨分配プロセスと樹冠通過雨を構成する 3 成分．
（b）雨滴粒径分布を活用した樹冠通過雨の成分分離．図は Levia et al.
（2017）の改変．
Rainfall partitioning and throughfall partitioning by tree canopy.

一方で，森林でありながらリターや下層植生による地表保護が薄く，土壌侵食が起きてしまう森林が問題となっている．国内では，間伐遅れのヒノキ人工林やシカ食害が激しい森林が顕著であり，海外では，ハワ
イやタヒチで外来種に侵略された熱帯林，タイやインドのチーク人工林，中国やポルトガルのユーカリ人工林，中国のゴム人工林での報告例がある．樹冠がうっ
閉による林内の光環境の悪化で下層植生が生育できなくなることや，リターが分解しやすく地表保護効果が薄いことが要因である（Nanko et al., 2020）．このような森林内で起きる土壌侵食を定量化し予測するためには，林内雨滴を知る必要がある．なぜならば，森林の中と外とで降ってくる雨の様子が異なるためである．

3. 林内で雨滴を測定する
雨滴を知るためには雨滴を測定しなければならな
い．林外での雨滴測定は，Lowe（1892）が最古の報告であり，「RAIN DROPS」という極めてシンプルなタ
イトルの論文である．降ってくる雨滴をシート状の粘岩板で受け，雨滴の染み込んだ跡から雨滴粒径を推定した．その後，ろ紙法 · 小麦粉法 · ガラス板法などの手動観測手法，写真法 · 運動量法 · 光学法などの自動観測手法が生み出され今日に至る．林内での雨滴測定
は，Chapman（1948）が最古の報告である．小麦粉法によりアカマツの林内外で雨滴粒径を測定し，林内で大きな雨滴が発生することを報告した．そして林内では林外よりも運動エネルギーが大きく，雨由来の侵食能が大きくなる証拠を示した．雨滴測定手法や林内の雨滴研究の歴史については Levia et al. (2017) に詳細をまとめたので，参照されたい．
さて，筆者らは林内外で雨滴を同時連続測定するために，光学法の一種であるレーザー雨滴計を自ら開発した（Nanko et al., 2004；2006；2008a）．レーザービー
ムの遮断の様子からレーザービーム内を通過した雨滴の粒径と速度を測定する仕組みである（Fig. 2），市販のレーザー雨滴計である OTT Hydromet 社製の Parsivel，Thies CLIMA 社製の Laser Precipitation Monitor（LPM）の原理とほぼ一緒である．自作のレーザー雨滴計は市販品に比べて小型で可搬性が高いのが特徴である．これを用いて，国内外の様々な森林で雨滴を測定してきた．
林外と比較した林内雨滴の特徴は以下の通りである．（1）降り始めの雨は樹冠に遮断されるため，林内の雨滴発生は林外よりも遅れる．（2）林外で雨が降り終わっても，樹冠から滴下する雨滴の発生が続く．
（3）
樹冠上で雨滴同士が結合するため林外に比べて雨滴の個数が減少し，大粒径化する．林外雨では粒径 3 mm
を超える雨滴は稀だが，林内では頻繁に滴下してくる．
（4）その一方で，大きな雨滴が樹冠に衝突するときに雨滴が弾けて飛沫化するため，小粒径成分も多くなる．
（5）樹冠が低い場合には，雨滴の落下速度が林外よりも遅くなる．（6）樹冠が高い場合には，地面への雨滴
衝撃エネルギーが林外よりも大きくなる．
林内雨滴は発生プロセスの違いから，3 つの成分に分けられる（Fig. 1）．枝葉に触れずにそのまま落下する「直達雨」，枝葉で遮断された雨滴同士が結合し大粒径化する「滴下雨」（主に直径 3 mm 以上），枝葉での衝突時に破砕されて小粒径化する「飛沫雨」（主に直径2 mm 以下）である．飛沫雨は蒸発しやすく遮断蒸発に貢献しているという仮説があり（Murakami, 2006），
滴下雨は土壌侵食や落葉分解を促進する（Nanko et al.,2008a; Tashiro-Uchimura and Mizunaga, 2017）．
通常の雨量観測ではその成分分離は不可能である．
そこで筆者らは，林外雨と樹冠通過雨とで雨滴粒径分布が異なることを活用し，樹冠通過雨の 3 成分を分離

解説：雨滴測定から見えてくる葉や枝での雨の振る舞い

雨滴

レーザービーム

レーザーセンサ
（受光側）

①

②

受け取るレーザー量
受け取るレーザー量

レーザーセンサ
（投光側）

19

③

①
②

雨滴の大きさレーザービームを通過するのにかかった時間③

レーザービームの
最大遮断量

時間

雨滴の速さ

Fig. 2 レーザー雨滴計による雨滴測定の仕組み．雨滴がレーザービームを通過すると（図の左），センサーで受け取るレーザー量が減少する（図の右）．この遮断の様子から，通過した雨
滴の大きさと速さを測定する．図は南光ら（2017）より抜粋．
Schematic diagram of drop measurements by a laser disdrometer.

(a)

(b)

Fig. 3 葉の表面に載った水滴．（a）撥水性の低いスダジイ，（b）撥水性の高いモウソウチク．破線は葉と水滴の界面の直径を示す．同じ体積の水滴が載っているが，スダジイの方が接触直径が長く，固体／液体界面が広い．
Water drop on a leaf with (a) lower water repellency (Castanopsis sieboldii) and(b) higher water repellency (Phyllostachys heterocycla). Dashed line indicatescontact diameter between a leaf and a water drop.

する手法を開発した（Levia and Nanko et al., 2019）．直達雨が林外雨と同じ粒径分布を持つと仮定し，それを差し引いた残りのうち，大粒径成分を滴下雨，小粒径
成分を飛沫雨とする，というのがこの手法の大まかな流れである（Fig. 1b）．

4. 滴下雨滴の生成プロセス
4.1 葉からの滴下

樹冠通過雨において，滴下雨が基本的に主成分であり重要度が高い．そこで滴下雨の粒径分布に，樹種による違いが生まれる要因を調べた（Nanko et al., 2013）．
この手法を用いて，林内外で同時に雨滴測定を実施
長さ 20 cm 程度の枝葉を 9 樹種から採取し，自動霧した 3 ヶ国，5 ヶ所，12 樹種における合計 1.2 億粒以上
吹きで水を与えて滴下雨滴を再現し，その雨滴粒径をの雨滴測定データを総合的に解析した．明らかになっ
レーザー雨滴計で測定した．その結果，広葉樹では葉たことを以下に簡潔にまとめる．（1）樹木に葉がついている場合，滴下雨が樹冠通過雨の主成分である．
（2） 表面がつるつるして疎水的な樹種（アラカシ，シラカ
シなど）よりも，葉表面がザラザラして親水的な樹種
樹木に葉がついている場合，広葉樹の方が針葉樹より（ブナ，クヌギ）の方が，滴下雨滴が大きかった．針葉も滴下雨が樹冠通過雨量に占める割合が高く，滴下雨
樹では，アカマツ＜ヒノキ＜スギの順に滴下雨滴が大滴の粒径も大きい．（3）樹木に葉がない場合，直達雨
きかった．
が樹冠通過雨の主成分であるが，枝からの滴下雨が集中滴下する場所では滴下雨が主成分となり，滴下雨のこれらの結果は「葉と水との固体／液体界面」で説
粒径は大きくなる．（4）葉と枝とで滴下雨の生成過程
明されうる．葉表面の撥水性が低いと接触角が小さが異なる．以上を踏まえた上で，樹冠通過雨の生成過く，水滴はのっぺりした形で葉に付着する（Fig. 3a）．
程について解説を進める．
それに対し，葉表面の撥水性が高いと接触角が大きく，

土壌の物理性

20

第 144 号

針葉樹

広葉樹

(2020)

枝のみ

濡れ始め

よく
濡れている

Fig. 4 濡れ始めとよく濡れている条件での針葉樹・広葉樹・枝のみの滴下雨生
成の違い．
Diﬀerence of canopy drip generation processes among conifer, leafed broadleaved, andleaﬂess branch between wetting and saturated situation.

水滴はコロコロした形で葉に付着する（Fig. 3b）．これにより，葉の撥水性が低いほど「葉と水との固体／
液体界面」が広くなり（正確に言うならば，界面の円周である接触長が大きくなり），葉表面が水を付着する力が大きくなる．またスギのように短い針葉が 3 次元的に配置される場合には物理構造的に「葉と水との固体／液体界面」の総接触長が大きくなるため，葉表面が水を付着する力が大きくなる．この大きな付着力により，より大きな水を葉先や葉表面にぶら下げることができるため，滴下雨滴の粒径も大きくなる．
水の撥水理論に基づくと，葉の撥水性が小さく，葉表面の粗度が大きく，針葉の場合は短い針葉が 3 次
元的に配置され，葉の傾きが平坦であるほど，水の付着力が大きくなり，滴下雨滴の粒径が大きくなると言える．
一方で，葉の表側で雨滴が結合し滑り落ちるように滴下する雨滴も存在する．この場合は一枚ごとの葉の面積が大きく，葉の傾きが小さいほど滴下雨滴は大きくなる．これまでに，葉が大きく長さ 70 cm を超えるチーク（Tectona grandis Linn. f.）とオオバノボタン（Miconia calvescens DC.（Melastomataceae））で大きな滴下雨滴を観測した（Nanko et al., 2015; 2020)．これ
らの樹種は滴下雨滴が最大で 7 mm を超え，中央粒径
は 4.3 mm を超えてくる（Levia and Nanko et al., 2019）．
この 2 樹種は，森林内での土壌侵食が激しい樹種でもある．
以上は，葉が静的であることを想定しているが，実際の葉は雨滴衝撃や風により動的に振動する．強風条
件下では弱風時よりも滴下雨滴が小粒径化することが確認されている（Nanko et al., 2006）．枝葉の揺れにより水滴形成過程が不十分な状態で強制的に水滴が剥離されて滴下するためである．

4.2 枝からの滴下
樹冠というと葉が主に想像されるが，実際は枝も樹冠の構成要素である．特に落葉後の落葉樹では枝のみが樹冠を構成する．枝と葉とでは表面特性が異なる．
枝は葉よりも概ね撥水性が低く，また樹皮の中に水が染み込みやすいのが特徴的である．したがって表面の濡れやすさや滴下雨滴の形成は枝と葉で異なってくる．
枝からの滴下雨は，枝先からの生成，枝の細かな出っ張りや枝が下方向に湾曲した部分からの生成，枝の半ばからの生成等がある．最初の 2 つは一度生成点となれば，雨が降るに従って滴下雨を生成するため，地面に対し集中滴下点となる．そのような場所では，軒先での雨だれのように局所的に粒径の大きな滴下雨が絶え間なく衝突し地面を穿つ．山田（2017）は，名勝清風荘庭園において，この集中滴下雨が樹冠下の地表の苔を破壊することを確認した．そこで枝の出っ張りの除去（具体的には，かっくいやコブを切除し，樹皮を磨いた）と枝の剪定を行い，滴下雨の集中的な生成点と全体量を減らすことで，樹冠通過雨の雨滴衝撃エネ
ルギーを小さくすることに成功し，苔の保全のための
庭園管理技術を示した．
落葉広葉樹であるユリノキ（Liriodendron tulipifera
L.）の樹冠下で，林内の雨滴の季節変化を調べた（Nanko
et al., 2016）．その結果，展葉中に比べて落葉後の方が樹冠通過雨の量が増し，より大きな雨滴が滴下するようになった．樹冠通過雨量の増加は，葉の有無で樹冠内の水の流れ方が変わり，滴下雨の生成点であった葉が失われたことで，枝からの滴下雨の生成点に水が集中したことが要因である．滴下雨滴の大粒径化は，枝表面の方が葉表面よりも撥水性が小さいこと，凹凸が細かくて複雑で表面の水付着力が大きいこと，落葉後は展葉中より気温が低く水の粘性が高いことが理由であると結論づけている．
また葉と枝では，滴下雨の生成点のでき方が異なる（Fig. 4）．葉（特に針葉樹）では重力方向に最も下部の場所が滴下雨の生成点となる．樹冠が濡れるほど滴下
雨の生成点に水が集まり，生成点の数も増えていき，

解説：雨滴測定から見えてくる葉や枝での雨の振る舞い

21

Volume percentage of drops with <1 mm and >3 mm
24.4%

35.1%

18.7%

41.0%

(a)

(b)

Fig. 5 樹高 9.8m のスギ単木で測定した樹冠通過雨の雨滴の粒径と落下速度の関係．各セルの色の濃さは雨量への貢献度の高さを示す．（a）枝下高 2 m（b）枝下高 5 m．破線は雨滴の終端速度を示す．上の数字は粒径 1 mm 未満と粒径 3 mm 以上の雨滴が，樹冠通過雨量に占める割合を示す．
Relationship between drop diameter and velocity of throughfall under an isolated Japanese cedar canopy with
9.8 m height. Crown base height is 2 m (a) and 5 m (b), respectively.

工降雨を与えて樹冠通過雨を再現し，樹冠通過雨の雨
濡れきった後の方が滴下雨滴の量も大きさも増大する
滴を多点観測した．途中で枝を切り上げて樹冠の長さ（Nanko et al., 2008b）（Fig. 4）
．それに対し枝（樹皮）でを変えた．枝下高が 2 m から 5 m に上がると，特に粒は，濡れきった後の方が濡れきる前よりも滴下雨滴が減る現象が確認された（Levia and Nanko et al., 2019）． 径 3 mm 以上の大きな雨滴について，落下速度の遅い
雨滴がなくなっていることが見て取れる（Fig. 5）．こタイムラプスカメラで枝が濡れていく様子を撮影した
れは滴下雨の落下高が増大したためである．
ところ，雨の降り始めでは枝の途中部分でも滴下雨の生成点となっていたが，濡れに従いその生成点が消え
また，粒径 3 mm 以上で落下速度 8 m s−1 前後の雨ていく様子が確認された．雨により樹皮が濡れ始め， 滴に着目すると，枝下高 5 m（Fig. 5b）に比べて，枝下
濡れる前に高かった撥水性が徐々に失われていき，水高 2 m でそれらの雨滴の量が減った（Fig. 5a）．そし滴にとって樹皮から剥離するよりも枝に沿って下方にて直径 1 mm 未満の雨滴が樹冠通過雨全体に占める割
滑落する方がエネルギーを使わずにすむために，滴下
合が，枝下高 5 m よりも枝下高 2 m の方が大きかった
雨生成点が消失するメカニズム（Fig. 4）であることが （18.7 % と 24.4 %）．これらは，樹冠内の雨滴の滴下過わかった．
程で説明されうる．樹冠上層で生成された滴下雨が，樹冠下層で再遮断されるために速い落下速度の雨滴が減少し，大きな滴下雨は衝突時に破砕されて飛沫雨を
5. 樹冠の層構造を踏まえた雨滴の振る舞い生み出す．樹冠構造が複雑なほど，雨滴の生成過程が複雑になり，樹冠通過雨は樹冠の様々な部分を通ってレーザー雨滴計は雨滴の大きさだけでなく雨滴の速生成されることとなる．
度も測定できる．林外の雨滴は落下中に空気抵抗と釣り合い，理論的には雨滴の大きさに応じた決まった速度（これを終端速度と呼ぶ）で落下してくる．しかし滴下雨は，樹冠が低い場合には終端速度を得る前に地面に到達してしまう．これを利用し，滴下雨の落下速度から，地面に到達する滴下雨が，どの高さの樹冠で生成されたのかを推定することができる．
樹冠の層構造が樹冠通過雨の生成に与える影響を調べる実験を行った（Nanko et al. 2008b，2011）．防災科
学技術研究所（茨城県つくば市）の大型降雨実験施設
内に樹高 9.8 m のスギ（Cryptomeria japonica（Thunb.
ex L.f.）D.Don）を植栽し，高さ 16 m のノズルから人

6. まとめ
降雨の樹冠通過プロセスは，雨量の測定で経験的に理解されうるが，実際には気象要素による枝葉の揺れや変形，樹木ごとの樹形，枝葉の密度の空間的な分布，
葉や樹皮の形質，枝葉の傾き，そして濡れの進行に伴う枝葉表面の撥水性の変化などが複雑に絡み合う細かい物理現象の積み重ねによって成り立っている．気候変動による降雨様式の変化や植生変化，森林管理による森林構造の変化が樹冠に依る降水分配に与える影響

土壌の物理性

22

第 144 号の予測のためには，「雨滴」の観点から，ボトムアップ
的にそのプロセスを明らかにしていく研究も必要である．水文学に生体力学の視点を組み込んだ，植物バイ
オメカニクス的なアプローチがその手助けとなるであろう．例えば，Konrad et al.（2012）では，葉裏面に付着した水滴が，雨の供給で体積が増えていく際に，その場にとどまるのか，滑落するのか，剥離（滴下）す
るのかを葉の傾きによってどう変わるかを物理モデル
で説明している．Holder（2013）等では，撥水性の高
い葉ほど雨水の樹冠貯留量が大きいことを確認している．これらの視点も入れ込みながら，樹木の濡れの科学が進展していくものと考えており，筆者もここに貢献していきたい．

(2020)hydrology and biogeochemistry: Synthesis of past research
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謝辞(2015): Floor cover percentage determines splash erosionin Chamaecyparis obtusa forests. Soil Sci. Soc. Am. J., 79:

本解説に関する筆者の研究業績に関わっていただ
い た 全 て の 共 同 研 究 者 に 謝 意 を 称 し ま す ．本 解 説で紹介した筆者の研究成果の一部は，JSPS 科研費（JP17780119，JP05J11212，JP15H05626，JP17KK0159），
JSPS 外国人招へい研究者（S16088），日本林業技術協会学術研究奨励事業，JST/CREST「森林荒廃が洪水 ·
河川環境に及ぼす影響の解明とモデル化」及び「荒廃人工林の管理により流量増加と河川環境の改善を図る革新的な技術の開発」，US Fish and Wildlife Service
Agreement（122004J001）の助成を受けたものである．
本解説の執筆に当たり，第 61 回土壌物理学会シンポジウムでの発表を招待していただいた小林政広博士に感謝いたします．

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解説：雨滴測定から見えてくる葉や枝での雨の振る舞い

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ら —. 京都造形芸術大学修士論文.

要旨

森林は，樹冠で雨を遮断し，地面に降り注ぐ雨の量と水質を変化させることで，地球規模及び地域
スケールの水 · 土砂 · 物質の動態を変化させる．そのプロセスの物理的解明に雨滴データが活用できることに気づいた．林内外での雨滴の大きさと速さの違いを利用して，樹冠通過雨を直達 · 滴下
· 飛沫の 3 成分に分離する手法を開発し，滴下雨の生成高さの違いを検出できるようにした．固体（葉や枝）／液体（雨）界面現象から，樹種ごとや葉 · 枝の滴下雨の生成過程の違い，樹冠の層構造による各 3 成分の生成過程の違いが説明されうることを示した．雨滴研究の面白さを紹介しつつ，その有用性と将来について解説する．
キーワード：雨滴，樹冠遮断，樹冠通過雨，撥水性，レーザー雨滴計

データロガー ＦＴＪｒ（エフティージュニア）『ワンタイム測定機能』搭載で、フィールドを移動しながら多点測定
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圃場を移動しながら、土壌水分の多点計測を行う場合の例▲
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設置中の土壌水分計

例えば土壌水分計測では、標準のアルカリ乾電池４本利用時において、IMKO社TRIME-PICOの場合で約1,100回、Delta-T社SM150Tで約1,400回、A･R･P社WD-3シリーズで約800回の測定が可能です。
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動作間隔、周囲温度などにより測定回数は大きく変動しますので目安としてください。
ワンタイム測定機能は、土壌水分計測に限った機能ではなく、他のセンサとの組み合わせにおいても利用できます。
また、SDI-12出力タイプのMETER社5TE（旧Decagon Devices社）やA･R･P社WD5など、RS232C、RS485、SDI-12のシリ
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TEL011-596-0201 FAX 011-596-0234
E-mail info@mcs-fs.com URL http://www.mcs-fs.com

シンポジウム特集

J. Jpn. Soc. Soil Phys.

ゎࠉㄝ

土壌の物理性LecturesNo. 144 p.25 ∼ 32 (2020)

化学的手法によるカドミウム汚染水田浄化およびコメヒ素低減対策
牧野知之 1

Chemical measures for paddy ﬁelds contaminated with cadmium and arsenic
Tomoyuki MAKINO1

Abstract: Chemical countermeasures against hazardous
metal contamination in paddy ﬁelds were introduced,
which include the use of soil washing methods for cadmium and the use of iron materials for reducing arsenic inbrown rice by combining with waterﬂooding cultivation.
Iron (III) chloride was selected as the most suitable detergent from various chemicals. The extraction mechanismof soil cadmium by iron (III) chloride is a function of iron
ion hydrolysis reaction, which causes pH decrease. The
formation of complexes between chlorine ions and cadmium also contribute to the cadmium extraction. After thewashing, a wastewater treatment system installed on site
was used to treat the wastewater. Soil cadmium and brownrice cadmium were reduced by 60∼80 % and 70∼90 %,respectively. For arsenic, steel slag, iron hydroxide andzero-valent iron were applied to the paddy ﬁeld to reduce
arsenic in brown rice. The results showed application of
zero-valent iron reduced arsenic in soil solution and brownrice. This may be due to the formation of hardly solublearsenic sulﬁdes on the strongly reducing iron zero-valentsurface.
Key Words : cadmium, arsenic, rice, soil washing, ironmaterials

1. はじめに我が国では，1960 年代における飛躍的な工業化の進展により，カドミウムをはじめとする様々な重金属による汚染が農耕地，特に水田土壌で顕在化してきた．これをうけ政府は，1970 年に農用地土壌汚染防止法を制定した．本法では，管理対象有害物質としてカドミウム，ヒ素，銅が指定された．日本では，イタイイタイ病を引き起こしうるカドミウムは，特に有害な元素の一つとして認められてきた．本法では，1 mg Cd kg−1 以上のカドミウムを含む玄米を産出した水田を汚染地として指定していた．2006 年コーデックス委員会は，精白米に含まれるカドミウムの最大許容濃度を 0.4 mg Cd kg−1 と指定した（Codex, 2006）．2011 年には，この基準値に準拠した玄米と精米を対象とする新たな日本の基準が制定された．
従来の方法では，カドミウム汚染水田の多くは，汚染
土に未汚染の土壌を上乗せする方法または汚染土を排土し未汚染土との入れ替えを行う客土法で浄化されてきた．しかしながら，未汚染土の入手が困難であり，また運搬に高いコストを要するなどの問題がある．日本国民のカドミウム摂取量の約 46 % はコメからの摂取であり，主食である米の安全性を確保するためには，水田土壌中のカドミウム含有量の低減が重要となる（農林水産省,

2018）．
農用地の重金属汚染は主として鉱山，精錬工場などか

一方，カドミウムとならんで人への健康被害が懸念さ

らの排出物に由来し，水または大気を介して引き起こされているヒ素に関して，国際機関であるコーデックス委れたものである．土壌が重金属で一度汚染されると，水員会の食品汚染物質部会（CCCF）において，精米中無機

質や大気の汚染が解消された後も蓄積した重金属は容易

態ヒ素濃度が 2014 年に 0.2 mg kg−1 ，玄米中無機態ヒ素に減少しない．つまり，重金属汚染は長期的に残留し悪濃度は 2016 年に 0.35 mg kg−1 と基準値が設定された．

影響を与えるという「蓄積性汚染」である．このため，発ヒ素は発がん性が指摘される有害元素であり，摂取源と生源からの排水や煤煙などを対象とした規制措置だけでなる水稲の吸収を抑制する必要がある．水田土壌中のカは土壌汚染対策として十分でなく，加えて汚染土壌そのドミウムは落水時などの酸化的条件下で可溶化し，湛水

ものの除去，浄化などの直接的な対策が重要となる（足に伴う還元的条件下で不溶化するのに対し，ヒ素は還元

立, 1997）．

的条件下で可溶化し，酸化的条件下では不溶化しやすい．

1 Graduate School of Agricultural Science, Tohoku University 468-1 Ara-

すなわち，水管理の条件について，ヒ素とカドミウムのmaki Aoba, Aoba-ku, Sendai, Miyagi, Japan. Corresponding author: 牧

水田土壌中濃度及び水稲の吸収はトレードオフ関係にあ野知之，東北大学農学研究科．
2020 年 6 月 22 日受稿 2020 年 7 月 28 日受理

ると考えられている．

土壌の物理性

26

第 144 号

(2020)

法を紹介する．
Cd2+,
As(Ⅴ)
CdS,
As(Ⅲ)

CdS,
As(Ⅲ)

Water
×

Soil

×

湛水→還元→Cd不可給化
As可給化

×

Soil

×

Cd2+,
As(Ⅴ)

落水→酸化→Cd可給化
As不可給化

湛水管理(Cd吸収抑制)はヒ素吸収を促進
両元素の水稲の吸収リスクはトレードオフの関係

Fig. 1 水田におけるカドミウムとヒ素の動態と水稲吸収．
Dynamics of cadmium and arsenic in paddy ﬁelds and rice absorption. (CdS：Cadmium sulﬁde)

2. 土壌洗浄によるカドミウム汚染水田の浄化
2.1 農用地への土壌洗浄の適用における課題
重金属汚染土壌の修復には客土，固形化処理（solidiﬁcation），熱処理（thermal treatment），電気的修復（electroreclamation; 電気泳動法等），植物による抽出（phytoextraction），植物を用いた蒸散（phytovolatilization），
土壌洗浄（soil washing, soil ﬂushing）などがある．これ
らのうち，土壌洗浄法は汚染土壌に洗浄資材と水を加え懸濁状態で混合して重金属を浸出除去し，浄化システムで処理する修復技術である（牧野ら, 2008）．洗浄法によ

環境中において，ヒ素は無機態 · 有機態として様々なる土壌修復は多くの企業で研究されているが，その多くは工場跡地などを対象として汚染土壌を処理工場等に搬形態で存在する．土壌中の主要な形態は無機ヒ素の亜ヒ

入し洗浄処理するものや，重金属濃度の高い粘土画分を酸およびヒ酸で，一部はメチル基が付加したメチル化体

分取して汚染土壌の減量化，低濃度化を図る事例が多くである．これら各種ヒ素では，有機ヒ素より無機ヒ素が， （熊本, 2002），農用地への適用には問題が残る．実際にさらにヒ酸より亜ヒ酸が高い毒性を示す．また，オキソ

洗浄法を水田に適用する際の課題として，①低環境負荷

酸である亜ヒ酸，ヒ酸は土壌構成成分である鉄鉱物に強· 高効率 · 低コストの洗浄資材選定，②オンサイトでの洗く吸着されるが（Sun and Doner, 1998），ヒ酸と比較して浄＋排水処理システムの開発，③洗浄後の良好な土壌肥

亜ヒ酸の吸着は弱いとされる．これは，亜ヒ酸の酸解離沃度 · 作物生育の確保，④洗浄効果の維持などがあげら

定数，pK（pK1 = 9.1, pK2 = 12.1, pK3 = 13.4）がヒ酸

れる．

（pK1 = 2.19, pK2 = 6.94, pK3 = 11.5）に比べて高く，一2.2 洗浄資材と重金属の形態

般的な土壌 pH ではほとんど乖離していない事が一要因

重金属で汚染された土壌の修復には，現場や現場外でと推察される．酸化的条件下である畑地の土壌溶液中ヒの様々な修復方法が用いられ，特に土壌洗浄は有効であ素は主にヒ酸であり，吸着能が強いため土壌溶液中濃度

る．しかし，従来は，土壌から重金属を水溶液に移すたは低レベルとなる．畑地における土壌ヒ素の作物への可めに抽出試薬を使用する処理プラントで，オフサイトで給性は低く，畑作物中のヒ素はほとんど問題とならない．

行われている．土壌洗浄は，土壌から金属汚染物質を恒一方，水田を湛水すると土壌は還元し，ヒ素の保持担体

久的に除去できる数少ない処理方法の一つである．金属となっている鉄（水）酸化物が溶解する．また，土壌還キレート剤，中性塩，強酸などの様々な洗浄剤が金属汚元に伴い吸着能の強いヒ酸から吸着能の弱い亜ヒ酸に還染土壌に適用されている．特に，エチレンジアミン四酢

元され，容易に土壌溶液に溶出される（Fig. 1）．従って，酸（EDTA）は，汚染土壌から効率的にカドミウムを除湛水還元条件の水田における土壌ヒ素の可給性は高く，去するために広く使用されている．しかし，EDTA は生コメに由来するヒ素は，平均的な日本人の無機ヒ素摂取

分解性が低いため，環境中に残留してしまうという問題

量の約 2/3 を占める（農林水産省, 2014）．

がある．EDTA は環境負荷が高いことから，一部の研究

一方，近年の温暖化に対する水稲の高温障害対策や，者は生分解性キレート剤を選択している（Tandy et al.,

我が国に多く存在するカドミウム汚染地域でのカドミ

2004）．生分解性キレート剤は，環境負荷の観点から有ウムの低減策などで，出穂前後に継続的に湛水する対策

望であるが，高価格であり，排水処理にも難がある．一が指導されている．これは，還元条件下で硫酸が還元生

方，強酸である塩酸のカドミウム抽出効率は高く，水素成する硫化物イオンや炭酸イオンと，カドミウムイオン

イオンが重金属を溶出し，さらに溶出したアルミニウムとが反応として難溶性の硫化カドミウムまたは炭酸カドによるイオン交換反応を通じた重金属の溶出促進効果もミウムなどが生成され，水稲のカドミウム吸収が抑制さ報告されている（森 · 和田, 2002）．無機酸を洗浄資材とれるためである（Khaokaew et al., 2011; de Livera et al.,

して使用した場合，キレート資材と異なり洗浄排水のア

2011）．しかし，上述のように湛水管理は水稲のヒ素吸収

ルカリ処理が適用可能で，排水処理が容易との利点があを促進するため，水稲栽培の水管理においてヒ素とカドる．しかし，強酸を過剰に施用した場合，土壌特性に悪ミウム吸収はトレードオフの関係にあるといえる（Fig.

影響を与える可能性がある．また濃塩酸などは劇物であ1）．

るため現場での取り扱いには注意を要するという問題点

本稿では，カドミウムで汚染された水田土壌の浄化にむけて開発した土壌洗浄法を解説するとともに，鉄資材と湛水栽培を組み合わせたカドミウムとヒ素の同時低減もある．

2.3 塩化鉄（III）によるカドミウムの抽出
2.2 のように，土壌の重金属の抽出には様々な洗浄資解説：化学的手法によるカドミウム汚染水田浄化およびコメヒ素低減対策
B土壌(Cd)B土壌(pH)

3.0

5

0.9

4
0.6

抽出液 ｐH

6

1.2

3

0.3

2
1

0.0
0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Cd抽出量 (mg kg -1 乾土)

7

1.5

Cd抽出量 (mg kg -1 乾土)

C土壌(Cd)
C土壌(pH)
7

2.7

6

2.4
2.1

5

1.8
1.5

4

1.2

抽出液 ｐH

A土壌(Cd)A土壌 (pH)

27

3

0.9
0.6

2

0.3
0.0
0

10

20

30

40

1
50

塩化第二鉄濃度(mM)L-1 )
塩化第二鉄濃度(mmol

塩化カルシウム濃度 (mol L-1 )Fig. 2 土壌に添加した資材濃度とカドミウム（Cd）抽出量および抽出液 pH との関係（牧野ら, 2008）．
Relationships between concentration of materials added to soil and cadmium (Cd) extraction volume, andpH of the extraction solution.

材が提案されているが，それぞれ問題点がある．そこで，

ここで，MmAn は金属塩，M(OH)n は金属水酸化物，Mn+

現地試験の実施前に洗浄資材のスクリーニングを行い，は金属陽イオン，A は陰イオン，m は陰イオンの価数，

カドミウム抽出効率 · 環境影響 · コスト · 施用法等の観n は金属陽イオンの価数，Ko m は反応式（2）で表される点から，新たに塩化鉄（III）をカドミウム汚染水田土壌

平衡定数，である．

に最適な洗浄資材として選定した（Makino et al., 2006）．

このとき金属陽イオンとして 3 価鉄イオン（Fe3+ ），以下に，塩化鉄（III）による土壌からのカドミウム抽出

亜鉛イオン（Zn2+ ）およびマンガンイオン（Mn2+ ）を挙動を示す．

仮定すると，これらの水酸化物との平衡定数はそれぞれ

2.3.1 塩化鉄（III）と塩化カルシウムによるカドミウ
ム抽出挙動の比較

Fig. 2 にカドミウム汚染水田 3 地点から採取した土壌

2.88 × 10−4 , 3.31 × 10−13 ，および 6.46 × 10−16 となる（Lindsay, 1979 より計算）．

塩化鉄（III）の低下幅は大きい．塩化カルシウムでは，

塩化鉄（III）を土壌に添加すると，まず塩素イオンとFe3+ に解離する（反応式（1））．この Fe3+ は加水分解反応により水酸化鉄（Fe(OH)3 ）を生成し，この過程で水素イオンが生じる（反応式（2））．この反応の平衡定数は水
酸化亜鉛や水酸化マンガンに比べて小さく，Fig. 3 で示した Fe3+ の活動度 – pH の関係より高 pH 側の領域（斜土壌に吸着している水素イオンおよびアルミニウムイオ

線を含む）でこれらの反応が生じる．従って，通常の土ンがカルシウムイオンとのイオン交換反応を通じて抽出壌 pH では反応（1），（2）が進行して抽出 pH は大きく

における，塩化鉄（III）と塩化カルシウムによる添加資材濃度とカドミウム抽出量および抽出液 pH との関係を示した．破線で示した抽出液 pH は添加濃度の増加に伴い両資材ともに低下しており，塩化カルシウムに比較しされ，アルミニウムイオン（水分子が 6 個配位したアコ低下する．この反応により，塩化鉄（III）では強く土壌

錯体）は加水分解し，水素イオンを放出するため pH のに吸着している無機結合態カドミウムが主に抽出される低下が生じると考えられる．一方，前述のように塩化鉄と推察され，これを支持するデータも土壌の形態別重金（III）では抽出液 pH の顕著な低下が認められ，50 mmol

属含量の測定から得られている（Makino et al., 2006）．

L−1 では pH 3 以下に達しているが，交換性アルミニウ
ムの抽出のみではこの pH 低下は説明できない．

完全解離する塩酸などの強酸と異なり，上述の鉄塩の加水分解反応による水素イオン放出は平衡反応によって土壌に金属塩を添加すると，土壌 pH に応じて下記の規定されている．このため，土壌洗浄において過剰施用反応が生じる（Makino et al., 2008）．

や局所的に生じる高濃度などの問題が生じても pH は極端に低下しないという利点がある（牧野ら, 2008）．

MmAn = mMn+ +nAm −(1)

2.3.2 カドミウム – 塩素錯体の生成
層状ケイ酸塩粘土鉱物であるモンモリロナイトに吸+n+M +nH2 O = M(OH)n +nH(2)で脱着されやすい．土壌中のカドミウムは過塩素酸イオンに比べて塩素イオンの存在下で溶脱が促進される

n

Ko m =[M(OH)n ] [H+ ][Mn+ ] [H2 O]n

着したカドミウムは硝酸カリウムに比べ塩化カリウム(3)（Smolders and Mclaughlin, 1996）．カドミウムイオンと塩素イオンとは下記のようなカドミウム – 塩素錯体を生

土壌の物理性

28

第 144 号

(2020)成し，この錯体生成により土壌からのカドミウムの溶脱· 脱着が促進されると考えられる．

−

Cd + 2Cl ⇌ CdCl02
Cd2+ + 3Cl− ⇌ CdCl−
3
Cd2+ + 4Cl− ⇌ CdCl2−42+

土壌に硫酸鉄（III），硝酸鉄（III）および塩化鉄（III）溶液を添加したカドミウム抽出試験を行ったところ，塩化Fe 3+, Zn 2+, またはMn2+ の活動度

Cd2+ + Cl− ⇌ CdCl+

0.009
0.008
0.007
0.006
0.005
0.004
0.003
0.002
0.001
0.000

鉄（III）が最も高い値を示した．これら 3 種の鉄塩による抽出液中のカドミウムイオン種組成を化学計算プログ
ラム（Minteq）で推算すると，錯体として存在するカドミウムは塩化鉄（III）が最も高かった（Fig. 4）．塩化鉄（III）ではカドミウム – 塩素錯体の生成によりカドミウ
ム抽出が促進されると考えられる（Makino et al., 2008）．

Zn(OH)2 Mn(OH) 2

Fe(OH)3

0.010

0

2

4

pH

6

8

10

Fig. 3 各金属水酸化物が生成する pH と金属イオン活動度の関係．

Relationship between pH at which each metal hydroxides andmetal ion activity (Makino et al., 2008).

2.4 水田におけるオンサイト土壌洗浄
2.4.1 土壌洗浄条件の最適化
水田におけるオンサイト土壌洗浄の最適条件を決定するには，洗浄資材施用量，固液比，撹拌時間，薬剤洗浄回数，水洗浄回数等の条件を事前に検討する必要があ

硝酸鉄

Cd 2+

(III)

CdCl +

る．これまでに，電気泳動法によるカドミウム除去効率

塩化鉄を向上させるため，土壌への硝酸添加にともなうカドミ(III)

CdCl 2 (aq)CdSO4 (aq)

ウム溶出挙動についてイオン交換，表面錯形成モデルなどを用いてモデル化する試みがなされている（森 · 和田,

硫酸鉄

Cd(SO 4 ) 2 2-2002）．この手法は，土壌環境基礎調査などの土壌特性 ·(III)

CdNO 3+

土壌カドミウムデータベースを元に，洗浄条件を推定し，0

洗浄の対象となりうる水田面積を全国規模で概算算定する際に利用できる可能性があり，また土壌洗浄における基礎研究として重要な検討課題である．ただし，土壌特

20
40
60
80
各種Cdイオンの存在割合(%)

100

Fig. 4 各種鉄塩抽出液中の Cd ｲｵﾝ種組成．
Composition of Cd ion species in various iron salt extracts.

性の異なる個々の水田における洗浄処理では，化学平衡論に基づいた理論上のモデルの推算値を根拠に洗浄資材の施用量を決定するのは現状ではリスクが大きく，事前に土壌を採取して，室内実験にて洗浄条件を決定するこ

2.4.2 抽出薬剤濃度
Fig. 2 のカドミウム抽出挙動をみると，pH が高くかつ粘土質でカドミウム含量の高い B 土壌では濃度上昇に伴いカドミウム抽出量が直線的に増加した．一方，粗粒質の A および C 土壌では塩化鉄 10 ∼ 20 mmol L−1 程度でカドミウム抽出量がほぼプラトーに達したため，塩化鉄（III）の施用濃度を 15 m mol L−1 に設定した．カドミウ
ム抽出量がプラトーに達する塩化鉄（III）濃度の高い土壌では，費用対効果を考慮した濃度設定が必要となる．

70

積算Cd除去率 (%)とが望ましいと考えられる（牧野ら, 2008）．

排水率(%)
10
20
30
40
50

80

60
50
40
30
20
10
0
40

50

60

70

80

90

土壌からのCd抽出率 (%)

2.4.3 固液比
土壌（固相）と洗浄液（液相）の量比（固液比）は，洗浄後の排水率すなわちカドミウム除去率に大きく影響する．オンサイト洗浄における土壌中の積算カドミウム除去率はカドミウム抽出率および排水率を用いて以下の計算式で概算できる（薬剤洗浄後の水洗浄における液相中のカドミウム濃度は排水―入水による希釈率に応じて低Fig. 5 洗浄処理における排水率を変化させたときの Cd 抽
出率と積算 Cd 除去率との関係 （薬剤洗浄 + 水洗浄 2 回）
（牧野ら, 2008）．
Relationship between Cd extraction rate and cumulative Cd removal rate at different drainage rates (chemical washingr + water washing 2 times).

解説：化学的手法によるカドミウム汚染水田浄化およびコメヒ素低減対策①薬剤施用（塩化鉄溶液)②攪拌(Cdの抽出)③静置・排水④排水処理⑤処理水の放流⑥水洗浄

29

Fig. 6 洗浄法の工程．
Soil washing process.

減と仮定する）．

沈殿法を利用した現場設置型排水処理装置）を実施した（Fig. 6）．室内試験で設定した洗浄条件に基づき，塩化n

R = EXcd × EXw × ∑ (1 − EXw)i−1

（4）

i=1

鉄（III）濃度は 15 ∼ 30 mmol L−1 ，固液比は 1 : 2 に設定した．

ここで，R は洗浄 i 回目排水時までの積算カドミウム除田面水の残留塩素濃度は水洗浄を 2 ∼ 3 回実施後，作去率（i は薬剤洗浄 1 回＋水洗浄回数），EXcd はカドミ

物生育に影響しない 500 mg L−1 以下に低下した．また，ウム抽出率（薬剤洗浄時の液相に溶出しているカドミウ

塩化鉄（III）洗浄および水洗浄処理で生じた排水中のカム量 / 固相中の総カドミウム量または 0.1 mol L−1 HCl

ドミウムは現場設置型の処理装置で回収除去され，排水抽出カドミウム量），EXw は田面水の排水率（洗浄処理基準（0.03 mg L−1 ）及び水質環境基準（0.003 mg L−1 ）における田面水の排水量 / 水田の総水量）とする．

以下に低減した．また，洗浄処理に伴い，田面水の pH

式（4）に薬剤洗浄 1 回＋水洗浄 2 回（i = 3）およびは大きく低下し，3 価鉄イオンの加水分解反応に伴う水

田面水の排水率を 0.1 ∼ 0.5 に設定したときの積算カド

素イオン放出が確認された．前述の Minteq で薬剤洗浄

ミウム除去率を Fig. 5 に示した．土壌の沈定容積と畦畔工程における排水中のカドミウムイオン種組成を推算すの高さによって変化するが，一般的な水田の排水率は約

ると，カドミウムイオン種の 75 % はカドミウム – 塩素

0.2 と考えられる．この排水率では，カドミウム抽出率が高くてもカドミウム除去率は向上しない（Fig. 5）．塩化鉄（III）のカドミウム抽出率は高く，実際の土壌洗浄錯体と算出され，現場試験においても塩素錯体の生成がカドミウム抽出に寄与していると推察される．
試験田の 0.1 mol L−1 塩酸抽出カドミウム含量は無洗では排水率の向上がカドミウム除去率改善の主要因とな浄区に比べて洗浄区では 60 ∼ 80 % 低減し，本洗浄法にる．従って，固液比の最大化が望ましいが，水田の畦畔

よる土壌カドミウムの除去効果が認められた．一方，交の高さと洗浄工程に使用するトラクターの大きさなどの換態画分は増加し，塩化鉄（III）洗浄に伴う pH の低下

構造上の制約も考慮する必要がある．

が影響したと推察される．

一方，薬剤洗浄後の水洗浄回数は，残留塩素濃度が水洗浄処理後の土壌では，カドミウム含量の低下により稲生育に影響しないレベル（500 mg L−1 以下）まで低減

水稲のカドミウム吸収量は低減すると期待される．しかするよう排水率を考慮して設定する．以上のように，室し，洗浄に伴う土壌肥沃度の低下および生育 · 収量への内試験の結果に基づき現地圃場での最適洗浄条件を設定

悪影響が懸念される．そこで，洗浄による土壌肥沃度おする必要がある．

よび水稲栽培を行い水稲収量およびカドミウム吸収の結

2.5 オンサイト洗浄の実施例

果に基づいて洗浄法の効果を検証した．

土壌特性やカドミウム汚染状況の異なる 3 地点の水田

塩化鉄（III）洗浄処理により，土壌 pH は低下し，交内に試験田を設定し，（1）薬剤洗浄（土壌カドミウム抽

換性塩基は減少した．このため，炭酸カルシウムおよび出） （2）水洗浄（残留カドミウムおよび塩素の除去）

炭酸マグネシウムを施用して，塩基や pH の補正を行っ（3）排水処理（洗浄水中のカドミウムの回収除去；凝集た．土壌炭素及び窒素含量は洗浄によりわずかに低下し土壌の物理性

30

第 144 号

(2020)

た．以上のように，土壌肥沃度の一部の項目で変化は認

特にゼロ価鉄区で顕著な低減が認められ，資材の施用効

められるものの施肥などで補正可能であり，水稲生育や果が確認された（Fig. 7）．

玄米収量に有意な悪影響はみとめられなかった．

製鋼スラグや水酸化鉄資材では，資材表面に変異荷電

一方，無洗浄区に対する洗浄区の玄米カドミウム濃度をもつ鉄水酸基が存在するため，配位子交換反応などをの低減率は初年度で 70 ∼ 90 % となり，塩化鉄（III）を通じてヒ素を吸着保持し，水稲への可給性が低下したと洗浄剤とした本法のカドミウム吸収低減効果が確認され考えられる．

た．洗浄 2 年目以降は，やや低減率が減じるが土壌カド

一方，ゼロ価鉄ではその表面が非常に強い局所的な強ミウムの低減率程度の玄米カドミウムの低減効果が 7 年

還元条件にある．別途実施したゼロ価鉄を１ wt % 添加

以上維持された．

して湛水培養したヒ素高濃度含有土壌のヒ素 K 吸収端の3. 鉄資材と湛水栽培を組み合わせたカドミウムとヒ素の同時低減

X 線吸収スペクトル近傍構造（XANES）解析から，Fig.
8 に示すアルセノパイライト（硫砒鉄鉱）の生成を同定した（Suda et al., 2018）．ゼロ価鉄では，難溶性のヒ素硫化物の生成が土壌ヒ素溶出抑制に寄与したと推察される．

ヒ素（As）は発がん性がカドミウム（Cd）は腎毒性が指摘される有害元素であり，摂取源となる水稲の吸収を抑制する必要がある．水田土壌中のカドミウムは落水時などの酸化的条件下で可溶化し，湛水に伴う還元的条件
下で不溶化するのに対し，ヒ素は還元的条件下で可溶化

湛水条件を反映して土壌カドミウム濃度は低レベルで推移し，中干し期を除いて定量限界以下の地点が多かった．FM では土壌 pH の上昇が認められ，土壌溶液中のカドミウムが低下する傾向が認められた．

3.3 玄米のヒ素，カドミウム濃度，水稲収量

し，酸化的条件下では不溶化しやすい．すなわち，水管A ∼ E 圃場ともに鉄資材の施用で玄米ヒ素の低減が理の条件について，As と Cd の水田土壌中濃度及び水稲認められ，特にゼロ価鉄で大幅な低減効果が得られ，資の吸収はトレードオフ関係にあると考えられている．こ材の施用効果が明らかとなった（Fig. 9）（Makino et al.,のような関係にある両元素の同時低減の方策として，①

2016）．ただし，D 圃場における低減効果は限定的であAs と Cd が同時低減する水管理，②低吸収 Cd 品種＋低灌水栽培，③ As 吸収抑制資材＋湛水管理など考えられり，低い土壌ヒ素濃度が影響した可能性がある．玄米中

る．ここでは，③の方法を解説する．

3.1 水田への鉄資材の施用
土壌特性および気象条件の異なる 5 地域の水田圃場 A∼ E において中干し期以降，出穂 3 週間までは湛水を基本とする水管理を行った．圃場には，予備試験で土壌ヒ素の溶出抑制効果が認められた 3 種類の市販鉄資材を施用した．施用量は 1 m2 当たり，ゼロ価鉄（ZVI）1 kg，水酸化鉄資材（FB）1 kg，製鋼スラグ（FM）2 kg である．
なお，水酸化鉄資材の構造は非結晶性鉄鉱物であるフェリハイドライトに類似することを X 線回折で確認した．
ポーラスカップを水田に埋設し，中干し前後，出穂 2のカドミウム濃度は全体的に低レベルとなり，湛水栽培によるカドミウム吸収抑制が十分に寄与したと考えられる．FM は土壌溶液中のヒ素低減効果は低いにも関わらず，玄米中のヒ素濃度は FB に近い程度まで低減した．

FM は水稲のヒ素吸収と拮抗関係にあるケイ素を含み，この成分が玄米ヒ素の低減に寄与した可能性がある．また，FM で玄米カドミウム濃度の低下傾向が認められ，

FM のアルカリ成分による土壌 pH 上昇に起因すると推察した．
精玄米重，わら重，整粒粒比に関して，地点と資材の2 元配置分散分析を行った結果に有意な差は認められなかった（Makino et al., 2016）．FM では土壌 pH が上昇

週間前，出穂期，出穂 3 週間後に土壌溶液を採取して，ヒ素とカドミウム濃度を ICP-MS で測定した．収穫後，3

度を ICP-MS で測定した．また，玄米収量および玄米の整粒粒比を測定した．

3.2 土壌溶液中のヒ素濃度
既報（Yamaguchi et al., 2011）と同様に，土壌溶液中のヒ素濃度は鉄濃度と高い相関が認められた．湛水して土壌還元が進行し，ヒ素の保持担体となっている鉄（水）酸化物が還元溶解するとともに，吸着能の強いヒ酸から吸着能の弱い亜ヒ酸に還元して，溶出してきたと推察される．
また，土壌溶液中のヒ素濃度は，各地点ともに無施用に比べ鉄資材施用区で低下した．すなわち，製鋼スラグ（FM）＞水酸化鉄資材（FB）＞ゼロ価鉄の順序で低下し，As 濃度 (μmol L‐1 )玄米の酸分解液を希釈して，総ヒ素およびカドミウム濃

2.5

無施用

y = 0.515x ‐ 0.098
R² = 0.893

2

FB

1.5

FM

y = 0.313x ‐ 0.027
R² = 0.934
y = 0.911x ‐ 0.063
R² = 0.959

1

ゼロ価鉄 y = 0.081x + 0.148
R² = 0.590

0.5
0

0

2

4

6

8

鉄濃度 (mmol L‐1)

Fig. 7 水稲栽培中の土壌溶液中の鉄とヒ素濃度の関係．
Relationship between iron and arsenic concentration in soil solution during rice cultivation (Makino et al., 2016).

解説：化学的手法によるカドミウム汚染水田浄化およびコメヒ素低減対策

31

Fig. 8 ゼロ価鉄を添加して湛水培養した土壌のヒ素 K 吸収端の X 線吸収スペクトル近傍構造（XANES）
解析．(a) 対照（ゼロ化鉄無添加），(b) 1 wt % ゼロ化鉄添加
Arsenic K-edge XANES spectra of solid phases of for soils incubated with commercial zero-valent iron under
ﬂooded condition. (a) control, (b) addition of 1 wt % zero-valent iron (Suda et al., 2018).

理の問題を解決できず，汚染現場への適用は困難とされてきたが，昨今の研究により，水田における土壌洗浄は実用的なレベルに達しつつあると考えられる．今後は，洗浄効果の持続性やコスト低減に関する検討を続けるとともに，洗浄後の転換畑への適用性を検証していく必要がある．ヒ素に関しては，湛水栽培＋鉄資材の施用による水稲のヒ素，カドミウムの同時低減について検討した結果を報告した．湛水でカドミウム吸収を抑制しつつ，鉄資材施用によって玄米中のヒ素も同時に低減可能であった．ここでは施用初年度の結果を示したが，鉄資材によるヒ素吸収抑制効果は経年的に減じる傾向にある．
効果持続性を検証するとともに，資材の適正施用量を確定する必要がある．また，より安価で効果の高い資材のスクリーニングを進める必要がある．
また、ここでは理化学的な手法による水稲のカドミ
ウムおよびヒ素低減を中心に解説したが、近年、イオンビーム照射によりカドミウムをほとんど蓄積しない水稲品種（コシヒカリ環１号）が作出され（Ishikawa et al.,2012）、品種登録されている（石川ら, 2014）．現在、カドミウム低吸収遺伝子を導入した多品種の育成が進めら
れている。

謝辞
土壌洗浄試験は農研機構農業環境変動研究センター，
Fig. 9 現地試験における玄米のヒ素およびカドミウム濃度．
Arsenic and cadmium concentrations in brown rice in ﬁeld
tests.

太平洋セメント株式会社，長野県農業総合試験場，富山
県農業技術センター，福井県農業試験場，福岡県農業総合試験場，新潟県農業総合研究所（園芸研究センター），
ヒ素に関する試験は農業環境変動研究センター，秋田県するため，土壌窒素の可給化が進みやすくなる可能性があり，今後検討を要する．

4. おわりに
過去に行われた土壌洗浄法は洗浄資材の選定や排水処

農業試験場，新潟県農業総合研究所，栃木県農業試験場，
千葉県農林総合研究センター，滋賀県農業技術振興セン
ター，（地独）大阪府立環境農林水産総合研究所，山口県
農林総合技術センター，熊本県農業研究センター，島根
大学生物資源科学部の多くの関係者の方々の協力で実施されたものである．記して深謝する．

土壌の物理性

32

第 144 号

(2020)

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要旨

水田における有害元素汚染に対する化学的な対策として，カドミウムを対象とした土壌洗浄法および鉄資材と湛水栽培を組み合わせた玄米ヒ素低減法を紹介した．洗浄法では，各種薬剤から塩化鉄（III) を
最適洗浄剤として選定した．塩化鉄（III) による土壌カドミウムの抽出メカニズムは鉄イオンの加水分
解反応による pH 低下および塩素イオンとカドミウムの錯体形成である．洗浄後はオンサイトに設置した排水処理装置で洗浄廃水を処理する．土壌カドミウムは60 ∼ 70 %，玄米カドミウムは 70 ∼ 90 %低減した．ヒ素に関しては，鉄鋼スラグ，水酸化鉄，ゼロ価鉄を水田に施用して，玄米ヒ素の低減効果を示した．ゼロ価鉄を施用すると土壌溶液および玄米ヒ素が最も低減した．強還元性を示すゼロ価鉄表面における難溶性ヒ素硫化物の生成に起因すると考えられる．
キーワード：カドミウム，ヒ素，水稲，土壌洗浄，鉄資材

シンポジウム特集

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 144 p.33 ∼ 37 (2020)ゎࠉㄝ
Lectures

機能性微生物が関与した鉱山跡地 · 自生植物の金属耐性機構
山路恵子 1 · 春間俊克 2

Metal tolerance of plants naturally growing at mine sites is enhanced by functional root endophytes
Keiko YAMAJI1 and Toshikatsu HARUMA2

Abstract: Mine soil contains high concentrations of heavy
metals and shows acidity; these environmental factors
would generally inhibit plant growth. Recently, several
researches have clariﬁed that functional microbes, suchas root endophytes, could enhance heavy-metal tolerancein plants naturally growing at mine sites. For example,
heavy-metal tolerance in Clethra barbinervis growing at
mine site, could be enhanced by root endophytes; without
root endophytes, C. barbinervis might not survive at minesoil, showing terrestrial and root growth inhibitions. Aluminium in acidic soil is known to show toxicity to plants
and Al tolerance in Miscanthus sinensis might be enhanced
by root endophytes, which could detoxify Al in the plant.
From the above, native species at mine site, such as C. barbinervis and M. sinensis, seem to develop symbiotic interaction with root endophytes, which could enhance metal
tolerance in both plants, and these plants could adapt to severe mine environment, due to microbial support.
Key Words : mine site, metal tolerance, native plant, root
endophytes

1. はじめに鉱山跡地土壌は, 重金属を高濃度含有し，酸性である
ことが多い．酸性環境は土壌からの重金属やアルミニウム（Al）の溶出を促進するため，植物にとって吸収しやすい形態の重金属や Al 量が増加し，植物体内への吸収量が増加すると考えられる（Larcher, 2004）．重金属の一部は植物にとって生育に必須な微量必須栄養
元素でもあるが，過剰な重金属の存在は生育阻害（葉のクロロシスや根の伸長阻害等）を引き起こし，植物に障害を与えることが知られている（Påhlsson, 1989）．
また Al は，酸性土壌環境で植物根の生育阻害を引き起こす毒性元素としても知られる（Kochian et al., 2005）．
以上のことから，鉱山跡地の土壌環境は植物にとって生育に過酷な環境と言え，一般的に植物が定着するの1 Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba.
Corresponding author: 山路恵子, 筑波大学生命環境系.
2 Japan Atomic Energy Agency.
2020 年 1 月 2 日受稿 2020 年 3 月 31 日受理に困難であると考えられる．鉱山跡地での緑化を行う
ことは，1）植物が根で土壌を固定することによる土壌粒子の飛散防止が可能，2）植物保水 · 蒸発散機能による降雨の浸透防止が生じるため鉱廃水量の削減が可能，などへの貢献が期待でき，重要な課題と言える（金属鉱業事業団, 1983）．
以前より, 鉱脈沿いに自生する植物は高濃度の金属元素に対して生理的にも生態的にも適応していると考えられてきた（Brooks et al., 1998）．つまり, 鉱山跡地のような環境下で生育する植物が金属元素を過剰吸収した場合, 体内での毒性を軽減させる何らかの耐性機構を獲得した植物種のみが生き残ることが可能であると推測される．著者らの研究グループは, 緑化に成功した鉱山跡地を対象とし, 重金属や Al を体内に多く含有するのにも関わらず自生を可能とした植物の重金属耐性機構について生態化学的手法により研究を遂行してきた．その結果, 鉱山跡地に自生する植物の中には，
1）植物自身が有する能力により, 重金属耐性を獲得している種，2）根の組織内部に生息する微生物（内生微生物）によって重金属耐性を獲得している種, が存在することを明らかにしてきた（Nagata et al., 2015; Yamaji
et al., 2016; Haruma et al., 2018, 2019）．また，上記 1）のように植物自身が重金属耐性を獲得している場合においても，内生菌が体内に存在するとその耐性が増強されることも明らかとなり，鉱山跡地における植物と内生菌の相互作用を考慮することは重要であると考えている．本解説では，鉱山跡地に自生する植物種として，落葉小高木であるリョウブ，多年生草本であるス
スキを例として取り上げ，両植物が内生菌との相互作用を介して獲得する重金属耐性について述べる．

2. 機能性微生物が関与する自生植物の重金属耐性機構
2.1 内生微生物（内生菌, エンドファイト）
近年，植物のストレス耐性を増強させる機能性微生物として内生微生物（以下, 内生菌）が注目されてい土壌の物理性

34

塩

重金属

弱い害

病原菌

内生菌

第 144 号

(2020)

et al., 2016）．また，DSE は重金属を菌糸内に隔離することで，トウモロコシの重金属耐性を高めているという報告（Li et al., 2011）もある．野外で生育する植物は単体で生きているのではなく，体内に微生物を共存させていることから，鉱山跡地で生育する植物の金属耐性について内生菌の関与を考慮することは重要と言える．
2.2 鉱山跡地の自生植物リョウブの重金属耐性

昆虫による
摂食
防御機構が刺激

Fig. 1 内生菌による植物のストレス耐性の増強のイメー
ジ図．内生菌は弱い病原性を示すことにより, 植物の防御反応を刺激することができる．刺激された植物の反応は様々な環境ストレスに対する防御として機能することが報告されている．

る．植物は内生菌と共存することによって，非生物学的ストレス（熱，塩害，乾燥および重金属）や生物学
的ストレス（昆虫などの植食者および病原菌）に対する耐性を高めていると考えられている（Mandyam andJumpponen, 2005; Rodriguez et al., 2009）．内生菌が, 多様な環境ストレスに対する植物の防御反応を刺激することが可能である理由については，共生菌や病原菌と比較すると理解しやすい．
内生菌は「植物組織に害を与えることなく，生きた
植物組織内に生息する微生物」（Stone et al., 2000）と定義される菌類であり，共生菌や病原菌の中間に位置する菌としても定義されている．共生菌の植物への影
響は「有益（beneﬁt）」，病原菌の植物への影響は「有害（harm）」と定義されるが，内生菌の植物への影響は「弱い害と有益（weak harm and beneﬁt）」とされている（Brundrett, 2006）．内生菌は植物に感染することで弱い害を植物に与えるが，その弱い害は植物の防御反応を活性化させるという仮説がある（Schulz and Boyle,2006）．また活性化した防御反応は，環境ストレスに対する防御反応と共通性が高いことから，結果として植物の環境ストレス耐性を増強させていると考えられている（Fig. 1）．例えば，内生菌 Piriformospora indica
は環境ストレス（塩，重金属，紫外線，病原菌，昆虫など）下における重要な防御系であるアスコルビン酸–
グルタチオンサイクルを活性化し，オオムギの塩スト
レス耐性や病原菌感染ストレス耐性を高めたという報告がある（Waller et al., 2005）．内生菌が関与した重金属ストレス耐性に関する報告例としては，一般的に共通性の高い現象としての報告例はまだなく，種々のメカニズムが報告されている．例えば，代表的なエンドファイトである Dark-septa endophyte（DSE）は重金属の植物体内での蓄積部位を変化させ，重金属を無毒化することで，植物の重金属耐性を高めている（Wang

リョウブ（Clethra barbinervis Sieb. et Zucc.）は，遷移初期種として知られる日本固有の落葉小高木で，鉱山跡地に自生する植物（広井, 1974）としても知られる．本研究の調査地である A 鉱山跡地周辺森林においても自生が確認されている．調査地に生育するリョウ
ブの根域土壌は pH 3.5 と酸性であり Cu，Zn，Pb，Cdを高濃度で含有していたことから，本植物にとって重金属を過剰に吸収しやすい環境と判断された．以上を踏まえ本研究では，リョウブの重金属耐性機構を内生菌との相互作用を考慮して解明することとした．

1 年間に渡り，リョウブの葉，枝，細根を採取し，重金属の含有量を定量した．その結果，リョウブは，
季節変動はあるものの，植物が通常含有する濃度と比較して高濃度の Cu，Zn，Pb を細根に蓄積していることが明らかとなった．本結果からリョウブは，細根において何らかの重金属耐性を獲得していると推察された．次に，以下の操作に従い細根から内生菌の分離を試みた．細根を 70 % エタノール，15 % 過酸化水素水で表面殺菌した後，クリーンベンチ内で根を 10 mmに切り出し，1 % malt extract agar（1MA）に置床し，
23 ◦ C 暗黒下 · 1 ヶ月培養した．その結果， 3 種類の内生菌（Phialocephala fortinii，Rhizodermea veluwensis，Rhizoscyphus ericae）が高頻度で分離された．
次に，リョウブ実生への内生菌接種試験を行った．
内生菌は 1 % malt extract 液体培地で 23 ◦ C 暗黒下 · 3
週間静置培養した後，無菌条件下でホモジナイザーにより破砕したものを菌液として使用した．調査地より採取したリョウブ種子は低温処理後，過酸化水素水で滅菌し，ホーグランド培地で無菌的に発芽させ前培養した．同程度の生育段階の実生を選択し，ガンマー線
滅菌した調査地土壌へ移植した．移植と同時に，実生の根元に菌糸液を添加し，人工気象器内で 40 日間培養した （light; 25 ◦ C · 14 hrs，dark; 20 ◦ C · 10 hrs）．接種条件は，1）内生菌 P. fortinii 接種区，2）内生菌 R.
veluwensis 接種区，3）内生菌 R. ericae 接種区，4）3 種の内生菌混合接種区，5）非接種区（対照区）とした．
その結果，内生菌の接種により地上部（Fig. 2）と地下部の生長が顕著に促進されることが明らかとなった．
非接種区のリョウブ実生は，葉部でクロロシス（クロロフィルが分解されている症状），根部では根端の生育抑制が確認され，生育が著しく阻害された．また，リョウブ実生体内の元素濃度の分析結果，非接種区に比べて内生菌接種区のリョウブ実生では，1）地上部に

解説：機能性微生物が関与した鉱山跡地 · 自生植物の金属耐性機構

非接種区

Phialocephala Rhizodermea Rhizoscyphus

35

3種の混合接種

クロロシス

Fig. 2 内生菌によるリョウブ生長促進．内生菌の接種によりリョウブの地上部生長が促進されている様子を示した． ガンマー線滅菌した鉱山跡地土壌を試験に使用した．本
成果は Yamaji et al.（2016）に掲載されている．

おける必須栄養元素 K 濃度の増加，2）細根における重金属濃度の低減，が統計学的に有意な差として確認された．2）については，内生菌による実生の顕著な生長促進が，結果として重金属濃度を低下させた（希釈効果：Larcher, 2004）と推測された．以上の結果から鉱山跡地で自生するリョウブは，内生菌による K の吸収促進や重金属濃度低減の結果，生育を良好に保っていると推測された．非接種区において実生の地上部及び地下部が健全に生育できなかったことから，内生菌との相互作用なしではリョウブは重金属環境では生残することが困難であると推測された．
なお，本研究成果は Yamaji et al.（2016）に掲載されている．
2.3 鉱山跡地の自生植物ススキの Al 耐性
ススキ（Miscanthus sinensis Andersson）はイネ科ススキ属の植物であり遷移上では先駆種として知られ多数の鉱山跡地に自生することが知られている（広井,1974）が，本研究の調査地である A 鉱山跡地周辺森林においても自生が確認されている．ススキは，酸性土
壌で溶出する Al に対する生育阻害を受けにくく，Al
耐性を有する（堀江 · 根本, 1990）と考えられているが耐性機構は不明である．調査地に生育するススキの根域土壌は年間を通じて pH 4.5 未満と弱酸性であり交換態 Al が高濃度であったことから，鉱山跡地でのスス
キの Al 耐性機構を内生菌との相互作用を考慮して解明することとした．

1 年間に渡り，ススキの地上部，枯死部，根茎，不定根，穂を採取し，重金属及び Al の含有濃度を分析した．その結果，根域土壌に高濃度で検出された Cu，
Pb，Zn をススキは不定根に含有していたが，それらの濃度は土壌存在量に比べて比較的低かった．一方，植物が通常含有する濃度と比較して高濃度の Al や Fe
を不定根に蓄積していることが判明した．特に高濃度の蓄積が確認された Al についてススキの部位別に Al
濃度を比較すると，他部位に比べ不定根において高濃度であることが判明した．Al は根の伸長生長を阻害しCa の吸収阻害や吸水阻害を引き起こす毒性元素である（Kochian et al., 2005）ことから，Al を過剰に蓄積できるススキは Al に対して何らかの耐性機構を獲得していると考えられた．
ススキの成長期の 8 月に，不定根から内生菌の分離を試みた．不定根を 70 % エタノール，2.25 % 過酸化水素水で表面殺菌した後，クリーンベンチ内で根を 10mm に切り出し，1MA に置き 23 ◦ C 暗黒下で 2 週間培養した．次に分離した内生菌の化学的機能である「Alと錯体形成するシデロフォア（金属と錯体形成する有機化合物）産生能」を調べた．シデロフォアは金属元
素と錯体形成をすることで，元素の毒性を軽減する能力がある（Rajkumar et al., 2012）ことから，内生菌がAl と錯体形成するシデロフォアを産生することが植物において Al を解毒することにつながると考えた．分
離した内生菌のシデロフォア産生能を精査した結果，Chaetomium 属糸状菌に産生能が確認され，特に産生能力が高かった菌株は C. cupreum と同定された．また内生菌 C. cupreum が産生する Al 解毒物質を HPLC/MS
および粉末 X 線回折装置で分析し，oosporein と同定した．Al の解毒に関与すると考えられる錯安定度定数を pH 滴定法によって算出した結果，oosporein と Alの錯安定度定数は 12.1 と算出され比較的高い値である
ことが明らかとなった．
次に，ススキ実生への内生菌 C. cupreum 接種試験を行った．滅菌ススキ実生をガンマー線滅菌した調査地
土壌に移植した後，根元に菌糸液を添加し，人工気象器内で 36 日間培養した （light; 25 ◦ C · 14 hrs，dark; 20◦ C · 10 hrs）
．接種条件は，1）C. cupreum 接種区，2）非接種区，とした．その結果，内生菌 C. cupreum がスス
キの地上部および地下部の生長を促進することが明らかとなった．この生長促進には，C. cupreum が植物ホルモンである IAA 様化合物を産生する性質によると考えられた．また，内生菌の接種区，非接種区ともにススキは毒性を示すのに十分な高濃度の Al を根に蓄積していたのにも関わらず，ススキには重金属や Al の毒性の症状である根の先端の生育阻害は確認されなかった．さらに，内生菌の接種区のススキ根の Al 濃度は非土壌の物理性

36

第 144 号

(2020)

内生菌C. cupreum接種区
非接種区

菌糸に局在するAl（根の外側の菌糸）

根

Ep
En
S

S
En

Ep

50 µm

細胞壁に局在

50 µm

50 µm

有害元素をトラップする
カスパリー線に局在

内生菌の菌糸にAlを蓄積しススキのAl耐性を増強

緑色は, 共焦点レーザー顕微鏡で確認されたAl局在部位を示す.

Fig. 3 内生菌接種試験で確認されたススキ根における Al 局在．ススキ自身も細胞壁に Al を隔離することによる Al 耐性機構を示した．内生菌 C. cupreum は Alの局在を表皮細胞, カスパリー線や中心柱に局在させることによりススキの解毒を効率化することが明らかになった． また, 根周囲に生育する菌糸へ Al を蓄積することで, ススキの物理的 Al 耐性を増強させていると考えられた．本成果はHaruma et al.（2018）に掲載されている．

接種区に比べて 1.5 倍近く増加していた．以上のこと
から，ススキ自身も調査地土壌環境において耐性を獲得しており，その耐性は，生長及び Al 濃度を考慮すると，内生菌の存在下で増強されると推測された．次に，共焦点レーザー顕微鏡を用いてススキにおける Al 解
毒機構を解析したところ，Al はススキ実生の根の細胞壁に蓄積されており，細胞壁に Al を隔離することがス
スキ自身の有する耐性機構と考えられた．さらに，内生菌の存在下では，Al の蓄積部位は大きく変化し，根の中心柱と表皮細胞の細胞壁，カスパリー線での局在が集中し，効率的に Al を蓄積することで体内での Al解毒が効率的に行われていることが明らかとなった．
また C. cupreum を接種した根においては，根の周囲に菌糸が生育し，菌糸内に Al が蓄積されていることが確認された（Fig. 3）．本結果により，C. cupreum が Alとキレート結合するシデロフォアを産生することで菌糸内に Al をトラップさせ，ススキの Al 耐性に寄与している可能性が示唆された．以上のことから，鉱山跡地に自生するススキは，自身も Al 耐性機構を有しているが，内生菌 C. cupreum と共生することで自身の Al
耐性機構を増強させ，酸性土壌環境である鉱山跡地での生育を可能にしていると考えられた．
なお，本研究成果は Haruma et al.（2018）及び Haruma
et al.（2019）に掲載されている．

3. おわりに
近年，修復 · 浄化対策，自然回帰などを目指したグリーンレメディエーション技術に注目が集まっているが，鉱山跡地の自生植物を利用しようとする試みはな
されていない．著者らは実際に日本国内の鉱山跡地を見学する機会を得たが，緑化が良好に遂行されている場所がある一方で，緑化がうまくいかない等の問題を抱えている場所も存在することを知った．また，各鉱山跡地には共通性の高い遷移植物であるススキやリョウブなどの定着が確認された．著者らの研究グループ
では「鉱山跡地で自生する植物種が重金属環境に適応出来る要因」に注目しているが，そういった基礎研究
を通じて鉱山跡地に適した自生植物や，内生菌を利用した自生植物の初期緑化を提案することが可能になるのではないかと考えている．金属鉱業事業団（1983）
は，鉱山跡地での緑化方法（工法や適切な植物種の選択など）に関して詳細に述べているが，本報告のあとがきにおいても「自然の生態遷移」の重要性が指摘されている．しかし，自然の生態遷移を意識した持続的な緑化には長期間要するため，短期間で答えが出るよ
うなものではない．従来の緑化方法では困難な場所においては自然の生態遷移を担う自生植物の力を利用した初期緑化を導入することで土壌が肥沃になり植生が安定化すれば，各鉱山の事業者 · 周辺住民の要望する樹種を用いた持続的な緑化がより効率的に実施可能となるのではないかと推測する．基礎的知見の獲得を通じて鉱山跡地の現場に少しでも貢献できることができ
れば幸いに思っている．

謝辞
本解説をまとめるにあたり，データの一部は科学研
究費助成金課題（課題 19H01161 及び 19H01158）の支援によって取得した．ここに記して謝意を表す．

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要旨

鉱山跡地土壌は重金属を高濃度含有し酸性環境であることが多く，植物にとってストレスを与える環境である．近年，機能性微生物である内生菌の関与した，鉱山跡地の自生植物の重金属耐性機構が解明されている．リョウブは内生菌が存在すると生育が促進され体内の重金属濃度を低減できるが，内生菌が存在しないと根の伸長阻害等の毒性を発現し，重金属環境で生育が困難であることが推測された．また，ススキは Al を解毒する能力を示す内生菌の共生により，酸性土壌環境での毒性元素である Al に対する耐性が増強されることが推測された．以上のことから，鉱山跡地の自生植物であるリョウブやススキは内生菌と共生的な相互作用を発達させ，鉱山環境に適応していると考えられた．
キーワード：鉱山, 金属耐性, 自生植物, 内生微生物

型式︓WDR-1-3WET 型

主な特徴● 現場で瞬時に⼟壌⽔分/EC/温度を測定可能● ハウス栽培、露地栽培・植物⼯場等、あらゆる環境に適します● 従来では難しかった体積⽔分率 40%以上の測定も可能● ⼤型カラー液晶搭載による⾼い視認性と、タッチパネルによる直感的な操作性● 計測データはメモリーカードに記録され、1 測定当たり最⼤ 65,000 件の記録が可能

体積含⽔率(VWC)、電気伝導度(EC)、温度(℃)の同時計測を⼿軽に⾏うことが出来る携帯型データロガーです。乾電池で動作させる事が出来、電源の確保が困難なフィールドでの計測に最適です。
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測定項目 ︓体積⽔分率、電気伝導度(EC)、温度
測定範囲 ︓⽔分 0〜100%、EC 0〜7mS/cm、温度-10〜50℃
測定精度 ︓⽔分±3%、EC±5%、温度±1℃
測定間隔 ︓1/10/30 秒、1/10/30 分、1/3/12 時間
ディスプレイ︓3.5 インチ タッチパネル⽅式
記憶容量 ︓1 測定あたり 65,000 件
サイズ重量︓100×130×35mm、290g(本体)

開発・製造元 株式会社Ａ・Ｒ・Ｐ
販売元

本社 〒114-0024 東京都北区⻄ケ原 1-46-16

営業部－ 弊社ホームページ www.fujiwara-sc.co.jp－

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千葉 営業所 TEL 0438-64-0800 FAX 0438-64-0820
つくば営業所

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シンポジウム特集

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 144, p.39 ∼ 43 (2020)㈨ࠉᩱ

Miscellaneous

第 61 回土壌物理学会シンポジウム総合討論「土壌 · 水環境のサステナビリティとコロイド界面現象」
朝田 景（シンポジウム事務局）

Discussion at the 61th symposium:
Soil and water sustainability and colloid and interface phenomena
Kei ASADA

本稿では，5 名の講師による講演の後に行われた総合討論（座長：小林幹佳，赤羽幾子）の模様を，
今後の学会活動の資料として掲載する．なお，討論の概略の記録を目的としたため，事務局の判断により，発言の内容の一部を省略または要約，講師による必要な説明および引用文献の加筆を行なったことをご了承願いたい．

小林（座長）：
総合討論を始める．会場からの質問に対して発表者から応答をお願いする．
小林（座長）：
複数の講演者への質問として，懸濁物質の発生 · 抑制について，コロイド化学的な作用によるものと物理的な作用によるもの（代掻き，降雨，暗渠を通したフラッシュなど）とは，どのように分けたり推定したりするのか，あるいはどちらの要因が大きいのか．
足立（筑波大学）：
代掻きなどはもともと物理的な攪乱を起こしている
わけで，侵食や土砂崩れなど量としては物理的に発生しているものが圧倒的に多いが，発生の原因には少なからず化学的要素が関与している．代掻きに戻れば，凝集分散特性により，その後の問題が大きく変わる．
鈴木（農研機構 中央農業研究センター）：
北陸の重粘土地帯において，降雨強度と懸濁物質濃度には，相関係数が低いながらも優位な関係がみられることから，物理的な作用による影響が大きい．一方，発表の最後で紹介したが，懸濁物質の粒径が電解質濃度に依存することを考慮すると，イオン雰囲気のような化学的な要因も少なからずある．
南光（森林研究 · 整備機構）：
私は濁りの研究はしていないが，関連ある情報として．非降雨時に枝葉に沈着した化学物質は降雨時に洗い流され，溶存態だけでなく一部粒状態のまま落ちてくる．樹冠通過雨および幹を伝って落ちてくる雨（＝樹幹流）（後者のほうが高濃度）を対象に，それらの粒
径分布の大きさについて “濁り” を調べている研究グ
ループはある（例 Levia et al., 2013）．
牧野（東北大学）：
連続遠心直後の黒ぼく土と黄色土の粒子をレーザー散乱で見ると，黒ぼく土ではほとんど数 ∼ 10 µ m 以下のフロック状であった．こうした黒ぼく土と黄色土の違いを考慮すると，分散の発生は物理的な作用によるかもしれないが，凝集およびその持続には土壌腐植の状態や相互作用が影響しているだろう．
小林（座長）：
さらに会場から補足は．
足立（筑波大学）：
先ほども述べたが，基本的には物理的な作用である．
しかし，究極的な「ものが壊れる」という観点からいうと，かつて関東ロームの崩壊現場で見られた人為攪
乱による強度の低下などは，経時的な側面に化学的要素も関与し，土砂の崩壊などに関わる土壌物理の本質的かつ未解決の問題ではないか．さらに，有機物がそのようなヒステリシスにどう関わるかについてもまだ明らかにされていない．
小林（座長）：
土壌の団粒構造が発達していると分散しづらいとき
く．土壌の団粒形成において，微生物作用によってア
ルミニウム（Al）と有機物の錯体ができると山路先生のご発表にあった．植物が枯死し土壌に残された後，微生物作用が土粒子同士を結合する働きをすることはあるか．
山路（筑波大学）：
これまで，土壌微生物のつくる物質が団粒を壊すことに注目してきたが，団粒形成のほうは考えてこなかった．有機物が錯体を形成すると有機物同士の疎水的な結合が生じやすいため，団粒形成にも役立つことは十分考えられる．
小林（座長）：
有機物を分解する微生物が Al 阻害を受けるため，土壌中に有機物が残るといわれており，微生物による作用が団粒形成に寄与することとは逆の印象である．

40

土壌の物理性第 144 号

山路（筑波大学）：
私もこれまで，微生物のつくる物質が，粘土鉱物とAl や鉄を溶出することに着目してきた．
赤羽（座長）：
南光先生への質問に移る．南光先生は，もともと林内の土壌侵食プロセス研究の一環として雨滴研究を始めたそうだが，その過程で，土壌侵食プロセスの解明
だけではなく，森林降雨が今後どのように変化するか，
降雨がどれくらい林床に貯留可能か，などの予測に利用されるように発展してきたということで，たいへん
興味深く聴いた．それに関して会場から質問が来ている．親水性の葉を持つ広葉樹や針葉樹のなかで，スギは相対的に大きな水滴径を生むと紹介があったが，林床の上の構造や水食への影響はみられるのか．
南光（森林研究 · 整備機構）：
本日の発表では土壌侵食にあまり触れなかったが，地上部でいくら大きな雨滴ができようが，地表面が被覆されていれば侵食は起きない．スギの葉の構造は複雑なため，地面に落ちたあとのリター分解が遅く，地表面での堆積時間が長い．それらが地表面を被覆する
ために土壌侵食は生じにくい．
赤羽（座長）：
会場からほかに．
西村（東京大学）：
広葉樹の葉でも親水性と疎水性があると思うが，その場合はいかがか．
南光（森林研究 · 整備機構）：
葉が親水性か疎水性かで，落ちてくる雨粒の大きさは違うが，それがリターの分解しやすさをどう変えるのかは調べていないのでわからない．
西村（東京大学）：
侵食にはどのように関わるのか．
南光（森林研究 · 整備機構）：
林床が被覆されているかどうかのほうが，侵食には効いてくる．ハワイの例でいうと，外来種であるオオ
バノボタンという広葉樹の葉は大きく分厚いが，リ
ター分解は早く，林床が被覆された状態にならず，侵食は起きやすくなる．したがって葉の分解されやすさ
も侵食には影響するだろう．
赤羽（座長）：
計測に関する質問を頂いている．雨量計を使って果樹園内の降雨を測定したが，ばらつきが大きすぎて断念した．南光先生のご発表にあった雨量計のデータにはあまりばらつきがなかったが，園内の平均的な雨量などを得るためには何点くらい測定したらよいか．
南光（森林研究 · 整備機構）：
測定点数がいくつでよいのかについては，我々の分野でもまだ答えは出ていない．しかし，雨量は空間的なばらつきが大きいので，平均的な値を得るためには，
なるべく雨量測定面積が大きくなるようにデータを得ることが重要である．果樹園の木々はそこまで密集していないので，風向きなどで雨の降り方が変わる可能性がある．おそらく森林内よりもばらつきが大きいと想像する．したがって，できるだけ多くのデータをとった上で，十分な測定地点数を知る必要がある．もし雨滴に興味があれば，レーザー雨滴計の貸与は可能
である．
小林（座長）：
続いて，鈴木先生にご質問を頂いた．炭酸カルシウ(2020)

ムの凝集剤としての効果を室内実験で調べていたが，圃場に適用した例はあるのか．関連して牧野先生にも回答頂きたい．
鈴木（農研機構 中央農業研究センター）：
水田の代掻き時の濁水抑制のため，カルシウム剤を施用することについては，赤江先生の有名な論文があるが，畑圃場において，石灰資材を加えて濁水の発生を抑制したという例はない．畑圃場における懸濁態物
質の発生は，下方に懸濁物質が移動できる粗孔隙があることおよびそれを処理する暗渠があることなどの限られた条件で生じるため，関心が薄いということが主な理由だろう．したがって，現在は転換畑における懸濁物質発生の実態を把握した段階に留まっている．
牧野（東北大学）：
水田では，同じく赤江先生の論文の例と，さらに富山県でケイ酸カルシウムを施用している例（県の報告）がある．炭カル施用の例は見たことがない．炭カルを施用すると，pH の上昇によって分散しやすくなることと，イオン強度が上がって分散しにくくなることの相互作用が難しいと考える．
小林（座長）：
水田での凝集剤の施用はすでに実用段階にあるのか．
牧野（東北大学）：
懸濁物質の流出抑制のため，凝集剤として塩化カリ
ウムや塩化カルシウムを水田に施用することは，愛知県で継続して実施されている．
赤羽（座長）：
沈降容積について牧野先生へ質問がきている．沈降
容積が大きいと単粒子が多いということだが，単粒子の状態で沈降部が形成されるのか，あるいは，凝集したものが沈降部を形成するのか．また，単粒子と凝集体の沈降速度はどの程度異なるのか．
牧野（東北大学）：「フロック状の粒子が多くなると沈降容積が増える」と当初仮説をたてたが，実際には，単粒子の状態が大きくなる時に沈降容積が大きくなった．レーザー散乱では，その機器上，水分が多い条件で測定しなければならないが，そこでは単粒子の状態であった．その単粒子が沈降した場合には，2 : 1 型粘土鉱物であるスメ
クタイトの構造末端（エッジ）にある破壊電子荷の正電荷と，層状の表面（フェイス）にある負電荷とが，カードハウスのように重なりあうため，膨潤して沈降
容積が大きくなったと解釈した．これについてはむし
ろ土壌物理の専門家の方々にご意見を頂きたい．後者の質問について，実験では同じ沈降速度の単粒子と凝集体が存在した．この場合，沈降速度が等しいため両者のストークス径は同じであるが，レーザー散乱法や写真観察法で観察した実際の粒子の大きさは凝集体のほうが大きかった．
赤羽（座長）：
土壌物理の分野から，さきほどの牧野先生の解釈にご意見頂戴したい．
足立（筑波大学）：「カードハウス構造」という用語は，現象を説明するために考え出されたものであり，これだけでは自然全体を説明できないと考えている．実際の重粘土質の農耕地とでは主成分に違いはあるだろうが，少なくとも通常の塩溶液に分散させた純粋なモンモリロナイト

資料：第 61 回土壌物理学会シンポジウム総合討論

41

は無くなるが，この領域では粒子間相互作用に pH 依
存性はある．つまり，自然界で見られるような塩濃度
では，pH 依存性は存在し，当然凝集速度にも影響する（Tombacz and Szekeres, 2004）．
取出（三重大学）：
イオン強度を 1 Ｎ以上にすると何故 pH による構造の差異がなくなるのか．
足立（筑波大学）：
私の解釈では，バルクが塩化ナトリウム（NaCl）の場合，イオン強度が極端に高くなると，pH 依存荷電の作用により表面に吸着している Na イオンの水和構造（水和半径）のイオン強度依存性が支配的になり，粒子間距離がそれに規定されるようになる．そのため，pH依存荷電は静電的に遮蔽され機能しなくなる．一方，Photo 1 総合討論の様子．
バルクに多く存在する Na イオンは水和構造を持ったままで粘土表面に容易に吸着するが，その水和半径は
高イオン強度下において微妙にイオン濃度依存性があはフラクタルな構造をもつフロックとして存在し，イるため，バルクのイオン濃度が増加すると少し小さく
オン強度を下げると完全に分散する．つまり，エッジ
なる．粘土粒子間のファンデルワールス引力は近接す
フェイスの相互作用はあるとしても，カードハウス構る粒子表面間距離の関数であるが，粒子間には吸着し造は，沈降容積を構成する単位にはなってないのではたイオンが水和した状態で挟まれたように存在し，接ないか．カードハウス構造によらずとも，フロック間
近を阻んでいる．イオンの水和半径が変われば粒子間接点数とフロックの大きさが決まれば沈降容積は表
距離が変わり，その結果，粒子間結合強度が変わるこ
現され，圧密挙動などはフロックの破壊として表現でとで粒子同士の結合構造も変わる．この描像についてきる．この考え方に基づいた論文では，幾何学的な観は最近のレビューに詳しい（Adachi et al., 2019）．た点から，沈降容積の構成要素はフラクタル構造をとるだ，ここで完全に決着したわけではなく，実際の土壌
フロックであり，フロックのランダムパッキングとしで生じる問題，例えば他のイオンではどうか，有機物て沈降容積を表現する数理モデルを提案した（Adachi
吸着が関与したらどうかについて，我々の実験事実をand Ooi, 1990）．
演繹することはできない．今後一つ一つデータをとっ取出（三重大学）：ていく必要がある．
例えば，マクロな物理性である透水性の pH 依存は石黒（北海道大学）：
報告されているが，これはミクロな構造単位として，「フラクタル次元で構造が決まる」とはどのようにか
カードハウスのエッジフェイスの相互作用が原因と考かわってくるのか．
えられないか．
足立（筑波大学）：
足立（筑波大学）：
先の農業農村工学会の講演では，沈降していくフ
確かに pH が酸性のほうがエッジフェイスの相互作
ロックについて，フロックの楕円体近似とフラクタル
用は大きく，粒子間の結合強度は強くなる．基本的に次元を使用した沈降速度式を提案した．また，沈降容
凝集性が高ければ透水性が上昇すると考えれば，通積はフラクタル次元と沈積しているフロックの大きさ
常のイオン強度領域での pH 依存性は理解できる．しから説明できる（上記の論文参照）．沈積した時上部でかし，透水性の増加は，カードハウスのエッジフェイ
は大きなフロックができるが，下部では圧密され壊れスの相互作用によるのではなく，基本の構造単位はフて小さなフロックになる．その大きさは受けるストレロックとして，フロック強度の増加あるいはフロックの大きさの増加と捉える方が素直だと考える．一方， スやヒステリシスに依存する．カードハウス構造は，
モンモリロナイトでいえば約 1 nm のエッジとフェイ
Kozeny-Carman 式によれば透水係数の重要なパラメー
スがくっつくような極めて小さなスケールで生じる．
タは間隙径である．それをカードハウス構造と捉えて肉眼で見える現象は mm スケールなので，10 の 6 乗のも否定はしないが，その場合，カードハウス一辺の長差がある．そこには大きな階層性がある．その階層性
さや形など様々なパラメータを考慮しなければならを説明付けるためにフラクタル構造という概念が有効ない．力学的に式に入れて使うならば，基本構造はフだと考える．
ロックとし，pH 依存性は強度因子としてフロックの小林（座長）：
大きさで処理するあるいはフロックの構成一次粒子の続いて，山路先生への質問に移る．太古の昔に植物
物性の違いに帰着させることを考える．この実体を知が重金属耐性をどのように獲得したと考えられるか．
ることは，2 次圧密の本質に迫る問題であり，本質をまた，福島県の現状は，γ 線による殺菌を受けている
捉えれば土質工学の重要課題にできると考える．
状態といってよいか，その場合，植物のストレス耐性
イオン強度を 1 N 以上に上げると，純度の高いモンは変化するか．
モリロナイトの粒子間相互作用やマクロな最終沈降容積への pH 依存性は無くなる（Wu and Adachi, 2018）． 山路（筑波大学）：
一方，イオン強度を下げると，フェイスにある面荷電
早池峰，天塩などの鉱脈，蛇紋岩地帯のように，自とエッジにある正荷電が互いの作用を打ち消すスピル
然界でニッケルが多い環境がそもそもあることを考え
オーバー効果という現象が生じる（Chang and Sposito,
ると，そのような地域でまず特殊な植生ができて，そ1996）．ある程度イオン強度を上昇させるとこの効果
こで生き残ることができたという経緯があったと想像42

土壌の物理性第 144 号する．また，我々の研究室ではセシウム関連の研究も行っていて，調査地にもセシウム濃度の高いホットス
ポットがある．その影響を検討したことがあった．γ
線殺菌によって，微生物の化学的機能，生育パターンなどが影響を受けると一般的には考えられるが，我々のフィールド調査から，植物のストレス耐性にはおそらく影響しないということが分かってきた．
小林（座長）：
別の観点からの質問．内生菌を複数混ぜて接種されていたが，混合する意味はあるのか，また，内生菌同士の相互作用はあるのかを教えてほしい．
山路（筑波大学）：
この実験は，一種類よりも複数混ぜてみようという
軽い気持ちで始めた．三種類接種した時と，リゾデル
メア単体で接種した時では，根の形状がほぼ同じであった．再分離してみると，三種類接種したにも関わらず，リゾデルメアが旺盛に発現した．調べてみるとリゾデルメアは抗菌物質を作ることが分かった．このことから内生菌同士が相互作用していることが明らかとなり，菌同士の関係も今後検討していくべき点である．
赤羽（座長）：
予定時間を過ぎたところだが，会場から最後に．
取出（三重大学）：
講演者から「団粒」ということばを度々聞いた．共通の研究対象，またはそれに係るものとの印象を持った．しかし，団粒と一口にいっても，ミクロな凝集フロックからマクロな土壌団粒までさまざまな階層性があり，それぞれ測定法も異なる．皆が各々イメージを持つため，定義も不明確である．
「団粒とはなにか」については，科学的な共通理解を深めて発展させていく
べきではないだろうか．懇親会で皆さんの意見を聞きたい．
未回答の質問への回答
濱本（東京大学）：
内生菌によって地上部のカリウム濃度が高まるメカ
ニズムについて教えてほしい．
山路（筑波大学）：
内生菌によって植物における栄養元素吸収が促進される現象は既往報告があるが，本研究においてカリウ
ムの吸収促進が確認されたメカニズムについては，検討がついていない．
西村（東京大学）：
内生菌がどのようにリョウブやススキの生育を促進するのか教えてほしい．
山路（筑波大学）：
内生菌が植物の成長促進をしたメカニズムには，1）内生菌の産生する植物ホルモンによる生長促進，2）植物における金属耐性を増加させた結果としての生長促
進，が考えられる．ススキの内生菌の場合は，植物ホルモンとして IAA（インドール-3-酢酸）様化合物を産生することが確認されている．
石黒（北海道大学）：
枝が濡れるとなぜ撥水性が変化するのか．
南光（森林研究 · 整備機構）：
枝が濡れてできる薄い水膜により，枝表面の小さな粗度が減少するのが主要因だと考えられる．

(2020)

小林（筑波大学）：
雨滴研究は継続的なフィールド観測が必要だと思うが，楽しく研究を続ける秘訣はあるか．
南光（森林研究 · 整備機構）：
流域試験とは異なり 5 年，10 年と同じ場所で測定し続ける必要がなかったため，状況に応じて場所（地域，国，樹種）を変えながら様々な場所で測定できたのが良かった．雨滴研究はニーズ（土壌侵食現象解明）が最初にあり，シーズ的な研究体制に入って，それが新たなニーズを生み出すようになっている側面がある．
共同研究者を巻き込み，そして巻き込まれながら，新しい発見ができている状況が，楽しくそしてありがた
いことである．
小林（筑波大学）：
黒ぼく土のフロックは安定であるか．
牧野（東北大学）：
レーザー散乱でフロック径を測定中に攪拌強度を変化させてみたが，フロック径に大きな変化は認められなかった．黒ボク土のフロックは比較的安定と考えられる．過酸化水素処理をすると粒径が小さくなる．
岩田（農研機構 農村工学研究部門）：
大豆の生育に適したように pH を調整すると懸濁態リンが減るということだが，発表頂いた圃場試験はほとんど pH を調整しない場合の結果と考えてよいか．
鈴木（農研機構 中央農業研究センター）：
測定圃場では，作付け前に慣行量として消石灰を 1
ha あたり 1 t 施用した．しかし，中和石灰量測定によると，作土の pH を大豆の生育に好適な 6.5 にするにはこの 3 倍程度が必要である．従って，pH 矯正の点では測定圃場における石灰施用量は不十分であったと考えられる．
吉田（東京大学）：
懸濁物質発生のタイミングと暗渠からの流出時期のずれに興味がある．流出開始時の「濃い」流出水は少なからず暗渠管内のフラッシュ効果が影響しているように思われるが，実際はいかがか．また，暗渠からの懸濁態リンの流出が環境に悪いことならば，管内洗浄
水を排水路に流すのは望ましくないが，負荷量として無視できる量か．
鈴木（農研機構 中央農業研究センター）：
流出初期に高濃度の懸濁物質が出るのは，流出のない期間が続いた後の降雨であることが多く，ご指摘の通り，暗渠管内のフラッシュ効果が影響していると考えられる．一方，圃場観察では，懸濁物質濃度が高いと思われる流出の継続時間は数十分から 1 時間程度であり，流出のない期間が短い時期には必ずしも流出初期の懸濁物質濃度は高くない．これらから，測定圃場
では流出初期に暗渠管のフラッシュが生じることはあ
るものの，作付け期間全体の流出量には大きく寄与していないと考えている．
加藤（農研機構 農業環境変動研究センター）：
地下水位制御システム（FOEAS）による地下灌漑制
御区では，2 作目以降に作土の粗孔隙量の減少が著しかったとのことだが，これは膨潤の影響か．また，北陸のスメクタイト質土壌の転換畑圃場では，水分変化に伴う収縮 · 膨潤量はどれほどになると推定されるか．
鈴木（農研機構 中央農業研究センター）：
大麦期消雪以降のような乾燥する時期には，深さ 20
cm のマトリックポテンシャルが −60 kPa 程度にまで

資料：第 61 回土壌物理学会シンポジウム総合討論
低下することがあり，拠点内の土壌の水分保持特性のデータと既往の知見から，この時には下層の土壌マト
リクスに最大で約 5 % の体積変化が生じうると推定される．下層の粗孔隙量が数 % であったことを考えると，地下灌漑にともなう膨潤が粗孔隙量に影響を与えた可能性は十分にあると考えられる．
（敬称略）

43

Chang, F. -R. C. and Sposito, G. (1996): The electrical double
layer of a disk-shaped clay mineral particle: Effects of electrolyte properties and surface charge density. Journal of Colloid and Interface Science, 178: 555–564.
Levia, D.F., Michalzik, B., Bischoff, S., Näthe, K., Legates,
D.R., Gruselle, M.-C. and Richter, S. (2013): Measurement
and modeling of diameter distributions of particulate matter interrestrial solutions. Geophysical Research Letters, 40: 1317–

引用文献

1321.
Tombácz, E. and Szekeres, M. (2004): Colloidal behavior of aqueous montmorillonite suspensions: The speciﬁc role of pH in

Adachi, Y. and Ooi, S. (1990): Sediment volume of ﬂocculatedmaterial studied using polystyrene latex spheres. Journal ofChemical Engineering of Japan, 32: 45–50.

the presence of indifferent electrolytes. Applied Clay Science,
27: 75–94.
Wu, M.-Y. and Adachi, Y. (2018): Duration of initial ﬂocculation

Adachi, Y., Kawashima, Y.T. and Ghazali, M.E.B. (2019): Rhe-

stage in the sedimentation of sodium montmorillonite suspen-

ology and Sedimentation of Aqueous Suspension of Na-sion in the semi-dilute regime. Colloid and Polymer Science,

montmorillonite in the Very Dilute Domain. KONA Powder

296: 71–76.

and Particle Journal, 37: 145–165.

バイアル瓶脱気装置セット（アクリル製）
EN-1004

特徴・100mLまでのバイアル瓶を素早く容易に減圧状態にする事ができます（例：15mLバイアル瓶だと、約30本を同時に処理できます）
・消耗品はほとんど無く、破損時も部品交換ができます
セット内容
・バイアル瓶脱気装置本体（真空ゲージ・ミニボールバルブ×2付）
・真空ポンプセット（真空ホース・オイル・オイルミストトラップ付）

ディスクパーミアメーター（負圧浸入計）
EN-2002
ディスクパーミアメーターは、土壌表面に負圧をかけ、フィールドの浸入現象を明らかにする装置です。測定原理に忠実に、持ち運びが容易で安価な製品を提供します。
ディスクパーミアメーターの特長
・亀裂の影響のない浸入現象を測定できる
・短時間、少量の水で測定が終わる
・飽和近くの不飽和透水係数が予測できる製造・販売元（有）エンドウ理化〒001-0910 北海道札幌市北区新琴似10条7丁目3-16☎（011）763-1088
FAX (011) 763-1667
Mail：endo-rika@mb.infosnow.ne.jp

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 144, p.45∼ 56 (2020)2019 年度土壌物理学会大会講演会
ポスターセッション

発表要旨

令和元年 10 月 26 日，第 61 回土壌物理学会大会が筑波産学連携支援センターつくば農林ホールにおいて開催された．ポスターセッションは 61 課題の発表が行われ，熱心な討論が交わされた．ポ
スターセッション発表要旨の概要を資料としてここに掲載する．なお，発表要旨の全容は学会ホームページ上で閲覧可能である．

デューティー比を用いた新たな TDR 土壌水分計
丸尾裕一 1 ，長沼菜摘 1 ，砂川優樹 1 ，石井佑磨 1 ，
野地 浩 2 ，登尾浩助 3
1 明治大学大学院 農学研究科
2 ケツト科学研究所，3 明治大学農学部

農業環境研究のための統合型 IoT プラットフォーム
宮本英揮 1 ，中村真也 2 ，大山正巳 3 ，
平嶋雄太 1 ，大北昭二 41 佐賀大学 農学部，2 琉球大学 農学部，
3 スマートロジック株式会社，4 クリマテック株式会社

TDR 法は経時的，非破壊的に土壌水分量を計測できる方法の 1 つであるが，高精度，高時間分解能な A/Dコンバータを必要とする．そこで容易に入手可能な部品を用い，水分量を直流電圧出力に変換する TDR 水分センサーを開発した．
キーワード：土壌水分センサー，TDR

本研究では，ユーザー（モニタリング従事者），メー
カー，システムインテグレータの三者連携により推進中のユーザー中心設計（UCD）の統合型 IoT プラット
フォーム開発の現状と課題について，国内 3 ケ所で展開する実証試験の事例とともに紹介する．
キーワード：モノのインターネット（IoT）, ユーザー中心設計（UCD）, モニタリング

GPS 信号と土壌電気伝導度の関係
長沼菜摘 1 ，青木伸輔 2 ，井家上哲史 3 ，登尾浩助 41 明治大学大学院 農学研究科，2 The Volcani Center，
3 明治大学 理工学部，4 明治大学 農学部
土壌中の養分量を推定することは適切な灌漑水量の推定に必要である．GPS 信号と電気伝導度の関係を明らかにすることを目的とし明治大学黒川農場で実験を行った．土壌電気伝導度は GPS 信号に含まれる信号
対雑音比 SNR の振幅に影響を与えている可能性があると示唆された．
キーワード：GPS，電気伝導度，土壌水分量

農地環境計測への統合型 IoT システムの適用
牧 貴広 1 ，平嶋雄太 1 ，藏座隆寛 2 ，
白濱智子 1 ，宮本英揮 1
1 佐賀大学 農学部，
2 佐賀大学大学院 農学研究科
安価なセンサを接続した IoT システムを用いて，
FAO Penman-Monteith 法（以下，PM 法）により蒸発散位（ET0 ）を推定し，標準的な気象観測システムによるそれと比較した．一部のセンサに不具合が認められたが，両者による ET0 は概ね一致した．また，標準的なシステムから推定した ET0 を目的変数，IoT シス
テムによる測定値を説明変数とした重回帰分析を行った結果，IoT システムによるいくつかの測定値に基づ
き，ET0 を比較的良好な精度で推定できることが判明した．
キーワード：蒸発散位，IoT，モニタリング

土壌の物理性

46

第 144 号

Centrifuge method for measuring water retention
properties of paddy soils using small volume
samples1
Yasushi Mori , Bui Thanh Long1 , Dao Thi Thanh Huyen2
and Yutaro Yamamoto1
1 Graduate School of Environmental and Life Science,
Okayama University
2 Ministry of Public security of Vietnam
Soil water characteristics are fundamental properties forunderstanding water and solute transport in soils. However, core samples with metal cylinder are heavy and are
not easy to bring back if the ﬁeld are located in the foreign country. This is one of the reason soil water retention properties are sometimes missing at ﬁeld research inforeign country. In this research, we introduce centrifuge
method with small volume of soils. We put 3 – 5 gram ofsoils to centrifuge tube with pin-hole and centrifuge themwith 5,10,20,50 and 100 kPa. Because sample tubes wereshort and put with a slope, deformation of soil body was
small. Result with centrifuge method well correspondedwith pressure plate method and psychrometer method.
Key words: centrifuge method, soil water retention curve,pressure plate

砂粒の蛍光現象（ IRSL）を利用した養浜効果の評価

日本のベストビーチ，千里浜なぎさ
ドライブウェイでの事例紹介
蜜澤 岳，雁沢好博，百瀬年彦
石川県立大学 生物資源環境学部

石川県の千里浜海岸は侵食による消失が続いている．そのため，石川県は金沢港で浚渫した土砂を千里浜沖に投入し，千里浜の養浜を進めている．しかし，養浜の成果を評価する方法の開発は不十分なままである．そこで，本論では砂の蛍光を利用した定量評価の開発を試みた．その結果，千里浜内での養浜の効果は地点によって異なり，その寄与率は最小で 0 %，最大で 60 % 程度と推定された．
キーワード：千里浜, 砂浜浸食, 養浜, ルミネッセンス,
赤外線励起蛍光(2020)

サーモモジュールを利用した地中熱フラックス測定
浪江日和，百瀬年彦
石川県立大学 生物資源環境学部
地中熱フラックスは，地中熱利用の熱交換器周辺の採熱 / 放熱状況を把握するうえで重要な役割をもつ．
サーモモジュール（TM）は，安価で高感度な地中熱
フラックス測定を可能にするとされ，センサー素子としての利用価値は高い．しかし，その利用には TM 出
力から熱フラックスへの変換式を求めておく必要がある．熱伝導率の異なる土壌を用いて，TM 出力と熱フラックスの関係を調べたところ，その変換式は土壌の熱伝導率によって異なることが明らかとなった．
キーワード：サーモモジュール, 地中熱フラックス, 熱
伝導率, 定常温度勾配

わずかな水分を含む土壌を挿入した
平行板コンデンサーの静電容量
深田耕太郎
島根大学 学術研究院
電磁気学の原理を応用した土壌水分センサーがある
中で，平行板コンデンサーという簡易な装置の利用可
能性が十分に検討されていない．そこで湿潤砂を挿入した平行板コンデンサーを作製し，体積含水率と静電容量の関係を調べた．その結果，体積含水率 20 % か
ら 3 % の範囲では，静電容量は約 2.9 nF でほぼ一定値を示し，体積含水率 3 % から 0.8 % の範囲では 2.9
nF から 1.1 nF まで減少することが分かった．この結果は，土壌水分の連続性により説明できると考えられる．
キーワード：鳥取砂丘砂，平行板コンデンサー，静電
容量，水の連続性

0.025 – 4.0GHz 帯における湿潤土壌誘電特性の計測
大野晃太郎 1 ，辻本久美子 2 ，小松 満 2 ，太田 哲 3 ，栗屋奈那 1 ，山本理沙 1
1 岡山大学 環境理工学部，
2 岡山大学大学院 環境生命科学研究科，3 研究技術開発支援機構
土壌水分量の衛星観測アルゴリズムを検証するには，土壌水の誘電特性に対する土性 · 周波数の影響を把握する必要がある．本研究では，7 号珪砂，5 号珪砂，山砂，真砂土，黒ボク土，シラス，水田土壌の 7 試料を用いて 0.025 ∼ 4 GHz 帯での土壌水分量と複素誘電率の関係を計測し考察した．
キーワード：複素誘電率，周波数，土壌水分量，マイクロ波リモートセンシング

資料：2019 年度土壌物理学会大会講演会ポスターセッション

発表要旨

Mironov による貫入式土壌硬度計の機種および作業者による

湿潤土壌混合誘電率モデルの実験的検証
栗屋奈那 1 ，辻本久美子 2 ，小松 満 2 ，太田 哲 3 ，
大野晃太郎 1 ，山本理沙 1
1 岡山大学 環境理工学部，
2 岡山大学大学院 環境生命科学研究科，3 研究技術開発支援機構

貫入抵抗分布パターンの変化
江波戸宗大
農研機構 中央農業研究センター

湿潤土壌の混合誘電率モデルとして土壌水分量の衛星観測分野で適用が広がっている Mironov 式に着目
し，7 種類の土壌試料に関する 25 MHz ∼ 4 GHz 帯での複素誘電率の計測結果を用いて Mironov モデルを検証した．岡山県で採土した水田土壌に対しては Mironov
式の誘電率は過大評価だった．
キーワード：複素誘電率，土壌水分量，混合誘電率モ
デル，Mironov 式

47

貫入式土壌硬度計の定量的な利用を検討するために，デジタル土壌硬度計 DIK-5530 と DIK-5532 を用い，水田 3 筆（灰色低地土）について圃場一面を網羅するような多地点で貫入抵抗を調査したところ，圧力検出機構の違いで DIK-5532 の方が貫入抵抗の変化を素早く捉えられていることが明らかになった．また，作業者の違いによる貫入抵抗分布パターンの傾向についても検討した．
キーワード：貫入式土壌硬度計，貫入抵抗，分布パター
ン，作業者，水田

多孔質凝集体の電気泳動
稲葉 智 1 ，Saha Santanu1 ，足立泰久 1 ，大島広行 21 筑波大学大学院 生命環境科学研究科，

加圧板法 · 蒸発法 · 鏡面露点法によるヤシガラ培地と2 東京理科大学 薬学部

土壌の水分特性曲線の比較
岩田幸良 1 ，亀山幸司 1 ，宮本輝仁 1 ，稲葉 智 2
1 農研機構 農村工学研究部門，
2 筑波大学大学院 環境科学研究科

4 種類の土壌とヤシガラ培地について，いくつかの方法で水分特性曲線を求めた結果，土壌は土性によらず測定法による顕著な違いはほとんど認められなかっ
たが，ヤシガラ培地は pF 2.0 より乾燥側で粒子間の液状水の連続性がなくなり，測定方法による顕著な違いが生じると考えられた．
キーワード：不飽和透水係数，園芸用培地，液状水，水
蒸気移動

低コスト静電容量式土壌水分センサーの出力値の塩分依存性とその補正法
藤巻晴行 1 ，齊藤忠臣 2
1 鳥取大学 乾燥地研究センター，
2 鳥取大学 農学部
最近商品化された著しく低価格な土壌水分センサー
は，近飽和（0.3）で検定することにより，不良品を排除できる．温度の影響は受けにくい．塩分の影響を受けるものの，バルク電気伝導度が 0.1 dS m−1 以上であることが自明な塩類土壌においては実用上差し支えない精度で測定できる．
キーワード：土壌水分センサー，静電容量，電気伝導度，塩分

凝集体の電気泳動の問題を考える際には Miller らの理論と Hermans と Fujita の理論, そして Velegol らのものと 3 つの方法がある．本研究では Velegol らの方法に基づき，1.94 µ m のモデル粒子を用いてフロックを作成し, フロック個々の電気泳動移動度と最大直径, さらにフロックを楕円と見なしたときの長軸と電場の方向のなす角度を測定した．
キーワード：凝集体, フロック, 電気泳動, ポリスチレ
ンラテックス, 電気浸透Charging and aggregation behaviors ofallophane in the presence of multivalentcounter-ions
多価対イオン存在下でのアロフェンの帯電および凝集挙動

Maolin Li1 ，Motoyoshi Kobayashi2
1 Graduate School of Life and Environmental Sciences,

University of Tsukuba，
2 Faculty of Life and Environmental Sciences,

University of Tsukuba
Dynamic lighting scattering and electrophoresis wereused to study the aggregation and charging behavior of allophane in the presence of multivalent counter-ions. The
experimental results qualitatively follow the prediction of
the Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) theory

土壌の物理性

48

第 144 号and the Schulze-Hardy rule. The critical coagulation concentration (CCC) decreases with the valence of counterions, z (CCC ∝ 1/z5 ). The electrophoretic mobility (EPM)
decreases as the increase of counter-ions’ valence. The or3−
der of EPM values is C l− ＞ SO2−
4 ＞ [Fe(CN)6 ] .
Key words: stability ratio, critical coagulation concentration, dynamic light scattering, electrophoretic mobility

Strength of Flocs of Lysozyme - Humic Acid
Complexess(2020)
イモゴライトの凝集性に及ぼす Na 濃度
及び pH の影響
野宮高由 1 ，足立泰久 2 ，山下祐司 2
1 筑波大学大学院 生命環境科学研究科，2 筑波大学 生命環境系

pH4 ∼ 8 条件下において，1, 10, 100 mM NaCl 濃度に調整したイモゴライト懸濁液を自然沈降させ，24 時
間静置後の凝集分散を観察した．結果から，NaCl 濃度の上昇によって凝集臨界 pH が酸性側に移行する様子が確認された．また，1 mM NaCl 条件においてのみ凝集沈降したイモゴライトの沈降容積が高かった．
キーワード：イモゴライト, 凝集, 沈降容積

リゾチームと腐植酸の複合体フロックの強度

Wan Khairunnisa Wan Abdul Khodir1 ，Azizul Hakim1

1G 下および微小重力下におけるand Motoyoshi Kobayashi2

多孔質体中の浸潤速度
佐藤直人 1 ，丸尾裕一 2 ，長沼菜摘 2 ，
野川健人 2 ，登尾浩助 3
1 明治大学 研究知財戦略機構，
2 明治大学大学院 農学研究科，3 明治大学 農学部

1 Graduate School and2 Faculty of Life and Environmental Science,

University of Tsukuba
Floc strength of lysozyme (LSZ)-Leonardite humic acid
(LHA) complex was obtained. The strongest strength of
4.7 nN was obtained at 3 mM KCl around isoelectric point
pH 4.4. At 10 mM KCl, the highest strength was reduced
to 3 nN around pH 4.1. This study acclaims that ionicstrength and pH can inﬂuence the LSZ-LHA ﬂoc strength.
Keywords: ﬂoc breakage, lysozyme, strength, humic acid

粒子充填層におけるフミン酸の移動に対するpH およびカルシウム濃度の影響
山田枝梨乃 1 ，足立泰久 2 ，山下祐司 2
1 筑波大学大学院 生命環境科学研究科，2 筑波大学 生命環境系
pH 6，9 条件下で，CaCl2 濃度 1 ∼ 50 mM のフミン酸（HA）溶液をガラスビーズカラム内に流し，その破過挙動を見た．Ca 濃度の低いほうから，HA の破過曲
線は，トレーサーと類似の領域，立ち上がり後にピー
クを示して経時的に相対濃度が減少する領域，立ち上がり後に相対濃度がほぼ一定になる領域が見られた．
このピークおよび一定となる相対濃度は CaCl2 濃度が増加すると減少したが，ある CaCl2 濃度以上ではそれ以上変わらない閾値が見出だされた．
キーワード：フミン酸，カルシウム，pH，移動特性，
カラム実験

微小重力下において粒径 0.4 mm および 0.6 mm ガラ
スビーズを用いた浸潤実験を行なった．0.6 mm ガラ
スビーズの浸潤速度は予測値とほぼ一致した一方で，0.4 mm ガラスビーズの浸潤速度は 1G 下における水平
浸潤速度よりもわずかに低下した．しかし浸潤速度の低下量は粒径 1.5 mm ガラスビーズを用いた先行研究
よりも小さかった．
キーワード：微小重力，水平浸潤，多孔質体，ガラス
ビーズ，パラボリックフライト

水分移動が土中の有機物の無機化や微生物活性に与える影響
岡田華保，渡辺晋生
三重大学大学院 生物資源学研究科
土中の有機物分解過程と水分移動や微生物活性との関係を調べた例は少ない．そこで，表層に油粕を敷いた土カラムへの浸透実験を行い有機物の無機化，硝化
量と土中の微生物量（ATP）を測定した．アンモニア態窒素（NH4 -N）は上層ほど濃度が高く，9 日間で 5cm 深まで達した．このとき，総無機化率はバッチ試
験と同程度だった．また ATP は NH4 -N と同様，下層ほど減少した．NH4 -N の流下とともに土中の硝化菌や脱窒菌の活性が増したと考えられる．
キーワード：有機物分解，硝化，微生物活性，カラム
実験資料：2019 年度土壌物理学会大会講演会ポスターセッション
浸潤に伴う土の発熱と土質の関係
川村宜也，渡辺晋生
三重大学 生物資源学部
湿潤熱による浸潤過程の地温上昇を，土の熱的性質
や比表面積とともに検討することを目的に黒ボク土のカラム浸潤実験を行った．地温は浸潤前線が近づくとともに上昇し，湿潤領域では元の温度に低下した．地温上昇に要する時間は，浸潤速度が遅いほど長くなった．地温上昇量は炉乾土と風乾土で異なり，比表面積が大きいほど大きくなった．
キーワード：浸潤，湿潤熱，熱伝導率，比表面積

凍結にともなう硝酸態窒素を含む
不飽和土中の温度，水分，電気伝導度の変化
清本 翼，渡辺晋生
三重大学大学院 生物資源学研究科
凍結過程にある土中の温度，水分，電気伝導度の変化を観察するため，一次元凍結実験を行った．温度は上端から低下し 48 h 後には 16.5 cm 深までが 0 ◦ C を下回った．液状水量は温度の低下とともに減少した．
0 ◦ C を下回っても液状水の減少が緩やかな期間があり，溶質の濃縮や過冷却の効果があると考えられた．
ECa は時間とともに減少したがカラム下方ほど減少量は小さかった．ECw は測定精度や Hilhorst 式の改良などを今後検討する必要がある．
キーワード：凍土，水分，溶質移動

重力の違いが浸透現象に与える影響
森也寸志
岡山大学大学院 環境生命科学研究科
微小重力または無重力における人間活動の可能性を探る研究，また，惑星 · 衛星探査において，水の存在や生物の痕跡を探る取り組みが盛んに行われている．その場合，レゴリス（土壌）中での液体の振る舞いを考察することは近未来の技術に貢献する．ここでは重力が異なる場合の溶液の浸透現象について考察した．疑似重力を作り出す実験を行ったところ，疑似重力が減少するごとに溶液の下方到達距離が短くなった．特に慣性力の効果を促す連続粗大間隙が鉛直下方にあった
ときにはこの影響が顕著に表れた．これは重力の影響が小さくなると多孔質体による毛管力の影響が相対的に大きくなり，慣性力による下方移動が制限される可能性を示している．
キーワード： 微小重力，レゴリス，浸透現象

発表要旨

49

Aggregation Kinetics of Colloidal Particles in
Turbulent Flow: Effect of Multivalent Co-Ions
乱流中におけるコロイド粒子の凝集速度：
多価副イオンの効果

JiaHui Gao1 ，Takuya Sugimoto2 ，Motoyoshi Kobayashi3
1 Graduate School of Life and Environmental Sciences,

University of Tsukuba,
2 Graduate School of Agricultural and Life Sciences,

The University of Tokyo,
3 Faculty of Life and Environmental Sciences,

University of Tsukuba
This study focuses on the effect of turbulent ﬂow andmultivalent co-ions on critical coagulation concentrations(CCCs) of polystyrene sulfate latex particles. We havefound that the CCCs with mixing ﬂow in KCl, K2 SO4 ,and K3 Fe(CN)6 solutions are larger compared to the CCCs
without mixing ﬂow. From the present experimental data,
we found that the CCCs in the mixing ﬂow also follow the
inverse Schulze-Hardy rule. The slopes of slow aggregation regime could become more gradual in the presence of
ﬂow.
Key words: colloidal particles, critical coagulation concentration, aggregation rate coefﬁcient

固相の熱伝導率を利用して手取川の土砂移動を把握する
西尾拓哉 1 ，青山真也 2 ，百瀬年彦 1
1 石川県立大学 生物資源環境学部，
2 三谷産業株式会社
石川県西側に長く続く砂浜海岸は，手取川河口から放出される土砂が対馬海流で運ばれることによって形成されたと考えられている．しかし，これらの砂浜海
岸は浸食によって消えつつあり，その原因は手取川の土砂供給の減少と関わっている可能性が指摘されている．砂浜侵食の原因を追究していくには，砂浜海岸の砂粒が手取川由来であるという前提を確認することが大切である．本研究では海岸砂の固相の熱伝導率を利用して手取川河口から砂浜への土砂移動の把握を試みた．
キーワード：固相の熱伝導率, 海岸砂, 手取川，千里浜

50

土壌の物理性第 144 号

(2020)

凍土中での浸潤水の凍結融解と給水速度や頻度の関係
佐藤郁弥，渡辺晋生
三重大学大学院 生物資源学研究科

Effect of wood ash dose and time reaction

乾いた砂凍土への浸潤実験を行った．温度分布は浸潤前線通過後，0 ◦ C 以上で次第に上昇する融解領域，
0 ◦ C で維持される領域，0 ◦ C に向かって上昇する領域の 3 つの領域に分けられた．この時，0 ◦ C で維持される領域の長さや給水量に対する浸潤水の凍結割合（氷率）は給水量に依存し，給水速度や頻度の影響をほとんど受けなかった．
キーワード：凍土，地温，液状水量，0 ◦ C 停滞領域，
氷率

木炭灰の量と反応時間の影響
Luis Casimiro Savanguane1 , leyasu Tokomoto1 ,Tsutomu Sato2 , Kenta Tagawa1 , Hiroyuki Cho1
1 Saga University, 2 Hokkaido University

多価イオンの存在下でのヘテロ凝集の臨界凝集濃度
杉本 卓也 1 ，小林幹佳 2
1 東京大学大学院 農学生命科学研究科，2 筑波大学 生命環境系

on acid soil pH of Mozambique
モザンビークの酸性土壌 pH に及ぼす

Soil acidity is a severe problem in Mozambique. To increase soil pH, we investigated the effect of wood ash dose
and time reaction on acid soil pH through laboratory incubation experiments. Our ﬁndings were that wood ash
increased soil pH for management of soil acidity.
Key words: acid soil, wood ash, time reaction

地表付近の CO2 濃度観測による
豪雨期の地すべり地帯の地下水位上昇予測
山田百合子，伊藤 洋，谷脇茉奈美
北九州市立大学 国際環境工学部

多価の対イオンが異符号に帯電したモデルコロイド
粒子の一方に吸着する場合において，異なる粒子同士の凝集であるヘテロ凝集の臨界凝集濃度と帯電量の関係について実験結果の解析をおこなった．その際，既存の理論をヘテロ凝集における静電引力および静電斥
力の影響が消失する条件について適用可能となるように修正した．その結果，修正した理論によりヘテロ凝集における臨界凝集濃度の実験結果が良好に説明できることを初めて示した．
キーワード：ヘテロ凝集，臨界凝集濃度，多価イオン

現在，全国に土砂災害指定区域は数多くあるものの，実際に地下水位の観測が行われている地点は非常に少ない．現在，著者らは，こうした地下水位変動を簡易に予測できる方法として，地中 CO2 濃度の連続観測シ
ステムを研究開発中であり，地下水位変動に伴う CO2
濃度の挙動を捉えることに成功している．本報では，実際の地すべり地帯に本システムを設置し，豪雨期の地中 CO2 濃度と地下水位変動の連続測定を行い，有用な結果が得られたのでその概要を述べる．
キーワード：地すべり，二酸化炭素，地下水位，モニ
タリング

土壌中のトレーサーとしての冬季の水田土壌中の物理環境が塩化物イオンと水安定同位体の挙動
砂川優樹 1 ，塩澤夢久 2 ，稲生栄子 3 ，登尾浩助 2
1 明治大学大学院 農学研究科，2 明治大学 農学部，
3 宮城県

初冬播き水稲の発芽率に与える影響
西村 拓 1 ，濱本昌一郎 1 ，常田岳志 2 ，加藤千尋 3 ，
鈴木健策 4 ，下野裕之 4
1 東京大学大学院 農学生命科学研究科，
2 農研機構 農業環境変動研究センター，
3 弘前大学 農学生命科学部，4 岩手大学 農学部

KCl を添加した蒸留水を蒸発濃縮させ，水素および酸素同位体比の大きな水分子を含む液体を土壌カラムに流し入れることで，水安定同位体の土壌中のトレーサーとしての利用性を塩化物イオンと比較して調査した．水素および酸素同位体比はカラムからほとんど同時に流出した．塩化物イオンは土壌の吸着による遅延を受けたため，水安定同位体よりも流出の始まりが遅れた．
キーワード：トレーサー，塩化物イオン，水安定同位体

初冬播き直播による水稲栽培の可能性を検討するため，冬季の土壌中の物理環境（水分，温度）と種子の発芽率の経時的変化の関係を検討した．その結果，凍結の有無や水分飽和状態の影響よりも種子の置かれた環境の積算温度に発芽率が左右されることが示唆された．
キーワード：秋播き · 直播 · 水稲 · 土壌水分 · 土壌温度

資料：2019 年度土壌物理学会大会講演会ポスターセッション
サツマイモ圃場におけるリビングマルチの有無による
土壌透水係数の経時変化
小関拓也，西脇淳子，浅木直美
茨城大学 農学部
降雨のインパクトによって圃場では, 土壌表面クラストの形成や透水性の悪化, 土壌侵食など様々な影響が生じると考えられる．それらの対策の 1 つとしてリビングマルチによる地表面の被覆があげられる．本
研究ではリビングマルチの有無によって土壌透水係数の経時変化にどのような違いが出るのかを現場浸潤試
験によって調べ, また圃場の土壌物理性との関係を室内での変水頭試験, および保水性試験によって調べた．
その結果, リビングマルチ有区と無区での透水係数の経時変化に差が見られ, それは降雨遮蔽ではなく, 根の生長による土壌構造の変化によると考えられた．
キーワード：土壌表面クラスト，土壌透水係数，土壌硬度, リビングマルチ

耕盤破砕による土壌有機物分解の変化について
谷口和広，西脇淳子，小松﨑将一
茨城大学 農学部
農地から発生する温室効果ガスに関して，耕盤がある場合，水分や空気が下層部に流入しづらくなり土壌中でのガス生成量が減少することが示唆されている．
本研究では実際に耕盤を破砕し，クローズドチャン
バー法とガス採取管を用いて，圃場での温室効果ガス
動態を調べた．その結果，耕盤破砕区では，耕盤がある区と比べ，CO2 ガスの土中生成量と地表面フラック
スが増加し，CH4 ガスの土中生成量が減少することを確認した．
キーワード：耕盤，温室効果ガス，土壌ガス

発表要旨

51

湛水水田の原位置飽和透水係数 （Kfs）の推定
登尾浩助 1 ，宗村広昭 2
1 明治大学 農学部，
2 岡山大学大学院 環境生命科学研究科
湛水田では従来から降下浸透量の測定が専用の測定器を使って行われてきた．しかし，降下浸透量と飽和透水係数を関連づけた研究はほとんど報告されていな
い．降下浸透量測定器による降下浸透量から原位置における飽和透水係数を推定したので報告する．
キーワード：湛水深，降下浸透，原位置測定

水安定同位体比を用いた
オーストラリア沿岸の水循環の評価
平林亮太 1 ，石井佑磨 1 ，近藤文義 2 ，登尾浩助 3
1 明治大学大学院 農学研究科，
2 海上保安大学校，3 明治大学 農学部
重要な海域の一つである南東インド洋に面するオーストラリア沿岸の水循環を明らかにする．そのために水深の異なる 2 つの地点の水安定同位体比の鉛直分布を調べた．このとき，表水層，躍層，深水層による数
値のばらつきが見られた．また，沿岸部の方が数値が低く，変化量も小さかった．これは降水量や蒸発量，河川による影響だと考えられる．
キーワード：水安定同位体比

地表面を鎮圧する乾田直播圃場からのメタン放出量
中嶋美幸，長谷川利拡
農研機構 東北農業研究センター

有機堆肥を長期施用した不耕起畑の土壌物理性
岡野 綾 1 ，渡辺晋生 1 ，取出伸夫 1 ，
荒井見和 2 ，和穎朗太 2
1 三重大学 生物資源学部，
2 農研機構 農業環境変動研究センター

地表面を鎮圧する乾田直播栽培圃場からのイネ栽培
期間中のメタン放出量を測定した．中干しを行わない
水管理条件下では乾田直播栽培圃場からのメタン放出
量は移植圃場に比べて抑制される傾向にあったが年次変動が大きかった．岩手県花巻市における現地圃場での水管理を反映させるとメタン放出量は水管理の影響を大きく受けた．
キーワード：乾田直播栽培，メタン放出，水管理

有機堆肥と不耕起栽培による土壌の構造変化を検討することを目的に土壌の物理性を測定した．有機物の連用や不耕起栽培により，乾燥密度が低下し，炭素含有率と比表面積が増加した．水分特性曲線から数 mmと数十 µ m の団粒群にそれぞれ相当する間隙の保水性の増加が示唆されたが，不飽和透水係数は低下した．
キーワード：土壌有機物，団粒の階層性，水分特性，比
表面積

52

土壌の物理性第 144 号

(2020)

ライシメータを用いたダイズ栽培圃場におけるオープンソースハードウェアを活用した

水ストレス応答関数の検証
鈴木萌香，坂井 勝，取出伸夫
三重大学大学院 生物資源学研究科

かん水制御システム土井 楓，平嶋雄太，牧 貴広，宮本英揮
佐賀大学 農学部

ダイズ畑にライシメータを設置し，実蒸発散量 ETaと土中水圧力 h を測定した．先行研究の水ストレス応
答関数 α (h) を用いた数値計算を行い，ETa と h の測定
値を再現する α (h) と蒸発 Ep と蒸散 Tp の割合を検討した．Ep と Tp を被覆率で分離し，植物が大きい期間の測定値を再現した．小さい期間では Tp の割合を増やすことで再現性が向上し，ポット実験の α (h) は圃
場でも適用可能であることが明らかになったが，Ep とTp の分離にはライシメータ上の局所的な被覆の考慮が必要である．
キーワード：蒸発散速度，水ストレス応答関数，ライ
シメータ

Arduino 互換ボードと TDT センサを用いて，土中の見かけの誘電率（ε ）を連続測定し，且つ得られた ε 値に基づきかん水を制御できる安価な自動かん水システ
ムを構築し，畝立てした土壌の水分制御を試みた．設定した ε の範囲内に水分条件を制御でき，本システムの有効性を確認することができた．
キーワード：オープンソースハードウェア，TDT セン
サ，かん水制御システム

地中温度を制する者は雪国農業を制す：
除雪が土壌凍結深と土壌物理性に与える影響：
道央における一事例
澤本卓治 1 ，竹田伊織 1,2
1 酪農学園大学 農食環境学群，
2 渡島農業改良普及センター
多雪地帯の道央に位置する本学にて，除雪が土壌凍結と土壌物理性に与える影響を調査した．除雪区では最大 25 cm 程度まで凍結した．融雪後の耕起 · 整地の前後に，貫入抵抗，飽和透水係数，容積重，土塊分布を測定した．耕起整地前に限り，除雪区の深さ 13 ∼20 cm の貫入抵抗が積雪区より有意に低いことが認められた．これ以外の物理性については除雪による有意性は認められなかった．除雪は土壌凍結を発生させるが，土壌物理性に与える影響は限定的であった．
キーワード：除雪，土壌凍結，貫入抵抗，土塊分布

DIDAS を用いた黒ボク土圃場における
土壌パラメータの決定柳井洋介 1 ，栗山 淳 1 ，松永明子 1 ，高橋 徳 1 ，
坂口 敦 2 ，佐々木英和 1
1 農研機構 野花研，2 山口大学 農学部

DIDAS （Drip Irrigation Design and Scheduling）はイ
スラエルの農業研究機構で開発された点滴潅漑の実施を支援するソフトウェアパッケージである．点滴潅漑
は節水以外にもメリットがあるため，わが国の園芸作でも利用が進みつつある．DIDAS を用いることで点滴潅漑の効果的な実施を可能とするべく，わが国の代表的な土壌である黒ボク土の圃場で土壌パラメータ決
定ウィザードを試行したので報告する．
キーワード：点滴潅漑，支援パッケージ，黒ボク土，透水係数，吸水度

ヒートパイプ製造技術の確立
伴田千紘，百瀬年彦
石川県立大学 生物資源環境学部
未利用エネルギーである地中熱を活用し，寒冷地での農業生産性向上を図る．真冬 2 ◦ C となる根域を，2 ｍ深の地中熱を利用して加温する．その技術として
ヒートパイプを利用する．ヒートパイプを自作し性能試験を行ったところ，電力を使わずに冬の地中温度を高める装置として効果的であることが示唆された．
キーワード：ヒートパイプ，地中熱利用，地中温度，根域加温

ダイズ圃場における堆肥の施用が土壌物理環境に与える影響
濱本昌一郎 1 ，二瓶直登 1 ，平 敏伸 2 ，丹治克男 2 ，
市橋泰範 3 ，西村 拓 1
1 東京大学大学院 農学生命科学研究科，
2 福島県 農業総合センター，3 理化学研究所
本研究では，福島県内ダイズ圃場において，牛ふん
堆肥の施用が土壌物理環境（土壌硬度，地温，土壌水分，土壌ガス濃度など）に与える影響について調べた．
無施肥区との比較から，牛ふん堆肥の施用は土壌硬度を低下させるのに加え，資材投入深度（10 cm 深度）の透水性を向上させることが分かった．また降雨後の高水分状態で，特に牛ふん堆肥区 25 cm 深度の土壌 CO2
濃度は増加し，土壌呼吸が促進されたことが示唆された．
キーワード：ダイズ，堆肥，土壌物理環境，モニタリ
ング資料：2019 年度土壌物理学会大会講演会ポスターセッション
手取川の水辺に住むハンミョウ幼虫たちのサバイバルテクニック
水田陽斗 1 ，百瀬年彦 2 ，上田哲行 21 石川県立大学大学院 生物資源環境学研究科，2 石川県立大学 生物資源環境学部
白山を源とする石川県最大の一級河川である手取川の水辺には，ハンミョウの仲間が生息している．幼虫
は中洲や川岸などの砂地に縦穴を掘り，そこに身を隠して頭上に獲物が来るのをじっと待つ．そこは餌生物が多いという利点があるものの，河川の増水時には冠水してしまう．冠水状態で幼虫はどのように生き延びているのだろうか．本研究では，手取川における各種
ハンミョウ幼虫の生息場所の砂質条件を調べ，彼らの増水対策を観察により明らかにした．
キーワード：ハンミョウ幼虫，冠水，毛管上昇，透水性，保水性

ニューラルネットワークによる
土壌有機物と土壌構成要素の相関推定
清広真輝，森也寸志，開田行美
岡山大学大学院 環境生命科学研究科
本研究では機械学習の一つであるニューラルネット
ワークを用い土壌有機物と土壌構成要素の相関推定，
また土壌有機物量の推定を行った．入力には HWSDのデータを使用し，地域毎に土壌有機物量に影響を与える要素（以下特徴量）を求め，それらが土壌有機物
量に正負どちらの影響を与えているかを推定した．ア
ジア，ヨーロッパ，オーストラリアでは，シルト，乾燥密度，陽イオン交換容量，塩基飽和度が土壌有機物に関連が深い特徴量として選択された．特徴量が有機物量に与える影響について感度解析を行うと地域毎にその反応の違いが見られた．
キーワード：深層学習，土壌有機物，相関推定

発表要旨

53

Swat application to assess the effects ofimproved fertilization on crop production andriver-water quality in an agricultural watershed
改善施肥が農業流域の作物生産および河川水質に及ぼす効果解析のための SWAT 適用
Yoshikawa S., Y. Shimizu, K. Kohyama, S. Yada, K.
Asada, S. Itahashi, Y. Nakajima and S. Eguchi
National Agriculture and Food Research
Organization(NARO), JapanSWAT was applied to assessing effects of an improved
fertilization (small-frequent fertilization) on water quality
in an agricultural watershed. After calibration and validation, good estimations for daily stream water ﬂow(FLOW)and SED, and reasonable estimations for NO3 N and ORGP
were attained. The results of scenario analysis for agricultural management changes showed that smaller and more
frequent fertilization is effective for crop production andmitigation of NO3 -N pollution.
キーワード：SWAT，改善施肥，作物生産，河川水質

機械学習を利用した裸地表面における水収支の予測
牧 貴広，宮本英揮
佐賀大学 農学部
純放射量（Rn），気温，相対湿度（RH ），地中熱フラックス（G），風速等の測定値を説明変数，それらから求めた蒸発散位（ETO ）を目的変数とし，機械学習により構築した 5l 種の ETO 予測モデレの良否を検証した．
予測対象時刻の 3 時間前までの Rn，G，RH に基づく予測精度が最良であったが，G や RH を除外しても精度は遜色のない水準にあったことから，IoT による多点観測では Rn 測定を核とした予測が有用であろう．
キーワード：蒸発散位，重回帰分析，機械学習

火山灰斜面における土壌クラスト層の透水係数が畑地の蒸発に与える影響
高橋由奈，坂井 勝，取出伸夫
三重大学大学院 生物資源学研究科

土壌水分および三軸加速度の同時モニタリング
中島綾美 1 ，生野慎太郎 2 ，平嶋雄太 1 ，
中村真也 3 ，宮本英揮 1
1 佐賀大学 農学部，2 佐賀大学大学院 農学研究科，3 琉球大学 農学部

畑地の蒸発速度の推定には，耕耘で土壌表層に形成されるクラストによる蒸発抑制を考慮する必要がある．裸地圃場を対象に土中水分移動の数値計算を行い，土壌クラスト層の透水係数が土中の水分移動や蒸発速度に与える影響について明らかにした．その結果，地表面近傍の飽和透水係数の低下が，土壌面水蒸
気密度の低下を促進し，クラストによる蒸発抑制を再現した．
キーワード：土壌クラスト，蒸発速度，HYDRUS-1D

土砂災害の前兆検知技術を確立するために，三軸加速度センサを搭載した土壌水分センサ（WD-5）のセン
サ特性を評価するとともに，火山灰斜面に設置した統合型 IoT システムに実装し，体積含水率（θ）と加速度の連続測定を試みた．θが過大評価されるため，別途，補正を行う必要があるものの，計 3 回の地震発生時を含む約 4 ヶ月の加速度および補正済みθの変動を把握することができた．
キーワード：土壌水分，三軸加速度，火山灰斜面

土壌の物理性

54

第 144 号

干拓農地表層土中の塩分環境の推定
平嶋雄太，宮本英揮
佐賀大学 農学部

TDT センサによる表層土中の水分 ·EC の測定値に基づき，セスバニア栽培（夏季）およびタマネギ栽培（冬季）を行った干拓農地の土中水の EC（σw ）および飽和抽出液の EC（σe ）を推定し，最大瞬間 σe 値とそれが相対収量（Yr ）に及ぼす可能性を，塩分ストレスに関する既往の報告と比較することにより検討した．
キーワード：干拓地，相対収量（Yr ），飽和抽出液の電気伝導度（σe ）TDR センサを活用した
干拓農地土壌中の水分 · EC の観測藏座隆寛 1 ，平嶋雄太 2 ，宮本英揮 2
1 佐賀大学大学院 農学研究科
2 佐賀大学 農学部

TDR-315 センサを用いて，諫早湾干拓農地土壌中の水分 · EC プロファイルの中長期的な変動傾向の評価を試みた．水分 · EC は降雨と連動した変化を示すこと，
干天日が続くと乾燥に伴う土壌構造の変化によって降雨に対する両者の応答が顕著になること，塩分の遡上を示す土中水の EC（σw ）の中長期的な増加または減少傾向は認められなかったこと等が明らかになった．
キーワード：干拓農地，見かけの誘電率，電気伝導度
GCM 予測値を用いた気候変動下の
農地土壌水分および水フラックス予測
加藤千尋 1 ，西村拓 2
1 弘前大学 農学生命科学部
2 東京大学大学院 農学生命科学研究科
時間単位以下にダウンスケーリングした気候予測値
を境界条件に，HYDRUS を用いて気候変動下の農地土壌水分および地表面の水フラックスの予測を行った．
その結果，低透水性の転換畑において，降水強度の増加に伴う地表面流出量の増加や降水日数の減少に伴う
土壌水分低下の可能性が示唆された．
キーワード：気候変動，ダウンスケーリング，CLIGEN，
土壌水分，地表面流出

Hydrus 2D application for simulation of surface
runoff reduced by linear macropore installation
at sugarcane ﬁeld in Ishigaki Island
Bui Thanh Long, Eisei Morioka, Mori Yasushi
Graduate School of Environmental and Life Sciences,
Okayama University
In recent years, not only the agricultural practices but
also increase of heavy rainfall in Ishigaki Island have led(2020)

some adverse consequences to the coral reefs surrounding
the island. Runoff including suspended sediments can reduce sunlight and settle onto coral, and therefore pose ahigh hazard on the sea creatures. Meanwhile, coral reefs
are fragile because of sensitivity with water conditions.
Because of well results of previous studies related to water
movement from artiﬁcial macropore application, we plan
to reduce the surface ﬂow at the area by installing linear
macropore at sugarcane ﬁeld in Ishigaki Island. At theﬁrst step, Hydrus 2D was used to simulate the water movement into the soil with and without macropore at laboratory
scope.
Key words: Macropore, Hydrus 2D, Ishigaki Island, surface runoff, surface crust

土壌の冷却 · 加熱サイクルを用いた汚染物質除去法の数値解析的検討
小島悠揮 1 ，中野雄太 2 ，Gerald N. Flerchinger3 ，
神谷浩二 1 ，Robert Horton4
1 岐阜大学 工学部，
2 岐阜大学大学院 自然科学技術研究科，3 USDA-ARS，
4 Department of Agronomy, Iowa State University
土壌冷却 · 加熱サイクルを用いた汚染土壌浄化法を提案し，その実現性を数値解析によって評価した．その結果，冷却 · 加熱サイクルにより溶質が冷却 · 加熱
面に集積することが示された．また，冷却温度は溶質の集積にあまり影響しないが，加熱温度は集積量に対して支配的であることが明らかになった．土壌水分量
は，中水分領域において適度な水 · 水蒸気移動が生じるために溶質の集積量が高まることがわかった．数値
解析の結果を基に今後室内実験にて検討を続ける．
キーワード：土壌汚染，土壌凍結，水蒸気輸送，数値解析
土壌有機物によるガスの発生が棚田の安定に及ぼす影響
橿 真由香 1 ，黒住知代 2 ，森也寸志 2 ，宗村広昭 2
1 岡山大学 環境理工学部，
2 岡山大学大学院 環境科学生命研究科
フィリピン北部にあるコルディリェーラの棚田群では，棚田が崩壊しその後の修復が機能しにくくなっている．水を蓄える棚田の保全には，耕盤形成と畦畔の安定が必要である．現地で調査をすると，浸透抑制は耕盤形成および有機物の目詰まりによることが分かった．室内実験で有機質土壌と有機物を含まない土壌を
湛水条件下で観察すると，有機質土壌は，溶解しにくいガスの発生により，膨潤し，密度が減少し，おそら
く土壌硬度が低下していると考えられた．
キーワード：耕盤, 土壌ガス, 土壌有機物, 浸透，棚田資料：2019 年度土壌物理学会大会講演会ポスターセッション

Nytrogen dynamics of inter-tillage weeding in
paddy ﬁeld without fertilizer and agriculturalchemical in 2018 and 2019:
無肥料 · 無農薬中耕除草水田における窒素の動態：2018 · 2019 年
Zhou, P.1 , M. Ishiguro2 , J. Kashiwagi2 , V. Soluttanavong3
1 Soil Conservation Lab,
2 Graduate School of Agriculture,
3 Hokkaido University
In order to study the effects of inter-tillage weeding in
paddy ﬁeld on nitrogen dynamics, we measured NH+
4 -N,
biomass nitrogen, total N in soil, soil solution and plant,
and investigated the inﬂuence of inter-tillage weeding bycomparing the result among the ﬁelds of different times
inter-tillage weeding and conventional rice ﬁeld. Some
data showed that the many times inter-tillage increased thenitrogen amount. However, further research is needed to
conﬁrm the effects of inter-tillage.
Key words: paddy ﬁeld, nitrogen, soil solution, ponded
water, inter-tillage weeding

土壌保水性モデルを使って推定した
有効水分に生じる誤差の検討
釣田竜也，小林政広，三浦 覚，阪田匡司
森林総合研究所−150 kPa までの保水性データにモデルをあてはめて外挿で推定した有効水分の妥当性を検討するため，
加圧板法と露点計測法で測定した −70000 kPa までの保水性データにモデルをあてはめて内挿で算出した有効水分と比較した．外挿で推定した有効水分は内挿で算出した値の 3 ∼ 8 割となり，van Genuchten モデルの方が Fayer and Simmon モデルよりも過小に推定した．
軽埴土と砂壌土では，軽埴土で外挿により推定される
有効水分が小さくなる傾向が特に B 層で顕著に認められた．
キーワード：有効水分，永久しおれ点，土壌保水性モ
デル，推定，粘土含量

DNDC モデルを用いた
水稲非作付期の水分移動の予測と評価
筬島千波 1 ，松尾正菜 1 ，徳本家康１，麓 多門 2 ，片柳薫子 2
1 佐賀大学 農学部，
2 農研機構 農業環境変動研究センター

DNDC モデルの温室効果ガス発生量の予測精度を向上させるために，水田圃場における水分移動の予測精度を評価した．DNDC モデルで用いられる水分特性モ
デルは，Clapp and Hornberger（1978）であり，水稲非

発表要旨

55

作付期間における不飽和土壌水分移動の予測精度は低かった．したがって，新たに土壌水分特性モデルの組込みが必要であると考えられる．
キーワード：DNDC モデル，水分移動

メッシュ農業気象データを用いた畑地の土壌水分量 · 地温の予測
坂井 勝，三口貴久代
三重大学大学院 生物資源学研究科
メッシュ農業気象データで取得した気象予測値を用い，HYDRUS1D と地表面熱収支 2 層モデルを組み合わせたプログラムで，数日 ∼ 1 週間程度の土壌水分 ·地温変化の予測を行った．数値実験を行うことで予測精度について検討を行った．
キーワード：土壌水分量，地温，HYDRUS1D，メッシュ
農業気象データ

Durner モデルを用いたビート栽培圃場における水分移動解析
久保拓哉 1 ，田川堅太 1 ，田崎小春 1 ，
徳本家康 1 ，長 裕幸 1 ，森 牧人 2
1 佐賀大学 農学部，2 高知大学 農林海洋科学部
中国黄土高原のビート栽培圃場において，作土層の高精度土壌水分移動解析のために Durner モデルを適用し，その土壌水分特性パラメータを逆解析的手法で求めた．ビート栽培終期を解析対象とし，植物根の影
響を考慮するために解析土層を作土層，黄土層の 2 つに分けた．体積含水率（θ ）の実測値を目的関数とし，推定結果を実測値と比較した．その結果，水分特性曲線（SWRC）は明確な階段状の形状を示し，θ の推定値は実測値をよく再現した．間隙間結合パラメータ ℓは広く適用される 0.5 より高い値を示し，不飽和透水係数（K(h)）を低下させた．
キーワード：植物根，水分保持，透水性，数値解析

ワイナリー圃場の土壌水分特性の推定と改良
久留佑太，原菜月，徳本家康
佐賀大学 農学部
土壌水分特性（保水性 · 透水性）は，ワイナリー圃
場の水分管理や予測に重要である．本研究では，土壌水分特性に影響を及ぼす土壌の硬度を乾燥密度で表現するために，米国農務省塩類研究所で開発された土壌
水分特性の推定プログラム（Rosetta）を用いて土壌水分移動を予測した．また，実測値に基づく，土壌水分移動予測により，予測精度の向上や土壌改良について検討した．
キーワード：土壌水分特性，土壌硬度，Rosetta

土壌の物理性

56

第 144 号

(2020)

Photo 1 ポスター会場の様子．

Photo 2 ポスター受賞者と学会長（左から P04: 牧 貴広氏，P44: 水田 陽斗氏，
P27: 杉本 卓也氏，足立学会長，P19: 佐藤 直人氏，P06: 蜜澤 岳氏）．

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 144, p.57 ∼ 58 (2020)

Experiences as a PhD student in JapanCa NGUYEN THI1

Studying in Japan was my dream when I was young. In
order to make my dream come true, I decided that I had
to try to study well. Fortunately, I received MEXT scholarship that was supported by Japanese Government. Thisbrought me a good opportunity to pursue Doctoral course
at Graduate School of Agricultural and Life Sciences, The
University of Tokyo. After three-year research, I got PhD
degree on 18 December 2018 (Fig. 1). It was the ﬁrst timein my life that I had been to Japan. I was overwhelmed withmany beautiful landscapes. I had chances to see Sakura
blossom and Fuji mountain that I had never seen before.
The beauty was not only from the nature but also from theJapanese culture and people. It would be hard to feel if I
had never been there.
Three years brought me unforgettable memories withwonderful experiences. Many activities such as JapaneseSociety of Soil Physics (JSSP) conference at Kyoto
University, Japan Geoscience Union Meeting (JpGU) in
Makuhari Messe of Chiba, and Study Trip were impressed.
Thanks to this, I had good chances to communicate with

Fig. 1 Doctoral Graduation Ceremony at
the University of Tokyo.
1 Department of Biological and Environmental Engineering, Graduate
School of Agricultural and Life Sciences, The University of Tokyo, 11-1 Yayoi, Bunkyo-ku Tokyo 113-8657, Japan.
2019 年 12 月 20 日受稿 2020 年 2 月 21 日受理

Fig. 2 Outdoor activities with my laboratory friends.

international students who could help me widen my knowledge. Furthermore, I had spent precious time for outdoor
activities with my laboratory friends (Fig. 2). This could
help us understand each other and save unforgettable memories.
Agricultural soils are gradually degraded in Viet Nam
because of overdose of chemical fertilizers onto the soils.
This leads soils to be low pH and soil aggregate degradation. Therefore, I desired to ﬁnd the better way toameliorate quality of Vietnamese agricultural soils. This
could help enhance the quality and quantity of agricultural products, bringing good health to customers as wellas good income to farmers. In addition, reuse of agricultural by-products helps to reduce environmental pollution. These issues motivated me to pursue the research on
soil improvement using agricultural by-products such as
chicken manure and chicken eggshell. In Mekong region,
combination of gardening, ﬁsh-raising, and poultry-raisingcalled VAC integrated system is a popular farm management. Therefore, chicken manure and eggshell produced
as wastes are essential to be recycled.

58

土壌の物理性Laboratory incubation was conducted to measure CO2
emission, soil pH, and aggregate stability upon applicationof amendments. In this method, soils and either or both
eggshell and chicken manure were mixed and put into a
glass bottle. Interestingly, I got good results that were useful for farmers who would like to improve their soils. As
the result, using both chicken manure and eggshell could
bring positive effects not only on soil pH but also on aggregate stability. In addition, a combination of chicken
manure and eggshell could enhance microbial activity contributing to decomposition of organic matter. This involved aggregate stability, where organic compounds produced from decomposition of chicken manure by microorganisms could enhance soil particle cohesion and thus
stabilized soil aggregates.
Three years were a difﬁcult time for me to adapt newenvironment and to do research. My biggest obstacle wasJapanese language that I did not know much. During research process, I had to work hard, almost whole day fordoing experiment. It would not be overcome easily without efforts and willpower. Finally, I had fulﬁlled my research. More importantly, I am honored to gain “Paper
Award of 2019” from Japanese Society of Soil Physics(JSSP) for the paper of “Effects of soil amendments on
pH and aggregate stability of saline sodic soil and acid sulfate soil in Mekong Delta Viet Nam” which was studied
by corresponding authors: Ca Thi NGUYEN, Shoichiro
HAMAMOTO and Taku NISHIMURA and published on
30 November 2018. To gain this achievement, my deepest
gratitude would like to be sent to my supervisor, Professor Taku Nishimura, who gave me a hand enthusiasticallyduring three-year research. I want to send international students a message that the efforts and willpower are the keys
to succeed. I believe that all of us can pass difﬁculties and

第 144 号

(2020)

get success under our efforts in the future.
Now, I am working as an ofﬁcial and a teacher at Ca
Mau Community College, Ca Mau City, southernmost partof Viet Nam. In the college, I have some classes for training farmers who want to grow Reishi (霊芝), a kind ofmushroom (Fig. 3). Although, my job is different withwhat I have learned at The University of Tokyo and Can
Tho University, I feel happy to help farmers to earn theirincome and to improve their lives. However, I hope I have achance to do more researches on soil physics in Viet Nam.
Kitchen wastes are discharged and thrown away. They areless recycled in Mekong region. I hope I will have a goodproject to make them as a compost that can be applied tosoils, and to assess their effects on soil physical properties.

Fig. 3 Reishi (霊芝) .

会 務 報 告I. 2019（R1）年度 第 3 回編集委員会
月日：2020 年 2 月 17 日 ∼ 3 月 3 日
開催形式：メール会議
出席委員：江口定夫，赤羽幾子，飯山一平，片柳薫
子，久保田富次郎，小林幹佳，佐野修司，
鈴木克拓，高橋智紀，釣田竜也，常田岳
志，橋本洋平，深田耕太郎，渕山律子，
百瀬年彦，渡辺晋生（委員 16 名中 16 名
参加：成立）
議事内容
1. 議題
1）編集委員長より「土壌の物理性 144 号」の発行計画が提案され，全会一致で承認された．
2. 報告
1）編集幹事より，原稿の閲読進捗状況について報告がなされた．編集委員より，会員数の減少に伴う投稿論文数の減少について様々な意見 · 提案が寄せられた．編集長より，次回の事務局会議にてその概要を報告することとした．
2）編集長より，「2020 年度土壌物理学会大会の概要（案）」について報告がなされた．

II. 会員消息（2020 年 2 月 11 日まで，敬称略）
退会

入会

正 会 員
正 会 員
正 会 員
正 会 員
正 会 員
正 会 員
正 会 員
正 会 員
正 会 員
正 会 員

赤江
剛夫
有田
敬俊
岡島
秀夫
神山
和則
重松
智範
竹迫
紘
中島
勘太
南雲 不二男
原
道宏
村上
章

学生会員
学生会員
学生会員
学生会員
学生会員

大野 晃太郎
栗屋
奈那
小林
和樹
松岡
健介
Soluttanavong Vanhkham

正 会 員
学生会員

瀬野
土山

光太
紘平

国際航業 (株)筑波大学

会員種別変更
正 会 員 → シニア会員
南條
現在会員数（2020 年 2 月 11 日現在）
正会員

：

230

シニア会員 ：

23

学生会員

73

：

賛助会員
：
8
—————————————
小 計
：
334
購読会員
：
35
—————————————
合 計
：
369

正巳

true TDR 土壌水分センサ

アメリカ農業・生物工学会にて年間技術革新賞を受賞(2017)

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ブレークスルーテクノロジーにより、従来大型のシステムでしか可能ではなかった真のTDR測定方式
を小型なセンサーの中に凝縮しました。事実、このコンパクトなセンサーから生の波形データを取得(*)できます。

計測項目

出力

サイズ・重量

体積含水率(0-100%)
土壌バルクEC(0-5dS/m)
地温(-20-50℃)
比誘電率

デジタル(SDI-12)

本体200Ｌ＊553Ｗ＊19Hｍｍ
150mmロッド
440g(10m cable)

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TDT(Time Domain Transmissometry)方式の土壌水分センサーです。メンテナンスフリーなので、長期間の連続観測が可能。消費電力が非常に小さく、コストパフォーマンスに優れているので多点、無人観測にも適しています。データロガーから生の波形データの取得(*)も可能です。

計測項目

出力

サイズ・重量

体積含水率(0-100%)
土壌バルクEC(0-5dS/m)
地温(-20-50℃)
比誘電率

デジタル(SDI-12)

本体200Ｌ＊533Ｗ＊15Hｍｍ
150mmロッド
440g(10m cable)*波形の取得を含めた計測にはCampbell社データロガーをおすすめします(弊社Webサイトにてサンプルプログラム公開中)

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札幌営業所：札幌市東区北２２条東８丁目４－５

TEL 011-711-9921 FAX 011-711-9922

61—編 集 後 記—
会員および読者の皆さま，初めまして．私の専門は，土壌学，土壌化学（に加えて最近は土壌教育も少しかじっている）でありますが，昨年 4 月より編集委員を担わせていただくことになりました．任期中は，よろしくお願いいたします．
さて，「土壌の物理性」第 144 号はいかがだったでしょうか．本号は，昨年つくば市で開催された 2019年度土壌物理学会第 61 回シンポジウム「土壌・水環
境のサステナビリティとコロイド界面現象」を特集いたしました．本シンポジウムにおいて，私は，大変恐
縮ではありましたが，筑波大学の小林幹佳先生とともに総合討論の座長を務めました．専門的な質疑は小林先生にお任せし，私は門外漢の立場から，興味の赴くままに講演者の先生方に質問を投げさせていただきました．その模様は，総合討論の記事で確認できますので，ご覧いただけますと幸いです．
総合討論の終盤，会場から講演者が用いる「団粒」の定義についてご意見がありました．研究者が各々の「団粒」のイメージを持つため定義が不明確である，「団粒とはなにか」について共通理解を深めていくべきというご指摘で，個人的に強く印象に残りました．私は以前，小中学校の先生方に土のイメージをお聞きすることがあったのですが，先生方は，岩石や鉱物が砕けてできた大小様々な大きさの「土の粒」（無機的な土の姿）をイメージすることは出来ても，植物や動物などの生物が関わり，形成する有機的な土の姿，すなわ
ち「土壌団粒」をイメージすることは難しいとのことでした．これは，現行の教科書においては，無機的な土を取り上げるに留まっていることが要因の一つとしてあげられます．私は，子どもたちが環境問題や食糧生産に興味を持ち，それらと土との関係を理解するとき，生物と関連した土の姿をイメージして欲しいと考えています．そのためには，土の調査や研究に従事する専門家が，教育現場において，積極的に多様な土の姿を示していく取り組みが必要です．
「団粒とはなにか」は，今後のシンポジウムのテーマにもなり得る重要な問いであると感じました．多種多様なフィールドを調査や研究の対象とする土壌物理学会において，子どもたちに伝えたい土の姿といった視点からも「団粒」の議論を進めていただければと思います．
赤羽幾子（編集委員）

土壌物理学会
事務局構成

会
長
副 会 長
事務局長
庶務幹事
編集幹事
会計幹事
会計監査

編集委員会

委 員 長
員
委

足立
泰久
小林
政広
山下
祐司
小島
悠揮
朝田
景
西脇
淳子
吉川
省子
岩田
幸良
江口
定夫
赤羽
幾子
飯山
一平
片柳
薫子
久保田富次郎
幹佳
小林
佐野
修司
鈴木
克拓
高橋
智紀
釣田
竜也
常田
岳志
橋本
洋平
深田 耕太郎
渕山
律子
百瀬
年彦
渡辺
晋生

筑波大学 生命環境系
森林研究 · 整備機構 森林総合研究所
筑波大学 生命環境系
岐阜大学 工学部
農研機構 農業環境変動研究センター
茨城大学 農学部
農研機構 農業環境変動研究センター
農研機構 農村工学研究部門
農研機構 農業環境変動研究センター
農研機構 農業環境変動研究センター
宇都宮大学 農学部
農研機構 農業環境変動研究センター
農研機構 農村工学研究部門
筑波大学大学院 生命環境科学研究科（地独）大阪府立環境農林水産総合研究所
農研機構 中央農業研究センター（北陸研究拠点）
農研機構 東北農業研究センター（大仙研究拠点）
森林研究 · 整備機構 森林総合研究所
農研機構 農業環境変動研究センター
東京農工大学大学院 農学研究院
島根大学 生物資源科学部
農研機構 九州沖縄農業研究センター
石川県立大学 生物資源環境学部
三重大学大学院 生物資源学研究科

附則（1）本学会の連絡先は，これを当分の間次に置く．
第 1 条 本学会は土壌物理学会（Japanese Society of Soil
〒305-8572 茨城県つくば市天王台 1 丁目１−１
Physics）と称する．
筑波大学 生命環境系 環境コロイド界面工学研究室内
第 2 条 本学会は土壌物理に関する研究の進歩と普及を図り，（2019.10.26 改正）
農業技術および環境科学の発展に貢献することを目的 細則とする．
（1）シニア会員
第 3 条 本学会はその目的を達成するために次の事業を行う. 1）シニア会員は，これまで正会員であって 60 歳以上の（1）研究発表会，討論会および見学会などの開催
常勤職に就いていない者（2）学会誌「土壌の物理性（Journal of the Japanese Society 2）シニア会員への変更は，資格を有する会員からの申告を受け，事務局が承認する．原則として申告された年
of Soil Physics）」並びにその他の印刷物の発行度から適応するが，当該年度中に有資格となった場合（3）内外の研究，技術の交流および他の学会，諸団体との協力
は，次年度から適応する．
（4）優れた論文に対する表彰
3）シニア会員の権利は正会員に準ずる．ただし，会則第（5）その他，本学会の目的を達成するために必要な事業6 条で定める役員および第 9 条で定める委員会委員に
第 4 条 本学会の会員は，正会員，シニア会員（これまで正会就くことはできない．
員であって 60 歳以上の常勤職に就いていない者），学（2011.10.28 制定 2017.10.14 改正）
生会員および賛助会員，購読会員の 5 種とする．学会への入会または退会の際は，本学会に届け出なければ「土壌の物理性」投稿規定
ならない．
第 5 条 会員は次の会費を所定の期日までに納めるものとする． 1. 筆頭著者は本学会会員であること．
2. 投稿原稿の区分と規定ページは下記による．
正会員
年額
5,500 円1）「論文」（Original papers）：独創性があり，土壌
シニア会員
年額
3,000 円の物理性に関する研究および技術の進歩に寄与す
学生会員
年額
3,000 円ると見なされるもの．一編ごとに論文としての構（大学院生を含む）
成を整えていて，他誌に未発表のものに限る．規
賛助会員
一口年額
22,500 円
定ページを刷り上がり 8 ページ以内とする．
購読会員
会誌年額
7,500 円2）
「研究ノート」（Notes）：土壌の物理性に関する新広告料賛助会員
15,000 円
しい事実や研究方法の改良などの短い報告で，独賛助会員以外22,500 円
創性があり他誌に未発表のもの．規定ページを刷
第 6 条 本学会に次の役員をおく．任期は 2 年とする．ただり上がり 6 ページ以内とする．
し，3 期連続の重任は認めない．選出方法は次による．
3）「総説」（Reviews）：土壌の物理性に関する主題に（1）会長 1 名，副会長 1 名，編集委員長 1 名
ついて，それまでの研究を総括し，今後の発展方
正会員の中から評議員会によって選出される．
向を展望するもの．規定ページを刷り上がり 10（2）評議員
ページ以内とする．
イ 15 名 正会員の中から選挙によって選出される．
4）「解説」（Lectures）：土壌の物理性に関する諸事
ロ 3 名以内を会長が正会員の中から委嘱する．
項の理解を計るための平易な解説，ならびに研究（3）会計監査 2 名
技術の普及交換を進めるための紹介など．規定
正会員の中から評議員会によって選出される．
ページを刷り上がり 8 ページ以内とする．
（4）事務局長および幹事若干名
5）「研究紹介」（My research）：現在行っている研事務局長および若干名の庶務，会計，編集の幹事を会
究，他の学会誌等に掲載された論文，研究上の工長が委嘱する．
夫などについての平易な紹介．規定ページを刷り
第 7 条 会長は毎年 1 回以上総会並びに評議員会を招集する．
上がり 6 ページ以内とする．
（1）総会は本学会の最高議決機関であって，事業計画，予6）「資料」（Miscellaneous）：広く会員の参考となる
算 · 決算，会則の変更等を決定する．総会は正会員，
報告や情報．規定ページを刷り上がり 6 ページ以シニア会員および学生会員で構成される．
内とする．
（2）評議員会は，会員の選挙によらない役員の選出，総会
7）「土粒子」（Readers’ column）：「土壌の物理性」
議案，その他の重要事項を検討する．評議員会の議長周辺のことについての随想や意見など．規定ペーは会長がこれにあたる．
ジを刷り上がり 2 ページ以内とする．
（3）総会および評議員会の議決は委任状を含む多数決とす
8）「講座」（Lecture series）：「解説」と本質的な違い
る．ただし，会則の変更は，総会出席者の 3 分の 2 以はないが，特に編集委員会が企画して複数回にわ上の賛成を要する．
たって行うものを指す．規定ページを刷り上がり
第 8 条 本学会の会務は，評議員会および総会の議を経て，会8 ページ以内とする．
長，副会長，編集委員長および幹事がこれを執行する．
9）「特集」（Topics）
：
「解説」
，
「総説」
，
「論文」
，
「研
会務執行に必要な規程は別に定める．
究ノート」が混在したもので，特に編集委員会が第 9 条 本学会に次の委員会をおく．
企画して複数回にわたって行うものを指す．規定（1）選挙管理委員会
ページは上記 1) ∼ 4) に同じ．
正会員の中から評議員会によって選出され，本学会の10）「書評」（Book reviews）：規定ページを刷り上が評議員選挙を管理する．
り 2 ページ以内とする．
（2）編集委員会
11）「巻頭言」（Foreword）：規定ページを刷り上がり
正会員の中から評議員会によって選出される委員によっ
2 ページ以内とする．
て構成され，学会誌その他の印刷物の編集に当たる．
なお，上記区分において，編集委員会が会員また（3）学会賞選考委員会
は会員以外に投稿依頼することがある．
正会員の中から評議員会によって選出される委員に
3. 原稿の採否は編集委員会が決定する．編集委員会は，よって構成され，学会賞を選考する．
「論文」および「研究ノート」については 2 名，その第 10 条 本学会の経費は会費その他の収入を持ってあてる．本
他の投稿原稿には 1 名の閲読者を選んで閲読を依頼す
学会の会計年度は毎年 4 月 1 日に始まり翌年 3 月 31
る．ただし，
「土粒子」
，
「書評」
，
「巻頭言」について日に終わる．
は，この限りでない．
第 11 条 会員が次のいずれかに該当する場合，その資格を喪失
4. 投稿原稿が 2．に記す規定ページを越える場合には，1する．
ページあたり 10,000 円を著者負担とする．ただし，（1）退会したとき
編集委員会が会員または会員以外に投稿依頼した原稿（2）3 年以上会費を滞納したときの場合はこの限りでない．また，カラー印刷の場合は（3）死亡したとき実費を著者負担とする．
土壌物理学会会則

5. 投稿する場合は、投稿原稿（本文，図表含む）および本文
原稿送り状（別紙書式）の PDF ファイルを編集委員 12. 原稿には，閲読作業の効率化を図るため，本文に行番長宛に提出する．ただし、編集委員会が別途指示した号を 5 行毎に書き入れる．
場合はこの限りではない．
13. 章の見出しは 1.，2.，3.，節の見出しは 1.1，1.2，
6. 投稿原稿を受け付けた場合，編集委員会は速やかに受1.3，項の見出しは 1.1.1，1.1.2，1.1.3 のようにし，付番号と受付日付を明示した電子メールまたは書状を
字体はゴシック体とする．
投稿者に送る．また，投稿原稿の掲載を決定した場合， 14. 略語，略号を使うときには，はじめにそれが出たときに正最終原稿を受領したのちに受理日付を明示した書状を式名称とともに示す（例：陽イオン交換容量（CEC））．
著者に送付する．
15. 単位の使い方は，国際単位系（SI）による．
7. 著者に対して修正を求めた原稿が，特別な事情なく
図表
6 ヶ月以内に再提出されないときは取り下げと見なす． 16. 日本語および英語の原稿ともに，図または写真の番号
8. 著者校正は初校のみとする．また，特に申し出がない
は Fig. 1，表は Table 2 のように書く．
限り印刷ずみの原稿は返さない．
17. 日本語の論文，研究ノートの場合，図，表，写真の題
9. 掲載された論文等の PDF ファイルを著者に贈呈する．
名には英語を併記する．
また，著者は別刷りを印刷業者から購入することがで 18. 図，表，写真は必要最小限度とし，同一事項を表と図きる．
に重複して表示する事は避ける．
10. 掲載された論文等は土壌物理学会ホームページ上にも 19. 図，表，写真は 1 ページに 1 つずつ貼り付け，余白に掲載する．論文，研究ノート，総説，解説，資料，講図表等の番号を記す．
座については，掲載誌発行後一年間は土壌物理学会員 20. 図と写真はそのまま製版されるので，鮮明なものを提のみが閲覧できる．ただし，著者はオープンアクセ
出する．
ス（50,000 円：ページ制限なし）を選択することで， 21. 図は 1/2 倍などとおよその縮小率を指定し，2 倍くらホームページ掲載直後から誰もが閲覧可能な状態とす
いに大きく書く．図の線の太さや文字の大きさは，刷ることができる．
り上がりの大きさを考慮して決める．
11. 本誌に掲載された論文等の著作権は土壌物理学会に帰 22. 地図や顕微鏡写真には定尺をつけ，縮尺や倍率はつけ
属する．
ない．
（2017.10.14 改正） 23. 図，表，写真の番号と題名は，別紙にまとめて一覧表とする．
「土壌の物理性」原稿執筆要領
引用文献
24. 本文中で文献を引用する場合は，著者名（西暦），ま
全般的事項
たは（著者名，西暦）とする（例：Tanaka（1994），
1. 原稿は，日本語または英語で執筆する．
（
NakamuraandSuzuki,
1981
）
）
．著者が
3
名以上の
2. 日本語の原稿は，A4 判，25 字，26 行とし，上下左右場合は第 1 著者名のあとに—ら，または et al. をつけに 30 mm 以上の余白をとる（4 枚で 1 ページになる）．
る（例：山田ら（1978），（Tayler et al., 1945））．
3. 日本語の投稿原稿（ただし，書評は除く）は，はじめ
25.
引用文献は，本文のあとに著者名の
ABC
順に書く．
に日本語で表題，著者名を書き，そのあとに英語で表未発表，私信は引用文献として記載しない．
題と著者名（フルネーム）を書いてから本文を書き始める．英語の表題は，冒頭の単語の頭文字のみを大文 26. 引用文献の書き方は以下のようにする．
< 雑誌 >
字とし，それ以降は固有名詞等，特に大文字が必要な
森本 聡, 永田 修, 川本 健, 長谷川周一 (2009): 泥
場合を除き，全て小文字とする．英語の著者名は名の炭林土壌の温室効果ガスの生成と消失．土壌の物理
1 文字目および姓の全てを大文字で記す．また，第 1性，113: 3-12.
ページ下の脚注に，著者の所属機関と所在地を英語で，Fujimaki, H., Ando, Y., Cui, Y. and Inoue, M. (2008):
Corresponding Author とする著者の氏名と所属を日Parameter estimation of root water uptake model
本語で記す．
under salinity stress. Vadose Zone Journal, 7: 314. 日本語の論文および研究ノートは，英語による表
38.
題 · 著者名と本文との間に英語で 300 words 程度のMillington, R.J. and Quirk, J.P. (1959): PermeabilAbstract と 5 個以内の Key words を入れる．
ity of porous media. Nature, 183: 387-388, doi:
5. 日本語の投稿原稿（ただし，資料と土粒子，書評を除
10.1038/183387a0.
く）は，引用文献の後に日本語で 350 字程度の要旨，
Bitteli, M., Flury, M. and Campbell, G.S. (2003): A
および 5 個以内のキーワードを書く．
thermo dielectric analyzer to measure the freez6. 英語の原稿は，A4 判，ダブルスペースで作成する
ing and moisture characteristic of porous me（約 600 words で 1 ページになる）．
dia. Water Resour. Res., 39(2): W1041, doi:
10.1029/2001WR000930.
7. 英語の投稿原稿（ただし，書評は除く）は，Manuscript< 単行本 >
title，Full name of authors を書いてから本文を書き始
Tinker, P.B. and Nye, P.H. (2000): Solute movement
める．著者名は First name の 1 文字目および Family
in the rhizosphere, p.308. Oxford University Press,
name の全てを大文字で記す．また，第 1 ページ下
New York.
の脚注に，Address of institutions of authors および土壌環境分析法編集委員会編 (1997): 土壌環境分析法,
Corresponding author を記す．
pp.129-138. 博友社, 東京.
8. 英語の論文および研究ノートは，Full name of authors
松森堅治(2005): 地理情報システムを用いた窒素負荷と本文の間に 300 words 以内の英文 Abstract と 5 個予測モデル. 波夛野隆介 · 犬伏和之編 続 · 環境負以内の英語の Key words を入れる．
荷を予測する, pp. 60-79. 博友社, 東京.
9. 英語の投稿原稿（ただし，資料と土粒子，書評は除く）
Jury, W.A. (1996): Stochastic solute transport modは，引用文献の後に，日本語で表題と著者名，所属機
eling trends and their potential compatibility with
関，所在地，350 字程度の要旨，5 個以内のキーワー
GIS. In Corwin, D.L. and Loague, K. (ed.) Appliドをつける．なお，著者が外国人のみのために日本語
cation of GIS to the modeling of non-point source
部分の作成が困難な場合，英語部分からの和訳により，
pollutants in the vadose zone, pp.57-67. SSSA Spe編集委員会の責任でこれらを作成する．
cial Publication No. 48, Madison.
10. 英語の適正化はすべて著者の責任において行うこと．自<Web ページ >然科学論文の執筆や校正に経験のある英語のネイティブ
FAO-AGL (2000): Global extent and location of sodic
スピーカーによってチェックされている事が望ましい．
soils. Available at http://www.fao.org/ag/AGL
11. 閲読終了後に最終原稿を提出するときには，編集委員/agll/prosoil/sodic.html.（確認年月日）
会が指示する形式の電子ファイルを送付する．

野菜茶業研究所 (2006): 野菜の硝酸イオン低減化マニ
ュアル. http://vegetea.naro.affrc.go.jp/joho/manual/shousan/index.html.（確認年月日）（雑誌のページには p. や pp. をつけない．本の単数ページを示す場合には p.，複数ページを示す場合にはpp. をつける）
その他
27. 本要項のほか，科学技術情報流通技術基準（SIST）に準拠する．
（2012.12.20 改正）[土壌物理分野の SI 使用例]
国際単位系（SI）については多くの出版物で解説されているので，ここには，土壌物理に特に関連の深い単位の使用例を示す．
推奨される単位認められる単位

含水比
kg kg−1*
体積含水率m3 m−3
体積m3
L, cm3 , mL
密度kg m−3 , Mg m−3
濃度
kg m−3 , Mg m−3
g L−1 , mg L−1
モル濃度
mol m−3
mol L−1
力N
水分ポテンシャル J kg−1
kPa, m, cm, **
透水係数
m s−1
cm s−1
イオン交換容量 molc kg−1, cmolc kg−1
回転数
s−1
min−1
収量
kg m−2kg ha−1, Mg ha−1, t ha−1
* % 表示は，原則として分母と分子の内容が同じものの場合にだけ用いる．
** cm H2 O は使わない．
その他，疑問のあるものについては意見を聞いて編集委員会で検討する．

（2000. 3.10 改正）「土壌の物理性」投稿案内

1. 投稿原稿に対する基本方針
編集委員会は常に会員からの自主投稿を歓迎すると共に，投稿された原稿をなるべく早く，できるだけ掲
載する方向で処理したいと考えています．ただし，「土壌の物理性」に掲載する原稿は読者にとって有益かつ完成したものであることが必要です．編集委員会は，投稿原稿が「土壌の物理性」に掲載するのにふさわしい内容を持つ原稿であるかどうかを基準として，掲載の可否を判断します．なお，他誌との二重投稿は認められません．
2. 投稿原稿に求められるもの
投稿に当たっては，「投稿案内」と共に「投稿規定」「原稿執筆要領」をよく読んでそれに従うと共に，閲読者が多忙な中で時間を割くことをよく理解して最大限に努力して完成した原稿としてから投稿して下さい．
投稿原稿に求められるものは下の通りです．
（1） 内容について
1）オリジナリティーがあること（論文，研究ノートの場合）．
2）本誌の読者にとって有益であること．
3）導入，研究手法から結論に至る過程に論理性があること．
（2） 表現について
1）原稿全体の構成が整っていること．
2）表題が適切であること．
3）文章表現が適切であること．
4）英文アブストラクトや和文要旨が適切であること．
5）SI 単位や記号の使い方が適切であること．
6）キーワードが適切であること．
7）英語の表現が適切であること．
3. 投稿原稿の受付
編集委員会は投稿原稿が体裁上最小限必要とする条件を満たしていることを確認した後，原稿を受け付けます．条件を満たしていない場合には，著者への問い
合わせ，もしくは原稿を受け付けずそのまま返稿する場合があります．

4. 閲読の目的と姿勢
編集委員会は受け付けた投稿原稿が「土壌の物理性」
へ掲載するのにふさわしいかどうかを判定する資料を得るために閲読を行います．編集委員会は適任の閲読者を選定し，閲読を依頼します． 編集委員会は閲読者に対して特に次の点について注意をお願いしています．
1）原稿の内容に対する責任は著者にあること．また，原稿の価値は読者が判断するものであること．
2）閲読は内容の批判や討議を行うものではないこと．
従って，見解の相違は掲載不適の理由にならない
こと．
3）閲読者は投稿者に対して研究指導する立場にないこと．従って，新たな実験や計算の追加要求などは極力避けること．
4）閲読依頼期限を厳守すること．
閲読者から出された問題点について，編集委員
会は原稿が投稿原稿に求められるものを満たすために必要に応じて著者に修正を求めます．ただし，これは著者に対する指導や助言ではありません．原
稿の内容に対する責任はあくまで著者にあります．
5. 閲読の手順と投稿原稿の採否（1） 編集委員会は論文，研究ノートについては 2 人，
その他の区分の投稿原稿については 1 人の適任者へ閲読を依頼します．
（2） 閲読者は「2」の投稿原稿に求められる各項目について投稿原稿を評価し，閲読結果を全体意見および個別指摘事項と共に編集委員会へ報告します．
（3） 編集委員会は閲読結果を審議し，投稿原稿の採否を決定します．この際，論文・研究ノートについては原則として下のように取り扱います．
1）閲読者 2 名とも総合判定が A（このまま掲載可）の場合には，閲読結果を受け取った日付で原稿を受理（掲載決定）します．
2）1 名の総合判定は A ，もう 1 名は B（指摘の点が修正されれば掲載可）の場合，または 2 名ともB の場合には，指摘事項について著者に比較的小さな修正を求めます．修正原稿が提出され，編集委員会が修正内容を確認した時点で受理します．
3）1 名の総合判定は B ，もう 1 名は C（指摘の点が修正された後，再閲読する必要あり）の場合，または 2 名とも C の場合には，指摘事項について著者にやや大きな修正を求めます．提出された修正原稿は再び閲読を行います．
4）1 名の総合判定が D（掲載不適）の場合には，第3 の閲読者に判定を依頼することを含め，編集委員会が対応を判断します．
5）2 名の総合判定とも D の場合には，その理由を付けて著者へ返稿します．
6）閲読は 2 回までとし，再閲読においても C または D の判定がある場合には，編集委員会が対応を判断します．
（4）閲読結果の総合判定を D とする理由は次のようなものです．
1）既発表とみなされるもの．
2）重要な部分に根本的な誤りがあるもの．
3）事実に基づいた内容ではなく，単なる主観が述べられているに過ぎないもの（論文，研究ノートの場合）．
4）通説が述べられているだけで，新しい知見が全くないもの（論文，研究ノートの場合）．
5）修正を要する根本的な指摘事項を多く含んでいる
もの．
6）連載形式で構成されており，1 編ごとに独立したものと認めがたいもの．
7）全体構成や文章が粗雑で，内容の判定ができない
もの．
8）内容が本誌の趣旨に合わないもの．
9）その他，本誌に掲載する原稿としてふさわしくな
いもの．
6. その他
1）共著者は全員が原稿に責任を負って下さい．共著者がいるにもかかわらず，その共著者が原稿を読んでないと判断されるような基本的なミスがある場てから新たに投稿するよう促した方がよい場合があります．その場合には，「掲載不適」の理由（「3」参照）
合には，閲読を中止して返稿することがあります．
を明示して下さい．個別指摘事項への意見は不要です．
2）修正原稿を返送する場合には，修正結果がすぐに分かるような回答書（指摘事項に対応した修正箇 10. 閲読者から編集委員会へ意見等がある場合は，必ず「編集委員会への意見」として別紙への記入をお願いします．
所・内容一覧）を作成し，添付して下さい．
3）原稿は一度印刷公表されると末永く評価と批判の（2003. 5.28 改正）対象になります．閲読意見に対しては極力冷静か
つ慎重に対処して下さい．誤解があった場合には，その誤解を解くだけでなく，誤解を受けないよう
土壌物理学会学会賞規定
な書き方に改める努力が求められます．
1. 種類4）「掲載不適」で返稿された原稿を再投稿する場合は学会賞に論文賞と優秀ポスター賞をおく．
新規投稿扱いとなります．
「掲載不適」とした理
2.
論文賞の選考由を十分に確認・検討の上，再投稿して下さい．
論文賞は，年 1 回、以下の手順により論文賞選考委員会（2004. 6.29 改正）「以下，選考委員会」で審査し，評議員会で決定する．
（1）賞の対象とする論文は，「土壌の物理性」に，原則「土壌の物理性」閲読の手引きとして前年度（前年 4 月 1 日から翌年の 3 月 31
1. 閲読依頼期限の厳守をお願い致します．万一，期限内日まで）に掲載された原著「論文」とする．
に閲読が困難な場合には，速やかに編集委員会事務局（2）正会員（1 名以上）は, 学会賞受賞候補として（1）へ連絡して下さい．
に該当する論文を自薦もしくは他薦することができる.
2.「投稿案内」において，下のものを投稿原稿に求めてい（3）（2）に記す論文の推薦は，学会誌「土壌の物理性」
ます．閲読においても，これらをその基準とします．
に公示された募集を受け，所定の書類を必要部数揃え，（1）内容について
期日までに学会事務局に提出しなければならない．
1）オリジナリティーがあること（論文，研究ノート（4）選考委員会では，（1）に該当する論文の中から，の場合）．
（2）の推薦も考慮して受賞候補論文（以下，候補論
2）本誌の読者にとって有益であること．
文）を審査 · 選考し，評議員会へ付議する．
3）導入，研究手法から結論に至る過程に論理性があ（5）評議員会では，候補論文が受賞に適格かどうかを判
ること．
定する．
（2）表現について
3. 優秀ポスター賞の選考
1）原稿全体の構成が整っていること．
優秀ポスター賞（以下，ポスター賞）は年 1 回，以下
2）文章表現が適切であること．
の手順により決定する．
3）表題が適切であること．
（1）選考の対象は，当該年度の土壌物理学会大会におい
4）英文アブストラクトや和文要旨が適切であること．
て発表されたポスターであって，筆頭者は会員とす
5）SI 単位や記号の使い方が適切であること．
る．ただし，ポスターの筆頭者が学生の場合に限り，
6）キーワードが適切であること．
会員外であっても選考の対象に含める．
7）英語の表現が適切であること．
（2）ポスター賞は（1）に該当するポスターの中から，
3.「掲載不適」とする理由としては，下のようなものが挙選考委員会および会員の投票により選考する．
（5 件
げられます．
以下）
1）既発表とみなされるもの．
4. 表彰
2）重要な部分に根本的な誤りがあるもの．
（1）論文賞は，通常総会において表彰を行う．また会
3）事実に基づいた内容ではなく，単なる主観が述べら誌上に公表する．
れているに過ぎないもの（論文，研究ノートの場合）． （2）ポスター賞は，土壌物理学会大会において表彰を行
4）通説が述べられているだけで，新しい知見が全くう．また，会誌上に公表する．
ないもの（論文，研究ノートの場合）．
（2002.11.23 制定 2013.10.26 改正）
5）修正を要する根本的な指摘事項を多く含んでいる
もの．
6）連載形式で構成されており，1 編ごとに独立した
土壌物理学会学会賞選考委員会規定
ものと認めがたいもの．
7）全体構成や文章が粗雑で，内容の判定ができない
1. 目的
もの．
学会賞選考委員会（以下委員会という）は，論文賞お8）内容が本誌の趣旨に合わないもの．
よび優秀ポスター賞の選考を行うことを目的とする．
9）その他，本誌に掲載する原稿としてふさわしくな
2. 業務
いもの．
委員会はつぎの業務を行う．
4. 原稿の内容に対する責任はあくまで著者にあります． （1）学会賞規定に基づく論文賞および優秀ポスター賞のまた，原稿の価値は読者が判断するものです．
選考．
5. 閲読は内容の批判や討議を行うものではありません． （2）土壌物理学会学会賞選考に関するその他の事項．
従って，見解の相違は掲載不適の理由にはなりません． 3. 構成
6. 閲読者は投稿者に対して研究指導する立場にありませ委員会は委員長 1 名および委員 5 程度を持って構成する．
ん．よって，新たな実験や計算の追加要求などは極力（1）委員会は正会員より構成される．
避けて下さい．
（2）委員は評議員会の推薦に基づき総会で決定する．
7. 閲読者は著者と直接折衝をしないで下さい．著者との（3）任期は 2 年とする．ただし，再任はさまたげない．
交渉はすべて編集委員会の責任で行います．
（4）委員長は委員の互選により選出する．
8. 閲読者として知り得た印刷前の原稿の内容はいかなる（5） 若干名の専門委員をおくことを認める．
形でも利用・引用等出来ません．厳にご注意下さい． 4. 開催
9. 著者に修正を求めた後に再閲読で総合判定を D（掲載不委員会は年 3 回程度開催する．
適）とすることは，閲読者にとっても著者にとっても非（2002.11.23 制定 2003.11.22 改正）
生産的です．完成度の低い原稿などにおいては，修正を求め再閲読を行うよりも「掲載不適」として練り直し

原 稿 送 り 状
受付番号（本会で記入）：
発送年月日

年

区 分

論文

月

日

研究ノート

受付年月日（本会で記入）
総説

解説

資料

年

研究紹介

土粒子

月

日

書評

表題（和文）

表題（英文）

キーワード（日本語：５語以内）

キーワード（英語：５語以内）

著者名 1
ローマ字 ∗

所属

本会

会員 · 非会員

著者名 2
ローマ字 ∗

所属

本会

会員 · 非会員

著者名 3
ローマ字 ∗

所属

本会

会員 · 非会員

著者名 4
ローマ字 ∗

所属

本会

会員 · 非会員

著者名 5
ローマ字 ∗

所属

本会

会員 · 非会員

Corresponding
author の〒住 所・氏 名
電話 ·FAX 番号

TEL. ：

E-mailE-mail ：本文原稿枚数
表
別刷

FAX.：

A4：（
枚

図
（カラー図番号．

枚）
枚

希望しない · 希望する（）

写真（カラー写真番号．
部）

付記：投稿の宛先は土壌物理学会ホームページを参照のこと（http://js-soilphysics.com/）
著者には pdf ファイルを贈呈します．別刷を希望する方は印刷業者から購入することになります．
*著者名は漢字とローマ字の両方を記入してください．

枚）土壌物理学会会員登録用紙[入会 · 退会 · 登録事項変更]

必要事項をご記入の上，このまま下記宛先に（郵便，FAX，E-mail の添付ファイルなどで）お送りください。
届出内容

入会

申込年月日

西暦

会員種別

正

· 退会 · 登録事項変更
年月· シニア · 学生 ·

日
購読

· 賛助

氏名
同上ローマ字読み性別

男

生年月（西暦年 · 月）

· 女

西暦

年

勤務先

· 自宅

月

勤務先
勤務先所在地〒

勤務先電話番号 / FAX 番号
勤務先 e-mail自宅住所〒

自宅電話番号 / FAX 番号
自宅 e-mail
会誌の送付先本学会以外の主な所属学会
学生会員のみ記載（本人に連絡が取れないときの連絡先として）指導教官名指導教官 e-mail

本会記入
受付年月日：
承認年月日：
送付先 · 問い合わせ先
土壌物理学会事務局（事務局長）〒 305-8572 茨城県つくば市天王台 1 丁目 1-1
筑波大学 生命環境系 環境コロイド界面工学研究室内
Tel. 029-853-6638 Fax 029-853-7198
E-mail spsyomu@ml.affrc.go.jp

山下祐司

宛

複写される方に本誌に掲載された著作物を複写したい方は，（社）日本複写権センターと包括複写許諾契約を締結されている企業の従業員以外は，著作権者から複写権等の行使の委託を受けている次の団体から許諾を受けて下さい．
著作物の転載 · 翻訳のような複写以外の許諾は，直接本会へご連絡下さい．
〒 107-0052

東京都港区赤坂 9-6-41

TEL：03-3475-5618

乃木坂ビル

FAX：03-3475-5619

学術著作権協会

E-mail：ir@jaacc.jp

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Japan Academic Association for Copyright Clearance (JAACC)
41-6 Akasaka 9-chome, Minato-ku, Tokyo 107-0052, Japan
TEL：81-3-3475-5618

FAX：81-3-3475-5619

E-mail：ir@jaacc.jp

土壌の物理性 第 144 号（会員配布）
発行 土 壌 物 理 学 会

2020 年 3 月 20 日発行〒 305-8572

茨城県つくば市天王台 1 丁目 1-1 筑波大学
生命環境系 環境コロイド界面工学研究室内 山下祐司 宛
電話
029-853-6638
FAX 029-853-7198
E-mailspsyomu ＠ ml.affrc.go.jp
URL
http://js-soilphysics.com/ent
銀行口座
常陽銀行阿見支店（店番 074）
普通 1674384 土壌物理学会 会計 西脇淳子
郵便振替
口座番号：01350-2-40943
加入者名：土壌物理学会
編集委員会事務局（投稿原稿送付先）
所在地はホームページ（http://js-soilphysics.com/ent）で最新の物を確認して下さい．
E-mail kibyosi@ml.affrc.go.jp
印

刷

創文印刷工業株式会社〒 116-0011 東京都荒川区西尾久 7-12-16

ISSN 0387‑6012

Journal of the Japanese Society of Soil Physics
No. 144

March, 2020

Contents
Foreword.......................................................................

N. HARAGUCHI...

1

Y. ADACHI...

3

K. SUZUKI...

9

K. NANKO...

17

T. MAKINO...

25

K. YAMAJI and T. HARUMA

...

33

...

39

.....................................................................................

45

Symposium reviews
Lectures
Colloid and interface science in soil and water sustainability............................................................................
Suspended substance and phosphorus discharge via subsurface drains from converted ex-paddy ﬁelds
with clayey soil in a heavy snowfall region............................................................................
Rainwater dynamics on leaves and branches based on raindrop measurements............................................................................
Chemical measures for paddy ﬁelds contaminated with cadmium and arsenic...........................................................................
Metal tolerance of plants naturally growing at mine sites is enhanced by functional root endophytes...........................................................
Miscellaneous
Discussion at the 61th symposium: Soil and water sustainability and colloid and interface phenomena.............................................................................
Abstract of poster session

K. ASADA

Readers’ Column......................................................................

...

57

Announcements................................................................................................

59

Editor’s Postscript................................................................................................

61

Ca NGUYEN THI

Published by

Japanese Society of Soil Physics
Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba
1‐1‐1 Tennodai, Tsukuba, Ibaraki 305‐8572 Japan
http://js‐soilphysics.com/