2020 年度

土壌物理学会大会 講演要旨集
Proceedings of the 2020 Annual Meeting,Japanese Society of Soil Physics
第 62 回 シンポジウム「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」

一般発表（スライドセッション）
2020 年 10 月 31 日（土）オンライン開催（現地本部：農業環境変動研究センター）

主催：

土壌物理学会https://js-soilphysics.com/

第 62 回

土壌物理学会シンポジウムについて
土壌物理学会長 足立 泰久

2020 年度は「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」をテーマに土壌物理学会シンポジウムを開催します。土壌物理学という分野は第 2 次世界大戦後、食糧難を克服するために水田を中心とする農地造成が盛んに行なわれて時代に生まれました。八郎潟干拓など近代的な土地改良に伴い、農地工学が誕生し、さらにその技術的基盤を学術的に普遍化させようという動きの中から土壌物理学ということばが生まれたと考えられます。当時は、食糧難に立ち向かうということは国難に立ち向かうということで大義名分があったと考えられ、その原動力に支えられ土壌物理学も発展したと考えらます。しかし、皮肉なことに農地整備が進むと米が余るようになり、米価を維持し農業収入を保障する視点から生産調整が行われ、折角整備した農地がフルに稼働する必要性は遠のいていました。土壌物理学もあまり生産性の向上ばかりに向かう必要がなくなってしまったのではないかとも考えられます。しかし、最近、逆の動きができてきました。農業政策の新たな中期指針である「食料・農業・農村基本計画」では農産物の輸出額を 2030 年までに年間5 兆円のレベルに押し上げようという目標が掲げられています。その額は酒類をはじめとす
る加工食品、高級果物や牛肉、魚介類、お茶など嗜好品を売るだけでは到達しない額です。
達成にはおいしい日本のお米を現在の何分の 1 かの価格でワールドマーケットにデビューさせるような変革が必要になります。減反をしている場合ではなく多収量米を用い高い生
産効率の営農体系を確立することが求められます。生産の立場に立つとき、現在の農村地
域が持つ豊で優れた自然環境をしっかり認識し、さらに経営規模の拡大や土地の利用率の向上など徹底的にコストを抑えた技術革新、最適化された農業技術の導入とそれを可能にする理想的な生産基盤の整備が求められます。そのような高生産の追求に向かうために必要な土壌物理が今回のテーマとなっています。驚くべきことですが、土壌物理学会が、このような生産性の高い農業の追求する方向を向いたテーマを取り上げるのは実に 23 年ぶりのことです。しかし、今回のテーマは土壌物理学会が設立された元来のテーマであり、そのニーズも大変大きなものがあります。テーマを提案していただきました江口定夫さん、
また、積極的にプログラムの立案に関わっていただきました高橋智紀さんにお礼もうしあげます。
尚、今回のシンポジウムは新型コロナウィールス対策で、当学会としては初のオンライ
ンシンポジウムとなりました。事務局ははじめてのことで、大きな苦労がありました。特にポスターセッションの実施は中々良いアイディアがみつからず苦労しました。この準備には、大会実行委員長の小林政広さんに尽力いただきました。この場をかりてお礼申し上げます。

2020 年度土壌物理学会大会について
土壌物理学会大会実行委員長
土壌物理学会副会長
小林政広
2020 年度土壌物理学会大会にご参加いただきましてありがとうございます。前年に引き続いてのつくばでの大会開催ということで、実行委員会の仕事も 1 回目で経験済みのことをすればよいと考えていましたが、今年度は新型コロナウイルス感染症の影響により大会に向けた準備が一変してしまいました。多くの学会が大会中止を余儀なくされる中、4 月初
めのつくばの事務局会議では、感染症の状況に注視し、オンラインでの開催の情報も集めつ
つ通常の現地開催を想定して大会準備を進めることが話し合われました。その後、感染症が一旦落ち着き、再度拡大する過程で、オンラインのみでの開催へ方針を転換することとなりましたが、なかなか具体的な開催方法の案をまとめることができませんでした。皆様に開催
方法をお伝えする時期がかなり遅くなってしまったことにつきましてお詫び申し上げます。
土壌物理学会の大会では、シンポジウムとともにポスターセッションも重要な内容となっています。学生会員の方の中には、この大会での発表が最初で最後の学会発表という方もおられると思います。形は変わっても、なんとかポスターセッションも開催する、実行委員会長としてその点を大事にしたいと思いました。実行委員ほか多くの皆様の協力を得て、オンラインでのシンポジウム、一般発表スライドセッションの準備を進め、こうして開催日を迎えることができたことに感謝いたします。
2020 年度大会では、シンポジウムテーマを「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」として、5 名の講師の皆様から、生産に携わる側から見た土壌物理の課題、暗渠排水とその機能診断、畑地のクロボク土の面的診断法、水田転換畑のすき床の評
価、貫入抵抗試験の有効性についてご講演いただきます。現場からのニーズに応じた課題の設定、新たな手法を導入して課題を解決するプロセスを考えることは、耕地での生産の問題にとどまらず、環境問題や自然災害への対応にも応用できると期待されます。一般発表スラ
イドセッションには、幅広いタイトルの研究発表が並び、将来のシンポジウムテーマにもつながるものと思います。これまでとは違うオンライン大会においても皆さんに活発に議論していただき、研究の深化、新しい展開につながることを祈念いたします。

2020 年度土壌物理学会大会 プログラム
とき :
ところ:

10 月 31 日（土）オンライン開催（現地本部・農業環境変動研究センター）

9:00 ～ 9:05
9:05 ～ 9:15

開会，進行説明 小林政広 大会実行委員長
趣旨説明 足立泰久 土壌物理学会会長

第 62 回シンポジウム「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」（第１部）
9:15 ～10:00

11:30～11:40

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
望月秀俊 農研機構西日本農業研究センター
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
センシング技術を活用した黒ボク土畑の圃場特性の評価
丹羽勝久 （株）ズコーシャ＜休憩＞

11:40～11:50

土壌物理学会賞（論文賞）表彰式

11:50～12:15

企業スライド発表質問時間（LINC Biz）

12:15～13:00＜昼食休憩＞

13:00～15:00

スライドセッション質疑コアタイム（LINC Biz）
（13:00-14:00 奇数番号、14:00-15:00 偶数番号）

15:00～15:15

ポスター賞投票方法説明＜休憩＞

10:00～10:45
10:45～11:30

第 62 回シンポジウム「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」（第 2 部）

16:45～17:00

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
耕地における土壌特性評価のための貫入抵抗の活用方法
江口定夫 農研機構農業環境変動研究センター＜休憩＞

17:00～17:50

総合討論

15:15～16:00
16:00～16:45

司会

17:50～18:00

閉会挨拶

中野恵子
原口暢朗

農研機構九州沖縄農業研究センター
元 農研機構農村工学研究部門

目次

シンポジウム 「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」
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
2
Farmers’ needs on soil physical diagnoses and measures望月秀俊(農研機構西日本農業研究センター)
暗渠への水の流れの実相とその機能診断法の提案
4
The real picture of subsurface drainage and diagnostic measure for its function
吉田修一郎(東京大学大学院農学生命科学研究科)
センシング技術を活用した黒ボク土畑の圃場特性の評価
6
Evaluation of upland field characteristics in Andosols using sensing technology
丹羽勝久(株式会社ズコーシャ)
生産性向上の立場からみた水田転換畑における「すき床」評価あり方
8
Evaluation of plow sole in upland field converted from paddy field from the pointof view for plant production
高橋智紀(農研機構東北農業研究センター)
耕地における土壌特性評価のため貫入抵抗の活用方法
10
Usage of penetration resistance to evaluate soil physical properties in croplands
江口定夫(農研機構農業環境変動研究センター)

一般発表

P01

ニューラルネットワークによる土壌有機物量推定と土壌構成要素の相関推定
Neural network estimation of the organic matter amount in soils andits correlation to soil components
清広真輝(岡山大学)，森也寸志(岡山大学)，開田行美(岡山大学)

13

P02

サーモ TDR による植物根が土壌の熱特性に与える影響の評価

15

Evaluating effect of plant roots on soil thermal properties withthermo-TDR
小田奈苗(岐阜大学工学部)，小島悠揮(岐阜大学工学部)，川島知之(岐阜大学大学院
自然科学技術研究科)，神谷浩二(岐阜大学工学部)

P03

サーモ TDR を用いた水中および飽和土壌中における ファインバブル濃度測定 17
法の検討
Quantifying fine bubble concentration in water and saturated soil withthermo-TDR
谷川原龍之介(岐阜大学工学部)，小島悠揮(岐阜大学工学部)，関戸遼加(岐阜大学工学部)，濱本昌一郎(東京大学大学院農学生命科学研究科)，神谷浩二(岐阜大学工学
部)

P04

19
冷却・加熱サイクルを利用した土壌中重金属除去法の室内試験による検討
A laboratory test of heavy metal removal using soil cooling andheating cycles
寺田隼大(岐阜大学大学院自然科学技術研究科)，小島悠揮(岐阜大学工学部)，小谷映輔(岐阜大学工学部)，神谷浩二(岐阜大学工学部)

P05

21
射撃場跡地の鉛汚染土壌における粒径別性質の評価
Evaluating soil physical and chemical properties of a leadcontaminated soil at a closed shooting range
社本凜太郎(岐阜大学大学院自然科学技術研究科)，小島悠揮(岐阜大学工学部)，神谷浩二(岐阜大学工学部)

P06

23
再生水の灌漑が土壌中の溶質移動に与える影響
Simulation of Solute Transport in a Sandy Soil Irrigated with Treated
Wastewater
亀山幸司(農研機構 農村工学研究部門)，濵田康治(農研機構 農村工学研究部門)，
宮本輝仁(農研機構 農村工学研究部門)，岩田幸良(農研機構 農村工学研究部門)

P07

25
初期 NO3-N 濃度が凍結過程にある黒ボク土の熱・水分移動に与える影響
Heat and water transport in a freezing soil with different NO3-N
concentration
清本翼(三重大学大学院生物資源学研究科)，渡辺晋生(三重大学大学院生物資源学研
究科)

P08

螺旋状型毛細管粘度計内を流れる高いイオン強度下に凝集している Na モンモ
リロナイト懸濁液の流動静止
Stopping Behavior of flowing suspension of Na-montmorillonite
coagulated under high ionic strength using a spiral capillary
viscometer
Xin Yang(University of Tsukuba)，Yasuhisa Adachi(University of Tsukuba)

27

P09

気孔コンダクタンスを利用した土壌水分過不足による作物の水ストレスの評価
Evaluation of crop water stress using stomatal conductance under soil
water deficit and excess condition29

坂口敦(山口大学)，岩谷潔(山口大学)，荒木英樹(山口大学)，高橋肇(山口大学)

P10

電力なしで冬の樹木根域を加温する技術の開発
Development of technology to warm root zone in winter without
electricity31

伴田千紘(石川県立大学)，百瀬年彦(石川県立大学)

P11

33
異なる温度・水分条件下で培養した泥炭土からの温室効果ガス排出量
GHG emission from peat soil under different temperature and watercontent
奥田涼太(国立研究開発法人土木研究所寒地土木研究所)，長竹新(国立研究開発法人
土木研究所寒地土木研究所)，清水真理子(国立研究開発法人土木研究所寒地土木研究所)，横川仁伸(国立研究開発法人土木研究所寒地土木研究所)

P12

35
水分移動をともなう土中の有機態窒素の無機化と微生物活性
Organic decomposition and microbial activity in Andisol under
infiltration
岡田華保(三重大学大学院生物資源学研究科)，渡辺晋生(三重大学大学院生物資源学
研究科)

P13

37
水田転換畑における 24 時間容水量と水分特性曲線の関係
Relationship between soil water content after 24 hours from therainfall event and soil water characteristic curve at converted paddyfield
岩田幸良(農研機構農村工学研究部門)，宮本輝仁(農研機構農村工学研究部門)，亀山幸司(農研機構農村工学研究部門)

P14

膨張性ポリウレタン発泡剤を用いた石礫を含む土壌採取法の検討 -カルスト地
形における COSMOS の広域土壌水分量の評価Soil Sampling Method of Rocky Soils with Expandable Polyurethane Foam
-Evaluation of Soil Moisture using COSMOS in a Karst Region-39

原菜月(佐賀大学農学部)，五藤慎仁(佐賀大学農学部)，徳本家康(佐賀大学農学部)

P15

圃場全面における表層土壌の粒径組成のばらつきと土壌硬度分布の関係
Relationships between variation in particle size composition of
surface soil and soil hardness distribution over the fields
江波戸宗大(農研機構 中央農業研究センター)

41

P16

水田に施肥した米ぬかの水稲移植前の無機化について

43

Mineralization of rice bran in paddy fields before transplanting
永源奨(三重大学大学院生物資源学研究科)，Mchuno Peter Alfred(三重大学大学院
生物資源学研究科)，下村案未(三重大学大学院生物資源学研究科)，関谷信人(三重大学大学院生物資源学研究科)，渡辺晋生(三重大学大学院生物資源学研究科)

P17

トウモロコシ圃場における ICT 機器を用いた栽培管理に関する研究

45

The research about ICT management of maize cultivation
近藤紘嗣(東京大学大学院農学生命科学研究科)，溝口勝(東京大学大学院農学生命科
学研究科)，杉野弘明(東京大学大学院農学生命科学研究科)

P18

分光光度法を使用した溶存有機物（DOM）の影響下でのドデシルベンゼンスル
47
ホン酸（DBS）の正確な測定
Precise Estimation of Dodecylbenzenesulfonate (DBS) Under the
Influence of Dissolved Organic Matter (DOM) Using UV- Spectrometry
Imam Hossain(Graduate School of Agriculture, Hokkaido University)，Munehide
Ishiguro(Research Faculty of Agriculture, Hokkaido University)

P1949
無肥料無農薬での水田における中耕除草の研究
Study of inter-tillage weeding in paddy field without agriculturalchemical and fertilizer
Z. ZHOU(Soil Conservation Lab., Hokkaido University)，M. ISHIGURO(SoilConservation Lab., Hokkaido University)，J. KASHIWAGI(Soil Conservation
Lab., Hokkaido University)，H. ISHIZUKA(Soil Conservation Lab., Hokkaido
University)，T. FUJII(Soil Conservation Lab., Hokkaido University)，K,
FUJITA(Soil Conservation Lab., Hokkaido University)

P20

蒸発法による土壌クラスト層の不飽和水分移動特性の推定
Estimating Unsaturated Hydraulic Conductivity of a Crust Layer using
the Evaporation Method51

坂井勝(三重大学大学院生物資源学研究科)，今井翔馬(三重大学生物資源学部)

P21

53
土壌有機物が非平衡条件下の速い放射性セシウムの移動に与える影響
Effects of Soil Organic Matter on Rapid Transport of Radioactive
Cesium in soil under non-equilibrium condition
辰野宇大(福島大学)，濱本昌一郎(東京大学)，二瓶直登(福島大学)，西村拓(東京大
学)

P22

土壌を極板とする平行板コンデンサーの静電容量と水分量の関係
Relationship between capacitance of soil-plate capacitor and watercontent55

深田耕太郎(島根大学学術研究院)

P23

局所耕うん法の密集根群を介した土壌水分移動の解析
Analysis of soil water flow through high density roots
tillage method

57
for the shaft

田崎小春(佐賀大学農学部)，徳本家康(佐賀大学農学部)

P2459
棚田における有機物目詰まりによるガス発生と耕盤形成不全の可能性
Organic matter clogging causes methane gas emission and hard pan
failure at rice terraces
森也寸志(岡山大学大学院環境生命科学研究科)，橿真由香(岡山大学大学院環境生命科学研究科)，黒住知代(岡山大学大学院環境生命科学研究科)，

P25

DNDC-Rice モデルの水分移動計算の検証と課題

61

Analysis and challenge for predicting water flow of DNDC-Rice model
松尾正菜(佐賀大学農学部)，徳本家康(佐賀大学農学部)，麓多門(農研機構農業環境
変動研究センター)，片柳薫子(農研機構農業環境変動研究センター)

P26

63
土壌溶液の EC によるイオン濃度推定精度の検討
Examining Estimation Accuracy of Ion Concentration in Soil Solution
from EC
砂川優樹(明治大学大学院)，藤田理子(福島県庁)，伊東雄樹(Agricultural
Research Organization, Israel)，青木伸輔(The Volcani Center, Israel)，登尾浩助(明治大学農学部)

企業スライド発表

とき:10 月 31 日（土）ところ: オンライン開催
企業スライド発表質問時間（LINC Biz）

１．

太陽計器株式会社

２．

クリマテック株式会社

11:50～12:15

第 62 回シンポジウム「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」

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
Farmers’ needs on soil physical diagnoses and measures望月秀俊

農研機構西日本農業研究センター
要旨
本稿では，入手可能な資料や論文等から，生産者等の土壌物理性に関する研究ニーズを抽出し，とりまとめた。その結果，土壌物理性の中でも排水に関連する研究ニーズが最も多かった。具体的には，排水性の診断法の策定や診断基準の設定，排水対策技術や農作業機械の開発，排水不良
圃場での栽培法の確立や耐湿性の品種育成など多岐に及んだ。これらのニーズは，日本全国から，
水稲・麦類・大豆・野菜・果樹・茶・花き・飼料作と多様な作目について，挙げられていた。
キーワード：土壌物理性・診断・対策・排水・生産者
Key words: Soil physical property, Diagnosis, Measure, Drainage, Farmer
１．はじめに(1)西日本の農業2018 年度からコメの生産数量目標が廃止さ

西日本では，近畿地方西部から中国地方の中

れ，地形的要因等から，飼料稲や飼料米といっ央部を中国山地が横断し，筑紫山地へと繋がる。

た水田を維持し続ける農業経営がある一方で，また，紀伊山地と四国山地，九州山地が南部を野菜等を導入する大規模な畑転換（または，輪横断しており，全体として山地が多い。平野は，作）に舵を切る農業経営も増えている。この動大河川の河口部に広がるが，地域全体の面積にきは，これまでの「水を貯める」農業から「水占める割合は小さい。
気候的には，①日本海側気候，②瀬戸内式気を捌（は）く」農業への抜本的な方向転換と捉候，③太平洋岸気候の 3 つに大きく区分されえることができる。
この方向転換によって，生産者や行政等からる。加えて，山間地域では高地性の気候や盆地の研究へのニーズも大きな方向転換が促され性の気候を示す地域も存在し，沖縄県は南西諸る。そこで本報では，入手可能な現場ニーズ（生島気候を示す。

産者や公設試等）の中から土壌物理性の診断と地形・気候ともに多様な西日本では，その土対策等に関するニーズを抽出し，とりまとめる

地に見合った多様な農業が営まれている。近ことを目的とした。

畿・中国・四国地方の耕地面積の 3/4 は水田（畦
畔を含む）であり，残りの 1/4 が畑（普通畑・樹園地・牧草地）である。九州地方では，3/5 が２．西日本におけるニーズ

水田であり，2/5 が畑である。（農研機構近中望月ら(2019)に従って，本報でも，近畿・中四農研(2013)，九州農政局(2018)）。

国・四国地方と九州地方を合わせて，「西日本」とした。以下に示す要因によって，西日本にお中国地方の水田は，傾斜度が 1/100 未満の平いては，北海道・東北・関東地域のような東日坦地に位置する面積割合が全国平均（44%）に本で広く行われている，平坦地・大区画の大規対して極めて小さい。加えて，30a 程度以上の模農業からとは異なるニーズが抽出されると基盤整備済みの圃場は，都府県平均よりも,近予測された。

畿・中国・四国・九州のいずれの地域も低く，不整形で狭小な生産条件の不利な水田が多い

2

器開発，土壌（圃場）管理技術の開発，土壌中（農研機構近中四農研(2013)）。
(2)農研機構アドバイザリーボードの水移動に基づいた生育メカニズムの解明，耐農研機構では、地域センター毎に地域内の先湿性品種の育成が挙げられた。これらのニーズ

進的生産者や実需者・行政部門等からアドバイ

は，西日本に限らず日本全国から挙げられていザーを選任し，現場ニーズを聞き取る「アドバた。対象作目も，水稲・麦類・大豆・トウモロ

イザリーボード」を開催している。

コシ（子実用・飼料用）
・イモ類・野菜・果樹・
茶・花き・飼料作と多岐に亘っていた。

農研機構西日本農研アドバイザリーボード（平成 28 年度畜産、平成 29 年度野菜および(2) 商業誌

水田作）で収集したニーズのうち，土壌物理性

他分野の商業誌の中にも，土壌物理性に関すの診断と対策等に関するニーズを抽出した。

るニーズが見いだされることがある。著者は，当該資料からは，暗渠未整備等の排水不良圃

「農業と科学」において，瀧(2020)が，土壌肥場における草地整備法（特に，排水対策技術）

料学分野の論文の中で，明確に土壌物理性の診や排水対策技術の導入を可能にする小型農作断と診断基準の設定の必要性を主張している業機械の開発，省力的な排水対策技術の開発，ことを認めた。

水稲作から麦類作への切り替え時の排水対策(3) 食料・農業・農村基本計画

技術，暗渠管の清掃法，安価な地下水位制御技

農林水産省は 5 年ごとに，今後の農業行政の方向性と目標，目標達成のために解決が必要な術の開発等が挙げられた。

農業現場の課題を公表している。今般，公表された食料・農業・農村基本計画（農林水産省

３．全国のニーズ(1) 技術課題ポスト(2020)）では，転換作物と位置付けられる麦農林水産省は，同省の Web サイトに「技術類・大豆・ソバ作において，一層の排水対策を

課題ポスト」を設置し，生産現場からの新たな進める必要があることが明文化されている。

技術課題や国で研究を進めるべき課題に関す
４．おわりにる提案を集め，その結果のとりまとめを概要としてとりまとめ，公表している。（農林水産省

本稿では，入手可能な資料から，生産者等の「現場ニーズに対応した研究開発の推進」：

土壌物理性に関する研究ニーズを抽出し，とりまとめた。その結果，土壌物理性の中でも排水http://www.maff.go.jp/j/kanbo/kihyo03/gityo/g_に関連する研究ニーズが最も多かった。これら

needs/index.html）
本件については，公設試からの提案が大半をのニーズは，日本全国から，水稲・麦類・大豆・占めるが，生産者と密接に連携する普及員等と野菜・果樹・茶・花き・飼料作と多様な作目につながりの深い公設試からの提案は，行政的ニついて，挙げられていた。

ーズを一定の割合で含むものの，生産者のニー

参考文献等：九州農政局(2018) 見たい！知りたい！九州農業

ズを強く反映していると考えられる。また，先2018，農林水産省(2016) 平成 27 年度現場ニーズとりまとめ
表（平成 28 年 2 月）
，農林水産省(2017) 平成 28 年度現場ニ進的な生産者からの提案も確認できる。

ーズとりまとめ表（平成 29 年 3 月）
，農林水産省(2019) 平成

本資料についても，土壌物理性に関するニー

29 年度現場ニーズとりまとめ表（平成 31 年 1 月）
，農林水産

ズでは，排水に関するニーズが最も多かった。

省(2019) 平成 30 年度現場ニーズとりまとめ表（平成 31 年 1月），農林水産省(2020) 令和元年度現場ニーズとりまとめ表

具体的には，灌漑・排水技術（FOEAS や OPSIS（令和 2 年 1 月）
，農林水産省(2020) 食料・農業・農村基本の使用法を含む）や排水性評価手法，土壌物理

計画，農研機構近中四農研(2013) 図説近畿中国四国地域農業性の評価手法・改善法・モニタリング法・測定について、農業と科学, 722, 8-14

2012 年版，瀧勝俊(2020) 愛知県における土壌データの活用

3

暗渠への水の流れの実相とその機能診断法の提案
The real picture of subsurface drainage and diagnostic measure for its function
吉田修一郎 (Yoshida Shuichiro)
東京大学大学院農学生命科学研究科
要 旨
水田の暗渠の排水特性については、施工のための理論は確立している。しかし、施工後年数の経過した暗渠の排水挙動の実相は未解明で、機能診断法も確立されていない。そこで、吸水渠に向かう排水経路上の水頭分布から、排水挙動の実態を解析する手法を考案した。
キーワード 圃場排水、暗渠、機能診断、水頭分布、通水抵抗
keywords Field drainage, Subsurface drainage, Function diagnosis, Hydraulic head distribution, Flow
resistance
後年数が経過した暗渠では、作付け履歴や圃場

１．はじめに耕盤による浸透抑制が機能している水田や、の管理により、地表から暗渠に向かう経路の通粘質土圃場の排水不良は、「地下水位」が高い

水性は、施工直後とは大きく異なるのが普通でことによるものではなく、作土の過剰な水分がある。特に、疎水材上部の縮小・沈下・劣化や効率よく排水されないことが原因であること

吸水渠周囲の疎水材の目詰まりが暗渠の排水が多い。この点を重視し、我が国の水田の暗渠能力に影響を及ぼすことが複数の研究によりは、欧米とは異なり、作土直下まで疎水材を充確認されているが、これらを考慮しうる暗渠排填するとともに、深さ 1m 以内への浅い施工が水の理論的な研究は進んでいない。
本稿では、降雨が地表面から地中に浸入し、標準となっている。
水田の暗渠排水では、下層土は、ほぼ不透水

暗渠の出口から排水されるまでの一連の経路とみなされ、作土の水平方向の流れと、疎水材

上での圧力水頭や全水頭の分布の実相を提示

での鉛直降下流の組み合わせにより、排水が行し、現実の地下排水システムが、どのような水われることが想定される。この時、本暗渠の疎理特性の下で機能しているのかを紹介する。

水材内や補助暗渠内には水位は形成されない
２．全水頭分布による通水阻害箇所の特定ことを仮定し、暗渠部の圧力水頭をゼロとする
境界条件が設計においては多く用いられてき排水路の水位上昇の影響を考慮しつつ、吸水

た（e.g. 荻野・村島,1985）。その後、吸水渠部

渠直上部分の全水頭分布の経時変化から通水を浸出境界とする数値解析なども行われては阻害箇所の特定を試みた。圧力水頭は、水位計

いるが、疎水材部分の水理特性と絡めた研究は

もしくはテンシオメータで測定した。通水阻害

行われていない、箇所は、①疎水材へ浸入する前の区間、②疎水

近年、施工からの年数が経過し、排水機能が材上部、③吸水渠に浸入する部分に分けられ、低下した暗渠は増加傾向にあり、機能診断方法

それぞれ、暗渠排水時の全水頭分布は次のようやその科学的な裏付けが求められている。施工な特徴を示した。①疎水材層上部には正圧が発4生していないにも関わらず、その上部の観測点測定（Nishida et al. 2020）では、rh min のレンジ

で正圧となっている。②疎水材層上部に正圧がは、1～12 h、rf min のレンジは、16～110 h、revmin

発生し、疎水材に 1 を超える全水頭勾配が生じのレンジは、17～125 h であった。rf を求めるている。③暗渠からの排水量が大幅に減少した

ための疎水材上端の水頭を,耕盤内ではなく疎後、疎水材下端で長期にわたり 10cmH2O 以上

水材内で計測した別の圃場の例では、rf min のレの圧力水頭(水位)が維持される。

ンジは、1～40 h であった。rev を求めるためには、吸水渠内の水圧の実測値があることが理想

３．暗渠各部の通水抵抗であるが、現実的には難しいため、管内が満水

吸水渠を経由して排水される水の通水経路

状態の時には、流量と配管の緒言や排水路水位を、図のように一次元的にとらえ、各区間の通から計算で求める必要がある。管内が満水でな

水抵抗による排水機能の定量化を試みた。

いときは、疎水材下端の圧力水頭を ΔHev とす(1) 作土―疎水材間の通水抵抗ることができる。もみがらと比べると、砕石を

rh=ΔHh / Q

疎水材とした暗渠では ΔHev は 0 に近く、rev min(2) 疎水材内の通水抵抗

は、5 h 以下と見積もられた。

rf =ΔHf / Q(3) 吸水渠への浸入抵抗

４．暗渠の診断方法の提案
調査は、次の順序ですべきである。

rev=(ΔHev) /Q(1) 暗渠排水量の計測による判別
2～3mm h-1 以上あれば圃場全体では排水機能を果たしていると評価する。
(2) 暗渠直上部での全水頭分布の測定
分布形状と通水抵抗により通水経路上の通水阻害箇所を特定する。局所的な不良の場合はその場所、排水量が小さい場合は、複数点での測定が必要である。
(3) 断面調査
図rf や rev が相対的に大きい場合には、各点

暗渠排水経路上の通水抵抗と全水頭での疎水材の状態や渠溝幅、疎水材上端深通水抵抗は、通水部分が完全に飽和していさなどをオーガーによる試料採取や断面るかどうかにより変化する。rh は、地表や作掘削により調べる

土内が滞水状態にあるときは小さな値をとる
が、滞水が消失するにつれて増加する。rf は、

参考文献

疎水材層内が正圧のときは、一定の値となる。

荻野芳彦・村島和男,暗渠排水計画の理論的検

しかし、水位が低下すると、疎水材内の水分

討, 農業土木学会論文集, 119,1-6, 1985.

が急減するため、rf は増加する。

Nishida, K., Harashima, T., Yoshida, S., Ohno, S.,

このように、各部分の通水抵抗は、排水が進Water flow resistance along the pathway from the

むにつれ、水分が減少し増加する傾向があるた

plow layer to the drainage canal vis subsurface

め、通水抵抗の最小値(添え字 min で表す)が、drainage in a paddy field, Agricultural Water

通水能力の診断には適している。補助暗渠が施Management , 242, 106391, 2020.

工された粘土質転換畑（モミガラ疎水材）での5

センシング技術を活用した黒ボク土畑の圃場特性の評価
Evaluation of upland field characteristics in Andosols using sensing technology
丹羽 勝久
株式会社ズコーシャ
要旨
北海道十勝地域の黒ボク土畑の土壌腐植含量は窒素肥沃度を相対的に反映するので，センシング
により作成した表層の土壌腐植含量(窒素肥沃度)マップは窒素可変施肥に実利用されている。しかし，表層の土壌腐植含量マップと多雨年の作物生育マップとの関係を検討した結果，一部に負の相関関係を持つ圃場が見られた。黒ボク土では表層の土壌腐植含量は土壌の乾湿も反映することから，負の相関の圃場の作物生育は窒素肥沃度よりも排水不良に影響を受けていると考えられた。
キーワード：熱水抽出性窒素 排水不良 リモートセンシング 土壌腐植含量
Key words: hot-water extractable nitrogen, poor drainage, remote sensing, soil humus content
1.はじめに

140
褐色低地土圃場： R2 = 0.63
黒ボク土圃場1： R2 = 0.90
黒ボク土圃場2： R2 = 0.71
黒ボク土圃場3: R2 = 0.92

黒ボク土の土壌腐植含量は微地形等により120

熱水抽出性窒素(mg kg-1)

大きく変異し，一筆圃場の中でも大きなばらつきを持つ。また，既往の研究では表層の土壌腐植含量は可視域の反射と高い負の相関関係があり，光学センサを利用したリモートセンシン
グ技術により，簡易に面的評価を行うことが可能である(畠中ら，1989)。ここでは，北海道十

100
80
60

褐色低地土圃場
黒ボク土圃場140

黒ボク土圃場2
黒ボク土圃場320

勝地域を対象とし，センシング技術から把握し0た土壌腐植含量に基づいて，黒ボク土の圃場特

50
100
150
表層の土壌腐植含量(g kg-1)200

図 1 様々な圃場の表層の土壌腐植含量と熱水
抽出性窒素の関係(丹羽ら，2016)

性を評価した事例を紹介する。
２．土壌腐植含量から推定可能な項目

３．窒素肥沃度に基づく可変施肥

十勝地域の黒ボク土地帯で，丹羽ら(2004)

土壌腐植含量が圃場の熱水抽出性窒素を相は表層の土壌腐植含量と土壌タイプの関係を対評価する点に着目した可変施肥システムが検討した結果，表層の土壌腐植含量の多い地点

十勝地域で導入されつつある(丹羽ら，2016)。

ほど土壌は湿性のタイプとなり，表層の土壌腐概要は下記の通りである。

植含量が 150 g kg-1 以上の全ての調査地点で多湿黒ボク土が出現することを確認した。また，
表層の土壌腐植含量は，北海道で畑作物の窒素①ドローンで表層土壌を撮影し，その可視デー
タと数点の実測値の関係に基づいて熱水抽出性窒素推定値マップを作成する。

施肥対応に活用されている熱水抽出性窒素と，②「北海道施肥ガイド 2015(北海道農政部，

圃場単位で見た場合に高い正の相関関係が見2015)」に示されているテンサイやバレイショ

られた(図 1，丹羽ら，2016)。したがって，黒における熱水抽出性窒素の窒素施肥対応方法

ボク土の表層の土壌腐植含量は，相対的に圃場

等を参考に熱水抽出性窒素推定値マップを窒の乾湿と共に窒素肥沃度を示すと考えられる。

6

素可変施肥マップに変換する。

で湿害が発生した。線形回帰の結果，1%水準③窒素可変施肥マップと GPS から現在地の施で正の相関関係を示した圃場はテンサイで 20

肥量を読み取り，施肥機に施肥量を自動送信す圃場(34.5%)，バレイショで 31 圃場(47.7%)でることができるアプリ(自社開発)と，可変施肥あり，それらの圃場では窒素可変施肥が有効と対応型の施肥機を組み合わせることで，自動的考えられた。それに対して，テンサイで全体のに可変施肥を実施する。

24.1%に該当する 14 圃場，バレイショでは全2015 年にテンサイ作付圃場 3 圃場を対象と体の 15.4%に該当する 10 圃場で 1%水準の有

し，これまで通りの施肥を行う試験区，上述の意な負の相関関係が見られた。表層の腐植含量

可変施肥を行う試験区を数 ha 単位で設け，窒が多い区域ほど土壌タイプが湿性条件を示す

素施肥量や糖量を比較した結果，可変施肥区でこと，解析年が湿害が発生するほどの多雨であは平均 25%の窒素施肥量の削減を達成した上ったことを考慮すると，負の相関関係が見られに，糖量が平均 9%増加した。

た圃場の作物生育は，高腐植区域で局所的に排水不良の影響を受けていると考えられた。

４．表層の土壌腐植含量と作物生育に基づく黒ボク土地帯の圃場特性の把握

５．おわりに(1)窒素可変施肥の有効な圃場の特性

光学センサによる表層土壌のセンシングは先に述べたように黒ボク土における表層の表層土の色のばらつきを評価するに過ぎない。

土壌腐植含量(熱水抽出性窒素)が高い区域にその色の違いが相対的に示す意味を把握して，は，湿性条件の土壌が出現する。そのため，作初めて営農現場への利活用が可能になる。特に物生育に排水不良の影響の大きい圃場では，窒基盤整備に関連した排水の良否等，センシング

素可変施肥は必ずしも効果的な対策とは言え技術を活用した土壌物理性の把握は，今後ますない。丹羽ら(2018)が窒素可変施肥により増収ますニーズが高まると考えられ，土壌物理学のした圃場を対象として，その特性を検討した結貢献が究めて重要になると考えられる。

果，センシングにより作成した熱水抽出性窒素

謝辞

推定値と作物生育マップには正の相関関係が系特定産業技術研究支援センターが実施する「攻めの農林水認められることを示した。

産業の実現に向けた革新的技術緊急展開事業（うち産学の英本発表の一部は農業・食品産業技術総合研究機構生物

以上のことから，窒素可変施肥を導入する際知を結集した革新的な技術体系の確立）」「革新的技術開発・には，予め，土壌腐植含量と作物生育が正の相

緊急展開事業（うち経営体強化プロジェクト）」，内閣府 戦略

関関係を持つことの確認が重要である。

的イノベーション創造プログラム（SIP）「スマートフードチ(2)黒ボク土地帯の圃場特性の把握

ェーン」（管理法人農研機構生研支援センター）で取り組んだ.

前節までの成果を踏まえ，北海道十勝地域の参考文献

黒ボク土地帯の 123 圃場を対象として可変施

畠中哲哉ら 1989. 土肥誌, 60, 426-431.

肥が効果的な圃場か否かの判定を試みた(丹羽北 海 道 農 政 部 2015. 北 海 道 施 肥 ガ イ ド 2015,

ら，投稿中)。具体的には表層土壌が写る 2016

http://www.pref.hokkaido.lg.jp/ns/shs/clean/sehiguide2015

年 4 月の衛星画像から表層の土壌腐植含量を，.htm

2016 年 7 月の衛星画像からテンサイおよびバ

丹羽勝久ら 2004. 土肥誌, 75, 69-78.

レイショの生育を正規化植生指数から推定し，

丹羽勝久ら 2016. 農業農村工学会誌, 84(9), 749-752.

両者の関係を線形回帰により検討した。なお，

丹羽勝久ら 2018. 土肥誌，89，544-551．

解析を行った 2016 年は多雨年で 7 月には一部

丹羽勝久ら(投稿中)7

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
Evaluation of plow sole in upland field converted from paddy field from the pointof view for plant production
高橋智紀 1
1 農研機構東北農業研究センター

要旨(Abstract)：
水田転換畑では圃場の大区画化・大規模化およびトラクターの大型化が急速にすすみ、必要に応じて営農的な排水対策を行いたいというニーズが徐々に増えている。これを行うには事前の圃場診断は不可欠である。広域の土壌物理性診断として、収量ギャップの解析が持つ可能性を紹介し、大規模生産者を想定した「すき床」部分の簡易な診断技術について考察する。
キーワード：転換畑、収量ギャップ、生育モデル、センシング、土壌診断
Key words: Converted upland, Yield gap, Crop growth modeling, Sensing, Soil test
1.はじめにが異なると、開花期のような重要なステージに

現在、わが国の水田作では圃場の大区画化・おける気象条件が変わり、甚大な被害を受ける

大規模化およびトラクターの大型化が急速に圃場がある一方、圃場条件が悪いにも関わらず進んでいる。特に転作畑は生産組織に委託され被害が軽微な場所もある、ということがしばしるケースが多く、大規模に水田転作を請け負うば見られる。この場合、「今年は湿害年、今年

法人は多数存在する。このような背景から、必は播種遅れ」といった後付けの解釈に終始し、要に応じ営農的な排水対策等を行いたいといほとんどのケースで次年度に向けた適切な対うニーズが徐々に増えている。

策が打てない。
(2)収量ギャップの解析

多圃場の中から対策技術を施す圃場を選定するためには、事前の圃場診断は不可欠である

収量ギャップの解析によって、簡便に圃場と（高橋ら, 2020）。しかし私たちはこうしたニ収量を関連付け、圃場が原因で低収となる地ーズに応える診断技術を持っているだろうか。

点・地域は特定することができる。収量ギャッ

ここでは、近年提唱されている「データ駆動型

プの解析は実際の収量と達成しうる収量の差農業」を活用することを視野に入れ、土壌物理を解析する手法である。達成しうる収量はその性の広域的評価と「すき床」の簡易な診断手法

地域の最大の収量や作物生育モデルから求めについて現在の取り組みを紹介する。

る（Lobell, 2013）。収量コンバインや 1km メッシュ農業気象情報、NDVI のセンシングを使

２．生産性向上のための圃場の水分環境の広域

えば、このようなデータをとることは容易であ的な評価る。収量ギャップが生じる原因は土壌の質、生(1)生産性に関する土壌物理性の評価の難しさ

産者の技術、病虫害等に由来することが多い。

土壌の物理性を診断する際の困難の１つは、収量ギャップ解析のために開発された手法（複湿害や乾燥害のようなストレスは土壌と気象

数年次の収量を平均化する等, Lobell [2013]）の相互作用として現れるため、収量との結びつを用いれば、これらのうち、圃場に由来する収けが難しい点である。例えばダイズの播種時期

量ギャップを見積もり、ギャップの大きな圃場

8

や地域を特定することも可能である。

必要であること、等の欠点がある。土壌調査で(3)兵庫県たつの市の事例得られる豊富な情報を効率的、かつ経験的な技

演者らの研究グループは兵庫県たつの市に能が要らない方法で収集する技術が望まれる。
(2)簡易広域評価の可能性

おいて、広域に散らばる異なる管理履歴を持つ
圃場（n=12）の土壌物理性の診断結果を、生

現在、下層の診断に最も多く用いられ、ビッ

育診断および収量解析と関連付けた。この地域

グデータとなる可能性が高いものは貫入抵抗のダイズの播種期間は 7/7～8/2 と長く、生育値である。江波戸は 1ha 規模の圃場においてステージと気象条件との関係は各圃場で異な深さ 60cm までの貫入抵抗値をメッシュ状にる。このため、収量データだけから圃場の優劣

取得し、下層土の３次元地図を作成することをを評価することは難しかった。ドローンによる試みた（高橋, 2020）。さらに作成された地図

植被率のセンシング、地域の気象データ（1kmからすき床の直上に相当する深さ 12cm の土

メッシュ農業気象情報）および播種日等の営農壌硬度等高線を作図し、コムギの収量の空間変情報を組み合わせた収量ギャップの解析を行動との関係性を明らかにしている。以上の結果ったところ、生育初期には湿害が、植被が飽和

は貫入硬度計が上述した土壌診断の欠点を補した後には乾燥害が低収要因となることが推完または代替し得るツールであることを示し察され、それぞれ該当圃場が特定された。

ている。

３．すき床の調査の重要性

４．土壌の貫入抵抗は断面調査を代替できるか

収量ギャップの解析から、土壌因子が低収要

土壌の貫入抵抗値から推察できることは“ど因となりうる圃場が特定された場合、次のステの程度”限られているのだろうか。土壌硬度とップとして、これらの圃場や地域に対して適切

土壌の緻密度は厳密には異なり、土壌の緻密度な対策技術を処方し、実行する必要がある。こと透水性・通気性の間にも 1:1 の関係はない。

の段階ではローカルな圃場診断が必要になる

例えば東北地域日本海側に広がる水田にはすと思われる。

き床部分に明確な土壌硬度のピークを持たな(1)土壌断面調査からわかること

いものが散見されるが、このような土壌でもす

土壌断面調査は、物理性改善のための圃場診

き床部の透水性は問題となる。古くから土壌硬断技術として最も有効なものである。特に作土度と緻密度の関係は様々であることは知られ、の厚さ、すき床およびその上下の層の水環境履類型化が試みられてきた（寺沢, 1970）。土壌

歴、硬盤の土壌硬度、下層土における土壌構造

硬度とその他の土壌特性値を関連付けるための発達程度、有効土層の厚さといった情報は圃

には乾燥の履歴や土壌構造の発達がカギとな

場の排水性や乾燥ストレスのリスクを評価す

ることは容易に想像できる。今後は土壌硬度デる上で有益な情報を与えてくれる。近年では、ータに加え、このような付随的な農業情報を組

e 土壌図 II（https://soil-inventory.dc.affrc.go.

み合わせ、難透水層や有効土層を可能な限り定jp/eSoilMap.html）
や空中写真閲覧サービス（h

量的に評価するような技術が必要に思われる。

ttps://mapps.gsi.go.jp/maplibSearch.do#1）等

参考文献等が整備され、代表的な調査地点の選定や歴史的Lobell (2013): Field Crops Res., 143, 56-64.

な経緯の考察に活用できる。

高橋・中川・望月・足立・中野・江波戸・熊谷(2020):土肥誌,

しかし断面調査は非常に手間がかかること、

91, 172-177.

空間的な変動が分からないこと、特別な技能が寺沢(1970):農土論集,33,1-8.

9耕地における土壌特性評価のための貫入抵抗の活用方法
Usage of penetration resistance to evaluate soil physical properties in croplands
江口 定夫
農研機構農業環境変動研究センター

要旨（Abstract）
本稿では、地表面から鉛直下方へのコーン貫入抵抗（VPR）の農地土壌における活用方法や課題に注目し、VPR の面的分布は基本的に土壌断面調査で得られる点の知見を面に広げるツールであること、根の生育を対象とした土壌診断では非制限水分域（LLWR）や積分水分容量（IWC）
等、有効水分量や通気性も考慮した評価手法の中に VPR を位置づけるべきことを指摘した。
キーワード：土壌硬度，根の生育，土壌構造，非制限水分域（LLWR），積分水分容量（IWC）
Key words: soil hardness (SH), root growth, soil structure, Least Limiting Water Range (LLWR), Integral
Water Capacity (IWC)
本発表では、農地土壌における PR について

１．はじめに
農地土壌の物理的性質（以下、物理性）の評

従来の知見を簡単に整理すると共に、営農現場

価では、①作物根の生育（伸長、吸水、呼吸への適用・普及を考えたときの PR の活用方法

等）、②人や機械の作業性（地耐力、砕土性や課題等について検討したい。

等）及び③環境負荷物質輸送媒体としての特性（根域外の不飽和帯～帯水層の水理学的性質

２．土壌硬度 SH と鉛直下方への貫入抵抗 VPR等）が主な対象となる。中でも①は最も重要で土壌中へのコーン貫入過程では、頂点周辺土あり、これまで、非制限水分域（Non-Limiting

壌の圧縮と底面周辺の剪断（shear）によって土Water Range, NLWR または Least Limiting Water

壌体積の減少と変形が生じ、このときの変形応

Range, LLWR）1)や積分水分容量（Integral Water

力（deforming stress）が PR 値に反映される。鉛

Capacity, IWC）2)が提案され、これらの値は、直土壌断面に対して垂直にコーン（例：標準型

土壌の水分含量（有効性、通気性）とその変数

山中式硬度計、頂角 12°、底面直径 18 mm、荷である貫入抵抗（PR）が決定する（IWC は透水

重 8 kg でバネ 40 mm 縮む）を静的に水平挿入

性も考慮）。PR は現場測定が比較的容易で圃場したときの PR は土壌硬度（soil hardness, SH）

内の多地点・深度別に測定できるため、層位別と呼ばれ、緻密度（compactness）の指標としての物理性を変数とする pedotransfer function を作用いられる。SH 値は、土壌の巨視的構造や層成 3)することで、各変数の空間変動性の評価・

位の特徴づけに有用であり、試坑側の大気開放

理解等への活用も可能と思われる。しかし PR

面からの土圧の影響を受けない。これに対しては、土壌の様々な物理性との相関が高く、値の地表面からコーン（例：デジタル貫入式土壌硬大小や空間的分布の原因、根の生育に対する意

度計、頂角 30°、底面直径 16 or 28 mm）を鉛直

味等を、普遍的な手法・理論等で説明・理解す

下方へ静的に挿入したときの PR（VPR）は、コ

るのは難しい。また PR に対する根生育の感受ーン周囲から土圧の影響を受け、コーンサイ

性は作物によって大きく異なり、土壌診断に活ズ・形状も SH とは異なるため、同じ層位なら用する上では問題や課題も多いと思われる。

ば一般に SH より値が大きい。VPR は、動的コ

10ーン貫入試験（ある一定の高さから一定重量の制限となっている土層も、現地土壌断面の根密ハンマーを落下させたときの PR）によっても度等の観察を通してしか推定できない。根域以測定され 4)、静的コーン貫入試験に比べて、よ

深の難透水層上には飽和帯が形成され易く、排り硬い層や深い層に適用できる。

水不良の原因となるが、地下水位への感受性は作物によって大きく異なり、また、少雨期には貴重な水分供給源ともなる。不均一性は土壌の３．現地圃場への適用に向けて
VPR は、土性やかさ密度（bulk density）の変本質であり、根は緻密な土壌構造の中ではな化を伴う層界を面的に同定するには適している

く、外側の亀裂面に沿って伸長し、構造中にはが、三次元的に得られるデータの意味を解釈す

細根だけが伸長して、通気性、透水性、養分供る上で、点での土壌断面観察と SH 測定は欠か

給を効率よく行っている場合がある。作物の生せない。例えば、VPR は一般に砂礫層で大きく育不良が生じた場所と良好な場所での土壌断面

粘土層（湿潤状態）で小さいが、透水性は逆にの比較は必須であり、VPR 値は点で得られた知砂礫層で高く粘土層で低い 5)。また、土壌構造

見を面的に広げるツールとみなせる。検土杖やが水平方向の板状構造や鉛直方向の柱状構造等オーガーでの掘削・確認も併用したい。面的調の方向性を持つ場合、それと垂直に交差する方査でしか確認できないこととしては、例えば傾向への PR は大きく、同じ方向への PR は小さく

斜農地や地形連鎖系スケールでの地下水流動がなる傾向がある。板状及び柱状構造の PR にはもたらす土壌水分環境の変動等が挙げられる。

距離依存性があり、得られた PR 値が面的分布を表すのか構造内外の値を表すのか、確認が必

４．おわりに要である。VPR は踏圧を受けた土壌表層や耕盤

VPR は基本的に、土壌断面調査で得られた点

層を高感度で検出するが、原理的に、測定深さの知見を面に広げるためのツールとして捉えるの直上や直下に緻密な層があると、その影響をべきであり、根の生育を対象とした土壌診断で受けて測定深さの VPR 値は大きくなり、薄い疎

は、LLWR や IWC 等、有効水分量や通気性も考（loose）な層は検出されにくい。VPR から SH慮した評価手法の枠組みの中に位置づけるべきを推定（換算）する場合には、対象とする層位である。例えば VPR 値から耕盤層の透水性不良及び空間範囲を適切に限定し、実測データに基が推定されたなら、現地測定が容易な負圧浸入

づく校正式を作成する必要がある。

計を利用した透水性の確認や、土壌コアを採取

作物根の生育を考えて土壌の物理性の良し悪して、かさ密度と保水性を測定し、LLWR やしを評価するとき、機械的阻害要因（<1.2~2.0

IWC を確認することが必要である。今後の課題

MPa など）の VPR だけでは不十分であり、有として、層序を考慮した評価手法の開発、更に効水分（圃場容水量～永久萎凋点など）と通気

は、地温は根生育に極めて重大な影響を及ぼす性（体積含水率 >10%や相対ガス拡散係数 D/D0

環境要因であり、例えば耕盤層の熱伝導性を考>0.02 など）も考慮した LLWR や IWC（透水性慮した温度環境の評価手法の開発が望まれる。

も考慮）に基づく診断が必要である。但しこれ
らの境界値は作物によって大きく異なるため、

参考文献：
1) Letey J (1985) Adv Soil Sci 1: 277–294
2) Groenevelt PH et al (2001) Aust J Soil Res 39: 577–598
3) Grunwald S et al (2001) Geoderma 100: 25–47
4) Eguchi S et al (2009) Soil Sci Plant Nutr 55(3): 337–348
5) Eguchi S et al (2009) J Environ Qual 38: 2198–2209

対象作物に適切な値を設定する必要がある。
現地土壌の物理的環境（特に土壌水分、地下水位など）は現地でしか把握できず、根生育の11一般発表（スライドセッション）
P01～P26

P01
ニューラルネットワークによる土壌有機物量推定と土壌構成要素の相関推定
Neural network estimation of the organic matter amount in soils and its
correlation to soil components
清広真輝 1・森也寸志 1・開田行美２
1 岡山大学大学院

環境生命科学研究科・2 岡山大学

環境理工学部環境管理工学科

要旨(Abstract)
本研究では土壌有機物量の推定、土壌有機物と土壌構成要素の相関推定を深層学習で行った。
Harmonized World Soil Database の土壌データを使用し、特徴量選択とニューラルネットワーク
モデルを作成した。アジア、ヨーロッパ、オーストラリアの高精度モデルにおいて共通の特徴量としてシルト、乾燥密度、陽イオン交換容量、塩基飽和度が選択された。また ROSETTA を用い
水理パラメータを導出、入力項目の一部と置換し、SOC と土壌物理特性との相関推定を行った。
キーワード：深層学習、土壌有機物、相関推定
Key words: Deep learning, Soil organic carbon, Correlation estimation
1. はじめに
土壌は陸域最大の炭素貯蔵庫であり、土壌有機物の動態予測は炭素蓄積・消失の鍵となる。
しかし推定モデルは多数あり、未だに我々は自然のプロセスを理解しているとは言えない。そこでこれまでの関数系から有機物量を予測する方法ではなく、ニューラルネットワークに新図.1 CNN イメージ

規に学習させ、土壌有機物に関係の深い特徴量を推測させることを考えた。

２．実験方法(1)特徴量選択と CNN モデル作成

深層学習とは機械学習の一種でありニュー
ルラネットワークとも呼ばれる。本実験の畳み

HWSD(FAO)の土壌表層データ(表.1)を使用

込みニューラルネットワーク(CNN)は図.1 のし、対象地毎にデータを取得した。計算コストような形状をしており、ノードは重み付けされ削減と CNN の精度向上のため特徴量選択をた入力を受け取り、さらに特定の重みをつけて行った。再帰的特徴量削減手法により特徴量を次の層に出力、最終的にターゲットを出力する。

8－1 項目まで削減、グリッドサーチにより最その後出力値と教師データの比較から誤差逆も精度が高くなるモデルを作成した。

伝搬を行い各ノードのパラメータを更新、この(2)水理パラメータと SOC の相関推定
ROSETTA(USDA)を用いて透水係数に関す操作を繰り返し、精度を向上させる。
本実験の目的は、特徴量選択による SOC とるパラメータを導出、一部特徴量と置換し、(1)

土壌構成要素との相関推定に加え、CNN を用同様に特徴量削減、モデル作成を行った。

いて特徴量が SOC に与える影響を考察するこ(3)各特徴量が SOC に与える影響とである。また、ペドトランスファー関数(1)で作成した高精度モデルに選択特徴量の（PTF）を用いて水理パラメータを導出、SOC

平均値、10%,20%ずつ増減させた値を入力し、と土壌の物理性の相関についても考察した。

特徴量と導出 SOC 量の相関推定を行った。

13

表.1 実験(1)使用入力特徴量
Gravel

Sand

Silt

Clay

Content

Fraction

Fraction
Base

Fraction

CEC (clay) CEC (soil)

Saturation

TEB

USDA

Reference

Texture Bulk Density
Calcium
GypsumCarbonate

Bulk

pH

Density
Sodicity

Salinity

(ESP)

(ECe)

表.2 実験(2)使用入力特徴量
Ks

Sand

Silt

Clay

Fraction

Fraction
Base

Fraction

CEC (clay) CEC (soil)

Saturation

TEB

Theta_s
Calcium
Carbonate

Theta_r

Bulk
DensityGypsum

n

pH
alpha

３．実験結果図.5 CNN による SOC 推定(アジア)

実験(1)において各対象地の高精度モデルで選択された特徴量を図.2 に示す。黒色指定部が選択特徴量である。共通して選択された特徴
量はシルト含有率、乾燥密度、陽イオン交換容
量、塩基飽和度であった。

図.6 CNN による SOC 推定(オーストラリア)
４．考察
本研究では特徴量選択と CNN を用いてSOC の推定と相関推定を行った。各対象地の図.2 選択された特徴量(実験 1)

高精度モデルで共通の特徴量が選択された。共次に実験(2)のアジア、オーストラリアモデ

通して選択された特徴量について考察すると、

ルで選択された特徴量を図.3 示す。

一般に有機物が多ければ、団粒の形成が促されるため乾燥密度が選択されたと考えられる。また、ミクロ団粒は耐振とう性をもつため、SOCと土壌鉱物が十分に分画されず、SOC と関連する項目としてシルトが選択されたと考えられる。また、有機物の吸着には粘土に加えて価数の高い鉱物が必要と考えられ、土粒子の図.3 選択された特徴量(実験 2)

CEC が抽出されたと考えられる。なお，オー

また、実験(1)の各対象地のモデルにおいて

ストラリアの塩基飽和度の逆相関は塩類集積選択された特徴量を平均値から 10%ずつ増減と関係があると思われ、降水量も少ないことかさせた場合の SOC の予測が図.4,5,6 である。

ら実験(2)で保水性が選択されたと考えられる。
５．謝辞
本研究の成果の一部は，日本学術 振興会
NEXT プログラム（GS021），科研費（基盤 A
17H01496，基盤 B 17H04484，基盤 B 26292127）の補助を受けて行われた．記して感謝する．
参考文献等
開田行美ら(2019)ニューラルネットワークを用いた土壌表層の有機炭素量の予測

図.4 CNN による SOC 推定(ヨーロッパ)

14

P02
サーモ TDR による植物根が土壌の熱特性に与える影響の評価
Evaluating effect of plant roots on soil thermal properties with thermo-TDR
小田奈苗 1・小島悠揮 1・川島知之 2・神谷浩二 1
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

要旨：根が持つ様々な機能を評価する際には，根群密度を把握することが重要である．本研究では，サーモ TDR センサによる根群密度推定手法の開発を目標とし，植物根が土壌の熱特性に与える影響を評価した．その結果，根群密度が増加すると体積熱容量，熱伝導率ともに減少することが分かった．既往の研究とは異なる重要な発見であると考えられ，今後この現象の解明に向けて更なる研究を進める必要がある．
キーワード： サーモ TDR，植物根，土壌熱特性
Key words: thermo-TDR, plant roots, soil thermal properties
1.はじめに粒，20 粒，30 粒，40 粒と変化させた．実験

植物根は，土壌に対して様々な機能を持ってには，Liu et al. (2008)のデザインのサーモいる．例えば，土壌のせん断補強効果や侵食抵

TDR（プローブ外径 2.1 ㎜，長さ 50 ㎜，プロ抗，またファイトレメディエーションによる土ーブ間隔 8 ㎜）を使用した．サーモ TDR は土壌浄化効果などがあげられる．これらのような壌中の深さ 2.5 ㎝に設置した．サーモ TDR の根が持つ様々な機能を評価する際には，根群密制 御 ・ 計 測 に は TDR100 ， デ ー タ ロ ガ ー

度などの根の形態を把握することが重要であCR1000，マルチプレクサーAM16/32，AM416，

る．根群密度の把握には土壌断面法が広く用い

SDMX-50（いずれも Campbell Scientific）をられるが，植物の生育に与える影響が大きい．

用い，6 時間に 1 回の頻度で測定を行った．ギ

また，一度の調査によって根圏土壌を撹拌してニアグラスの栽培は 25℃の恒温室内にて，観しまう問題点がある．そこで，植物の生育に与葉植物用蛍光灯による常時照射条件下で行っえる影響を最小に抑え，継時的に評価する方法

た．発芽後の初期成育期間では，2 日に 1 回として，サーモ TDR による測定手法を提案す30ml の給水を行った．発芽から 2 週間経過後

る．サーモ TDR では土壌の電気特性と熱特性

は，3 日に 1 回ポット毎の様子を観察しながらを測定するが，それらの土壌特性から根群密度

給水し，良好な水分状態を保持するよう努めた．

が推定できる可能性がある．そこで本研究ではその第一段階として，植物根が土壌の熱特性に与える影響を解明することを目的とした．
２．実験方法内径 12 ㎝，深さ 12 ㎝のポットに高さ 5 ㎝
まで乾燥密度 760 kg m-3 で黒ボク土を充填した．各ポットにてギニアグラスを栽培し，その間サーモ TDR によって土壌の体積含水率と熱特性を測定した（写真 1）．様々な根群密度を再現するために播種量を 1 ポットにつき種 10

写真 1

15

栽培中のギニアグラス

3.5

3

Volumetric heat capacity(MJ m3 oC−1)

3.5

C (MJ m-3℃-1)

栽培は約 2 か月間行った．測定終了後，ギニア
グラスの地表面上部を刈り取り，炉乾燥（24時間 105℃）にて乾燥重量を測定した．また地下部分の根を取り出すため 1 ㎜篩と 0.5 ㎜篩を用いて土粒子と根を分離させた．さらに根に密

2.5

(a)

3
2.5

2

2

pot A
No.11
pot B
No.12
pot C
No.13
pot D
No.14

1.5

着した土を丁寧に水で洗い流し，炉乾燥（24時間 105℃）にて根の乾燥重量を求めた．黒ボ

10

ク 土 の 乾 燥 密 度 も 同 様 に 炉 乾 燥 （ 24 時 間

Thermal conductivity(W m-1 oC−1)

105℃）させて測定した．得られた根の乾燥重量を土壌の体積で除すことで，根群密度を求めた．各ポットの根群密度と，サーモ TDR による計測結果から，根の存在が土壌特性に与える影響について評価した．
３．結果と考察
図 1 にサーモ TDR によって測定された根群密

1.5
1 0.1
0

0.2

0.1

0.3

0.2
θ (m m 0.3
)
3

0.4

-3

0.4

0.5

0.6

0.5

0.6

0.5

0.6

(b)

0.9

0.7
0.5
0.3
0.1
0

度が異なる土壌の体積含水率と熱特性の関係

0.1

0.2

0.3

0.4

θ (m3m-3)

Volumetric water content (m3 m−3)性を示した．ここで炉乾燥によって測定された

図１

ポット A～D の根群密度は 1.2, 2.0, 2.1, 2.6

根群密度が異なる土壌の体積含水率と体積熱容量(a)および熱伝導率(b)との関係

kg m-3 で，ポット A と D では 2 倍以上の差があて異なると考えられる．特に今回用いた黒ボクった．図 1 から根群密度の増加によって体積熱土は火山灰由来で有機物含量が高く，乾燥密度

容量，熱伝導率ともに減少していることが分かが低い特殊な土壌であることも影響しているった．例えば，体積含水率 0.30 m3 m-3 の場合と考えられる．Fu et al.(2020)は，植物根がを見てみると，ポット D の体積熱容量は，ポッ

熱特性に与える影響を de Vries 式などの理論

ト A より 1.08 MJ m-3 ℃-1（40％）も小さかっ式を用いて表現したが，今回のケースではそれた．またポット D の熱伝導率はポット A の熱伝

らの式は利用できず，新たなモデルの開発が必導率より 0.24 Wm-1 ℃-1（39％）小さかった．

要になると考えられる．

間隙に根が侵入することを考えると，根群密度の増加によって熱特性は増加すると予想さ

４．終わりにれたが，今回それとは反対の結果が得られた．

サーモ TDR による土壌中の根群密度推定に

根群密度の増加による熱特性の減少について向けて，植物根が土壌の熱特性に与える影響には，根の生長によって土粒子同士の接続性が分ついて評価した．その結果，根群密度の増加に断され，乾燥密度が低下した可能性が考えられよる熱特性の減少という新たな現象が確認さる．一方で，既往の研究では，Fu et al.(2020)

れた．今後は様々な植物や土壌を用いて，このがトウモロコシの根の生長に伴い土壌の熱特現象の再現性やモデル化について取り組む予性が増加することを示している．ただし Fu et定である．

al.(2020)の実験は，本研究とは植物種や土壌【参考文献】
Fu et al. (2020) Geoderma 370:114352
Liu et al. (2008) SSSAJ 78:1859-1868.

の性質が大きく異なることから，根が土壌の熱特性に与える影響は土壌や植物の種類によっ

16

P03
サーモ TDR を用いた水中および飽和土壌中における ファインバブル濃度測定法の検討

Quantifying fine bubble concentration in water and saturated soil with thermo-TDR
谷川原龍之介 1・小島悠揮 1・関戸遼加 1・濱本昌一郎 2・神谷浩二 1
1

岐阜大学工学部・2 東京大学大学院農学生命科学研究科
要旨(Abstract)：

ファインバブルの土壌中での挙動解明に資するため，サーモ TDR による水中および飽和度中における FB 濃度推定を検討した．水と飽和土の電気特性および熱特性をサーモ TDR で測定し，FB 濃度との関係性を調べた．その結果，水中の FB 濃度は比誘電率から推定可能であることがわ
かった．また，飽和土中の FB 濃度の推定には熱伝導率が有効であることが示された．今後は土壌の熱伝導率と FB 濃度の関係性を定量的に評価することが必要である．
キーワード：ファインバブル，サーモ TDR センサ，電気特性，熱特性
Key words: fine bubble, thermo-TDR sensor, electrical properties, thermal properties

1．はじめに近年、ファインバブル(FB)の有効利用が地盤

10 分間発生させた（OM4-MDG-045（オーラテ

工学分野や農学分野において注目を集めていック）を使用）。溶液中にサーモ TDR を設置し，る。FB とは溶液中に含まれる直径 100 ㎛以下

FB 発生 5 分前から発生終了後 10 分間の計 25の気泡のことで，直径 1 ㎛以下はナノバブル，

分間，比誘電率と電気伝導度を 10 秒毎に測定

1 ㎛以上はマイクロバブルと呼ばれる．FB はした．また，濁度を 5 分毎に濁度計で測定した。

比表面積が大きく、その気液界面において優れ

濁度は予備実験により得た校正式によって FB

た汚染物質吸着作用を持つ。そのため、汚染土濃度に換算した。比誘電率と電気伝導度の変化

壌浄化へ利用が検討されている。しかし、FBと FB 濃度の関係性について整理した．

の多孔質内移動特性は十分に解明されておら2.2 飽和土壌中 FB 濃度推定の検討ず、また土壌中の FB 濃度の効果的な測定法が飽和土壌中の FB 濃度をサーモ TDR で推定課題となっている。そこでサーモ TDR センサ

可能か検討した．6L 容器に前述の界面活性剤を用いた新たな FB 濃度測定法を提案する。サ溶液を充填し，FB を発生させた．6L 容器内のーモ TDR センサによる比誘電率、電気伝導度、溶液はポンプによって土壌カラムに送られる．

体積熱容量、熱伝導率の測定から、FB 濃度を土壌カラムは直径 52 ㎜，高さ 140 ㎜の塩ビパ推定できる可能性がある。本研究では FB の土イプからなり，10～130 ㎜の高さに土壌を充填

壌中での挙動解明を目標とし，第一段階としてできる．土壌は珪砂 5 号を用いた．カラム側面

サーモ TDR センサによる水中と飽和土中のから 2 本のサーモ TDR を土壌底部から 45 ㎜とFB 濃度測定の検討を目的とした。

95 ㎜の高さに設置した．土壌の比誘電率，電気伝導度，体積熱容量，熱伝導率を 5 分毎に測2．実験方法定した．カラム排出液の濁度を 5 分毎に測定し，2.1 水中 FB 濃度推定の検討

FB 濃度に換算した．FB は 20 分間発生させ，水中の FB 濃度推定がサーモ TDR によって測定は FB 発生の 10 分前から 5 時間実施した．

可能かを検討した．
界面活性剤（SDS と SPAN60

各電気・熱特性の変化と FB 濃度を比較し，土それぞれ 1g L−1）を添加した水溶液中で FB を

中の FB 濃度推定の実現性について検討した．

17

3.1 水中 FB 濃度の推定85

図 1 に比誘電率と濁度から推定した FB 濃度を示した．FB 発生と同時に濁度が上昇し，FB
濃度は 4 μL L−1 まで増加した．比誘電率は FB

5εvolume

4

80

3

75

2

70

1

65

発生中に低下し、発生前の 80 から 70 程度まで

濁度(NTU) L⁻¹)
FB濃度(μL90
誘電率ε3．結果と考察

0

0

5

10

15

20

25

Time(min)
図 1 水中の比誘電率と濁度から推定した FB 濃度の変化．図中の網掛けは FB 発生期間を示す．

落ち込んだ．空気の比誘電率が 1 なので，FBの混入による影響と考えられる． FB 発生停止
後 80 程度まで増加した．ナノバブルは長期間

22
22

20
20

比誘電率ε

水中に滞留するが，マイクロバブルは短時間で

18
18

ε

消失するため，比誘電率はナノバブルの影響は受けないと考えられる．FB 濃度と比誘電率の間には明瞭な相関があり，比誘電率から FB 濃

16
16

上方
lower
下方
upper

14
14

体積熱容量C(MJ
m⁻³-3℃⁻¹)
-1-1
-3℃
C（MJ
）
C（MJ
mm
℃
）

度が推定できると考えられる．ただし，サーモ
TDR のプローブ部に付着する気泡が正確な比

4.5 0
4

60

120

180

240

300

240
240

300
300

time(m)3.53
3.5

誘電率の計測を妨げることがわかった．今回はプローブ部に親水スプレーを塗布し，断続的な

2

2.5
2.5
1

振動を与えて解決したが，より効率的な気泡除去法が必要である．また，電気伝導度には気泡の影響はなかったため，今後は電気伝導度から

0

1.5
1.5

0
4.5 0

60
60

180
180

pore
pore volume
volume

熱伝導率λ(W m⁻¹ ℃⁻¹)
λ(Wm⁻¹℃⁻¹)

3.5
3.5

の水中 FB 濃度推定を検討する．

120
120

2.5
2.5

3.2 飽和土壌中 FB 濃度の推定
図 2 に珪砂に FB 溶液を通水させた際の比誘

lower
upper

1.5
1.5
00

電率，体積熱容量，熱伝導率を示した．FB 発

60
60

120
120

180
180

240
240 300
300

time(min)time(m)

生期間中，比誘電率，体積熱容量，熱伝導率は

図２ 飽和土中の比誘電率，体積熱容量，熱伝導率の変化．図中の網掛けは FB 発生期間を示す．

低下した．比誘電率は 3 程度，体積熱容量は 1
MJ m−3 °C−1 程度，熱伝導率は 2 W m−1 °C−1 程度たためと考えられる．よって今回土壌の特性との減少であった．これらの物性は土壌中の気相

FB 濃度の比較はできなかった．今後，熱特性率が増加すると低下するため、FB 注入によりを FB 濃度に換算する手法の検討が必要である．

土壌内の飽和度が低下したことが確認できた．
土中での測定では電気伝導度に明確な変化は

4．おわりに見られなかった．比誘電率の変化と比較して，

FB の土壌中での挙動解明に資するため，サ

熱特性の変化は大きく，FB 濃度の推定に熱特ーモ TDR による水中および飽和度中における性が有効であることが示された．特に熱伝導率

FB 濃度の検討を行った．その結果，水中でのは測定値のばらつきが小さく，最も FB 濃度推

FB 濃度推定には比誘電率が，飽和度中での FB定に適していると考えられる．今回，排出液の濃度の推定には熱伝導率が有効であることが

濁度が 3.1 の溶液の濁度と比較して非常に小さ示された．今後は熱伝導率から FB 濃度を推定

く，FB 濃度に換算できなかった．これは非溶する手法の確立が求められる．

解性界面活性剤の SPAN60 が珪砂に補足され

18

P04
冷却・加熱サイクルを利用した土壌中重金属除去法の室内試験による検討
A laboratory test of heavy metal removal using soil cooling and heating cycles
寺田隼大 1・小島悠揮 2・小谷映輔 2・神谷浩二 2
1

岐阜大学大学院自然科学技術研究科・2 岐阜大学工学部
要旨(Abstract)：

土壌冷却・加熱サイクルを用いた汚染土壌浄化法について，実現可能性を室内実験によって評価した．その結果，冷却・加熱面と吸着層にて溶質が集積することが確認できた．また，体積含
水率が液状水の移動に影響を与え，溶質の集積量に影響を及ぼすことが明らかとなった．本研究にて集積した鉛濃度は十分に高いことから，本手法による効率的な重金属の除染ができる可能性が示された．今後は土性や溶液の種類による影響の検討を行う．
キーワード：土壌汚染，冷却・加熱サイクル，室内試験
Key words: soil contamination, cooling and heating cycles, laboratory test
１．はじめに酸鉛を添加した珪砂 9 号（粒径 0.01～0.04 mm）

近年重金属による土壌汚染が顕在化しておと吸着材を充填した．熱交換器を取り付け，恒り，原位置における効果的な浄化法が求められ温水槽と接続してカラム両端の温度を制御しる．そこで新たな浄化法として，冷却・加熱サ

た．カラムの側面に断熱材を巻き，熱移動が発イクルを利用する手法が研究されている．この生しないものとした（図 1，写真 1）．珪砂 9

手法は，まず土壌を冷却することで凍結層付近

号は，体積含水率を 0.20 m3 m-3，0.30 m3 m-3 ののサクションを増加させ，土中水を集積させる．
その後，加熱によって冷却面に集積した水を蒸発させ，冷却・加熱面から対となる面への水蒸
気移動を発生させる．これにより水分分布を初期状態へ戻すことができ，さらに溶液中でのみ移動が可能な溶質を冷却・加熱面に集積することができる．このサイクルを繰り返すことで，汚染物質を冷却・加熱面に集積させ，効率的に除去できると考えられる．本手法は数値解析に

図 1 カラムの断面図

よって有効性が示されているが，実際の土壌や冷却・加熱設備を用いた検討はされていない．
そこで本研究では，模擬鉛汚染土と熱交換器を用いた室内試験によってこの手法の実現性と鉛除去効率を検討することを目的とした．また，体積含水率の違いが鉛集積量へ与える影響を評価した．
２．実験方法写真 1 実験の様子

内径 10 cm，長さ 30 cm の PVC カラムに硝

19

2 通りに調節し，それぞれカラムに充填した．
吸着材にはアパタイト（Ca5(PO4)3OH）を使用
し，左端から 15 cm の地点に 0.5 cm の厚さとなるように充填した．加熱温度を 60°C，冷却温度を－5°C に設定し，24 時間毎に冷却と加熱を切り替えた．また，冷却・加熱面の対となる面は 20°C で一定とした．各カラムの側面から
熱電対を 16 本，サーモ TDR センサを 4 本それ
ぞれ挿入し，温度分布と体積含水率の継時変化を測定した．10 サイクル目の凍結が終了した
後，土試料は 2 cm 毎にサンプリングして鉛の水溶出量，アパタイトは含有量を ICP-AES に
よって測定し，鉛濃度分布を評価した．
３．結果と考察
体積含水率 0.30 m3 m-3 のカラムにおける温度，体積含水率の継時変化と水溶出試験によ

図2って測定した鉛濃度分布を図 2 に示す．
図 2（b）

温度（a），体積含水率（b）の変化と溶質（c）の分布が増加した．これは，水移動量が大きくなったより，6 cm 地点の体積含水率が冷却時に減少ことによって，溶存態鉛の移動量が向上したた

する傾向が見られた．温度分布（図 2(a)）よりめと考えられる．以上のことから，冷却・加熱

6 cm 付近まで 0°C を下回り，凍結していたこ

サイクルを利用する汚染物質除去方法の有効とが確認できるため，凍結により液状水量が減性が示された．また，土に含まれる土壌水分量

少したためと考えられる．また加熱によって水は汚染物質の移動量に影響し，本手法の除去効

分量が一様な状態に戻っていることが確認で率の重要なファクターであることが明らかときた．図 2（c）の結果から，1 cm 地点におけなった．

る鉛溶出量は 9.3×10-4 mol L-1 であり，元の土の溶出量（2.0×10-4 mol L-1）と比較して 4.58

４．おわりに倍の値となった．よって，冷却・加熱面にて溶室内試験により，土壌水分量に関わらず冷質の集積を確認できた．また，15 cm 付近では

却・加熱サイクルによって冷却・加熱面への土鉛の溶出が殆どなかった（3.0×10-6 mol L-1）．

中水と溶質の集積が発生することが示された．

この原因として，15 cm 地点に充填したアパタ

このことから，本手法は有効であると見込まれ

イトを水が冷却・加熱時に通過した結果，周囲る．本研究では，土壌水分量が本手法の除去効の濃度が下がったと考えられる．アパタイトへ率に影響を与えることが確認でき，水分量が多の吸着量を比較すると，体積含水率 0.20 m3 m-3い条件で溶質の集積量が増える結果が得られとした場合では 1495 mg kg-1，0.30 m3 m-3 とした．今後は原位置での適用に向けて，冷却・加た場合では 2773 mg kg-1 であった．元の土の全

熱時間や土の種類，キレート剤の添加などを考量は 756 mg kg-1 であることから，吸着層で多慮して室内試験を継続する予定である．

くの鉛を吸着していることが確認でき，体積含【謝辞】JSPS 科研費若手研究 18K13826 の支援を受けた

水率を 0.30 m3 m-3 とする条件において集積量

20

P05
射撃場跡地の鉛汚染土壌における粒径別性質の評価
Evaluating soil physical and chemical properties of a lead-contaminated soil
at a closed shooting range
社本凜太郎 1・小島悠揮 2・神谷浩二 2
1 岐阜大学大学院自然科学技術研究科・2 岐阜大学工学部

要旨
閉鎖されてから 20 年近くが経過した射撃場跡地の基本的な土壌の性質を粒径別に調査した．土
粒子密度は鉛玉の影響が顕著に表れることが判明した．また，含有量試験や溶出試験の結果により土壌の細粒分にも鉛が存在していることを確認することができた．
キーワード：土壌汚染，鉛，土粒子密度，強熱減量
Key words: soil contamination, lead, soil particle density, ignition loss
1.はじめに40 分間ふるい分けを行った．

近年，射撃場での鉛玉による土壌汚染が問題(2) 土粒子密度試験：各粒径区画の試料約 10 g

視されている．2001 年に閉鎖された多治見市

を 50 mL ピクノメータに入れ，蒸留水で満た

営総合射撃場もその内の一つであり，土壌中のした．脱気後，全質量を測定し，土粒子の乾燥

鉛含有量は 10000 mg kg−1 を超え，土壌汚染対

重量と体積から土粒子密度を計算した．

策 法 で 定 め ら れ た 鉛 含 有 量 基 準 値 (150 mg(3) 強熱減量試験： 105℃で炉乾燥した各粒径

kg−1)を大きく上回っていることが判明した．ま区画の試料約 2 g を耐熱容器に入れ，電気炉にた，この射撃場跡地は閉鎖から 20 年近くが経て 550℃で 1 時間加熱し，冷却後質量減少量を過しており，土壌中の鉛玉の腐食が発生してい測定した．

ると考えられる．鉛は環境条件によっては容易(4) 含有量試験：各粒径区画の試料 0.5 g に純に腐食する物質であり，腐食に伴い鉛玉の表面

水，
12 M 塩酸，
12 M 硝酸をそれぞれ 5 ml，8 ml，が剥離し細かな鉛の破片が土壌に含有される3 ml 加え，マイクロウェーブ装置 MAR6(CEM

可能性がある．そして，これらの破片は土壌のJapan)で加熱分解処理した．純水で希釈後，遠性質を変化させていることが考えられる．そこ

心分離機にて分離し，上澄み液をろ過した．そで本研究では射撃場跡地の鉛汚染土壌の浄化の後 ICP 発光分析装置にて溶液中の鉛濃度をに向け，その第 1 段階として土粒子密度，有機

測定した．

物含有量，鉛含有量と溶出量を粒径別に調査す(5) 溶出試験：各粒径区画の試料と純水を 1:10

ることで，射撃場跡地の鉛汚染土壌の基本的なの比率で混合し，24 時間振とうした．その後，性質を解明することを目的とした．

遠心分離機にて分離し上澄み液をろ過した．含２．実験方法

有量抽出試験と同様に ICP-AES にて溶液の鉛実験には多治見市営総合射撃場跡地の土壌濃度を測定した．

を用い，以下の 5 つの作業を実施した．

３．結果と考察(1) 篩分け：土壌を 6 つの粒径区画(A:<0.0045，

図-1，図-2 に土粒子密度試験および強熱減

B:0.0045-0.074 ， C:0.074-0.25 ， D:0.25-0.5 ，

量試験の結果を示す．区分 E および F は土粒

E:0.5-2.0，F:2.0-4.75 mm)へ分類するため，105℃

子密度が 4.2 g cm−3，6.9 g cm−3 と非常に高い結で炉乾燥した土を電磁式ふるい振とう機にて果となった．一般的な土の土粒子密度(2.65 g

21

cm−3)と鉛の密度(11.34 g cm−3)より，粒径区分に含有されている鉛を質量比で換算した結果，区分 A~D，E，F においてそれぞれ 5~9%，37%，
61%であることが判明した．区分 F

図-1 土粒子密度には鉛玉そのものが含まれているため非常に大きな値を示した．また
区分 E には鉛玉が風化したことにより生じた破片が含まれるため大図-2 強熱減量

きな値を示したと考えられる．実際に篩分け後に区分 E と F において鉛玉やその破片の存在を目視できた．
鉛などの重金属は土壌有機物と結合し錯体を形成することで移動性
図-3 含有量が高まることが知られている．強熱
減量の値は 1.9％～7.1％と比較的低い結果となったが，粒径別に見ると
粒径が小さいほど大きい傾向が見られたため，細かな有機物を多く含

図-4 溶出量有していると考えられる．
因として，土粒子の粒径が影響したものと考え

図-3，図-4 に含有量試験および溶出試験のる．重金属類は土粒子の粒径が小さいほど土粒結果を示す．含有量に関して，区分 E および F

子表面へ吸着しやすい傾向を持つ．これは土粒は鉛含有量が多い結果となりそれぞれ 61,066

子の粒径が小さくなるほど比表面積が大きく

mg kg−1，62,942 mg kg−1 となった．しかし，区なり，負に帯電する粘土鉱物が多くなるためで

分 A~D においても含有量の値が 40,521 mg

ある．よって鉛玉から溶出した鉛イオンが粒径

kg−1~53,772 mg kg−1 と非常に高い結果を確認しの小さい土粒子に吸着したことで土壌の細粒た．また，溶出量は区分 F 最も低く，含有量と分において鉛を多量に検出したと考えられる．

は逆の結果となった．区分 A~E に関しては溶

４．おわりに出量に大きな差は見られなかったが環境基準閉鎖されてから 20 年近くが経過した射撃場を上回る鉛を検出した．区分 E および F の含跡地の鉛汚染土壌の基本的な性質を粒径別に有量に関して，これは上述の鉛玉およびその破評価した．粒径区分によって射撃場跡地の汚染片の存在から説明できる．また，区分 F の溶出

土壌は特徴的な性質を示した．特に粒径区分 E

量が小さかったがこれは多量に存在する鉛玉と F において非常に高い鉛含有率を持つことからの溶出量が小さかったためだと考える．鉛が示された．射撃場跡地の鉛汚染土壌の浄化に玉が原型を留めていた区分 F とは対照的に，風おいては，鉛玉の回収だけでは不十分であり，化によって細分化した鉛玉が多く存在した区

物理的および化学的風化によって発生し，より分 E では鉛玉の比表面積が増えたことなどに

粒径の小さな区分に存在する鉛玉の破片の対起因して溶出量が増えたと考えられる．土壌の処が必要であることが明らかになった．

細粒分において含有量と溶出量が高かった原

22

P06
再生水の灌漑が土壌中の溶質移動に与える影響
Simulation of Solute Transport in a Sandy Soil Irrigated with Treated Wastewater
亀山幸司 1・濵田康治 1・宮本輝仁 1・岩田幸良 1
1

農研機構 農村工学研究部門
要旨(Abstract)：

本報告では，日本における再生水灌漑による土壌塩類集積への影響を評価するための予備的検討として，再生水（農業集落排水処理水）を用いたカラム浸透実験と HYDRUS-1D の多成分溶質移動モジュール（UNSATCHEM）によるシミュレーション解析を行った．その結果，カラム浸透
水のナトリウム，カルシウム濃度等を良好に再現することが可能であった．
キーワード：再生水灌漑，カラム実験，Hydrus-1D，陽イオン交換
Key words: Treated wastewater irrigation; Column experiments; Hydrus-1D; Cation exchange
1.はじめに水の灌漑による土壌塩類集積への影響を評価

近年，都市部への人口の集中，産業構造の変するための予備的検討として，再生水（農業集化，地球温暖化等の様々な要因が水循環に変化

落排水処理水）を用いたカラム浸透実験とを生じさせ，それに伴い，渇水，洪水，水質汚

HYDRUS-1D の 多成 分溶 質移 動モ ジュ ー ル

濁，生態系への影響等様々な問題が顕著となっ（UNSATCHEM）を用いたシミュレーションている．このような現状を鑑み，国として水循解析を行った．

環に関する施策を総合的かつ一体的に推進するため，2014 年に「水循環基本法」が制定さ

２．試験方法れた．水循環基本法の中では，水の再利用を増

2.1 再生水と土壌の性質

進させる観点から「農業集落排水施設等により，再生水として集落排水処理施設において二

し尿，生活雑排水などの汚水を適正に処理した

次処理＋塩素消毒した後の水を用いた．再生水

上で，再生水の農業利用を推進する」という記のナトリウム（Na），塩化物（Cl），ナトリウ

載があり，再生水の灌漑利用の推進が重要と考

ム吸着比（SAR）は，それぞれ 2.3 mmolc L-1，

えられている．

1.8 mmolc L-1，2.36 (mmolc L-1)0.5 であった．

再生水は通常の河川水等に比べて，塩類（特実験に供試する土壌は集落排水処理場内ににナトリウム）濃度が高いことが知られている．

設置した試験圃場の表土から採取した．土壌はこのため，再生水を農地に灌漑し続けた場合，

砂質埴壌土（粘土 16%，シルト 8%，砂 76%）

ナトリウムや塩化物イオン等が表土に集積すであった．

る懸念がある．降雨量の多い日本では露地栽培

2.2 カラム実験での塩類集積が問題となる可能性は低いが，日内径 6 cm のアクリル管円筒に高さ 30 cm ま頃から塩類集積が問題となっているハウス栽

で土壌を充填した．土壌に対して 200 mm の脱培においては再生水の灌漑により塩類集積を

イオン水をペリスタポンプにより与え（浸透速促進させる可能性が考えられる．しかし，圃場

度：2×10-4 cm s-1），これを初期状態とした．そ条件において再生水の灌漑による土壌塩類集の後，再生水を同様の浸透速度で 30 日間連続積の影響を評価するためには長期的な現場実して浸透させた．カラム浸透水は 48 時間おき験が必要となる．このため，日本における再生に採取し，浸透水の陽・陰イオン濃度をイオン

23

Table 1 計算に用いた主なパラメータ

クロマトグラフィにより分析した．

水分特性パラメータ

2.3 溶質移動シミュレーション
カラム浸透実験における溶質移動の計算を

θr(cm cm )

3

-3

θs

3

-3

(cm cm )

α

(cm )

0.026
1.44

0.04
0.48

-1

HYDRUS-1D の 多成 分溶 質移 動モ ジュ ー ルn(-)（UNSATCHEM）を用いて行った．このモジKs

cm day

138

-1

L

(-)

0.5

KCa/Mg(-)

0.5

計算される．土壌カラム内の溶質濃度・吸着量

KCa/Na(-)

1.9の初期条件は，脱イオン水浸透後（再生水浸透

Kca/K

(-)

0.15

ュールでは，陽イオン交換は Gapon 式により

Gapon係数3
Na concentration (mmol L )前）の浸透水の溶質濃度と実験前土壌の陽イオ

2.5

c

-1

ン吸着量をそれぞれ与えた．陽イオン交換反応の Gapon 係数は未知数として，カラム浸透水の溶質濃度に合致するように試行錯誤的に求めた．水分特性曲線を HYPROP2（Meter 社）
を 用 い て 蒸 発 法 に よ り 求 め ， vanGenuchten-Mualem 式でフィッ ティングし た

2
1.5
1
Measured Na
Simulated Na

0.5（Table 1）
．

0

0

5

10

15

20

25

30

35

Day

３．結果

Fig. 1 カラム浸透水のナトリウム濃度の測定値と計算値

7

6 日目までに再生水由来の Na と吸着態 Ca のイ

6-1

Ca concentration (mmol L )カラム浸透水の溶質濃度から，再生水浸透後

Measured Ca
Simulated Cac

オン交換が進み（Fig. 1，2）
，6 日目に Na 濃度
は再生水（原水）の溶質濃度に到達した（Fig.1）．
その結果，SAR は 6 日目までに急激に増加した．ただし，SAR は 6 日目以降も実験終了まで緩やかに増加する傾向を示した（Fig.3）．

5
4
3
2
1

カラム浸透水の Na，Ca 濃度の計算値は測定0値と良好に一致した（Fig. 1，2）
．SAR につい

20
25
30
35
Day
Fig. 2 カラム浸透水のカルシウム濃度の測定値と計算値ては，6 日目以降の緩やかな増加傾向を予測することはできなかったが，6 日目までの急激な

0

5

10

15

2.5

増加を推定することが可能であった（Fig.3）．

2-1 0.5

SAR ((mmol L ) )今後は，国内の主要土壌である黒ボク土や低c

地土においても同様の検討を行うとともに，ここで得られたパラメータに基づいてハウス栽
培圃場を想定した長期影響シミュレーションを行っていく予定である．

1.5
1Measured SAR
Simulated SAR

0.5

謝辞
本研究は，農林水産省「国際共同研究パイロット事業（JPJ008837）」及び JSPS 科研費 17K08014 の助成を受けて実施されました．

0

0

5

10

15

20

25

30

Day
Fig. 3 カラム浸透水の SAR の測定値と計算値

24

35

P07
初期 NO3-N 濃度が凍結過程にある黒ボク土の熱・水分移動に与える影響
Heat and water transport in a freezing soil with different NO3-N concentration○清本 翼 1・渡辺晋生 11 三重大学大学院生物資源学研究科

要旨(Abstract)
土中の NO3-N 濃度が凍結過程にある土壌の不凍水量や凍結深，水分移動量にどのような影響を与えるのかを明らかにするために一次元カラム凍結実験を行った．溶質濃度が高いほど不凍水量は多くなった．また，凍結深が浅くなり，未凍土から凍土への水分移動量が増加した．それぞれ，間隙氷からの吐き出しによる凍土中の NO3-N の濃縮，氷量の減少による熱伝導率の低下、温度低下の遅延による凍結面近傍の温度勾配の増大のためでと考えられた．
キーワード：
Key words:

凍土，水分・溶質移動，窒素，カラム実験

frozen soil, water and solute transport, nitrogen, column experiment1.はじめに 凍結にともなう土中水分の移動は ごとに 1℃ずつ低下することで–8℃まで低下し，未凍土から凍土へ硝酸態窒素（NO3-N）等の溶 試料を上端より 48 時間 1 次元的に凍結した．
質を輸送する．土中の溶質濃度の変化は凍土中 この際，試料上下端からの水の流入出はなしの不凍水量や凍結深，未凍土から凍土への水分 とした．凍結過程において，各深さの水分量
移動ポテンシャルを変化させ，その結果として （液状水量）と ECa，温度，吸引圧をモニター
凍土の NO3-N 分布が形成されると考えられる． した．また，任意の時間にカラムを解体し，そこで本研究では初期の NO3-N 濃度が異なる 炉乾法により各深さの全水量(液状水量＋氷量)
不飽和土のカラム凍結実験を行い，初期濃度の を 測 定 す る と と も に ， 水 抽 出 液 に よ り
違いが凍結過程にある土中の凍結深や水分移動 NO3-N 濃度を測定した．
量に与える影響を検討することを目的とした．

3.結果

上端の温度制御装置の冷却を始めると2.試料と方法 試料には岩手黒ボク土の 2 mm 試料の温度が上端から徐々に低下した．各深度
篩通過分を用いた．試料を，体積含水率が の温度変化に見られる潜熱の発生温度から0.40 cm3/cm3，土中水の NO3-N 濃度が 0, 3, 10, 各試料の凝固点を見積もった（30 cmol/L の．これは初期溶質濃度から算出
30 cmol/L となるように KNO3 溶液と混合し， 試料で –0.8 ℃）
Fig.1 に初期濃度
内径 7.8 cm，高さ 35 cm のアクリル鉛直カラム される凝固点と概ね一致した．
に，乾燥密度 1.0 g/cm3 で詰めた．カラム側面 30 cmol/L の試料中の冷却開始後 0, 12, 48 h のより熱電対を 1 cm 間隔で，テンシオメータと 温度と体積含水率の分布を示す．48 h で試料の水分量・EC 測定用の TDR センサを 5 cm 間隔 15.5 cm 深までが 0℃以下に，12.5 cm 深までがで挿入した．なお TDR センサは凍土の不凍水 凝固点以下に達し凍結した（Fig. 1a）． 同じ
量 や EC を測 定できるよう予 め検量した ． 深さであっても初期濃度が高いほど凝固点にカラムを 2℃の低温室に静置し，カラム上下端 達するまでの時間が遅く，試料の温度降下がに設置した温度制御装置を 48 時間 2℃に保持 緩やかになった．凍土層の液状水量（不凍水量）することで試料に初期温度分布と重力水分分布 は氷の形成により大きく低下した．未凍土層のを与えた．そして，下端の温度制御装置を 2℃ 体積含水率は凍土層付近で大きく低下したが，に保ちつつ、上端の制御装置の温度を 1 時間 カラム下端では変化が小さかった（Fig. 1b）．

25

試料単位体積当たりの NO3-N 量 Cθは凍土層
48で高く，未凍土層で低くなった（Fig. 2a）．水分

12

0

0
48

移動にともない未凍土中の NO3-N が凍土中に

12

Total water(Ice + liquid)

移動したと言える．また，初期濃度が高いほど凍土と未凍土の Cθの差が大きかった．この際，土中水の NO3-N 濃度 C は凍土層の土中氷が－0.8 ℃(a)(b)

NO3-N を含まずに形成したとすると 48 h 凍結後の凍土層で最大で 106.9 cmol/L となった

Fig. 1 (a) Temperature and (b) moisture profiles
in a soil mixed with 30 cmol/L KNO3 solution.

（Fig. 2b 塗丸）．初期濃度の約 4.2 倍に濃縮されたこととなる．また，未凍土層の濃度 C は初期濃度と一致した．一方，土中氷が不凍水中とNo NO3-Nin pore ice

等しい NO3-N 濃度で形成したとすると凍土層と未凍土層の C はほとんど一致した（Fig. 2b 白丸）
．Fig. 3 に各初期濃度の試料の温度と不凍水

(a)

NO3-N
in pore ice(b)

量の関係を示す．NO3-N を含まない試料の不凍
水量曲線は未凍土の水分特性曲線から
Clausius-Clapeyron 式（CC eq.）を介して算出

Fig. 2 NO3-N concentration of (a) soil θC and(b) soil solutuion C in the sample frozen for 48 h.

した不凍水量曲線と 一致した．初期濃度が高い
試料ほど不凍水量が多かった．また，この不凍水量は初期溶質濃度による凝固点降下を加味した CC eq.を介して算出した不凍水量より多くなった （Fig. 3）．凍土中で間隙水の NO3-N 濃度が濃縮され，凝固点がさらに低下したと考えられる．Fig. 4 に凍結深（凝固点に達した深さ）の経時変化と未凍土から凍土への積算水分移動

Fig. 3 Unfrozen water content in soils mixed withdifferent concentration of KNO 3 solution.

量を示す．凍結深や 0℃に達する深さは時間の経過とともに深くまで進行した．初期濃度が高いほど，これらの進行速度は遅くなった．0, 3,
10, 30 cmol/L の試料の凍結深は 48 h でそれぞ．
れ 17.5, 14.5, 11.5, 12.5 cm だった（Fig. 4a）
溶質濃度の増加による氷量の減少によって凍土(a)の熱伝導率が低下し，熱が伝わりにくくなったと考えられる．未凍土の水分減少量が凍土への水分移動量に等しいと仮定して凍土から未凍土への積算水分移動量を計算した（Fig. 4b）．初期
NO3-N 濃度が高いほど水分移動量が増加した．

(b)

溶質の影響で凍結前線の進行速度が遅くなり，凍結面近傍の温度勾配が大きくなったため水分

Fig. 4 (a) Frost depth and (b) cumulative water
flux from the under soil to the frozen soil layers.

が移動しやすくなったと考えられる．

26

P08
螺旋状型毛細管粘度計内を流れる高いイオン強度下に凝集している
Na モンモリロナイト懸濁液の流動静止
Stopping Behavior of flowing suspension of Na-montmorillonite coagulated
under high ionic strength using a spiral capillary viscometer
Xin Yang1, Yasuhisa Adachi1
1Graduate School of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba
Abstract
The spiral capillary viscometer is designed to investigate the flowing behaviors of suspension.
The analysis of stopping motion of flow will provide information on the behavior of zero shear
limit. In this study, we focused on the stopping behavior of flowing suspensions of Namontmorillonite coagulated under high ionic strength. In most cases, suspensions stop
gradually as the shear stress decreases. However, we have confirmed the demonstration ofabrupt stopping in certain limited condition.
Keywords: Na-Montmorillonite, stopping behavior, zero shear limit.

behavior under zero shear limit is important
for the interpretation of real yield stress andclogging motion of flow in the porous media.

1. Introduction
Montmorillonite is a clay mineral widely
found in soil and water environment. It canbe considered as a carrier of pollutants sincemontmorillonite particles can adsorb
chemicals on the surface. In thetransportation process, the movement ofparticles is strongly affected by flocculation.
Therefore, flowing behaviors of it in theflocculated system are important forpollutant controlling and environmental
protection.
Flow properties are usually investigatedby a viscometer. Comparing with otherlaboratory viscometers, there are somemerits of a spiral capillary viscometer. Firstly,
the whole flow process is visible. Secondly, it
is suitable for suspensions containing flocs
since the diameter of it is large enough topass through flocs. Secondly, the pressure
gradient is very small to meet the zero shear
limit condition.
In this study, the object is to reveal theeffect of high ionic strength on the flow
behaviors of montmorillonite suspension
under zero shear limit by a homemade spiralcapillary viscometer. The analysis of flow

2. Materials and method
Sodium montmorillonite suspensions wereprepared from “Kunipia-F” (Kunimine
Industry Co. Ltd.). All exchangeable cations
were replaced by sodium ions. The volume
fraction of suspension, Ф, was adjusted to
1.5×10-3 and 2.0×10-3 with ionic strength
controlled by NaCl solution in the range of
5.0×10-3 to 1.0 M. The pH value of suspension
was not purposely controlled.
The spiral viscometer (Fig.1) which
consists of two cylinders connected by a tube
within 1 m in length and 2.4 mm in innerdiameter was used to investigate flowing
behaviors of the suspension. The range ofshear stress applied in this viscometer isfrom 79 to 9 mPa which is one thousand
times smaller than that in a commercial
viscometer [1]. Because of the small pressure
gradient, the structure of flocs is not easily
broken. The suspension was poured into two
cylinders with the same amount. Then 5 mlof suspension in the right cylinder was
moved to the left cylinder. The height27

difference between fluid levels and time wererecorded. The experiment temperature was
20.0 ± 0.5 ℃.

increase with an increase in theconcentration of NaCl [2] which leads to anincrease in yield stress. Adachi Y. etc. foundthat the size of montmorillonite flocs is 5 – 10mm at an ionic strength of 1 M which is muchlarger than the inner diameter of tube.
Numbers of flocs with large size and highcohesive strength plugged up tube and madethe flow stop suddenly. The blocking
phenomenon is obvious in Fig.5. It is clearthat flocs could not get into tube at an ionicstrength of 1 M (Fig.5 (d)).

Fig.1 Structure of spiral capillary viscometer

3. Results and discussion
Fig.2 and 3 show the relationship betweenln(h(t)/h(0)) and t for different ionic strength.
In Fig.2, Na-montmorillonite suspension
stopped gradually with the decrease of shear
stress when I ≤ 0.5 M. But when I = 1 M,(a)suspension moved fast at first, and then it
stopped flowing suddenly even the pressure
was still there. In Fig.3, slow stop behavior
appeared at an ionic strength of 0.005 M and
0.01 M (Fig.4 (a)). The abrupt stop behavior
appeared at an ionic strength of 0.5 M and 1
M (Fig.4 (b)).
1

Fig4. Front view of spiral viscometer at the end ((a) isslow stop type, (b) is abrupt stop type)(c)

I=0.005M
I=0.01M
I=0.5M
I=1M

h(t)/h(0)

(b)

(d)

Fig4. Side view of spiral viscometer at the end ((c) is slow
stop type, (d) is abrupt stop type)

4. Conclusion
Flowing behaviors of Na-montmorillonite
suspension for different NaCl concentrations
under zero shear limit were observed. Twotypes of flowing behaviors which are slow
stop behavior and abrupt stop behavior wererecognized. High ionic strength and volume
fraction of montmorillonite can induce theappearance of abrupt stop behavior. The
mechanical explanation of two different flow
behaviors is under the way.

0.1
0

1000

2000

Time/s3000

4000

Fig.2 Temporal variation of h(t)/h(0) of Na-montmorillonite
suspension for different ionic strengths at Φ=1.5×10-3

1h(t)/h(0)I=0.005M
I=0.01M
I=0.5M
I=1M

0.1
0

1000

2000

3000

Time/s

4000

5000

Reference:

Fig.3 Temporal variation of h(t)/h(0) of Na-montmorillonite[1] Tsujimoto, Y. & Adachi, Y. Colloids Surfaces A

suspension for different ionic strengths at Φ=2.0×10-3

Physicochem. 379, 14–17 (2011).

Results mentioned above could have been
related to the formation of flocs. The size andcohesive strength of montmorillonite flocs[2] Adachi, Y., Di, C. & Xiao, F. Colloid and Polymer

Science. 297,979-987 (2019).

28

P09
気孔コンダクタンスを利用した土壌水分過不足による作物の水ストレスの評価
Evaluation of crop water stress using stomatal conductance under soil water
deficit and excess condition
坂口敦 1・岩谷潔 1・荒木英樹 1・高橋肇 1
1 山口大学要旨(Abstract)：
圃場の土壌水分の経時変化とダイズの気孔コンダクタンスの関係を観測し、水ストレス条件下の気孔コンダクタンスと非水ストレス条件下の気孔コンダクタンスとの比が、土壌の乾燥・過湿からダイズが受ける水ストレスの指標となり得ると判断した。また、ダイズの Jarvis モデルを作成し、非水ストレス条件下の気孔コンダクタンスは Jarvis モデルで推定可能であると判断した。
キーワード： 土壌水分、気孔コンダクタンス、水ストレス、Jarvis モデル、ダイズ
Key words: Soil moisture, Stomatal conductance, Water stress, Jarvis model, Soybeanである。gs は土壌水分の他、気象や病気などに

1.はじめに
圃場での灌漑や排水の効果の指標には作物

よっても変化する。本研究では土壌水分のみと収量が用いられる事が多い。経時的な指標としgs の関係を調べるため、隣り合う 2 圃場の内、ては土壌水分が用いられる事が多いが、土壌水片方を水ストレスの掛からない条件にし、水ス分は灌漑排水の作物生育に対する効果の直接

トレス条件下の圃場で測定された gs を非水ス的な指標ではない。灌漑排水の作物に対する効

トレス条件下の圃場で測定された gs で割る事

果を経時的に評価するには作物の水ストレス

で、水ストレス条件が非水ストレス条件かつ任の測定が一般的であり、水ストレスの測定方法

意気象条件下で観測されうる gs をどれだけ低の中では葉の gs（気孔コンダクタンス）の測

下させているか（ストレス指数と称す）で示す

定が比較的容易である。根域の土壌水分が不足事とした。他に気象と土壌水分を測定した。土しても過剰でも gs は低下する。どの程度の土

壌の乾燥とストレス指数の関係は 8 月に観測

壌水分を作物が不足や過剰と判断するのかはされ、片方の圃場は-200cmH2O を指標として灌漑排水において有用な情報であるが、作物収灌漑し、もう片方の圃場は無灌漑とした。土壌量を指標とした文献が多く、栽培期間を通じての過湿とストレス指数の関係は梅雨に観測さ調査した文献は少ない。本研究ではダイズを対れ、片方の圃場だけに浅層暗渠が埋設されてい象として圃場の土壌水分の経時変化と gs の関る。過湿については圃場の他にポット栽培によ係を観測し、水ストレス条件下の gs と非水ス

る湛水処理試験も行った。以上のようにストレトレス条件下の gs の比をストレス指標として

ス指数を示すには、水ストレスの掛からない条利用できるか検討した。また、ダイズの Jarvis

件にした圃場（またはポット）をストレス条件

モデルを作成し、非水ストレス条件下の gs を下の圃場の隣に用意する必要がある。そこで、モデルで推定する事が可能かを検討した。

任意気象条件下における gs をモデルで推定し２．方法て非ストレス条件圃場の代用とすべく、Jarvis

gs は毎日毎時刻に測定した。毎時刻に測定をモデル(Jarvis, 1976)を作成した。

行ったのは、土壌の乾燥・過湿による gs の変３．結果と考察
土壌の乾燥とストレス指数の関係には 10 時化の測定に適した時刻が確定していないため

29

1.2

た期間には gs に有意差は見られなかった。
曇天時含む
曇天時除去
移動平均

1.5

0.8
ストレス指数ストレス指数

1.0

0.6
0.4
R2=0.68

0.2

1.0

0.5

0.0
0

1,000
2,000
3,000
4,000
10cm深吸引圧(-cmH2O)

5,000

0.0

湛水処理

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
経過日数

図 1 吸引圧とストレス指数の関係（13 時）
を除いて相関が見られた。10 時に相関が見ら

図 2 湛水処理とストレス指数の関係れなかった理由としては、朝から始まる蒸散の（播種後 3 週間で湛水開始した例）

積算量がまだ少なく、葉が土壌水分に応じたス

湛水処理による過湿とストレス指数の関係に

トレス状態にまだなっていない時刻である可は図 2 に示されたような経時変化傾向が見ら能性が考えられる。本研究における時刻別のれた。曇天時には湛水処理の有無に関わらず

gs 観測値および Ji et al. (2017)から午前中は

gs が同程度まで低下しストレス指数が 1 に近ダイズの gs が高い事が確認されており（他のづいてしまうため、図 2 の曇天時除去の場合を植物でも同様）、gs の比較に適した時間帯であ見ると、湛水開始 3 日目でストレス指数が低下ると考えられるが、gs に対する土壌水分の影響

し始め、排水から 11 日目にストレス指数が 1を見るには適さない時間帯であると思われる。

に戻った。現在、条件別（播種から湛水開始ま11 時～14 時については図 1 に示されたようなでの日数、および湛水処理期間）にストレス指相関関係となり、土壌の乾燥に伴ってストレス

数の経時変化傾向を集計中だが、今後は曇天日指数が加速度的に低下（ストレスが増加）した。

を避けるためにグロースチャンバーの利用を

決定係数は 13 時が一番高くなり、gs に対する

予定している。以上から、ストレス指数が土壌

土壌水分の影響を見るのに最適な時刻であるの乾燥・過湿からダイズが受ける水ストレスのと思われる。ダイズに対する畝間灌漑の目安と指標として利用可能であると判断した。

される無降雨 7 日目にはストレス指数が 11 時

Jarvis モデルの作成による gs の推定に関し

で 65%以下、13 時と 14 時には最低で 20%にては、時刻別にモデル化すると Ji et al. (2017)まで低下しており、蒸散速度もポテンシャル蒸よりも高い決定係数を得られる事が分かった。

散速度に対して上記の比率で低下しているも14 時の決定係数が一番高くなったが、どの時のと考えられる。現在、深度別根密度分布を反刻も R2=0.7～0.9 となり、ストレス条件圃場の映した根域土壌水分重み付き平均値とストレ

気象観測値と Jarvis モデルから非ストレス条

ス指数の相関を計算中である。

件圃場の gs を推定する事は可能と考えられる。
Jarvis モデルでは土壌水分サブモデルに S 型

土壌の過湿とストレス指数の関係について、まず圃場の暗渠の有無に応じて土壌水分にはモデル(van Genuchten, 1978)が多用されるが、大差が観測されたが、10mm/d 程度の雨が間断

図 1 の吸引圧とストレス指数の関係は S 型と的に降り続き常に 10%程度の含水率の差が見いうよりも加速度的低下である。gs の推定を目られた期間には両圃場の gs にも差が見られた的とする Jarvis モデルにおいては、土壌の乾ものの、40mm/d 程度の雨が間断的に降り続き燥とストレス指数の関係の観測結果を基に土暗渠整備圃場であっても一時的に飽和に達し壌水分サブモデルを再考する必要があり得る。

30

P10
電力なしで冬の樹木根域を加温する技術の開発
Development of technology to warm root zone in winter without electricity
伴田千紘 1・百瀬年彦 11

石川県立大学要旨(Abstract)
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℃となる樹
木根域を加温することで，樹木生育を促進させる．熱源として 2m 深の地中熱を利用し，その熱輸送技術としてヒートパイプに着目した．2m のヒートパイプを自作し，土壌種が異なる 3 圃場に地中埋設し，加温性能を調べた．その結果，冬季においてヒートパイプによる地温上昇が見られ，電力なしで冬の樹木根域を加温できることが明らかとなった．
キーワード：ヒートパイプ，地中熱利用，地中温度，根域加温Key words: heat-pipe, geothermal heat utilization, soil temperature, root-zone warming
1.はじめに

これまでの研究で，私たちは HP の製造技術

石川県の能登島では，地域復興を目的としてを確立し、冬の地中環境を想定した室内実験に

オリーブ栽培が行われている．しかし，その生おいて，小豆島と同様の 8℃まで加温できるこ

産量は少なく，増産が課題となっている．国内とを確認した．本研究では，自作した HP を圃

のオリーブ産地として知られる小豆島は，冬で場に埋設し，HP の地中加温性能を調べることも温暖な地域である．一方，能登島は冬の寒さを目的とする．

が厳しい地域となっている．
私たちはオリーブ樹木が休眠する冬の根域
温度(深さ 30 cm)に着目した．冬場における根域温度は小豆島が 8℃であるのに対し，能登島
は 3℃しかない[1]．冬の根域を暖め，土壌微生物の活性化を促すことで，寒さによる根のダメージを抑え，春先の樹木生育を促進できると考える．したがって，能登島の地温を小豆島に近づける技術の開発を図る．
近年，未利用エネルギーへの関心は高まって

Fig1：本研究の HP 利用イメージ

おり，その 1 つである地中熱を活用する．能登島の地中 2m 深の地温は真冬でも 11℃あり[1]，
根域に比べて暖かい．この地中熱を根域に輸送する技術として，ヒートパイプ(以下 HP)に着目した．HP とは，金属製のパイプ内に作動液(揮発性液体)を入れ，真空密閉したものである．
これを鉛直埋設すれば，両端の温度差を駆動力として熱輸送が行われるため，電力なしで冬の樹木根域を暖めることが可能となる(Fig1)．

Fig2：実証試験の方法簡略図

31

2.方法

4.おわりにHP は外径 25.4mm, 長さ 2m の銅管を用いHP を利用した地中熱輸送で根域温度の加温て作製し，作動液には冷媒[HFC-134a(代替フを試みた．長さ 2m の HP を作製し，土壌種がロン)]を封入した．作製した HP は本学付属農異なる 3 か所の圃場に鉛直埋設した．その結場（以下農場）・能登島オリーブ畑（以下能登果，いずれの圃場においても，HP によって根島）
・石川農業試験場能登分場（以下能登分場）

域温度が上昇したことが明らかとなり，電力なの 3 圃場に埋設した．農場では 2019 年 12 月

しで冬の樹木根域を加温できることを実証し24 日に，能登島では 2020 年 2 月 12 日に，能た．また，その加温範囲は HP 周辺 10cm 程で登分場では 2020 年 2 月 26 日に HP を設置し，あることが示唆され，より広範囲を加温する技

地温計測を開始した．埋設方法は，杭打機を用術の開発と検討が課題となる．

いて土壌に約 2m の縦穴をあけ，そこに HP をさらに，今後の展望として，根域加温による挿入し埋設した．HP 埋設位置から 1-2m 離れオリーブ樹木の生育促進効果及び果実収量にた地点には，リファレンス（以下 Rf）として塩対する効果についても明らかにする必要があ

ビパイプを埋設した．HP と Rf には複数箇所にる．この技術が確立されれば，寒冷過疎地域に熱電対を設置し，60 毎の温度計測を行った．さおける作物栽培の新たな手法の創出が期待でらに，HP 上端部から水平方向にも熱電対を設きる．

置し，地温計測を行うことで，HP の加温範囲を調べた(Fig2)．
3.結果及び考察
農場の地温計測期間のうち，最も気温が低かった日を含む 2 月上旬の 1 週間を抜粋し，その結果を Fig3 に示す．この期間，2m 深の地温は約 12℃で一定となっており，15cm 深の地温は日変化に伴い 9℃から 2℃の間で幅広く推移し

Fig3：農場の実証試験結果（一部）ている様子が見られる．一方，HP を埋設した15cm 深の地温（HP トップ）は，ほぼ一定で 8℃を維持しており，HP による加温が明らかとなった．他の 2 つの圃場においても，同様の結果が得られた．
また，農場における HP 上端部から水平方向の温度分布図を Fig4 に示す．なお，データは最も気温が低かった日（2020 年 2 月 6 日）の日平均値である．HP による加温で約 7℃だった地温は，HP から離れるにつれて徐々に低下

Fig4：HP 上端から水平方向の温度分布(農場)していき，水平方向 10cm 地点では Rf(水平方
向 100cm)とほぼ同じ温度となった．ここから，

参考文献

HP の加温範囲は 10cm 程であることが明らか[1] 農林水産省・気象庁,「地温温度等に関する資料(農業気となった．

象資料第 3 号)」,1982 年,p228.p288

32

P11
異なる温度・水分条件下で培養した泥炭土からの温室効果ガス排出速度
GHG emission from peat soil under different temperature and water content
奥田涼太・長竹新・清水真理子・横川仁伸
国立研究開発法人土木研究所寒地土木研究所
要旨
農地からの GHG（CO2，CH4，N2O）排出速度を最小にする設定地下水位を温度別に明らかにすべく 5，20℃下で泥炭土の培養実験を行った．CO2，N2O は 20℃下で排出速度が大きく，CH4 は温度による違いは小さかった．CO2 換算の GHG 排出速度は CO2 が一番大きく，飽和状態で CO2
排出速度が最小となることが分かった．GHG 排出速度の最小化には，地温が高くなる夏に地下水位制御を行い下層の泥炭土を飽和状態に保つことが有効であると示唆された．
キーワード：

温室効果ガス，培養実験，泥炭土

Key words: Greenhouse gases, Incubation experiment, Peat soil
１.はじめにに段階的に脱水し，各段階で培養試料として用泥炭土を基盤とする農地では，泥炭の分解がいた．h = 0 では試料を 100 mL の試料円筒に移圃場沈下の一因になり得る．また，泥炭の分解し下端から毛管飽和後，表面を 15 mm 湛水しは CO2，CH4，N2O などの温室効果ガス（GHG）

た．h = 32，100，316 cm では加圧板法で水分の排出に影響を与える．ところで，北海道の水調整を行なった．試料を体積約 2.5 L の塩ビ密田地帯では地下水位を任意に設定出来る，地下

閉容器に入れ，酸素濃度 13%，窒素濃度 77%の水位制御システムの整備が進んでいる．GHG

気体で容器内の気体を置換したものを実験装

排出速度の地温・水分依存性は既往の研究で報置とし，5，20℃の恒温庫内に約 7 日間静置し告されており，GHG 排出速度を最小にする設た．実験はそれぞれの温度について 5 連で行

定地下水位を温度別に明らかに出来れば有益

い，1，3，7 日目に GHG 濃度を測定した．すである．また，泥炭の分解による圃場沈下の抑べての h での培養終了後，試料を炉乾燥し乾土制も期待できる．しかし，泥炭土の培養実験に重量を求めた．CO2 の測定には，低濃度（0～よる GHG 排出速度の測定例は少なく，地下水

2070 ppm）では CO2 アナライザー（LI-COR）

位制御が可能な圃場の土を用いた例はない．そを，高濃度（2070 ppm 以上）では赤外線 CO2

こで，集中管理孔方式の地下水位制御システム

コントローラ（富士電機）を用いた．CH4，N2Oが整備された圃場の泥炭土を用いて，温度・水の測定には FID・ECD 付ガスクロマトグラフ

分条件が GHG 排出速度に与える影響を調査す

ィー（SHIMADZU）を用いた．今回は 5 反復のるため，室内で培養実験を行った．

中央値を用いて考察を行った．

２．試料と方法

３．実験結果・考察

2020/4/29 に北海道美唄市内の水田一筆（170実験を開始すると泥炭土より GHG が発生し，

m × 70 m）内の 5 地点から 70 cm 深の不攪乱実験装置内の GHG 濃度 C が時間とともに直線の低位泥炭土を 50 mL の試料円筒を用いて採的に増加した（図 1（a），（b））．このため，1，取した．1 地点から 2 つ採取した試料の片方を

7 日目の GHG 濃度の傾きから乾土 1 g 当たり

5℃，もう片方を 20℃の培養試験用の試料としの CO2 換算 GHG 排出速度を求めた．図 2（a）

た．土壌水分を吸引圧 h = 0，32，100，316 cm～（f）に GHG 排出速度と h の関係を示す．5℃

33

プロット：中央値，エラーバー：最大・最小値

下での CO2 排出速度は 20℃下と比較して小さ

9000

CCO2 (ppmV)

く，h = 0 cm では 3.8 μgCO2-C eq. gsoil–1 day–1，h =
32～316 cm では約 8.6 μgCO2-C eq. gsoil–1 day–1 でほぼ一定だった（図 2（a））．20℃下での CO2 排
出速度は，h = 0～100 cm では h と共に増加し，
h = 100 cm で最大となった（図 2（b））．h = 316

CCH4 (ppmV)

cm では h = 100 cm の CO2 排出速度をやや下回った．水分量が減少し微生物活性が低下したためだと考えられる．変動係数（= 標準偏差 / 算術平均）を求めると，5，20℃下でそれぞれ約
0.46，0.45 と，温度にかかわらず CO2 排出速度(a) CO2 20℃

h = 100 cm

6000
3000

h = 0 cm00.9(b) CH4 20℃
0.6

h = 0 cm0.3

h = 100 cm

0のばらつきは同程度だった．CH4 排出速度は温度による差は小さく，h が小さいほど排出速度

0

2
4
6
Elapsed time, t (day)が大きくなる傾向があった．
（図 2（c），（d））．

図 1. 実験装置内の GHG 濃度の経時変化

好気的な状態だったと考えられる．変動係数は5，20℃下でそれぞれ 0.58，0.82 と，温度が高いほどデータのばらつきは大きかった．一般的にいわれるように本試験においても CO2 と

CO2 production

μgCO2-C eq. gsoil–1 day–1 となり，泥炭土中が完全にCH4 のトレードオフの関係が確認された．しか(μgCO2-C eq. gsoil–1 day–1)

5，20℃ともに h = 316 cm で CH4 排出速度が 0は h = 32 cm で N2O 排出速度が一番大きく，他(μgCO2-C eq. gsoil–1 day–1)

day–1 以下と小さかった（図 2（e））．20℃下でCH4 production

ではいずれの h でも約0.001 μgCO2-C eq. gsoil–1

200

100

0.15

× 各試料の値

地温が高くなる夏に地下水位制御を行い下層の泥炭土を飽和状態に保つことは，GHG 排出(μgCO2-C eq. gsoil–1 day–1)

N2O production

排出量が大きくなることが分かった．以上より，

(c)

5℃

(d)

20℃

(e)

5℃

(f)

20℃

0

32 100 316 0

32 100 316

0.05
0

50

が最小になること，気温が高い 20℃下で GHG

□ 中央値

0.1

かった（図 2（f））．N2O 排出速度は CO2，CH4

5，20℃下の両方で h = 0 cm で GHG 排出速度

20℃

50

-0.05

20℃下でそれぞれ 1.5，1.4 だった．以上より，

(b)

150

の h では 0.007 μgCO2-C eq. gsoil–1 day–1 以下と小さと比べてバラつきが大きく，変動係数は 5，

5℃

(a)

0.2

ると CH4 が 3～4 オーダー程度小さかった．CO2
重要だと考えられる．N2O 排出速度は，5℃下2500

し，本試験の CO2 と CH4 の排出速度を比較す
排出の抑制は，泥炭土の分解による沈下抑制に

8

40
30
20
10
0

Suction, h (cm)速度の最小化に有効である可能性が示唆され

図 2. GHG 排出速度とサクションの関係

た．

34

P12
水分移動をともなう土中の有機態窒素の無機化と微生物活性
Organic decomposition and microbial activity in Andisol under infiltration
岡田華保・渡辺晋生
三重大学大学院生物資源学研究科
要旨(Abstract)
水分移動をともなう土中の有機物分解を理解することを目的に，異なる含水率の黒ぼく土を用いたバッチ試験とカラム実験を同時に行った．油粕をすきこんだ試料のバッチ試験では，θ = 0.45に比べて θ = 0.4 で NH4 – N 生成量が多く，微生物活性も kmin も大きくなった．上層 10 cm に油粕をすきこんだカラム実験では，NH4 – N がバッチ試験と同程度生成され，水分移動とともに流下した．微生物は移動せず，有機物すきこみ層で一様に活性が高くなった．
キーワード：有機物分解，無機化，微生物活性，カラム浸潤実験
Key words : Organic decomposition, Mineralization, Microbial activity, Column infiltration experiment
NH4 – N，NO3 – N 濃度と ATP 量を吸光光度計

1.はじめに土中にある有機物中の窒素は有機物分解菌とルミテスターで測定した．なお，NH4 – N のや硝化菌によってアンモニア態窒素 NH4 – N，

測定には，10 %KCl と純水抽出液を用い，それ硝酸態窒素 NO3 – N に変化する（無機化，硝化）．

ぞれを全量と溶存量とみなした．また試料の θ，こうした窒素の無機化や硝化は一次分解反応

pH，電気伝導度 EC も同時に測定した．NH4 – N

式で近似でき，その速度定数は通常バッチ試験

濃度の時間変化を一次分解反応式で再現するにより評価される．一方，土中の水分移動が生ように，無機化速度定数 kmin を決定した．

じると，活性化した微生物や生成された溶存態

カラム実験も 25 ℃の恒温室で行った．Fig. 1

NH4 – N，NO3 – N の移動が生じると考えられに実験概要を示す．高さ 15 cm，内径 5 cm のる．しかし，水分移動をともなった窒素の形態

アクリルカラムに θ = 0.4 に調整した試料を，変化や微生物 ATP 量を実際に測定した例は少乾燥密度 ρb = 0.9 g/cm3 となるように 15 cm 充

ない．そこで本研究では，水分移動をともなう

填した．このとき，上から 10 cm 深までの試料

土中の有機物分解過程の理解を目的にバッチには油粕を C が 400 mg/100 g-drysoil となるよう試験とカラム実験を行い，窒素の形態変化とにすきこんだ．上端から純水を q = 0.5 cm/d のATP 量を測定し，その結果の数値解析を試みた．

定流量ポンプ
降雨装置
0.5 cm/d

２．試料と方法
岩手大学学内圃場で採取し，水洗した黒ぼく

油粕層
10 cm

土の 2 mm 篩通過分を試料とした．有機物には油粕（J - オイルミルズ，C/N：7）を使用した．

・・・・

純水

・・・・ 7.5 cm

5 cm

バッチ試験では，体積含水率 θ を 0.4，0.45

2.5 cm・・・・ 12.5 cm
テンシオメータ
35 cmに調整した試料に，油粕を有機態炭素 C が 400

4極センサ

mg/100g-drysoil となるように添加し，50 mL 容
電子天秤

サンプラーに充填した後，25 ℃の暗所に保温
Fig. 1

静置した．そして，任意の日毎に土中の35

Fig.1 Schematics of column experiment

Schematics of column experiment一定速度で滴下した．2.5，7.5，12.5 cm 深に 4競合し，硝化が生じていないと考えられる．

極センサとテンシオメータを設置し，EC と圧

カラム実験では，7 日目の θ は 9 cm 深まで

力水頭を測定した．また，下端から 35 cm 下方

約 0.45，11cm 以深で約 0.41 だった（Fig. 2a）．

に排水口を設け，排水を約 40 mL 毎採取した．

7 日目の NH4 – N 濃度は 5 cm 深で最も高く，通水開始 7，18，30 日後にカラムを解体し，

28 mg/100g-drysoil だった．また，11 cm 深で 2各深さの θ，pH，EC を測定するとともに，NH4

mg/100g-drysoil まで低下し，それ以深でほとんど– N，NO3 – N 濃度と ATP 量を測定した．

見られなかった（Fig. 2b，白丸）．油粕をすきバッチ試験で得られた kmin とカラム実験でこんだ層で有機物が分解され，水分移動分 NH4得られた NH4 – N 濃度分布を参考に，HP1 を– N が流下したと考えられる．カラム全層での用いて水分移動をともなう土中有機物の無機

NH4 – N 生成量は，バッチ試験の θ = 0.45 の 9化と移動を再現した．

日目の生成量と同程度の 35%だった．一方，

３．結果と考察NO3 – N は全層でほとんど検出されなかったバッチ試験では，θ は 0.4，0.45 と期間中そ（Fig. 2c）
．バッチ試験同様に硝化が生じていれぞれ一定だった． θ = 0.4 の NH4 – N 濃度は，ないと考えられる．ATP 量は，油粕をすきこん

9 日目に 22 mg/100g-drysoil（添加有機態窒素のだ層では 0.11 mg/100g-drysoil とほぼ一定になっ

36%），その後 16 日目にかけて 44 mg/100g-drysoil

たのに対し，すきこんでいない層では検出され（74%）に上昇した．一方，θ = 0.45 では 9 日なかった（Fig. 2d）．油粕すきこみ層で有機物目に 20 mg/100g-drysoil（33%），その後 20 日目に分解が一様に生じており，水分移動があってもかけて 30 mg/100g-drysol（50%）に上昇した．無微生物は流下しないと考えられる．

機化過程の ATP 量も θ = 0.4 の方が高かった．

数値計算では，カラム全体の NH4 – N 生成量

ここで，0 日目の有機態窒素濃度を AD 分解法

がカラム実験の測定値（37 mg）と一致するよで求めた易分解性窒素量と仮定し，NH4 – N のうに（Fig. 2b，淡線）kmin を決定したところ，実測値に一次分解反応式を適合すると，kmin は，

kmin = 0.11 /d と，バッチ試験で求めた kmin より

θ = 0.4 で 0.08 /d，θ = 0.45 で 0.05 /d となった．

大きくなった．数値計算については，実験のまた，NO3 – N は θ = 0.4，0.45 とも 9 日目まで

NH4 – N 分布や NO3 – N 量をより正確に再現す

検出されなかった．有機物分解菌と硝化菌がATP[mg/100g-soil]
るよう今後の検討が必要である．
NO
3 [mg/100g-soil]

0

0

0

（C）

5

5

5

55

10
10

10

liquid深さ [cm]（b）

深さ [cm]（a）

深さ[cm]

Depth[cm]
Depth [cm]

00

total

10

calculation

10

〇0 d
〇7 d
15
15
00

0.2
0.2 0.4
0.4 0.6
Water Content θθFig. 2

15
0.8
00

（d）

〇0 d
〇7 d

15

20
0
0.0
10
20
30
NH4-N [mg/100g DW ]NH4-N[mg/100gdrysoil]

15

0
0.5
1.0
0.0
NO3-N [mg/100gDW ]

0.1
0.2
0.1
0.2
ATP [mg/100gDW ]Profiles of (a) water content, (b) NH4–N, (c) NO3–N, and (d) ATP in soils under
infiltration for 0 and 7 days.

36

P13
水田転換畑における 24 時間容水量と水分特性曲線の関係
Relationship between soil water content after 24 hours from the rainfall eventand soil water characteristic curve at converted paddy field
岩田幸良 1・宮本輝仁 1・亀山幸司 1
1 農研機構農村工学研究部門

要旨(Abstract)
水田転換畑の深さ 30 cm までの土層の水分貯留量を測定し，水分特性曲線から推定される pF 値との関係を調べた。水田転換畑における作土層の 24 時間容水量は，耕盤層の飽和透水係数が高い
圃場では降水量に依存するが，土層全体が飽和状態に近くなるほどの降雨があった場合は pF1.5程度になると考えられた。一方，飽和透水係数が低い圃場の 24 時間容水量は湛水時間に依存し，pF1.0 相当かそれよりも高水分量になると考えられた。
キーワード：土壌水分，耕盤層，飽和透水係数，圃場容水量，飽和土壌
Key words: Soil moisture, Plow sole, Saturated hydraulic conductivity, Field capacity, Saturated soil
近では，ICT 関連の研究の一環として，タンク

1.はじめに畑地灌漑計画において，土壌が保持できる水モデルを用いて土壌水分量を簡易に推定し、マ分量の上限として圃場容水量が用いられる。圃

ップ化する取り組みが行われている（例えば，

場容水量は，均一な土層に十分な水を与えた後，大野ら, 2019）が，これらの研究でも圃場容水

下方浸透が全体の水収支に影響を与えない程量を pF1.5 や pF1.8 として与えているほど，度小さくなったときの土壌水分量として定義

この考え方は広く普及している。

される。すなわち，下方浸透という動的な概念

一方，本来の圃場容水量の定義に従えば，圃

を考慮することなしに圃場容水量は決定でき

場容水量は均一な土層を仮定していることかないが，浸透量の測定が難しいことから，技術ら，水田転換畑のように耕盤の存在により著し的に圃場容水量の決定が難しいという問題がく物理性が異なるような成層条件ではそもそあった。そこで日本の畑地灌漑計画では，多量も圃場容水量の概念が適用できない。しかし，の降雨から 24 時間後の土壌水分量を圃場容水

近年は水田転換畑での野菜等の高収益作物の量と同等とみなし，保水量の上限として畑地灌導入が促進されているなど，水田転換畑におい漑計画を立てることとしている。さらに水分特ても畑地灌漑のための必要水量の決定や土壌性曲線における pF1.5～pF2.0 に相当する土壌

水分量の推定の需要が高まっている。そのため，水分量を 24 時間容水量と同等とみなし，土壌

水田転換畑のような成層条件においてどのよ

タイプごとに保水量の上限を決定できるとし

うに保水量の上限を決定するのが妥当であるている（農林水産省，2017）。これは，本来動かを検討することが，これらのパラメータを正的な概念を用いて定義された圃場容水量とは確に求めるために必要であると考えられる。

本質的に異なるが，畑地灌漑計画の必要水量をそこで，茨城県茨城町の農家圃場において，決定する上で実用上のメリットがある（とりあ

土壌水分量の測定を実施し，降雨後の土壌水分

えず，簡便に必要水量が計算できる）ことから，

量と水分特性曲線の関係を調査した。

24 時間容水量とこれを水分特性曲線から決定

２．材料と方法2019 年 4 月 4 日～6 月 7 日に，茨城町のネする手法は広く受け入れられて今日に至る。最37

ギ栽培圃場において，深さ 5, 15, 25 cm の土壌上で，キャベツ圃場の耕盤層の飽和透水係数が水分量をキャパシタンス式水分計（Meter 社，

7.21×10-7 cm s-1 とかなり低いことから､このEC5；以下，EC5）で測定し，深さ 30 cm のときには深さ 30 cm までの土壌が飽和し，湛

平均的な水分量を算出した。また，2019 年 9

水状態にあったと考えられる。センサーの出力

月 17 日から 12 月 8 日に同町のキャベツ栽培

値から体積含水率への換算式として，メーカー

圃場において，上記の EC5 による土壌水分量が提供する 2 次の多項式を用いたが，飽和に近の測定の他，ロッド長 30 cm の土壌水分計

い水分状態ではセンサーの出力値の微妙な違（Campbell 社，CS616；以下，CS616）を地

いにより水分量が過大評価されたことで，実際

表面から縦に挿して深さ 0～30 cm の土層のにはありえない高い水分量が測定されたと考平均的な水分量を測定した。深さ 30 cm までえられる。この降雨イベント時に EC5 によりの平均土壌水分量に土層の厚さ（300 mm）を測定された深さ毎の土壌水分量は，降雨時に最掛けて，同土層の水分貯留量を算出した。これ

大値の 0.46～0.48 m3 m-3 を記録しており，こらの圃場の各土層から土壌を採取し，実験室でのとき深さ 30 cm までの土層は飽和状態であ

飽和透水係数と水分特性曲線を求めた。

ったと考えられる。降雨終了から 24 時間経過

３．結果と考察

後の土壌水分量は、CS616 が 0.430 m3 m-3，
EC5 が 0.434 m3 m-3 とほぼ等しく，pF1.0 程

春のネギ圃場において EC5 で深さ毎に測定した土壌水分量は，5 月 21 日の 57.5 mm の度の水分量であった。

降雨により，深さ 15 cm と 25 cm でこの水分CS616 の測定値が飽和水分量に相当する計で飽和に近いと考えられる 0.47～0.48 m3

0.61 m3 m-3 以下になったのは，この降雨イベ

m-3 を記録した。一方，深さ 5 cm の土壌水分ントが終了してから 12 時間後だった。このと量は最大でも 0.32 m3 m-3 であり，この降雨にきの深さ毎の土壌水分量は，どの深さも最大値

より湛水は生じなかったと考えられる。この降よりも若干低下しており，湛水が終了して作土

雨終了後から 24 時間後の深さ 30 cm までの層全体に空気が入り始めたと考えられる。この土層の平均的な水分量は 0.35 m3 m-3 であり，湛水が終了したと判断されたときから 24 時間

pF2.5 の水分量に相当した。これは，耕盤層の後の深さ 30 cm までの平均的な水分量は，

飽和透水係数が 8.63×10-5 cm s-1 と水田の耕CS616 が 0.394 m3 m-3，EC5 が 0.434 m3 m-3

盤としては高いことから表層が飽和せず，5であり，それぞれ pF1.3 と pF1.5 相当の水分

cm 深の水分量が 0.19 m3 m-3（pF4.0 相当）と量と同程度であった。

少なかったためと考えられる。土壌が飽和した

以上のことから，水田転換畑で飽和状態からと考えられた深さ 15・25 cm のこのときの平24 時間経過後の作土層の pF 値は pF1.3～

均的な水分量は 0.44 m3 m-3 であり，pF1.5 にpF1.5 程度になると考えられるが，降水量や湛相当する。このことから，もっと降水量が多け

水の有無により 24 時間容水量に相当する pF

ればこの圃場でも 24 時間容水量は pF1.5 相当

値は異なると考えられた。今回は暗渠排水の効の水分量と同等であったと考えられる。

果が低い圃場での試験結果であり、今後より排秋のキャベツ圃場において CS616 により測

水の良い水田転換畑での試験を予定している。

定した土壌水分量は，10 月 12 日の 126 mm の参考文献

降雨により最大で 0.8 m3 m-3 以上になり，作農林水産省（2015）：土地改良事業計画設計基準及運用・解説，

土層の飽和水分量である 0.61 m3 m-3 を大き

農業用水（畑），農業農村工学会

く超えていた。降水量が春のネギ圃場の 2 倍以

大野宏之ら（2016）：生物と気象，16，71-79．

38

P14
膨張性ポリウレタン発泡剤を用いた石礫を含む土壌採取法の検討-カルスト地形における COSMOS の広域土壌水分量の評価Soil Sampling Method of Rocky Soils with Expandable Polyurethane Foam
-Evaluation of Soil Moisture using COSMOS in a Karst Region原菜月 1・五藤慎仁１・徳本家康１1 佐賀大学農学部

要旨(Abstract)：
石礫を多く含む土壌が広く分布するカルスト地形では，定形体積容器による土壌採取が難しいた
め，土壌水分センサーの校正が困難である．本研究では，石礫を多く含むカルスト地形において，膨張性ポリウレタン発泡剤を用いて土壌体積を測定することで，COSMOS の水分量の測定精度について検討した．
キーワード：膨張性ポリウレタン発泡剤, COSMOS，石礫土壌
Key words: Expandable polyurethane foam, COSMOS, Rocky soil
1.はじめにウレタン試料を含む容器を水で満たしたとき石礫を多く含む土壌が広く分布するカルスの質量(Dm)を電子天秤で計測した．ピクノメー

ト地形では，定形体積容器による土壌採取が難ター法による土粒子密度計算の手法を用いて，しいため，土壌水分センサーの校正が困難であ

ポリウレタンの密度（p）を求めた．

る．不定形体積の土壌採取法として，砂を用いρp＝た充填法はあるが（Page-Dumroese et al.,mp
mp＋(Dw-Dm)

×ρw(25℃) ［1］1999），利便性に優れた膨張性ポリウレタン発

ここで，mp はパラフィンを被覆前のポリウレ泡剤による土壌体積置換法も有用と期待されタンの質量である．p は，パラフィンの体積をる．本研究では，ピクノメーター法の原理を用含むため，パラフィンの体積（Ⅴpara）を補正す

いて，土壌採取に用いたポリウレタン発泡剤のることにより，土壌体積Ⅴを求めた．

体積を計測することで体積含水率を求めた．まⅤ=た，カルスト地形に設置した COSMOS の をmpρp

ーⅤpara［2］(2) 圃場における土壌採取

評価するため，ポリウレタン発泡剤を用いた土壌採取法の 実測値と比較したので報告する．

土壌およびポリウレタンの試料採取は，テキ

２．実験方法サス州サンマルコス市のカルスト台地に設置(1) ポリウレタン試料の体積計測法

した COSMOS の周囲で実施した（Fig. 1）．電膨張性ポリウレタン発泡剤には，Poly-Set（Utility Structural Systems, TX）を用いた．ポ
リウレタンへの水の浸入を防ぐために，粒状パラフィン（0.7866g cm⁻³，栗本薬品工業(株））で被覆した．ポリウレタンの体積計測では，恒温室（室温 25oC）において，ガラス製容器に下端から水を注入し，容器全体を水で満たした．
水のみを満たした容器の質量(Dw)およびポリFig. 1 カルスト台地における土壌採取の位置
39

子天秤を用いて，採取した石礫を含む土壌の質
量を現地で計測した．土壌採取した穴に，
poly-set を流し込み，ポリウレタンが膨潤・固化した後に採取した．採取した土と石礫を炉乾した後，乾燥した土の質量 ms および石礫の質
量 mr を求めた．
土に対する石礫の質量割合（=
mr/ ms）を算出した．前項で計測した体積を用いて，採取試料の を求め，COSMOS で観測された広域の平均体積含水率と比較した．
３．結果及び考察

Fig. 2 ポリウレタン試料の体積および密度(1) 計測した土壌体積の評価
Fig. 2 には，各採取位置におけるポリウレタ
ン試料の体積および密度を示す．採取した試料の最大体積は 1149 cm³，最小体積は 361 cm³であった．体積の評価手法として，Poly-set の密度poly 0.19 g cm⁻³に対するポリウレタン試
料の密度のバラツキを検討した．密度の過小評
価の要因には，パラフィン被覆時にポリウレタ
ン試料表面の空気を十分に取り除けなかったことが推察される．しかし，試料体積と密度のバラつきの相関は低く，体積の誤差は 10%程度であった．
(2)と石礫含量の関係
Fig. 3 は，COSMOS からの距離におけるとの関係である． は 0.1～0.4 m³m⁻³の範囲で空間的不均一性を有し（Fig. 3a），は 0～0.6 g
g⁻1 の空間分布が存在した（Fig. 3b）．－関係を Fig. 4 に示す．負の相関がみられ，石礫含量

Fig. 3 COSMOS からの距離におけるは に大きく影響を与えると推察される．

θとωの関係Fig.2a の結果より， の平均値は 0.27 m³m⁻³であった．COSMOS の 計測値は 0.22 m³m⁻³であり，土壌採取法の 実測値を過小評価した．これは，土壌採取が表層から約 10cm の石
礫の少ない表層土壌であるのに対して，
COSMOS の有効土層はより深く，石礫のより多い土層の を含むためと考えられた．
[謝辞] 本研究を遂行するにあたり，アリゾナ大学のM.Zreda 教授には多くのご協力をいただいた．ここに感謝いたします．

Fig. 4 θ－ω関係
３

40

P15
圃場全面における表層土壌の粒径組成のばらつきと土壌硬度分布の関係
Relationships between variation in particle size composition of surface soil
and soil hardness distribution over the fields
江波戸宗大
農研機構 中央農業研究センター
要旨(Abstract)：圃場全面における表層土壌の粒径組成（砂、シルト、粘土画分）と深さ 15cm までの貫入抵抗値との間でゆるい相関は見られた(相関係数 0.20-0.43)。砂、シルト、粘土画分を緯度経度でプロットして土壌硬度分布と比較すると、砂、シルト、粘土が適度なバランスで密に充填された環境で貫入抵抗が高くなり、その地点を少し外れて土壌水分含量も高い傾向になると示唆された。
キーワード：貫入式土壌硬度計、貫入抵抗、粒径組成、土壌水分含量
Key words: cone penetrometer, penetration resistance, particle size composition, soil water content
土壌(0-5cm)を採取した。Y1 圃場は 3 年分

1.はじめに圃場一筆あたりの面積拡大や大型農業機械（2016, 2017, 2018）、Y2、Y3 圃場は 1 年分の普及により、土壌物理性の良否が作物生産に(2017)の調査を行い、年次変動と圃場間差を把大きく影響するようになったため、土壌物理性

握できるようにした。

の評価を簡便・迅速に行うことが求められている。貫入式土壌硬度計を用いると短時間で調査できることから、圃場全面深さ 60cm までの三次元空間を貫入抵抗で把握する、土壌物理性簡易診断方法を開発した(Ebato 2020)。
土壌水分含量が高くなると貫入抵抗値は低くなることが知られており、貫入抵抗値を土壌物理性と関係する調査項目やパラメータに関(2) 分析・解析方法

連付けることで、貫入抵抗値の定量的活用が促進できると考えた。本研究は、圃場全面におい貫入抵抗値は、圃場ごとに深さ 1cm ずつ水て、表層土壌における粒径組成のばらつきと土平方向に並べ直して圃場全面の土壌硬度等高壌硬度分布を比較し、粒径組成と貫入抵抗につ線図 60 枚(1-60cm)を作成した(図１)。粒径組

いて関係性を見いだすことを目的とした。

成は、国際土壌学会法により、砂(0.2 – 2 mm)、
シ ル ト (0.02 – 0.2 mm) 、 粘 土 (0.002 –２．方法

0.02mm)に分画し、その割合を求めた。土壌水(1) 調査圃場

分は生土と風乾土の差から算出した。

茨 城 県 結 城 市 の 水 田 輪 作 圃 場 (Y1(1ha),

深さ 1cm ごとの土壌硬度と粒径組成などのY2(1ha), Y3(1.2ha))について、コムギ収穫時（6相 関 分 析 、 重 回 帰 分 析 は R ver.3.6.3 (R月上旬）に貫入式土壌硬度計による貫入抵抗調

CoreTeam 2020)で行った。土壌硬度、粒径成、査(56-64 地点/筆)を行った(図１)。土壌水分と土 壌 水 分 の 等 高 線 図 は OriginPro 2020b

粒径組成を測定するため、測定地点付近の表層(OriginLab Corporation 2020)で作図した。

41

３．結果と考察ロットすると、それぞれの画分が重なり合うこ(1) 砂・シルト・粘土・土壌水分含量と深さとなく、偏って分布していた（図２）。

15cm までの貫入抵抗値との相関関係

Y1 圃 場 (2016/6/1) に お い て 、 深 さ 2cm とY1 圃場において、2016 年では深さ 2cm の12cm の土壌硬度分布と砂・シルト・粘土画分

貫入抵抗値が砂・シルト画分とゆるい相関があを比較すると、どの画分についても一番割合のったが(表 1)、2017 年では深さ 3cm で砂・シ

高い地点と貫入抵抗が高い地点は一致しなか

ルト画分と、2018 年では深さ 3cm でシルト画った。逆に、粘土画分が多い位置は貫入抵抗値

分とゆるい相関があった。Y2 圃場では深さが低い傾向にあった。

4cm で粘土画分と、Y3 圃場では深さ 2cm で粗砂・シルト・粘土画分が高い地点を除外した

砂画分と相関が一番高く、同じ画分、同じ深さ地点では貫入抵抗値が高い傾向にあった。土壌が常に一番影響しているとは限らなかった。

水分含量分布も含めて考察すると、砂、シルト、

砂・シルト・粘土・土壌水分含量を目的変数

粘土が適度なバランスで密に充填された環境として深さ 15cm までの貫入抵抗値を用いてで貫入抵抗が高くなり、その地点を少し外れて

重回帰分析を行ったが、どれかの画分がとても

土壌水分含量も高い傾向になると示唆された。

よく予測できているということはなかった。

2017 年、2018 年の Y1 圃場でも、2017 年(2) 圃場全面水平方向における砂・シルト・粘の Y2 圃場、Y3 圃場でも同様の傾向であった。

土・と貫入抵抗値分布の比較

参考文献等

砂・シルト・粘土画分について緯度経度でプ

Ebato (2020) Agricultural Information

Research 29(1): 24-39.

42

P16
水田に施肥した米ぬかの水稲移植前の無機化について
Mineralization of rice bran in paddy fields before transplanting○永源 奨 1・Peter Mchuno Alfred1・下村案未 1・関谷信人 1・渡辺晋生 11 三重大学大学院生物資源学研究科

要旨(Abstract)
冬季に水田に施用した米ぬかによる水稲移植時の土中への無機態窒素の供給量を明らかにするた，硝酸態窒素（NO3-N）をめ，米ぬかを異なる量施用した水田土中のアンモニア態窒素（NH4-N）
施肥から移植前まで測定した．米ぬかの無機化は主に 0-10 cm 深で生じており，硝化はわずかであった．NH4-N と NO3-N の和である土中の無機態窒素量は期間内に次第に増加した．また，その増加量は米ぬかの施肥量が増加するほど大きく，単純な一次分解で表現できた．
キーワード：
Key words:
1．はじめに有機物分解，圃場実験，窒素動態，米ぬか

Decomposition of organic matter, field experiments, nitrogen dynamics, rice bran

米ぬかは入手や施用の簡便性

8 区を N0 区，2, 5 区を N4 区，3, 7 区を N8 区，から水田に有機肥料として用いられる事が

1, 6 区を N16 区とする．各区画の施肥量と施肥ある．米ぬかの C/N 比は約 19 であり，水田前の 0–15cm 深の平均無機態窒素量（mmol/kg-

土中への有機炭素の供給も期待できる．米ぬかsoil）を Table 1 に示す．圃場には気象ステーシ

は水稲の移植前に施用され，微生物による無機ョンを設置し，気温と降雨量，風速，日射量，化や硝化を経て，作物が吸収できる無機態窒素

相対湿度を測定した．すべての区画で，米ぬかを土中に供給する．しかし，圃場では気温や施肥前日の 2 月 6 日から 4 月 15 日まで，約 7

土中水分などの分解条件の違い、雑草の吸収や日ごとに採土した．採土深は 0–5 cm, 5–10 cm,

すき込みのため，移植時の無機態窒素量を推定10–15 cm, 20–25 cm の 4 深度(Table 1, 4 深度

することが難しい．また，米ぬかのような有機採土)，あるいは 0–15 cm の 1 深度(Table 1,

物は難分解性の成分も含み，含有する窒素の簡易採土)とした．採土した土の含水比を炉乾全てが移植時までに無機化するわけではない．

法で求めるとともに 10%KCl 抽出液を用いて最適な施肥管理のためには，施肥量に対する

NH4-N と NO3-N を吸光光度計で測定した．

無機化量の推定が必要である．そこで本研究では，冬季に異なる量の米ぬかを施肥した水田において土中の無機態窒素を測定し，移植時までの土中の無機化の様子を明らかにする事を目的とする．
2．試料と方法

Fig. 1 Experimental field (2020.4.22)

三重大学学内水田の一部を，Table 1 Amount of initial and applied nitrogen

初期条件が等しくなるように作土を混合した

米ぬか施肥量（kg/10a）

後，畔板と人工畔で 2.25 m2 の 8 区画に分けた（Fig. 1）．実験期間中は裸地の状態を維持し，

4深度採土

雑草等の植生は確認されなかった．2020 年 2 月
7 日に C/N 比 18.7 の米ぬかを窒素換算で 0, 4,

簡易採土

8, 16 kg/10a を 2 区画ずつ施肥した．ここで，4,

43

0

4

8

4区

5区

7区

16
1区

0.241

0.165

0.425

0.199

(mmol/kg-soil)(mmol/kg-soil)(mmol/kg-soil)(mmol/kg-soil)

8区

2区

3区

6区

0.165

0.175

0.176

0.166

(mmol/kg-soil)(mmol/kg-soil)(mmol/kg-soil)(mmol/kg-soil)

週平均気温は，米ぬかを施肥した週は約 4℃，
その後 3 月中旬までは約 9℃，4 月 16 までは約11℃でそれぞれ一定だった．施肥量が等しい 2
区画平均の 0–15 cm の含水比を Fig. 3 に 示
す．含水比は，降水直後の 3 月 13 日，4 月 3

20
15

Water content (g/g)

34 日（3 月 13 日），67 日（4 月 15 日）後の土
中 NH4-N 分布を示す．図中実線は N4 区各深度の平均値を，点線は N16 区の平均値を示す．

6
4

5

2

0

0
3/17
4/6 4/16
Day
Fig 2 Precipitation and air temperature

日，4 月 15 日でやや高いものの，区画間の差に施肥前日（2 月 6 日）と 20 日（2 月 27 日），

8

10

2/6

違は少なく，0.25 ~ 0.35 g/g で推移した．Fig. 4

10Precipitatio
Dailynave. temp.
Weekly ave. temp.

0.4

2/26

N16
N16
N8
N 8
N4
N 4
N0
N 0

0.3

0.2
2/6

3/17
4/6 4/16
Day
Fig 3 Water content (0-15 cm depth)

施肥前日の土中 NH4-N はいずれの深度も約 0.2mmol/kg と差がなかった（Fig. 4a）．また，NO3N はほとんど見られず，各区画の無機態窒素量

2/26

0

はほぼ等しかった（Table 1）．施肥 20 日後には，

5
Depth（cm）

各区画で 10 cm 深より上層の NH4-N が増加した（Fig. 4b）．また，増加量は米ぬかの施肥量が多いほど大きくなった．施肥後 1，2 ヶ月が経過すると，各区画の NH4-N が上層程増加し，施肥量による差も大きくなった（Fig. 4c, d），

10
15

N16 ave.
N 4 ave.
(a)
2/6

20
25

一方，10–20 cm 深の NH4-N の増加に施肥量に

0

1

2

3

40

N16 ave.
N 4 ave.
(b)
2/27

1

2

3

4

NH4-N (mmol/kg-soil)

よる差は見られず，20 cm 以深では NH4-N は0

見られなかった．
NO3-N は各区画の下層で測定

5
Depth（cm）

されたが，その総量は NH4-N の 1/10 以下とわずかだった．米ぬかの無機化は比較的上層で生じており，硝化はわずかで，20 cm より下方への無機態窒素の流下はほとんどないと考えられる．Fig. 5 に各区画 0-15 cm 深の平均無機

10
15
20
25

態窒素量（NH4-N と NO3-N の和）を示す．
施肥後の各区画の無機態窒素量は次第に増加

N16 ave.
N 4 ave.
(c)
3/13

0

1

2
3
40 1
2
NH4-N (mmol/kg-soil)

N16 ave.
N 4 ave.
(d)
4/15

3

4

Fig 4 NH4-N profile in N4 and N16 plots at(a) 0,(b) 20,(c) 34,(d) 67 days
Inorg-N（mmol/kg）

し，増加量は米ぬかの施肥量が多いほど大きくなった．ここで，期間中の気温と含水比がほぼ一定で，NH4-N の下方への流出や植物の吸収が無視できる事から，無機態窒素の増加に一次分解を仮定した．C/N 比が高いにも関わらず，分解速度定数を約 0.0002 d-1 とすると一次分解
反応式はよく実測値を表した．また，米ぬか中の窒素の多くが易分解性と見積もれた．

44

2

N16
平均
N16
N8 平均
N
8
N4 平均
4
N0N平均

N 0

1

0

2/6

2/26

3/17
4/6 4/16
Day
Fig 5 Amount of inorganic nitrogen

Precipitation（cm）

Temperature（℃）

3．結果 Fig. 2 に実験期間の雨温図を示す．

P17
トウモロコシ圃場における ICT 機器を用いた栽培管理に関する研究
The research about ICT management of maize cultivation
近藤紘嗣 1・溝口勝 1・杉野弘明 1
1 東京大学大学院農学生命科学研究科

要旨(Abstract)：
スマート農業が注目を集める中、モニタリングセンサー等の ICT 機器の農業利用が進められている．しかし、そうしたモニタリング機器は施設栽培での活用例が多く、露地栽培での利用はあまり進んでいない．露地栽培での利活用が進めば、農地拡大や副業農家の増加に寄与するものと考えられる．そこで本研究では、露地栽培、特にトウモロコシ栽培において ICT 機器を用いた栽培管理サポートを検証した．その結果、作物の生育不良を熱画像で探知し、モニタリングセン
サーから生育不良の原因を推察することができた．
キーワード：土壌センサー，サーモカメラ, ICT 機器, トウモロコシ
Key words: Soil Moisture sensor, Thermal Camera, ICT devices, Maize
日に定植を行い、8 月 28 日に収穫を行った．

1.はじめに

栽培前に化成肥料、石灰を施用し、栽培期間中

農業従事者の減少や高齢化を受け、データを基に営農管理をサポートする ICT 農業が広くに一度化成肥料を追肥した．

注目されている．ICT 農業は、遠隔から栽培状

2.2 サーモカメラによる生育診断 作物は、ス

況をモニタリングできるため、新規就農や副業

トレスにより蒸散速度が低下すると、葉温が高農家の増加、耕作放棄地の活用に寄与すると期くなる．そこで、熱画像による葉温データから待されている．しかし、従来の ICT 農業はビ

作物の生育状態を推定するために、対象圃場にニールハウスや植物工場といった施設栽培で

サ ー モ カ メ ラ (DS-2TD2617-10-Pa,の実用事例が多く、露地栽培での実用化はあまHIKVISION)を設置した．

り進んでいない．また、露地栽培における研究

2.3 環境モニタリングセンサーによる栽培管理としては、環境モニタリングセンサーやサーモ

潅水・施肥の指標とすることを目的に、対象圃

カメラといった ICT 機器をそれぞれ単独で用場に土壌水分センサー(含水率,電気伝導いた事例が多く、用途が限定的なため、栽培管

度 ;TEROS12, マ ト リ ッ ク ポ テ ン シ ャ理の一部分をサポートにするにとどまっている．そこで本研究は、露地栽培において、ICT
機器を用いたより包括的な栽培管理の実現を目的に、サーモカメラと環境モニタリングセン
サーを組み合わせ、センサーデータを基にした栽培管理について検証を行った．
２．研究手法2.1 調査地 福島県飯舘村内のトウモロコシ畑
を対象圃場とした．圃場サイズは 2m×10m で、土壌は 15cm 深さ、65cm 深さで層位の境界が
図１ センサー設置図見られた．6 月 10 日から幼苗を育て、6 月 17

45

ル;TEROS21）、気象センサー；ATMOS41、地対し、積算可能蒸発散量は 160.8 ㎜と降雨量

下水位センサー;HYDROS21 を設置し、データを下回った．本実験の対象圃場においては潅水ロガー;ZL6（いずれも METER Group, Inc.)をの必要はないと言える．

通じ、15 分間隔でデータをクラウドにアップ

一方で、土壌溶液の電気伝導度(EC)の値を見ロードした(図１)．

ると(図４)、表土の値が 7 月 5 日前後の降雨以３．結果と考察

降、低い値となっており、また 8 月 8 日に化成

3.1 サーモカメラによる葉温モニタリングと気肥料を追肥したが、EC の値に変化が少なく、孔コンダクタンスとの相関

降雨により養分が流出したと考えられる．

実画像からは判

また、土壌の間隙率が表層で 0.56、第二層（深断が難しいタイミングでも、熱画像を見ると生育不良により蒸散が起きず、葉温が高くなっていた (図 2)．このように、植物体の熱画像から生育不良作物を探知することができた．
このとき、栽培圃場全体の 1 割程度の作物がしおれかけていた．

図４

土壌溶液の電気伝導度 EC の時系列変化

度 15～65cm）で 0.52 であった．土壌の体積
含水率データを見る(図５)と、時として 0.5 を上回ることもあり、土壌の空気不足による湿害
図２2020 年 8 月 21 日の熱画像・実画像

も生育に影響していた可能性が示唆された．

3.2 土壌センサーによる土壌水分量・土壌養分量モニタリング

土中水のマトリックポテン

シャルの値は、栽培期全体で成長阻害点(－100kPa)より高かった (図３) ．水ストレスが生育不良の原因とは考えられない．また、8 月 27日時点で積算降雨量が 197.2 ㎜であったのに

図５

体積含水率 VWC の時系列変化

４．おわりに熱画像から生育不良を早期に探知し、環境モニタリングセンサーを通じ、生育不良の原因を推察することができた．モニタリングに加え、土壌分析やモデル計算をすることで、より正確に生育不良の原因を推定できると考えられる．

図３ マトリックポテンシャルの時系列変化

46

P18
Precise Estimation of Dodecylbenzenesulfonate (DBS) Under the Influence of Dissolved
Organic Matter (DOM) Using UV- Spectrometry
Imam Hossain1, Munehide Ishiguro2
1
Graduate School of Agriculture, Hokkaido University,
2
Research Faculty of Agriculture, Hokkaido University

Abstract
To elucidate and eliminate the influence of dissolved organic matter (DOM) during the UV-spectroscopic
measurement of Dodecylbenzenesulfonate (DBS) in DBS-DOM complex solution, 222.5 nm UV and 400
nm UV-vis spectra were measured. The absorbance both at 222.5 nm and 400 nm wavelengths increased inproportion to the increase of DOM concentration whereas the absorbance at 222.5 nm spectrum foundsignificant for DOM-free DBS solution. These relationships have been used to remove the influence of DOM
on the absorbance at 222.5 nm for the DBS-DOM complex solution.
Keywords: Dissolved Organic Matter, Dodecylbenzenesulfonate, UV-spectrometry, UV-vis, volcanic
ash soil
1. Introduction
Dodecylbenzenesulfonate (DBS) is theconstituents of presently existing cleaning agentsand other commercially available products based onanionic surfactants [1]. Sodium DBS is extensively
being used in industries and at homes as theingredient of soap and detergents. From a different
judgment, DBS is one of the most spread pollutants
that are available in every environmental setting[2].
On the other hand, Dissolved organic

Japan, was used to extract the dissolved solids (DS)as the representative source of DOM. The carbon
content of the soil was 13.8% and the soil physicochemical characteristics were reported by Ahmed
and Ishiguro (2015) [5]. The DS was extracted with
1 mmol/L NaCl at pH 6.0 and 100 mmol/L NaCl at
pH 5.0 electrolyte solutions using a soil &electrolyte solution ratio of 1:15 (w/v, dry weightbasis). Different periods of shaking viz. 1 hour, 6hours, 24 hours and 48 hours were applied using areciprocal shaker to produce DS solutions withdifferent concentration. Finally, the solutions were
centrifuged and supernatants were filtered throughthe No. 6 filter paper and stored properly.
Sodium DBS (C12H25C6H4SO3Na) having themolecular weight of 348.48 g/mol used as the main
reagent of the experiment. Three different
concentrations of DBS solution viz. triplicates of 0,
50 and 500 µmol DBS/L were prepared using
previously extracted DS solution as a solvent
having 8 different concentrations of DS and 1
mmol/L at pH 6.0 or 100 mmol/L at pH 5.0 NaClcondition. DOM-free DBS solutions were also
prepared to get DBS standard curve. One ml offormerly prepared DBS solutions from every
triplicate was taken to dilute 10 times with
deionized water and measured the absorbance at
400 nm UV-vis light spectrum and 222.5 nm
ultraviolet light spectrum using Shimadzu UV1208 spectrophotometer. Absorbance both at 222.5
nm and 400 nm spectra for 10 times diluted DS
solution without DBS were also recorded.
Generally, the measurement method of the DS

matter (DOM) is the key constituent playing
crucial roles in spreading, mobilization, anddegradation of soil pollutants such as organic
toxicants between the soil interface and soil
solution. The maximum percentage of DOM (50%
to 70%) usually covers by humic substances [3]. It
is assuming that the high turbidity of soil solution
caused by the presence of the DOM especiallywhen the humic portion presence at a significantly
higher amount.
Usually, DBS can be identified by conjugateddouble bond systems of benzene ring under UVspectrum of spectrophotometer [4]. However, in asolution with high DOM concentration, DBS
identification must be adjusted excluding theimpact of DOM. This study aims to the precise
estimation of DBS eliminating the influence of
DOM from DBS-DOM complex solution using
UV-vis and UV spectrometry.
2. Materials and methods
A highly humic non-allophanic Andosol of the
A-horizon from Daisen pasture, Tottori Prefecture,47

concentration is simple and accurate and DS
concentration was supposed to be in proportion to
the DOM. Therefore, DS concentration wasmeasured as the index of the DOM in the solution.
200 mL of the DS solution from all stored
supernatant were oven-dried at 60 ℃ for 4 days andthe DS concentration was calculated.

concentration was smaller due to the shielding
effect of high electrolyte concentration during themixing with soil and solution.
The elimination of DOM influence from DBSDOM complex solution is indispensable and can beaccomplished from the linear regression between
400 nm and 222.5 nm spectra (Fig. 3). The
difference between the absorbance at 222.5 nm
from such relationship for DBS free DOM and
DBS-DOM complex solution is the real absorbanceof DBS present in certain DBS-DOM solution (Fig.
3).

3. Result and discussion
Before the addition of DBS, the absorbance at
400 nm UV-vis and 222.5 nm UV spectra increased
with the increase of DS concentration for lower
electrolyte conditions (Fig. 1 & 2). The absorbanceat 400 nm spectrum had no influence when DBS
was added in the solution (Fig.1), because the DBS
solution was transparent.

Abs. at 222.5 nm

0.09

0 µmol DBS/L

0.06

DBS+DOM

1.0
0.8

DBS

0.6

DOM

0.4
0.2
0.0
0.00

0.05

0.10

0.15

Abs. at 400 nm

0.03

Figure 3: Relationship between the absorbance at
222.5 nm and 400 nm spectra in contrast to zero and50 µmol DBS/L in 1 mmol/L NaCl at pH 6.0
solution.

0.00
0

10

20

30

40

DS (mg/L)

Figure 1: Effect of DS on 400 nm spectrum for 1
mmol/L at pH 6.0 and 100 mmol/L at pH 5.0 NaClcondition for different DBS concentrations.

Previously prepared standard curve for theabsorbance at 222.5 nm from the different known
concentration of standard DBS solutions can easily
be used to calculate the real DBS concentrationfrom a given DBS-DOM complex solution.

1.2

Abs. at 222.5 nm

50 µmol DBS/L

1.2

0 µmol/L DBS
5 µmol/L DBS
50 µmol/L DBS

0.12

Abs. at 400 nm

1.4

0.9
0.6
0.3

4. References

0 µmol DBS/L
5 µmol DBS/L
50 µmol DBS/L

0.0

[1]

-0.3
0

10

20

30

[2]

40

DS (mg/L)

Figure 2: Effect of DS on 222.5 nm spectrum in 1
mmol/L at pH 6.0 and 100 mmol/L at pH 5.0 NaClcondition for different DBS concentrations.
On the other hand, the absorbance of 222.5 nm
spectrum increased with the increase of DBS
concentration in the solution of lower electrolyte
concentration (Fig. 2). The results of DOM solution
at 100 mM NaCl showed smaller values, but they
were almost on the same line with those at 1 mM
NaCl. The smaller values indicated that the DOM

[3]

[4]
[5]

48

J. Texter, Characterization of Surfactants- Surfactants A
Practical Handbook. Cincinnati: Hanser Gardner
Publications Inc., 1999.
D. C. McAvoy, C. E. White, B. L. Moore, and R. A.
Rapaport, “Chemical fate and transport in a domestic
septic system: Sorption and transport of anionic andcationic surfactants,” Environ. Toxicol. Chem., 1994, doi:
10.1002/etc.5620130205.
R. G. Wetzel, Ed., “Organic carbon cycling and detritus,”in Limnology (Edited by R.G. Wetzel), 2nd Edition.,
Philadelphia: Saunders Co., 1983, pp. 667–706.
M. Nakahara, The Science of Color. Tokyo: Baifukan
Publication, 2002.
F. Ahmed, M. Ishiguro, and T. Akae, Dissolution of
humic substances from highly humic volcanic ash soil as
affected by anionic surfactant, electrolyte concentrationand pH. Journal of Environmental Protection, 2012, 3,
280-287

P19
無肥料無農薬での水田における中耕除草の研究
Study of inter-tillage weeding in paddy field without agricultural chemical and fertilizer
Z. ZHOU, M. ISHIGURO and J. KASHIWAGI, H. ISHIZUKA, T. FUJII, K, FUJITA
Soil Conservation Lab., Hokkaido University
Abstract
Many times inter-tillage weeding for rice cultivation without fertilizer and agricultural chemical is effective
for rice growth. We compared the growth and soil nutrient condition among the different inter-tillage times
without fertilizer and agricultural chemical. The better rice growth was observed in the field of larger
inter-tillage times. However, the growth was not good enough as that in the conventional field.

Key words: inter-tillage, rice growth, no chemical and fertilizer, ammonium

1. Background
Almost half of the world’s population eat rice as
their staple food and the rice is planted by morethan half of the world's farmers. People believethat a good yield in rice cultivation can be obtained
only by using fertilizer and agricultural chemicals.
Excessive chemicals and fertilizers have been usedevery year and caused many problems, such as thedamage of ecosystem and environment, healthproblems of farmers and consumers and raisingcost in rice production to buy chemicals andfertilizers.
Professor Kasubuchi (2019) of Yamagata
University, has succeeded in getting a high yield in
paddy fields without agricultural chemical andfertilizer by introducing many times inter-tillage
weeding. Inter-tillage weeding is a traditional
agricultural method without herbicide. Weeds
grown in crop fields can be removed in time byartificial inter-tillage or mechanical tillage. It is
performed just after transplanting until panicle
initiation.
The first purpose of this study is to clarify the
influence of inter-tillage weeding on the rice yield
without agricultural chemical and fertilizer inpaddy field. We also aim to clarify the influence ofinter-tillage weeding on the dynamics of nutrientsin paddy field.

Field sites were located in Field Science Center for
Northern Biosphere in Hokkaido University. The
soil is gray lowland soil. The following paddy
fields were prepared for the experiment.
a. The field of 5 times inter-tillage weeding
without fertilizer and agricultural chemical (T5field); conduct 5 times inter-tillage weeding. First
inter-tillage was conducted 3 days after
transplanting. Last inter-tillage was conducted
after 50 days. The inter-tillage was done withalmost the same interval during the first and lasttillage.
b. The field of twice inter-tillage weeding without
fertilizer and agricultural chemical (T2 field); First
inter-tillage and last inter-tillage was done at thesame time with T5 field.
c. The field of no inter-tillage weeding without
fertilizer and agricultural chemical (T0 field).
d. The field where chemical fertilizers andagricultural chemicals were applied in aconventional method (C field) as a control field.
Each type of the fields had 3 plots to ensure theresult. One plot size for T0, T2 and T5 field was
8m×13m with random plot in a rectangular 10 aarea. C field located 25 m separated from theinter-tillage fields with 20 m×25 m which was also
divided to 3 plots.
Organic carbon content, available nitrogencontent, available silicate content, available
phosphorus content, total nitrogen content,

2. Materials and Methods

49biomass nitrogen content, soil trace element
contents, NO2- , NO3- , NH4+ , PO43- , Fe2+, DOC,
pH, oxidation reduction potential, temperature
were measured. Rice plant growth, and C, N, P
contents of plant were also measured. Yield per
area and yield component will be measured until
the presentation. The results of this year arepresented here.

shown in Fig.1 and the number of tillering isshown in Fig.2. In both cases, the value increased
with the increase of inter-tillage time. Tillering
ability has a significant influence on panicle
density which could determine the yield to someextent (Wu and Wilson 1998). The result indicated
the good influence of inter-tillage on rice growth.
In the first year and the second year of the ricecultivation, the difference among the inter-tillage
fields were not detected. It seems that the soil
condition has gradually become better during thesethree years. The plant weight and the number oftillering of C field was much larger than thoseinter-tillage fields, probably due to the goodnutrition.
The plant weight and the number of tillering
can both be influenced by many factors, such as
the temperature and solar radiation, the supply of

3. Results
0-timePlant weight/hill (g/hill)

50

2-time40

5-time30

control201002-Jun 17-Jun 2-Jul 17-Jul 1-Aug 16-Aug

nutrients and so on. Exchangeble ammonium-N
concentration in the soil solution is shown in Fig.3.
The difference among the inter-tillage sites were
not clear. The amount of C field was significantly
larger due to the fertilizer application. In the earlystage, ample nitrogen can make rice get more
effective tillering. The larger NH4-N concentration
caused better plant growth of C field.

Fig.1. Plant weight
0-time2-time5-timecontrol

Number of tillering per hill

35
30
25
20
15
10
5
0
22-Jun7-Jul22-Jul6-Aug

4. Conclusion
The good influence of inter-tillage times on rice
growth was observed in the third year of ricecultivation. However, the growth was better in theconventional field with fertilizer and agriculturalchemicals. The low temperature and climate of
Hokkaido might affect the growth in theinter-tillage fields. It may take more years for thesoil condition to become fertile. Further
investigation is required.

21-AugExchangeable NH4+-N （mg/kg）

Fig.2. Number of tillering
75
60

45

0-time2-time5-timecontrol30
1501-Jun 16-Jun 1-Jul 16-Jul 31-Jul 15-Aug

References

Fig.3. Exchangeable NH4+-N concentration at 5cm deep

Wu, G., Wilson, L. T., & McClung, A. M. (1998). Contribution ofrice tillers to dry matter accumulation and yield. Agronomy
Journal, 90(3), 317-323.
Kasubuchi, T., H. Arao, H. Yasuda (2019) Warning for modern
agriculture depending on chemical fertilizers and agriculturalchemicals; Significance of the multiple-inter tillage-weeding
method developed in Edo-era. J. Jap. Soc. Soil Physics, 65-69.

This was the third year of the rice cultivation for
the inter-tillage fields. Former results alreadyshowed in last year’s meeting. Here, we show thepartial results of this year. The plant weight is

50

P20
蒸発法による土壌クラスト層の不飽和水分移動特性の推定
Estimating Unsaturated Hydraulic Conductivity of a Crust Layer
using the Evaporation Method
坂井

勝 1・今井翔馬 2

1 三重大学大学院生物資源学研究科・2 三重大学生物資源学部

要旨
土壌表層に形成される土壌クラスト層は，畑地における土壌面蒸発に影響を与えると考えられる．
本研究では，蒸発法を用いてクラスト層の不飽和水分移動特性の推定を行った．得られた不飽和透水係数と水分特性曲線は，クラストの特徴である小さい間隙の増加を反映した形状を示した．
キーワード：土壌クラスト，不飽和透水係数，蒸発法，HYDRUS-1D
Key words: Crust, Unsaturated hydraulic conductivity, evaporation method, HYDRUS-1D（2）蒸発実験

1.はじめに畑地では，耕耘後の雨滴によって土層表面のクラストあり試料・クラストなし試料のそれ団粒が破壊され，生じた微細粒子が間隙に詰まぞれに同様の実験を行った．図 1 に実験装置図ることで土壌クラスト層が形成される．土壌クを示す．試料をカラム下端から毛管飽和後，上ラストは浸潤・蒸発といった水の移動を阻害す

端から蒸発させた．このとき，下端から挿入しるため，クラストを含む畑地土壌の水分移動をたテンシオメータで 2，4 cm 深の土中水圧力の予測するためには，土壌クラスト層の保水性と変化を測定し，電子天秤で測定した重量変化か

透水性（不飽和水分移動特性）を把握する必要

ら，積算蒸発量を求めた．実験終了後，1 cmがある．しかし，クラスト層は数 mm 程度と薄ごとに試料を等分し，鏡面冷却式湿度計（WP4）

いため，水分移動特性を推定する方法が確立さにより土中水圧力を，炉乾法により体積含水率

れておらず，定量的に評価された例が少ない．

を求めた．

そこで，土壌試料の蒸発過程における土中水圧（3）逆解析

力・積算蒸発量を測定し，数値計算で測定値を

HYDRUS-1D を用い，水分移動特性の逆解析

再現する水分特性曲線と不飽和透水係数を推を行った．6 cm の長さの土層に対し，上端境定する蒸発法に注目した．本研究では，圃場か界条件に測定した蒸発速度を与えた．蒸発実験

ら採取した不撹乱土を用いた蒸発法によって，で測定した土中水圧力変化，積算蒸発量および土壌クラスト層の不飽和水分移動特性を推定

実験終了時の土中水圧力・含水率を再現する水することを目的とした．

分特性曲線と不飽和透水係数を推定した．水分２．試料と方法

移動特性モデルには Durner モデルを用いた．

（1）試料

Se 

試料には三重大学附属農場のダイズ栽培圃

m  rn mn w1 1  1h    w2 1   2 h  s  r
1

1

2

2

 w S  w2 Se 2 
K  Se   K s 1 e1
2
 w11  w2 2 

場の表層土を利用した．試料採取には内径 8.4

lcm，高さ 6.0 cm のサンプラーを使用し，クラストを含む不撹乱土（クラストあり試料），表  w11 1  1  Se11m1


層土壌 2 cm を取り除いた不撹乱土（クラストなし試料）を採取した．

51

   w  1  1  S   
m1

2

2

1 m2
e2

m2

2

ここで，Se は有効飽和度， は体積含水率，r

排気による
乾燥促進

は残留体積含水率，s は飽和体積含水率，K s
は飽和透水係数，w1 (= 1  w2)，w2 は曲線に重8.4 cm
8.4
cm

2 cm
2 cm

みを与え，，n，m (= 1 1/n) は曲線の形状を

6 cmcm6.0

4 cm4 cm

与えるパラメータである．本研究では，r = 0とし，s は蒸発実験開始時の測定値を与え，

1，2，n1，n2，l，Ks，w2 を推定した．まず 6

⼟中⽔圧⼒
変化測定

cm の均一な土層でクラストなし試料の水分移動特性を推定した．次に上層 1.3 cm はクラス
ト層，下層 4.7 cm はクラストなし試料の成層土と仮定して，クラストあり試料の逆解析を行
図１

実験装置の概略図

で，クラスト層の透水係数は下層より低い値を

図２

土中水圧力と積算蒸発量の変化示した．また，水分量が飽和体積含水率から低0.5

い，クラスト層のみの水分移動特性を推定した．
３．結果・考察
図 2 に土中水圧力，積算蒸発量の変化を示す．
実測のクラストあり試料の土中水圧力は，クラストなし試料よりも早く低下した．蒸発初期の一定速度で蒸発が進行する効率蒸発は二つの試料で同じだった．蒸発速度はクラストあり試料の方が早期に低下した．
図 3 に数値解析により推定した水分移動特性を示す．推定した水分移動特性から計算した
土中水圧力，積算蒸発量は実測値を概ね再現した．飽和透水係数 K s はクラスト層で 0.0044

体積含⽔率、θ(cm3/cm3)

cm/hr，下層で 0.15 cm/hr であり，h 100 cm

下し始める土中水圧力（空気侵入圧）は，クラスト層で150 cm，下層で10 cm であった．また，空気侵入圧の変化に対応して，1000 cm
h100 cm ではクラスト層の透水性が下層

不飽和透⽔係数（cm/hr）

土よりも高い値を示した．蒸発法における Ksの推定は，圧力測定の精度に依存するため不確
かなことが知られている．一方で，間隙の目詰まりにより小さい間隙が増加する，クラスト層の特徴を反映した乾燥領域の水分移動特性が推定できたと言える．今後は，蒸発散にともなう畑地の水分動態に対するクラスト層の影響

0.4

クラスト層

0.3
下層

0.2
0.1
0
1

下層

クラスト層

1

について明らかにする必要がある．

10

100

1000

10000 100000

⼟中⽔圧⼒(‐cm)

図３52

推定した不飽和水分移動特性

P21
土壌有機物が非平衡条件下の速い放射性セシウムの移動に与える影響
Effects of Soil Organic Matter on Rapid Transport of Radioactive Cesium insoil under non-equilibrium condition
辰野宇大 1・濱本昌一郎 2・二瓶直登 1・西村 拓 2
1 福島大学2 東京大学要旨(Abstract)
土壌有機物は土壌への放射性セシウム（Cs）の吸着を阻害し，土壌中の Cs 移動に影響を与えることが指摘されている．しかし，既往の研究では平衡状態を仮定した実験の報告が多く，土壌水の流れに伴う土壌中の非平衡条件下の Cs 移動に土壌有機物が与える影響は明らかにされていない．本研究では土壌に吸着した有機物が土壌中の速い Cs 移動に与える影響を明らかにすることを目的に室内実験と数値実験を行った．その結果，土壌固相に吸着した有機物はフレイドエッ
ジサイト（FES）や六員環への Cs 吸着を阻害し，さらに粘土平面部で Cs を脱離しやすい状態で吸着することで Cs の移動を促進させると考えられた．
キーワード：放射性セシウム，土壌有機物，カラム実験，Hydrous-1D
Key words: Radioactive Cesium，Soil Organic Matter，Column Experiment，Hydrous-1D
0.45 m のフィルターを通過した溶液を回収

1.はじめに
東京電力福島第一原子力発電所事故以降，環した．回収した溶液に加水し，溶存有機炭素濃境中の放射性セシウム（Cs）動態の把握が課題

度 20 mg-C/L の有機物溶液を作成した．

になっている．土壌有機物は粘土粒子への Cs(3)Cs 溶液：137Cs 溶液に加水し，137Cs 濃度吸着を阻害し，土壌中の Cs 移動を促進する可

1.00×104 Bq/L の Cs 溶液を作成した．尚，今能性が指摘されている（Dumat and Staunton,

回使用する溶液はすべて，NaOH 溶液と NaBr，1999；Fan et al.,2014）．しかし，既往の報告

または NaCL 溶液を用いて pH6，イオン強度の多くは，土壌と Cs を長時間反応させる平衡

1.0 mmol/L に調整したものを使用した．

状態を仮定した実験や現地観測で，降雨時の土(4)通水条件：本実験は管理区域である東京大壌水の移動に伴う速い Cs 移動の機作を説明で学農学生命科学研究科アイソトープ農学教育

きているとは言い難い．そこで，本研究ではカ研究施設で行った．内径 3 cm，高さ 1 cm の円

ラム実験と飽和・不飽和多孔質体中の水・物質

筒アクリルカラムに供試土壌を充填し，カラム

移動シミューレータである Hydrous-1D を用下端から NaCl 溶液を湛水深 1 cm となるまでいた数値実験を用いて，土壌水の移動に伴う通水した．湛水後，通水方向を土壌カラム上端

Cs 移動に土壌有機物が与える影響を検討した．

から下端に切り替え，Cs 溶液供給前に有機物

２．カラム実験の方法

溶液供給しないカラム実験①と有機物溶液を(1)土壌試料：2015 年に福島県相馬郡飯舘村 F

事前に 240 PV 供給（カラム実験②），または地区の放棄林地で深さ 30～60 cm から採取し1050 PV 供給（カラム実験③）した 3 条件のた風化花崗岩土壌を供試土壌として使用した．

土壌カラムを調整した．土壌カラムを調整後，(2)有機物溶液：埼玉県秩父の東京大学演習林

NaCl 溶液 20 PV を通水，その後，Cs 溶液 240

内で 2008 年に採取したリターを用いて作成しPV，NaCl 溶液を再度 240 PV 分通水した．

た．破砕したリターと純水を 24 時間混合後，(5)数値実験：土壌固相への Cs 吸着につい53

て，(a)Two sites-平衡・非平衡（式(1),(2)）と本研究における土壌中の速い Cs 移動は，バッ(b) Two sites-非平衡（式(3),(4)）の 2 つの吸チ吸着実験で得られる分配係数のような平衡着モデルを検討した(Deepagoda et al.,状態を仮定した移動論での評価が難しいと考2011)．カラム実験の結果をもとに Hydrous-

えられる．また，(b) 非平衡吸着モデルでは，

1D を用いた逆解析を行い，各モデルの速度

カラム実験①と比べて，有機物を供給したカラ

定数等の値を求め，土壌カラムからの Cs 流

ム実験②③では不可逆吸着サイトの吸着定数出を計算した．また，(b) Two sites-非平衡モ

ka2 の値が小さく，可逆吸着サイトの脱離定数

デルでは，粘土平面部のような可逆的吸着サ

kd1 は大きくなった．土壌に吸着した有機物は

イト sk1 と，FES や六員環への Cs 吸着のよ

FES や六員環では Cs 吸着を阻害し，粘土平面

うな不可逆的吸着サイト sk2 を仮定した．

部では Cs を脱離しやすい形で吸着することで(a) Two sites-平衡，非平衡モデル s =se+sk
𝜕𝑠𝑒
𝜕𝐶𝛽
（1）
= 𝑓𝐾𝑓
𝜕𝑡
𝜕𝑡
𝜕𝑠𝑘
𝛽
= 𝛼 1 − 𝑓 𝐾𝑓 𝐶 − 𝑠𝑘 （2）𝜕𝑡(b) Two sites-非平衡モデル s =sk1+sk2
𝜕𝑠𝑘1= 𝑘𝑎1 𝜃𝑐/𝜌 − 𝑘𝑑1 𝑠𝑘1 （3）𝜕𝑡𝜕𝑠𝑘2= 𝑘𝑎2 𝜃𝑐/𝜌
（4）
𝜕𝑡

土壌中の Cs 移動を促進すると考えられる．

s -固相の溶質濃度[g cm-3]，se-平衡吸着サイト状態を仮定した移動論で評価することが難しの溶質濃度[g cm-3]，sk, sk1, sk2 -非平衡吸着サ

いことも示された．

４．まとめ
本研究より，土壌水の移動に伴う速い Cs 移動において，土壌に吸着した有機物は FES や六員環への Cs 吸着を阻害し，粘土平面部に Cs
を脱離しやすい形で吸着することにより土壌中の Cs 移動を促進することが示された．
また，土壌水の移動に伴うような速い Cs 移動は平衡

イトの溶質濃度[g cm-3]，c-液相の溶質濃度[g実験値(b)非平衡・非平衡

Ⅰ

Ⅲ

0.200

相対Cs濃度cm-3]，t-時間[min]，f-吸着サイト中の平衡吸着
サイトの割合[-]，Kf, β-Freundlich 式の定数，
θ-堆積含水率[-]，ρ-乾燥密度[g cm-3]，α-速度(a)平衡・非平衡Ⅱ
カラム実験②0.100

カラム実験①

カラム実験③00.0003501440
40016204501800
2501080500
3001260
200 900
100 540
50 360150 720180
ポアボリューム（PV）

定数[min-1]，ka1,ka2-吸着定数[min-1]，kd-脱離00

定数[min-1]．

Fig.1 Cs 流出の計算値と実験値
Ⅰ-Cs 供給前，Ⅱ-Cs 供給，Ⅲ-NaCl 再供給

３．結果

Table 1 吸着モデルのフィッティングパラメータ

Fig.1 にカラム実験と数値実験で得られた流Cs供給前の有機物液の供給条件

験は条件に応じて通水 PV が異なるため，Cs
パラメータ

溶液通水前の NaCl 溶液 20 PV 分を通水し始めるところを通水 PV の起点とした．有機物溶液を供給しなかったカラム実験①と比べ，有機物溶液を供給したカラム実験②③では Cs 供給
段階の相対 Cs 濃度が大きくなった．
また，Table 1 に数値実験で得られた各モデ
ルのパラメータを示す．(a)平衡・非平衡モデルの固相における平衡吸着サイトの割合を示す
ｆ値が全てのカラム実験で 1 ％以下となった．

54(b) Two sites-非平衡

出液の Cs 濃度の変化を示す．なお，カラム実(a) Two sites-平衡・非平衡①供給なし ②240PV
K f (cm3 g-1)
β

(-)
-1

848

812

0.567

0.678

0.681

0.296×10-30.370×10-3

9.86×10-3

1.64×10-3

α (min )0.670×10-3f0.102×10-3(-)③1050PV672-1

ka1 (min )

1.14

1.11

1.18

-1

kd1 (min )

0.002

0.014

0.008

-1

2.03

0.789

0.904

ka2 (min )謝辞 本研究は科研費（15H02467，19H00958）と東京大学 福島復興知アライアンスの助成，協力を受けて行った．ここに記して感謝する．
参考文献等 Deepagoda et al., 2011, Soil andFoundation,51:123-132. Dumat and Staunton, 1999, J.
Environ. Radioactivity, 46, 187-200. Fan et al.,2014,
Geochim Cosmochim Acta,135:49-65.

P22
土壌を極板とする平行板コンデンサーの静電容量と水分量の関係
Relationship between capacitance of soil-plate capacitor and water content
深田耕太郎
島根大学学術研究院
要旨
コンデンサーは電気を貯める性質をもつ電気回路の要素で、土壌水分量の測定に利用されている。ただし、土壌を誘電体とする利用方法がほとんどで、他の可能性は検討されていない。本研
究では、土壌を極板とするコンデンサーについて調べた。鳥取砂丘砂とステンレス板を極板とす
るコンデンサーを作製し、水分量と静電容量の関係を調べた。その結果、濡れた鳥取砂丘砂が表層から乾燥していく過程を、極板面積の減少として観測できることが分かった。
キーワード：鳥取砂丘砂、体積含水率、水の連続性、測定
Key words: Tottori dune sand, volumetric water content, water continuity, measurement
風乾状態の鳥取砂丘砂を含水比 5%に調整し1.はじめにコンデンサーは電気を貯めることのできるた。
2 種類の実験を行った。1 つ目の実験では、電気回路の要素である。土壌をコンデンサーに

長方形の型を利用して、縦 13 cm、横 27 cm、挟む誘電体として扱うことで、水と空気の誘電高さ 1 cm の直方体に整形した（Fig.1）。これ率の違いを利用して土壌水分を測定できる。こを幅 1 cm の銅箔テープを貼った OHP シート

れは TDR 土壌水分センサーの測定原理である。

の上に置いた。さらにこれを、縦 18 cm、横土壌をコンデンサーとして使う方法は、おそ32 cm のステンレス板の上に置いた。試料は自らくもう一つある。それは、土壌を平行板コン

然乾燥するにまかせた。一日に一回、試料全体

デンサーの極板として使うというものである。

の質量を測定した。そして、銅箔テープとステ

水分を含む土壌は導体として機能する。よって、ンレス板をデジタルマルチメータにつないで、別の誘電体を使って土壌を 2 つに絶縁するこ

静電容量を測定した。実験終了後、試料の一部とができれば、土壌を両極板とするコンデンサを使って含水比を測定した。含水比と試料の質ーを作ることができる。ただし、このコンデン量をもとに、体積含水率を計算した。これを 3

サーは、土壌が完全に乾いた状態では機能しな回繰り返した。

い。その閾値を把握することで、このコンデン

砂が湿っていると、銅箔テープと砂が電気的

サーを、土壌水分に反応するスイッチとして利につながる。したがって、砂試料の底面が上側用できるだろう。そこで本研究では、鳥取砂丘の極板、ステンレス板が下側の極板とする平行

砂を平板状に整形した試料を用いて、砂とステ

板コンデンサーができる。砂が乾燥して銅箔テ

ンレス板を極板とするコンデンサーを作製しープとの電気的なつながりが切れると、銅箔テた。そして、水分量と静電容量の関係を調べた。

ープのみが上側の極板となる。この変化を静電

また、応用として、円筒容器に充填した鳥取砂

容量の減少として観測できると考えた。
2 つ目の実験では、幅 12 cm、高さ 13 cm、丘砂の乾燥領域が、表層から下層に向かって拡大する様子を、コンデンサーを用いて観測した。

厚さ 0.03 mm のビニール袋にアルミホイルを入れ、袋の表面に銅箔テープを貼った。これを、内径 13.1 cm、高さ 12.5 cm の塩ビパイプの内

2．実験方法55

壁に貼り付けた。そして、塩ビパイプの中に、試料内部の体積含水率 2%以上の範囲が減少す

含水比 5%に調整した鳥取砂丘砂を充填した。

る様子と見ることができるだろう。

一つ目の実験と同様に、自然乾燥させながら、まとめると、鳥取砂丘砂の水の連続性は体積

一日に一回、試料全体の質量を測定した。そし含水率 2%で切れる。濡れた鳥取砂丘砂が表層て、銅箔テープとアルミホイルをデジタルマル

から乾燥していく過程を、砂丘砂を極板とする

チメータにつないで、静電容量を測定した。

コンデンサーの極板面積の減少として観測できる。

3．結果と考察
1 つ目の実験では、実験開始時の試料の体積

湿潤砂

含水率は約 8%だった。徐々に乾燥して、最終

銅箔テープ

的に 0.4%まで減少した。Fig.2 は体積含水率とOHPシート

静電容量の関係である。静電容量は実験開始時に約 8 nF だった。
その後、少し増加して約 9 nF

ステンレス板になり、しばらく一定値を示したのち、体積含C

水率 2%あたりで減少し始め、2～0.4%の範囲

Fig.1 実験装置（1 つ目）

で、9 nF から 0.6 nF まで急激に減少した。この結果から、鳥取砂丘砂は体積含水率 2%で土10

壌水分と銅箔テープの連続性が切れたことに
8

実験開始直後に静電容量が 1 nF 程度増加するのは、試料の作成後に少しだけ水分が移動して、銅箔テープと連続する水分が増加し、極板面積

静電容量（nF）

より、極板としての機能を失ったと考えられる。

が増加したためと考えた。

64
2

2 つ目の実験では、実験開始時の試料の体積
含水率は約 9%だった。この時の土壌水分は均00一に分布していたが、時間経過とともに表層が

0.02

0.04

0.06

0.08

体積含水率（cm /cm ）3

乾燥していく様子が観測できた。最終的には

3

Fig.2 体積含水率と静電容量の関係

0.5%まで減少した。実験終了近くでは、試料全体がほぼ風乾状態になったと考えられる。
3.0

Fig.3 は、静電容量の時間変化である。静電容

2.5

静電容量（nF）

量は、実験開始時に 2.9 nF だった。約 10 日間
変化しなかった。その後、20 日間程度かけて
2.9 nF から 0.5 nF まで減少して、最終的にあまり変化しなくなった。一つ目の実験結果（Fig.2）と合わせて考えると、最初の 10 日間

2.0
1.5
1.0
0.5

で土壌表層の体積含水率が 9%から 2%まで減

0.0

少し、その後、2％以下の層が、深さ方向に拡

7/2

7/9

7/16

7/23

7/30

8/6

日付

大したと考えられる。縦軸を適当なスケールにFig.3 静電容量の経時変化

読み変えることで、
Fig.3 の静電容量の減少を、

56

8/13

8/20

P23
局所耕うん法の密集根群を介した土壌水分移動の解析
Analysis of soil water flow through high density roots
for the shaft tillage method
田崎小春 1，高木健伸 1，徳本家康 11 佐賀大学農学部

要旨(Abstract)：

局所耕うん法の密集根群を介した下方浸透を解析するために，局所根群を仮定した異なるガラス
質繊維素材の水分特性パラメータを用いることで 2 次元の土壌水分移動解析を行った．密集根群を介した局所的な下方浸透を数値解析によって表現できたが，密集根群の水分特性の推定に関して逆解析的な検討が必要と考えられた．
キーワード：人工マクロポア，密集根群，選択流

Key words: Artificial macropore, high density roots, preferential flowの苗を移植した．試料表面から 5，10，15，18，

1.はじめに
農地に人工的に作成した鉛直間隙（人工マク

20 cm の位置にテンシオメータを挿入し，各箇

ロポア）を適用する局所耕うん法は，部分耕起所における土中水圧力を計測した．TDR シス

栽培法である．その特徴として，人工マクロポ

テムを用いて，試料表面から 7.5cm までの土壌

ア内に形成する密生した根群（密集根群）を介水分量（θ）を自動計測した．また，電子天秤

した選択的な水分下方浸透がある．水分下方浸を用いた 30 分間隔の質量計測により，蒸散量

透量の予測には，密集根群の水分特性が必要でを求めた．チンゲンサイの生育には，植物育成

あるが，その実測は難しい．一方で，土壌溶液用蛍光灯を使用し，午前 9 時から午後 9 時の間採取装置の wick pore-water sampler（Knutson et

で点灯させた．

al., 1993）において，植物根サイズのガラス繊

２．２ 数値解析
水分移動の数値計算には Hydrus 2D を用い

維の水分特性パラメータの報告がある．本研究では，wick sampler の水分特性を用いた水分移動の計算値と実測値を比較することで，密集根群内の水分移動を解析した．
２ 実験方法２．１ 土槽栽培実験
供試土と供試作物には，2 mm 篩した埴壌土および恒温室（25oC）で 2 週間栽培したチンゲ
ンサイの苗を用いた．透明アクリルカラム（高さ 25 cm，横 16 cm，幅 5 cm）を用いて，風乾させた供試土を乾燥密度 1.27 g ㎝⁻³で充填し，下端から毛管飽和後に重力排水させた．その後，
カラム中央に人工マクロポア（深さ 20 cm，直径 8 mm）を作成し，その上部にチンゲンサイ

Fig. 1 栽培実験の概略図

57

Clay Loam

0.078

0.493

0.034

1.23

6.8

Wick

0.021

0.49

0.0172

1.961

19200

12
8
4
0

0

間を対象とし，初期条件および境界条件には土

2
3

0.4

た．数値解析は，土槽栽培実験を行った 18 日

1amm d

Ks (cm d-1)

nmm d

q r (m3 m-3 ) q s (m3 m-3 ) Alphaq m3 mMaterial

Table. 1 供試土と wick の VG パラメータb0.2

槽栽培実験の条件を設定した（Fig. 1）．密集根

0

群 の 水 分 特 性 と し て 仮 定 し た wick (Mid-0

Mountain Inc.)の van Genuchten (VG)モデルの

5

10

15

Time dFig. 2 栽培実験における蒸散量の経時変化(a)およびq の経時変化(b)パラメータを Table 1 に示す．チンゲンサイの吸水モデルには，Feddes モデルを利用し，モデ
ルパラメータには Hydrus のデータベースにあるセロリを用いた．
３.結果および考察

q (m3 m-3)

３.１ 栽培実験
栽培実験において，チンゲンサイの生育は良く，良好な根の活着が確認された．栽培実験期
間には，チンゲンサイの生育状況に応じて潅水
量を 0.5 mm d-1 から 1.5 mm d-1 まで増加させた（Fig. 2a）．それに対し，蒸散量の平均値は 3.81mm d-1 であり，深さ 7.5 cm までの θ は減少する傾向がみられた(Fig. 2b)．土槽実験後には，
人工マクロポア内に密集根群が観察された．
３.２ 密集根群による選択的水分移動の解析

Fig. 3 実験 10 日後における 2 次元q分布のFig. 3 は，Hydrus 2D によって求めた 10 日

計算値

後の 2 次元における θ 鉛直分布である．密集根

h (cm)

群が存在しない場合には選択的な下方浸透は-800
0

生じず，wick を適用した水分移動計算において下方浸透を表現できた．Fig. 4 は，実測した5 (cm)

圧力の鉛直分布に，人工マクロポア周囲（6，z）座標の h 推定値を併記したものである．非常に高い wick の透水係数を用いても，潅水中における密集根群内の圧力分布の計算値は実測値に比べて低かった．これは，wick と密集根

-600

-400

-200
Ost 
Est 





10
15

0

 
 

20


群の水分特性の違いによるものと推察される．
今後の課題として，実測値の推定には密集根群25の水分特性の逆解析的な検討が必要である．

Fig .4 潅水前後における h の鉛直分布の比較：実測値 Obs vs 計算値 Est

参考文献：Knutson(1993): Design of Capillary Wick Pore-Water
Samplers and Their Effects on Solute Travel Time and Dispersion,
p42-47, Master course thesis
Knutson et al.(1993): Fiberglass Wick Preparation for Use
in Passive Capillary Wick Soil Pore-Water Samplers,
p1474-1476, SSSAJ[謝辞] 本研究は，JSPS（課題番号: 20K15623）および鳥取大
学乾燥地研究センター共同研究（課題番号: 02C2015）の助成を受けたものである．ここに感謝いたします．

58

P24
棚田における有機物目詰まりによるガス発生と耕盤形成不全の可能性
Organic matter clogging causes methane gas emission andhard pan failure at rice terraces
森 也寸志¹・橿 真由香¹・黒住知代¹・宗村広昭¹・Milagros O. How²
１岡山大学大学院環境生命科学研究科，2 ユニバーサル・ハーベスター
要旨(Abstract)

棚田は，斜面地形にあって水の保全と有機物の保全に貢献しているが，近年は維持が難しく，崩壊も散見される．フィリピンの世界遺産の棚田では，湛水が有機物の目詰まりで維持され，ガスの放出も観察され，耕盤の形成不全に陥っていると見られる場所もあった．本研究では，ガス放出が耕盤形成不全に与える影響を調べた．有機物濃度を変えた土壌カラム実験によってガス濃度，乾燥密度，体積含水率，酸化還元電位を調べた．その結果，メタンガスの放出が 1 週間で観察され，気泡の形で土壌を持ち上げ，乾燥密度を低下させた．これは Eh の低下と体積含水率の減少によって支持され，ガスの生成・放出によって土粒子の位置が安定しないことが推測された．
キーワード：棚田，メタンガス，耕盤，有機物
Key words: rice terraces, methane gas, hardpan, organic matter
3cm

1.はじめに棚田は，文化的な遺産と言うだけでなく，自然の物質循環の中で，斜面のままであれば表面12cm

流の発生と有機物の流亡が発生するところを，水源涵養と有機物の保全に変え，自然環境の一部を担っている．しかし，近年この棚田が充分5.5cmに保全されず，崩落に至る事例が散見される．
世界遺産であるフィリピン・バナウェーの棚田

水
田
土
壌

有
機
物
分
解

稲わら
0.4g
添加

稲わら
0.8g
添加

Fig.1 培養管実験
4 種の有機物量で乾燥密度とガス発生の様子を観察するために透明ガラス培養管を使用した．

では，浸透抑制はされても棚田の構造基盤となる硬盤は発達していない棚田が認められた．
つまり硬盤形成ではなく目詰まりによる浸透抑制が行われており，それで湛水を維持している棚田が存在すると推測された．そこでは有機物が原因となるガスの発生と硬盤形成不全が疑われた．そこで本研究では，ガスの発生が耕盤形成不全に及ぼす影響について調べた．
２.実験方法直径 3cm の培養管と直径 10cm の土壌カラムを用いて，ガスの発生とそれに伴う乾燥密度のFig.2 土壌カラム実験
センサーで水分変動と酸化還元電位を計測
し，ガス発生をモニターした．

変化を計測・考察した（Fig.1）．まず，有機物の影響を確認するために，有機物だけを過酸化
水素水で強制的に分解し，有機物分解土壌とし59

た．標準状態での水田土壌に標準の施肥をした
水田土壌，その倍量を施肥した水田土壌の４種の状態を用意して，30℃の高温条件で培養実験を行った．また，内径 7.1cm,高さ 45cm の塩化ビニールパイプを用いて土壌環境再現実験を行った(Fig.2)．実際の水田同様，光が遮断
Fig.3 発生したガスの写真されている状況で実験を行うため，透明のカラ1

ムは使用しなかった．この実験では土壌水分と乾燥密度（g/cm3）0.81

酸化還元電位を 4 週間継続モニタリングした．
３.結果と考察培養を開始すると一週間で，培養管内にガス

0.8

0.79
0.67

0.86

0.79
0.63

0.87

0.64

0.6
0.4
0.2
0

バブルが観察された．同時に土壌体積の増加が観察された（Fig.3）．乾燥密度を計算すると，有機物が分解された土壌以外は全てその値が実験開始時低下した(Fig.4)．乾燥密度の低下は土粒子同士

4週間後

Fig.4 培養管の乾燥密度の変化．

の接触，応力の伝達効率の低下が考えられる．

0

このときメタンガスが検出され，有機物分解

500

1000

1500

2000

通常⽔⽥

土壌とは明らかに発生量が異なった（Fig.5）．

稲わら基準量(0.4g)添加

酸化還元電位は一週間程度で急激に下がり，体稲わら過剰量(0.8g)添加

積含水率が低下したこと(Fig.6 上)，有機物分解

有機物分解

土壌カラムとは明らかに違う傾向であることから(Fig.6 下)，これはメタンバブルによる土層

Fig.5 メタン濃度の変化の持ち上げであると考えられた．これによれば
深さ 30cm 位の所からでも土層を持ち上げていると推測され，耕盤が安定しないことにつながると考えられた．
４.結論
土壌からはメタン・バブルの発生が観察され，乾燥密度の低下が観察された．これは一週間程度で酸化還元電位が急激に下がり，体積含水率が低下することからも裏付けられた．有機物の目詰まりによる浸透抑制は，水田上方からは耕盤形成による浸透抑制と区別できないが，硬盤の不安定性に関わることがわかった．

Fig.6 酸化還元電位と体積含水率の変化
上が有機物添加土壌，下が有機物分解土壌

謝辞：本研究の一部は日本学術振興会, NEXT
program (GS021, 2011-2014) , 科 研 費 基 盤 (A)(17H01496, 2017-2020) 基 盤 (B) (17H04484,
2017-2019) の補助を受けて行われた．また，C/N

分析は，岡山大学自然生命科学研究支援センター
分析計測・極低温部門 分析計測分野 小林元成
さん，小坂 恵さんに分析を依頼した．記して感
謝する．

60

P25
DNDC-Rice モデルの水分移動計算の検証と課題
Analysis and challenge for predicting water flow of DNDC-Rice model
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

要旨(Abstract)：
DNDC-Rice モデル（Fumoto et al., 2008）は，水稲から土壌への有機物供給，土壌の酸化還元などのプロセスに変更を加えた改良版 DNDC モデルである．しかし浸潤過程の数値実験により，水分移動アルゴリズムの改良の必要性や水分特性モデルのパラメータの設定の変更などが，より正確な温室効果ガス発生量の予測精度向上に必要であると考えられた．
キーワード：DNDC-Rice モデル, 不飽和水分移動
Key words: DNDC-Rice model, unsaturated water flow
1.はじめにける浸潤条件の水移動を計算・比較した．

農地からの温室効果ガス発生量(GHGs)の予

２－２. 圃場実験

測は, 適切な水・肥料管理により低減策を検討

圃場は，岩手県雫石町の水田圃場である．水

す る の に 重 要 で あ る ． DNDC-Rice モ デ ル

田の土性は埴土である．土壌水分センサー（Fumoto et al., 2008）は，水稲から土壌への有ECH20-TE（Decagon Devices, Inc.）を用いて，機物供給 土壌の酸化還元などのプロセスに変

深さ 5，15cm の および地温を測定した．本研

更を加えた改良版 DNDC モデルである．しか究では，不飽和水分移動の精度を検証するため，

し，好気的条件における GHGs 発生量の予測に

非作付期における の経時変化に焦点を当て

は，水分移動計算の予測精度の向上が考えられた．また, 気象データ（降水量，最高気温，最る．本研究では，DNDC-Rice モデルの水分移低気温）を用いて，蒸発量 E（mm d-1)を推定し動に関する数値実験を行い，Hydrus-1D の計算

た．DN では Thornthwaite モデル（TW）を, HY

結果と比較した．また，水田圃場の水分量（）では Hargreaves モデル（HG）を使用した．

と比較することで，水分移動計算の改善点を明

３．結果および考察

らかにすることを目的とした．

Fig.1 は，DN における Loam の水分特性曲線

２．実験方法（CH）と不飽和透水係数（Campbell）である．

２－１. 数値実験

DN における Loam のパラメータ初期設定値に

DNDC-Rice モデル（DN）と Hydrus-1D（HY）

対して，VG のパラメータ値を調整し，最適なの水分移動計算を比較するため，DN で用いら曲線を求めた（ r = 0.09,  s = 0.452, Ks（cm d-1）

れる水分特性曲線モデル（Clapp and Hornberger=1.0, α = 0.036, n = 1.6, l = 2.34）．Fig. 2 は，降モ デ ル （ CH ）） と 不 飽 和 透 水 係 数 モ デ ル

雨イベントにおける浸潤過程の水分移動計算（Campbell モデル）に対して，van Genuchten

であり，HY はおよそ 2 日間で深さ 5 cm まで

モデル（VG）でそれらが合うようにパラメー

水が到達する結果となった（Fig. 2a）．しかし，タを求めた．
数値実験には Loam を用いた．DN

DN では，1 日後に深さ 20 cm までの土中水圧と HY の初期条件を一致させ，HY の境界条件

力（h）が-14.6 cm まで上昇し，それ以降に変には上端が Atmospheric BC Surface Layer，下端化が生じなかった． 鉛直分布においても，DNを Free Drainage とした． 降雨が 5 mm d-1 におと HY では浸潤過程の違いが認められた（Fig.

61

2b）
．これは，DN と HY の水分特性モデルの

圃場の水分特性を CH のパラメータ初期設定違いというよりも，水分移動計算のアルゴリズ

値で表現できない DN の計算結果は， 実測値

ムの違いが影響したと推察される．圃場実験でを過小評価した（Fig. 3b）．したがって，水分

は，DN と HY でそれぞれ求められた E に大き特性モデルのパラメータ設定の 変更は必要不な違いは見られなかった（Fig. 3a）．一方で，可欠であると考えられる．
1.E+01

0.5

(a)

(b)
1.E-01
K (cm d⁻¹)

θ (m³ m⁻³)

0.4
0.3

0.2

1.E-03

1.E-05

0.1

VG
CH

VG
Campbell0

1.E-071

10100
h (-cm)

1000

10000

1

10

100
h (-cm)

1000

10000

Fig. 1 数値実験におけるLoamの水分特性曲線および不飽和透水係数の比較：
VGモデルvs CHモデル(a)およびVGモデル vs Campbellモデル(b)
0.3

(a)

10

-40

20

5 cm (DN)
20 cm ( DN)
30 cm ( DN)
5 cm (HY)
20 cm ( HY)
30 cm ( HY)

-80

-100
0

2

4

6

8

0.6

0.7

(b)

-20

-60

θ (m³ m⁻³)
0.5

0z (cm)h (cm)

00.4

day 0 (DN)
day 2 (DN)
day 4 (DN)
day 10 ( DN)
day 0 (HY)day 2 (HY)
day 4 (HY)
day 10 ( HY)

30
40
50

10

day

Fig. 2

降水量5mm d⁻¹における圧力の経時変化(a)および θ のプロファイル(b)

3.5

0
0.8

(a)
8

E (TW)

2.8

24
1.4
32

0.6
θ (m³ m⁻³)

16

Rain

Rain (mm d⁻¹)

E (mm d⁻¹)

E (HG)

2.1(b)

Obs 5cmObs 15cm
0.4
Est 5 cm (DN)
Est 20 cm (DN)
Est 5 cm (HY)
Est 15 cm (HY)

0.2

0.7
40

0

0
285

Fig. 3

290

295
300
DOY

305

310

285

290

295
300
DOY

305

310

圃場における実測値と推定値の比較：推定したE（TWモデル）vs E（HGモデル）(a)および θ の経時変化(b)

62

P26
土壌溶液の EC によるイオン濃度推定精度の検討
Examining Estimation Accuracy of Ion Concentration in Soil Solution from EC
砂川優樹 1・藤田理子 2・伊東雄樹 3・青木伸輔 4・登尾浩助 5
1 明治大学大学院・2 福島県庁・3Agricultural Research Organization, Israel

・4The Volcani Center, Israel・5 明治大学農学部
要旨(Abstract)：
土壌溶液の電気伝導度(EC)から硝酸態窒素(NO3--N)濃度を推定する際、土壌溶液の組成が栽培期間中にどのように変化し、濃度の推定にどのように影響するか検討した。本研究では元肥として多量の NO3—N が与えられていたので、生育初期では精度良く推定できる可能性が示された一方で、生育後期では土壌溶液の組成の変化と共に推定精度が低下する可能性が示された。
キーワード：
Key words:

EC、硝酸態窒素、二次元分布、ZeRo.agri

EC, Nitrate Nitrogen, Two-dimensional Distribution, ZeRo.agri
ECw25 と NO3-濃度の関係式の適用性を検討

1.はじめに
窒素は植物の三大栄養素の一つであり、一般した。

的な作物生産では土壌に施与される。施肥もし

２.方法

くは無機化により土壌溶液中に NO3-として存

福島県相馬郡飯舘村にあるビニールハウス

在すると、土壌にほとんど保持されないので地内でピーマン(ピー太郎, タキイ種苗株式会社)

下に流亡しやすく、地下水汚染を引き起こす可を 2019 年 6 月 16 日から 2019 年 11 月 30 日能性がある。したがって、作物生産による環境まで栽培した。栽培期間中の灌漑水量および施汚染のリスクを管理するためには、土壌中の溶

肥 量 は 、 養 液 土 耕 栽 培 シ ス テ ム ZeRo.agri

質移動の把握が重要である。土壌中の肥料分の(Routrek Networks 社)により制御した。ただ

濃 度 は 25 ℃ の 土 壌 溶 液 中 の 電 気 伝 導 度

し、定植前に堆肥を混ぜこんだ。2019 年 6 月(ECw25) と し て 表 さ れ る 。 登 尾 ら (2005) は

9 日、7 月 31 日、10 月 7 日、10 月 29 日に、

ECw25 と NO3-濃度との間に線形関係がある

図 1 の 1 番から 12 番の位置の土壌を採取しこと利用し、TDR 法により測定した ECw25 かた。採取した土壌の EC を 1:5 法で測定し、1:5

ら鉛直下方向に一次元での NO3-濃度の経時変法で得た溶液と、ZeRo.agri の灌漑溶液中の溶化を推定した。しかし、根圏での NO3-の挙動

存イオン濃度(F-, Cl-, NO2-, Br-, NO3-, PO43-,を十分に把握するためには、NO3-の二次元分

SO42-, LI+, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+)をイオ

布を把握することが必要であるが、経時的に測ンクロマトグラフィーで測定し、溶液中に占め定した例は少ない。さらに、作物の生育期間中る割合（組成率）を計算した。測定した EC とには、有機物の無機化や、根による養分の吸収、各イオンの濃度から、ECw25 とイオン濃度の移流による流亡により、土壌溶液の組成が刻々

線形関係式を作成した。3 次スプライン補間にと変化する。土壌溶液の組成が変化すれば、より土壌採取地点間の値を推定し、2 次元コン

ECw25 と NO3-濃度の関係式の適用範囲も変ター図を作成した。

化すると考えられる。本研究では、溶液点滴灌３．結果と考察

漑下の NO3- 濃度の二次元分布の経時変化を

点滴溶液中の溶存イオンは主に NO3-, SO42-,

TDR 法により明らかにすることを念頭に、

K+, Mg2+, Ca2+で構成されており、NH4+は 0.01

63mmol L-1 程度しか含まれていなかった。NO3に対する決定係数（r2）は 1,2 回目の採取時に比較的大きく、3, 4 回目では低下しており、これは組成率が低下しているためであると考えられる(表 1,2)。6 月 9 日と 7 月 31 日の EC とNO3-濃度(図 2(a, b))の分布は値の高い箇所のほとんどが重なりあっており、NO3-の r2 が高

図 1. 土壌採取地点

いことから、ECw25 から NO3-濃度を比較的精表 1. EC-イオン濃度の関係式の決定係数

度よく推定できると考えられる。ただし、7 月
31 日には作物体直下の濃度が低下しており、溶質は激しく動いたと考えられることから、元肥が 6 月 9 日の重なりに大きく寄与した可能性がある。10 月 7 日、10 月 29 日の NH4+濃度
が 6 月 9 日、7 月 31 日と比較して高くなって

表 2. 組成率

いる(図 2(c))。NH4+は点滴溶液中にほとんど含
まれておらず、同じ日の NO3-の濃度は低いことから、この NH4+はカウンターイオンとして表れたものではなく、無機化により溶出したと考えられる。しかし、r2 が低いことから(表 2)、
ECw25 から無機化による NH4+の生成を測定することは難しいと考え られる。10 月 7 日と 10 月 29 日に(a)

おける NO3-の組成率の低下は、根による吸収や移流による流亡だけでなく、この NH4+の溶出も一因であると推察される。
(b)

4．結論
土壌溶液の組成は経時的に変化し、それに伴い EC-イオン濃度の関係式の決定係数も変化した。本研究では 6 月 9 日と 7 月
31 日の ECw25 と NO3-濃度の(c)関係式の r2 が大きいことから、この期間であれば NO3- 濃度をTDR 法により精度よく推定できると考えられる。
参考文献

登尾ら(2005) : 土木学会論文

集 No. 783/Ⅶ-34, pp15-21

図 2.

採取土壌の EC(a), NO3-濃度(b),NH4+濃度(c). 左から、2019 年 6 月 9 日、7 月 31 日、10 月 7 日、10 月 29 日に採取した土壌を表す。

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農業における土壌観測
新設計土壌水分プロファイルセンサー

R E L I A B L E

キャンベル社は、農業気象および土壌水分観測分野における計測のパイオニアとして、研究目的の測定システムを提供します。
キャンベル社の製品・システムは、あらゆる過酷な環境においても、計測から制御までお客様の様々なニーズにお応えします。

SoilVUE10

TDR土壌水分プロファイルセンサー
Economical,
Easy-to-Install,
Excellent Soil Contact
Accurate TDR-based soil water content, electrical conductivity, andtemperature measurements from multiple depths

概要
SoilVUE™10は、Campbell TrueWave™TDRテクノロジーを採用した土壌水分プロファイルセンサーです。 1本で多深度の土壌水分、導電率、および地温を計測します。SoilVUE™10は、プローブ全体がネジのように螺旋構造になっており、内部に6箇所（50cmプローブ）または9箇所（1mプローブ）のTDR回路で構成されています。 ネジ山に個々のセンサーが組み込まれたデザインは、従来のプロファイル土壌水分センサーに比べ、設置時により土壌とセンサーの密着度を高め、センサーと土壌間に空気層が出来にくい構造となり、より高精度な計測を可能にします。

特徴
1本のセンサーでVWC、EC、誘電率、地温を計測
6深度（50cm）または9深度（1m）から選択可能
専門知識がなくても設置が容易

SDI-12出力（Ver.1.4）
多くのキャンベル社データロガーとの互換性
土壌との密着度を高めた新形状のプローブ

仕様
計測項目：
体積含水率、電気伝導度、誘電率、温度
駆動電圧：
9 ~ 36Vdc
外径：5.2 cm、5.8 cm（ねじ山含む）
長さ：
0.55mまたは1.05m
センサー深度：
0.55mモデル（6センサー内蔵）
5,10,20,30,40,50cm
1.05mモデル（9センサー内蔵）
5,10,20,30,40,50,60,75,100cm

消費電流：

電気伝導度：
誘電率：～64mA（計測時）、~1.5mA（待機時）

計測範囲 0 ~ 10ds/m
精度 ±2％（0 ~ 2.5ds/m）
計測範囲 1~ 80
精度 ±1

体積含水率： 精度 ±1.5％（標準土壌）
地温：
精度 ±0.15℃（-30 ~ 40℃）

お問い合わせ先：太陽計器株式会社 埼玉県戸田市川岸3-2-5
Mail：info_csi@taiyokeiki.co.jp WEB：http://www.taiyokeiki.co.jp

More info:
campbellsci.com/soilvue10

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)

CACC-SEN-TDR315H ¥44,000(税抜)

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)

TDT 土壌水分センサ
CACC-SEN-TDT¥34,000(税抜)

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)

シンプルロガーC-CR300 ¥152,000(税抜)
自然計測のシステムインテグレータ

クリマテック株式会社
http://www.weather.co.jp

取得波形例(TDT)

本社：東京都豊島区池袋4-2-11 ＣＴビル6F
TEL 03-3988-6616 FAX 03-3988-6613

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

2020 年度

土壌物理学会大会

講演要旨集

2020 年 10 月 31 日発行
Proceedings of the 2020 Annual Meeting, Japanese Society of Soil Physics

第 62 回シンポジウム「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」
ポスターセッション
2020 年 10 月 31 日（土）（会場）農業環境変動研究センター及びオンライン開催
発行：

土壌物理学会大会事務局〒305-8572 茨城県つくば市天王台 1−１−１
筑波大学生命環境系 環境コロイド界面工学研究室内土壌物理学会事務局

著作権について：

要旨集の著作権は土壌物理学会に帰属します。

また、要旨集は、大会当日以降に土壌物理学会ホームページ上で公開します。