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。

を捌（は）く」農業への抜本的な方向転換と捉えることができる。

気候的には，①日本海側気候，②瀬戸内式気候，③太平洋岸気候の 3 つに大きく区分され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・２．西日本におけるニーズ
望月ら(2019)に従って，本報でも，近畿・中国・四国地方と九州地方を合わせて，「西日本」

樹園地・牧草地）である。九州地方では，3/5 が水田であり，2/5 が畑である。（農研機構近中四農研(2013)，九州農政局(2018)）。

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

（農研機構近中四農研(2013)）。

器開発，土壌（圃場）管理技術の開発，土壌中(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・

農研機構西日本農研アドバイザリーボード

茶・花き・飼料作と多岐に亘っていた。

（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，今後の農業行政の術の開発等が挙げられた。

方向性と目標，目標達成のために解決が必要な
農業現場の課題を公表している。今般，公表さ

３．全国のニーズ

れた食料・農業・農村基本計画（農林水産省(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る提案を集め，その結果のとりまとめを概要と

４．おわりにしてとりまとめ，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http://www.maff.go.jp/j/kanbo/kihyo03/gityo/g_
needs/index.html）

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。これら

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，生産者のニーズを強く反映していると考えられる。また，先進的な生産者からの提案も確認できる。
本資料についても，土壌物理性に関するニー
ズでは，排水に関するニーズが最も多かった。
具体的には，灌漑・排水技術（FOEAS や OPSISの使用法を含む）や排水性評価手法，土壌物理性の評価手法・改善法・モニタリング法・測定参考文献等：九州農政局(2018) 見たい！知りたい！九州農業
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 年度現場ニーズとりまとめ表（平成 29 年 3 月）
，農林水産省(2019) 平成
29 年度現場ニーズとりまとめ表（平成 31 年 1 月）
，農林水産省(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（令和 2 年 1 月）
，農林水産省(2020) 食料・農業・農村基本計画，農研機構近中四農研(2013) 図説近畿中国四国地域農業
2012 年版，瀧勝俊(2020) 愛知県における土壌データの活用について、農業と科学, 722, 8-14

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
resistance１．はじめに後年数が経過した暗渠では、作付け履歴や圃場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。

標準となっている。

本稿では、降雨が地表面から地中に浸入し、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ことを仮定し、暗渠部の圧力水頭をゼロとする

２．全水頭分布による通水阻害箇所の特定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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
rev=(ΔHev) /Q

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。
(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

暗渠排水経路上の通水抵抗と全水頭

rf や rev が相対的に大きい場合には、各点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るかどうかにより変化する。rh は、地表や作さなどをオーガーによる試料採取や断面掘削により調べる

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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

黒ボク土の土壌腐植含量は微地形等によりきを持つ。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，北海道十勝地域を対象とし，センシング技術から把握した土壌腐植含量に基づいて，黒ボク土の圃場特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
十勝地域の黒ボク土地帯で，丹羽ら(2004)
は表層の土壌腐植含量と土壌タイプの関係を検討した結果，表層の土壌腐植含量の多い地点
ほど土壌は湿性のタイプとなり，表層の土壌腐植含量が 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施肥対応に活用されている熱水抽出性窒素と，圃場単位で見た場合に高い正の相関関係が見られた(図 1，丹羽ら，2016)。したがって，黒ボク土の表層の土壌腐植含量は，相対的に圃場
の乾湿と共に窒素肥沃度を示すと考えられる。

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

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

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3

20
0

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)

３．窒素肥沃度に基づく可変施肥
土壌腐植含量が圃場の熱水抽出性窒素を相対評価する点に着目した可変施肥システムが十勝地域で導入されつつある(丹羽ら，2016)。
概要は下記の通りである。
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。
②「北海道施肥ガイド 2015(北海道農政部，
2015)」に示されているテンサイやバレイショ
における熱水抽出性窒素の窒素施肥対応方法
等を参考に熱水抽出性窒素推定値マップを窒

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(1)窒素可変施肥の有効な圃場の特性

５．おわりに
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)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。

多圃場の中から対策技術を施す圃場を選定(2)収量ギャップの解析するためには、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

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おいて、広域に散らばる異なる管理履歴を持つ

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

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、
空間的な変動が分からないこと、特別な技能が91, 172-177.
寺沢(1970):農土論集,33,1-8.

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)
１．はじめに
農地土壌の物理的性質（以下、物理性）の評

本発表では、農地土壌における PR について
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

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

３．現地圃場への適用に向けて貴重な水分供給源ともなる。不均一性は土壌の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、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