145cover3 (2020-09-29 11:01)

土壌の物理性第 145 号

令和 2 年9 月 20 日発行（年 3 回発行）

昭和 45 年 7月 31 日

学術刊行物承認

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

土壌物理学会Japanese Society of Soil Physics

ISSN 0387‑6012

第 145 号
2020年 9月

土壌の物理性
第 145 号

2020 年 9 月

目

次

巻頭言

小林政広

...

1

辻 卓弥 · 藤井理樹 · 坂口 敦

...

3

石黒宗秀

...

11

久保田富次郎

...

23

会務報告

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

27

編集後記

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

29

論文
ELPIS-JP を用いた畑地土壌水分の将来予測

講座
土壌中における溶質の吸着移動現象の基礎理論

III．協同吸着 · 多層吸着 · 選択係数

土粒子
私の放浪旅

②
①

③

④

表紙写真の説明①②③④「ボーリング調査による不攪乱地質コア」鹿児島県鹿屋市旭原の調査で採取したボーリングコア 0 ∼ 66
ｍのうち 0 ∼ 10 m および 50 ∼ 65 m を抜粋して示した．54.5 ∼ 64.7 m には主帯水層を構成する大隅降下軽石層が出現した．ボーリング孔を利用した地下水の水質観測は現在も続けている．今号掲載の土粒子「私の放浪旅」をご参照下さい．
「ボーリング調査の様子」鹿児島県農業開発総合センター大隅支場内（鹿児島県鹿屋市）においてボーリ
ング調査を実施した（2005 年 10 月 18 日撮影）．今号掲載の土粒子「私の放浪旅」をご参照下さい．
「観測機器の設置」調査圃場の土壌深さ 20 cm と 40 cm に圧力センサーを接続したテンシオメータを埋設し，土壌水の吸引圧の経時変化をロガーで記録した．今号掲載の論文「ELPIS-JP を用いた畑地土壌水分の将来予測」をご参照下さい．
「調査圃場の土壌断面」山口大学内畑地圃場の黄色土（砂質埴壌土）の断面を示した．今号掲載の論文「ELPIS-JP を用いた畑地土壌水分の将来予測」をご参照下さい．

135 号の訂正とお詫び
土壌物理学会編集委員長
江口の総説「農業環境中における放射性セシウムの挙動」において，下記のような誤りがありました．お詫び致しますとともに訂正をお願いいたします．

Fig. 6（誤）1Ỉ✄⋞⡿࡬ࡢ⛣⾜ಀᩘ TF

0.1
Max.

0.01
Mean

0.001

Min.

0.00010.00001
1950

1960

1970

1980

1990

2000

2010

すᬺᖺ

（正）

水稲玄米への移行係数 TF

1

0.1
Max.

0.01
Mean

0.001

0.0001
1950

Min.

1960

1970

1980

西暦年

1990

2000

2010

出版企画案募集のお知らせ
企画準備委員会委員長

長

裕幸

先の土壌物理学会総会（令和元年 10 月 26 日）にて企画準備委員会の設置が承認されました．
企画準備委員会では，昨年度に引き続き学会活動の更なる活性化を期し，下記の要領で会員の皆様より出版企画を公募いたします．採用された企画に対しては，出版時に学会より 50 万円（最大）の助成を行います．応募を希望される場合は下記要領に従い，出版企画書を学会事務局へ提出してください．

1. 出版企画の条件〇 土壌物理学に関係するもの（教科書，解説書，啓蒙書，あるいは学会誌に掲載された特集，古典を読むなどの記事を書籍としてまとめたもの）であること．
〇 土壌物理学会編を謳うこと（編著者，著者は別途定めて良い）．
〇 著者は学会員であること．

2. 出版企画書（形式自由，以下の内容を記載してください）
2.1 タイトル
2.2 著者（出版責任者）（分担執筆者がいる場合は執筆陣全員）
2.3 出版物の概要，内容，分量など
2.4 出版の意義
2.5 出版スケジュール
2.6 見積もり（出版社との打ち合わせにもとづいて発行すること）（退職記念などの予算を充当する場合はいわゆるマッチングファンドを考慮することができる）

2.7 締め切り 2021 年 1 月 31 日
2.8 提出先 土壌物理学会事務局
3. その他
3.1 助成金は出版時に支出します．
3.2 出版の体裁については企画準備委員会と調整させていただくことがあります．
3.3 採用予定件数 1 ∼ 2 件 応募状況等を考慮しながら次年度以降の予定を決めます）．尚，提出された出版企画書については企画準備委員会（委員長 長 裕幸（佐賀大学名誉教授），
委員 常田岳志（農研機構 · 農環研）
）および評議委員会にて，審議を行い，採否を決定いたします．

3.4 本件についてのご質問は企画準備委員会（土壌物理学会事務局）あてメールでご質問願います．
企画準備委員会では，この他，出版以外の企画等についても広く公募いたしますので，アイデアをお持ちの方は企画準備委員会（土壌物理学会事務局）に是非ご一報下さい．

「土壌の物理性」の J-STAGE 登載 · 公開のお知らせ
土壌物理学会編集事務局
学会誌「土壌の物理性」は令和 2 年度より，独立行政法人 科学技術振興機構（JST）が運営する
電子ジャーナルの公開システム「J-STAGE」でも閲覧可能となりました．現在，土壌の物理性第143 号の登載が完了し公開されています．新刊については発行され次第，順次登載 · 公開していきます．
登載 · 公開内容
投稿論文，研究ノート，総説，解説，研究紹介，資料，土粒子，講座，特集，書評，巻頭言，編集
後記（会告は記事の訂正に関してのみ，また，会務報告関連は登載していません）

URL
J-STAGE における「土壌の物理性」の URL は以下のとおりです．
https://www.jstage.jst.go.jp/browse/jssoilphysics/-char/ja
PDF ファイルの閲覧について
公開から 1 年以内の本文 PDF を閲覧するには，オープン記事以外，購読者認証が必要です．その際，購読者番号（会員番号）とパスワード（会員苗字のアルファベット）をご入力下さい．
バックナンバーの J-STAGE 登載について
土壌物理学会のホームページで公開しているバックナンバーについても，順次 J-STAGE への登載

· 公開を進めていきます．

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 145, p.1 (2020)

変化の中で小林 政広 1

近年，自然災害が私たちの想像を超える規模で次から次へと発生していると感じる．2011 年 3 月の東北地方太平洋沖地震では，沿岸部に壊滅的な津波被害が生じた．加えて東京電力福島第一原子力発電所事故が発生し，放射能汚染による被害が広域に及んだ．多くの人々の努力で復興が進められているが被害はまだ解消していない．そのような中ここ数年，国内各地で観測記録を塗り替えるような豪雨が発生し，これによる激甚な土砂災害や洪水災害が続いている．このような豪雨の頻発は地球温暖化の影響と考えられており，世界全体でも，豪雨による洪水，乾燥による大規模森林火災などによる被害が毎年伝えられている．地球のシステムが変わっている．
かつて土壌中の水移動の研究で散水実験を行っていたころ，降雨強度を 100 mm h−1 に設定しようとは考えなかった．むしろ 10 mm h−1 以下の雨を一様に降らせる降雨装置の制作が課題であった．しかし今，100 mm h−1 の降雨下での土壌中の水移動を予測することが私たちの課題である．水と空気の置き換えと言った方がよいのかもしれない．
このような豪雨時の水流出量，輸送される溶存物質や土砂の量を測ることも私たちの課題である．身近な流域試験地
では 50 mm h−1 程度の降雨イベントで堰が埋まり，採水装置が何度も流された．観測そのものから新しくする必要があるのだろう．
この文章を執筆している現在，世界は新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の猛威にさらされている．近年の自然災害では，被災地の困っている人々を支援するため，多くの人が家を飛び出して現地に駆けつける行動が広がった．しかし，感染症の基本対策は「ステイホーム」である．多くの経済活動が停止し，深刻な影響が始まっている．
身近な研究の場でも，学術大会の中止が相次ぎ，教室や研究室で研究活動をすることができない状況が続いている．
この事態で世界は変わり，元には戻らないという．
変化を受け入れてできることをやっていくしかない．様々な分野で，インターネットを活用して人とつながる工夫がなされている．オンラインのセミナーや学術大会など，技術の向上や利用の仕方が急速に進化している．このようなコミュニケーションを自分がすることは想像していなかったが，上手く活用できるかは別として，コロナ後も定着していそうである．実験室でのデータ取りが制限される状況で，数値モデリングを研究手法にする人が増えるかもしれない．数値モデリングは実験の代替にもなるが，重要なのは，今起きている自然の変化，社会の変化とその影響の予測への応用を今以上に進めることであろう．高度な予測を支えるデータベースの整備を推し進めることも同時に必要となる．モデリングを行う研究者と実験や観測を行う研究者のつながりを強めることが特に望まれる．生産と流通が縮小する状況では，食料とエネルギーの確保は感染症対策と同様に重要な事項である．日本が今までのように外国から食料やエネルギーが買えない事態は考えておかなければならない．世界中で国外に出せるものがなくなる場合をまず想定するが，日本が国外からものを買う力を失っていくことも想定するというのは行き過ぎであろうか．生産基盤を再整備する必要が生じた際，今進めている大規模化の延長では小回りが利かないので対応できず，古い農法と新しいセンシング手法を組み合わせたコンパクトな技術が有効かもしれない．このような技術は海外支援でも大いに役立ちそうである．
できることを考えて実行することが大切なことは言うまでもないが，このような変化の中では「できないこと」に思いを巡らすことも必要であろう．拡大して「知らないこと」とすべきか．必要であるが方法が分からなくてできな
いことは，各人がいくつか持っているものと思う．このできないことは，他分野ではできている，ということもよくあることで，つながりを作って共同研究に発展させればよい．これとは別に，それはできないと言い表したこともな
い新たな必要なこと，知りたいことが認識されるプロセスもあり，科学の枠組みはこのプロセスの積み重ねの歴史ともいえるのではないだろうか．そのような新しい発想が生まれ，コロナ後の世界に科学の積み重ねが増えていることを願う．

1 国立研究開発法人

森林研究 · 整備機構

森林総合研究所

バイアル瓶脱気装置セット（アクリル製）
EN-1004

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

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

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 145, p.3 ∼ 10 （2020）

ELPIS-JP を用いた畑地土壌水分の将来予測
辻 卓弥 1 · 藤井理樹 1 · 坂口 敦 2

Future prediction of ﬁeld soil moisture using ELPIS-JP
Takuya TSUJI1 ，Toshiki FUJII1 and Atsushi SAKAGUCHI2

Abstract: To examine the effect of climate change on ﬂuctuations of soil water, we estimated the future soil waterconditions of two ﬁelds in Yamaguchi, Japan. Firstly, weobserved the suction of soil water at the ﬁelds in Yamaguchi for two years and modeled the soil water ﬂux byusing the observed data and HYDRUS-1D. Next, we applied future weather data of ELPIS-JP to the atmosphericboundary conditions of the ﬁeld models and estimated thesoil water conditions of those ﬁelds under climate change.
As a result of the estimation, the number of days when thesoil at a depth of 20 cm becomes drier than −49 kPa, decreases in the future as compared to the present time in thesummer. However in the future, the number of days increases in the winter due to aridiﬁcation, which reﬂects theincrease in the amount of evaporation. The number of days
when the soil at a depth of 20 cm becomes wetter than −3
kPa, decreases in the future over a year at both ﬁelds ofGray Lowland soil and Yellow soil. It was predicted thatthe ﬁelds in Yamaguchi would be drier than present soil
water conditions.
Key Words : climate change, soil moisture, HYDRUS, future prediction, ELPIS-JPと比較して日本全域で冷害による被害が軽減されること（飯泉ら, 2007）や CO2 濃度の上昇が水稲に増収効果を与えること（辰巳, 2013）などが示されており，気温やCO2 濃度の上昇に対する作物生育の応答については多くの研究が行われている．気候変動が土壌水分に与える影響についての研究例として，加藤 · 西村（2015）は GCM
予測値に対し適切な時間ダウンスケーリングを施し，それらを土壌水分解析の境界条件にすることで，将来における土壌が過湿あるいは乾燥状態になる期間や頻度を予測できることを示している．また，正木ら（2018）は気候変動が水文循環に及ぼす影響について，土地利用に注目して気象条件や土壌水分の変化を評価している．このように，気候変動が土壌水分に与える影響についての研究はいくつか行われているものの，現状では多くの知見が得られているわけではない．気候変動に伴う気象条件の変化として，一般に大雨による降水量の増加や無降雨日の増加といったいわゆる極端現象が進むことが予測されているが（環境省, 2014），これらの変化が土壌水分に与える影響は不明瞭である．気象条件の変化に伴う土壌
水分状態の予測は単純な水収支ではなく，複雑な土壌水

1. はじめにの再配分過程の結果であるため，シミュレーションによる解析が有効であると考えられる．
そこで本研究では，将来の気候変動下における畑地土2014 年に公表された IPCC: Intergovernmental Panelon Climate Change（気候変動に関する政府間パネル）の
第 5 次評価報告書では気候システムの温暖化には疑う余壌の水分状態を予測し，気候変動による気象条件の変化

地がないと断定された．我が国においても年平均気温は

将来予測対象圃場において土壌水の吸引圧の経時変化を

過去 100 年間で約 1.15 ◦ C 上昇し，降水傾向も変化して観測した．次に，観測データをもとに HYDRUS-1D を用いること（気象庁, 2017）から，気候変動が農業生産にいて対象圃場の土壌水分移動をモデル化した．現在様々影響を与えることが危惧されている．近年，世界的に大な気候変動予測モデルが利用されているが，本研究では

気大循環モデル（GCM）の開発が進んでおり，農業分野においても将来の気候変動による影響の評価が盛んに行

ELPIS-JP（Iizumi et al., 2012）を援用し，土壌水分状態の将来予測を行った．ELPIS-JP は GCM 予測値に対しわれている．例えば，気候変動が農業に与える影響の予て時空間的にダウンスケーリングを行った気候変化シナ測として，気候変動後の冷夏年では現在気候下の冷夏年

リオデータセットであり，アメダス地点における 7 種類

が土壌水分に与える影響の明瞭化を目的とした．まず，の気象要素（日平均 · 最高最低気温，降水量，積算日射
1 Facultyof Agriculture,YamaguchiUniversity. Yoshida1677-1Yamaguchi,

753-8515, Japan. Corresponding author: 坂口 敦，山口大学創成科学研
究科．

量，相対湿度，風速）の日単位気象予測データが利用可能である．これらの気象予測データを圃場モデルの大気

2 Graduate School of Sciences and Technology for Innovation，
Yamaguchi

条件とし，将来の気候変動下における山口市内の畑地のUniversity. Yoshida 1677-1 Yamaguchi, 753-8515, Japan.
2019 年 6 月 3 日受稿 2019 年 12 月 25 日受理

土壌水分状態の予測を試みた．

土壌の物理性

4

第 145 号

2． 研究方法（2020）

θ − θrθs − θrn1 −m1n2 −m2= w（+ w（
1 1 + |α1 h| ）2 1 + |α2 h| ）Se =2.1 研究対象地及び吸引圧観測
本研究では，山口県農林総合技術センター及び山口大(2)学内の畑地圃場を対象とした．両圃場間の距離は約 1.8

km であり，土壌種はそれぞれ灰色低地土（埴壌土），黄K(Se ) =

 
 
m 
m 21
1
1
2
mm(w1 Se1 +w2 Se2 )l w1 α1 1−1−Se11  +w2 α2 1−1−Se22  

色土（砂質埴壌土）であった．
観測は両圃場の一角で行い，20 cm 深と 40 cm 深にテン

Ks

シオメータを埋設し，土壌水の吸引圧の経時変化を 1 時(w1 α1 +w2 α2 )2(3)間間隔で観測した（Fig. 1）．観測機器の構成については
大起理化工業株式会社製のテンシオメータ（DIK-8333）に株式会社センシズ製圧力センサー（HTVN-100KP）を接続し，センサーの値を乾電池駆動の Arduino と SDシールドで作成したロガーを用いて記録した．山口県農林総合技術センター内の圃場では 2016 年 7 月 30 日から

2018 年 6 月 6 日，山口大学内の圃場では 2016 年 7 月 30
日から 2018 年 7 月 3 日までの期間で観測を行った．両圃場とも灌水は行わず，水分補給は降雨のみとした．降雨時の表流水の移動を防ぐために観測機器の周囲を 1 m
四方の木枠で囲い，さらに 3 m 四方の範囲を除草し裸地状態に維持した．なお，両圃場とも観測機器の周囲は畝立てはせず，平坦にした．

2.2 土壌中の水分移動支配方程式
本研究では，土壌水分移動予測モデルとして HYDRUS

ここで，Se は有効飽和度（–），θr は残留体積含水率（cm3cm−3 ），θs は飽和体積含水率（cm3 cm−3 ），Ks は飽和透水係数（cm s−1 ），l（–）は間隙結合係数，αi（cm−1 ），ni（–），mi （= 1 − 1/ni ）は実験パラメータ（i = 1, 2），wiは重み付け係数であり，w1 + w2 = 1 である．
2.3 土壌の物理性の測定
100 cm3 の採土円筒を用いてテンシオメータの埋設深度である深さ 20 cm 及び 40 cm とその上下の深さ 5 cm
及び 60 cm の 4 深度から土壌試料を不攪乱採土した（Fig.
1）．採土後，試料の飽和透水係数，水分特性，間隙率を計測した．水分特性は 0 kPa から −9.8 kPa までを吸引法，−9.8 kPa 以降を蒸発法（Peters and Dunner, 2008）により計測した．蒸発法は上記の不攪乱試料の 1.65 cm 深と3.65 cm 深にテンシオメータを底面から垂直方向に挿入-1D（Šimůnek et al., 2013）を用いた．HYDRUS-1D では，土壌中の水分移動の支配方程式は Richards 式で表現

し吸引圧を計測した．また，円筒全体を電子天秤（株式される．

重量変化から積算蒸発量を求めた．1.65 cm 深のテンシ

[
(
)]
∂θ
∂
∂h
=
K（h）
+1
∂t
∂z
∂z

会社エー · アンド · デイ社製 EK-4100i）の上に設置し，オメータの吸引圧が −78 kPa 程度に達した時点で実験を(1)終了した．山口県農林総合技術センター内の圃場については，60 cm 深の試料を飽和させた際，試料が原形を保

ここで，θ は体積含水率（ cm3 cm−3 ），t は時間（d），てず水分特性計測が困難であったため 3 深度のみ計測し

H2 O），z は深さ（ cm）である．

吸引法及び蒸発法のデータに基づき Durner-Mualem モ

K（h）は不飽和透水係数（ cm d−1 ），h は圧力水頭（ cm
水分特性を求める土壌水分移動特性関数として，団粒た．HYDRUS-1D を用いて蒸発実験のモデル化を行い，デルのパラメータを決定した．

構造が発達した土壌においても水分特性を表現できる

2.4 圃場のモデル化

Durner-Mualem モデル（Durner, 1994）を適用した．

HYDRUS-1D の逆解析機能を用いて，1 時間単位で観測した吸引圧を日単位に平均したデータに基づき水分特性パラメータのキャリブレーションを行った．観測デー
タは 1 年目（2016 年 7 月 30 日から 2017 年 7 月 30 日）の 20 cm 深と 40 cm 深の吸引圧観測値を用いた．なお，−62 kPa 以下のデータはテンシオメータの測定限界を考慮して，キャリブレーションの対象となる観測データから除いた．土壌水分移動予測領域は地下水位を 200 cm
以深と仮定して，土壌深さ 200 cm とした．土壌を山口
県農林総合技術センター内の圃場は，深さ 0 から 10 cm，Fig. 1 観測機器の設置位置と土壌試料サンプリング位置．
Locations of tensiometers and soil sampling.

10 から 30 cm，30 から 200 cm の 3 土層に，山口大学内の圃場は，0 から 10 cm，10 から 30 cm，30 から 50 cm，50 から 200 cm の 4 土層に分けた．各土層の水分特性パ
ラメータの初期値は前節で決定した Durner-Mualem モ
デルのパラメータを与えた．計算は 2015 年 7 月 30 日か論文：ELPIS-JP を用いた畑地土壌水分の将来予測
山口県農林総合
技術センター

年 1 月 1 日から 2008 年 12 月 31 日までを初期化期間と山口大学した．大気境界条件は，アメダス山口市地点の降水量とMeteoCrop DB から引用した山口市地点のポテンシャル

大気境界
10cm
20cm

5

10cm
20cm深

20cm

40cm深

20cm

蒸発速度を与えた．

2.7 土壌水分の将来予測
圃場モデルの大気境界条件を ELPIS-JP 内の気象デー
タとし，HYDRUS-1D を用いて将来の土壌水分状態を日単位で推定した．加藤 · 西村（2015）の研究においては

ELPIS-JP 内の日単位気象データをさらに細かい時間単170cm

位にダウンスケーリングして土壌水分の予測を行ってい観測点設置位置150cm

る．一般に GCM 予測値に対しダウンスケーリングを施すと不確実性が増すことが知られている（飯泉ら, 2010）
ため，本研究では日単位予測値を用いて土壌水分の変動傾向を予測した．ELPIS-JP 内には複数の気候モデル

自由排水境界Fig. 2 圃場モデルの断面と境界条件．
Dimension and boundary conditions of the ﬁeld models.

ら 2017 年 7 月 30 日までを日単位で行い，2015 年 7 月

30 日から 2016 年 7 月 30 日までを初期化期間とした．
境界条件は，両圃場とも上方境界を大気境界条件，200
cm 深の下方境界を自由排水境界条件とした（Fig. 2）．

が存在するが，本研究では気象庁気象研究所が開発した

MRI を選択し，排出シナリオは二酸化炭素の排出が最多の場合である A2 シナリオを選択した．ELPIS-JP には AMeDAS 地点における日単位の気象データセットが50 時系列分存在し，1 つの時系列は統計的に起こり得る
気候シナリオの 1 つに相当するため，これらの 50 時系
列は気象の変動性の幅を表している．本研究では 50 時
系列の内 10 時系列を無作為に選び，10 時系列分の土壌
水分の計算を各圃場モデルで行った．土壌の水分特性は

大気境界条件では，各圃場地点で観測した降水量データ

現在から将来にかけて変化しないと仮定し，現在の圃場（2016 年 7 月 30 日 ∼ 2017 年 7 月 30 日）と MeteoCrop

モデルと同じ各土層の水分特性パラメータで予測を行っ

DB（農研機構, 2010）から引用した山口市地点のポテン

た．計算期間は 2080 年 1 月 1 日から 2090 年 12 月 31

シャル蒸発速度を与えた．なお，初期化期間の降水量に日までの 10 年間を日単位で行い，2080 年 1 月 1 日からついてはアメダス山口市地点の観測値とした．

2.5 圃場モデルの検証

2080 年 12 月 31 日までを初期化期間とした．大気境界
条件は ELPIS-JP アメダス山口市地点の降水量，及び平キャリブレート後の圃場モデルを用いて，HYDRUS-

均気温，平均風速，平均湿度，全天日射量から近藤 · 徐

1D の順解析機能により 2016 年 7 月 30 日から 2018 年
7 月 31 日までの 20 cm 深と 40 cm 深の吸引圧を推定（1997）の式で算出したポテンシャル蒸発速度を与えた．

し，同深度の吸引圧観測値と比較することで検証を行っ

3. 結果と考察た． 計算は 2015 年 7 月 30 日から 2018 年 7 月 31 日までを日単位で行い，2015 年 7 月 30 日から 2016 年 7 月

3.1 土壌水分観測結果

30 日までを初期化期間とした．大気境界条件では，各圃場地点で観測した降水量データ（2016 年 7 月 30 日 ∼2018 年 7 月 31 日）と MeteoCrop DB から引用した山口

山口県農林総合技術センター内圃場と山口大学内圃場
の 20 cm 深及び 40 cm 深における吸引圧の観測値の日平

市地点のポテンシャル蒸発速度を与えた．なお，初期化

観測装置のエラーにより観測値を得られなかったため空期間の降水量についてはアメダス山口市地点の観測値と白とした．観測値の上限について，土壌の吸引圧がテンした．

シオメータの測定限界に達したため，85 kPa 程度までし2.6 将来予測の比較対象とする過去 10 年間分の土壌
水分の推定

均の推移を Fig. 3，Fig. 4 に示す．グラフの欠落部分はか計測できなかった．両圃場の 20 cm 深の吸引圧を比較すると，前者の方が後者に比べて土壌の吸引圧が −49.1

年 7 月 30 日から 2018 年 7 月 3 日までの約 2 年間のみ

kPa 以下となる日数は約 1.7 倍，−3.1 kPa 以上となる日
数は約 3.7 倍多く，灰色低地土圃場の方が乾燥状態，過である．より正確に現在気候における土壌水分の変動傾湿状態になりやすい傾向にあった．また，灰色低地土圃

向を把握し将来気候における土壌水分の変動傾向と比較

場の 40 cm 深の吸引圧の推移は比較的安定しているのするために，両圃場モデルを用いて 2009 年 1 月 1 日かに対し，黄色土圃場は 40 cm 深の吸引圧の変動幅が大き

ら 2018 年 12 月 31 日までの 10 年間の吸引圧の変動をかった．

本研究において，実際に吸引圧観測を行ったのは 2016

HYDRUS-1D により推定した．計算期間は 2008 年 1 月
1 日から 2018 年 12 月 31 日までを日単位で行い，2008

3.2 圃場モデルのキャリブレーション及び検証結果
Table 1 に両圃場の水分特性パラメータ計測値及び圃

50
降水量

100

20cm深

150

40cm深

200

40

250

吸引圧（kPa）

60

300

20

10月

2016年

1月

4月

2017年

7月
日付

10月

1月

4月

2018年

7月

50
100

降水量
20cm深
40cm深

60
40
20

350
7月

0

80

降水量（mmd -1 ）吸引圧（kPa）

80（2020）

100

0

100

0

第 145 号

降水量（mmd -1 ）土壌の物理性60400

7月 10月 1月
2016年

4月

2017年

7月 10月 1月
日付

2018年

4月

7月

Fig. 3 山口県農林総合技術センター内の圃場の 20 cm
深及び 40 cm 深における吸引圧の観測値．

Fig. 4 山口大学内の圃場の 20 cm 深及び 40 cm 深における吸引圧の観測値．

Observed suctions at depths of 20 cm and 40 cm in the ﬁeldof Yamaguchi Prefectural Agriculture & Forestry General
Technology Center.

Observed suctions at depths of 20 cm and 40 cm in the ﬁeldof Yamaguchi University.

Validation

60

降水量
観測値

20cm深

40

推定値

20
0

7月 10月 1月

2016年

4月

2017年

7月 10月 1月
日付

4月

2018年

7月

100
80

Calibration

Validation

60
40

0
50
100

降水量（mmd -1）

Calibration

降水量（mmd -1）

吸引圧（ kPa ）

80

0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600

吸引圧（ kPa）

100

降水量
40cm深

観測値
推定値

20
0

7月 10月 1月

2016年

4月

2017年

7月 10月 1月
日付

4月

2018年

7月

Fig. 5 山口県農林総合技術センター内圃場の深さ 20 cm 深及び 40 cm 深の吸引圧の観測値と推定値．
Observed and simulated suctions at depths of 20 cm and 40 cm in the ﬁeld of Yamaguchi Prefectural Agriculture & Forestry
General Technology Center.

Validation

60
40

降水量
観測値

20cm深

推定値

20
0

7月 10月 1月

2016年

4月

2017年

7月 10月 1月
日付

4月

2018年

7月

100
80

Validation

Calibration

60
40

降水量
観測値

40cm深

推定値

20
0

7月 10月 1月

2016年

4月

2017年

7月 10月 1月
日付

Fig. 6 山口大学内の圃場の深さ 20 cm 深及び 40 cm 深の吸引圧の観測値と推定値．
Observed and simulated suctions at depths of 20 cm and 40 cm in the ﬁeld of Yamaguchi University.

4月

2018年

0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600

降水量（mmd -1）

Calibration

降水量（mmd -1）

吸引圧（ kPa）

80

0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600

吸引圧（kPa）

100

7月

論文：ELPIS-JP を用いた畑地土壌水分の将来予測

7

Table 1 水分特性パラメータ計測値（上段）及びキャリブレート後の水分特性パラメータ（下段）．
Measured physical properties of each soil layer (upper table) and Calibrated physical properties of each soil
layer (lower table).
（A） 山口県農林総合技術センター
深さ

θr

θs

α1

n1

l

w2

α2

n2

Ks [cm d−1 ]0 – 10 cm

0.091

0.446

0.124

2.46

0.02320.918

0.0243

1.25

871

10 – 30 cm

0.266

0.446

0.09654.59

0.01590.839

0.0173

2.25

499

30 –200 cm

0.285

0.561

0.217

3.51

0.00161

0.917

0.0237

1.63

298

深さ

θr

θs

α1

n1

l

w2

α2

n2

Ks [cm d−1 ]0 – 10 cm

0.024

0.446

0.0432

2.46

0.023

0.715

0.0494

1.25

330.0

10 – 30 cm

0.138

0.446

0.167

4.59

0.016

0.997

0.0173

2.25

685.0

30 –200 cm

0.270

0.561

0.196

3.51

0.002

0.568

0.0246

1.63

198.0

深さ

θr

θs

α1

n1

l

w2

α2

n2

Ks [cm d−1 ]0 – 10 cm

0272

0.527

0.077

3.87

0.133

0.889

0.0364

1.41

647.0

10 – 30 cm

0.000

0.502

0.084

2.05

3.440

0.882

0.0051

1.03

146.0

30 – 50 cm

0.170

0.536

0.021

1.98

2.980

0.566

0.0002

3.42

7.3

50 –200 cm

0.000

0.560

0.040

3.63

0.5

0.880

0.0054

2.92

107.0

深さ

θr

θs

α1

n1

l

w2

α2

n2

Ks [cm d−1 ]0 – 10 cm

0.227

0.772

0.018

3.8

0.403

0.816

0.0471

1.34

402.5

10 – 30 cm

0.010

0.440

0.014

3.23

0.010

0.691

0.00542.70

1015.530 – 50 cm

0.083

0.468

0.024

2.03

2.982

0.566

0.00043.42

5.0

50 –200 cm

0.001

0.590

0.001

5.24

0.5

0.880

0.00902.92

38.3（B） 山口大学

Table 2 20 cm 深及び 40 cm 深の吸引圧の観測値と推定値
間の RMSE．

The value of RMSE between observed and simulated suctions
at the depths of 20 cm and 40 cm.

の圃場モデルについては 20 cm 深の推定値が観測値より若干大きくなる傾向にあった．また，40 cm 深はキャリ
ブレーション期間の 5，6 月頃の乾燥時期の再現性は低かった．どちらの圃場モデルも推定値と観測値に多少の

山口県農林総合技術センター

キャリブレー
ション期間
検証期間

山口大学

乖離がみられるが，検証期間はキャリブレーション期間と気象条件が大きく異なっていたにも関わらず，両圃場

20 cm 深40 cm 深20 cm 深 40 cm 深9.75 kPa

5.83 kPa

6.99 kPa 2.83 kPaの RMSE を示す．どちらの圃場も RMSE は 10 kPa 以

5.8 kPa

4.01 kPa7.56 kPa 8.55 kPa

下であり，十分な精度で土壌水分状態を再現できたと判

とも土壌水分の変動傾向をよく再現出来ていた．Table 2に 20 cm 深及び 40 cm 深の吸引圧の観測値と推定値間断し，これらの圃場モデルを将来予測に用いることとした．また，地下水位を 200 cm 以深とした仮定に関して，場におけるキャリブレート後の水分特性パラメータを示

推定値は観測値をよく再現できていたため計算領域およす．山口県農林総合技術センター内圃場及び山口大学内

び下方境界条件は適当なものであったと判断した．

の圃場の深さ 20 cm 深及び 40 cm 深の吸引圧の観測値と圃場モデルのシミュレーションにより得られた推定値
を Fig. 5，Fig. 6 に示す．山口県農林総合技術センター

3.3 気象予測データの変動傾向
過去 10 年間分（2009 – 2018 年）の土壌水分の推定に用いたアメダス山口市地点の降水量及びポテンシャル蒸第 145 号（2020）
600

1200

Table 3 現在気候と将来気候における各季節の無降雨日の平均値と標準偏差．

夏秋冬㝆Ỉ㔞(mm/d)

春

無降雨日数

⌧ᅾᖹᆒ
ᑗ᮶ᖹᆒ

1000

Seasonal mean number and standard deviation of clear days in
the present and the future.

ᶆ‽೫ᕪ 500

800

400

600

300

400

200
100

現在

60.3 ± 4.5 56.5 ± 5.2 62.6 ± 5.6 51.9 ± 4.8

200

将来

58.3 ± 3.6 58.1 ± 7

057.7 ± 7.1 55.7 ± 5.2

䝫䝔䞁䝅䝱䝹⵨Ⓨ㔞 (mm/d)

土壌の物理性

80᫓ 䚷 䚷 㻌ኟ 䚷 䚷 㻌⛅ 䚷 䚷 㻌෤㝆Ỉ㔞᫓ 䚷 䚷 㻌ኟ 䚷 䚷 㻌⛅ 䚷 䚷 㻌෤䝫䝔䞁䝅䝱䝹⵨Ⓨ㔞

Fig. 7 現在と将来における各季節の降水量とポテンシャル

発量と将来予測に用いた ELPIS-JP 内の 10 年間分（2081

蒸発量の平均値．

– 2090 年）×10 時系列の降水量及びポテンシャル蒸発量

Seasonal mean precipitation and potential evaporation in thepresent and the future.

を比較し，将来にかけての気象条件の変動傾向を調べた．

Table 3 に現在気候と将来気候における季節毎の無降雨
日の平均値を示す．なお，季節については 1 – 2 月，12
月を冬，3 – 5 月を春，6 – 8 月を夏，9 – 11 月を秋とした．
現在と将来の無降雨日の日数を比較すると信頼度水準 5% で秋の期間は有意に減少，冬の期間は有意に増加して(a)いた．一般に無降雨日の年間日数は将来にかけて増加すると予測されているが（環境省, 2014），本研究においては無降雨日の年間日数に差は見られなかった．Fig. 7 に
現在と将来における各季節の降水量とポテンシャル蒸発量の平均値を示す．降水量は秋を除いて将来は現在よりも概ね減少する傾向にあり，年降水量は約 150 mm 減少
していた．ポテンシャル蒸発量は春と夏の期間で減少傾
向，秋と冬の期間は増加傾向にあった．正木ら（2018）
は気候変動が水文循環に及ぼす影響の評価において内水(b)等の割合が低い土地の蒸発散量については夏の期間は減少傾向，その他の季節は増加傾向にあることを報告しており，本研究のポテンシャル蒸発量の変動傾向と概ね一致していた．

3.4 土壌水分将来予測結果
山口県農林総合技術センター内圃場の将来予測結果の例を Fig. 8 の（a），（b）に示す.（a）が ELPIS-JP 内の時
系列 2 の気象予測データを，（b）が時系列 12 の気象予
測データを大気境界条件としたときの 2090 年の吸引圧の推定値である．時系列 2 においては 1 月から 5 月の期間で吸引圧が高く推移し，時系列 12 においては 6 月から 10 月の期間で吸引圧が高く推移している．前述の通(c)り，ELPIS-JP は 50 時系列分の気象予測データにより変動性の幅を示しており，1 つの時系列は統計的に起こり得る気候シナリオの 1 つに相当するため，どの時系列を大気条件とするかにより，土壌水分の予測結果も変わってくる．Fig. 8 の（c）に山口大学内の圃場の時系列 2 における 2090 年の吸引圧の推定値を示す．Fig. 8 の（a）と比べると，両圃場とも同じ気象条件で計算を行ったが，山口県農林総合技術センター内圃場は 20 cm 深と 40 cm
深の吸引圧の差が山口大学内圃場に比べて大きい．この傾向は現在（2016 年 – 2018 年）の吸引圧の観測結果の傾向と同じであり，土壌種（土性）の違いによる水分移動の差異を表すことができたと考えられる．

2090 年の吸引圧の予測値の例. (a) 山口県農林総合技術センター内の圃場の時系列 2, (b) 山口県農林総合技術セン
ター内の圃場の時系列 12, 山口大学内の圃場の時系列 2
Fig. 8

Examples of predicted suctions in 2090.

論文：ELPIS-JP を用いた畑地土壌水分の将来予測れる．春と秋の季節においては両圃場とも現在と将来で

30
現在平均

25

標準偏差

将来平均

ほとんど差は見られなかった．Fig. 7 より将来の冬の期間において降水量はほとんど変化していないが，ポテン

20

日数

9

シャル蒸発量が大きく増加したために乾燥状態となる期

15間が増加したものと考えられる．また，冬の期間の無降

10

雨日の増加も土壌の乾燥日数の増加の要因の一つだと考えられる（Table 3）．夏の期間について，将来は降水量

5とポテンシャル蒸発量のどちらも減少しているが，降水0

量の減少よりもポテンシャル蒸発量の減少が圃場の水収‐5

支に大きな影響を与えたために乾燥状態となる日数が減
少したと推察される．Fig. 10 に両圃場の 20 cm 深の吸

‐10
春

夏

秋

冬

春

灰色低地土

夏

秋

冬

引圧が −3.1 kPa 以上となる日数の現在平均と将来平均を示す．現在平均と将来平均を比較すると，両圃場とも

黄色土

春と夏の期間において圃場容水量を上回る日数が減少す
Fig. 9 20 cm 深の吸引圧が −49.1 kPa 以下となる日数．
Number of days when the soil at a depth of 20 cm becomes drier
than −49.1 kPa.

る傾向が見られた．これは春と夏の期間は降水量が減少傾向にあるために，土壌が過湿状態となる頻度が減少したからだと考えられる．加藤 · 西村（2015）は現在と将来の 1 か月間の最大降水量に着目し，将来は現在と比較

15

して月最大降水量の増加が見込まれ，土壌水分が圃場用

現在平均

標準偏差

将来平均

10

水量を上回る頻度が高くなる傾向にあることを報告している．加藤 · 西村の研究においては一か月間の降水量が日数最大となる時系列について将来予測を行っているが，本研究では無作為に抽出した時系列について年間を通した5予測を行ったため，土壌が過湿となる頻度においては異なる結果になったと考えられる．

0

4. おわりに
‐5
春

夏

秋

灰色低地土

冬

春

夏

秋

冬

黄色土

Fig. 10 20 cm 深の吸引圧が −3.1 kPa 以上となる日数．
Number of days when the soil at a depth of 20 cm becomeswetter than −3.1 kPa.

本研究では，将来の気候変動下における山口市の畑地
土壌の水分状態を予測し，気候変動による気象条件の変化が土壌水分に与える影響を調べた．まず，山口市の畑地圃場において 2 年間の土壌水の吸引圧を観測した．観
測データをもとに HYDRUS-1D を用いて水分特性パラ
メータのキャリブレーションを行い，対象圃場の土壌水

本研究では，吸引圧が −49.1 kPa 以下の乾燥状態とな

分移動をモデル化した．圃場モデルは気象条件の違いに関わらず実際の土壌水分移動をよく再現することができる日数及び圃場容水量を上回る（−3.1 kPa 以上）日数のた．その後，キャリブレート後の圃場モデルの大気条件

現在平均と将来平均を季節ごとに比較することにより，を ELPIS-JP の将来の気象データとし，複数の時系列に気候変動が土壌水分へ与える影響を調べた．2009 年 1

おいて気候変動下における山口市内の畑地の土壌水分状

月 1 日から 2018 年 12 月 31 日までの 10 年間の −49.1

態を予測した．予測結果について季節ごとに一定の吸引

kPa 以下となる日数及び −3.1 kPa 以上となる日数の年平均値を現在平均，2081 年 1 月 1 日から 2090 年 12 月
31 日までの 10 年間（10 時系列分）日数の年平均値を将来平均とした．Fig. 9 に各圃場の 20 cm 深の吸引圧が−49.1 kPa 以下となる日数の現在平均と将来平均を示す．

圧を超えるもしくは下回る日数で評価した．土壌が −49

現在平均と将来平均を比較すると，冬の期間においては水分が圃場容水量を上回る日数については年間を通じ山口県農林総合技術センター内圃場（灰色低地土），山口て，両土壌種とも減少することが示され，湿害は緩和さ

大学内圃場（黄色土）ともに 12 日程度増加しており，将れる傾向にあることが分かった．本研究では山口市内の来においては現在よりも冬の期間の乾燥が進むことが予

畑地圃場を将来予測の対象とし，土壌種による将来予測

想される．一方，夏の期間においては両圃場とも乾燥状の違いを比較したが，ELPIS-JP 内の他のアメダス地点の態となる日数は現在の半分以下の日数に減少しており，

気象予測データを利用することにより，地域間での予測

将来においては夏の期間の干ばつは緩和されると予想さの違いも比較できると考えられる．今後の課題として，

kPa 以下の乾燥状態となる日数を現在と将来で比較すると夏の期間は減少し，冬の期間は顕著に増加することが示された．冬の乾燥については主に蒸発量の増加によるものであることが推察された．また，将来において土壌

土壌の物理性

10

第 145 号

本研究では土壌水分移動解析のみで土壌水分の将来予測を行ったが，気候変動が土壌環境へ与える影響を正しく評価するためには同時に熱移動解析を行う必要があるこ（2020）

環境省 (2014): 日本国内における気候変動予測の不確実性を考慮した結果について.

http://www.env.go.jp/press/ﬁles/jp/25593.pdf.

とも報告されているため（Kato et al., 2011），熱移動解Kato, C., Nishimura, T., Imoto, H. and Miyazaki, T.(2011):

析も含めた土壌水分移動の検討が必要であると考えられPredicting soil moisture and temperature of Andisols un-

る．また，GCM を用いた気候変動の影響予測は不確実

der a monsoon climate in Japan. Vadose Zone Journal, 10

性の影響を受けるため，今後より多くの種類の GCM や
排出シナリオを用いた影響評価を行うことが望まれる．

:541– 551.
加藤千尋, 西村 拓 (2015): 農地土壌水分状態予測に向けた

GCM 予測値の時間ダウンスケーリング手法の検討. 農村工学会論文集, 83(1): 11–19.

謝辞

気 象 庁 (2017): 気 候 変 動 監 視 レ ポ ー ト. http://www.data.

国立研究開発法人 農研機構 · 農業環境変動研究セン
ターの飯泉仁之直博士には ELPIS-JP のデータ利用につ

jma.go.jp/cpdinf/monitor/2017/pdf/ccmr2017 chap2.pdf.
近藤純正, 徐 健青 (1997): ポテンシャル蒸発量の定義と気候
湿潤度. 天気 (Tenki), 44(12): 875–883.

いてご助言を頂き，また同センターの桑形恒男博士には正木隆大, 田中賢治, 田中茂信 (2018): 気候変動が日本の水ポテンシャル蒸発量の計算についてご助言を頂きまし

文循環に及ぼす影響評価と要因分析. 水文 · 水資源学会

た．ここに記し，謝意を表します．

研究発表会要旨集, 31.
農研機構 (2010): MeteoCrop DB.

引用文献

https://meteocrop.dc.affrc.go.jp/top.php.
Peters, A. and Durner, W. (2008): Simpliﬁed evaporation
method for determining soil hydraulic properties. Journal

Durner, W. (1994): Hydraulic conductivity estimation for soil
with heterogeneous pore structure. Water Resour. Res.,30(2): 211–223.

of Hydrology, 356: 147–162.
Šimůnek, J., Sejna. M., Saito, H., Sakai, M. and van
Genuchten, M.Th. (2013): The Hydrus-1D software pack-Iizumi, T., Semenov, M.A., Nishimori, M., Ishigooka, Y. andage for simulating the movement of water, heat, and multi-

Kuwagata, T. (2012): ELPIS-JP: A dataset of local-scale

ple solutes in variably saturated media, version 4.17, HY-daily climate change scenarios for Japan. Philosophical

DRUS software sSeries 3, p. 342. Department of Environ-Transactions of the Royal Society A, 370: 1121–1139.

mental Sciences, University of California Riverside, River-

飯泉仁之直, 林 陽生, 木村富士男 (2007): 温暖化後の冷夏と暑夏による日本の水稲生産への影響. 農業気象, 63(1):

11–23.

side, California, USA.
辰巳賢一 (2013): 気候変動が圃場における水稲生産に与える影響とその適応策に関する研究. 環境情報科学論文集,

飯泉仁之直, 西森基貴, 石郷岡康史, 横沢正幸 (2010): 統計的

27: 43–48.

ダウンスケーリングによる気候変化シナリオ作成入門.
農業気象, 66(2): 131–143.

要旨本研究では，気候変動下における山口市の畑地土壌の水分状態を予測し，気候変動による気象条件の変化が土壌水分変動に与える影響を調べた．まず，山口市の畑地圃場において 2 年間の土壌水の吸引圧を観測し，観測データをもとに HYDRUS-1D を用いて対象圃場の土壌水分移動をモデル化した．その後，
圃場モデルの大気条件を ELPIS-JP の将来の気象データとし気候変動下における山口市内の畑地の土壌
水分状態を予測した．予測の結果，土壌が乾燥状態（−49 kPa 以下）となる日数を現在と将来で比較す
ると夏の期間は減少し，冬の期間は顕著に増加することが示された．冬の乾燥については主に蒸発量の増加によるものであることが推察された．また，将来において土壌水分が圃場容水量を上回る（−3 kPa以上）日数については年間を通じて灰色低地土圃場，黄色土圃場ともに減少傾向にあることが示され，将来の山口市の畑地は現在よりも乾燥化する傾向にあることが予測された．
キーワード：気候変動，土壌水分，HYDRUS，将来予測，ELPIS-JP

J. Jpn. Soc. Soil Phys.

ㅮᗙ

土壌の物理性LecturesNo. 145 p.11 ∼ 20 (2020)

土壌中における溶質の吸着移動現象の基礎理論

III．協同吸着 · 多層吸着 · 選択係数
石黒宗秀 1

Basic theories of solute transport and adsorption in soils,
III. Multilayer adsorption, cooperative adsorption and selectivity coefﬁcient
Munehide ISHIGURO1

1. はじめに選択係数は，質量作用の法則あるいはラングミュアの式を基本とする競合吸着の式から導かれる係数である．

固体表面の 1 吸着サイトに 1 分子が直接吸着し，隣接

2. 協同吸着する吸着分子間に相互作用が無い，単純な場合の吸着式
が、前回紹介したラングミュア吸着式であった．ここでは、吸着分子同士が相互作用を及ぼす場合や，表面の 1層目だけでなく、2 層目以上の吸着を示す場合の吸着式とその理論について記述する．
複数の吸着分子が互いに引力を及ぼし合う場合は，吸着が進行しやすくなる．特に，分子が多数で集団を形成して吸着する場合を協同吸着と言う．この現象を例えて言えば，1 人 1 人の力は弱くても，大衆扇動によって強大な権力を形成するファシズムのように，ひとつひとつの力は弱くても，集団で協同的に急激に吸着が進行するのである（早川 · Kwak, 1985）．このような吸着反応を表現する吸着式として，ヒルの式，Zhu and Gu の式，横相互作用のモデルを紹介する．ヒルの吸着式は，質量作用の法則あるいはボルツマン分布の式から導かれる．Zhu

and Gu の式は，質量作用の法則あるいはラングミュアの式を基本とする競合吸着の式から導かれる．横相互作用のモデルは，ボルツマン分布の式から導かれる．
多層吸着は，固体表面へのガスの吸着や溶液中の固体上への表面沈殿に見られる．多層吸着には BET 吸着式が良く利用される．1 層目の吸着は，固体表面と吸着

2.1 ヒルの吸着式
複数の分子が，集団で固体表面に吸着する場合を，協同吸着と呼ぶ．界面活性剤の腐植物質への吸着や（Yeeet al., 2006），酸素分子の赤血球中ヘモグロビンへの吸着（早川 · Kwak, 1985）がこの例として挙げられる．ある濃度になると，集団を形成して急激な吸着が進行する特徴がある吸着現象である．界面活性剤は，親水基と疎水基を持つ（Fig. 1），水にも油にも溶解する両親媒性物質
で，疎水基同士が水中で疎水性相互作用により集合しやすい性質があるため，協同吸着を起こしやすい．界面活性剤は，農薬の展着剤，肥料の固結防止剤，洗剤等として利用され，また，土壌中の腐植物質も天然の界面活性剤であり，名前の通り界面の性質に大きな影響を及ぼす物質である（Ishiguro and Koopal, 2016）．
協同吸着現象には，ヒルの式を適用してその協同性を評価することが多い．吸着物質 A と吸着サイト S は，次の関係式で表せる．

S + nA →
← SAn

(1)

分子の相互作用，2 層目以降の吸着は，吸着分子間の相互作用としてボルツマン分布を用いてモデル化される．

Brunauer Emmett Teller（BET）の吸着式は，粘土鉱物の

疎水基

親水基

比表面積測定に良く用いられる．
選択係数は，競合する 2 種類のイオンの土壌への吸着力の相違を見たり，吸着量を推定する際に用いられる．

CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2
SO4

Na+

1 Hokkaido University, Kita 9, Nishi 9, Sapporo, 600-8589, Japan. Corre-

sponding author: 石黒宗秀，北海道大学．
2020 年 2 月 19 日受稿 2020 年 3 月 15 日受理

Fig. 1 （a）界面活性剤の模式図（ドデシル硫酸ナトリウム）．

土壌の物理性

12

第 145 号

（2020）となる．この式を書き直すと，次のヒルの式となる．

100

Γ

θ / (1−θ)

10

Γmax

⭉᳜㓟

1

KCn
1 + KCn

(6)

あるいは

0.1
0.01

=θ =

θ
= KCn
1−θ

ࣇࣝ࣎㓟
1

10

100

1000

10000

（7）式の両辺を対数にして，次式を得る．

C (μM)
Fig. 2 カチオン性界面活性剤のフルボ酸および腐植酸への吸着における界面活性剤濃度 C と θ /(1 − θ ) の関係．直線は，ヒルの式による計算値（Yee et al., 2006 を改変）．

(7)

log

θ
= n logC + const.
1−θ

(8)

この式から，θ /(1 − θ ) vs C の図を両対数目盛で描いた
線の傾きが，集団数 n となる．Fig. 2 に，カチオン性界面活性剤のフルボ酸と腐植酸への吸着例を示す（Yee et al.,

吸着量 mol/kg

1002006）．両対数グラフ中で，直線状になることがわかる．
フルボ酸では，n = 2.69 と傾きが大きいのに対し，腐植
酸では n = 1 で緩やかな傾きとなっている．（6）
，
（7）式

ヒルの式
n=3

10

で表されるヒルの式は，吸着率を表す式なので，最大吸着量は実測により求める必要がある．

1
0.1
0.01

Fig. 3 に，カチオン性界面活性剤のアニオン性高分子

ラングミュアの式 n=1への吸着等温線を示す．前前回の「I．いろいろな吸着式」3.1 単層吸着の式および前回の「II．ラングミュアの吸着式」2.5 分配係数で述べたと同じように，両対数の図

10-6

10-5

10-4

10-3

上では，吸着物質濃度が低濃度領域において，吸着等温

10-2線の傾きがヒルの式の n の値となる．この例の場合，最界面活性剤平衡濃度 (M)も低濃度側において界面活性剤分子が独立に吸着するた

Fig. 3 カチオン性界面活性剤（デシルピリジニウムクロライド）のアニオン性高分子（ナトリウムポリスチレンスルホ
ネート）への吸着等温線（Ishiguro and Koopal, 2009 のデー
タを使用）．

め傾きが 1 のラングミュアの式に一致し，濃度が上昇す
ると傾きが大きくなり（n = 3）ヒルの式が適用出来て，協同吸着が生じていることがわかる．更に吸着が進むと吸着サイトが減少するため傾きが小さくなる．ここで用いられた界面活性剤は，炭素が 10 個の直鎖状であるが，ここで，n は集団となる個数，An は吸着した A の集合体を表す．質量作用の法則により，次式を得る．

K=

aa
aS an

炭素が 16 個の直鎖状界面活性剤を用いると，相互作用がより強くなり，その吸着等温線は更に急な勾配を示す（n = 8）（Ishiguro and Koopal, 2009）．

(2)（7）式は，前回示したのと同様に，次のボルツマン分
布の式を用いても導出できる．

(
)
θ
−εS
= exp
1−θ
kB T

ここで，K は平衡定数，aa は吸着集合体の吸着サイトにおける活量，aS は空き吸着サイトの活量，a は溶液中の分子 A の活量で，低濃度においてはほぼ溶液中濃度 C に(9)

ここで，εS は吸着したサイトと空きサイトのエネルギー等しい． aa と aS は，近似的に次式で示される．

差，kB はボルツマン係数，T は絶対温度を示す．ボル

aa = Γ/n(3)

ツマン分布は，吸着サイトと空きサイトの割合をエネル
ギー状態の差で表せるため，（9）式が得られる．溶液中

aS = (Γmax − Γ)/n(4)

ここで，Γ は濃度 C における分子 A の吸着量，Γmax は
最大吸着量を表す．したがって，（2）式はK=Γ(Γmax − Γ)Cn

(5)で 1 分子は化学ポテンシャル µ のエネルギーを持ち，吸着した 1 分子はエネルギー ε を持つとすると，協同吸着では n 分子吸着するから，（9）式中の εS は，次の式で表せる．

εS = n(ε − µ )(10)

講座：土壌中における溶質の吸着移動現象の基礎理論Ⅲ．協同吸着 · 多層吸着 · 選択係数

界面活性剤吸着量 (mol/kg)

10.00

13

ここで，C はドナン相（吸着相）中の界面活性剤濃度，

Cb はバルク溶液中の界面活性剤濃度，ν は電荷符号を含む界面活性剤の価数，e は電気素量を表す．Fig. 4 に，

1.00

カチオン性界面活性剤の腐植酸への吸着等温線の実測値
NaCl
0.005 M

0.10と，ヒル · ドナンモデルによる計算値を示す．ここで，基準吸着曲線

ドナン電位は，ドナン相の比体積とドナン相の電荷密度を用いて記述される腐植酸の経験式から求められてい

0.1 M

る．NaCl 濃度が 0.005 M と 0.1 M におけるモデル計算
値は，実測値に良く一致するように選んだ同一の K ′ と

0.01

10-8

10-7

10-6

10-5

n = 1.23 を用いて求めた．この K ′ と n を用いた ψD = 0

10-4

における基準吸着曲線も図示している．吸着等温線が交界面活性剤濃度 (M)差している点は，腐植酸の負電荷と吸着したカチオン性

Fig. 4 腐植酸へのカチオン性界面活性剤の吸着等温線の実測値（△ 0.005 M NaCl，□ 0.1 M NaCl）とヒル · ドナンモデ
ル計算値（· · · 0.005 M NaCl，– – – 0.1 M NaCl）の比較．基準
吸着曲線は，ドナン電位 ΨD = 0 における計算値．（Ishiguro
and Koopal 2011 を改変).

応する．電荷ゼロ点より界面活性剤濃度が小さい領域で界面活性剤の正電荷がちょうど中和した電荷ゼロ点に対は，静電気力は界面活性剤に対して引力だが，電荷ゼロ点より界面活性剤濃度が大きな領域では静電気力は反発力となる．NaCl 濃度が高くなると，電場の影響が弱くなるため，ψD の絶対値が小さくなり，交差点より界面活性剤濃度が低い領域で吸着量が相対的に減少し，交差点より高い界面活性剤濃度領域で吸着量が相対的に増加している．この様に，ψD の影響が明瞭に表れている．

2.2 2 段吸着モデル
界面活性剤が，親水性固体表面に，2 相にわたって吸(a) 協同的吸着(b) 1層目吸着
ヘミミセル(c) 2層吸着
アドミセル

着する場合に，2 段吸着モデルが適用される．1 層目は，親水基を固体表面に向け疎水基を外側に向けて吸着する（ヘミミセル）（Fig. 5（b））．その後，集団で一気に吸着する場合は，Fig. 5（a）のような集団を形成して吸着すFig. 5 親水性固体表面への界面活性剤の吸着の概略図．

る．1 層目に吸着した界面活性剤の疎水基の上に，疎水基側を向けて界面活性剤が吸着する（アドミセル）場合も考えられる（Fig. 5（c））．

したがって（9）式は，次のヒルの式になる．

()−n(ε − µ )θ= exp= (K ′C)n
1−θ
kB T

(11)

ここで，K ′ は定数で，µ = kB T lnC + f (T ) の関係を用いた． f (T ) は T の関数である（大井ら, 2000a; b）．n > 1

Zhu and Gu（1989; 1991）は，1 層目に吸着した界面活性剤に，n − 1 個の界面活性剤が集合して，最終的に 1
吸着サイトに n 個吸着するモデル（Fig. 5（a））を提案した．1 層目の反応式は次式となる．
S+A→
←S−A

(13)

の場合がヒルの式だが， n = 1 と n < 1 も含めて，この式は，ラングミュア · フロインドリッヒ · ヒル式と呼ばれる．n < 1 に限定されれば，フロインドリッヒ式と呼ばれる．n = 1 でラングミュア式となる．n < 1 だと，複数の吸着サイトに 1 分子が吸着する場合か，多種類の吸着エネルギーを持つ不均一な吸着サイトへの吸着の場合
であり，吸着等温線の傾きは，ラングミュア式より緩や
かになる．

K1 =

a1
aS a

(14)

ここで，K1 は平衡定数，a1 は 1 層目に吸着した界面活性剤の活量，aS は空き吸着サイトの活量，a は界面活性剤の溶液中の活量である．
次の段階では，n − 1 個の界面活性剤が同時に吸着して次式の反応が進行する．

Ishiguro and Koopal（2011）は，吸着サイトの電位の影響を明示するために，ヒルの吸着式にドナンモデルを適用し，カチオン性界面活性剤の腐植物質への吸着を評（11）式中の C価している．ドナン電位 ψD を用いると，は次式で表せる．

C = Cb exp(−ν eψD
kB T

)
(12)

S − A + (n − 1)A →← S − AnK2 =an
a1 an−1

(15)

(16)

ここで，K2 は平衡定数，an は n 個の集団となって吸着し土壌の物理性

14

第 145 号

（2020）た界面活性剤の活量である．界面活性剤溶液が希薄な場
合，界面活性剤の活量 a は，その濃度 C に等しいとみなせる．1 層目の吸着サイト数を Γ1 ，n 個の集団の吸着サ

θi =イト数を Γn ，空いている吸着サイト数を ΓS とすると，（14）式および（16）式は，次の様になる．

K2 =

(注 1)

ここで θi は全サイトに対する分子 i の吸着したサイトの割合， Ki は分子 i の吸着平衡定数，Ci は分子 i の平衡濃

Γ1
ΓSC

(17)

Γn
Γ1Cn−1

(18)

K1 =

KiCi
1 + ∑i KiCi度である．今回の界面活性剤の吸着では，1 個吸着する
場合（（13）式）と n 個吸着する場合（（23）式）の競合と考えると，次式となる．

θi =

界面活性剤の吸着量 Γ は，次式となる．

Γ = Γ1 + nΓn(19)

K1C + K ′2Cn
1 + K1C + K ′2Cn

(注 2)

協同吸着で n 個がまとまって 1 サイトに吸着するため，濃度の n 乗の項が含まれる点が（注 1）式と異なる．この式は，吸着サイト数についての記述であるため，吸着物

界面活性剤の最大吸着量 Γmax は，次式となる．

質数の割合に直した式が（22）式である．つまり，協同Γmax = n(ΓS + Γ1 + Γn )(20)

吸着では 1 吸着サイトに n 個含まれるために，分子第 2項に n を乗じ，分母である全吸着サイト項を n 倍して最（17）∼ （20）式を用いて，次式を得る．

)(
K1C 1n + K2Cn−1=
Γmax
1 + K1C (1 + K2Cn−1 )Γ

大吸着量に直している．
（22）式は，
（17）
，
（19），
（20），
（24）式を用いても求められる．

(21)

2.3 横相互作用のモデル
界面活性剤その他に見られる協同吸着は，隣り合う吸

この式のシリカゲルへの適用例を Fig. 6 に示す．界面着した物質間の横相互作用によって引き起こされる．溶

活性剤濃度が増加すると，界面活性剤分子が 1 個ずつ吸液中に溶存している分子と溶媒分子が同じ大きさで，固着する段階から集団で吸着して急激に吸着量が増大する

体平面に吸着する場合の横相互作用について考えよう．

段階に移行している．

隣接する分子間には引力が働き，吸着分子と吸着サイト（21）式は，前回の「II．ラングミュアの吸着式」の，の間にも引力が働いている．吸着分子が溶媒分子と置き競合吸着の場合の式（前回の（30）式）からも求めるこ

代わって溶液中に出て行く場合の，置き代わった後と前

Γmax

=

K1C + nK ′2Cnn(1 + K1C + K ′2Cn )S + nA →
← SAn

(23)

an
aS an

(24)

吸着サイトに水素イオンが競合吸着して pH の影響を受ける場合は，（22）式に水素イオン吸着の項を加えて，次式となる．

K1C + nK ′2Cn

Γ
=
Γmax
n(1 + KHCH + K1C + nK ′2Cn )(25)

ここで，KH は水素イオンの吸着の平衡定数，CH は水素
イオン濃度である．
注）前回の「II. ラングミュアの吸着式」の，競合吸着の場合の式は，次式で表される．

(26)と表す．ここで，∆εn 縦方向相互作用のエネルギー差，

ここで，K2′ は次の反応の平衡定数である．

K ′2 =∆ε = ∆εn + ∆εt(22)∆εt は横方向相互作用のエネルギー差である．Fig. 7 に示す様に，分子が z 個の分子に横方向に囲まれている場

C (CTAB)/10-3 mol dm-3
0.0
5.0

0.5

1.0

1.5
1.6

4.0

1.2

3.0
0.8
2.0
0.4

1.0
0.0
0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

Γ/10-4 mol g-1 for CTAB

Γのエネルギーの差 ∆ε を，

Γ/10-4 mol g-1 for TPBとが可能で，次の様に書き直せる．

注）

0.0

C (TPB)/10-7 mol dm-3

Fig. 6 シリカゲルへのカチオン性界面活性剤吸着の測定
値と，Zhu and Gu の (21) 式の適用例．臭化セチルメチルア
ンモニウム (CTAB；▲) と臭化テトラデシルピリジニウム(TPB；＋)．(Zhu and Gu, 1991)

講座：土壌中における溶質の吸着移動現象の基礎理論Ⅲ．協同吸着 · 多層吸着 · 選択係数
WW 結合の数＝zAW結合の数＝zχ=
バルク相0.5z(2εAW − εAA − εWW )
kB T

15

(28)

A

ここで，εAW , εAA , εWW はそれぞれ下付添え字で表した
分子間の相互作用エネルギーを表す．ボルツマン分布の（9）式と次の（29）式を用いて，（30）式を得る．

A

A

A

A

εS = −∆ε − µ

A

(29)

)
(
∆ε
θ
= C exp
1−θ
kB T

吸着表面相

(

AA 結合の数＝zθWA 結合の数＝zθAW 結合の数＝z(1- θ )WW 結合の数＝ z(1- θ )Fig. 7 吸着分子 A の脱離前後の配置と横相互作用の割合．z個（図中では 6 個）の分子に囲まれていた吸着分子 A が，離脱してバルク相に移動し，バルク相の溶媒分子 W と入れ替わる．θ は分子 A の吸着率（大井ら，2000b の図を改変）．

= C exp

∆εn
kB T

(

)
exp

∆εt
kB T

)

(30)

= CKn exp(2χθ ) = CKn exp(bθ )b = 2χ

(31)

ここで，Kn は縦方向相互作用の吸着平衡定数である．∆ε
1
0.9
吸 0.8
着 0.7
0.6
率 0.5
θ 0.4
0.3
0.2
0.1
0

は吸着分子が溶媒分子と置き代わって溶液中に出て行く
b=

8

6

4

2.7 1.60-2

場合の，置き代わった後と前のエネルギーの差であるから，（29）式左辺の，吸着したサイトと空きサイトのエネ
ルギー差 εS に当てはめる際には，∆ε の前にマイナスが付けられることに注意しよう．（30）式から計算される
吸着等温線を，Fig. 8 に示す．b > 0 において，横相互作

0.001

0.01

0.1

1

10

100

相対濃度 CKn

用が引力で，b が大きくなるほど引力が大きくなり，吸着が進行しやすく急勾配となる．図中の b = 6, 8 における縦の点線は，横相互作用の強い引力のため急な吸着が進行して相転移が生じる位置を示している．b < 0 は横Fig. 8 横相互作用を加えた吸着式 (30) 式を用いて計算した
吸着等温線．b > 0 は横相互作用が引力の場合．b < 0 は横相
互作用が反発力の場合．縦方向の直線は，協同吸着による相転移を表す．

相互作用が反発力の場合で，b が小さくなるほど吸着が進みにくく勾配が緩やかになる（大井ら, 2000b）．

Mehrian et al.（1993）は，カオリナイト粘土へのカチ
オン性界面活性剤吸着に対して，横相互作用を取り入れ合を考える．吸着分子 A が離脱してバルク相に移動し，た 2 層吸着モデルを提案した．低濃度では，Fig. 5（b）の 1 層目吸着が生じ，濃度上昇とともに 2 層目の吸着がバルク相中の溶媒分子 W と入れ替わる．その際の分子進行して Fig. 5（c）の形になるモデルである．1 層目のA の吸着率を θ とすると，吸着状態にある分子 A に隣接する分子 A の個数は zθ ，隣接する分子 W の個数はz(1 − θ ) である. 同様に，吸着サイトの中心にあった分子 A が離脱して分子 W に置き代わった後の，分子 W に隣接する分子 A の個数は zθ ，隣接する分子 W の個数はz(1 − θ ) である. バルク相において，置き代わる前の分子W を囲む分子 W の個数は z，離脱した分子 A を囲む分
子 W の個数は z である．したがって，∆εt は，吸着率を θ1 ，2 層目の吸着率を θ2 ，全体の吸着率を θ ＝
θ1 + θ2 ，θ1 と θ2 の最大吸着率を 1，θ の最大吸着率を 2とする．ここで，「II．ラングミュアの吸着式」2.2 ラン
グミュア式の物理的意味，で記したと同じように，各層の吸脱着速度から平衡を考えて式を求める．1 層目の吸着速度は，空きサイトの割合 1 − θ1 と濃度 C に比例す
る．1 層目の脱着速度は，2 層目に吸着した分子が脱着を妨げるため，1 層目のみに吸着している割合 θ1 −θ2 に比例する．したがって，次の式を得る．

∆εt = z(εAW − εWW ) + zθ (εAW − εAA )θ1 − θ2= K1C
1 − θ1+ z(1 − θ )(εWW − εAW )= zθ (2εAW − εAA − εWW )= 2kB T χθ(27)
平衡定数 K1 は，吸着エネルギーを用いて，(32)

土壌の物理性

16(∆εn1 + ∆εt1
K1 = exp
kB T

)

(

∆εt1
= Kn1 exp
kB T

第 145 号

（2020）

(
)
Ωi
−εi
= exp
Ω0
kB T

)
(33)

したがって，空きサイトも含めた全吸着サイト Ω は，次= Kn1 exp(b1 θ1 )の様になる．

となる．ここで，Kn1 は，1 層目の吸着サイトと吸着物質の間の縦結合のエネルギーに関する平衡定数である．この式の左辺指数項が横相互作用の項になる．2 層目の吸

(
)
∞
Ω
−εi
= 1 + ∑ exp
Ω0
kB T
i=1

着速度は，2 層目の空きサイト割合 θ1 −θ2 と濃度 C に比例する．2 層目の脱着速度は，2 層目の吸着割合 θ2 に比例するから，同様にして 2 層目の次式を得る．

θ2
= K2C
θ1 − θ2(∆εn2 + ∆εt2
K2 = exp
kB T

(37)

)

(34)
(

∆εt2
= Kn2 exp
kB T(
= 1 + exp))(−(ε1 − εL )−iεL∞× ∑i=1 exp
kB T
kB T

∞

= 1 + c ∑i=1 xi =

)

(38)

1 − x + cx
1−x

∞

x

∑ ixi = (1 − x)2

∵

i=1

(35)
ここで，

= Kn2 exp(b2 θ2 )(ここで，Kn2 は，2 層目の吸着物質とその下の 1 層目に吸着している物質の間の縦結合のエネルギーに関する平−(ε1 − εL )c = exp
kB T(

衡定数である．2 層目においても横相互作用の項が加え

x = expてある．

3. 多層吸着；Brunauer Emmett Teller（BET）吸着式
2 層目以降も吸着が進行する多層吸着は，ガスの固体
表面への吸着や，固液界面における固体への表面沈殿現

合エネルギーを εL0 と置く．ここでは，横相互作用は考

(39)

( 0
)
εL + µ
kB T

(40)

)
= exp

次式を得る．

cxN∞= c ∑i=1 ixi =Ω0(1 − x)2
∞

(41)

x

∑ ixi = (1 − x)2∵i=1子同士の吸着となる．1 層目の固体表面と吸着分子の結合エネルギーを ε10 ，2 層目以降の吸着分子 2 個の間の結( 0)ε1 − εL0
= exp
kB T

である．全吸着分子数を N とすると，（38）式を用いて象で認められる．これらの場合，1 層目の吸着と 2 層目
以降の吸着のエネルギーが異なり，2 層目以降は吸着分

−εL
kB T

)

（38）式と（41）式を用いて，各吸着サイトを平均した吸着分子数 θ は，次式となる．

えないこととする．結合エネルギーは正の値と考えるので，結合した後のエネルギー状態はそれぞれを負にした
値だけ低下する．（10）式に示したように，吸着によっ

θ=

N
cx
=
Ω (1 − x)(1 − x + cx)(42)て，溶液中の分子 1 個の持つ化学ポテンシャル µ が失わ
この吸着式を Brunauer Emmett Teller（BET）式と呼ぶ
れるため，1 分子吸着するときに変化するエネルギーは， （大井ら, 2000a）．BET 式では，吸着は x = 1 で無限大
1 層目の吸着では ε1 ＝−ε10 −µ ，2 層目以降の吸着ではとなる．これは，（40）式で εL = 0 になるとき，あるいεL ＝−εL0 −µ となる．また，1 層吸着したサイトと空きサイトのエネルギー差は ε1 ，i + 1 層吸着したサイトと i層吸着したサイト（i は自然数）のエネルギー差は εL だから，i 層吸着したサイトと空きサイトのエネルギー差
εi は，
εi = (ε1 − εL ) + iεLは µ = −εL0 のとき，つまり溶液中の分子のエネルギー状態と吸着分子のエネルギー状態が等しくなるときである．このとき，溶液中の溶質は飽和濃度で，沈殿が形成される濃度になる．気体の吸着の場合は，飽和蒸気圧に対応する．溶質濃度に対応する活量 a の化学ポテンシャ
ル µ と，飽和濃度に対応する活量 asat の化学ポテンシャ(36)となる．したがって，空きサイト数を Ω0 ，i 層吸着した

ル µsat は次式となる．

µ = µ0 + kB T ln a

(43)

µsat = µ0 + kB T ln asat(44)

サイト数を Ωi とすると，ボルツマン分布の（9）式と同様にして，次式を得る．

講座：土壌中における溶質の吸着移動現象の基礎理論Ⅲ．協同吸着 · 多層吸着 · 選択係数

良く適用される．窒素ガスの吸着等温線を測定し，それ16

SO4 Adsorption (Layer = mol/kg)

17

14

0 kT

12

8 kT

10

ｐH5

8

ｐH7

に BET 式を適用して 1 層目吸着量（θ ＝ 1）を求め，窒
素 1 分子の専有面積 ＝ 0.162 nm2 として計算した表面

2 kT

積を “標準 BET 表面積” と呼んでいる（日本粘土学会編,2009）．

ｐH4

4. 選択係数ｐH6

土壌が負電荷を持ちそれと反対符号の電荷を持つ 2 種

6類のイオン Aa+ と Bb+ が存在する場合の吸着を考えよう．ここで，a，b はそれぞれのイオンの価数を表す．吸4着反応の式を，次式で表すことにする．
2

bAXa + aBb+ = aBXb + bAa+

0
0.001

0.1

10

1000

ここで，X は，1 個の負電荷を持つ吸着表面を表す．こSO4 Concentration (mmol/L)の反応の平衡定数 KAB は，Fig. 9 硫酸イオンのアロフェン質火山灰土への吸着等温線．
飽和濃度近くで表面沈殿が生じて多層吸着が始まり，急激な吸着量の増加が観測される．曲線は BET 吸着式による計算
結果．0 kT ，2 kT ，8 kT は，1 層目の結合エネルギーと 2 層目の結合エネルギーの差を示す（Ishiguro et al., 2006 の図を改変）．

ここで，µ0 は標準化学ポテンシャルである．µsat = −εL0であることと，化学ポテンシャルの関係を用いて（40）
式を書き直すと，次式を得る．

( 0)
εL + µx = exp
kB T
(
= exp

(46)

−(µ0 + kB T ln asat ) + (µ0 + kB T ln a)
kB T

b

KAB =

(BXb )a (Aa+ )a(AXa )b (Bb+ )(47)

である．ここで，（ ）は，それぞれの活量を表す．吸着
表面の活量を求める方法が無いので，その部分は実際の個数の割合で表すと次式になる．
b

V
KAB
=

[BXa ]a (Aa+ )ab[AXa ] (Bb+ )(48)

V を，Vanselow の選択係数と呼ぶ．
ここで，KABA と B の価数が等価（a = b）のカチオンの場合は，次)の関係で示されることが多い．

(45)

a
=
asat

a+
{BXa }E {B }= KAB{AXa }{Aa+ }(49)

E は競合するイオンの価数が等価の場合の選ここで，KAB

この式を用いて，BET 式から活量あるいは濃度と多層吸択係数，{ } はその物質の電荷当量濃度である．B の溶着の関係を計算できる．

液中の当量分率を α ，B の吸着当量分率を β とすると，Fig. 9 に，多層吸着の例を示す．図中の曲線は，BET
吸着式の計算結果を示す．（39）式中の，1 層目の結合エネルギー ε10 と 2 層目以降の結合エネルギー εL0 の差が大きい 8 kT では，1 層目の結合エネルギーが大きいた
め，低濃度から 1 層目吸着が開始される．1 層目の結合エネルギーが小さくなり，その差が小さくなるにつれて吸着の開始濃度が大きくなることがわかる．図の目印点

α={Ba+ }{Aa+ } + {Ba+ }

(50)

β=

{BXa }{AXa } + {BXa }(51)

だから，（49）式は，次式となる．

は，アロフェン質火山灰土への硫酸イオンの多層吸着の実測値を示す．前回に記したように，Na2 SO4 溶液を加えると，火山灰土の正電荷部分に硫酸イオンが吸着する

11−1 = E
β
KAB

(

)
1
−1
α

(52)

のだが，Na2 SO4 の沈殿が生じる飽和濃度まで加えていくと，多層吸着が濃度上昇とともに進行することがわかる（Ishiguro et al., 2006）．
粘土鉱物等の粒子の比表面積測定に，BET 吸着式がB の溶液中の当量分率 α を横軸，B の吸着当量分率 βを縦軸に取り，（52）式の関係を描くと Fig. 10 になる．
この曲線を交換等温線と言う．選択係数が 1 なら，溶液

土壌の物理性

18

第 145 号1

これは，非水和の裸のアニオンとの相互作用でイオン交換が行われているためと考えられる（Miyata, 1983）．イ

KEAB＝10Bの吸着当量分率（2020）

オンの吸着には，静電気力による吸着のみでなく，粘土層間への固定や粘土や腐植物質表面への化学結合のような特異的な強い吸着現象もあるため，常にイオン半径のKEAB＝10.5

大きな順に選択性が高くなるとは限らない．
（46）式で示したイオン交換反応が理想的な反応の場

KEAB＝0.1

合は，（47）式の平衡定数は一定とみなせるが，（48）式で示される選択係数は，吸着量の項を活量で示せないこ0と，吸着は拡散二重層と固相表面の両方で生じる複雑な

0

0.5

1

溶液中のBの当量分率
Fig. 10 価数が同じ 2 種のイオンの交換等温線と選択係数．

状態にあることから，選択性がほぼ無い場合以外は，一定値を取らない．Fig. 12 は，Mg と Ca の共存条件におVける Aridisol の選択係数 KMgCaの例である．Ca の吸着分率の増加に伴って大きく変化し，2 桁以上小さな値になっている（Sposito, 1989）．
選択係数は，ラングミュアの式が成立する条件下で，中の当量分率が吸着当量分率に等しい α ＝β の直線になり，A と B の吸着力が等しいことになる．この場合選択

前回に述べた競合吸着の場合の次の式を用いても導くことができる．

性が無いという．選択係数が 1 より大きければ，溶液濃θi= KiCiθref

度の比よりも吸着量の比が大きく，上に凸の曲線になる．

B の吸着力が A より強く，B の選択性が高いと言う．選択係数が 1 より小さいと，交換等温線は下に凸になり，B の吸着力が A より弱く，B の選択性が低いと言う．等
温線の形で示される選択性は，その溶質の移動現象に大きく影響する．これに関しては，次回に詳述する．

(53)

ここで θi は全サイトに対する分子 i の吸着したサイトの割合，θref は全サイトに対する空きサイトの割合，Ki は分子 i の吸着平衡定数，Ci は分子 i の平衡濃度である．
分子 A と分子 B の競合を考えると，

1 価カチオンの選択性は，以下のようにイオン半径の

θA= KACAθref(54)（ ）内は，半径を示し，1 pm＝ 10−12 m である．イオン

θB= KBCBθref(55)

半径が大きいほど水和半径が小さくなるため，吸着表面

だから，これらの式から次式を得る（大井ら, 2000b）．

大きな順に高い傾向がある．

Cs+（169 pm）＞ Rb+（148 pm）＞ K+（133 pm）＞ Na+（90 pm）＞ Li+ （60 pm）に接近しやすくなり，静電気的な吸着力が相対的に大き

θB
KBCB
L CB
= KAB
=
θA KACACA

くなると考えられている．1 価のカチオンより，2 価のカチオンの方が，1 個のイオン当たりの電荷量が大きい(56)

ため，一般的に選択性が高い傾向にある．交換等温線の実測例を Fig. 11 に示す．1 価のカチオン間では，全濃

L はラングミュアの式が成立する場合の選択
ここで，KAB

度が異なってもほとんど等温線が同じ（Fig. 11（a））だ係数である．
（56）式は，（49）式と同じである．

が，1 価と 2 価のカチオンでは，全濃度が異なると交換
等温線が変化する（Fig. 11（b））．この変化は，（48）式

主要記号リストと式番号の Vanselow の選択係数を一定と考えて概略が説明できる（日本粘土学会編, 2009）．
アニオンについても，アニオン交換樹脂の吸着選択性
は，カチオンと同様にイオン半径の大きな順に高い傾向がある（Helfferich, 1962）．

I−（216 pm）＞ Br−（195 pm）＞ Cl−（181 pm）＞ F−（136 pm）−−
また，ゲータイトへの吸着選択性は，SO2−
4 ＞ Cl ＞ NO3

a
aa
aS
a1
asat
n

＞ ClO−（Maneepong and
4 の順であることが示されているµ

Wada，1991）．一方，ハイドロタルサイト様化合物の吸着選択性は，F− ＞ Cl− ＞ Br− ＞ I− と逆になっている．

µsat

溶液中の分子の活量（2）（14）
吸着した集合分子の活量（2）空き吸着サイトの活量（2）（14）1 層目に吸着した分子の活量（14）飽和濃度に対応する活量（44）（45）
集団として吸着した分子の 1 集団当たりの個数（1）（2）
溶液中で 1 分子の持つ化学ポテンシャル（10）（11）（29）（43）（45）飽和濃度の化学ポテンシャル（44）講座：土壌中における溶質の吸着移動現象の基礎理論Ⅲ．協同吸着 · 多層吸着 · 選択係数

1.0஺᥮యୖࡢ NH4+ ࡢᙜ㔞ศ⋡஺᥮యୖࡢ K+ ࡢᙜ㔞ศ⋡

1.0

19

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0
0.0

0.2

0.4

0.6

0.6

0.4

0.2

0.0
0.0

1.0

0.8

0.8

⁐ᾮ୰ࡢ K ࡢᙜ㔞ศ⋡

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

⁐ᾮ୰ࡢ NH4 ࡢᙜ㔞ศ⋡++

Fig. 11 モンモリロナイト質土壌の Na+ – K+ 交換等温線（Jensen and Babcock, 1973）（a）と，モンモリロナイ
2+ 交換等温線（Landelout et al., 1968）
トの NH+（b）（日本粘土学会編，2009）．
4 – Mg2.0

多層吸着における 2 層目以降の吸着分子 2 個の間ε1多層吸着において 1 層目で 1 分子吸着するときにεL多層吸着において 2 層目以降で 1 分子吸着するとの結合エネルギー（39）（40）

Aridisol
1.5

ln KVMgCa

εL0

変化するエネルギー（36）（38）（39）

1.0

きに変化するエネルギー（36）
（38）
（39）
（40）

εi

i 層吸着したサイトと空きサイトのエネルギー差（36）（37）（38）

θ
C
K
K′
K1

吸着率

0.5

0.0
0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

Ca の吸着ᙜ㔞ศ⋡

1.0

VFig. 12 Ca と Mg 共存下における選択係数 KMgCaの吸着分率に伴う変化（Sposito, 1989）．

µ0
ε
εS

標準化学ポテンシャル（43）∼（45）
吸着した 1 分子の持つエネルギー（10）（11）吸着したサイトと空きサイトのエネルギー差（9）（10）（29）∆ε

吸着分子が溶媒分子と置き代わって溶液中に出て行く場合の，置き代わった後と前のエネルギ
ーの差（26）（29）（30）∆εn置き代わった後と前の縦方向相互作用のエネル
ギー差（26）（30）∆εt置き代わった後と前の横方向相互作用のエネル
それぞれ下付添え字で表した分子間の相互作用エネルギー（27）（28）ε10

多層吸着における 1 層目の固体表面と吸着分子の結合エネルギー（39）

ヒルの吸着式の平衡定数（6）（7）(K ′ )n = K （11）1 層目の平衡定数（14）（22）（25）（注 2）（32）（33）
K22 層目の平衡定数（16）（34）（35）K2′競合吸着式に対応する n 個集合して吸着する平衡定数（22）（24）（25）（注 2）
KH
水素イオンの吸着の平衡定数（25）Ki
競合吸着における分子 i の吸着の平衡定数
（注 1）
（53）
KA ，KB 競合吸着における分子 A と B の吸着の平衡定数（54）（55）Kn
縦方向相互作用の吸着平衡定数（30）Kn11 層目の吸着サイトと吸着物質の間の縦結合のエネルギーに関する平衡定数（33）Kn22 層目の吸着物質とその下の 1 層目に吸着している物質の間の縦結合のエネルギーに関する平ギー差（26）（27）（30）εAW , εAA , εWW分子の溶液中濃度

衡定数（35）

KAB
V
KAB
E
KAB

イオン交換の平衡定数（47）Vanselow の選択係数（48）
イオンの価数が等価の場合の選択係数（49）土壌の物理性

20
L
KAB

Γ
Γmax

第 145 号

ラングミュアの式が成立する場合の選択係数

Laudelout, H., van Bladel, R., Bolt, G.H. and Page, A.L.

（56）

(1968): Thermodynamics of heterovalent cation exchange

濃度 C における分子 A の吸着量（3）（5）（6）reactions in a montmorillonite clay. Trans. Faraday Soc.,（19）（20）（22）（25）

doi: 64:1477–1488. 10.1039/tf9686401477

分子 A の最大吸着量（4）
（5）
（6）
（20）
（21）
（22）

Maneepong, S. and Wada, S. (1991): Stability of Cl− ,−2−NO−
3 , ClO4 , and SO4 surface complexes at synthetic

（25）

Γ1
Γn
ΓS

（2020）

goethite/aqueous electrolyte interfaces. Soil Sci. Plant

1 層目の吸着サイト数（17）∼（20）
n 個の集団の吸着サイト数（18）∼（20）
空いている吸着サイト数（17）（20）

Nutr., 37: 141–150.
doi.org/10.1080/00380768.1991.10415019
Mehrian, T., de Keizer, A., Korteweg, A.J. and Lyklema, J.
(1993): Thermodynamics of adsorption of dodecylpyri-

引用文献

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133–143. doi.org/10.1016/0927-7757(93)80012-4
Miyata, S. (1983): Anion-exchange properties of hydrotalcitelike compounds. Clays Clay Minerals. 31: 305–311.

Helfferich, F. (1962): Ion exchange. McGraw-Hill, New York.
石黒宗秀 (2018): 土壌中における溶質の吸着移動現象の基礎

doi.org/10.1346/CCMN.1983.0310409
日本粘土学会編 (2009): I. 基礎編 3.3.2. (1) 静電的な引力に理論 I. いろいろな吸着式, 土壌の物理性, 140: 23–28.

よるイオン交換反応. II. 分析 · 試験編 3.3.1. 気相吸着法.

石黒宗秀 (2019): 土壌中における溶質の吸着移動現象の基

粘土ハンドブック第三版, pp. 127–131, 401–404. 技法堂

礎理論 II. ラングミュアの吸着式, 土壌の物理性, 141:

85–90.

出版. 東京.
大井節男, 足立泰久, 原口暢朗, ルーク · コパル (2000a): 土のIshiguro, M. and Koopal, L.K. (2009): Binding of alkylpyri-

コロイド現象の基礎と応用（その 17）, 吸着現象の物理

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コロイド現象の基礎と応用（その 18）, 吸着理論の発展.

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Ishiguro, M., Makino, T. and Hattori, Y. (2006): Sulfate ad-

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10.3733/hilg.v41n16p475

liquid interfaces. Advances in Colloid Interface Sci., 37:
1–32. doi: org/10.1016/0001-8686(91)80037-K

要

旨講座 3 回目となる今回は，吸着現象の最後として，協同吸着 · 多層吸着 · 選択係数を取り上げる．前回
は吸着分子の間に相互作用が無い，個々の吸着サイトが独立した場合について述べたが，今回は始めに吸着分子の間に引力が働く場合について述べる．吸着分子の間に引力が働くと，吸着の進行が促進されることになる．特に，多数の分子が集合して吸着する場合を協同吸着と言い，ある濃度になると急激に吸着が進行する．このような吸着反応を表現する吸着式として，ヒルの式，Zhu and Gu の式，横相互作用のモデルを紹介する．多層吸着は，固体表面へのガスの吸着や溶液中の固体上への表面沈殿に見られる．多層吸着には BET 吸着式が良く利用される．選択係数は，競合する 2 種類のイオンの土壌への吸着力の相違を見たり，吸着量を推定する際に用いられる．
キーワード：協同吸着，多層吸着，選択係数，横相互作用，BET 吸着式

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b4 8 6[特徴］
・最大6種類のセンサーを接続可能
・ソーラー充電機能を装置、長期間の計測が可能
・すべてのMETER社製センサーの接続が可能
・温度センサーと気圧センサーを内蔵
・8MBメモリ(40,000〜80,000データを保存)
・GPS搭載、設置場所の管理が可能
・自動時刻同期を搭載
・ワイヤレスデータ送信機能搭載(ZENTRA
Cloudシーズンパスを購入する必要があります)

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true TDR 土壌水分センサ

アメリカ農業・生物工学会にて年間技術革新賞を受賞(2017)

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計測項目

出力

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体積含水率(0-100%)
土壌バルクEC(0-5dS/m)
地温(-20-50℃)
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デジタル(SDI-12)

本体200Ｌ＊553Ｗ＊19Hｍｍ
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J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 145, p.23 ∼ 25 (2020)

私の放浪旅
久保田富次郎 1

私を少しでも知っている人の多くは，私が土壌物理と卒論では，水利研に所属し鈴木重義先生の指導の元，関わりを持っているとは露ほどにも思わないと思う．な

鉛直一次元の土壌水の移動実験とそれを再現する数値シ

ぜなら私は普段，「流域の水環境」とか「水質水文」とか，

ミュレーションに取り組んだ．塩ビパイプを数 cm 刻み「農地水文」とかをキーワードにして調査や研究らしきに切断し，旋盤できれいに加工したカラム試験器を自作ことをしており，「土壌物理」をテーマに挙げたことはほし，ビニールテープで 50 cm とか繋いで，豊浦標準砂を

とんどないからだ．長らく土壌物理学会に在籍させてい

充填し土壌水の移動試験を行った（実験では土質研の加ただいているが，「土壌の物理性」への投稿はもちろん，

藤誠先生のお世話になった）．一方，土壌水の移動計算学会で発表したこともほとんどない．

では，ポテンシャル勾配を駆動力として表す Richards 式

しかし，私の研究への入り口はまさに「土壌物理」でを用いるのが一般的であるが，当時は，体積含水率の勾あったことは，私だけが知る事実である．少し長くなる

配を駆動力として書き直した Klute の拡散方程式を用いが，土壌物理の周辺を巡る私の放浪の旅にお付き合いいた．この偏微分方程式を差分化して数値的に解き，実験

ただきたい．

結果と合わせるというのが卒論のコンセプトであった．

さて，私が高校に通っていた 1980 年代前半，アフリ

残念ながら完成を見ることはなかったが．

カは未曾有の干ばつと食糧不足に襲われていた．これを修士コースに進学後も水利研に属し，鬼塚宏太郎先生きっかけに潅漑農業や砂漠緑化に興味を持った一人の浪の指導のもと，M1 の時は，なぜか，加藤先生にお世話に人生は，農学部の農業土木の道に進んだ．アフリカの農なり農工大のトウモロコシ畑に穴をたくさん掘り，塩ビ

業とか乾燥地農業を学びたいと思ったのだ．そして，４管と素焼きカップ，ガラス管等で作った自作のテンシオ

年生の夏休み，幾人かの同級生とともに，当時，東京農メータを多数埋設し土壌水分の観測を行った．このとき

工大学が房総半島に保有していた研修合宿施設「富山荘」

発見したのは，農工大の裏の畑圃場には地下に埋没したに泊まり込み，卒論に向け各人それぞれが設定した課題

河川跡が存在し，土壌水分の分布もその影響を受けていに取り組んだ．

ることであった．また，雨の降り始めに，土壌水のポテ

千葉県富山町平群（当時）にあったその施設は，内房海岸から 8 キロほど山中に分け入った集落の廃校の校舎を再利用したものであった．都会の喧噪から隔離され，映画にでもでてきそうな歴史ある木造建築の校舎は，まさに卒論合宿にうってつけであった．
その廃校の教室で，ある人は有限要素法の深淵を覗き，ある人は水理学に没入した．そんな中で私は，当時出てまもない Daniel Hillel 著 · 岩田進午監修の名著「土壌物理学概論」を時間をかけて自分のペースでゆっくりと読み込んだ．この本は手垢まみれで今も手元にあるが，私のバイブルのひとつである（Fig. 1）．
勉強の合間には，近くにそびえる伊予ヶ岳に登ったり，
岩井海岸まで出かけてヤミ鍋を囲んだりと，合宿には遊びの要素も多かった．
1 農研機構 農村工学研究部門水文水資源ユニット

2020 年 7 月 27 日受稿

2020 年 9 月 8 日受理

Fig. 1 旅のカバンの中の一冊．

24

土壌の物理性第 145 号

(2020)

ンシャルが一時的に（ほんの少しだが）降下し，その後，日本の食糧基地であるとともに，北海道や北東北となら

雨水浸透により上がっていく現象が見られるなど，観測んで大カルデラが立地する火山地帯である．特に熊本をの面白さを実感させていただいた（加藤先生にお世話に含む南九州には，火山活動で形成された広大な台地が広なりながら結果をまとめずに終わってしまったことを今がっており，台地上には，特色ある畑作と大規模畜産がでも大変申し訳なく思っています）．また，大学では，当立地する畑作 · 畜産地帯が形成されていた．そして，着時博士コースに在籍されていた三原真知人さん（東京農任早々，新規課題として畜産の水環境問題に取り組むこ業大学）や小林政広さん（森林総研，現学会副会長）らがとになったのである．これを契機に水質水文の研究に染主宰されていた土壌物理ゼミに参加させていただいた．

まることとなり，1990 年代の後半，鹿児島県の大畜産地

M2 の時には，土地研の安富六郎先生と大学に一時期滞在されていた Eshel Bresler 先生にお世話になって，イ

帯，大隅半島を貫流する一級河川，肝属川（きもつきがスラエルに滞在する機会をいただいた．テルアビブ郊外

究に着手した．

わ）でライフワークとなる「流域水文 · 物質循環」の研にあるイスラエル農務省 Volcani Center の地水研究所でその研究の一環として，2000 年頃から，当地にある鹿行っていた国際潅漑コースに参加させていただき，その児島県農業試験場大隅支場（当時）に通い，松元順室長

後，ネゲブ砂漠の Yotvata にある地域農業試験所に移っや古江広治室長らの協力を得て，水文 · 物質循環の解明た．当地では Uri Shani 先生の指導のもと，極乾燥地にのためと称して，笠野原台地の試験圃場で様々な試験をおけるジャガイモの潅漑生育試験を行った．点滴潅漑実施させていただいた．

や移動式潅漑，在来の固定式スプリンクラー潅漑などの肝属川流域では，窒素負荷の発生から河川への流出に方式の違いによる収量，土壌水や塩分動態の違いについ

10 年程度のタイムラグが認められ，これには地下水帯かて調べた．農工大の黒ボク圃場では，オーガーを用いる

厚い不飽和帯が関与するものと思われたが，実際に何がと 4 m 程度の穴を開けるのは容易であったが，乾燥地のどれくらい寄与しているかは不明であった．そのため，畑の土は，黒ボク土と異なり，塩類集積でカチコチに固地下で何が起きているのか調べることにした．

まっており湿っていないと 4 cm の穴を掘るのも困難であった．

まず，南九州の多様なテフラが堆積する笠野原台地に，オーガーで最深 6 m の穴を穿ち，テンシオメータを埋設

当地の忘れられない記憶は，灼熱の乾燥地の圃場であして，表層の厚層多腐植質黒ボク土から最下層はシラスる．当然ながら暑さは尋常ではなく，あるとき作業に疲層（入戸火砕流堆積物）まで，成層構造を持つ土壌で水れ木陰でうとうとと昼寝をしていたときのこと．ふと

分観測を行った．土壌学では，通常，地表面から 1 m 程

目が覚め頭を上げると，尻尾の毒針をこちらに向け突進度を対象とするが 6 m ともなると土壌なのか，表層地質

してくるサソリを間近に発見した．まどろみの中で，になのか，その成り立ちの複雑さと相まってどう呼んでいわかに殺気を感じたのかもしれなかったが，これは本当

いものやら迷うところであるが，それはともかく礫層をに危なかった．直ちに反撃を開始したものの，サソリは含む 6 m の穿孔は，たいへんな作業であった．鹿児島県

堅く，踏み潰すのは容易ではなかった（がたいの堅さはの田中正一研究員や補佐員の方々の献身的な尽力がなけ

ムカデに似ている）．滞在中には試験所の女性職員がサれば到底できなかった．その後，6 m では飽き足らず，ソリに刺されしばらく休むという事件もあったのだ．まボーリング業者の協力も得て，笠野原台地のほぼ中央にた，彼の地では，日没を過ぎるとどこからともなくヤマ

深さ 66 m，そして隣接する鹿屋原台地では基盤岩に到達

アラシ（porcupine）が出没し，試験所の周辺をもぞもぞする 100 m 超の孔を穿つに至った．ここで地下水の観測と歩いて行った．こいつらは，簡単に捕まえることがでを始め，得られた不攪乱地質コアは透水試験に供した．

き，ペットにもできそうなかわいいやつだった．

しかし，広大なフィールド調査では結論を得るのに時間話がすっかり逸れてしまった．乾燥地の実験結果は，修論にまとめたものの学会では口頭発表で止めてしまっがかかる．彼の地では，現在に至るまで観測を続けており，いまなお進行形である．

たのが悔やまれる．その後，現在に至るまで，私は農業

さて，最後に最近のことにも少し触れよう．実は現在，土木にもかかわらず好んで数多くの圃場試験を行ってきカラム試験に取り組んでいる．サイズは小さく，ごく基

たが，これはそのときの経験によるところが大きい．圃

本的なものであるが，放射能対策研究の一環として，水場試験はこんなにも楽しいのだ！ しかし，この無謀とも

田土壌を対象にカリの溶脱や蓄積について実験的に調べ言えた在外経験の後は，自分から進んで海外に行きたいている．現在，コメの放射性セシウム吸収抑制対策としと言わなくなったのも事実だ（よく言えば自分の限界をてカリ増肥が広く実施されているが，それに要する経費

知った！ ということか）．

は主に補償により賄われている．将来の補償打切りを想大学卒業後，農水省に就職したのちは，半年の本省研修を経て，熊本の九州農業試験場に配属された．九州は，定すると，過度のカリ増肥に頼らない対策が求められている．

土粒子：私の放浪旅

25

そこで，福島の代表的な水田土壌を対象として，カリら，その雨粒だった水がどのような運命をたどるか？ そ肥料の溶脱抑制の方法はないかと取り組んでいるのであして，雨粒の持つ運動エネルギーにより弾け飛んだ土粒

る．実験では発見があり，また，予想に反し解釈に苦し子はどのようにどこまで移動するのか？ 農業水文の重む現象もあり，これまた楽しい．ちょうど今，実験が佳

要な素過程を担っているのが土壌物理学である．これか境に入っていて，月曜日から木曜日までカラム試験器がらも土壌物理学をはじめ，地質学や水文学，水環境科学

タンデムでフル稼働している．

等の力を借りながら，ライフワークの完成に向けて，ま農学は実学である．ゆえに，これまで現場で生じていだまだ放浪の旅を続けるつもりである．

る課題に取り組むという姿勢で来た．人からみるとあれ

今回，あらためて振り返ると，これまで，師や同僚，協やこれやと手を出し，脇道ばかりに逸れているように見力者など，ここで触れることができなかった方々も含めえるかもしれない．それゆえ放浪旅と書いた．しかし，て，多くの人との出会いに支えられてきたことを再認識

本人はあくまで流域の水文 · 物質循環の解明に向けて本することができた．本当に感謝しかない．残された時間

道を歩んでいるつもりである．

でこれまでに受けた恩を少しでも形にして返していけれ

言うまでもないことだが土壌物理の研究は，流域研究と密接に結びついている．雨粒が地面に落ちる瞬間かばと思っている．
（※本文中の人名の肩書きは当時のものです）

型式︓WDR-1-3WET 型

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

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

開発・製造元 株式会社Ａ・Ｒ・Ｐ
販売元

本社 〒114-0024 東京都北区⻄ケ原 1-46-16

営業部－ 弊社ホームページ www.fujiwara-sc.co.jp－

TEL 03-3918-8111 FAX 03-3918-8119

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

TEL 0298-39-4500 FAX 0298-39-4512

会 務 報 告I. 2020（R2）年度 第 1 回評議員会
月日：2020 年 4 月 24 日 ∼ 5 月 13 日

III. 2020（R2）年度 第 1 回編集委員会
月日：2020 年 8 月 3 日 ∼ 8 月 18 日

開催形式：メール会議

開催形式：メール会議

出席委員：石黒宗秀，竹内晴信，波多野隆介，冠 秀

出席委員：江口定夫，赤羽幾子，飯山一平，片柳薫

昭，高橋智紀，飯山一平，岩田幸良，江口子，久保田富次郎，小林幹佳，佐野修司，定夫，小林政広，西村 拓，吉田修一郎，取鈴木克拓，高橋智紀，釣田竜也，常田岳

出伸夫，中村公人，森也寸志，中野恵子，志，橋本洋平，深田耕太郎，渕山律子，百常田岳志，橋本洋平，長 裕幸

瀬年彦，渡辺晋生（委員 16 名中 16 名参（委員 18 名中 18 名参加：成立）

加：成立）

審議事項：

議事内容

1. 2019 年度第 4 回評議員会の議事録案の承認
2. 会計監査の選出について
3. 2019 年度出版企画助成について
4. 学会誌の J-Stage 登載について
5. 事務局補佐について
6. オンライン評議員会の実施可能性について

1. 議題
1）編集委員長より「土壌の物理性 145 号」の発行計画が提案され，全会一致で承認された．

2. 報告
1）編集幹事より，原稿の閲読進捗状況について報告がなされた．

報告事項：

1. 2020 年度土壌物理学会大会について
2. 2020 年度大会での評議員会開催について
3. 企画準備委員会委員について
IV. 会員消息（2020 年 8 月 27 日まで，敬称略）
退会 シニア会員

II. 2020（R2）年度 第 1 回事務局会議
月日：2020 年 4 月 1 日
場
所：農環研本館 453 室
出席委員：足立（会長），小林（副会長），江口（編集委員長），山下（事務局長），西脇（会計幹事），朝田（編集幹事），小島（庶務幹事），
岩田（会計監査），常田（企画準備委員）
議題：

1. 2019 年度第 4 回事務局会議議事録案の確認
2. 2019/12/25 打合せメモの確認
3. 2020 年度学会運営体制について
4. 2019 年度出版企画助成の応募状況について
5. 2020 年度の事業計画について
6. 2019 年度決算案、2020 年度予算案、会員動向
7. 学会誌の編集および投稿状況について
8. 学会誌の J-Stage 登載について
9. 2020 年度学会大会について
10. 学会長名による推薦について
11. 協賛申請
12. その他

喜田

大三（ご逝去）シニア会員 中野政詩（ご逝去）

シニア会員

矢沢

正士

正 会 員

小林

正 会 員

千家

正照

正 会 員

近森

秀高

正 会 員

中井

信

正 会 員

中村

和正

正 会 員

松森

堅治

正 会 員

三浦

覚

正 会 員

三浦

周

正 会 員

吉岡（岩崎）有美

学生会員

池田

和弥

学生会員

石井

佑磨

学生会員

小川

あすか

学生会員

川村

宜也

学生会員

小関

拓也

学生会員

小林

静紗

学生会員

崎川

和起

学生会員

佐藤

郁弥

学生会員

周

佩陽

学生会員

鈴木

萌香

学生会員

高橋

由奈

学生会員

谷口

和広

学生会員

原

百花

学生会員

丹野

真衣

登（ご逝去）

土壌の物理性

28

入会

学生会員

長沼

菜摘

学生会員

白濱

智子

学生会員

水田

陽斗

学生会員

宮崎

直紀

学生会員

Zhou Peiyang

正 会 員

村田

光明

大島商船高等専門学校
正 会 員

山田

浩之

群馬県農業技術センター
会員種別変更
正 会 員 → シニア会員

加藤哲郎

正 会 員 → シニア会員

原口暢朗

現在会員数（2020 年 8 月 27 日現在）
正会員

：

217

シニア会員 ：

23

学生会員

47

：

賛助会員
：
8
—————————————
小 計
：
295
購読会員
：
37
—————————————
合 計
：
332

第 145 号

(2020)

29—編 集 後 記—
2019 年 4 月から土壌の物理性編集委員となりました．
数年に 1 度しか土壌物理学会大会に参加しない不真面目な委員ですが，123 号に解説を寄稿しています．投稿論

ましたが，編集委員会に参加するたびに皆さんの本誌に文でも解説でも，出版物に反応をもらうことは多くない

なく，議題の採決の際はその思いを尊重することを心がのですが，この解説は反応をもらえた数少ない出版物のけています．いっぽうで，既存の読者にとどまらず，土

ひとつです．頂いた反応は「学生時代にこの文章を読み壌物理という重要な研究課題とその成果を発表している

たかった．あの頃ひっかかっていたことが理解できた．」

本誌をどうしたらより多くの方に知ってもらえるか，とといったものでした．長らく連絡を取り合っていなかっいうことも考えます．本誌がより多くの方に読まれる雑た研究室の先輩（現在は研究者ではない）からメールで誌となるよう，残り一年，引き続きがんばりたいと思い頂いたその内容の嬉しさとともに，誰でも読めるオープます．

ンアクセスの良さを実感した反応でした．この出来事によって，その解説記事と本誌に少なからぬ思い入れが生編集委員の任期も 1 年が過ぎ，折り返し地点を過ぎ
対する思い入れを知ります．その思い入れは私の比では

片柳薫子（編集委員）

じました．

土壌物理学会
事務局構成

会
長
副 会 長
事務局長
庶務幹事
編集幹事
会計幹事
会計監査

編集委員会

委 員 長
委
員

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

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

データロガー ＦＴＪｒ（エフティージュニア）『ワンタイム測定機能』搭載で、フィールドを移動しながら多点測定
低価格ながら、各種のセンサと直接接続でき、様々な計測に利用できるとご好評をいただいているＦＴＪｒには、設定したインターバ
ルによる一般的なデータロガーとしての機能のほか、ボタン操作時の測定値を記録する『ワンタイム測定機能』が搭載されています。
電源・測定スイッチを【ＳＥＴ】にして、【ＥＮＴＥＲ】キーを長押しするだけの簡単記録。
ワンタイム測定機能を利用することで、従来のインターバルによる計測はもちろんのこと、フィールドを移動しながらの多点測定にご活用いただけます。
記録機能を持たない表示器を利用している場合など、表示された値を野帳に手書きするなどの作業が不要になり、手間の低減と転記時の誤記入の防止を実現します。

圃場を移動しながら、土壌水分の多点計測を行う場合の例▲
ACCESSSAMPLECANCEL

COPY

ENTER

▼

MEAS
SET
OFF

ENTERボタンを押すだけで簡単記録【ワンタイム測定機能】● 本体のボタン操作で測定実行、測定値をメモリに記録● 測定値以外に日付、時刻、測定番号も記録● 直前の測定値をキャンセルできるので、不要データの取り消しが簡単● 記録データはＵＳＢメモリで簡単回収(データファイルはＣＳＶ形式)● ワンタイム測定データと通常の測定データは回収後に識別可能

設置中の土壌水分計

例えば土壌水分計測では、標準のアルカリ乾電池４本利用時において、IMKO社TRIME-PICOの場合で約1,100回、Delta-T社SM150Tで約1,400回、A･R･P社WD-3シリーズで約800回の測定が可能です。
※ 内蔵電池での測定回数は、１回の測定及び表示時間を１分間としたときの計算上の回数です。
動作間隔、周囲温度などにより測定回数は大きく変動しますので目安としてください。
ワンタイム測定機能は、土壌水分計測に限った機能ではなく、他のセンサとの組み合わせにおいても利用できます。
また、SDI-12出力タイプのMETER社5TE（旧Decagon Devices社）やA･R･P社WD5など、RS232C、RS485、SDI-12のシリ
アル出力タイプのデジタルセンサに対応する FTJr-Digital （エフティージュニア デジタル）にもワンタイム測定機能が搭載されています。
お手持ちのセンサとの接続の可否など、お気軽にお問い合わせください。

詳しくはFTJr ワンタイム で 検索
〒060-0063 札幌市中央区南３条西８丁目７番地４ 遠藤ビル５Ｆ
TEL011-596-0201 FAX 011-596-0234
E-mail info@mcs-fs.com URL http://www.mcs-fs.com

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

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

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

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

（2000. 3.10 改正）「土壌の物理性」投稿案内

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

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

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資料

年

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土粒子

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表題（和文）

表題（英文）

キーワード（日本語：５語以内）

キーワード（英語：５語以内）

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ローマ字 ∗

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著者名 3
ローマ字 ∗

所属

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会員 · 非会員

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ローマ字 ∗

所属

本会

会員 · 非会員

著者名 5
ローマ字 ∗

所属

本会

会員 · 非会員

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

TEL. ：

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表
別刷

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A4：（
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図
（カラー図番号．

枚）
枚

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写真（カラー写真番号．
部）

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著者には pdf ファイルを贈呈します．別刷を希望する方は印刷業者から購入することになります．
*著者名は漢字とローマ字の両方を記入してください．

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Tel. 029-853-6638 Fax 029-853-7198
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山下祐司

宛

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

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FAX：81-3-3475-5619

E-mail：ir@jaacc.jp

土壌の物理性 第 145 号（会員配布）
発行 土 壌 物 理 学 会

2020 年 9 月 20 日発行〒 305-8572

茨城県つくば市天王台 1 丁目 1-1 筑波大学
生命環境系 環境コロイド界面工学研究室内 山下祐司 宛

電029-853-6638
FAX 029-853-7198
spsyomu ＠ ml.affrc.go.jp
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普通 1674384 土壌物理学会 会計 西脇淳子
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刷

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

ISSN 0387‑6012

Journal of the Japanese Society of Soil Physics
No. 145

September, 2020

Contents.......................................................................

Foreword

M. KOBAYASHI...

1

T. TSUJI, T. FUJII and A. SAKAGUCHI...

3

PapersFuture prediction of ﬁeld soil moisture using ELPIS-JP.................................................

Lectures
Basic theories of solute transport and adsorption in soils,
III. Multilayer adsorption, cooperative adsorption and selectivity coeﬃcient.........................................................................

M. ISHIGURO

...

11

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

T. KUBOTA...

23

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

27

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

29

Published by

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