2023 年度

土壌物理学会大会

講演要旨集

Proceedings of the 2023 Annual Meeting,Japanese Society of Soil Physics
第 65 回シンポジウム「農業が直面する環境汚染」
一般発表（ポスターセッション）
2023 年 10 月 21 日（土）明治大学農学部（対面および zoom によるライブ配信）

主催：⼟壌物理学会 https://js-soilphysics.com

第 65 回土壌物理学会大会について
⼟壌物理学会⻑

登尾浩助

2023 年度⼟壌物理学会⼤会は，新型コロナウイルスの第 5 類移⾏後に初めて対⾯で実施
いたします。2022 年度の⼤会シンポジウムは試⾏的に対⾯とリモートの両⽅で実施して好評でしたので，今年度もシンポジウムはリモートを併⽤した対⾯で実施いたします。ただし，ポスター発表は対⾯のみといたします。更に，今年度も⼤会参加費は無料ですので，是⾮奮ってご参加ください。
今年度のシンポジウムテーマは「農業が直⾯する環境汚染」です。農業が直⾯してきた環境汚染は，鉱毒による⽔⽥⼟壌の汚染が想起されます。国外ではヒ素による⼟壌汚染が深刻な国々も存在しますが，国内では 2011 年のセシウムによる⼤規模汚染以降，新たな農地汚
染はあまり聞かれなくなっていたように思われます。ところが，ここ数年来マスメディアに⼤きく取り扱われるようになってきたのが有機フッ素化合物（PFAS)による汚染ではないでしょうか。井⼾⽔などの飲料⽔から検出されたり，地域住⺠の⾎液中からも検出されるなどが報道されています。この⽿慣れない汚染物質はどの程度環境中に存在しているのでしょうか。また，農地⼟壌への汚染はあるのでしょうか。もしあるとすれば，作物への移⾏はどの程度でしょうか。更に，⽔俣病の原因となった有機⽔銀の近年の環境中での動向はどのようになっているのでしょうか。⽔俣病認定に関する裁判が継続中とのニュースに接する度に思い出す汚染物質です。今年度のシンポジウムでは，環境中における⽔銀と PFAS の動態を⻑
年研究して来られた気鋭の研究者 3 名を招待して講演をしていただきます。
これら汚染物質に対して，⼟壌物理学の分野から我々はどのような貢献ができるのかを考えていただく機会になれば幸いです。また，来年度以降，皆様の科研費をはじめとする研究
資⾦獲得への⾜がかかりとなれば望外の喜びです。

1

土壌物理学会大会・第 65 回シンポジウム
⽇時：2023 年 10 ⽉ 21 ⽇（⼟） 場所：明治⼤学農学部（ハイブリッド）
開会・事務連絡 9:30〜9:40 事務連絡
開会の挨拶 登尾浩助・学会⻑ （明治⼤学農学部）−

ポスターセッション・企業展示−

9:40〜10:25 奇数番号のポスターの発表
10:25〜11:10 偶数番号のポスターの発表−＜休憩・移動15 分＞

土壌物理学会

総会−

11:25〜11:55 総会および学会賞授章式

＜休憩
−

40 分＞

シンポジウム

第1部−

12:35〜12:40 開催案内 司会 ⻄脇淳⼦・副会⻑ (東京農⼯⼤学⼤学院 農学研究院)
12:40〜13:30 ⽔銀による環境汚染の現状と課題
丸本幸治（環境省 国⽴⽔俣病総合研究センター）
13:30〜14:20 農業環境における PFAS について「Living with forever chemicals」
殷 熙洙（国⽴研究開発法⼈ 農業・⾷品産業技術総合研究機構）

＜休憩

10 分＞

14:30〜15:20 ペルフルオロアルキル化合物（PFAS）による環境汚染と除去技術について
⼭下信義（国⽴研究開発法⼈ 産業技術総合研究所）

＜休憩
−

20 分＞

シンポジウム

第2部−

15:40〜16:25 総合討論
司会 加藤 雅彦・事務局⻑（明治⼤学農学部）
16:25〜16:40 総括・ポスター賞授賞式
登尾浩助・会⻑（明治⼤学農学部）
16:40

閉会

2

目

次

シンポジウム「農業が直面する環境汚染」
⽔銀による環境汚染の現状と課題
丸本幸治（環境省

16

国⽴⽔俣病総合研究センター）

農業環境における PFAS について「Living with forever chemicals」
殷 熙洙（国⽴研究開発法⼈ 農業・⾷品産業技術総合研究機構）

17ペルフルオロアルキル化合物（PFAS）による環境汚染と除去技術について
⼭下信義（国⽴研究開発法⼈ 産業技術総合研究所）

18

企業広告

クリマテック株式会社
⼤起理化⼯業株式会社
有限会社エンドウ理化
株式会社藤原製作所
株式会社 M.C.S
メイワフォーシス株式会社
メータージャパン株式会社
太陽計器株式会社

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3

一般発表（ポスターセッション）
P01

地表⾯における載荷圧縮を考慮したバイオ炭混合⼟壌の物理性30

Physical properties of biochar mixed soil samples considering surface compaction
by loading⻄村拓（東京⼤学）
・⼭﨑琢平（東京⼤学）
・北島優（東京⼤学）
・⻲⼭幸司（農研
機構農村⼯学研究部⾨）・濱本昌⼀郎（北海道⼤学）
P02

湿潤⼟壌の誘電特性に関するデータベース構築とモデル化

32

Database Construction and Modelling of Soil Dielectric Properties
辻本久美⼦（岡⼭⼤学学術研究院環境⽣命⾃然科学学域）
・太⽥哲（研究技術開発
⽀援機構（U-PRIMO））
・岸本爽汰（岡⼭⼤学環境理⼯学部）
P03

コプロスタノールの⼟・砂・堆積物に対する吸着特性

34

Sorption and leaching properties of coprostanol in diﬀerent geologic media
中川啓（⻑崎⼤学）
・M. Shahidul Islam（⻑崎⼤学）
・Zhi-Qiang Yu（⻑崎⼤学）
・
⾼尾雄⼆（⻑崎⼤学）
・Ronny Berndtsson（ルンド⼤学）
P04

様々な⼟の不凍⽔量のハイパースペクトルカメラを⽤いた可視化

36

Visualization of unfrozen water content in various soils using a hyper spectral
camera鈴⽊健⼤（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）
P05

湛⽔⽔⽥における⽔稲の⽣⻑に伴う⼆酸化炭素フラックス密度の変化

38

Changes in carbon dioxide ﬂux density during rice growth in a ﬂooded rice paddy
登尾浩助（明治⼤学農学部）
・Sunchai Phungern（明治⼤学⼤学院農学研究科）
・佐藤太郎（新潟県⽷⿂川地域振興局農林振興部）
・関川⼒（新潟県農地部農地管理課
総合調整室）P06

斜⾯表層部における誘電率および加速度の同時モニタリング
Coupled monitoring of dielectric permittivity and 3-axis acceleration of slope
surface
⼩⽥瑞穂（佐賀⼤学⼤学院農学研究科）
・末次⼤輔（宮崎⼤学⼯学部）
・神⼭惇（宮崎⼤学⼯学部）・甲⽊善徳（⽇本地研株式会社）・永野誠（株式会社 A・R・P）
・宮
本英揮（佐賀⼤学農学部）

4

40

P07

周波数可変機能を実装した⼟壌⽔分センサの性能評価

42

Performance evaluation of soil moisture sensor with variable frequency mode
升⽥直希（佐賀⼤学⼤学院農学研究科）
・平嶋雄太（佐賀⼤学農学部）
・Mohammad
Abdul Mojid（Bangladesh Agricultural University）
・宮本英揮（佐賀⼤学農学部）
P08

ランダムフォレスト回帰を利⽤した⼲拓地⼟壌の⽔分予測

44Prediction of soil moisture in reclaimed land using Random forest regression
升⽥直希（佐賀⼤学⼤学院農学研究科）
・平嶋雄太（佐賀⼤学農学部）
・宮本英揮（佐賀⼤学農学部）
P09

⽔⽥における経路別メタン放出と溶存メタン濃度の経時変化に関する研究

46

Time series of methane emissions via plant and ebullition and dissolved methane
concentration in paddy ﬁeld
濱本昌⼀郎（北海道⼤学）
・鶴海遥嘉（東京⼤学）
・⼩早川⻯也（東京⼤学）
・梶浦雅⼦（農研機構 農業情報研究センター）
・常⽥岳志（農研機構 農業環境研究部⾨）・
⼭﨑琢平（東京⼤学）
・⻄村拓（東京⼤学）
P10

近⾚外分光法による三重県の標⾼の異なる⽔⽥⼟中の可給態窒素の推定

48

Estimation of available nitrogen in paddy soil in Mie prefecture by NIR spectroscopy
東映⾥（三重⼤学⽣物資源学部）
・名和将晃（三重⼤学⽣物資源学部）
・渡辺晋⽣（三重⼤学⽣物資源学部）
P11

重⼒変化に伴う粗粒多孔質体中の透⽔係数の変化

50

Varieties of saturated hydraulic conductivity of Coarse porous media with gravity
reduction
佐藤直⼈（明治⼤学農学部）
・丸尾裕⼀（明治⼤学⼤学院農学研究科）
・野川健⼈（明治⼤学⼤学院農学研究科）
・⼈⾒晋貴（明治⼤学⼤学院農学研究科）
・伊東雄樹（⼤林組技術研究所）
・登尾浩助（明治⼤学農学部）
P12

飽和多孔質媒体におけるイオン強度がコロイドの移動挙動に及ぼす影響

52

Ionic strength eﬀect on colloid movement behavior in a saturated porous media
周楊（東京⼤学農学⽣命科学研究科環境地⽔研究室）
・濱本昌⼀郎（北海道⼤学⼤学院農学研究院⼟壌保全学研究室）
・⼭﨑琢平（東京⼤学農学⽣命科学研究科環境地⽔研究室）・⻄村拓（東京⼤学農学⽣命科学研究科環境地⽔研究室）
P13

アロフェンへの無機態・有機態リン酸の吸着機構の解明
Mechanism of phosphate/phytate adsorption on allophane
中島翼（東京農⼯⼤学）
・橋本洋平（東京農⼯⼤学）

5

54

P14

排⽔対策を実施したソバ栽培圃場の⼟壌中の⽔分変動

56

Observation of soil moisture in buckwheat cultivated paddy ﬁelds with drainage
measures中野恵⼦（農研機構）
・渕⼭律⼦（農研機構）
・藤原洋介（株式会社そば研）
・神⼭
拓也（宇都宮⼤学）・⽵島亮⾺（農研機構）
・⼩林省吾（井関農機株式会社）・島武男（農研機構）・村上隼（宇都宮⼤学）
・原貴洋（農研機構）
P15

⾵乾⼟壌が⽑管上昇によって濡れる過程についての質量および静電気的測定

58

Mass and Electrostatic measurements of air-dried soil wetting by capillary rise
深⽥耕太郎（島根⼤学 ⽣物資源科学部）
P16

排⽔⼝の開閉が籾殻暗渠の排⽔・除塩性能に及ぼす影響 −数値実験による評価−

60

Eﬀect of opening and closing a eﬄuent outlet on drainage and salt removal
performance of rice husk underdrainage system − Evaluation by numericalexperiments−
⽝持智（⿃取⼤学⼤学院連合農学研究科）
・猪迫耕⼆（⿃取⼤学農学部）
・⿑藤忠⾂（⿃取⼤学農学部）
・増永⼆之（島根⼤学⽣物資源科学部）
P17

給排⽔ポンプを⽤いた重量ライシメータ下端と外部の圧⼒制御62Pressure control between the lower end and external environment of the weighing
lysimeter using a water supply drainage pump
⽥嶋莉菜（佐賀⼤学農学部）
・Fadhil Noor（佐賀⼤学農学研究科）
・徳本家康（佐賀⼤学農学部）
P18

サツマイモ圃場におけるリビングマルチの有無による⼟壌の保⽔性変化

64

The changes of water holding capacity depending on the presence of living mulch insweet potato ﬁelds
⻄脇淳⼦（東京農⼯⼤学）
・⼩関拓也（元 茨城⼤学）
・浅⽊直美（茨城⼤学）
P19

⼿取川流砂系における漂砂の⾊変化

66

Changes in Color of Drift Sand Released from The Tedori River
蜜澤岳（⽯川県⽴⼤学⼤学院⾃然⼈間共⽣科学専攻）
・百瀬年彦（⽯川県⽴⼤学環
境科学科）

6

P20

地表⾯アルベド制御による将来的な地温上昇抑制効果の数値解析的評価

68

Numerical evaluation of reducing future soil temperature rises by controlling surface
albedo.
鈴⽊拓実（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）
・浅野珠⾥（岐⾩⼤学⼤学院⾃然科学技術研究科）
・坂井勝（三重⼤学⼤学院⽣物資源
学研究科）
・加藤千尋（弘前⼤学農学⽣命科学部）
・神⾕浩⼆（岐⾩⼤学⼯学部）
・Robert Horton（Department of Agronomy, Iowa State University）
P21

汚染履歴が異なる油汚染⼟壌の⽔理特性と⼟中油分存在形態との関連性評価

70

Assessment of the Relationship Between Hydraulic Properties of Oil-ContaminatedSoils with Diﬀerent Pollution Histories and the Presence of Oil Phases in Soil
⾕川原⿓之介（岐⾩⼤学⼤学院⾃然科学技術研究科（現・アジア航測））・⼩島悠揮（岐⾩⼤学⼯学部）・濱本昌⼀郎（北海道⼤学⼤学院農学研究院）
・⼤⽵豊（東京⼤学⼤学院⼯学系研究科）
・神⾕浩⼆（岐⾩⼤学⼯学部）
P22

TDR を⽤いた⽔平浸潤実験⼿法の開発

72

Development of horizontal inﬁltration experiment method with TDR
吉岡尚寛（明治⼤学農学部）
・佐藤直⼈（明治⼤学農学部）
・⼟井俊弘（明治⼤学⼤学院農学研究科）
・登尾浩助（明治⼤学農学部）
P23

可能蒸発散量と気象要素の 60 年間の推移

74

Potential Evapotranspiration and meteorological elements over 60 years
⻘⽊伸輔（⾹川⼤学農学部）
P24

ウンシュウミカン樹の葉の⽔ポテンシャルの実態および 葉⾯温度と⼟壌⽔分状

76

態の関係
Actual leaf water potential and relationship between leaf surface temperature andsoil water conditions in Citrus unshiu cultivation
畑⽥舞（京都⼤学⼤学院農学研究科）
・中村公⼈（京都⼤学⼤学院農学研究科）
・濱武英（京都⼤学⼤学院農学研究科）
・Mohammad Abdul Kader（京都⼤学⼤学院農学研究科 JSPS 外国⼈特別研究員）
P25

粘⼟質転換畑の播種床に固有な⼟塊⼟壌の不飽和透⽔係数の測定
Measurement of unsaturated hydraulic conductivity in soil layer composed of clods
sampled from the seedbed of clayey rotational paddy ﬁeld
松本宜⼤（農研機構農村⼯学研究部⾨）・吉⽥修⼀郎（東京⼤学⼤学院農学⽣命科
学研究科）
・岡部晶優（農林⽔産省）
・⻄⽥和弘（東京⼤学⼤学院農学⽣命科学研究
科）

7

78

P26

Dual-permeability モデルによる⾼畝内の⼟壌⽔分動態解析

80

Simulating water ﬂow dynamics in raised-bed soil by dual- permeability model
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）・
柳井洋介（農研機構野菜花き研究部⾨）・⻲⼭幸司（農研機構農村⼯学研究部⾨）P27

気候変動に伴う降⾬特性の変化が WEPP の⽔⾷予測に及ぼす影響について82

Impact of changes in rainfall characteristics due to climate change on erosion
prediction by WEPP
⼩池健介（東京⼤学⼤学院農学⽣命科学研究科）
・⻄村拓（東京⼤学⼤学院農学⽣
命科学研究科）・濱本昌⼀郎（北海道⼤学⼤学院農学研究院）
・⼭﨑琢平（東京⼤学⼤学院農学⽣命科学研究科）
P28

⼤型カラムを⽤いた団粒⿊ボク⼟の溶質分散

84

Hydrodynamic Dispersion for an Aggregated Andisol using a Large Column
﨑村健⼤（佐賀⼤学農学研究科）
・⼤下佳愛（佐賀⼤学農学部）・徳本家康（佐賀⼤
学農学部）
P29

⼈⼯マクロポア内の⼟壌ガス計測システムの構築・評価

86

Development and evaluation of soil gas measurement system for an artiﬁcial
macropore
中井有花（佐賀⼤学農学部）
・⽥崎⼩春（佐賀⼤学農学研究科）
・徳本家康（佐賀⼤学農学部）・⼩宮秀治郎（Max Planck Institute for Biogeochemistry）
・登尾浩助（明治⼤学農学部）
P30

PINNs による成層⼟の飽和透⽔係数分布の逆推定

88

Inverse estimation of saturated hydraulic conductivity of layered soil proﬁles withphysics-informed neural networks
及川航貴（東京農⼯⼤学⼤学院 連合農学研究科）
・斎藤広隆（東京農⼯⼤学⼤学
院 連合農学研究科）
P31

降⾬遮断によりスギ成⽊の樹液流が停⽌に⾄る時の⼟壌のマトリックポテンシャ
ル
Soil matric potential at the point when the sap ﬂow of mature sugi trees cease due
to rainfall interception
釣⽥⻯也（森林総合研究所）
・⼩林政広（森林総合研究所）
・重永英年（森林総合研究所）
・三浦覚（森林総合研究所）

8

90

P32

⼟壌の熱的性質測定法であるシリンダー法と DPHP 法の⽐較

92

Comparison of soil thermal properties measurement methods, cylinder method and
DPHP method
磯⾙好輝（明治⼤学農学部）
・佐藤直⼈（明治⼤学農学部）
・登尾浩助（明治⼤学農学部）
P33

福島県飯舘村の屋敷林における放射性セシウムの鉛直分布

94

Vertical Distribution of Radiocesium in a Residential Grove in Iitate Village,
Fukushima Prefecture
砂川優樹（明治⼤学⼤学院）
・橋井⼀樹（明治⼤学⼤学院）
・菅野弘燿（明治⼤学）
・
登尾浩助（明治⼤学）
P34

酸素・⽔素安定同位体を⽤いたマルチ敷設⼟壌カラムからの蒸発量の推定

96Non-destructive estimation of soil evaporative losses using oxygen and hydrogenstable isotopes techniques in mulched soil-columns
Kader Mohammad Abdul （ Kyoto University ）・ Kimihito Nakamura （ Kyoto
University）
・Yumi Yoshioka（Shimane University）
P35

降⾬イベントにおける⼟壌⽔分変化の空間的・経時的解析

98

Spatial and time-dependent Analysis of soil moisture changes during rainfall events
江波⼾宗⼤（農研機構農業環境研究部⾨）・南光⼀樹（森林研究・整備機構森林総
合研究所）
P36

⽔ポテンシャルセンサーTEROS-21 を⽤いたミカン栽培畑の⼟壌⽔分状態の観測

100

Soil water potential measurements in orange orchards with TEROS-21
坂井勝（三重⼤学⼤学院⽣物資源学研究科）
・加藤沙耶⾹（三重⼤学⼤学院⽣物資源学研究科）
・和中久実（三重⼤学⽣物資源学部）
・伊藤良栄（三重⼤学⼤学院⽣物資源学研究科）・藤⼭宗（三重⼤学みえの未来図共創機構）
P37

⽜糞堆肥を施⽤した⽔⽥⼟中の窒素動態の観測と数値解析

102

Observation and numerical calculation of nitrogen dynamics in paddy soil appliedwith cow manure compost
井⼿海盛（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）
P38

凍結管を⽤いた地盤凍結過程の数値解析

104

Numerical simulation of ground freezing processes using freezing tube
斎藤広隆（東京農⼯⼤学）
・向後雄⼆（東京農⼯⼤学）
・⼤⽯雅⼈（（株）精研）9

P39

農地・⼤気間の PFAS フラックス密度の測定

106

Measurement of PFAS ﬂux density between farmland and the atmosphere陸佳汶（明治⼤学農学研究科）
・登尾浩助（明治⼤学農学部）
・⼭下信義（産業技術総合研究所）
・⾕保佐知（産業技術総合研究所）
P40

⿊ボク⼟畑の作⼟および下層⼟の地温に及ぼすバイオ炭施⽤効果と緑肥作物の影

108

響Eﬀects of biochar amendment on soil temperature in the plow layer and subsoil ofan andisol ﬁeld Inﬂuenced by cover crop
垣内悠太郎（農研機構中⽇本農業研究センター）
・江⼝定夫（農研機構農業環境研
究部⾨）・平野七恵（農研機構農業環境研究部⾨）・朝⽥景（農研機構農業環境研究部⾨）・下河邉裕⼆（茨城県県北農林事務所）
・飯村強（茨城県農業総合センター園
芸研究所）
・藤⽥裕（茨城県農業総合センター園芸研究所）
P41

放射性セシウムの動態調査カラム実験に使⽤する⼟壌に含まれる粘⼟鉱物の同定

110

Identiﬁcation of clay minerals in soil used for radiocesium kinetic study column
experiments
橋井⼀樹（明治⼤学⼤学院農学研究科）
・砂川優樹（明治⼤学⼤学院農学研究科）
・
登尾浩助（明治⼤学農学部）
P42

⼟壌⽔分量変化と植物の葉のスペクトル変化の時間的関係

112

Temporal Relationship Between Soil Moisture Variations and Leaf Spectral Changes
堅⽥凜平（明治⼤学⼤学院農学研究科）
・佐藤直⼈（明治⼤学農学部）
・登尾浩助（明治⼤学農学部）P43

地温変動による地下空気流動に関する評価

114

Evaluation of Ground Air Flow by Soil Temperature Fluctuations
板津透（株式会社 ヴィジブル インフォメーション センター）
P44

スペクトルを⽤いた液体肥料の濃度推定の可能性

116

Estimating liquid fertilizer concentration using spectrum
岩永真侑（明治⼤学農学部）
・堅⽥凜平（明治⼤学⼤学院農学研究科）
・佐藤直⼈（明治⼤学農学部）・登尾浩助（明治⼤学農学部）
P45

⽔⽥において植⽣が GPS 搬送波に及ぼす影響
Impact of vegetation on GPS carrier waves in paddy ﬁelds
鈴⽊隆介（明治⼤学農学部）
・Aﬁq Bin Hasrudin（明治⼤学⼤学院）
・⼩平俊介（明治⼤学⼤学院）・登尾浩助（明治⼤学農学部）

10

118

P46

多様なイオン種の存在下での天然アロフェンのコロイド安定性

120

The colloidal stability of natural allophane in the presence of diverse ion species
Maolin Li（Graduate School of Science and Technology, University of Tsukuba）
・Motoyoshi Kobayashi（Faculty of Life and Environmental Sciences, University ofTsukuba）
P47

シプロフロキサシン存在下での Na モンモリロナイトの帯電と凝集

122Charging and aggregation of Na-montmorillonite in the existence of ciproﬂoxacin
Chuanzi Zeng （ Graduate School of Science and Technology, University ofTsukuba）・Motoyoshi Kobayashi（Faculty of Life and Environmental Sciences,
University of Tsukuba）
P48

⽔溶液中の酸化カーボンナノホーン（CNHox）の凝集に及ぼすリゾチームの影響

124

Eﬀect of Lysozyme on the Aggregation and Charging of Oxidized Carbon Nanohorn(CNHox) in Aqueous Solution
Zhengjian TIAN （ Graduate School of Science and Technology, University ofTsukuba）
・Maolin LI（Graduate School of Science and Technology, University ofTsukuba）・Takuya SUGIMOTO（Faculty of Life and Environmental Sciences,
University of Tsukuba ）・ Motoyoshi KOBAYASHI （ Faculty of Life andEnvironmental Sciences, University of Tsukuba）
P49

管路を⽤いたモンモリロナイト懸濁液の流動特性の解析

126

Flowing Characteristics of Montmorillonite Suspension in Pipe
Hu Tianchen（Graduate School of Science and Technology, University of Tsukuba）
・Roknujjaman Md （ Faculty of Life and Environmental Sciences, University ofTsukuba）
・Yohei Asada（Faculty of Life and Environmental Sciences, University ofTsukuba）
・Yasuhisa Adachi（Faculty of Life and Environmental Sciences, Universityof Tsukuba）
P50

2 次元平板スリット間におけるモンモリロナイトフロックの沈降解析
Sedimentation analysis of Montmorillonite ﬂocs in a 2D slit between ﬂat plates
⾜⽴泰久（筑波⼤学）
・Md Roknujjaman（筑波⼤学）
・Yoshida Keisuke（筑波⼤学）
・
Muhamad Ezral Bin Ghazali（筑波⼤学）
・Li Jiawei（筑波⼤学）
・京藤敏達（筑波⼤学）
・浅⽥洋平（筑波⼤学）

11

128

P51

茎径測定によるダイズの⽔ストレス検知法の検討

130

Water Stress Detection in Soybean by Measuring Stem Diameter
⾼⽊留緯（東京⼤学⼤学院農学⽣命科学研究科）
・⻄⽥和弘（東京⼤学⼤学院農学⽣命科学研究科）・吉⽥修⼀郎（東京⼤学⼤学院農学⽣命科学研究科）・岩⽥幸良（農研機構農村⼯学研究部⾨）・松本宜⼤（農研機構農村⼯学研究部⾨）P52

アマランサスの塩ストレス応答関数の推定

132

Estimation of Stress Response Function for Amaranthus
⼩松⼤騎（⿃取⼤学連合農学研究科）
・藤巻晴⾏（⿃取⼤学乾燥地研究センター）
P53

乾燥密度の異なる⿊ボク⼟の飽和溶質分散

134

Hydrodynamic Dispersion for a Saturated Andisol with Diﬀerent Bulk Densities
⼤下佳愛（佐賀⼤学農学部）
・崎村健太（佐賀⼤学農学研究科）
・徳本家康（佐賀⼤
学農学部）
P54

⽔⽥暗渠の機能診断に向けた吸⽔管近傍の通⽔性の定量⽐較および 通⽔挙動の136再現⽅法についてQuantitative comparison of water permeability near ceramic drainage pipes and themethods of reproducing the water conduction for functional diagnosis of paddy ﬁeld
underdrain
影井勇次（東京⼤学⼤学院農学⽣命科学研究科）
・吉⽥修⼀郎（東京⼤学⼤学院農学⽣命科学研究科）・⻄⽥和弘（東京⼤学⼤学院農学⽣命科学研究科）・佐藤太郎（新潟県⽷⿂川地域振興局）
P55

せん断強度の異なる⼟壌の流⽔および降⾬に対する受⾷性

138

Rill and interrill erodibilities of soils with diﬀerent shear strengths
⼭⼝敦史（宇都宮⼤学地域創⽣科学研究科）
・⼤澤和敏（宇都宮⼤学農学部）
P56

不耕起栽培システムでの⼟壌団粒化向上と⼟壌有機炭素の安定化及び⽔分保持特性Enhancing soil aggregation improves soil organic carbon stabilization and water
retention under a long-term organic no-tillage system
Rahmatullah HASHIMI（Tokyo University of Agriculture and Technology）
・Atsushi
SAKAGUCHI（Ibaraki University）
・Masakazu Komatsuzaki（Ibaraki University）

12

140

P57

CEC と AEC の pH 荷電曲線に対する変異荷電モデルの適合⼿法の検討

142

Optimizing a variable charge model for pH-dependent CEC and AEC curves
奥⽥涼太（国⽴研究開発法⼈⼟⽊研究所寒地⼟⽊研究所）
・⽥崎⼩春（佐賀⼤学⼤学院農学研究科）
・取出伸夫（三重⼤学⼤学院⽣物資源学研究科）
P58

改良 LEACHM よる⼟中のイオン交換を伴う窒素・炭素成分の移動

144

Fate and transport of nitrogen and carbon with ion exchange in soils based on themodiﬁed LEACHM
⽥崎⼩春（佐賀⼤学⼤学院農学研究科）
・取出伸夫（三重⼤学⼤学院⽣物資源学研究科）
・三⼝貴久代（三重⼤学⼤学院⽣物資源学研究科）
・奥⽥涼太（国⽴研究開発
法⼈⼟⽊研究所寒地⼟⽊研究所）
・徳本家康（佐賀⼤学農学部）
P59

改良 LEACHM による⼟中の窒素・炭素成分の移動と植物根の能動吸収
Fate and transport of nitrogen and carbon with plant root active uptake in soils basedon the modiﬁed LEACHM
三⼝貴久代（三重⼤学⼤学院⽣物資源学研究科）
・取出伸夫（三重⼤学⼤学院⽣物資源学研究科）・⽥崎⼩春（佐賀⼤学⼤学院農学研究科）

13

146

第 65 回シンポジウム「農業が直面する環境汚染」

シンポジウム講演①

水銀による環境汚染の現状と課題
丸本幸治（国立水俣病総合研究センター）

⽔銀は，その特異な電⼦配置により，⾦属元素の中で唯⼀常温・常圧で液体として存在する。そのため，古くから防腐剤や農薬，神事などの⽤途で利⽤され，有⽤な化学物質として重宝されてきたが，⽔俣病やイラクの⽔銀中毒事件などの数々の健康被害を引き起こ
し，極めて毒性の強い⾦属であることが広く認識された。⼀⽅で，⽔銀の⽣物に対する影響がその化学形態により異なっていることはあまり知られていない。⾦属⽔銀は蒸気として肺から取り込まれ，⾼濃度の場合は呼吸困難，吐き気，下痢および痙攣が現れる。同じ
く⽣体内に取り込まれやすいメチル⽔銀は消化管から吸収され，有害物質から脳を守る脳
⾎液関⾨容易に通過することで脳に障害を与え，感覚障害や運動失調，視野狭窄などの神経疾患を引き起こす。また，胎児を守る胎盤も容易に通過するため，⺟親の体内に取り込
まれたメチル⽔銀は胎児に移⾏し，胎児の脳神経に甚⼤に障害をもたらす。なお，塩化⽔
銀などの無機⽔銀はヒトの体内にあまり吸収されないが，極めて⾼濃度に曝露された場合
は消化器系に影響があり，慢性的に摂取した場合は腎機能障害を引き起こす。
⽔銀は揮発性のある⾦属であるため，⽯炭燃焼や廃棄物焼却，セメント製造などでの燃焼過程や⾦採掘によって⼤気中へ⽔銀が放出される。これらの⼈為放出源と⽕⼭活動などの⾃然放出源による⼤気中への⽔銀の全球排出量は 7,000〜9,100 トンと推計されており（UNEP
報告書 2018），その約 30%を⼈為放出源が占めている。先進国では⽔銀の健康被害を防⽌するために，⽔銀の使⽤量を⼤幅に削減してきたが，発展途上国を中⼼に世界各地では今もなお⽔銀使⽤量が多く，深刻な⽔銀汚染が起こっている地域もある。その多くは⼩規模⾦採掘鉱（Artisanal small gold mining, 以下 ASGM）における⾦属⽔銀の使⽤に伴う汚染であり，UNEP 報告書 2018 によれば，ASGM による⼤気への排出量は⼈為的な⽔銀放出量全体の 40%程度を占めている。⾦採掘に携わる労働者の⾦属⽔銀曝露だけでなく，採掘場の排⽔が流⼊する河川の下流域に住む住⺠へのメチル⽔銀曝露も危惧されている 。
本講演では，⽔銀による環境汚染の現状を概説し，講演者らが ASGM の現場や⾦の取引所であるゴールドショップに赴き，⼤気，⽔，⼟壌などの⾃然環境への影響やヒトの健康影
響などについて調べた結果を紹介する。

16

シンポジウム講演②

農業環境における PFAS について「Living with forever chemicals」
殷 熙洙（農業・食品産業技術総合研究機構）

1938 年にロイ J.プランケット博⼠によってテフロンが偶然発⾒されて以来，テフロンおよび関連化学物質は，その化学的安定性と優れた特性により産業界から⼤きな注⽬を集めました。しかし，科学の進歩に伴い，化学物質の超微量分析が可能となり，有機フッ素化合物の負の影響が明らかになってきました。PFAS の性質が極めて難分解性であり，⻑距離移動性を有するため，いつまでも我らの周りを取り囲んでおり，常に影響を与えながら，脅威を与える可能性が潜んでいます。
⽶国では，PFAS が「永遠に残る化学物質(フォーエバー・ケミカル)」として⼀般に使われる⾔葉となるほど，PFAS が⾝近になっている状況にあります。つまり，PFAS に対し，どのように付き合いながら，⽣きて⾏くのかがこれからの課題であります。
現在，⽔中の PFAS 問題に世界が直⾯しており，EU は⾷品による PFAS の⼈体への影響
解明への取組にいち早く着⼿しました。EU は PFAS に関する膨⼤な事例研究に基づくリス
ク評価を詳細にまとめたものの，⾷⽂化が多様なアジアではヨーロッパや⽶国で消費されているものとは異なるさまざまな⾷品を含むため，EU のリスク評価をそのままアジア地域に適⽤することは困難であります。さらに，農作物を含む農業環境における多成分の PFAS に関する科学知⾒が世界的に極めて少なく，その実態と対策に後れを取っている現状であります。
特に，⽇本を含む東アジア地域では，⽔⽥で栽培される⽶を主⾷としています。したがって，国内で栽培，⽣産される⽶を含めた全ての農作物における PFAS の実態を知ることとPFAS から農作物の安全性を確保するのは我らの責務でもあります。このため，農地⼟壌における PFAS の影響を調べることが最も重要です。⽇本だけでも 381 種類の⼟壌があると⾔われています。その中でも⼟壌炭素含量が豊富な⿊ボク⼟はその性質から PFAS を強く吸着しているために，分析が極めて難しいと知られています。そこで，私たちは⼟壌中の PFASの影響を調査し，PFAS の分析⽅法を提案，普及を実施しています。
PFAS の毒性評価を含む科学的知⾒が少ない中，農業環境における PFAS についてその懸念を解消するため，その実態を冷静に考える必要があり，PFAS とどのように付き合いながら，⽣きて⾏くのかについて共に議論したい。

17

シンポジウム講演③

ペルフルオロアルキル化合物（PFAS）による環境汚染と除去技術について
山下信義（産業技術総合研究所）

ペル及びポリフルオロアルキル化合物（PFAS）の地下⽔・飲料⽔汚染が社会問題化しているが，この責任の⼤部分は 2022 年 6 ⽉に USEPA が報告した健康勧告値(PFOS について
0.02ng/L, PFOA について 0.004ng/L)である。特に 0.004ng/L の PFOA は USEPA ⾃⾝の分析法でも測定不可能であり，「誰も測定できない濃度」を⽬標とする，リスク評価ありきの⾵潮が，⽶国追従型の国内産業界や政府に⼤きな混乱を招いている。さすがに 0.004ng/L
はやりすぎと思ったのか，2023 年 3 ⽉に 4ng/L を暫定的規制値としてあわてて提案したが，これも欧州で半年以上先⾏する規制案のコピーに過ぎない。
分析化学者からすると「測定できない値」のために右往左往する群衆は理解できないが，ここであらためて「PFAS とは何か」を再定義し，「PFAS 問題を解決するためには何が必要か」を考えてみよう。化学的に⾔うと，アルキル基の⽔素の⼀部または全てがフッ素に置換した分⼦の末端が様々に化学修飾した分⼦の「総称」である。従って取りうる分⼦構造は無数にあるが，⼯業製品として⽣産されたものは 8000 種類以上，主に使われているのは 400
種類程度と試算されている。ただし揮発性・不揮発性の前駆体から残留性の強いカルボン酸・スルホン酸になる「環境内構造変換」を考慮する必要があり，特定の化合物だけ規制すれば問題が解決するわけではない。これから PFAS という「化合物群」を理解するための分析化学的⼿法である「マスバランス解析技術」が必須となる。マスバランス解析は，PFAS の個
別分析に加え，総フッ素，無機フッ素，有機フッ素を⾼感度で測定する事で，試料中に含まれるすべてのフッ素化合物に占める PFAS の寄与率を指標として，残留量や環境動態を明らかにする技術であり，実はこれは 2007 年に⽇本が開発した技術である。
この技術を⽤いて 2019 年に，国内稲作環境での PFAS 濃縮現象が明らかになった。皆さんの⾷べている「⽩⽶」には有害な PFAS は残留しないので，⼼配は無⽤だが，実は稲作のようなアジア農業は今後の PFAS 対策の鍵となる可能性が⼤きい。本シンポジウムの直前に⾏われる「PFAS 対策技術コンソーシアム国際講演会」において，⽇本を代表する看板企業が開発した PFAS 対策技術が公開されるので，ここでも説明しよう。
最後に「PFAS 対策技術コンソーシアム」設⽴の動機となった，国外では実⽤化されているのに，なぜか国内ではほとんど知られていない「PFAS 環境修復技術」についても解説する。

18

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.jp

true TDR 土壌水分センサ
CACC-TDR315シリーズ¥55,000(税抜)

製品Webページ

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。生の波形データを取得(*)も可能です。

計測項目

出力

サイズ・重量
本体200Ｌ＊553Ｗ＊19Hｍｍ
150mm/100mmロッド
440g(10m cable)

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

宇宙線式 土壌水分測定システム
CHI-CRS-1000B
COSMOS(COsmic-ray Soil Moisture Observing System)は、専用検出器を用いて宇宙線中性子数を測定することにより、それと負の相関性を示す土壌水分を計測するシステムです。半径約300m内の表層土壌
水分を非破壊的に計測することができます。また、従来の土壌水分センサ
による点測定ではなく，面スケールの計測となりますので，空間的なばらつきを伴うサイトの面代表値を得ることができます。

計測項目

出力

プローブサイズ・重量

中性子カウント(個/min)

デジタル(RS232)

122.5 cmL x 11.5cmφ
10.4kg(mod) 4.5kg(bare)*システム構築、多チャンネル計測には当社データロガーをおすすめします

シンプルロガーC-CR1000X
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

DIK-5532

デジタル貫入式土壌硬度計

⾃動給⽔型
デジタル透⽔モニター 5 点式
DIK-4065

透水性試験の給水作業・測定・データ保存を完全自動化
定・データ保存を完全自動化 !

⼟壌ガス拡散係数測定装置
DIK-0465
現地圃場で土壌物理性の良否判断が可能！
測定時間は約 30 分！

土と水を守るhttps://www.daiki.co.jp/ e-mail : mbox@daiki.co.jp

本社・工場〒365-0001 埼玉県鴻巣市赤城台 212-8
TEL.048-568-2500
FAX.048-568-2505
西日本営業所〒525-0032 滋賀県草津市大路 2-9-1
TEL.077-567-1750
FAX.077-567-1755

バイアル瓶脱気装置セット（アクリル製）
EN-1004

特徴・10～30mL程度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-2004
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：info@endo-rika.co.jp

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

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

製品の詳細にはこちらからATMOS 41W

これまで以上に高精度
世界で最もシンプル
低消費電力、低コスト、低メンテナンス

Wireless All-In-One Weather Station● 長期間の遠隔地設置のために最適化されたATMOS 41 W
真のワイヤレス気象ユニット
ワイヤレス 複合型気象計測ユニット ● 10分で設置可能● 全てのセンサーとセルラー通信を単一の小型フォーム
ファクターに統合● ZENTRA Cloudで遠隔地からデータの確認、共有、管理が可能● 摩耗や汚れによるエラーを防止する堅牢な設計● 水平調整機構搭載● 風速精度の向上
複合型気象計測ユニットの多くは、ワイヤレスであることを謳っていますが、実際には大きな筐体の中に、テレメトリーへと接続するためのケーブルが隠されています。それに加えて大きなソーラーパネルと巨大なバッテリーが必要になるため、製品が高価になる傾向があります。
METER Groupはデータ取得のプロセスが複雑もしくは高コストであってはならないと考えています。
またワイヤレスは真にワイヤレスであるべきだと考えています。このような想いからATMOS 41 W は誕生しました。

● 雨水受水器フィルターの改善により、目詰まりを軽減● 全天日射測定の分解能を0.1W/m2に向上● 全天日射、水蒸気、気温、風速の測定間隔を3秒に短縮● 測定間隔ごとの最高・最低瞬時温度測定値を出力● 気温の測定範囲を拡大（-63～60℃）● サーミスタの校正により、温度センサーの精度は25℃において±0.2 ºCを達成● 雨量測定用にティッピングスプーンを追加● 降雨の電気伝導度測定機能を追加

メータージャパン株式会社 Meter Japan, Inc.
〒343-0816 埼玉県越谷市弥生町2番20号 井橋第二ビル2階
TEL. 048-967-5603 FAX. 048-967-5613
URL : https://www.metergroup.co.jp E-mail : japan-info@metergroup.com

'ULOO 'URS%OXHWRRWK

スマートフォン、タブレット対応土壌水分プロファイルプローブ

特長

1 本のプローブで 3〜12深度のVWC、地温、塩分濃度を計測
Androidスマホ、タブレットでBluetooth経由のデータ回収
これ1本で計測と記録が完結するため大幅にコストを抑えることが可能に
専門知識がなくても設置が容易

仕様

計測項目
電源
電池寿命
プローブ長
センサ深度
内部メモリ
動作環境
水分値精度
温度精度
I/F

温度・体積含水率・塩分濃度（オプション）
3.6Vリチウムイオン電池内蔵
2〜3年（使用環境により異なります）
30cm、60cm、90cm、120cmの4モデル
全モデル5cmから10cm間隔
2000データ保存-20〜60℃±0.03％±2℃ ＠25℃
Bluetooth Ver4.0以降

Drill & Drop Bluetooth の詳細はこちらのQRコードから閲覧可能です。

SoilVUE10

TDR土壌水分プロファイルセンサー

特長
1 本のプローブで 6または9深度のVWC、EC、Permittivity、温度を計測
ねじ込み形状により土壌との密着性をより高め安定した計測が可能
長期間の屋外計測に適した堅牢なプローブ
ノイズに強いデジタル出力、最大ケーブル長304.8ｍ対応

仕様
計測項目
電源
消費電流
計測深度
出力

体積含水率、EC、Permittivity、温度
9〜36Vdc
Active: 64ｍA Quiescent: 1.5mA
0.5mモデル 5,10,20,30,40,50(cm)1ｍモデル
5,10,20,30,40,50,60,75,100(cm)SDI-12 Ver1.4

SoilVUE10 の詳細はこちらのQRコードから閲覧可能です。

https://www.taiyokeiki.co.jp
お気軽にお問い合わせください
営業本部〒335-0015 埼玉県戸田市川岸3-2-5 NKビル戸田公園
TEL:048-400-5001 FAX:048-299-3666
E-mail：info̲csi@taiyokeiki.co.jp

一般発表（ポスターセッション）
P01〜P59

P01
地表面における載荷圧縮を考慮したバイオ炭混合土壌の物理性
Physical properties of biochar mixed soil samples considering
surface compaction by loading.
西村拓 1・山﨑琢平 1・北島優 1・亀山幸司 2・濱本昌一郎 3
1 東京大学・2 農研機構農村工学研究部門・3 北海道大学

要旨：近年，温暖化緩和策として，バイオ炭，岩石紛といった保存性の資材の土壌への混入が検討されている。資材の混入によって土壌物理性がどう変わるかは関心事項であるが，土壌とは密度が大きく異なる資材を土壌に混入した際の土壌物理性の評価については，確立したものが無い。
そこで，載荷試験に基づいた土壌の充填を行い，乾燥密度，透水性などの変化を検討した。
キーワード：バイオ炭，乾燥密度，充填法，透水係数
Key words: Biochar, dry bulk density, repacking procedure, hydraulic conductivity
1.はじめに数の変化を検討した。

近年，温暖化緩和策として，バイオ炭の土壌

2.方法への混入が検討されている。バイオ炭は 0.2 か

試料：供試土は，福島県の森林で採取したマサら 0.5 g cm-3 と土壌とは大きく異なる密度を持土（砂壌土）と新潟県上越市の農研機構中日本

つため，質量割合でわずかな混入量でも土壌中農業研究センター内の転換畑の灰色低地土（軽で大きな体積割合を占有する。したがって，バ埴土）を使用した。

イオ炭の混入によって，土壌中の間隙の径や量

バイオ炭は，70℃で乾燥させた杉チップをが変化し，透水性・保水性に変化が生じること

原料とし，農研機構農村工学研究部門内の炉でが想定される．たとえば，Lim et al. (2016)は，400℃，600℃で炭化したもの（以下，BC400，

土性の異なる４つの土壌について，バイオ炭のBC600）を手動粉砕機で粉砕後，篩別け（1-2混合量によって透水係数が増える場合と減る

及び 2-5 mm）した後に土壌の質量に対して場合があると報告している。

1%，3%添加した。

バイオ炭混入土壌の物理性を評価する際に土壌の充填：現場乾燥密度を達成する載荷重をどのような試料調製をすれば，他者との比較が求める予備実験に基づいて，2.5kg ランマーを適切になるかはよくわかっていない。特に，バ使用し，砂壌土，軽埴土はそれぞれ落下高さ

イオ炭混合土壌の乾燥密度は，通常，バイオ炭

6.7 cm，12.8 cm で，一層あたりの突き固め数を含んだ見かけの乾燥密度を使用するが，透水

6 回×4 層で土壌を充填した。土質力学で行わ係数や保水性といった土壌の間隙構造に依存れる最適含水比ならびに締固め曲線を得るた

する物性は，土壌のみの乾燥密度の影響が大き

めに，砂壌土は，含水比 13%から 27%，軽埴

いと考えられる。他方，農耕地において，資材

土は，21%から 49%の範囲で初期含水比を設の混入とは無関係に農業機械の踏圧などの外定して上述の載荷で充填を行った。

力がかかる。乾燥密度の変化は，この外力の結

土壌物理性の測定：上述の載荷 に対応した乾果と考え，本研究では，よく行われる質量・乾燥密度となるように 100 cc 円筒にバイオ炭添

燥密度管理ではなく，載荷重管理で充填試料を

加土壌を充填し，変水頭法で飽和透水係数を測作成し，バイオ炭混入に伴う乾燥密度や透水係

定した。

30

３. 結果と考察

りなく，類似した締固め曲線となり，バイオ炭

バイオ炭と土壌を含む一定体積の土壌試料の添加によって土壌部分の乾燥密度，ひいてはの乾燥質量で定義される乾燥密度を図 1 に示構造はあまり変化しない可能性が考えられる。

す。バイオ炭の見かけの密度は 0.25g cm-3 程

４．まとめ度であるため，バイオ炭添加率が増すにつれて乾燥密度や土壌総量に着目して試料の充填，乾燥密度が小さくなった。図 2 には，バイオ炭調製を行った従来の研究（たとえば，Lim et al.

の体積・質量の寄与を差し引いた土壌部分のみ2016）では，バイオ炭添加に伴って土壌構造の乾燥密度を示した。バイオ炭添加率 1%からが変化することが示唆されてきたが，圃場の状

3%の範囲では，砂壌土，軽埴土とも，バイオ況を念頭においた，載荷重一定充填を行うと，炭の添加による土壌部分の乾燥密度の変化は

バイオ炭の添加が土壌構造に与える影響は今ほぼない。

までの認識よりも小さい可能性が示唆された。

図 3 にバイオ炭添加率と土壌の飽和透水係

文献 Lim et al. (2016) Chemosphere, 142:136-144
謝辞 本研究は，科研費(19H00958)の補助を受けた．

数の関係を示す。軽埴土のバイオ炭添加前の透水係数が小さいため，バイオ炭添加率の増大に応じて透水係数が大きくなるような印象を与えるが，添加率 1%，3%では，飽和透水係数に顕著な差はない。これは，図 2 で示した土壌部
分の乾燥密度がバイオ炭添加に影響を受けなかったことと整合する。
図 4 に締固め曲線を示す。図 2，3 と同様に土壌のみに着目するとバイオ炭添加率と関わ

図 3 バイオ炭添加率と土壌の飽和透水係数(a)

図 1 バイオ炭添加率と乾燥密度(b)

図 2 バイオ炭添加率と試料中土壌部分の乾燥密度

図 4 バイオ炭添加率と締固め曲線。(a)(b)はそれぞれ試料全体と土壌部分のみの乾燥密度

31

P02
湿潤土壌の誘電特性に関するデータベース構築とモデル化
Database Construction and Modelling of Soil Dielectric Properties
辻本久美子 1・太田哲 2・岸本爽汰 3
1 岡山大学学術研究院環境生命自然科学学域・2 研究技術開発支援機構（U-PRIMO）
・
3 岡山大学環境理工学部

要旨(Abstract)：
湿潤土壌の誘電特性は土壌水分の計測原理として，TDR による現場計測とマイクロ波リモート
センシングの双方で利用されている。本研究では，先行研究で示された日本国内の様々な土壌の誘電特性をデータベース化し，Topp 式や Dobson 式などの誘電率モデルの検証を行った。
キーワード：誘電率モデル，土壌水分，土壌の誘電率，Topp の式，Dobson モデル
Key words: Dielectric model, soil moisture, soil permittivity, Topp’s equation, Dobson model
1．はじめに限られることも示されてきており，より汎湿潤土壌の誘電特性は土壌水分の計測原理用性が高い可能性のある式として，Wang-

として，TDR による現場計測とマイクロ波リ

Schmugge 式，Mironov 式も注目されていモートセンシングの双方で利用されている。現る。加えて著者らは，土壌水分特性に着目

場計測では Topp 式，マイクロ波リモートセン

した新たなモデル（以下，Tsujimoto 式）もシングでは Dobson 式が広く利用されてきたが，提案した。これらの式は Topp 式と比べて土性によっては水分量－誘電率の関係が実測

どのような利点・限界があるだろうか。

値と乖離するという課題が残っている。

2．方法

これまで TDR 関連の研究で，粘土含有量が日本国内の論文誌掲載文献から，土壌水分量

多い土や乾燥密度が小さい有機質土壌・火山灰と誘電率との関係に関する実験値を引用し，デ性土壌等に対して，Topp 式が合致しないこと

ータベース化した。実験試料の粒度組成，乾燥が示されてきた。一方，TDR 関連の研究と，マ密度，土粒子密度，間隙率等に関する情報も同

イクロ波リモートセンシング分野の研究とは，時にデータベース収録した。文献から実験値を従来別々に行われてきており，著者らの知る限

読 み 取 る に は ， 無 料 ソ フ ト SimpleDigitizer

り，両者の知見が互いに十分に反映されている（http://freesoftbest.com/100/185/post-668.html）とは見受けられない。そこで本研究では，以下を利用した。
一方で，試料の組成等に基づいて Dobson 式，の問いについて検討することとした。
⚫

⚫

Dobson 式では，湿潤土壌の誘電率－水分Mironov 式，Wang-Schmugge 式，Tsujimoto 式で量関係を，間隙率，砂含有率，粘土含有率

土壌水分量と誘電率との関係を 1GHz に対しの 3 つの説明変数から土壌組成ごとに推て計算し，これを実験値および Topp 式と比較定する。この Dobson 式を使えば，Topp 式

した。Dobson 式は砂と粘土の含有率および間の合致度が低い日本国内の土壌に対して隙率を，Mironov 式は粘土含有率のみを，Wang-

も高い精度で誘電率－水分量を推定する

Schmugge 式は砂と粘土の含有率を，それぞれことはできるだろうか。

必要とする。Tsujimoto 式では間隙率に加え，マイクロ波リモートセンシングの分野で

砂と粘土の含有率に基づいて Pedotransfer 関数

は，Dobson 式の適用範囲が一部の土性にで土壌水分特性を求め，計算に利用する。

32

[宮本・筑紫, 2000][武藤ほか, 2015][三石・溝口, 2014][林ほか, 2001][林ほか, 2001][冀ほか, 1996][三石・溝口, 2014]

関東ローム
Loam

[宮本・筑紫, 2000]

マサ土
Sandy Loamマサ土
Sandy Loam

豊浦砂
Sand

[宮本・筑紫, 2000]

赤黄色土
Clay

褐色森林土
Clay Loam[武藤ほか, 2015][武藤ほか, 2015]

灰色低地土
Sandy Clay Loam

[福本・田中, 1995][宮本・筑紫, 2000][福本・田中, 1995]

褐色森林土
Clay

灰色台地土
Silt Loam[宮本・筑紫, 2000][宮本・筑紫, 2000]

黒ボク
Clay Loam黒ボク
Sandy Loam

黒泥土
Sandy Clay Loam[冀ほか, 1996][武藤ほか, 2015][三石・溝口, 2014]

黒ボク
Sandy Loam
黒ボク
Loam

図1

黒ボク
Loam

黒ボク
Sandy Clay Loam

体積含水率（横軸）と比誘電率（縦軸）の関係．モデル推定値および先行研究による実測値．

3．結果と考察
図-1 に結果を示す。Topp 式は土壌組成に依存しないため，各図で同じ曲線を示している。
それに対して，多くの土壌に対し，Dobson 式
は誘電率を高めに，他の 3 式は低めに推定している。Silt Loam や Loam では式による差が小さい。Clay Loam や Clay には Mironov 式がよく合っている。黒ボクや関東ロームはどの式で推定される誘電率よりも実測値が低くなっており，誘電率モデルの改良検討が必要である。
4．おわりに
著者らは現在，より汎用的な誘電率モデルの構築を目指し，その検証材料となる水分量－誘電率関係のデータベース化を行っている。より多様な土壌に対して検討を深めていきたい。

33

謝辞 本研究は JSPS 科研費 JP 19K04619, 23H01515 と JAXA 地球観測研究 ER2GWF101, ER3AMF113 の助成を受けました。
参考・引用文献 1) Dobson, M.C. et al. (1985): Microwave dielectric
behavior of wet soil-Part II: Dielectric mixing models. IEEE T Geosci
Remote 1: 35-46. 2) Miyamoto, T., Chikushi, J. (2006): Time domainreflectometry calibration for typical upland soils in Kyushu, Japan, JARQ
40: 225-231. 3) Topp, G.C. et al. (1980): Electromagnetic determination ofsoil water content: Measurements in coaxial transmission lines. Water
Resour. Res. 16: 574-582. 4)冀北平・三野徹・赤江剛夫・長堀金造(1996): FDR 法による現地土壌水分の測定. 農土論集 182: 207-214,
5) 辻本久美子・太田哲・藤井秀幸・小松満 (2022)：1~36GHz 帯のマイクロ波に対する湿潤土壌の誘電特性：モデルとその検証，土壌の物理性 151，3-24. 6) 林為人・山岡博・杉田信隆・高橋学 (2001):
砂の比誘電率および比抵抗に及ぼす間隙水の塩分濃度の影響. 応
用地質 42: 140-148. 7)福本昌人・田中米 (1995):土壌構造が誘電率特性およびマイクロ波の後方散乱特性に与える影響. 水水学会誌
8: 462-470. 8)三石正一・溝口勝 (2014):静電容量型 ECH2O 土壌水分センサーのキャリブレーション. 土壌の物理性. 9) 宮本輝仁・筑紫二郎 (2000): 土壌の体積含水率-比誘電率関係への混合誘電特性
モデルの適用. 農土論集 206: 193-198. 10)武藤由子・渡辺晋生・山本清仁・倉島栄一 (2015): 5TE センサーで測定した土壌水分量の簡易補正と電気伝導率の検証. 農業農村工学会論文集 83: I_9-I_17.

P3
コプロスタノールの土・砂・堆積物に対する吸着特性*
Sorption and leaching properties of coprostanol in different geologic media
Kei Nakagawa1・M. Shahidul Islam 2, 3・Zhi-Qiang Yu 2・Yuji Takao 1・Ronny Berndtsson 4
1
2

Institute of Integrated Science and Technology, Nagasaki University, Japan

Graduate School of Fisheries and Environmental Sciences, Nagasaki University, Japan

3

4

Department of Chemistry, Jashore University of Science and Technology, Bangladesh
Division of Water Resources Engineering & Centre for Advanced Middle Eastern Studies,
Lund University, Sweden
Abstract

Now-a-days, the occurrence of coprostanol in soil, surface, and groundwater has been reported. Therefore,
it is utmost important to evaluate adsorption behavior of coprostanol in different kinds of geologic media.
In the current research, we present for the first time the adsorption behavior of coprostanol in threegeologic media as soil, sediment, and sand including its potential bioavailability, fate, and transportmechanisms.
Key words: Sorption, Leaching property, Coprostanol, Public health risk.
1.

Introduction

PARIO Soil Particle Analyzer (Meter) was used to

Coprostanol has been detected throughout

detect the particle size distribution (clay, silt, andthe world in soil, sediments, suspended particulate,sand).

The

coprostanol

wasquantified

inand water bodies (Frena et al., 2026; Nakagawa etadsorption experiments using GC/MS (Agilent GC

al., 2021). Therefore, groundwater can be affected

7890A + MS 7000A).

by coprostanol and not free from the risk of fecal

3.

pollution. The main goal of this study was to

Results and discussion

experimentally determine the maximum adsorption
capacity and distribution coefficients (,The adsorption isothermal experimental, andcurves with standard error bars are shown in Fig. 1.

) of coprostanol in soil, riverbed sediment, andResults showed that the Freundlich isotherms),

resulted in significant fits to analyzed soil (R2 =). The0.865) sample data. Meanwhile, sediment (R2 =secondary objective was to assess the leaching

0.974), and sand (R2 = 0.988) sample showed aproperties

thebetter fit to the Langmuir model for the adsorption

understanding of transport processes in different

process of coprostanol, as compared with thegeologic media.

Freundlich model (R2 = 0.842, 0.875, respectively).

sand using three models: the Henry (linear) (Langmuir (), and Freundlich isotherm (ofcoprostanol

andimprove

Moreover, to obtain the best fit the batch
2.

Methods

experimental data were fitted by the models using

The pH and EC were determined by using

a numerical solver. The(94.8 193.7 L kg-1)
kg-1) increased inpH, and EC meter, respectively. CEC wasanddetermined using Eco ion chromatography. Tyulin

the order of soil > sediment > sand, indicating thatmethod was used for measuring total organic

the sorption affinity of coprostanol in the various

carbon (OC) and organic matter (OM) content.

media

34

(67.3 166.9

exhibitsasimilarincreasing

trend.

According to the Langmuir model the maximum

matter. Moreover, there is a possibility for theadsorption capacity (i.e.,value) was 345.1 µg

formation of intermolecular H-bonding between

g for soil, 133.2 µg g for sediment, and 80.9 µg

the oxygen-containing functional groups of humic

-1
-1

-1

for sand. Consequently, sorption capacity of

substances on the clay surface and the polar

coprostanol followed the same order of soil >functional -OH group of the coprostanol andsediment > sand.

subsequentgincreaseinadsorption

capacity.

Therefore, the adsorption of coprostanol in soil is aphysical adsorption, and the adsorption capacity insediment and sand is lower than for soil samples.
Thus, the risk is severe in sediment and sandhaving a high leaching ability leading to highmobility and potential pollution migration to
groundwater.
4.

Conclusions

The present study revealed that coprostanol
has a higher sorption affinity to soil than sediment,
and

sand.

Moreover,thecalculated(normalized organic carbon content sorption
coefficient) value indicated that coprostanol is a
sub-high adsorbed compound having a slightly
leaching property that may pose potential risks forthe groundwater system after a long period.
References:
Frena, M., Bataglion, G.A., Tonietto, A.E., Eberlin, M.N.,
Alexandre, M.R., Madureira, L.A.S., 2016.
Assessment of anthropogenic contamination withsterol markers in surface sediments of a tropicalestuary (Itajaí-Açu, Brazil). Sci. Total Environ. 544,
432–438.
http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.11.13
Nakagawa, K., Amano, H., Persson, M., Berndtsson, R.,
2021.
Spatiotemporalvariationofnitrateconcentrations in soil and groundwater of an intensely
polluted agricultural area. Sci. Rep. 11, 2598.
https://doi.org/10.1038/s41598-021-82188-2

Fig. 1 Adsorption isotherm curves of coprostanol,in (a) soil, b) sediment, and (c) sand samples withthe best-fit model.
The main adsorption mode of adsorbents onorganic

matterishydrophobic*The detailed contents of this presentation have alreadypublished in the following paper: Islam, M.S., Nakagawa,
K., Yu, Z.-Q., Takao, Y., Berndtsson, R., Coprostanol
adsorption behavior in agricultural soil, riverbed sediment,
and sand, Journal of Environmental Chemical Engineering,
Volume 11, Issue 3, 2023, 110029.
https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.110029

interaction.

Therefore, we infer that the high adsorption of
coprostanol to soil samples may be stimulated byintermolecularforcesbetweencoprostanol

molecules and humic acid substances in organic

35

P04
様々な土の不凍水量のハイパースペクトルカメラを用いた可視化
Visualization of unfrozen water content in various soils using a HSC
鈴木健大 1・渡辺晋生 11

三重大学生物資源学研究科
要旨(Abstract)：

土中の不凍水分布の推定を目指し，ハイパースペクトルカメラを用いて様々な土試料の凍結の様子を観察した。その結果，粘性土の試料では温度が 0℃以下となってから反射率の上昇が見られた。これは温度低下に伴い不凍水量が減少し，光の吸収が抑制されたことが原因と考えられる。
一方で砂質土のような不凍水をほとんど持たない試料では系統的な変化は見られなかった。
キーワード： 凍土，アイスレンズ，不凍水，近赤外線分光
Key words: frozen soil, ice lens, unfrozen water, near infrared spectroscopy
1.はじめに

土壌が寒気に晒されると土中水-5 ℃を与え,任意の時間凍結した。試料の凍結が凍結し，凍土が形成される。その際，全ての期間中，温度変化をセルに設置した 4 点の熱電

土中水が凍結するのではなく，一部は 0℃以下

対を用いて 1 分間隔で測定した。試料表面の様でも凍結しない不凍水として土粒子表面に存子は HSC を用いて任意の時間測定した。HSC

在する。その量は温度や粒径，溶質濃度などにの有効波長は 400～1000 nm，波長分解能は 5よって変化し，凍土の強度や透水性，アイスレ

nm である。解像度は 480×640 pixel で縮尺は 1

ンズ生成に影響を与える。しかし，凍土中の不pixel が 0.05 mm 四方に相当する。撮影に要す

凍水量の測定は容易ではなく，非破壊，非接触

る時間は 48 秒である。撮影は暗室で行い，凍で空間分布を可視化できる測定法は存在しな

結への温度の影響を最小限に抑えるために光い。ところで，物質の量や状態の空間分布を非ファイバーを介してハロゲン光を照射した。

破壊，非接触で測定可能な装置にハイパースペ
クトルカメラ（HSC）がある。そこで，本研究は HSC を土の不凍水量分布の測定に応用する

HSCことを目的とした。そして，様々な土壌試料の凍結実験を行った。

撮影領域

ハロゲンランプ

2.試料と方法 実験には藤森青粘土，稲荷山黄

水冷式ブロック

土，岩手黒ボク土，豊浦砂を使用し，2 mm 篩Cold

通過分を試料とした。試料を水分飽和し，体積

Warm

W20×D60×H2.4 mm のガラスセルに，任意のセルを挿入

乾燥密度で充填した。セルは側面と低温側端面

ペルチェ素子を防水した。高温側端面は開放系とし，0.6 g

銅ブロック

ー＋

＋ー

程度の蒸留水を追加した。セルを銅製の容器に恒温水槽

挟み，上下にペルチェ素子と，恒温水槽と接続した水冷式ブロックを設置し，両端の温度を制

Fig.1 実験装置の概略図御した（Fig.1）。装置の周囲はスタイロフォー

Schematic of experimental apparatus

ムで断熱した。ここで高温側 2.5 ℃，低温側36

3.結果 端面の温度を低下すると，低温側より

Reflectance(a) Fujinomori clayey silt
30 min凍土が形成した。青粘土，黄土，黒ボク土では

16%

凍土の色が暗く，凍結面の位置が視覚的に確認

22%

5 mm

できた。凍結面は 120 分までに急激に，その後
120 minはゆっくりと進行した。一方，砂では凍結面はボク土では実験開始後 120 分にアイスレンズと呼ばれる氷単一の層が凍結面に析出し，成長しながら飛び飛びの層を形成した。ここで凍土

Freezing frontの 3 か所と未凍土 1 か所から反射率の領域内平均値を取得した。領域の大きさは横 1 mm，縦が 4 mm である。砂以外の試料は温度が 0℃を下回ると急激に反射率が低下し，その後少しず

Ice lens

360 min

Unfrozen water content,
θu [cm³/cm³]

視覚的に確認できなかった。青粘土と黄土，黒0.4

y = -0.0447x + 1.0251
R² = 0.4865

0.3

0.2

0.1

Cooling direction

15
17
19
21
23
Average reflectance [%](b) Inariyama soil
30 min23%

29%

つ上昇した。また、反射率は低温側の凍土ほど高い傾向となった。不凍水量が減少し，光の吸収が抑制されたことが原因と考えられる。一方

120 min

られなかった。ここでクラジウス-クラペイロ
ン式から試料の水分保持曲線を不凍水量曲線
360 minに変換した。そして，反射率を測定した領域の温度から各時間における各領域の不凍水量を計算し，水の吸収帯に近い 750～900nm の平均

Unfrozen water content,
θu [cm³/cm³]

で未凍土部分と豊浦砂では系統的な変化は見
0.14

y = -0.0143x + 0.4882
R² = 0.8143

0.12

0.1
24
25
26
27
28
Average reflectance [%]反射率との関係を調べた（Fig.2-a，b，c の右下）。
反射率と不凍水量の相関を取ると，相関係数は
青粘土で-0.67，稲荷山黄土で-0.90，黒ボク土(b)Andosol
30 min9%

13%

は-0.33 となり負の相関が見られた。豊浦砂では相関は見られなかった。青粘土などは粒形が小さく保持できる不凍水量が多いため，温度低120 minとができたと考えられる。一方，砂では不凍水
量がほとんどないため，系統的な変化が見られ

360 min

なかったといえる。ここで，Fig.2 に反射率を色付けしたものを示す。反射率の変化が不凍水量の減少によるものと考えると，凍土中の青い部分は不凍水量が多く，赤に近いほど少ないとUnfrozen water content,
θu [cm³/cm³]

下に伴い減少する不凍水量の変化を捉えるこ
0.18

y = -0.023x + 0.3994
R² = 0.255

0.14

0.1
10 10.5 11 11.5 12
Average reflectance [%]Fig.2 試料の反射率分布および反射率といえる。30 分経過時では低温側が青いのに対

不凍水量の関係（a:藤森青粘土，b:稲荷山

し，360 分では凍結が進み不凍水量が減少した

黄土，c:岩手黒ボク土）
Colored sample image, relationship between
reflectance and unfrozen water content

ことで反射率が高くなっていることが視覚的
にわかる。

37

P5
湛水水田における水稲の生長に伴う二酸化炭素フラックス密度の変化
Changes in carbon dioxide flux density during rice growth in a flooded rice paddy
登尾浩助 1・Sunchai Phungern 2・佐藤太郎 3・関川力 41

明治大学農学部・2 明治大学大学院農学研究科・3 新潟県糸魚川地域振興局農林振興部・4 新潟県
農地部農地管理課総合調整室
要旨(Abstract)

湛水した水田において田植え直後からの大気・田面間の二酸化炭素（CO2）フラックス密度を測定した。田植え直後の水田では CO2 フラックスと大気中の CO2 濃度の日変動は小さかったが、水稲が生長するとこれらの日変動が大きくなり，水稲の光合成により日中の CO2 フラックスは負値（水稲に吸収）となったと同時に日中の CO2 濃度は低下した。
キーワード：渦相関法，光合成，呼吸Keywords: eddy covariance method, photosynthesis, respiration
1. はじめに
CO2/H2O sensor
3-D anemometer

現行の湛水・中干し水田における稲作は，主要な温室効果ガスでもある二酸化炭素（CO2）の動態に大きな影響を与えることが報告されている（Miyata et al., 2000）。Campbell et al.
(2001)は，米国テキサス州の水田での実験に基づいて水稲が初期栄養成長時の LAI<1 では

2.20 m

CO2 の吸収量が小さいが，水稲の生長とともに大きくなり，成熟期には再び減少することを報告している。彼らは CO2 フラックス密度の測定結果は報告しているが，CO2 濃度そのものに関する情報を提供していない。本報告では水田において生長する水稲に伴って変化する CO2
フラックス密度に加えて CO2 濃度について報

写真 1．渦相関法による CO2 フラックス密度

告する。

測定装置

ャンベル社）を使って 10 Hz で収集し，30 分

2. 実験方法と材料間隔で記録した。CO2 フラックス密度は，これ実験は新潟県燕市の営農水田で実施した。実験水田は 2023 年 5 月 2 日にコシヒカリ BL を

らのデータを使って渦相関法で求めた。

田植えし，その後の 5 月 6 日に観測機器を設置

3. 結果と考察した。田植え後は湛水を維持し，6 月 22 日に

写真 2a に示したように田面は水稲にほとん

中干しを開始した。
3 次元超音波風速計（CSAT3,ど覆われておらず水面が見える状況にあり，湛キャンベル社）と CO2 オープンパスセンサー

水が広がっていた。この時の CO2 フラックス（EC150, キャンベル社）は，それぞれ地表面

密度はゼロより小さい値（即ち，田面水またはから 2.2m の高さに設置した（写真 1）。CO2 濃水稲による CO2 吸収で推移した（図 1a）。夜間

度と風速データはデータロガー（CR3000, キ

38May 8, 2023

June 18, 2023

instruments

instruments

(b)

(a)

写真 2. 観測機器を設置した水田風景：(a) 5 月 8 日の田植え直後の水稲と(b) 6 月 18 日の中干し直前の水稲。

Concentration

Flux density
1

500

0.5

450

0

400

-0.5

350
2023/5/9 0:00

2023/5/9 12:00

2023/5/10 0:00

2023/5/10 12:00
Date2023/5/11 0:00

2023/5/11 12:00

CO2 concentration (ppm)

600
550

CO2 flux density (mg m-3 s-1)

550

2

1.5

(a)

-1
2023/5/12 0:00

1

500

0.5

450

0

400

-0.5

350
2023/6/20 0:00

2023/6/20 12:00

2023/6/21 0:00

2023/6/21 12:00
Date2023/6/22 0:00

2023/6/22 12:00

s-1 と負値とな

り，水稲の光合成による田面のCO2 吸収を示し，
夜間は+0.5 mg h2

s-1 程度の正値に上昇し，水稲

1.5(b)

CO2 flux density (mg m-3 s-1)

CO2 concentration (ppm)

600-12023/6/23 0:00

図 1. CO2 濃度と CO2 フラックス密度の経時変化：(a) 5 月 9 日から 5 月 12 日までの田植え直後と(b) 6 月 20 日から 6 月 23 日までの中干し直前の期間。

とその他の生物による呼吸を示した（図 1b）。
CO2 濃度は昼間に 390 ppm 程度まで減少した。
これは水稲の光合成により，そでも田面からの CO2 放出（ゼロ以上）はほとんの場の接地気相全体の CO2 濃度も減少したとど観察されなかった。その時の水田で測定した考えられる。夜間の CO2 濃度は 550 ppm まで

CO2 濃度は昼間は 420 ppm 程度の低下し，夜間上昇した。この上昇は水稲が生長して呼吸量がは 440 ppm 程度まで上昇した。田面からの夜間上昇したことにより生じたと考えられる。水稲の CO2 放出がほとんど無いにも関わらず，夜が生長すると CO2 濃度と CO2 フラックス密度

間には CO2 濃度が上昇した。水田外の地帯かが極めて密接に日変動した。

らの CO2 塊が水田の測定点にまで移動してい参考文献.Miyata, A., Leuning, R., Denmead, O. T., Kim, J., & Harazono, Y.
(2000). Carbon dioxide and methane fluxes from an intermittently
flooded paddy field. Agricultural and Forest Meteorology, 102(4),287-303.
Campbell, C. S., Heilman, J. L., McInnes, K. J., Wilson, L. T.,
Medley, J. C., Wu, G., & Cobos, D. R. (2001). Diel and seasonalvariation in CO2 flux of irrigated rice. Agricultural and Forest
Meteorology, 108(1), 15-27.

る可能性が考えられた。一方，水稲が中干し直前頃まで生長すると，田面は水稲に覆われて水面がほとんど見えなくなった（写真 2b）。この時期の CO2 フラックス密度は，昼間は-1 mg h-

39

P06
斜面表層部における誘電率および加速度の同時モニタリング
Coupled monitoring of dielectric permittivity and3-axis acceleration of slope surface
小田瑞穂 1・末次大輔 2・神山 惇 2・甲木善徳 3・永野 誠 4・宮本英揮５
1 佐賀大学大学院農学研究科・ 2 宮崎大学工学部・ 3 日本地研株式会社・
4 株式会社 A・R・P・ 5 佐賀大学農学部

要旨(Abstract)
斜面崩壊に繋がり得る異常事象の早期検知技術として，泥岩斜面の 5 地点に土壌水分・加速度センサを埋設し，誘電率および三軸加速度を観測した。降雨に対する誘電率の応答に加え，土壌水分の増減に因らない短期および中長期的な加速度の変化が観測された事実から，異常検知手法としての本法の有効性の一端を示すことできたと考える。
キーワード: 斜面崩壊，モニタリング，泥岩，誘電率，三軸加速度
Key words: Slope failure, Monitoring, Mudstone, Dielectric permittivity, 3-axis acceleration
線接続した。その約 10 ヶ月後に，雨量計およ

1.はじめにび専用子機も併設した。各センサによる測定

降雨や地震動を誘因とする突発的ながけ崩れが，土砂災害の約 7 割 1)を占める我が国では，がけ崩れの兆候を検知するために，伸縮計
やひずみ計等が多用されている。しかし，地域
住民の避難に要する時間を十分に確保するためには，異常な兆候を早く検知し，それを周知できるアラート技術の早期確立と社会実装が必要である。本研究では，伸縮計が設置された崩壊履歴を有する泥岩斜面内の計 5 地点に誘電率・加速度センサを埋設し，それらを統合型
IoT システム 2)上で運用することにより斜面内部の状態を可視化するとともに，異常検知技
術としての有効性を検討した。

Fig.1 観測の様子

2.実験方法
伸縮計が設置された斜面(宮崎県)に，親機，子機，中継機から成る統合型 IoT システム 2)を設置した(Fig.1)。泥岩と砂岩が重層構造をなし，斜面崩壊が危惧される斜面上に設置された伸縮計沿いに，体積含水率と三軸加速度(x，y，z)を計測可能な WD5(A・R・P)を，深さの異なる 5 地点(#1, #2, #3, #4, #5)に埋設した(Fig.2)。大気圧センサおよび温湿度センサも子機に接続し，中継機を介して子機を親機に無Fig.2 WD5 の埋設状況

40

値を 10 分間隔でクラウド上にアップロードし降，ほぼ一定値で推移した X と違って，x (#1，

た。既往の報告 3)に倣って，WD5 による体積#2，#3)は緩やかに変化し続けた(Fig.4)。類似し含水率を見かけの誘電率()に変換した。，x，

た変化は，#1，#2，#3 のy や，#1 のz にもy，z と，伸縮計による移動量(X)とを比較し認められた(図は割愛)。これは，表層に目立った。観測に着手した 2021 年 1 月 28 日から 2022

た変化が認められなくても，斜面内部で徐々年 11 月 30 日までを解析対象とした。

に進行する土壌構造の変化を示すと考える。

3.結果と考察4.おわりにWD5 を用いて，泥岩斜面内部の水分動態や本研究により，斜面内部の異常事象の早期

亀裂形成の可能性を把握できた。5 地点の に検知技術としての WD5 の有効性を確認できた。

は，A.降雨と連動した変化(例えば，2022 年 4

この結果から，斜面崩壊の発生が危惧される

月 27 日)，B.無降雨期間を含めた緩やかな変化

地点に WD5 を分散配置すれば，従来の地表面(例えば 2021 年 2 月 13 日から 2021 年 9 月 6

観測技術よりも早く，斜面内部の異常事象を日)，C.センサ周辺に形成されたマクロポア内検知できると考える。今後は，土性や地形の異への地下水の流出入を意味する極端な変化(例なる複数の斜面に本法を適用し，更なるデー

えば 2021 年 2 月 13 日)等の 3 パターンの変化

タの蓄積を図るとともに，斜面崩壊の早期検が認められた(Fig.3)。

知および予測のためのアルゴリズム開発に取WD5 を用いて，斜面内部の土壌構造の短期り組む予定である。

および長期的な変化を検知できた(Fig.4)。2021

謝辞： 本研究は，宮崎国道河川事務所の協力を得て実

年 2 月 13 日の降雨に伴い X が急変した約 6 時施した。ここに記して謝意を表す。
引用文献： 1) 国土交通省砂防部(2023): 令和４年の土間前に，WD5 によるx (#1，#2，#3) が急変し

砂災害, https://www.mlit.go.jp/river/sabo/jirei/r4dosha/r4

た。これは，斜面内部のセンサの移動や土壌構

doshasaigai.pdf)., 2) 宮本ら(2021): 土壌の物理性 148

造の変形を示す。さらに，2021 年 2 月 13 日以

巻, 39-43., 3) 中島ら(2019): 土壌物理学会大会講演
要旨集, 110-111.

Fig.3 見かけの誘電率()と降水量(P)の変化

Fig.4 x 軸加速度(x)と移動量(X)の変化

41

P07
周波数可変機能を実装した土壌水分センサの性能評価
Performance evaluation of soil moisture sensor with variable frequencymode
升田直希 1・平嶋雄太 2・Mohammad Abdul Mojid3・宮本英揮 2
1 佐賀大学大学院農学研究科・2 佐賀大学農学部・3Bangladesh Agricultural University

要旨(Abstract)：
周波数可変機能を実装した土壌水分センサを用いて，体積含水率(θ)の異なる豊浦砂の複素誘電率の実数部(ε’)を測定した。その結果，周波数によらず，Topp 式に沿ったε’-θ データセットが得られること，測定精度は周波数によって異なり，190 MHz における精度が最良であること等が判明した。
キーワード：土壌水分，複素誘電率，周波数
Key words: Soil moisture, Complex permittivity, Frequency
1.はじめにを介してセンサを高機能誘電率測定回路(試作

土壌環境データに対するニーズが高まり，土壌品)に接続した。空気，蒸留水，エタノール，NaCl

水分センサ市場が急成長するなか，様々な機能

溶液の 4 種を標準試料として，BAO ら(1994)2)のを実装した高性能センサが市場に投入されている。

計算法に倣って，複素反射係数(S11 パラメータ)を

センサの測定対象は土壌に限らず，多岐にわた

複素誘電率の実数部(ε’)および虚数部(ε”)に変が通用しない換することにより，センサの校正を行った。脱気し土壌が広く堆積するため，センサ出力値を体積含た純水で満たしたカラム内に豊浦砂を沈降充填し，水率(θ)に変換するために，被測定対象を供試材

水分飽和カラムとした(Fig.2)。約 30 cm のサクショ

料として校正式を土壌ごとに定める場合が多い。

ンをカラム下端に与えて湛水した余剰水を除去し水分の増減に対する出力値の応答は，周波数にた後，フィルタ下端に与えるサクションを増大させ，よって異なるものの，商用流通する静電容量式セ排水が停止した平衡状態で排出水量を求めるとンサの場合はセンサごとに周波数が固定され，デともに，先述のセンサを用いて，10 から 500 MHz

ジタル TDR/TDT センサでは供試材料によって異までのε’およびε”の周波数スペクトルを 10 MHz

なる。つまり，現行の技術では，周波数によって異間隔で計 50 点測定した。その後，サクションを段なる応答を示す情報のごく一部しか利用していな階的に増大させ，各段階において先述の測定をいため，任意の周波数を選択したり，複数の周波反復した後に，カラムから砂を取り出して炉乾法数の情報を同時出力したりすれば，センサの性能で最終 θ を定めるとともに，排出水量に基づいてや複数項目の同時測定等に繋がると期待される。

各段階におけるθを逆算した。一連の排水実験を

本研究では，複素誘電率の周波数スペクトルを測3 反復し，Topp 式を介してε’をθに変換したうえで，定できる周波数可変式土壌水分センサを用いて，炉乾法によるθに対する RMSE に基づき，測定精θの異なる豊浦砂の水分測定実験を行い，その有度を評価した。ただし，回路内部の電波干渉が顕る。我が国では，標準式・Topp 式

1)効性を実験的に評価した。
2.方法
セラミックフィルタを敷いた内径 80 mm のアクリ
ル製円筒チャンバーに，直径 3.5 mm，長さ 15mmの金属ロッドと，その周囲に配した長さ 20 mm の 4本の同径のロッドから構成される，同軸プローブをFig.1 センサの外観模擬したセンサ(Fig.1)を固定した。SMA コネクタ42

著であった 170 MHz および 340～370 MHz の測

謝辞： 大起理化工業株式会社および東京都立産業技術研究セ定値については除外した。

ンターの共同開発成果物である高機能誘電率測定システムを利用して，本研究を実施した。ここに記して謝意を表す。

3. 結果と考察

参考文献： 1) Topp et al. (1980): Electromagnetic determination of

測定された ε’は，周波数によらず， θ とともに増soil water content: Measurements in coaxial transmission lines,

大する一般的特徴が認められた。全測定周波数

Water Resour. Res., 16, 574–582., 2) Bao et al.(1994): Microwaveの結果の一例として Fig.3 に示した 190 MHz のε’dielectric measurements of erythrocyte suspensions, BiophysicalJournal, 66(6), 2173-2180., 3) 伊藤ら(2022): 時間領域測定を活は，θとともに Topp 式に沿って増大した(Fig.3)。併

用したデジタル土壌水分・電気伝導度センサーの性能評価,

記した 50 MHz のε’は，190 MHz のそれと比して水文・水資源学会誌, 35(4), 279-287.

Topp 式に対するばらつきが大きかったものの，この周波数を含む全測定周波数において，見かけの誘電率測定に基づく TDR/TDT 等の商用センサの結果 3)と共通する結果が得られた。
全周波数の ε’に基づいて θ の測定精度を比較したところ，先述の 190 MHz の精度が最良であった。豊浦砂のような粗大な粒子からなる土壌の場
合，粘土質土壌と違い，各 θ における ε’の周波数依存性は小さいと考えられ，先述のε’-θのデータセットが Topp 式近傍に分布した事実がその証拠である。ただし，ε’から算出したθの RMSE は，周波数によって大きく異なり，190 MHz において最Fig.2 実験装置の模式図

良(0.026 m3m-3)であり，デジタル TDR/TDT セン
サによるθの測定精度 3)と概ね同程度の水準である。一方，他の周波数における RMSE は，190
MHz のそれよりも大きく，周波数による測定精度の差異が顕著となった。S11 パラメータ測定に基づ
く本法では，測定精度は，周波数に加え，センサの物理形状や校正法に依存する。低周波帯の精度向上には，出力信号の増幅や長いプローブに変更するなどしてダイナミックレンジを上げること
により，また，高周波帯でも同様にして S/N 比を上

Fig.3 複素誘電率の実数部(ε’)と体積含水率(θ )の関係

げたりプローブを小型化または同軸型に変更した
りすること等の改良が有効であると考える。
4. おわりに
周波数可変機能を実装した土壌水分センサ
を用いて， θ の異なる豊浦砂の水分測定実験を行った。その結果，どの周波数においても，Topp
式に概ね沿ったε’-θ 関係が得られたものの，その精度は周波数によって異なり，190 MHz において最良となった。今後は，広範な周波数帯で高精度測定が可能となるよう，校正法の再検討とセンサ

Fig.4 異なる周波数における RMSE

形状の改良を行う予定である。

43

P08
ランダムフォレスト回帰を利用した干拓地土壌の水分予測
Prediction of soil moisture in reclaimed land using Random forest regression
升田直希 1・平嶋雄太 2・宮本英揮 2
1 佐賀大学大学院農学研究科・2 佐賀大学農学部

要旨(Abstract)：
干拓地の農地環境データに基づき，ランダムフォレスト(RF)回帰アルゴリズムを活用した誘電率()予測モデルを構築し，6 時間後の表層土中のの予測を行った。降雨開始直後の数時間を除けば，比較的良好な精度での予測値を得られることが明らかとなった。
キーワード：機械学習，ランダムフォレスト回帰，土壌水分量，干拓地
Key words: Machine learning，Random forest regression，Soil moisture，Reclaimed land
1.はじめにリ・scikit-learn を利用したランダムフォレスト(以降，一般に，下層の高塩分濃度層からの塩分の遡RF と称す)回帰による予測モデルを，次の手順

上のリスクを抱える海成干拓地では，塩分とそで構築した。まず，学習用データからランダムに の輸送に関わる土中水の動態を把握し，それらおよび各説明変数のデータセットを抽出した。次を制御することが重要である。IoT 技術の発展に，  の平均値に対する の残差平方和が最小とに伴いビッグデータの収集が可能となった昨なるように説明変数の閾値を設け，それを境に 

今，データ駆動型の土壌水分量・塩分濃度予測のデータセットを 2 分割した。この操作を 2 分割後が可能になりつつある。本研究では，ランダムの各データセットにおいても実施し，さらに分割後

フォレスト回帰による表層土の水分予測を試の のデータ数が 1 つになるまで反復することで，み，その有効性を検討した。

階層構造を有する回帰木 4)を定めた(Fig.1)。一連

2.方法の手順を 100 反復し，得られた計 100 種の回帰木

長崎県農林技術開発センター・干拓営農研究(Tree1～Tree100)に検証用データの説明変数を

室 の 試 験 圃 場 の -5 cm に 水 平 に 埋 設 し た

代入することにより得られた～の平均値を求

TDR-315L センサ(Acclima)を用いて見かけの誘めた。ランダムにデータを抽出する RF 回帰では，電率()を，また，同一圃場内の気象観測システム

先述の予測を行うたびに異なる予測値が得られる。

を用いて気温(T)，相対湿度(RH)，風速(WS)，日

本研究では，各条件において予測値を 3 回算出

射量(I)，降水量(Pr)を，それぞれ 1 時間間隔で測し，それらの平均値をの予測値と定めた。検証用

定した。これらのデータに基づく繰り返し計算法 1)

データに対する予測値の R2 および RMSE に基づにより，降水量に基づき実効雨量(D)2)を算出した。
先行研究 3)を踏まえ， 2018 年 8 月 15 日～2020
年 12 月 31 日のデータを予測モデル構築のための学習用データ，2021 年 1 月 1 日～同年 12 月
31 日のデータを検証用データとそれぞれ定めた。
予測実施時刻を起点(K= P= 0)とし，P(本研究では P= 6)時間後のを目的変数，K(= 0，2，5，11，
17，23，35，47，71，95，119)時間前までの D，T，
RH，WS，I，DOY をそれぞれ説明変数と定めたう
えで(Fig.1)，計 11 種の予測モデルを構築した。
Fig.1 予測モデルの構築イメージ

Python 言語用のオープンソース機械学習ライブラ

44

Fig.2 -5 cm の誘電率()の測定値およびその予測値と降水量(Pr)の変化

Fig.3 -5 cm の誘電率()の測定値およびその予測値と実効雨量(D)の変化

き，予測モデルの精度を評価した。
3.結果と考察
降雨開始直後の数時間を除き，  の予測値は測定値と連動した。降雨時に測定値は上昇し，無降雨時に低下する一般的な変化が認められた(Fig.2)。一方，の予測値の一例として示した，予測実施時刻(K= 0)の気象データを説明変数とした場合の 6 時間後(P= 6)の予測値は，降雨時に上昇し，無降雨時に低下した(Fig.2)。類似した予
測値の変化は，全 K 条件に共通して認められ(図は割愛)，P = 6 では K = 71，すなわち，72 時間分
Fig.4 K と予測精度との関係の説明変数に基づく予測モデルの精度が最良であった(Fig.4)。

間を通して確認された(図は割愛)。降雨時および降雨開始直後の変化に着目すると，測定値が無降雨時の R2 および RMSE に基づき予測精度を上昇した数時間後に予測値が上昇した。測定値比較した結果，全 K 条件に共通して，無降雨時のは，D と概ね連動した上昇傾向を示したが(Fig.3)，

予測精度が高いことが判明した(Fig.4)。

予測値は D の上昇開始から約 6 時間後(例えば，5.おわりに

2/1 23:00)に上昇した(Fig.3)。予測値の上昇開始

降雨直後の数時間を除けば，RF 回帰を利用し時刻の遅延は，予測対象時刻の直前の P 時間分て，6 時間後のを比較的良好な精度で予測可能の D を説明変数として予測モデルに組み込むことであることが明らかになった。今後は，異なる P 条ができず，直近の降雨を予測結果に反映できな件における予測結果を検証し，RF 回帰による予いためである。類似した予測値の上昇開始時刻

測モデルの有効性と限界を評価する予定である。

の遅延は，降雨時に共通する事象として全期間

謝辞： 長崎県農林技術開発センター・干拓営農研究室の助力に認められた(図は割愛)。

を得て本研究を実施した。ここに記して謝意を表す。
参考文献： 1)升田ら(2022): 農業農村工学会九州沖縄支部大無降雨時に限定すれば，測定値に近い予測結会講演要旨集, 164-165.,

果が得られた。予測値の上昇の遅延が認められ

2)鈴木・小橋(1981): 砂防学会誌,

34(2): 16 - 24., 3) 平嶋ら(2020): 農業農村工学会論文集,

た降雨時と違い，無降雨時の予測値は測定値と88(1): I_21-I_28., 4) Trevor et al(2014): 統計的学習の基礎 デ

概ね同様の減少傾向を示し(Fig.3)，それは全期

ータマイニング・推論・予測, 共立出版.

45

P09
水田における経路別メタン放出と溶存メタン濃度の経時変化に関する研究
Time series of methane emissions via plant and ebullition and dissolved
methane concentration in paddy field
濱本昌一郎 1・鶴海遥嘉 2・小早川竜也 2・梶浦雅子 3・常田岳志 4・山﨑琢平 2・西村拓 2
1 北海道大学・2 東京大学・3 農研機構

農業情報研究センター・4 農研機構 農業環境研究部門
要旨(Abstract)

本研究では、茨城県水田圃場において経路別メタンフラックスおよび溶存メタン濃度の経時変化について調べた。水稲経由のメタンフラックスおよびバブル態メタンフラックスは、それぞれ生殖成長期と栄養成長期で最大値を示した。バブル態メタンフラックスは溶存メタン濃度と正の相関がみられ、水稲の通気組織が未発達である栄養成長期では、メタン生成の増加に伴いバブル態
メタンとして放出することが示唆された。
キーワード：水田、メタン、バブル噴出，溶存メタン濃度，モニタリング
Key words: Paddy field, Methane, Bubble ebullition, Dissolved methane concentration, Monitoring
各処理区のプロットサイズは縦 30 cm、横 50

1.はじめに水田では、嫌気条件下において微生物活動にcm で、合計 12 プロット（4 処理 3 反復）としよりメタンが生成され大気へと放出される。メた。圃場は移植から成熟期まで継続して湛水しタンは、水稲の通気組織を介する経路、土壌かた。気相率（バブル存在割合）測定のため、各ら田面水を介してバブル態として大気に放出

処理区につき深度 5 cm と 10 cm に土壌水分される経路、水に溶解したメタンが大気に拡散センサー（TEROS-12, Meter group）を設置し、する経路の三種類の経路で放出される。これまデータロガー（ZL6 Basic, Meter group）によで、水田からのメタン放出の大部分は主として

り 1 時間間隔で計測した。また、土壌水分セン

水稲を通して生じると考えられてきた。しかしサーと同一深度に採水管を設置し、後述のメタ

近年、分光法を用いたレーザーメタン計の導入

ンフラックス測定時に土壌溶液を回収し、ヘッにより、＜1 秒スケールでのメタン放出量の連ドスペース法により溶存メタン濃度を測定し続測定が可能となり、バブル態メタン放出の実た。

態が認識されつつある。そこで本研究では、水

メタンフラックス測定は、閉鎖式チャンバー

田から放出される経路別のメタンフラックス法を採用し、メタン濃度の測定にはポータブル

変動を明らかにすることを目的とし、稲わら施

ガス分析計 (G4301, Picarro Inc.)を用いた。経用の有無や、水稲の有無が、経路別メタンフラ

路別メタンフラックスは、Kajiura and Tokida

ックスおよび溶存メタン濃度に与える影響を（2021）によって提案された方法を用いて算調べた。

出した。測定期間は、2022 年 5 月 22 日から 8

２．実験方法月 27 日までで、栽培期間中計 13 回の測定を農研機構の谷和原水田圃場（茨城県つくばみ行った。

らい市）を対象とした。水稲作付の有無と稲藁同一圃場内で原位置ポット実験を行った。容

施用の有無を組み合わせ、計 4 処理区を設定し

積 3L のポットに、代掻き状態で現場土壌を充た（稲有藁有、稲有藁無、稲無藁有、稲無藁無）。

填し、各ポットに土壌水分センサーと採水管を

46

1 本ずつ埋設した。フラックス測定区と同様の4 条件で計 15 個のポットを作成し、水面下に位置するように田面に埋設した。生育ステージ
毎にポットを回収し、Tokida et al. (2013)の手法でポット内のバブル量およびメタンバブル
濃度、溶存メタン濃度を測定した。
３．結果および考察
溶存メタン濃度は栄養成長期でピークを示
図 1 溶存態メタン濃度の時系列変化

し、登熟期にかけて再度増加した（図 1）。稲藁有区では、特に栄養成長期で高い値を示した。
このことから、有機物投与によってメタン生成が栽培初期に盛んに行われたことが示唆された。水稲経由のメタンフラックスは生殖成長期
でピーク値を示した（図 2）。気相率は栄養成
長期で急増し、その後の変化は小さかったことから（結果非掲載）、生育に伴い水稲内の通気組織が発達し、水稲経由のメタン放出が生殖成

図 2 水稲経由のメタンフラックス

長期で最も盛んに行われたことが考えられた。
一方、登熟期では通気組織が劣化し、水稲経由のメタン放出が減少したと考えられる。バブル態のメタンフラックスは、栄養成長期に最も高く、生殖成長期で低い値で推移した後に、登熟期にかけて僅かに増加した（結果非掲載）。水
稲の通気組織が未熟である栄養成長期では、生成されたメタンがバブル態として放出されることが考えられた。また、図 3 に示すように、

図 3 バブル態メタンフラックスと溶存
メタン濃度の関係

溶存メタン濃度とバブル態メタンフラックスには正の相関がみられた。原位置ポット実験か

栄養成長期で最大値を示した。気相率（バブル

ら溶存メタン濃度とバブル態メタン濃度の間量）の増加に伴い溶存メタン濃度が増加したこの正の相関が確認できたことから、栄養成長期とから、通気組織が未熟な栄養成長期では主とのメタン生成増加に伴い高濃度のメタンバブ

してバブル態としてメタンが放出され、その後

ルが大気へと放出されたと考えられる。また、通気組織の発達に伴い生殖成長期で水稲経由

気相率とバブル態メタンフラックスの関係かのメタフラックスが増加したと考えられた。

ら、気相率 9%を超えるとバブル態メタンフラックスが増加することがわかった（結果非掲

謝辞：本研究は科研費 19K22921 の補助を受

載）
。

けた。

４．結論

参考文献：Kajiura and Tokida, J. Agr. Met.
77: 245-252, 2021. Tokida et al., Plant and

水稲経由のメタンフラックスおよびバブル

Soil 364: 131-143, 2013.

態メタンフラックスは、それぞれ生殖成長期と

47

P10
近赤外分光法による三重県の標高の異なる水田土中の可給態窒素の推定
Estimation of available nitrogen in paddy soil in Mie prefecture by NIR spectroscopy
東映里 1・名和将晃 1・渡辺晋生 11

三重大学生物資源学部
要旨(Abstract)：

水田土中の可給態窒素の推定を目指し，三重県の標高が異なる 24 地区 30 圃場の水田土の近赤外分光スペクトルに対して主成分回帰分析を行った。その結果，任意の地区の多数のデータに基づく検量式（Case 1）はその地区の可給態窒素の推定に有効でも他地区の可給態窒素の推定には適さないこと、少数であっても様々な地区のデータに基づく検量式（Case 2）であれば、ある程度汎用的に可給態窒素を推定できることが示唆された。
キーワード： 地力窒素，主成分回帰分析，近赤外線分光
Key words: soil nitrogen, principal component regression analysis, near infrared spectroscopy
水田土の窒素肥沃度の指標の 1 つ（NO3-N）、pH、CEC、交換性の Ca、Mg、K、に可給態窒素がある。従来の評価法では可給態

有効態の P と Si、TN、TC、CN 比、強熱減量

窒素の測定に 30℃4 週間の静置培養を要する。

（IL）、低水分領域の水分特性曲線、粒度組成

一方、農業のスマート化には、測定の省力化やをそれぞれ測定した。また、400～2500 nm の迅速化が必須である。ところで、近年、近赤外近赤外スペクトルを 0.5 nm 刻で近赤外分析計

分光法が食品分野で糖度や酸度等の品質評価

NIRS DS2500/F（FOSS）で測定した。そして、に実用化されている。これは対象に近赤外線を得られた近赤外スペクトルと土の可給態窒素

照射し、吸光スペクトルに基づき成分や品質をや各物理化学性との関係を主成分回帰で分析

迅速かつ非破壊で定量する方法である。しかしした。主成分回帰は scikit-learn 機械学習ライブ

土壌については全炭素・全窒素（TC・TN）やラリを用いて Python 3 で行った。また､検量式

CEC の定量の可能性が示唆されているものの、の評価に平均平方二乗誤差（RMSE）を用いた。

可給態窒素（AvN）については推定精度の高い

主成分回帰分析は 2 つの方針で行った。1 つは定量結果がほとんど示されていない。そこで、

大里の 102 試料のうち、81 試料を検量式作成

本研究では三重県各所の水田土を対象に近赤

データ（cal）に、21 試料を検量式評価データ

外分光法による可給態窒素の推定を試みた。

（val）に用い、作成した検量式で 2022 年採取

試料と方法

三重県津市から伊賀市にかけての他地区 6 圃場のデータ推定（est）を試みたのコシヒカリ栽培水田（標高 0 m～611 m）に（Case 1）。もう 1 つは大里の 7 圃場から 1 点

おいて、2022 年には 6 圃場で、2023 年には 23ずつと 2022 年採取の他地区 6 圃場の計 13 試料

圃場で、代掻き前にそれぞれ無作為に 5 地点以を検量式作成データ（cal）とし、大里の残り

上から作土を採取、混合し試料とした。また津95 試料のデータ（est）の推定を試みた（Case 2）。

市大里では、2021 年 9 月に 5 圃場から各水田

結果と考察

12 地点、2 圃場から代掻き前に 42 点の作土を量は、標高が高い水田の土ほど多かった。また、採取し、混合することなく試料とした。試料を気温は標高が高いほど低く、例えば、年平均気

風乾後、2 mm 篩通過分を用いて可給態窒素と温 T [℃]と IL [%]には IL = 22.8 – 1.02T の線形

ア ン モ ニ ア 態 窒 素 （ NH4-N ）、 硝 酸 態 窒 素

関係が見られた。

はじめに48

可給態窒素や TN、TC や強熱減

回帰分析では、最初に検量式作成データに対する主成分数と RMSE の関係を調べた（図 1）。

3の低下率が徐々に小さくなった。Case 2 では、主成分数が 8 以上で RMSE が急激に低下した。

RMSE

Case 1 では主成分数が 9、13、25 から RMSE

2
Case 11

そこで、可給態窒素の検量式作成に用いる主成Case 2

分数を Case 1 では 13、Case 2 では 8 とした。

00

同様に、各物理化学性についても検量式作成に

10

20

30

Number of principle components

用いる主成分数を求めた（表 1）。図 2 に Case 1

図1 主成分数の増加に伴うRMSE値の推移
RMSE with number of principle componentsの回帰結果を示す。検量式作成データに用いた
Estimated value (mg/100g)

81 試料中 61 試料については実測値と推定値の残差が 2 mg/100g 未満だった。また、検量式
評価データについては RMSE が 1.72 であり、21 試料中 15 試料については、実測値と推定値の残差が 2 mg/100g 未満だった。評価データを概ね推定できたといえる。一方、この検量式は
津市高野尾の試料を残差が 3.2 mg/100g で推定で き た も の の 、 伊 賀 市 森 寺 の 試 料 を 22.5

30

20

cal
val
est

10

0

0

10

20

30

Actual value (mg/100g)
図2 Case 1の検量式の性能評価
Performance of calibration formula (Case 1)

mg/100g 過大評価し、残りの 4 地区についても
10 mg/100g 程度過大評価した。1 地区の試料にEstimated value (mg/100g)

基づく検量式はその地区の試料の推定には有効でも、他の地区の推定には不適といえる。
図 3 に Case 2 の回帰結果を示す。検量式作成
データの RMSE は 0.90 であり、最大残差 1.64
mg/100g と良好な検量式が得られた。この検量式を津市大里の試料の推定に用いると、RMSE
が 3.45 となった。8 mg/100g 以上の大きな残差の試料が 95 試料中 3 試料あったが、87 試料の残差は 5 mg/100g 未満であり、さらに 53 試料
は 2 mg/100g 未満と、可給態窒素量をある程度推定できたとみなせる。更なる精度の向上には、

30

20

10

0

cal
est
0

10

RMSE を示す。Case 1 の検量式の評価データでは、NO3-N、pH、CEC、交換性 Ca、Mg の RMSE
は可給態窒素よりも小さく、概ね推定できた。
一方、他地区の推定にはいずれの項目も RMSE
が大きく不適だった。Case 2 では、多くの項目

Case 1
AvN
NH4-N
NO3-N
TC
TN
pH
CEC
P
Ca
K
Mg

49

Case 2

#

cal

val

13
15
11
9
7
14
19
27
12
22
16

2.13
0.67
1.86
2.55
2.09
1.09
1.15
1.19
1.56
1.58
1.53

1.72 11.60
5.00 25.38
1.68 32.63
2.37 13.99
2.51 12.87
1.12 45.13
1.61 13.48
3.00 134.99
1.34 36.80
2.93 65.61
1.63 42.25#：主成分数
val：検量式評価データの RMSE は可給態窒素と同程度だった。

30

表1 各物理化学性についての主成分数とRMSE
Number of principle component and RMSE

作成データを増やす必要があると考えられる。
表 1 に、その他の物理化学性を推定した際の20

Actual value (mg/100g)
図3 Case 2の検量式の性能評価
Performance of calibration formula (Case 2)

est

＃
8
8
7
12
8
9
10
3
7
7
9

cal

est

0.89
1.57
0.88
0.24
1.21
1.55
0.27
1.52
2.28
2.11
2.17

3.45
8.73
2.30
3.91
3.34
3.16
8.33
3.70
3.30
3.05
3.64

cal：検量式作成データ
est：推定データ

P11
重力変化に伴う粗粒多孔質体中の透水係数の変化
Varieties of saturated hydraulic conductivity of Coarse porous media withgravity reduction
佐藤直人 1・丸尾裕一 2・野川健人 2・人見晋貴 2・伊東雄樹 3・西田亮也 4・登尾浩助 1
1 明治大学農学部・2 明治大学大学院農学研究科・3 大林組技術研究所・4 株式会社 TOWING

要旨(Abstract)：

宇宙空間における土耕栽培の実現には，低重力下における培地中の水分挙動を予測することが重要である。透水係数の重力依存性を明らかにするため，落下塔により作出した微小重力下において飽和透水試験を実施した。粒径が均一な豊浦砂の飽和透水係数は重力に依存しなかった一方で，粒径にばらつきのある焼結多孔体の飽和透水係数は重力の減少に伴って低下した。
キーワード：

透水係数，微小重力，落下塔

Key words: Hydraulic conductivity, Microgravity, Drop tower
1.はじめに

月や火星，宇宙船内などの宇宙空間で農業を実現するためには，低重力下における多孔質体
培地中の水分挙動を予測することが重要である。微小重力（µG）下において多孔質体中の浸潤速度が地球重力（1G）下よりも低下すること

図 1 飽和透水試験装置

が 報 告 さ れ て お り （ Yendler et al., 1997;

後，水平に設置して，ダイヤフラムポンプ

Mohamed et al., 2002），1G 下で収集した透（DSA-2F-12W，電装産業）を用いて通水した。

水係数や水分特性曲線などの情報のみを使用

円筒カラムの上流側と下流側にそれぞれ圧力

して µG 下の水分移動を推定することは困難

センサー（PSE564-02，SMC）を接続し，圧力である。そこで本研究では，落下塔により作出差を計測した。実験装置を図 1 に示す。

した µG 下において飽和透水試験を実施し，透水係数の重力依存性について検討を行なった。

実験装置を落下カプセルに搭載後，通水を開始し，圧力差が安定した後，自由落下させた。
重力加速度は加速度センサー（MMA7361，

2.方法

Freescale Semiconductor）で測定した。

µG 環 境 は ， 北 海 道 赤 平 市 に あ る 落 下 塔（COSMOTORRE, HASTIC）を用いて作出し3.結果た。COSMOTORRE は 50 m の高さから実験落下開始の 3 秒前から着地後までの圧力差装置を内包したカプセルを自由落下させるこおよび重力レベルの変化を図 2 に示す。重力レとにより，2.5 秒の µG 環境を作出することがベルは落下開始の瞬間に１G から µG に変化可能な実験塔である。

した。豊浦砂の圧力差は重力に依存せず一定だ

飽和透水係数は Heinse et al.（2005）の方った。豊浦砂の飽和透水係数は重力に依存しな法に則り測定を行なった。豊浦砂および焼結多孔体を円筒カラム（内径 24 mm，
長さ 140 mm）に振動を加えながら密に充填した。試料を飽和50かったと考えられる。一方で焼結多孔体の圧力差は，µG 下において徐々に増加した。Darcy

の式（宮崎ら，2005）より，上流と下流の圧力差は透水係数に反比例する。したがって，焼結多孔体の透水係数は µG 下において徐々に低下したと考えられる。
4.考察

焼結多孔体の透水係数が µG 下において低下した原因について，このような時間経過に伴う浸透不良の原因は，微細粒子の移動による目詰まり（Tebebu et al., 2013）や，間隙内気泡の移動（八幡，1955）によって説明される。
Heinse et al.（2005）は疎に充填した多孔質体の飽和透水係数は低重力下で低下したことを報告した。また，Reddi et al.（2005）は重力の低下に伴う粒子の移動が多孔質体の水理特性に影響を与える可能性を指摘した。本研究で用いた豊浦砂は平均粒径が 0.1 mm の土壌で

図 2 試料上流側と下流側の圧力差: a)豊浦
砂，b) 焼結多孔体あり，また粒径が均一であったのに対して，焼Heinse, R., Humphries, S.D., Mace, R.W., Steinberg, S.L.,

結多孔体は豊浦砂より大きな粒子を含み，粒径

Tuller,も不均一であった。したがって，焼結多孔体のM.,

Newman,

R.M.

and

Or,

D.

(2005):

Measurement of porous media hydraulic properties
during parabolic flight induced microgravity. SAE

粗大粒子間には可動性の細粒子が存在したとTechnical Paper: 2005-01-2950, doi:10.4271/2005-01-

考えられる。水平に設置したカラム内の細粒子

2950.
Mohamed, A.M.O., Antia, H.E. and Gosine, R.G. (2002):

は，1G 下では鉛直下方向に加速度が作用してWater flow in unsaturated soils in microgravity

いるために摩擦による拘束力が働いていたと

environment.

考えられる。ところが µG 下では鉛直下向きのgeoenvironmental engineering. 128(10): 814-823, doi:

Journalofgeotechnicaland

10.1061/(ASCE)1090-0241(2002)128:10(814)

拘束から解放された細粒子が浮遊するため，流Reddi, L.N., Xiao, M. and Steinberg, S.L. (2005):
Discontinuous

水によって下流側に移動して，下流付近の間隙

pore

fluid

distribution

under

microgravity-KC-135 flight investigations. Soil Sci. Soc.

を詰まらせた可能性がある。このような粒径分

Am. J., 69(3): 593-598, doi: 10.2136/sssaj2004.0157.
Tebebu, T., Baver, C., Stoof, C. and Steenhuis, T. (2013):

布の違いが，飽和透水係数の重力依存性に影響

Visualizing clogging up of soil pores in the tropicalを与えると考えられる。

degraded soils and their impact on green waterproductivity. NBDC Technical Report.
Yendler, B. S., Webbon, B., Podolski, I. and Bula, R. J.

5.謝辞(1996): Capillary movement of liquid in granular beds inmicrogravity. Advances in Space Research. 18(4): pp. 233-

本研究は株式会社大林組からの受託研究に

237, doi: 10.1016/0273-1177(95)00882-F.

より行なった。本研究は北海道宇宙科学技術創宮崎毅, 長谷川 周一, 粕渕 辰昭(2005): 土壌物理学, pp.

138. 朝倉書店, 東京.

成センター（HASTIC）ならびに株式会社植松

八幡電機の支援を受けて行なった。ここに記して謝敏雄(1955): 土壌透水係数の時間的変化について（第１報）空隙内の気泡の影響. 農業土木研究, 22(6): 27-36,
doi: 10.11408/jjsidre1929.22.509

意を表します。

参考文献等

51

P12
飽和多孔質媒体におけるイオン強度がコロイドの移動挙動に及ぼす影響
Ionic strength effect on colloid movement behavior in a saturated porous media
Zhou Yang, Shoichi Hamamoto, Takuhei Yamasaki and Taku Nishimura,
Graduate School of Agricultural and Life Science, The University of Tokyo, JAPAN
Abstract: This study examined the effect of ionic strength (IS) on the deposition behavior of 2 μm latex
microspheres in a saturated porous media composed of 0.4 mm glass beads, using a sequential washingtechnique in the column breakthrough experiment. As IS increased, the mobile fraction of colloids decreased
while the reversible, straining, and irreversible fractions of colloids increased. Moreover, with higher IS
values, more colloids were deposited near the layer of the column inlet.

Keywords: Colloid, Glass Beads, deposition mechanism, BTC, Deposition profile
2. Material and methods

1. Introduction

In recent decades, there has been a growing focus

Carboxylate microspheres with a diameter of 2

on the movement behavior of colloids in the

micrometers were employed as model colloids.

environment, owing to their unique characteristics,

Colloids were dispersed in a pH 8 NaCl solution of

For example, a large surface area and good stability.

1, 50, 75, and 100 mM to be a 20 mg kg-1 solution.

These properties have been associated with the

NaCl solutions matching IS, and pH wereenhanced or inhibited transport of contaminants in

prepared as the background solution.

soil environments. Among the various factors, theThe porous media consisted of soda lime glass

influence of ionic strength (IS) on colloid mobility

beads (GB) with a sphere diameter of 0.4 mm. The

stands out as particularly significant. Shen et al.

GBs were sequentially cleaned with 2% Extran(2007) demonstrated that higher IS leads to a

(Merck), 2% RBS35(Sigma-Aldrich), 1 M HNO3,

reduced fraction of mobile colloids in the column

and 1 M NaOH.

experiments but to an increased fraction ofreversible and straining colloids. In addition,
Bradford et al. (2007) reported that IS profoundly
affects the colloid deposition profile, with higher IS
resulting in a more pronounced exponential shapewith column depth.

Figure1. Setup of the breakthrough experimentSoda-lime glass beads are often used as porous

Colloid

breakthroughexperiments

weremedia. Their simple structure enables us to

conducted, as shown in Figure 1. The mobile andeffectively investigate the colloid interaction withreversible colloid was determined by sequentiallysmooth and homogeneously charged surfaces under

injecting 4.5 PV colloid solution, 3 PV colloid-freedifferent conditions. However, how IS affects

solution, and 5.5 PV 0.4mM NaHCO3 solution at a

colloids in the saturated porous media composed of

constant 0.00163 cm s-1 flow rate by a pump.

glass beads was still rare. This study explored how

Mobile and reversible colloids are calculated by theionic strength affects colloid deposition in asum of multiplying each colloid concentration andsaturated porous medium composed of glass beads.

volume sample. After the experiment, the column

52was dissected by each 2 cm layer, and the strained

and chemical mechanisms. Weakly associatedcolloids were washed with 0.4 mM NaHCO3

colloids resulting by high IS were strained at thesolution. The amounts of strained colloids at

grain-to-grain contact angle of porous media, asdifferent depths were calculated. Irreversible

Bradford et al. (2007) discussed. Furthermore, thecolloids were calculated by the difference between

colloid deposition profile highly depended on thethe total colloids and the sum of mobile, reversible,

solution's IS, where more colloids strained near theand strained colloids.

layer close to the column inlet under high IS
conditions.

Figure 2. Colloid BTC under different IS conditions

3. Result and discussion

Figure 3. Colloid deposition profile with dimensionless depth

Ionic strength had a remarkable effect on colloid

The irreversible deposition of colloids increased

movement. In the breakthrough curve (BTC) results,

from less than 1% to 8.8% as the ionic strength (IS)as the ionic strength (IS) increased, the mobile

increased from 1mM to 100mM. However, thisfraction of colloids decreased (Phase 1). However,increase was insignificant compared to that of

the reversible colloids increased after introducing

reversible and strained colloids. It could be

0.4 mM NaHCO3 and exhibited a clear peak during

attributed to the fact that the surface of glass beads

Phase 2. The total amount of mobile and reversible

is smooth. In addition, thorough cleaning resulted incolloids is presented in Table 1. The reversible

minimal surface charge heterogeneities. Both offraction of colloids is due to the detachment ofthese factors are not conducive to the irreversible

colloids from the solid-water interface (SWI) of

deposition of colloids.

porous media after introducing 0.4 mM NaHCO3. A

4. Conclusion

similar result was also published by Shen et al.

The IS of the background solution affected(2007).

mobile, reversible, straining, and irreversible

Table 1. Percentage of Colloid Movement Behavior Exhibited byfraction colloids in soda lime glass-based saturated

Various Deposition Mechanisms.

porous media. IS impacted the shape of the colloid
deposition profile by affecting the straining fraction

IS(mM)

MobileReversible

Straining

Irreversible

1

97.8%

<1%

1.4%

<1%

of colloids.

50

80.6%

12.6%

6%

<1%

Shen C , Baoguo L I , Huang Y ,et al.Kinetics of coupled primary-

75

47.0%

34.5%

10.1%

8.4%

and secondary-minimum deposition of colloids under unfavorable

100

35.6%

41%

14.5%

8.8%

chemical conditions.[J]. Environmental Science & Technology,
2007, 41(20):6976-6982.DOI:10.1021/es070210c.

Strained colloids increased from 1.4% to 14.5%
as the ionic strength (IS) increased from 1 to 100

Bradford S A, Torkzaban S, Walker S L . Coupling of physical andmM (Table 1). This phenomenon can be explained

chemical mechanisms of colloid straining in saturated porousby colloid straining resulting by coupling physicalmedia[J].Water

Research,

2007,

3024.DOI:10.1016/j.watres.2007.03.030.

5341(13):3012-

P13
アロフェンへの無機態・有機態リン酸の吸着機構の解明
Mechanism of phosphate/phytate adsorption on allophane
中島 翼 1・橋本洋平 1
1 東京農工大学

BASE

要旨(Abstract)

アロフェン質黒ボク土の主成分として含まれるアロフェンは，Si/Al 比の違いや鉄置換などの多様な構造が存在する。本研究では，アロフェンの構造の違いが無機態および有機態リン酸の吸着に及ぼす影響を，分光分析を用いて解明することを目的とした。吸着等温線の結果から，Si/Al
比の低いアロフェンは，低濃度領域で特にリン酸の吸着量が増加することが明らかになった。ア
ロフェンへのリン酸の吸着反応は，擬二次反応速度式に従っていることが明らかになった。
キーワード：アロフェン，吸着等温線，反応速度式

Key words: allophane, adsorption isotherm, sorption kinetics
2. 材料および方法

1.はじめにアロフェンは，アロフェン質黒ボク土で典型

アロフェンは，Ohashi et al. (2002)を参考に Si的にみられる鉱物であり，小孔をもつ 3〜5 nmと Al のモル比を変えて，Al-mid (Si/Al=1)，Al-の中空球状構造を単位粒子とする。土壌中のア

rich (Si/Al=0.5)の 2 種類を水熱合成した。

ロフェンは，
鉄置換や幅広い Si/Al 組成比など，

吸着等温線：遠沈管にアロフェンを秤量し，多様な構造が存在する。アロフェンのリン酸吸固液比 1:1000 となるように，0〜3 mmol/L リン

着量は，構造内の Si/Al 比や pH によって変化

酸二水素カリウム水溶液またはフィチン酸カする(Abdalla Elsheikh et al., 2009)。また，アロリウム水溶液を添加した。pH 6，25℃の条件でフェンに吸着したリン酸は，一部が表面沈殿を40 時間振とうし，アロフェンにリン酸を吸着形成することが推定されている。さらに，堆肥させた(n=2)。遠心分離後，上澄み液中のリン酸などに含まれる有機態リン酸もアロフェンに濃度をモリブデンブルー法で定量した。フィチ

吸着すると考えられている。肥料の水溶性リンン酸吸着試料は，酸による全分解で無機化した酸の吸着・沈殿形成や有機態リン酸の吸着は，後に同法で定量した。吸着量を Freundlich モデ

肥料の作物利用効率の低下や水域の富栄養化

ルに回帰し，吸着等温線を作成した。

など，食料・地球環境問題に影響を与える。

反応速度実験：反応槽にアロフェンを秤量し本研究では，アロフェンの組成の違いによっ

0.2 mmol/L リン酸二水素カリウム水溶液を固て無機態リン酸(リン酸二水素カリウム：

液比 1:2000 の条件で添加した。pH 6，25℃のKH2PO4)および有機態リン酸(フィチン酸カリ

条件で撹拌し，1〜1440 分後の溶液を採取した

ウム myo-inositol hexakisphosphate：K2IHP)の吸(n=1)。ろ液中のリン酸濃度をモリブデンブル

着量と蓄積機構が変化するという仮説を立て

ー法で定量した。吸着量を擬一次反応速度式おた。この仮説を検証するために，組成の異なる

よび擬二次反応速度式に回帰した。

合成アロフェンを用いたリン酸の吸着実験と，
X 線分光分析や固体 NMR などの分光分析による化学形態の解析を実施した。

𝑑𝑞!
= 𝑘" (𝑞# − 𝑞! )"𝑑𝑡
qe：平衡時の吸着量(mg/g)，qt：t 分後の吸着量(mg/g)，k2:反応速度定数(g/(mg min))54

違いによって，リン酸およびフィチン酸の吸着量は変化することが明らかになった。特に，低3. 結果および考察

吸着等温線：各アロフェンの無機態リン酸お濃度領域では，Si/Al 比の低いアロフェンで吸よびフィチン酸の吸着等温線を図 1 に示す。そ

着量が増加した。無機態リン酸と有機態リン酸

れぞれの吸着等温線は，Freundlich 型吸着等温

では，吸着等温線の形状が異なることから，蓄2式で回帰できた（リン酸：R >0.98，フィチン酸：積機構も異なる可能性が考えられる。また，反R2>0.94）。溶液中のリン酸が低濃度の領域では，

応速度式から，アロフェンへのリン酸の吸着反Al-rich アロフェンが Al-mid アロフェンよりも応は，主に擬二次反応速度式に従って進行する

リン酸とフィチン酸を多量に吸着した。一方で，ことが明らかになった。

リン酸が高濃度の領域になると，アロフェンの土壌中では Si/Al 比の異なるアロフェンおよ

Si/Al 比の違いによるリン酸吸着量の差は小さ

び化学形態の異なるリン酸が存在することか

くなり，フィチン酸吸着試料では Al-mid アロら，アロフェン質黒ボク土におけるリン酸の蓄

フェンの吸着量が Al-rich アロフェンよりも多積機構を解明するためには，アロフェンの構造くなった。無機態リン酸はフィチン酸よりも低やリン酸の種類による吸着量の違いを考慮す

濃度領域での吸着量が多かった。

ることが必要になると考えられる。

反応速度実験：各アロフェンの無機態リン酸
160(mg-PO4/g)の反応速度実験の結果を図 2 に示す。すべての条件において，擬一次反応速度式よりも擬二次

吸着量

反応速度式で高い R2 値を示した。反応槽にリン酸を添加後，30 分以内に吸着反応が急速に進み，1440 分以内に反応が見かけ上平衡に達した。
平衡時のリン酸吸着量の 69〜92%が，
180

120
80
40

Al-rich_PO4

Al-mid_PO4

Al-rich_IHP

Al-mid_IHP00

分以内に吸着した。反応開始直後は溶液中のリ

100

200

300

400

平衡濃度 (mg-PO4/L)

ン酸濃度が高く，アロフェン中の吸着部位の空きが多いため，急速に表面吸着反応が生じた。

図 1. 各アロフェンへのリン酸およびフィチン酸吸着量とFreundlich モデルに回帰した吸着等温線

pH が低くなると，初期反応速度 h は 2 倍以上に増加した。また，反応速度定数 k2 と平衡時
吸着量 qe も，pH の低下に伴って増加した。pHの低下によりアロフェンの Al-OH2+ 基が増加することで，溶液中のリン酸 H2PO4−との反応が促進したと考えられる。Si/Al 比の高い Almid アロフェンは，同じ pH 条件の Al-rich アロ
フェンより qe が大きくなった。また，k2 は約 2

図 2. 各アロフェンのリン酸吸着量の経時変化と擬二次反応
速度式の定数(k2:速度定数，qe:平衡時のリン酸吸着量，h:初期
吸着速度)倍，h は約 2.5 倍に増加したことから，アロフ
ェンの Si/Al 比が低下するとリン酸が減少する

参考文献

ことが考えられる。

Abdalla Elsheikh M. et al. (2009), Effect of Si/Al ratio of allophaneon competitive adsorption of phosphate and Oxalate.
International Journal of Soil Science, 4(1), 1-13.
Ohashi et al. (2002), Synthetic allophane from high-concentration
solutions: nanoengineering of the porous solid. Clay Minerals,
37, 451-456.

4. まとめ

吸着等温線の結果から，アロフェンの構造の

55

P14
排水対策を実施したソバ栽培圃場の土壌中の水分変動
Observation of soil moisture in buckwheat cultivated paddy fields with drainage
measures中野恵子 1・渕山律子 1・藤原洋介 2・神山拓也 3・竹島亮馬 1・小林省吾 4・島武男 1・村上隼 3・原貴洋 1
1 農研機構・2 株式会社そば研・3 宇都宮大学・4 井関農機株式会社

要旨(Abstract)
田作ソバの収量向上を目指して営農的に実施できる排水対策（高畝、明渠、カットドレーン）
を総合的に実施したほ場において、水分の観測と耕盤の飽和透水係数の測定をおこなった。耕盤
水分が高い場合に作土中の水分も飽和に到達しやすいこと、湿害リスクが高いとされた谷地では耕盤の透水係数に寄らず水分が高く維持され、低平地に比べて作土中の水が排水されにくいことが示された。
キーワード：湿害、飽和透水係数、地形Key words: moisture damage, saturated hydraulic conductivity, topography
として、地表から深さ 5 cm, 10cm, 耕盤（区1.はじめにソバは極めて湿害に弱い作物で、水田で栽培によって異なる）の土壌水分（Meter 社製 EC5、する場合には、排水対策が重要となる。基盤整2021 年実施）を観測し（泉沢地区は 2 筆）、ま備による本暗渠施工とは別に、生産者が実施でた、耕盤の不撹乱土壌を採取（三輪地区は 2021，

きる排水対策は複数あり、現場では、水田とし泉沢地区は 2022 年実施）して飽和透水係数をて再び利用する可能性、作業効率、土壌タイプ、測定した。

地形も併せて考慮して対策を選択していくと

3.結果と考察考えられる。ここでは、湿害リスクが高い地区（１）土壌水分の変動と低い地区それぞれに排水対策を実施してソ

土壌中の水分変動の例を図１に、地区・対策

バ栽培期間の土壌中の水分変動を観測し、そのごとの特徴を表１に示した。耕盤の水分は、高特徴を明らかにしようとした。

く維持される場合と降雨後数日で低下する場

2.方法

合に大別された。また、耕盤の水分が高いとき

秋田県雄勝郡羽後町にある農業生産法人株に降雨があると作土全体が飽和状態に到達し式会社そば研は、約 3000 筆（地目：田）を超やすい様子が観測された（泉沢、一部三輪無対える圃場でソバ栽培を行っている。管理ほ場は策区）。

羽後町東部の低平地と西部の谷地に広く分布

ソバ生育期間全体をみると、三輪地区は作土しており、谷地で特に湿害リスクが高いことが内の水分が無対策区に比べて対策区で低い傾指摘されている（島ら、2023）。2021 年にほ向があったが、ソバ収量に明瞭な差はなかった。

場半分に、明渠（地表排水）、カットドレーン

一方、泉沢地区の作土水分は、必ずしも対策区（圃場外まで牽引、土中排水）を施工した上に、で低くなかったが、ソバ収量には差があり、無高畝播種（種子近傍からの排水）を実施したほ対策区で低かった。泉沢地区では、播種場を三輪地区（低平地）、泉沢地区（谷地）に（2021/6/22）後まもなく強雨（2021/6/24、それぞれ 3 筆ずつ設けた。未実施部分を対照区

17mm/20 分）があり、無対策区では湛水が観

56

0.6

体積含水率*(w/w)

三輪-対策有

0.5

0.4
0.3
0.2
0.1
0

0.3

0.2
0.1

0

センサー設置位置

深さ 5cm

体積含水率*(w/w)

0.4

図1

0.4
0.3
0.2

泉沢-対策有0.1
00.6

三輪-対策無0.5

2021/6/26
2021/6/28
2021/7/1
2021/7/3
2021/7/5
2021/7/8
2021/7/10
2021/7/12
2021/7/15
2021/7/17
2021/7/19
2021/7/22
2021/7/24
2021/7/26
2021/7/29
2021/7/31
2021/8/2
2021/8/5
2021/8/7
2021/8/9
2021/8/12
2021/8/14
2021/8/16
2021/8/19
2021/8/21

体積含水率*(w/w)

0.6

0.5

0.5

0.4
0.3

0.2

泉沢-対策無0.1

02021/6/25
2021/6/27
2021/6/30
2021/7/2
2021/7/4
2021/7/7
2021/7/9
2021/7/11
2021/7/14
2021/7/16
2021/7/19
2021/7/21
2021/7/23
2021/7/26
2021/7/28
2021/7/30
2021/8/2
2021/8/4
2021/8/7
2021/8/9
2021/8/11
2021/8/14
2021/8/16
2021/8/18
2021/8/21

体積含水率*(w/w)

0.6

深さ 10cm

耕盤

三輪地区（低平地）および泉沢地区（谷地）の水分変動の例*Meter社EC5センサーによる観測値

表1 土壌水分の変動と排水対策、ソバ収量の関係
地形

対策 高水分での停滞発生
作土上部

谷地
低平地

耕盤上

対策の効果

耕盤水分の
変動パターン

ソバ収量*

水分変動

（kg/10a)
✟

有

有

有

高

強雨時の湛水回避

無

有

有

高

有

無

無

降雨時のみ高無無

一部有

降雨時のみ高

17.2
3.3

作土乾燥

30.7
29.6

*3筆の平均。品種：階上早生。✟水分の観測値なし。観察による。

察された。出芽が阻害された可能性があった。

高水分で推移）。三輪地区は、耕盤の飽和透水

排水対策は、強雨時の湛水回避には貢献したと係数が小さくなるほど高水分が維持される傾考えられた。

向があった。泉沢地区は、いずれもゼロに近く、（２）耕盤の飽和透水係数と土壌水分の関係

同じ飽和透水係数であっても三輪地区で期待

耕盤水分の変動について、降雨後の耕盤水分できるほどの水分低下は起きず、高水分が維持の低下割合（＝（飽和水分－飽和に達する降雨された。谷地であることから、土壌元来の下層

後 5 日目の水分）／飽和水分）を算出し、高水への水の浸透能力と排水対策の効果を超えた分状態の継続性を判定した（ゼロに近いと長く水の流入があると推察された。
4.おわりに

降雨後の耕盤水分の低下度

1
三輪対策区
泉沢対策区

0.8

三輪無対策区
泉沢無対策区

湿害リスクが高い谷地では、複数の排水対策を組み合わせても作土の乾燥が進む様子は認

0.6

められなかった。ただし、強雨時など部分的には、対策により過湿状況を回避し、ソバの収量

0.4

確保につながったとみられた。実施した対策の0.2

個別効果については今後の検討課題である。

0
1.E-09

1.E-08

1.E-07

1.E-06

1.E-05

本研究は、農林水産省委託プロジェクト研究「畑作物生産の安定・省力化に向けた湿害、雑草害対策技術の開発」
JPJ007964 の補助を受けて行った。
参考文献等
島ら、2022、農土論集、91 (1), I_99-I_111

1.E-04

耕盤の飽和透水係数(m/s)

図２ 耕盤の降雨後の水分低下度と飽和透水係数の関係

57

P15
風乾土壌が毛管上昇によって濡れる過程についての質量および静電気的測定
Mass and Electrostatic measurements of air-dried soil wetting by capillary rise
深田耕太郎
島根大学学術研究院
要旨
乾燥した土が水を吸い上げる現象は毛管上昇として知られている。しかし，土壌における毛管上昇の過程を詳細に調べる実験についてはあまり知らない。本研究では，まさ土を用いて，試料の質量と，試料を平行板コンデンサーに仕立てたときの静電容量の 2 点から，毛管上昇を調べた。
結果，質量と静電容量の経時変化はともに，毛管上昇の過程をよく表した。毛管上昇開始時における変化が最も急激であり，より詳細に調べるには，1 秒以下の時間分解能が必要である。
キーワード：まさ土，毛細管現象，静電容量
Key words: decomposed granite soil, capillarity, capacitance1.はじめに区別して測定しなければならない。この測定を乾燥した土壌は水をよく吸収する。これは毛試料に給水しながら行うのは少々難しい。そこ

細管現象として知られている。例えば土壌の透で本研究では，風乾状態のまさ土が毛管上昇に水性を調べる実験では，採取した試料や充填しより濡れる過程を，試料の質量の変化，および，た試料を，水を張ったバットなどに置いておく。

試料を平行板コンデンサーにした時の静電容

すると，水が土の中に入り，数日で水分飽和に量の変化として記録することを試みた。

近い状態になる。これを私たちは，毛管上昇や2.実験方法内径 46 mm，高さ 100 mm（体積 166 cm3）

毛管飽和などと呼んでいる。
毛管上昇は土壌が示す特徴的な性質で，かつの透明アクリル円筒容器の中に，含水比 9%に身近な現象と言える。しかし，毛管上昇を調べ調整したまさ土を充填した。これを 70℃のオ

る実験，つまり，土壌が毛管上昇により濡れてーブンで 3 日かけて乾燥させ，さらに 1 日室いく過程を調べる実験はそこまで身近には感内に放置した。これでほぼ風乾状態となった。

じられない。例えば土壌の教科書では，毛管上

幅 1.5 cm，長さ 9 cm のアルミテープを 2 枚

昇高さや Jurin の法則を説明する際に，理想的用意し，円筒容器の側面外側に 2 枚が向かい合な毛細管の図が使われている。しかし，実際のうように貼り付けた。これで平行板コンデンサ

土壌を用いた上昇高さや濡れの速度の測定例

ーの 2 枚の極板とした。試料内が濡れると，コなどはほとんど見ない。一方で，微小径の管やンデンサー内に水が侵入する形となり，誘電率

繊維を利用した毛管上昇の実験は物性試験との増加により静電容量が増加することが期待して行われているようである。

できる。
極板を試料より 1 cm 短くすることで，毛管上昇を調べる実験が土壌に対してあま試料の下側に 1 cm の余白を残した。これは，り行われない理由は，おそらく実験方法が確立

試料が濡れるときに，極板同士が水を介して通されていないからである。毛管上昇の様子を，電するのを防ぐためである。アルミ極板を CV

土壌試料の中に入った水の質量の時間変化とコンバータ（エヌエフ回路設計ブロック，

して表す場合，試料の底面を水と接触させた状

CV-242M3）につなぎ，これにより静電容量か態で，試料の外にある水と試料内に入った水をら変換された電圧値をデジタルマルチメータ

58

（エヌエフ回路設計ブロック，DM2571）で測を十分大きくすることで，水位の変動を小さく定した。2.5 秒間隔で測定し，PC に記録した。

することが考えられる。また，毛管上昇開始時

試料の底面にナイロンメッシュを被せ，土壌の急激な変化を捉えるためには，質量測定を１が落ちないようにした。試料を空中で支えなが秒以下の分解能で行う必要があると感じた。

ら，支えも含めて全体の質量を測定できるよう，

静電容量は，毛管上昇の前後で 0.159 nF か

アクリル板を組み合わせた治具を作った。毛管ら 0.164 nF まで増加した。実験開始時に若干上昇のときは，試料の底面から水を供給するたの不安定な変動を示したが，その後は安定してめ，水を入れた容器を試料の下側に置く。この増加しつづけた。そして，約 12 分で最大に達とき，治具を利用することで，水と水を受けてし，それ以降は一定値を示した。この変化の傾いる容器の質量は質量計にカウントされない。

向は，質量の測定結果と同様に，前述の観察結ただし，試料は 1~3 mm だけ水に沈んでいる

果とよく一致している。

ので浮力が生じる。そこで，できるだけ水受け

質量と静電容量の結果を比較してみると，毛の水面高さを維持して，質量測定への影響が小管上昇開始直後の数値の増加速度は，質量測定

さくなるように，マリオット管を利用した。質の方が若干大きいようである。その理由はよく量の測定結果を 5 秒間隔でロガーに記録した。

分からないが，毛管上昇開始時には，極板の外3.結果と考察側から極板内部に向かって水が侵入するため，試料の乾燥密度は 1.69 g/cm3，風乾試料の体極板内部を水分が上昇するときよりも静電容

積含水率は 1.6%だった。風乾試料の底面が水量への影響が小さい可能性がある。また，静電に触れた瞬間，水が土壌中を上昇しはじめた。

容量は質量の結果とは異なり，実験の後半で減濡れ前線が最初の 1 cm を上昇する時間は感覚

少しなかった。よって質量測定の結果からは，的に一瞬である。濡れ前線は速度を落としなが試料から水が抜けたように見えるが，実際にはらも上昇を続け，高さ 5 cm 以降ではほぼ等速水が抜けたわけではなく，質量の減少は測定シで上昇しているように見えた。約 15 分で試料

ステムに原因があると推測した。

高さまで上昇し，試料上側の表面が濡れていく

以上より，簡単な工夫によって，毛管上昇をのが見えた。毛管上昇終了後の試料の体積含水

試料の質量の変化や静電容量の変化として調率は 27%だった。

べられることが分かった。静電容量の測定には，試料の質量と静電容量の経時変化を Fig.1

電気測定の装置が必要であるが，システム全体に示す。質量は，毛管上昇開始時に急激に増加で見てみると，質量の測定よりも単純で扱いやし，徐々に速度を落としながら増加を続け，15

すい。毛管上昇の実験に役立つだろう。

分程度で約 40 g 増加し，最大に達した。この

460

傾向は実験の観察結果と一致している。質量が静電容量（nF）

最大値に達してから測定を終了するまでの 15分間で質量は約 1 g 減少した。その理由はおそらく，マリオット管による給水に時間の遅れが

440

0.162

質量（g）

0.164

420

0.160

静電容量

あるためである。毛管上昇終了後に遅れて行わ

質量
0.158

れた給水により，湛水面が上昇し，試料が水に4000

沈んで浮力が発生したためと考えられる。試料

5

10
15
20
経過時間（分）25

30

Fig.1 風乾状態から毛管上昇により水を吸い上げ
るまさ土の質量と静電容量の経時変化の質量をこれ以上正確に把握するには，何か別の工夫が必要である。例えば，水受けの断面積

59

P16
排水口の開閉が籾殻暗渠の排水・除塩性能に及ぼす影響－数値実験による評価－
Effect of opening and closing a effluent outlet on drainage and salt removal
performance of rice husk underdrainage system－Evaluation by numerical experiments－
犬持智 1・猪迫耕二 2・齊藤忠臣 2 ・増永二之 3
1 鳥取大学大学院連合農学研究科・2 鳥取大学農学部・3 島根大学生物資源科学部

要旨(Abstract)
本研究では籾殻暗渠システム（RHUS）における暗渠排水口の開閉が排水および除塩性能に与える影響について評価するため，HYDRUS-3D を用いて数値実験を行った。その結果，暗渠排水口を常時開放した条件と一時的に開放した条件で最終的な積算排水量および排出塩量は同程度の値を示しており，明確な差はないことがわかった。
キーワード：HYDRUS，暗渠排水，除塩，リーチング
Key words: HYDRUS, Underdrain, Desalinization, Leaching
1.はじめに
13

埋戻土層

塩害発生農地の修復にはリーチングが一般

50
15

心土層

的であるが，低透水性土壌では十分な効果が得

15

籾殻層

られない。このような場合には暗渠敷設が有効cm

であるが経済的な理由から導入が困難な地域

50

も多い。

30

籾殻暗渠システム（RHUS）は本暗渠に籾殻cmのみを用いた安価な暗渠システムであり，上記
5のような地域への適用が期待される。一方で，排出口

その排水や除塩性能は十分に解明されていな
い。特に RHUS は本暗渠が籾殻のみで構成さ

図 1 計算領域れるため，浸出面が排出口のみとなり，その開渠として高さ 30 cm，幅 15 cm の籾殻層を設置

閉が暗渠内部の水分・溶質移動に影響を及ぼす

し，それ以外の領域は心土層とした（図 1）。

と思われる。その影響を明らかにすることは適籾殻層の下端には直径 5 cm の暗渠排出口を設切な管理法の確立のために必要といえる。そこけている。実験に使用する土壌は埴壌土で，土で本研究では， RHUS の暗渠排出口の開閉が壌水理モデルには van-Genuchten-Mualem の式

排水および除塩性能に与える影響について数を用いた。
土壌水分の初期条件は計算領域全体に-100

値実験による評価を試みた。

cm の圧力水頭を与えた。溶質の初期条件は籾

2.実験方法
本研究では数値実験に水分溶質移動プログ

殻層を 0 dS/m とし，それ以外の領域は 8 dS/m

ラムである HYDRUS-2D/3D を用いた。計算領（5 mg/cm³），とした。境界条件には上部境界

域は 50×50×13cm の土層とし，土層中央の上において給水時には一定圧力条件として-1 cm

端から 15 cm までを埋戻土層，その下に籾殻暗を与え，給水終了後には地表面蒸発なしとして60

ゼロフラックス条件とした。暗渠排水口は浸出

顕著な差はみられなかった。これは本研究にお条件とし，それ以外はゼロフラックス条件としける計算領域の奥行きが小さいため，籾殻層にた。本実験では実験開始から 12 時間の給水を流下した土壌水が暗渠排水口へと到達するの行った後に 12 時間の排水を行った。Case1 でに必要な時間が非常に短く，その結果，排水口

は，暗渠排水口を実験開始時から開放し，Case2の開閉による籾殻層の水分・溶質移動に与えるでは給水終了後に開放することとした。

影響も小さくなったためだと考えられる。

3.結果と考察

各層における塩量の時間変化を図 4 に示す。

図 2 に暗渠排水口からの積算排水量，図 3

心土層ではいずれの Case においても実験期間に積算排出塩量を示す。給水開始から 8 時間経を通してほとんど塩量が変化せず，心土層から過した時点で排水口を常時開放している Case1

埋戻土層や籾殻層への塩移動はなかったといで暗渠口からの排水が開始され，それに伴ってえる。一方，埋戻土層における塩量は実験開始

塩の排出も開始された。12 時間経過時点でから 8 時間程度でゼロに近い状態となっておCase1 では水分，塩ともに積算排出量の約 50 %り，給水によって籾殻層へと速やかに流下した。

に到達している。一方で，Case2 では給水が終実験開始から 13 時間経過した時点で両 Case

了する 12 時間経過後に排水口を開放するため，

ともに時間排水量が著しく低下しており，それ水分，塩ともに急激な排出が行われている。特に伴って排出塩量も低下した。そのため，最終に，開放後の 1 時間において積算の約 70 %に的には排出されずに一部の塩が残留すること相当する量の排出が行われた。ただし，最終的で籾殻層における塩量は増加した。

な積算排水量は実験終了時点において同程度70の値を示していた。また，塩排出量は Case1 に

60

おいてごくわずかに大きな値を示しているが，各層の塩量(g)50― Case13

積算排水量 (cm )

1500

1000

・
・
・Case2

30
20
10

500

0
0

― Case1(心土層)― Case1(埋戻土層)― Case1(籾殻層)― Case2(心土層)― Case2(埋戻土層)― Case2(籾殻層)

40

0

5

10
15
時間 (hour)

0

5

10

15

20

時間 (hour)20

図 4 各層における総塩量の時間変化

図 2 暗渠排水口からの積算排水量

4.まとめ
本研究では籾殻暗渠における暗渠排水口の開閉が排水および除塩性能に及ぼす影響につ

積算排出塩量 (g)4― Case1

3

いて評価した．最終的な積算排水量および排出・・・Case2

塩量は同程度の値を示した．今後は初期の水分2

量や塩分量の違いによる影響や計算領域を拡
10

大した上での影響について検討を進める．
0

5

10
15
時間 (hour)

謝辞：本研究の一部は鳥取大学 IPDRE の支援を受け20

た．ここに記して謝意を表す

図 3 暗渠排水口からの積算排出塩量

61

P17
給排水ポンプを用いた重量ライシメータ下端と外部の圧力制御
Pressure control between the lower end and external environment of
the weighing lysimeter using a water supply drainage pump
田嶋莉菜 1・Fadhil Noor2・徳本家康 11 佐賀大学農学部・2 佐賀大学農学研究科

要旨(Abstract)：
本研究では，圃場における下方浸透を測定するため，下方給排水システムを用いた重量ライ
シメータの構築を目指した。ライシメータ下端圧と外部テンシオメータの圧力制御により，下端に充填する珪砂の水分特性に合わせた給排水量の調整が可能となった。
キーワード：
Key words:

重量ライシメータ，圧力制御，水分移動

weighing lysimeter，pressure control，water flow

1．はじめに力幅を再現できるようにした。
2．(2) 圧力制御実験

重量ライシメータは圃場に埋設し，下部に電子天秤を設置することで，重量測定によっ

圧力制御実験では，ライシメータの下端部て貯留量や蒸発散量の計測が可能である。し分だけを用いて，hb を制御した。hout の調整にかし，従来の重量ライシメータは下端が閉鎖

は，定圧ポンプを用いて，外部テンシオメー

されているため，毛管上昇や下方への地下排タに一定の圧力を与えた。給排水制御の測定

水を再現できないという課題があった。本研

間隔は，10，15，30 秒の 3 パターンを設定し究では，給排水ポンプを用いて，ライシメー

た。ライシメータ下端の条件は，①下端上部

タ下端と外部の圧力が等しくなるような給排を大気に開放した蒸発条件， ② hout =-60～-

水制御システムの構築を試みた。

120cm（乾燥条件）および③hout =-20～-60cm

2．方法（湿潤条件）の圧力を段階的に変化させて，

2．(1)実験装置の概要

外部圧力に対して下端圧力が一致するか評価

Fig. 1 は本研究で作成した下端給排水システ

した。圧力幅は h =±10cm とし，hout が圧力幅

ムと重量ライシメータの概略図である。ライを超えたときに給排水ポンプが稼働するよう

シメータ下端にはポンプから給排水を行うポにした。また，重量ライシメータおよび給排

ーラスカップ 2 つとテンシオメータ 1 つを設

水タンクの給排水量を電子天秤で求めた。

置し，フィルターの役目を果たす珪砂を均一

給排水ポンプ5cmに充填した。重量ライシメータ下端と給排水

TDR

MPS-2
テンシオメータ

タンクの下端には電子天秤を設置し，ライシ

25cm

メータ内の水収支を把握できる。外部圧力45cm(hout)の測定には，テンシオメータを利用した。

外
部
テ
ン
シ
オ
メ
│
タ

排
水

80cm

給排水システムの制御では，Campbell 社製の給水

データロガー (CR1000X) を用いて，下端圧力(hb)が外部圧力と等しくなるように給排水を行

給排水用ポーラス 下端テンシオメータ
カップい，ライシメータ下端において外部圧力±圧

定圧ポンプ

Fig. 1 重量ライシメータの概略図

62

給排水タンク10

3．結果・考察-10h (cm)

3．(1) 定圧制御下における蒸発実験
Fig. 2 には，定圧ポンプで hout = -20 cm を与えた条件において，珪砂中で実測した hb の経-30時変化の例を示す。圧力の制御幅には±10cm-50を与え，給排水制御の測定間隔を 30 秒とした。

設定圧力
改善前

しかし，給排水量が多く，圧力幅内に制御不

改善

-70

能だった。この改善策として，給排水は一度

0に 15 秒までとし，給排水後は 15 秒のクール

Fig. 2

タイムを設けた。Fig. 2 には改善後のデータも

1

2

0.4

併記した。改善後には設定圧力幅において制

4

0.4

θ

御が可能となった。4 時間における蒸発実験

3time (hr)hout =-20cm の条件における hb の経時変化

0.3θ (cm³ cm⁻³)において，ポンプの稼働時間は常時稼働していた状態から約 7 分に短縮できた。
3．(2) 湿潤条件における多段階給排水実験

0.35
1

10
h

0.2

0.1

100

VG model

給排水量による hb の制御には，珪砂の水分obs

特性が大きく影響する(Fig. 3)。圃場容水量よ0
1

りも湿潤な水分条件では，hb の調整に給排水

10

100

1000

10000

h (cm)

Fig. 3 珪砂の水分特性曲線

量の把握は重要と考えられた。そこで，次に，
hout =-20～-60cm の条件において連続的に圧力10を切り替えた測定例を示す（Fig. 4）。給排水

外部圧

(a)

下端圧

(a)

-10

は 10 秒および 15 秒とし，給排水後は 15 秒の
h (cm)

クールタイムを設けた。hout =-20 cm と‐60 ㎝に交互に切り替えた条件でも， hb を圧力幅 h =

-30
-50

±10cm に制御することができた（Fig. 4a）。
Fig. 4b には圧力制御におけるライシメータ下-70端の質量変化量および体積含水率の変化量の0.05

経時変化を示す。本研究で利用した給排水ポ

0.04

整が行えれば，湿潤な水分条件を再現できる

0.03

Δw (g)

ンプにより，15 秒間隔で 10g ほどの給排水調と考えられた。
今後は TDR によるライシメータ内の水分測

0.02

0.01

定と太陽光パネルによる電源の確保をおこな

0っていく予定である。

0

1

2

3

4

謝 辞 ： 本 研 究 は ， JSPS( 課 題 番 号 : 23K05448 ，time (hr)Fig. 4 圧力制御実験：hout =-20，-60cm に

23H02326)の助成を受けたものである。ここに感謝

おける hb の経時変化(a)，ライシメータへします。

の給排水量及びΔθの換算値(b)63Δθ (cm³ cm⁻³)

(b)

P18
サツマイモ圃場におけるリビングマルチの有無による土壌の保水性変化
The changes of water holding capacity depending on the presence of living mulch
in sweet potato fields
西脇淳子 1・小関拓也 2・浅木直美 3
1 東京農工大学

大学院農学研究院・2 元 茨城大学 農学部・3 茨城大学 農学部
要旨(Abstract)

ビニルマルチによる環境負荷の代替策として、近年リビングマルチによる地表面の被覆が注目されている。リビングマルチの利点としては、土壌侵食防止や土壌への炭素・窒素の投入などが挙げられる。本研究ではリビングマルチの有無によって土壌の保水性がどのように変化するかを室内保水性試験によって調べた。その結果、リビングマルチ導入区と非導入区での保水性の経時変化に若干の差がある傾向が確認され、根の生長による土壌構造の変化によると考えられた。
テーマ：土壌物理研究の最前線 Trend in Soil Physics
キーワード：土壌の保水性、リビングマルチ、オオムギ
Key words : water holding capacity、Living mulch、barley
２．方法

1.はじめに
日本は降水量が多く、急峻な地形上の農地も茨城大学農学部附属国際フィールドセンタ

多いことから、畑地においては土壌の侵食が発ー内のサツマイモ栽培畑地圃場にリビングマ

生する可能性が高い。このような土壌侵食が懸

ルチ導入区と非導入区をそれぞれ 3 反復で設念される圃場では、水食対策としてカバークロ定した。各区の広さは縦 10 m×横 3 m で合計 6

ップやリビングマルチなどの植物等による地区であり、リビングマルチとしてオオムギ（て1）

表面の被覆等が推進されている 。カバークロ

まいらず）を用いた。

ップやリビングマルチは、土壌表面の被覆を行

圃場の耕起前後、サツマイモ収穫直後に土壌うだけでなく、その成長過程にともない、土壌

コアサンプルを採取し、室内における保水性試の間隙構造を変化させる。著者らは、リビング

験（砂柱法と加圧板法）を行った。土壌コアはマルチを導入したサツマイモ栽培圃場におい100 cm3 容のステンレス製円筒容器にて、各プて現場浸潤試験を行うことで、サツマイモ生育

ロット 20 cm の深さまでサンプリングした。

期における透水性の低下と収穫期における透水性の向上を確認し、その理由として、リビン

３．結果と考察

グマルチの根の生育による土壌圧縮と根の枯耕起後（6 月）に、リビングマルチ導入区で死によるマクロポアの形成を推察した 2)。

は深さごとの保水性の違いは明白ではなかっ

本発表では、現場採取土壌試料を用いて室内た（Fig.1a）が、非導入区では深さ 15-20cm でにて測定した保水性の試験結果に関して、既往高い保水性を示した（Fig.1c）。収穫直後（10の透水性試験結果と組み合わせ、リビングマル

月）には、全処理区で、深度の増加とともに保チ導入圃場の土壌間隙構造変化への影響を議

水性が高くなる傾向が見られた（Fig.1b、d）。

論する。

64

リビングマルチ導入区の深さ 0-5cm と5-10cm（Fig.1a、b）、非導入区の深さ 10-15cm（Fig.1c、d）で、6 月と 10 月に 5%水準で有意差が見られた。特に導入区では差が大きく、土壌間隙構造変化による保水性の減少が推察された。この結果は浸潤試験の結果 2)と逆であり、透水性の減少と保水性の向上、透水性の向上と保水性の減少が対となる、一般的な保水・透水の直感的予想と合致した。したがって、保水性の面からも、リビングマルチの根の生育に伴う夏場の土壌の圧縮と根の枯死による収穫期のマクロポアの形成が生じていたことが予想された。
ただし、処理区間の有意差は確認されなかったことから、根の生育と間隙構造変化が、保水性にどの程度影響するのか、今後詳細に検討していく必要がある。
４．おわりにリビングマルチ導入区と非導入区での土壌の保水性には、若干の経時変化の差がある傾向が確認されたが、統計的に有意な差ではなかった。しかし、この差は透水性の時間変化と対応させると土壌間隙構造変化をよりよく説明することができる可能性を含んでいた。今後は、
土壌コアサンプルの画像処理などを通して、土壌間隙構造の解析を継続していく。
5. 引用文献
1)茨城県 HP

土壌の侵食軽減対策の実施 13

https://www.pref.ibaraki.jp/nourinsuisan/sansin/ec
o/tokusai-files/documents/kihan-13.pdf （ 参 照
2023-10-5）2) Junko Nishiwaki et al.

(2023)

Changes insoil hydraulic conductivity in sweet potato field

Fig.1 保水性試験結果

with living mulch、 Agricultural & Environmentala) リビングマルチ導入区 6 月、b) 導入区 10 月、Lettersc) 非導入区 6 月、d) 非導入区 10 月

65

P19
手取川流砂系における漂砂の色変化
Changes in Color of Drift Sand Released from The Tedori River
蜜澤岳1・百瀬年彦2
1石川県立大学大学院自然人間共生科学専攻・2石川県立大学環境科学科

要旨(Abstract)
近年、石川県の千里浜では海岸侵食が顕著となっている。この原因を明らかにするためには千里浜へ供給される砂の移動に関する情報を蓄積することが重要となる。そこで本研究では、沿岸域から採取した砂の赤黄色強度の違いから、砂浜への砂供給について考察した。
キーワード：石川県, 漂砂, 沿岸域, L*a*b*色空間, 鉄さび
Key words: Ishikawa prefecture, drift sand, coastal area, L*a*b* color space, iron rust
1.はじめに石川県白山市に位置する手取川の河口から能登半島へ向けて砂浜海岸が連続する。これらの砂浜は手取川から日本海へ流出した土砂が沿岸に堆積することで形成したことから、この土砂移動の場は手取川流砂系と呼ばれる。しかし近年、手取川流砂系では砂浜変形が顕在化しており、手取川流砂系の末端に位置する千里浜
海岸では海岸侵食が顕著となっている。有効な
侵食対策を考えるためには、千里浜を含む手取川流砂系の漂砂移動に関する情報を得ることが重要課題である。
これまでに蜜澤ら（2022）は手取川流砂系に堆積する砂の色を分析し、漂砂移動方向の推定に取り組んだ。手取川中流域から手取川河口
そして能登方向へと続く延長約95kmの河川

図 1. 主なサンプリング地点

砂と汀線砂の色を、L*a*b*色空間上で数値化
し、a*値（赤成分の強さ）とb*値（黄成分のき（能登方向）であることが推定された。

強さ）で比較した。その結果、a*値とb*値はこのように、砂の色測定は漂砂移動を把握す

手取川では河口付近で急激に増加し、汀線ではるのに有効な手法と言える。本研究では春と秋

手取川から離れるほど増加傾向にあることをの砂浜汀線の砂と、海域の砂の赤黄色強度の違明らかにした。さらに、この砂の赤黄色化は無いから、砂浜への砂供給について考察した。

色鉱物が鉄さびに被覆されることで生じることもまた明らかにした。鉄さびが砂丘や砂浜の2.方法

ような、塩水と空気に接する環境下で時間とと調査地域には手取川の河口を起点（0km）ともに生成することを踏まえると、手取川流砂系

して、柴垣海岸（58km）までの沿岸域を設定

における沿岸漂砂の移動方向は大局的に北向した。砂採 取は砂 浜汀線 では2022年10月と66

2023年3月に、海域では岸から水深15mまでの加した。32km以北では、春は距離に応じた増範囲で2022年9-11月に実施した（図1）。

加傾向を示したが秋は横ばいに推移した。

砂は実験室で洗浄後乾燥させ、粒度試験を行

海域の砂のC*値を図3に示す。0-21kmまでった。砂を150-212µmに粒度調整し、磁選しは汀線のような増加傾向は見られなかったが、たものを色測定用試料とした。これらの色を測

21-32kmで増加した。32km以北は横ばいに推色計によってL*a*b*色空間上で数値化し、彩移し、汀線より低い値を維持していた。

度（C*）を次式（1）で求めた。このときa*値は赤成分の強さ、b*値は黄成分の強さを示す

4.考察
汀線の砂の C*値が 0-15km において順次増ため、C*値は赤黄色成分の強さを意味する。
C* = {(a*)2+(b*)2}1/2…(1)

加したことから、手取川由来の砂は海域を北方
向 へ 移 動 する こ と が示 唆 され た 。 しか し 、

3.結果

20km に位置する金沢港が 20km 以北への砂移(1) 粒度試験

動を制限している可能性がある。15-21km で

汀線では粒径150µm以上の砂が主体で、千急激に C*値が増加するのは、21km 地点には里浜（46km）以北では150-212µmが主要粒径

C*値が低い新たな砂が供給されにくく、金沢であった。また、海域では水深が深くなるほど

港建設以前に供給された古い砂が集積してい細かい砂を含む割合が大きくなるものの、粒径るためと考えられた。

150-212µmの砂はどの地点でも確認できた。

海中で砂は空気と接しないため低い C*値を

(2) 色測定

維持していたと考えられる。砂は海が静穏な夏

各試料のa*値とb*値は直線関係で示された。

には沖から陸方向に運ばれやすいが、荒天が続

このことから、沿岸域の砂の色は赤成分と黄成

く冬には陸から沖方向に運ばれやすい。これら分が一定の割合である赤黄色方向に変化するを踏まえると、秋の 32km 以北の砂浜で距離ことが明らかになった。

に応じた増加が確認されなかったのは、夏に沖から C*値が低い砂が運搬・堆積したためと考汀線の砂のC*値を図2に示す。秋（2022年10月）、春（2023年3月）ともに0-15kmで距離にえられた。

応じた増加傾向を示し、15-21kmでは急激に増

図 2. 汀線の砂の C*値

図 3. 海域の砂の C*値

67

P20
地表面アルベド制御による将来的な地温上昇抑制効果の数値解析的評価
Numerical evaluation of reducing future soil temperature rises bycontrolling surface albedo.
鈴木拓実 1・小島悠揮 2・浅野珠里 1・坂井勝 3・加藤千尋 4・神谷浩二 2・Robert Horton5
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・3 三重大学大学院生物資源学研究科・4 弘前大学農学生命科学部・5Department of Agronomy, Iowa State University

要旨(Abstract)
地表面アルベドを制御することによる将来的な地温上昇抑制効果を数値解析的に評価した。アル
ベドの値を 0.1 から 0.7 まで変化させながら，岐阜県岐阜市と高山市の 80 年後の土壌水分量及び地温を HYDRUS-1D によって計算した。計算の結果，アルベドの増加に伴い地温上昇が抑制され，現在の地温を維持するためには地表面アルベドを 0.5 以上にする必要があることが分かった。
また，アルベドの増加は土壌の湿潤化をもたらすことも明らかとなった。アルベド制御の実施方
法や湿潤化の防止方法などの議論が今後必要である。
キーワード：アルベド，地温，土壌水分量，数値解析，将来予測
Key words: albedo, soil temperature, soil moisture, numerical study, future prediction
1.はじめに抑制のためのアルベド制御の有効性を数値解

近年，地球温暖化の影響が顕在化し，気温上析的手法に基づき評価することを目的とした。

昇や豪雨災害の激甚化が生じている。今後も気2.実験方法候変動は進行すると予想され，様々な分野で将来予測が行われている。Asano et al. (2023) は

対象地には，岐阜大学実験圃場と岐阜大学高

岐阜県平野部と山間部で地温が約 4 °C 上昇す山試験地を選択した。アルベド制御の有効性評ると示しており，この地温上昇による作物成長

価には土壌中の熱・物質移動計算ソフトウェア

阻害や生態系への影響が懸念される。またHYDRUS-1D を修正し，地表面アルベドを任意

Sabri et al. (2018) は地温を低下させることでマの値に固定する機能を追加したものを使用しレーシアでレタス栽培が可能になったと報告た。農研機構メッシュ農業気象データから，対しており，地温上昇を抑制する事が営農の持続

象地の 2012 年から 2021 年と 2091 年から 2100

において重要である可能性が示された。そこで

年の気象データ（最高気温，最低気温，日降水

本研究では将来的な地温上昇の抑制方法とし量，日射量，風速，湿度）を取得した。この時，て地表面のアルベド増加を検討する。

GCM には MIROC5 および MRI-CGCM3，温暖

アルベドとは地表に入射する太陽放射の反化ガス排出シナリオには RCP8.5 を採用した。

射率である。アルベドの増加により地中に流入

現在（2012 年から 2021 年）と将来（2091 年かする熱量を減少でき，地温上昇が抑制できるとら 2100 年）の地温と土壌水分量を，まずはア考えられる。また Davin et al. (2014) は畑地のルベドを固定せず，地表の土壌水分量に依存しアルベドを増加させると気温が低下することて変化する条件下で計算した。その後，アルベを示した。よって，アルベド増加は地温と気温

ドを 0.1，0.3，0.5，0.7 と変化させ，将来の地の両方を同時に低下させることができると考温，土壌水分量を再度計算し，アルベドを固定えられる。以上から本研究では将来の地温上昇していない場合の計算結果と比較した。なお，

68

雪の有無と融雪に伴う土壌への水分供給量の計算機能”Snow hydrology”機能を追加した．
3.結果と考察
10 cm 深度の日最高地温の月平均値を図１に40

Maximum soil temperature (°C)

高山試験地では冬季に積雪が見られるため，積

30

25

15

10
5
0
1

Maximum soil temperature (°C)

た。一方で高山試験地ではアルベドが 0.1 から
0.3，0.3 から 0.5 に増加した際には最高地温は1.0 °C 低下したが，アルベドが 0.5 から 0.7 に増加した時には地温が大きく低下し，最大で4.0 °C ほど低下した。また 6 月から 9 月の期間にアルベドが 0.5 から 0.7 に増加した際に土壌水分量が大きく増加し，0.1 m3 m-3 増加した。
高山試験地では冬季に積雪が見られ，日中の融雪による土中への水分供給とアルベドの増

8

9

10

11

12

8

9

10

11

12

(b)

25
20
15
10
5
0
-5
1

2

3

4

5

6

7

Soil water content (m3 m-3)

(a)

0.3

0.2
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Month

0.6

現在
将来
Albedo=0.1
Albedo=0.3
Albedo=0.5
Albedo=0.7

(b)
0.5

0.4

0.3
1

加による蒸発量の減少によって高い含水状態になったと考えられる。

7

0.4

Soil water content (m3 m-3)

m3 m-3 増加した。高山試験地では地温と同様

630の土壌水分量を示した。岐阜大学ではアルベドが 0.2 増加するのに伴い土壌水分量が 0.01

5

cm の日最高地温の月平均値抑制効果が大きく表れており，これは Davin et

図２にはアルベドの増加に伴う 10 cm 深度

4

図１ (a)岐阜大学と(b)高山試験地の深さ 10高い時期の方がアルベド増加による地温上昇

る必要があることが明らかとなった。

3

Month

と 10 月から 12 月の期間を比較すると地温がは，地表面のアルベドを 0.5 から 0.7 程度にす

2

Month

に伴い，最高地温が 1.2 °C から 2.0 °C 低下し験地の両地点で現在の地温を維持するために

現在
将来
Albedo=0.1
Albedo=0.3
Albedo=0.5
Albedo=0.720示す。岐阜大学ではアルベドが 0.2 増加するのal. (2014)と一致している。岐阜大学と高山試

(a)

35

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Month

図2

(a) 岐阜大学と(b)高山試験地の深さ 10cm の土壌水分量の月平均値

4.おわりにある。また土壌の湿潤化は湿害や地すべりの増

地温上昇抑制のための地表面アルベド制御

加などにつながると考えられる。そのため地温の有効性を数値解析によって評価した。アルベ上昇抑制のメリットとデメリットのトレード

ドの増加に伴い地温上昇が抑制されると同時

オフについても今後議論が必要である。

に土壌の湿潤化が生じた。現在の地温を維持す【謝辞】：農研機構メッシュ農業気象データのデータを使用した。岐阜大学流域圏科学研究センターよりデータの提供を受けた。JSPS 科研費若手研究 21K14940 の支援を受けた。
【引用文献】
Asano et al. 2023. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 1165, 012045;
Sabri et al. 2018. Microbes and Environments. 33(2): 144-150;
Davin et al. 2014. PNAS. 111(27): 9795-9761

るためにはアルベドを 0.5 以上にする必要があることが分かった。これは比較的大きな値であり，その実現方法については今後検討が必要で

69

P21
汚染履歴が異なる油汚染土壌の水理特性と土中油分存在形態との関連性評価

Assessment of the Relationship Between Hydraulic Properties of Oil-Contaminated Soils withDifferent Pollution Histories and the Presence of Oil Phases in Soil
谷川原龍之介 1・小島悠揮 2・濱本昌一郎 3・大竹豊 4・神谷浩二 2
1

岐阜大学大学院自然科学技術研究科（現・アジア航測）・2 岐阜大学工学部・3

北海道大学大学院農学研究院・4 東京大学大学院工学系研究科
要旨(Abstract)

油汚染発生時の体積含水率の違いによる間隙中の水－油－空気の三相分布とその土壌水理特性への影響を把握するため，初期含水率が異なる模擬汚染土を作成し，透水試験，保水性試験，せん断試験，CT スキャンによる内部観察を行った．透水試験では，乾燥状態の珪砂に油を混入させた試料は，湿潤状態の珪砂に混入させた試料より透水性が低下した．保水性試験では，乾燥状態の珪砂に油を混入させた試料の方が湿潤状態の珪砂に油を混入させた試料と比べ保水性が低下した．CT スキャンによって油汚染発生時の土壌中の水の有無によって，模擬汚染土の間隙中の三相分布に違いがみられた．
キーワード：油汚染土壌，汚染履歴，透水係数，水分特性曲線，X 線 CT
Key words: oil-contaminated soil, contamination histories, hydraulic conductivity, soil water
characteristics curve, X-ray computed tomography
1．はじめに

壌水理特性の変化を解明することを目的とし

近年，油や揮発性有機物による土壌汚染が問題た．目的の達成に向け油混入時の体積含水率がとなっており，効率的な浄化が求められている．

異なる模擬汚染土を用いて透水試験，保水性試

その実現のためには油汚染土壌中の水の移動

験，せん断試験，X 線 CT による内部観察を実を把握する必要がある．油汚染土壌の水理特性施した．

は間隙中にとどまった油によって変化するこ

2．実験方法とが分かっているが，Cui et al. (2003)は，汚染

模擬汚染土の作成には珪砂 6 号と，珪砂 9 号が発生した際の乾燥密度によって間隙中の水を用いた．試料の乾燥密度を珪砂 6 号は 1.40 g－油－空気の三相の分布傾向が変化すると推cm-3，珪砂 9 号は 1.35 g cm-3 に統一し各実験に測した．このような三相の分布傾向が変化する

用いた．油は安全性と揮発性の低さを考慮し，と，間隙中を移動する水の移動特性に影響を与

ナタネ油を使用した．実験に用いた模擬汚染土えると考えられる．Cui et al. (2003)は土壌の乾の初期含水率と油の体積分率を表 1 に示す．透燥密度に着目したが，油汚染が発生した際の土水試験は変水位透水試験を採用し，表 1 の汚染

壌水分量によっても間隙中の三相分布が変化

土 A~J を用いた．保水性試験は汚染土 A~F をする可能性がある．そこで本研究では，油汚染用いて土柱法を行った．内径 4.7 cm，高さ 5 cm

発生時の体積含水率の違いによる間隙中の水の円筒形のアクリルパイプ 20 個を鉛直方向に－油－空気の分布傾向の変化とそれによる土

重ねて固定し，高さ 1 m のカラムを作成した．

表1

模擬汚染土の水と油の体積分率

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

水 の 量 (%)

0

0

1

1

5

5

10

10

20

20

油 の 量 (%)

5

10

5

10

5

10

5

10

5

10

70

0.6

一面せん断試験は垂直力上面載荷，下箱稼働型

0.5

体積含水率 ( m3 m-3 )飽和-排水後の水分量より保水性を評価した．
で，直径 6 cm，高さ 2 cm，容積 57 cm3 のせん
断箱によって，汚染土 B，D， F を用いて実験を行った．X 線 CT は高さ 5 cm，内径 1 cm の

(a)

B

D
0.4
F
0.3

未汚染
0.2

0.1

アクリルカラムに珪砂 6 号の模擬汚染土 B，H00を充填し，CT Lab HX130（リガク）で撮影した．

0.6

3．結果と考察

0.5

した試料の透水係数は，体積含油率 5%と 10%の供試体でそれぞれ 0.024 cm s−1，0.015 cm s−1

6

8

10

8

10

0.4
0.3
B

0.2

D
0.1

だった．その一方で，湿潤状態の硅砂に油が混

4

マトリックポテンシャル (-kPa)(b)
体積含水率 ( m3 m−3 )透水試験の結果，乾燥状態の硅砂に油が混入

2

F
未汚染

0
0

入した試料は，体積含油率 5%と 10%でそれぞ

2

4

6

マトリックポテンシャル (-kPa)

図 1 土柱法で求めた水分特性曲線．それぞれ（a）
珪砂 6 号の体積含油率 10%（b）珪砂 9 号の体積含油率 10%の結果を示す．

れ 0.010~0.012 cm s−1，0.006~0.007 cm s−1 であり，透水係数は減少した．これは汚染履歴の違いによって水－油－空気の分布が異なったためと考えられる．乾燥状態の珪砂に油を添加した場合は油が微細間隙に侵入し水が粗間隙に存在する一方で，湿潤状態の珪砂に油が混入した場合は油が粗間隙に存在すると考えられる．
土中法で得た水分特性曲線を図１に示す．尚，
図中には測定された未汚染土の水分特性曲線

図 2 分節化した後の CT 画像．それぞれ（a）乾燥状態の珪砂に油を混入させた試料（b）湿潤状態の珪砂に油を混入させた試料の画像を示す．

も示した．汚染履歴の違いによって残留体積含水率が若干異なったものの，珪砂 6 号では水分混入させた試料に着目すると，水が大きい間隙特性曲線の形状に大きな変化は見られなかった．その一方で，珪砂 9 号の水分特性曲線は，に存在しており，油が微小間隙中や土粒子の表面に付着して存在していることが分かった．図

初期体積含水率 0%の汚染土と初期体積含水率2（b）の湿潤状態の珪砂に油を混入させた試料が 1～10%の汚染土において，顕著な違いが見では，油の多くが土粒子表面よりも間隙中央をられた．汚染土 B ではマトリックポテンシャ

埋めていることが確認できた．以上の結果は，

ルが−7.84 kPa を下回った辺りから体積含水率

透水試験，保水性試験の結果と一致している．

が増加した．これは自由水面から 85~90cm

4．おわりに（−8.33~8.92 kPa 相当）の高さに位置するカラ
ムで，土中水の連続性が途絶えたと推測される．

汚染履歴の違いによる間隙内三相分布の変化とそれが汚染土壌の水理特性に与える影響

また空気侵入値が他の試料と比べて大きくなを把握することができた．汚染発生から時間経っている．珪砂 9 号では土粒子表面に付着した油が土壌中の間隙を塞いでいる可能性がある．

過によっても間隙内三相分布が変化する可能性があるため，今後検証を行う必要がある．

撮影した CT 画像を，土粒子を黄色，水を青【引用文献】
Cui, Y. J., Delage, P. & Alzoghbi, P. 2003. Retention and transportof a hydrocarbon in a silt. Gèotechnique 53, No. 1 : 83-91

色，油を赤色，空気を黒色に分節化した画像を
図 2 に示す．図 2（a）の乾燥状態の珪砂に油を

71

P22
TDR を 用 い た 水 平 浸 潤 実 験 手 法 の 開 発
Development of horizontal infiltration experiment method with TDR
吉 岡 尚 寛 ¹・ 佐 藤 直 人 ¹・ 土 井 俊 弘 ²・ 登 尾 浩 助 ¹1 明治大学農学部

2 明治大学大学院農学研究科
要旨:

電 磁 波 の 伝 播 速 度 を 利 用 し て 土 壌 の 比 誘 電 率 か ら 土 壌 水 分 量 を 測 定 す る TDR 法 を 用 い て ,水平浸潤実験における浸潤前線の移動を追跡することが可能か調査した。カラムの側壁に取 り 付 け た TDR セ ン サ ー の 波 形 の 変 化 か ら 読 み 取 っ た 見 か け の 距 離 は 浸 潤 距 離 と 相 関 が あ
り ,TDR 法 に よ る 浸 潤 前 線 の 追 跡 は 可 能 で あ る こ と が 明 ら か に な っ た 。
キ ー ワ ー ド :TDR,豊 浦 砂 ,水 平 浸 潤
Keywords: TDR, Toyoura Sand, Horizontal infiltration
1． は じ め に箔テープをアクリルパイプの側壁に２箇TDR 法 は 電 磁 波 の 伝 播 速 度 を 利 用 し所 ,そ れ ぞ れ 18.5 cm の 長 さ で 貼 り 付 け たて ,土 壌 の 比 誘 電 率 か ら 土 壌 水 分 量 を 測(図 1a)。 TDR 装 置 に (TDR100,Campbell

定 す る 手 法 で あ る (登 尾 ,2003)。土 壌 の ソ

Scientific)接 続 す る 50Ω 同 軸 ケ ー ブ ル を ,ープティビティや不飽和透水係数を測定は ん だ を 用 い て 銅 箔 テ ー プ と 接 着 し ,通す る 手 法 で あ る 水 平 浸 潤 実 験 は ,従 来 浸

電確認を行った。

潤 前 線 を 目 視 で 確 認 し ,浸 潤 距 離 を 測 定

実 験 用 カ ラ ム に 乾 燥 密 度 1.61 g/cm³でしてきた。従来の方法では不飽和透水係

豊浦砂を充填した。浸潤溶液には蒸留水数を算出するための作業が煩雑であったを 使 用 し た 。 蒸 留 水 の 温 度 は 23.3 ℃ でた め ,本 研 究 で は ,TDR 法 を 用 い て 土 壌 中あった。浸潤溶液はマリオット管を用いの浸潤前線の追跡が可能か検討を行った。

て給水した。
実 験 用 カ ラ ム を 水 平 に 設 置 し ,水 源 と

2． 方 法試料の間に接続したシリンジを引いて空気 を 抜 き ,浸 潤 を 開 始 し た 。

実 験 は 室 温 を 24.0 ℃ に 設 定 し た 明 治
大学生田キャンパスの実験室内で行った。

浸 潤 距 離 を 目 視 で ,TDR 波 形 は デ ー タ

実 験 カ ラ ム は 長 さ 26 cm,内 径 2.4 cm のロ ガ ー（ CR1000,Campbell Scientific）で 記

アクリルパイプを用いて作成した（図録 し た 。ま た ,波 形 の 始 点 か ら 終 点 ま で の1(a),(b)）。

距 離 を 見 か け の 距 離（ 登 尾 ,2003）と し て

TDR セ ン サ ー の プ ロ ー ブ 部 分 と な る 銅記録した。

図 1.(a)実 験 用 カ ラ ム （ 横 面 ） (b)実 験 用 カ ラ ム （ 正 面 ）72

3.結 果 と 結 論
室 温 24 ℃ ,水 温 23.3 ℃ で あ っ た た め 、
水 の 密 度 は

0.997

g/cm ³ と し た(George,1975)。
経過時間と目視により測定した浸潤距離の関係を図 3 に示す。浸潤距離は時間の 経 過 と と も に 増 加 し た 。ま た ,浸 潤 距 離と TDR セ ン サ ー の 波 形 か ら 読 み 取 っ た
見 か け の 距 離 La’ に は 正 の 相 関 が あ っ

図 2.目 視 に よ り 測 定 し た 浸 潤 距 離 とた (図 4)。

経過時間の関係

TDR セ ン サ ー に よ り 取 得 し た 波 形 の ,浸潤過程における変化を図 5 に示す。時間の経過とともに反射点までの距離が増
加 し て お り ,TDR 法 を 用 い て 浸 潤 前 線 が前進する様子を測定できたことが分かった。
以 上 の こ と か ら ,TDR セ ン サ ー を 用 いて水平浸潤実験における浸潤前線の追跡

図 3.目 視 で 測 定 し た 浸 潤 距 離 と TDRが可能であることが分かった。

波形から読み取った見かけの距離

今回の実験ではプローブに用いた銅箔

La’ の 関 係

テープがカラムの間の粘着部分に砂が混
入 し て し ま う こ と や ,プ ロ ー ブ と 線 を 接続する部分が頻繁に破損してしまうという実験装置の問題が明らかになった。実験装置の改良が今後の課題である。
参考文献
登 尾 浩 助 (2003):実 践 TDR 法 活 用 -土 壌 中 の 水

図 4.TDR に よ り 取 得 し た 波 形 の 変 化

分 ・ 塩 分 量 の 同 時 測 定 -. 土 壌 の 物 理
性 ,93:57-65.
Kell, G.S. (1975): Density, Thermal Expansivity,
and Compressibility of Liquid Water from 0°
to 150°C: Correlations and Tables
Atmospheric
Reviewed

Pressure
andandExpressedforSaturation
on

1968

Temperature Scale . Journal of Chemical andEngineering Data, 20(1):97-105.

73

P23
可能蒸発散量と気象要素の 60 年間の推移
Potential Evapotranspiration and meteorological elements over 60 years
青木伸輔 1
1 香川大学農学部

要旨(Abstract)：

蒸発散は土壌水分・熱動態を明らかにする上で重要な要素であり，近年の気象災害においても重要視されている．ペンマン法による可能蒸発散量の推移を過去 60 年にわたって複数都市の気象台データから解析した．本研究では，（1）可能蒸発散量が増加傾向，（2）気温の可能蒸発散量への影響は北海道，本州・四国，沖縄の 3 つの集団，日照時間の影響は沖縄とそれ以外の集団に分布した．
キーワード：可能蒸発散量，ペンマン式，気候変動

Key words: Evapotranspiration, Penman equation, climate change
1.はじめに

地球上の水循環（降水，流出，蒸発）の過程の中で，蒸発散は土性や植物の種類などにより，複雑かつ重要な位置を占めている．気象災害への関心は気候変動への関心同様に高まっているが，ここでも蒸発散が重要であることが報告されるようになってきた．洪水は大雨前の土壌の乾燥程度が土への透水性に作用し，被害を大きくすることや，フラッシュ干ばつと呼ばれる急速な土壌の乾燥現象が該当する．蒸発散は土壌水分・熱動態を明らかにする上で重要だが，気温や降水量に注目が集まる中，蒸発散量の推移にはこれまであまり注目されてこなかった．
本研究では約 60 年の観測記録がある気象庁のFig. 1 解析対象地（札幌・つくば・新潟・岐
阜・高松・熊本・那覇）

データを使ってペンマン式による可能蒸発散
量𝐸𝑇! の推移を検討した．

気象要素の測定値は各気象台で 1961 年から

2.方法

2023 年 9 月までに観測された日データを用い

本研究で⽤いたペンマン式の計算は三浦とた．気象要素のうち，日照時間は 1986 年（岐奥野（1993a）に紹介された⼿順に倣って進め

阜のみ 1987 年）の 1 ⽉ 1 ⽇に測定計器が更新た．

され，測定基準も更新されたことから補正計算

∆
𝑅"
𝛾
𝐸𝑇! =
∙
+
∙ 𝑓 (𝑢# ) (𝑒$% − 𝑒% )
∆+𝛾 𝑙
∆+𝛾

を⾏った．旧式の日照時間の補正には三浦と奥野（1993b）に提案された⽅法で⾏った．アル𝑅!：純放射量，𝛾：乾湿計定数，∆：温度飽和水蒸気圧

ベドは 0.06 として計算した．

曲線の勾配，𝑙 ：水の蒸発潜熱，𝑓(𝑢" )：風速関数，

𝑒#$ , 𝑒$ ：飽和水蒸気圧と空気の水蒸気圧

74

3.結果

(1) 1961 年からの推移（高松の例）
1961 年を基準とし，1961 年からの各気象要素の推移を Fig. 2 に示した．降水量は基準年より少ない年が多く，年平均気温は増加傾向，
年平均湿度は減少傾向，年積算日照時間は降水量に応じた変化を示した．香川県高松市において可能蒸発散量は 1980 年以降増加傾向にあった．
(2) 可能蒸発散量と気象要素
すべての気象台の可能蒸発散量と各気象要素の関係を Fig. 3 に示した．観測地点ごとにFig. 2 1961 年から 2023 年 9 月までの高松
気象台の計測値と可能蒸発散量の 1961 年からの変化．上から年積算降水量，年平均気温，
年平均相対湿度，年積算日照時間，年積算蒸発散量と年平均気温（赤）．

みると，年平均気温および年積算日照時間の増加によって可能蒸発散量が線形に増加した．年
平均気温の変化による可能蒸発散量への影響
は北海道，本州・四国，沖縄の 3 つの集団に，
日照時間の影響は沖縄とそれ以外の異なる集から計算可能であり，計算も比較的容易なこと

団に分布した．平均風速が高い新潟と那覇気象から，学生の実習への題材にすることも検討し

台は海岸線から 3 km 以内と他の気象台より海ていきたい．

の近くに位置していたことが要因と考えられた．那覇を除いて，相対湿度が高い年は蒸発散

参考文献等
三浦健志・奥野 林太郎（1993a），ペンマン式の計算を容易にするための工夫と提案，農業土木学会論文集，164 号，p. 157-163．
三浦健志・奥野林太郎（1993b）, ペンマン式
による蒸発散位計算方法の詳細, 農業土木学会論文集，164 号，p. 165-170．
データの出展：気象庁ホームページ
https://www.data.jma.go.jp/obd/stats/etrn/index.php

量が低下する傾向にあった．那覇の関係だけをみれば，同様の結果が示された．
4.おわりに

ペンマン式から求めた可能蒸発散量は年平
均気温と同様に年々増加する傾向であった．今後はメッシュ農業気象データや衛星画像による地表面温度と組み合わせ，地域ごとの特徴を時空間で捉えることを目指したい．公開データ

Fig. 3 可能蒸発散量と計算に用いた気象要素および降水量の関係．気温，湿度，風速は年平
均，可能蒸発散量・日照時間・降水量は年積算値．

75

P24
ウンシュウミカン樹の葉の水ポテンシャルの実態および
葉面温度と土壌水分状態の関係
Actual leaf water potential and relationship between leaf surface
temperature and soil water conditions in Citrus unshiu cultivation
畑田 舞 1・中村公人 1・濱1

武英 1・Mohammad Abdul Kader 1, 2

京都大学大学院農学研究科・2 JSPS 外国人特別研究員

要旨(Abstract)：ウンシュウミカン栽培では，高品質化を意図して葉の水ポテンシャル（LWP）の好適域を意識した水管理が行われるものの，年によって好適域外となり，水管理に改善の余地があることがわかった。また，葉面温度の情報から灌水のタイミングと量を導くことを想定して，
葉面温度と土壌水分状態の関係性を検討した。その結果，水管理に留意が必要な期間に含まれる
5～9 月の無降雨日において，9～15 時の葉面温度と気温の差に有効土層内の土壌水分量との相関があることが認められた。
キーワード：

ウンシュウミカン，葉面温度，葉の水ポテンシャル，水管理

Key words: Citrus unshiu, leaf temperature, leaf water potential, irrigation management
1.はじめに

上に，測定対象領域に樹冠のみが入るように葉高品質ミカンの生産には，適度な水ストレス面温度計 SI-431（Apogee 社製）を設置した。

を一時的に果樹に与えることを組み込んだ，生2021 年 7 月 14 日から 2023 年 8 月 20 日までの育ステージに応じた適切な水管理を行うこと

期間中，葉の水ポテンシャル（以下，LWP）のが必要である。一般に農家は葉の巻き具合など測定を 24 回行った。プレッシャーチャンバー

目視の情報をもとに水ストレス状態を予想し法により計測した。測定は 10 時から日没直後て灌水のタイミングと量を経験的に決めていまで約 2 時間ごとに行った。2023 年度からはることが多い。灌水のタイミングと量を，より12 時と日没直後のみ測定した。

客観的な情報に基づいて，かつ園地内の空間的3.結果と考察なばらつきも含めて推定することができれば，(1) LWP と土壌の体積含水率の変化

ミカン品質の高度な均質化を期待できる。本研

図１に LWP の日変化を示す。12～15 時付近

究では，ドローンを用いることで広域に取得可

で最低値を取り，日没直後に最大値を示すこと

能な葉面温度に着目し，土壌水分量と土壌水分が多かった。図２に日没直後の LWP の変化と減少量を推定できるかを検討した。

ウンシュウミカンの好適 LWP 域（宮本ら，2.方法2009）を示す。2021 年はおよそ好適域内の LWP

調査圃場は和歌山県有田市内に位置する樹の値となっているが，2022，2023 年では好適域園地であり，マルチ・ドリップ灌漑が行われてより高く，湿潤側となっている。図３に深さごいる。ウンシュウミカン 1 本の樹冠下に土壌水との日平均体積含水率の変化を示す。7～10 月分センサーTEROS-11（METER 社製，
深さ 5 cm），に着目すると，8 月上旬に土壌水分量が高くな

GS-1（METER 社製，深さ 25，35，50 cm）をっている。果樹園の管理者によると，毎年この埋設した。調査樹横の気象観測装置 ATMOS-41

時期に灌水を行っており，時期ごとの好適（METER 社製）で日射量，降水量，気温，相LWP 域を意識した水管理が行われていること

対湿度，風速を測定した。また，調査樹の樹冠が確認できる。

76

図１

図５

LWP の日変化

9～15 時の積算日射量が 14～15 MJ/m2/6h である日における，9～15 時の平均 TL-TA と平均体積含水率の関係（5～9 月の無降雨日）

間は測定した全期間と 5～9 月の 2 通り，また，対象とする時間帯は 0～24 時，9～15 時，11～13 時の 3 通りとして，ある幅をもった日射量ごとに，規定の時間帯の平均 TL-TA と平均体積含水率の関係および規定の時間帯の平均
図２

TL-TA と 1 日の土壌水分減少量の関係を調べ

日没直後 LWP の変化と好適 LWP 域

た。なお，降雨日は除き，対象土層は有効土層（地表面から深さ 60 cm まで）とした。
その結果，5～9 月の無降雨日における，9～
15 時の平均 TL-TA と平均体積含水率との相関がみられた。相関の高い例として，日射量が 14～15 MJ/m2/6h のときを図５に示す。土壌水分減少量との相関は低かった。このように，TL図３

TA を用いて有効土層内の体積含水率の推定が

日平均体積含水率の変化できる可能性が示唆された。
4.おわりに実際の水管理では好適な LWP に維持されていない場合があり，水管理の改善の余地がある。
日射量に応じた TL-TA と土壌水分量の関係および LWP を再現できるような物理モデルの作成を通して，葉面温度から土壌水分状態を推定
図４

し，灌水情報提供に至る，より汎用的な手法を

日平均 TL-TA と日積算日射量の関係確立したい。

(2) 葉面温度と気温の差と土壌水分との関係

参考文献

植物の水ストレスと関係があるとされる「葉宮本久美，土居真純，中谷 章，山本浩之（2009）：早生ウン
シュウミカンの高品質・連年生産のための好適 LWP 域，園学研８（別１）：80．

面温度と気温の差」（以下，TL-TA）の日平均値と各種測定値との相関を調べたところ，図４に示すように，TL-TA は日射量の影響を強く受けることが示された。そこで，解析対象とする期

77

P25
粘土質転換畑の播種床に固有な土塊土壌の不飽和透水係数の測定
Measurement of unsaturated hydraulic conductivity in soil layer composed of clods
sampled from the seedbed of clayey rotational paddy field
松本宜大 1・吉田修一郎 2・岡部晶優 3・西田和弘 2
1

農研機構農村工学研究部門・2 東京大学大学院農学生命科学研究科・3 農林水産省
要旨(Abstract)

粘土質な転換畑では，耕うんによりセンチメートルスケールの土塊が形成される．土塊から成る土壌では，不飽和のとき，液状水は土塊間の接点しか通過できないため，その移動が制限される．しかし，土塊の大きさが土層の不飽和透水係数に及ぼす影響は明らかでない．本研究では，
粘土質転換畑で不攪乱土採取した，平均土塊径 2.2 cm と 1.7 cm の土壌の不飽和透水係数を，定常蒸発法により測定した．その結果，これらの土壌の不飽和透水係数には差が見られなかった．
キーワード：粘土質転換畑，耕うん，土塊，不飽和透水係数
Key words: Clayey rotational paddy field, Tillage, Clod (aggregate), Unsaturated hydraulic conductivity
1. はじめに換畑において採取し，平均土塊径は 1.7 cm で粘土質転換畑に固有な砕土不良な播種床であった．これらの転換畑は，農研機構中日本農は，耕うんで形成される土塊が大きいほど，播業研究センター上越研究拠点内に位置してい種期に土壌水分量が減少し（Matsumoto et al.

る．サンプリングは，直径 15.4 cm，高さ 9.7 cm

2023），畑作物の出芽・苗立ちに悪影響を及ぼの塩ビ管を用いて，3 つずつ行った．

す．筆者らは，その原因として，土塊が大きく

重量割合（%）

50 これらの転換畑は，農研機構中日本農あった．

なると，風によりガス（水蒸気）輸送がより強小土塊土壌（1.7 ± 0.2 cm）

40

業研究センター上越研究拠点内に位置してい大土塊土壌（2.2 ± 0.3 cm）

く促進されることを示した（Matsumoto et al.

30

る．サンプリングは，直径 15.4 cm，高さ 9.7 cm

2022）．一方で，土塊から成る土壌（土塊土壌）20の塩ビ管を用いて，3つずつ行った．
10

では，土塊間の接触面積が小さいために，液状

0

水の移動が制限されることも原因と考えられ<1

るが，土塊の大きさが土層の不飽和透水係数

1-2

2-3
3-4
土塊径（cm）

4-5>5

図 1 土塊径分布（kliq）に及ぼす影響は明らかでない．

エラーバーは標準偏差を表す（n = 3）．

本発表では，粘土質な転換畑で採取した，平平均土塊径を凡例の括弧内に示した（mean ± S. D.）．

均土塊径の異なる 2 種類の土壌（「大土塊土壌」
2.2. 水分特性曲線と「小土塊土壌」）の kliq を，定常蒸発法により別途採取した土塊を用いて，吸引法，加圧板測定した結果について報告する．

法，およびサイクロメータ法により，水分特性
2. 方法

曲線を測定した．このうち，吸引法と加圧板法

2.1. 供試土壌

では，土塊を半分に切断し，その切断面を素焼

大土塊土壌は，前作が水稲で砕土不良な粘土

き板に密着させて測定を行った．

質転換畑において，不攪乱で採取し，平均土塊
径は 2.2 cm（図 1）であった．小土塊土壌は，2.3. 蒸発実験
kliq を評価するために，図 2 に示す装置を用前作がダイズで比較的砕土が良好な粘土質転

いて，土塊土壌の下端から 18 cm または 27.7

78

cm の深さに地下水位を設定し，蒸発実験を行などして，より幅広いレンジの平均土塊径をもった．実験は，温度および湿度の制御された人

つ土層の不飽和透水係数を測定する必要があ

工気象実験室内に設置した日除けの中で行い，る．

定期的に蒸発量とカラムへの水供給量を測定

参考文献
Matsumoto et al. (2022). Soil Sci. Plant Nutr. 68, 189-201.
Matsumoto et al. (2023). Eur. J. Soil Sci. in press.

した．また，カラム上端と下端近傍の土塊に熱電対を挿入し，温度を継続的に測定した（カラム解体時の土層上端と下端の日平均温度の差＜0.3 °C）．蒸発量とカラムへの水供給量がほぼ

データロガー

土塊土壌

9.7 cm一致（相対誤差＜5%）したときに，カラムを解

熱電対体し，土壌を 5 層に分けてサンプリングし，それぞれの含水比を求めた．

18 or
27.7 cm

2.4. 不飽和透水係数の算出

4 cm

カラム解体時の蒸発量，カラムへの水供給量，

発泡煉石

および各土層の含水比から，Darcy 則により，

砂

給水タンク

15.4 cm

図 2 蒸発実験に用いた装置

kliq を算出した．各土層間の水フラックスは，0.6
含水比（g g−1）

蒸発量と水供給量の平均値とした．この水フラックスには，水蒸気フラックスが含まれている
ため，Fick 則によりマトリックポテンシャル勾配を駆動力とするものと温度勾配を駆動力とするものを計算し，水フラックスから引くこと

大土塊土壌

0.5
0.4

0.3

小土塊土壌

0.2
0.1
0

で液状水フラックスを求めた．

1

3. 結果と考察

10

102
103
104
105
サクション （cmH2O）

106

図 3 水分特性曲線

図 3 に，両土壌の水分特性曲線を示す．大土

点は実測値，実線は van Genuchten モデルによるフィ塊土壌では，小土塊土壌と比べて，サクション

ッティング．エラーバーは標準偏差を表す（n = 3）．

が 10−5 cmH2O より小さいときに，含水比が大きくなった．これは，両圃場の転作履歴の違い

10-8

図 4 に，各土壌の kliq とマトリックポテンシ
ャル勾配を駆動力とする水蒸気輸送係数（kvaph）を示す．大土塊土壌と小土塊土壌では，kliq に明確な差は見られなかった．この原因としては，
平均土塊径が大きくなると，液状水輸送を阻害

kliq, kvaph (cm s-1)によるものと考えられる．
10-9
10-10

大土塊土壌
小土塊土壌
○：kliq□：kvaph

10-11
10-12

する鉛直方向の土塊間接点の数が減少する一

10-13 1方で，液状水輸送を増加させる，水平方向の単

10

102

103

104

105

106

サクション（cmH2O）

位断面積当たりの土塊間接点の数も減少する
ことが考えられる．ただし，今回実験に用いた

図 4 土塊土壌の不飽和透水係数（kliq）と，土壌の平均土塊径の差は 0.5 cm しかなかった

マトリックポテンシャル勾配をため，今後はふるい分けした土塊を再充填する駆動力とする水蒸気輸送係数（kvaph）

79

P26
Dual-permeability モデルによる高畝内の土壌水分動態解析
Simulating water flow dynamics in raised-bed soil by dual- permeability model
宮本輝仁 1・岩田幸良 1・柳井洋介 2・亀山幸司 1
1 農研機構農村工学研究部門・2 農研機構野菜花き研究部門

要旨(Abstract)：
高畝内の土壌水分動態は表層付近で選択流が発生しやすいため，Dual-permeability モデルを用いて土壌水分動態の再現を試みた。その結果，ドリップチューブ真下で生じる選択流が再現でき，高畝内の土壌水分動態の解明に有効であることを確認した。
キーワード：土壌水分，選択流，モデル化，高畝，点滴灌漑
Key words: soil moisture, preferential flow, modeling, high ridge, drip irrigation
𝜕𝜕ℎ𝑚𝑚𝜕𝜕𝜃𝜃𝑚𝑚 (ℎ𝑚𝑚 )
𝜕𝜕
𝐴𝐴
𝐴𝐴
=
�𝐾𝐾 (ℎ ) �𝐾𝐾𝑖𝑖𝑖𝑖,𝑚𝑚+ 𝐾𝐾𝑖𝑖𝑖𝑖,𝑚𝑚��𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝑥𝑥𝑗𝑗𝜕𝜕𝑥𝑥𝑖𝑖 𝑚𝑚 𝑚𝑚

1.はじめにアスパラガスの新しい栽培方法として枠板式高畝栽培が提案されている。この栽培法では− 𝑆𝑆𝑚𝑚 (ℎ𝑚𝑚 ) −雨よけ栽培を行うため，適切な灌漑が必要になΓ𝑤𝑤
1 − 𝑤𝑤る。通常の畝以上に盛り立てられた畝内の土壌

ここで，下付き文字 f と m はそれぞれ亀裂とマ

水分動態は表層付近で選択流が発生している

トリックス部分を指す。w は亀裂の体積割合，

ことを示唆する観測結果を得た（岩田ら，

θ は体積含水率，h は圧力水頭，S は吸込み項，

2023）。そこで，選択流を含む土壌水分・溶質

xi（i=1,2）は空間座標，t は時間，Γw は亀裂と移動の解析に用いられる Dual-permeability モデ

マトリックス間の水分移動速度，KijA は無次元

ルを用いて土壌水分動態の再現を試みたので，の異方性テンソル KA の成分，K は不飽和透水

その結果を報告する。

係数である。また，Γw は領域間の圧力水頭差に比例すると仮定される。
Γ𝑤𝑤 = 𝛼𝛼𝑤𝑤 �ℎ𝑓𝑓 − ℎ𝑚𝑚 �

2.方法

Dual-permeability モデルでは，θf とθm はそれぞ

(1) Dual-permeability モデル
Dual-permeability モデルは粗間隙や亀裂など

れ亀裂とマトリックス部分の体積含水率であの間隙構造が発達した土壌中の土壌水分移動

り，土層全体に対する亀裂とマトリックス部分の解析に用いられる。このモデルでは，土層をの体積含水率，θF，θＭ と異なることに注意す水フラックスの小さい領域（マトリックス部分） る必要がある。
𝜃𝜃 = 𝜃𝜃𝐹𝐹 + 𝜃𝜃𝑀𝑀 = 𝑤𝑤𝜃𝜃𝑓𝑓 + (1 − 𝑤𝑤)𝜃𝜃𝑚𝑚

と水フラックスの大きい領域（亀裂部分）にわけ，それぞれの領域に対して Richards 式適用す

(2) 現地観測の概要

る。Dual-permeability モデルによる 2 次元の水

農研機構野菜花き研究部門（茨城県つくば市）の試験圃場内に枠板式高畝を設置し，2021 年 3

移動式は次のようになる。

月より現地観測を開始した。間口 4.5 m の雨よ𝜕𝜕𝜃𝜃𝑓𝑓 �ℎ𝑓𝑓 �
𝜕𝜕ℎ𝑓𝑓
𝜕𝜕
𝐴𝐴
𝐴𝐴
=
�𝐾𝐾𝑓𝑓 �ℎ𝑓𝑓 � �𝐾𝐾𝑖𝑖𝑖𝑖,𝑓𝑓+ 𝐾𝐾𝑖𝑖𝑖𝑖,𝑓𝑓��𝜕𝜕𝑥𝑥𝑗𝑗𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝑥𝑥𝑖𝑖− 𝑆𝑆𝑓𝑓 �ℎ𝑓𝑓 � −けハウス内に 2 列の高畝が設置されて，中央部に 1.5 m 幅の通路がある。高畝の形状は高さ 60

Γ𝑤𝑤
𝑤𝑤

cm，上底 50 cm，下底 100 cm で，通路側は垂直，反対側は傾斜した台形断面をしている。畝80

の長さは 18 m である。土壌は黒ボク土で，畝また，土層内の圧力水頭分布を見ると，土層頂から 20 cm までの深さとそれ以深で物理性内で生じている選択流や通路側に土壌水分がが異なる成層状態であった。アスパラガスの地。
移動しやすいこと等がわかる（Fig. 2）

下茎は深さ 20 cm 付近を中心に分布していた。

0.7

枠板式高畝の畝頂に通路側，中央，傾斜側の0.6
体積含水率 (m3 m-3)

3 地 点 に プ ロ フ ァ イ ル プ ロ ー ブ （ SoilVUE,
Campbell Scientific）を設置し，畝頂から 6 深度
（5，10，20，30，40，50cm）の体積含水率を，また，ドリップチューブへの給水量を流量計を

0.5
0.4
0.3
0.2

用いて 15 分間隔で測定した。

0.1(3) 計算条件

0

0

200

計算期間は 2021/5/1～5/31 までとした。高畝
0.7

層に Dual-permeability モデル，下層は Single-0.6
体積含水率 (m3 m-3)を表層 20cm までとそれ以深の 2 層に分け，表
permeability モデルを適用した。土壌水分移動は Mualem-van Genuchten モデルを用いた。
Dual-permeability モ デ ル パ ラ メ ー タ は ，
HYDRUS(2D/3D) ver.5.02 の中のデフォルト値

400
600
5/1 0:00からの時間 (hr)800

観測値（通路側）
観測値（中央部）
観測値（斜面側）
計算値（通路側）
計算値（中央部）
計算値（斜面側）

0.5
0.4
0.3
0.2
0.1

を用いた。

0

上部境界は大気境界とし，蒸発量（1 mm/日）を与えた。ドリップチューブの部分は変動境界

0

200

400
600
5/1 0:00からの時間 (hr)800

Fig. 1 Single-permeability モデル（上）と Dual-とし，単位長さ当たりの給水量を与えた。側方

permeability モデル（下）での計算例（深さ 5cm）

は不透水境界を与え，下部境界は自由排水境界とした。高畝内に根の吸水項を設け，深さ 20cm 付近で吸水量が最大となるような分布とし，表層蒸散量を与えた。なお，蒸発散量は MeteoCrop
DB（Kuwagata et al., 2011）より気象官署（館野）

20
cm

下層

の気象観測データから FAO Penman-Monteith

40cmの改良版で計算した値を用いた。
初期条件は高畝内の圧力水頭が全層で−30cm として計算した。
Fig. 2
3.結果と考察

Dual-permeability モデルで計算された亀裂部の圧力水頭分布

Single-permeability モデルの計算値は観測値から大きく乖離したが，Dual-permeability モデ

謝辞：本研究は生研支援センター「イノベーション創出強化

ルを適用することにより，ドリップチューブ真研究推進事業」（JPJ007097）の支援を受けて実施した。

下で選択流が生じることが再現できることを

引用文献：岩田ら(2023),農業農村工学会講演要旨集，243-244.

。このモデルを使うことで高確認した（Fig. 1）

Kuwagata et al.(2011), J. Agric. Meteorol., 67(4), 297-306.

畝内の水移動が表現できる可能性がある。

81

P27
気候変動に伴う降雨特性の変化が WEPP の水食予測に及ぼす影響について
Impact of changes in rainfall characteristics due to climate change on
erosion prediction by WEPP小池健介 1・西村拓 1・濱本昌一郎 2・山﨑琢平 1
1 東京大学大学院農学生命科学研究科・2 北海道大学大学院農学研究院

要旨(Abstract)
本研究では，気象ジェネレータ CLIGEN 及び水食モデル WEPP で使用される降雨統計量について感度分析，及び将来変化の評価を試みた．感度分析では MX.5P（月間最大 30 分降雨強度の月別平均値）が水食予測に大きな影響を与えることが示された．また，気象モデル d4PDF の予測結果から，水食に影響する MX.5P といった降雨統計量が今後増大する可能性が示唆された．
キーワード：土壌侵食，短時間降雨強度，気候変動，WEPP，d4PDF
Key words: soil erosion, short-term rainfall intensity, climate change, WEPP, d4PDF
1.はじめにに伴う変化を調査した研究例は少ない．

土壌侵食は土壌劣化における主要因であり，そこで本研究では，短時間降雨強度に関する

特に世界では毎年百億トン単位の土壌が降雨

統計量の WEPP による予測値への影響を評価

時の水食によって農地から失われている(FAO,

すること，そして短時間降雨強度の将来変動を1996)．降雨は水食の駆動力として極めて重要調査することを目的とした．

な要因である．平均気温の上昇とともに，極端

2.方法

降雨がより強く，高頻度で発生する可能性があ1) 各降雨パラメータに対する CLIGEN とWEPP の感度分析

り，従って水食も増加する恐れがある．
水食モデル WEPP は，気象ジェネレータWEPP の入力には，土壌・地形・栽培・気象

CLIGEN が気象統計量を用いて確率的に生成条件を必要とする．沖縄県石垣島圃場の 2004

した仮想気象データを入力し，水食量等を計算

年の観測値から島尻マージ・国頭マージの土壌する．さらに，GCM (Global Climate Model)

及び地形条件を決めた．栽培条件は裸地，気象予測値から日単位気象データを生成する気象

条件は，2003～2022 年の石垣島地方気象台観モデル MarkSim を用いると，CLIGEN の入測値の各年の月統計量を平均し，基準値とした．

力に気候変動の影響を反映できる感度分析では，CLIGEN への入力のうち，水（Trotochaud ら, 2014）．

食予測に大きく寄与する降雨パラメータであ既往の MarkSim のような気象モデルを用いる MEAN P（降雨日降雨量の月別平均値）とた予測手法の課題として，温暖化に伴う短時間

MX.5P（月間最大 30 分降雨強度の月別平均値）

降雨強度の変動を考慮できない点がある．短時について，基準値の 50%から約 150%まで 10%

間降雨強度とは，時間や分単位で降雨全体を区ずつ，合計 12 段階変化させた値を入力し（表分したときの，降雨のピーク値のことである．

1），100 年分の平均月間流出・水食量と感応度

水食量は，この短時間降雨強度と高い相関を示を求めた．感応度は以下の S で評価した．

すことが知られている(長沢ら, 1993）一方，短𝑆=

時間降雨強度の統計量が WEPP による水食予測に及ぼす影響の大きさや，それらの気候変動(𝑂10% − 𝑂𝑏 )⁄𝑂𝑏
(𝐼10% − 𝐼𝑏 )⁄𝐼𝑏

𝐼𝑏 , 𝑂𝑏 ：評価する入力の基準値とその出力，

82

𝐼10% , 𝑂10% ：𝐼𝑏 を 10％増加した値とその出力

表１：変化させた CLIGEN の入力値
基準値(㎜)

範囲(㎜)2) d4PDF の降雨特性の将来変動

MEAN P

14.5

7.3 - 20.7

ここでは，d4PDF の予測値から，日本全域で

MX.5P

31.1

15.5 - 44.4

降雨に関する月統計量の将来変動を調査し，その後沖縄県石垣島において詳細な変動を評価

表 2：各降雨パラメータに対する感応度平均

した．ただし MX.5P に関しては，その算出に流出量使用する月間最大 1 時間降雨強度の月別平均

水食量

島尻

国頭

島尻

国頭

値(MX1P)を求めた．

MEAN P

-0.06

0.23

0.09

0.02

d4PDF の出力値として，
過去は 2008~10 年，

MX.5P

0.68

0.28

0.58

0.57

将来は 2051~53 年の近未来，2088~90 年の遠
未来の 2 期間を用いた．アンサンブル数は，過去期間で 50，将来期間で 15，温暖化シナリオ
は RCP8.5 とし，GCM モデルは MIROC5・
MRI-CGCM3・GFDL-CM3 を使用した．これらを MarkSim や実測の結果と比較した．
3.結果と考察
1) 各降雨パラメータに対する CLIGEN とWEPP の感度分析
2 つの土壌について調査した感応度 S の平均

図 1：MX.5P を変化させたときの国頭マージの降雨規模ごとの平均月間水食量値（表 2）では，MX.5P が比較的高い感応度を示した．これは，MX.5P の増加に伴い，頻度の高い，小規模降雨における水食量が増加した
ことが要因として考えられる（図 1）．
2) d4PDF の降雨特性の将来変動
d4PDF の予測結果をみると，日本全域でどの月でも MEAN P や MX1P は過去から未来にかけて増加傾向を示した（図 2）．実測値と比較すると，石垣島付近の d4PDF や MarkSim

図 2：d4PDF の 3 つの GCM モデルの結果を平均して算出した MX1P の過去から遠未来にかけての６月の変化量 (㎜)の過去再現値は小さくなる傾向にあった．
4.おわりに
水食予測への影響が大きな気象統計量が将来増加する可能性が示唆された．今後は d4PDF

参考文献等の予測結果をバイアス補正し，将来変動を合理的に反映した水食予測の実施を検討している．
謝辞

本研究は，科研費基盤（A）19H00958 の補助を受けた．また，d4PDF については，データ統合解析システム(DIAS)収録のものを使用した．ここに記して感謝する．

83

FAO (1996). https://www.fao.org/3/u8480e/
U8480E0D.HTM#Restoring%20the%20land
Trotochaud et al. (2016). Applied Engineering inAgriculture, 32(3), 371-381.
長沢徹明, 梅田安治, 李里漫. (1993).農業土木学会論文集
第,1993(165),121-127.
Mizuta et al. (2017). Bulletin of the American
Meteorological Society, 98(7), 1383-1398.

P28
大型カラムを用いた団粒黒ボク土の溶質分散
Hydrodynamic Dispersion for an Aggregated Andisol using a Large Column
﨑村健大 1・大下佳愛 2・徳本家康 21 佐賀大学農学研究科 2 佐賀大学農学部

要旨(Abstract)：
団粒構造の発達した黒ボク土を対象に，飽和定常流れの生じている土中の濃度分布より,深さ 5 ㎝
から深さ 90cm までの溶質分散係数を求めた。飽和における分散長では,観測深さの増加に伴う増加傾向が観察された。
キーワード：溶質移動,黒ボク土,スケール依存性
Key words: Solute transport, Andisoil, Scale dependent
1.はじめに作成した。そして,溶液濃度を 0.01M （C0）か

近年,圃場埋設型ライシメータを用いた計測

ら 0.03M （C1）に切り替えた時の EC 経時変技術の進歩に伴い,下方浸透量の計測による溶化から相対濃度変化(BTC)を求めた。土中の溶質移動量の実態把握が期待される。とくに,耕質移動は移流分散式(CDE)により解析した。

盤層を含む作土層から地下水面までの溶質移動の理解には,1m 程度の不撹乱土を対象とし

c
2c
c
= D 2 −v
tzz

た溶質移動予測が考えられる。本研究では,不ここで c は溶質濃度,D は分散係数 (cm2 d-1),v は

撹乱土を用いた溶質移動の予備実験として,大平均間隙流速（=Jw/ )。水分フラックス Jw,体積含型カラムによる撹乱土の溶質移動特性を検討

水率 ）,z は位置,t は時間である。STANMOD をした。

用いて,測定した BTC に対する CDE の解析解に

2.方法

基づき,v と D を非線形最小二乗法より推定した。

(1)

供試土は,熊本県合志市の九州沖縄農業研究

そして,D/v である分散長λ(cm)と間隙流速 v の関

センターの畑地圃場から採取した黒ボク土で係を求めた。なお,EC の温度依存性を考慮するある．佐賀大学農学部のハウスにおいて,溶質

ため,25oC 換算の EC を用いた。

分散実験を実施した（Fig. 1）。大型カラム（内径 30 cm,高さ 90 cm ）に,2 mm ふるいを通過した試料を乾燥密度(b = 0.72 g cm-3)で均一に充填した。カラム下端には,排水用ポーラスカップを埋設し,珪砂（飽和透水係数 120 cm d-1）を充填した。0.01MCaCl₂溶液を用いて, 4 週間ほどかけて下端から毛管飽和させた。カラム内には,テンシオメータと TDR プローブを埋設し,土中水圧力(h)および  と電気伝導度(EC)を測定した。
毛管飽和後,マリオット管を使用して試料表

Fig.1 飽和溶質分散実験装置の概略図

面に一定圧力条件で水分フラックスを与え,下端に任意の h を与えることで飽和定常流れを

84

3.結果・考察
3.1 飽和定常流れの作成
Fig. 2 は,カラム解体時のb および の鉛直分布である。供試土は,圃場の作土層のb に基づき,b = 0.72 g cm-3 で充填できた。 分布は0.64 m3 m-3 程度であった。実験期間中,飽和の水分フラックス条件は,Jw = 4 cm d-1 であった。
3.2 飽和定常流れの BTC
Fig. 3 は,各深さの濃度変化曲線の測定例である。深さ 5 ㎝の BTC は,ステップパルス状の
相対濃度変化を示したが,CDE の適合は悪く,実測値と解析値の決定係数は 0.994 であった。
また深さ 45cm の BTC では,データにバラツキ

Fig.2 b および の鉛直分布が生じ,実測値と解析値の決定係数は 0.990 まで減少した。
3.3 分散長の v 依存
各深さで求めたは,観測深さに伴い,増加する傾向が見られた（Fig. 4）。図中には,BTC のデータを深さ順に実線で結んだものを示す。とくに,観測位置が深さ 5 ㎝から 45 ㎝に深くなる
につれ,は 0.2 cm から 3 cm まで増加した。
既往研究と比べると,本実験よりも早い v（＞
100 cmd-1）における は最大で 2 cm 程度である。本実験で作成した飽和の水分フラックス条
Fig.3 各深さの濃度変化曲線

件は，不飽和条件のような遅い流れであったにも関わらず， が 3 cm まで増加した。団粒構造が発達した黒ボク土では，団粒内外の溶質混合が良いのが特徴である。しかし，本実験では観測深さが増すにつれ，溶質混合が悪くなることが示唆された,,。これは，乾燥密度による影響などの要因も含むため，今後には更なる水分フラックスにおけるデータ蓄積が必要と考えられる。
[謝辞] 本研究は,JSPS（課題番号: 20K15623 お
よび 20H03098）の助成を受けたものである。ここに感謝いたします。

Fig.4 黒ボク土の v– 関係

85

P29
人工マクロポア内の土壌ガス計測システムの構築・評価
Development and evaluation of soil gas measurement system
for an artificial macropore
中井有花 1・田崎 小春 2・徳本 家康 1,・小宮 秀治郎 3・登尾 浩助 41 佐賀大学農学部・2 佐賀大学農学研究科・3 Max Planck Institute for Biogeochemistry

・4 明治大学農学部
要旨(Abstract)：
農地表層における人工マクロポアの活用は，土中と大気のガス交換に影響することが予想される。本研究では，人工マクロポア内の CO2 動態を明らかにするため，ガス計測システムを構築・
測定精度の評価を行った。
キーワード：人工マクロポア，CO2 ガス，水蒸気Key words：Artificial macropore, CO2 gas, water vapor
2．実験方法

1-(1)．はじめに(1) CO2 センサーの水蒸気依存性試験

人工的に作成した鉛直間隙(人工マクロポア)を活用した部分耕起農法(局所耕うん法な

CO2 センサーの水蒸気依存性を評価するたど(田島ら，2000))がある。この農法は，人工マ

め，水蒸気濃度センサー(LI850) を用いて実験

クロポアを介した大気-土壌間のガス交換が予を行った(図 1)。圧力・温度一定の条件におい想されるが，人工マクロポアのような土中の微て，CO2 標準ガスに水蒸気を含ませて，水蒸気

小間隙内の土壌ガス濃度(たとえば，CO2 ガス)

濃度と CO2 濃度を測定した。

の計測手法は確立されておらず，その動態につ(2) 土壌ガス計測システムの気密性試験

いて実測された報告例は極めて少ない。本研究構築したシステムの気密性を評価するため，の目的は，人工マクロポア内の微小空間におけシステムの流路内に N2 ガスを満たし，Pump

る CO2 ガスを計測するシステムの構築とそのON/OFF の条件下で GMP252 による CO2 濃度評価である。本研究で構築した CO2 ガス計測の経時変化を記録した。

システムを用いて，水蒸気依存性の評価および(3) CO2 ガス計測精度の検証実験

ガス計測システムの流路体積を考慮した CO2

異なる CO2 標準ガスを用いて，人工マクロ

ガス測定精度に関して報告する。

ポアを模擬したアクリル円筒容器 (容積 20

1-(2)．土壌ガス計測システムの構築

mL)を本ガス計測システムに接続し，容器内に土壌ガス計測システムは，定量ポンプを用いて標準ガスを満たした。システム流路内のガスを

土壌ガスを循環させ，非分散型赤外線式 CO2 濃

定量ポンプで循環させ，循環前後のシステム流度変換器(GMP252，Vaisala 社製)によって人工路内のガス濃度の測定により，人工マクロポア

マクロポア内の CO2 濃度を計測する仕様であ内の濃度を算出・評価した。

る。また，データロガー(CR1000，Campbell
pR

Scientific 社製)を用いて電磁弁およびポンプを制御し，GMP252 および小型流量計( PF2M701，

CO2ガス
濃度計測

水蒸気
濃度計測

GMP 252

LI 850Overflow

標準ガス
CO2

SMC 社製) の出力値を記録できる。

Bubblingcell

図 1 CO2 センサーの水蒸気依存性試験の概略図
86

30

水蒸気濃度
(mmol/mol)(1) CO2 センサーの水蒸気依存性の評価
水蒸気濃度の依存性試験では，Bubbling により発生させた水蒸気濃度が減少する過程の

100

a

20
50
10
0

0

CO2 濃度を観察した。水蒸気濃度が減少するに
CO2濃度 (ppm)

つれて(図 2a)，CO2 濃度は上昇する傾向がみられた(図 2b)。しかし計測した CO2 濃度 5380 ppm
に対して，CO2 濃度の最大の変化量 70 ppm は1.3%の誤差であり，CO2 濃度の±2%指示値の範

相対湿度 (%)

3．結果

b

5225

5175

5125

囲内であった。したがって，CO2 センサー

0

20

40

(GMP252)における水蒸気の影響は小さいと考6080Time(min)えられた。

図 2 CO2 センサーの水蒸気依存性：(2) 土壌ガス計測システムの気密性の評価

水蒸気濃度の経時変化 (a)気密性試験において，時間経過に伴って，

CO2 濃度の経時変化 (b)

大気中の CO2 濃度に徐々に近づいたことから，
1

循環ポンプを利用した条件では，大気流入が早

0.8

Relative CO2 Conc.
(C- Cmin)/(Cmax- Cmin)

GMP252 内への大気流入が確認された(図 3)。
まることも確認され，センサーの感知部位におけるガス流入を防ぐことは困難であった。そこ
で，大気が混入する時間よりも短時間で，人工マクロポア内のガス計測を完了させる必要性

ポンプ ON

ポンプ OFF0.6
0.4

t0.5 ( 相対濃度が0.5になるまでの時間)
ポンプ ON: 2.67 h
ポンプ OFF: 7.22 h0.20が明らかとなった。本研究では，人工マクロポ

0

10

20

30

40

50

60

70

80

アの体積を考慮しながら，大気流入による相対Time (hour)

濃度が 0.5 となる時間よりも格段に短い 2 分 30

図 3 N2 フラッシュ作業後のシステム内の秒を計測時間として用いることとした。

CO2 濃度の経時変化 ( Cmax: 実験室の CO2 濃度)(3) 土壌ガス計測システムの評価
Calcurated CO₂ Conc. (ppm)

図 4 は，人工マクロポアに充填した CO2 濃度と計算によって求めた人工マクロポア内のCO2 濃度の比較である。CO2 濃度が 0~8000 ppmの範囲において，1:1 関係が成立しており，本システムの CO2 ガス測定精度は高いと推察される。CO2 濃度が 8000 ppm よりも高い計測範囲において，今後更なる検証が必要だと考えられる。
[ 謝 辞 ] 本 研 究 は ， JSPS( 課 題 番 号 : 20K15623 ，

8000

6000

4000

2000

R² = 0.9987
0023K05448，23H02326)の助成を受けたものである。ま

2000

4000

6000

8000

Standard CO₂ Conc. (ppm)

た，マックスプランク協会の助成および MPI-BGCGas Lab，Field experiments & instrumentation の支援を

図 4 CO2 標準ガス濃度とCO2 ガス濃度の測定値の比較受けた。ここに深く感謝いたします。

87

P30
PINNs による成層土の飽和透水係数分布の逆推定
Inverse estimation of saturated hydraulic conductivity of layered soil profiles
with physics-informed neural networks
及川航貴 1・斎藤広隆 1
1 東京農工大学大学院

連合農学研究科要旨(Abstract)
本研究では，計測可能な位置のマトリックポテンシャルから，PINNs による成層土の飽和透水係
数分布を逆推定することを目的とした。教師データから浸潤過程のマトリックポテンシャル分布の経時変化および成層構造をもつ飽和透水係数分布を推定することができた。
キーワード：飽和透水係数分布，逆推定，PINNs
Key words: Saturated hydraulic conductivity profile, Inverse problem, PINNs
1.はじめに程のマトリックポテンシャルの計算結果から，

飽和透水係数は土中の物質移動を予測する

PINNs を用いてマトリックポテンシャル分布ために重要な変数であるが，現場土壌の飽和透と飽和透水係数分布を推定した。機械学習のフ

水係数は空間的なばらつきが大きい。そのため， レームワークは PyTorch とし，ニューラルネ
計測可能な土壌水分量のデータから，飽和透水

ットワークの構造は図 1 に示した。HYDRUS

係数分布を逆推定する方法が求められる。

では，基底流（0.1 cm/day）による定常水分流

Physics-informed neural networks (PINNs)

れを初期条件として，2.0 cm/day の一定フラ

は，予測値の誤差（予測損失）だけではなく，ックスによる 6 日間の浸潤を計算した。土層は予測値が支配方程式や初期・境界条件といった深さ 500 cm に自由地下水面をもつクレイロー

物理条件を満足するかを評価する物理損失もムとし，下層 50～500 cm は飽和透水係数を上最適化する(Raissi et al., 2019)。そのため，通(a)

常の機械学習と比較して必要な教師データ量が少なく，物理条件と矛盾しない予測値を得る
ことが期待できる。Depina et al. (2022)は，
単一土壌カラムの浸潤過程の体積含水率の計測結果から，飽和透水係数および土壌水理特性パ ラ メ ー タ を 逆 推 定 し た 。 Bandai and(b)

Ghezzehei (2022) は ， 成 層 土 の 層 ご と に
PINNs を作成し，浸潤過程の体積含水率分布と地表面のフラックスの経時変化を予測した。
本研究では，計測可能な位置のマトリックポテ
ンシャルから，PINNs による成層土の飽和透図 1. ニューラルネットワークの構造。

水係数分布を逆推定することを目的とした。

(a)マトリックポテンシャル分布の経時変化の推定，(b)飽和透水係数分布の推

2.方法

定。

HYDRUS でシミュレーションした浸潤過88

層の 2 倍となる 12.48 cm/day とした。また，
この上層と下層を逆にした条件でも実行した。
損失関数は以下の 3 つの項の和で定義した。①
予測損失は予測値と深さ 10・20・30・40・60・
100 cm における 6 日間で 887 点のマトリック
ポテンシャルの計算結果との誤差を評価する。
②物理損失は深さ 0～200 cm，時間 0～6 dayの中からランダムに抽出した 12000 点の予測
値がリチャーズ式を満たすかを評価する。③上端境界条件は，時間 0～6 day の中からランダ
ムに 60 点抽出した上端（深さ 0 cm）のフラッ
クス値と与えたフラックス値との誤差を評価

図 2. マトリックポテンシャル分布の予する。反復回数を 20 万回とし，この損失関数

測値と HYDRUS の計算結果の比較。

を PyTorch の Adam の最適化アルゴリズムによって最小化した。この学習した PINNs によって，任意の深さと時間からマトリックポテン
シャルを，任意の深さから飽和透水係数を出力した。
3.結果と考察
図 1(a)に示した PINNs を用いて，浸潤過程のシームレスなマトリックポテンシャル分布の経時変化を求めることができた。教師データに用いた深さ 10・20・30・40・60・100 cm
および与えていない深さ 0・150 cm の予測値

図 3. 飽和透水係数分布の予測値と真値と HYDRUS の計算結果を示した（図 2）
。マ

との比較。

トリックポテンシャル分布の予測値と4.おわりにHYDRUS の計算結果とを比較すると，教師デPINNs はメッシュフリーであるため，メッータとして与えた深さおよび 0 cm の予測値はシュサイズを決定する必要がなく，かつ連続的計算結果と一致していた（図 2）。一方，深さに予測値を求めることができる。今後は，飽和150 cm はリチャーズ式を満たしているかを評

透水係数分布だけではなく，土壌水分特性曲線

価する物理条件の範囲には含まれているが，モデルのパラメータ分布も同時に逆推定でき

HYDRUS の計算結果とは一致しなかった（図る PINNs の開発に取り組む。

2）。図 1(b)に示した PINNs を用いて，成層土

参考文献の飽和透水係数分布を逆推定した（図 3）．飽Bandai and Ghezzehei, 2022, HESS, 26 (16), 4469-4495.

和透水係数分布の逆推定では，成層土に関する

Depina, et al., 2022, Georisk, 16 (1), 21-36.

情報を与えることなく，成層土の上層・下層のRaissi, et al., 2019, Journal of Computational physics, 378,

飽和透水係数の値および境界の深さを求める

686-707.

ことができた（図 3）
。

89

P31
降雨遮断によりスギ成木の樹液流が停止に至る時の土壌のマトリックポテンシャル
Soil matric potential at the point when the sap flow of mature sugi trees cease
due to rainfall interception
釣田竜也 1・小林政広 1・重永英年 1・三浦覚 1
1 森林総合研究所

要旨(Abstract)：
無降雨の継続によりスギ成木で樹液流が停止に至るまでの土壌乾燥過程と土壌特性との関係を明らかにすることを目的に，大型ライシメータを使った降雨遮断実験を 2 つの土性の土壌で行った。2 つの土壌とも樹液流速度はマトリックポテンシャルが-60kPa 付近から低下し，永久しおれ
点より湿潤な-200kPa に達した時にほぼ樹液流が停止した。一方、実験で最終的に到達した土壌のマトリックポテンシャルは，より粘土質な土壌で乾燥が進まず，高かった。土壌保水曲線に用いた Durner モデルのパラメータを検討した結果，粘土質な土壌の方が孔隙径分布の連続性が低く毛管が切れやすい土壌特性と考えられ，これが吸水を阻害し土壌乾燥が進まない要因と考えた。
キーワード：土壌マトリックポテンシャル, 樹液流速度, スギ成木, 土壌保水曲線, Durner モデル
Key words: soil matric potential, sap flow rate, mature sugi tree, soil water retention curve, Durner model
軽埴土乾燥区と砂質壌土乾燥区の各 1 個体と1.はじめに
気候変動により乾燥や干ばつの頻度・強度の対照区の 2 個体を対象に，地上 1.2m での樹液

将来の増加が予想されている。降水量が比較的流速度を Granier 法により測定した（TDP-30

多い日本でも，少雨・高温の年には樹木の干害使用）。乾燥区の日樹液流速度を対照区に対すが発生しており，その条件を明らかにし，干害る相対値で表し蒸散応答を評価した。

リスクの高い林地の予測技術を高度化するた(3) 土壌のマトリックポテンシャル(ψ)の算出

めには，土壌乾燥に対する樹木の応答を土壌特

乾燥区（軽埴土と砂質壌土の 2 つ）と対照区

性と関連付けて理解する必要がある。本発表での深さ 15cm と 35cm の土壌のマトリックポテ

は，土性の異なる 2 つの土壌に植栽されたスギンシャルを電圧出力式のテンシオメータで測成木を対象に降雨遮断実験を行い，土壌乾燥に定した。また同深度の土壌の体積含水率（θ）

対するスギの蒸散応答特性を明らかにするとを土壌水分センサーで測定した（Profile Probe

ともに土壌特性の影響について検討する。

PR2/4 使用）。テンシオメータはψ＜-60kPa
で水切れのため測定不能となったため，これよ2.方法

り乾燥状態の土壌のψについては，対象土壌の(1) 降雨遮断による土壌乾燥実験

深さ 30cm から採取した土壌の保水曲線（θと森林総合研究所千代田苗畑（茨城県かすみがψの関係式②）を Durner モデルで作成し，観うら市）内の平面ライシメータ内の軽埴土（粘測したθの値と式②からψの推定値を算出し

土含量 36％）と砂質壌土（同 8％）（縦 2m×た。なお土壌の保水性は，ψ≧-150kPa は加圧

横 2m×深さ 0.8m）に生育する 24 年生スギ成

板法で，ψ＜-150kPa は露点ポテンシャル計で木に対し，夏季に降雨遮断を開始した乾燥区と測定した（WP4-T 使用）。

降雨遮断を行わない対照区を設けた。
(2) 樹液流速度の計測と蒸散応答の評価

3.結果と考察90

(1) 乾燥区土壌の保水曲線＜1 で変化し，値が大きいほど集中型，小さい

Van Genuchten（VG）式を 2 つ連結したほど分散型の分布であることを示す）は，軽埴

Durner モデルにより 2 つの土壌の保水性を良

土の m2 で大きかった。軽埴土は 2 つのモード

好に再現する保水曲線が得られた（図 1）。よ間の孔隙分布の連続性が低く毛管が切れやす

り粘土質な軽埴土の方が有効水分（ψ=-5kPaい土壌特性と考えられ，これが根による吸水をのθとψ=-1500kPa のθの差）が大きいが内阻害し乾燥が進まない要因となったと考えた。

訳 は 難 有 効 水 分 （ ψ =-100kPa の θ と ψ

参考文献等 小杉賢一朗（2007）：土壌の物理性，106：47-60
0.8=-1500kPa のθの差）の割合が比較的大きく，(2) 乾燥区でのθ，ψの観測範囲
土壌の保水曲線上に現場の深さ 35cm で観

VWC θ（ｍ3ｍ-3）θの差）は砂質壌土の方がわずかに大きかった。

実測_加圧板砂質壌土

易有効水分（ψ=-5kPa のθとψ=-100kPa の

実測_露点法

0.6

Durnerモデル
Field_35cm

0.4

θmin=0.107

0.2

測したθ-ψ関係（乾燥実験直前の飽水処理以降の日平均値）をプロットすると，砂質壌土の0.0

飽水時付近を除けば観測値は保水曲線とほぼ

0.01

0.1

1

0.8

1000

10000 100000

実測_加圧板省略），-60kPa 未満の乾燥状態の土壌のψを，
θの観測値と保水曲線から推定することは有効と判断した。最終的に到達したθが最小の時

VWC θ（ｍ3ｍ-3）

実測_露点法θ-ψ関係も保水曲線とほぼ一致しており（図のψは深さ 15，35cm とも砂質壌土で-600kPa，

0.6

Durnerモデル
field_35cm
θmin=0.353

0.4

0.2

0.0

軽埴土で-200kPa 程度であり，軽埴土では難有

0.01

0.1

1

10

100

1000

10000 100000

Matric Potential ψ (-kPa)

図 1 土壌の保水曲線と現場のθ-ψ観測値

効水分を多く残して土壌乾燥が止まった。

1.5

対照区個体に対する乾燥区個体の日樹液流速度の相対値(3) 樹液流停止時の土壌の乾燥状態
樹液流速度は 2 つの土壌ともψが-60kPa までは一定に維持され，それ以降低下して永久しおれ点（-1500kPa）より湿潤な-200kPa 程度に達した時にほぼ樹液流停止状態となった（図2）。これは年降水量の多い日本の斜面下部の湿潤な土壌が生育適地であるスギの吸水特性を砂質壌土15cm
砂質壌土35cm
軽埴土15cm
軽埴土35cm

1

0.5

0
1

反映したものと思われる。

10

100

1000

Matric potential ψ（-kPa）

図 2 土壌のψと樹液流速度との関係(4) 軽埴土で土壌乾燥が進まなかった要因

表 1 Durner モデル（2 つの VG モデルを連結したモデル）の孔隙分布に関わるパラメータ

軽埴土では難有効水分を多く残して-200kPa 程度で土壌乾燥が止まった。保水曲線
ψ0_1 とψ0_2 を小杉（2007）に準じて計算す

100

軽埴土

一致していた（図 1）。深さ 15cm で観測したの 2 つの変曲点（孔隙分布のモード）である

10

Matric Potential ψ(-kPa)

ると粘土質の軽埴土でψ0_2 が小さく，モード

Ψ0_1 (cm)Ψ0_2 (cm)m1 (-)

m2 (-)

砂質壌土

-16.3

-524.0

0.55

0.32

軽埴土

-11.7

-1746.5

0.54

0.47

Ψ0 は保水曲線の変曲点に対応し，dθ/dΨ が最大（孔隙分
布のモード）の時の Ψ 値。Ψ0= -m1-m/αにより算出（小杉，2007）。添え字の 1 は湿潤域の VG モデル，2 は乾燥域の VG
モデルのパラメータを示す。

間の差が大きかった（表 1）。また孔隙分布のモードからの分散度合の指標となる m（0＜m

91

P32
土壌の熱的性質測定法であるシリンダー法と DPHP 法の比較
Comparison of soil thermal properties measurement methods,
cylinder method and DPHP method
磯貝好輝 1・佐藤直人 1・登尾浩助 1
1 明治大学農学部

要旨(Abstract)
シリンダー法と dual-probe heat-pulse (DPHP)法を用いて同一土壌の熱的性質を測定し, 結果を比較した。いずれの熱的性質においてもシリンダー法の方が DPHP 法よりも約 10 倍から 100
倍大きな値を示す傾向が見られた。熱電対の温度測定時のノイズを減らすことと, 温度の測定間隔を小さくすることを両立させることが, シリンダー法の課題であることが示唆された。
キーワード：熱的性質, シリンダー法, DPHP 法
Keywords: thermal properties, cylinder method, dual-probe heat-pulse method
また, 熱拡散係数κ[m2/s]と時刻 t[s]におけ

1.はじめに
DPHP 法は, 一方を熱源, もう一方を温度る土壌カラムの中心温度 Tc(t)[℃]について,計とした 2 本のプローブを用いて土壌の熱的以下の関係式がわかっている（登尾ら, 2005）。

性質を測定する方法である。Noborio ら(2019)
は, 土壌を充填したアルミニウム(Al)シリン
ダーを恒温水槽に沈め, 流入する熱フラック

ここで, Tr(t)は相対温度である。この関係式

スと中心温度の変化からすべての熱的性質をを用いて熱拡散定数κ[m2/s]を求められる。

測定する方法を発表した。本研究では熱フラッ

熱伝導率λ[W/m/℃]は, λ=Cvκの関係か

クス測定に E 型熱電対を用い, 2 つの測定法のら求められる。

結果を比較した。
(2) DPHP 法
熱源から q[W/m]の熱を t0[s]出力したとき

2.理論(1) シリンダー法の, 距離 r0[m]離れたプローブにおける時刻

土壌が充填された単位高さの Al シリンダーt[s]での温度変化を考える。最高温度変化をΔを考える。水温 Tw[℃]の恒温水槽に沈めたと

Tm[℃], その時の時刻を tm[s]とすると, 熱拡きに流入する熱フラックスを qin[W/m2]とし

散係数κ[m2/s]および体積熱容量 Cv[J/℃/m3]

たとき, 最高温度変化ΔTm[℃]になる時刻

は以下の式で表される(Bristow ら, 1994)。

tm[s]までに土壌カラムに加えられる熱量 H[J]は, 一方に体積熱容量 Cv[J/℃/m3]を用いて以下の 2 通りで表される。
熱伝導率λ[W/m/℃]は, λ=Cv κより, 以下の式で表される（登尾ら, 2002）。
この 2 式から H を消去することで, 体積熱
容量 Cv[J/℃/m3]が求められる。

92

3.材料および方法
図 1 に示す装置に豊浦砂を充填し, シリンダ
ー法と DPHP 法の双方で熱的性質の測定を行った。体積含水率θ[m3/m3]は, 0, 0.1, 0,2, 0,3程度に調整してそれぞれ実験を行った。

図 1: 実験装置の概略図。中心のプローブの温度計は 2 つの方法で共用する。もう一方のプローブは DPHP 法の熱源とする。Al シリンダーの内外に付けた熱電対は, シリンダー法
での qin[W/m]の測定に利用する。

4.結果および考察

図 2: シリンダー法と DPHP 法による, 各体積含水率θ
[m3/m3]の熱拡散係数κ[m2/s], 熱伝導率λ[W/m/℃], 体

シリンダー法および DPHP 法で測定した各積熱容量 Cv[J/℃/m3]の測定結果

体積含水率θ[m3/m3]の熱拡散係数κ[m2/s],
熱伝導率λ[W/m/℃], 体積熱容量 Cv[J/℃/m3]を図 2 に示す。κはθ=0.2 はほぼ同じ値を示したが, θ=0, 0.1, 0.3 ではシリンダー法
が DPHP 法の 10 倍近く大きい値を示した。
Cv はθ=0.2 のときは約 100 倍, θ=0, 0.1, 0.3
では約 10 倍近く大きい値を示した。λは λ=Cvκにより求めたため, Cv とκに連動してシ

図 3: θ=0 での, シリンダー法における熱フラックス qin

リンダー法が 100 倍程度大きな値を示した。

[W/m]の時間変化

図 3 にθ=0 でシリンダー法による測定を行
始直後の大きな熱フラックスを可能な限り短った際の流入熱フラックス qin[W/m]の経時変い間隔で測定する必要がある。これらの両立が化を示す。この図から qin が波打って変化した

シリンダー法の課題であると考えられる。

ことがわかる。θ＝0.1, 0.2, 0.3 でも qin が波打って変化した。これは熱電対での温度測定時の参考文献等
・Bristow et al (1994), Comparison of Single and Dual Probes for
Measuring Soil Thermal Properties with Transient Heating,Aust. J. Soil Res., 1994, 32, 447-64
・Noborio et al (2002), 双子プローブ熱パルス法による土壌の熱的質測定の比較, J. Jpn. Soc. Soil Phys., No. 90, p. 3~9・Noborio et al (2005), シリンダーに充填した土壌の熱拡散係数を簡易に推定する方法, J. Jpn. Soc. Soil Phys., No.101, p. 5~10
・Noborio et al (2019), A new method for determining thermal
properties using cylindrical soil column and heat flux plate.
ASA/CSSA/SSSA annual meeting abstract.

ノイズが原因だと考えられる。本研究で用いたデータロガー(CR1000, Campbell Scientific)にはノイズを軽減する機能があるが, それを使用するには測定間隔を長くする必要がある。一方で, 正確な熱的性質を測定するには, 測定開

93

P33
福島県飯舘村の屋敷林における放射性セシウムの鉛直分布
Vertical Distribution of Radiocesium in a Residential Grove in Iitate
Village, Fukushima Prefecture
砂川優樹 1・橋井一樹 1・菅野弘燿 2・登尾浩助 2
1 明治大学大学院農学研究科・2 明治大学農学部

要旨(Abstract)

福島県相馬郡飯舘村の屋敷林にて、セシウム 137（Cs）の鉛直分布を調査した。調査地点の土壌は花崗岩風化土壌であり, Cs を固定可能なバーミキュライトを含むものの, Cs の放出直後に報告された福島県内の土壌中の Cs 鉛直分布よりも, 深さ方向に広がって分布していた。
キーワード：

Key words:

放射性セシウム, 屋敷林, 鉛直分布

radiocesium, residential grove, vertical distribution

1.はじめに2011 年に東京電力福島第一原子力発電所から放出された Cs は半減期が 30 年であり, 森
林生態系から系外への流出が限定的である(Shinomiya et al., 2014)ので, 系内に長期間に渡って Cs は存在し続ける。森林土壌中の Cs
濃度は、時間の経過とともに落葉層から鉱質土壌へと移行する。しかし、生物によっては地表面よりも下層に存在する Cs を吸収し、地上部に移行した Cs が地上部ごと捕食されることで、他の生物へと移行する事例が報告されている(Stäger et al., 2023)。したがって、長期間に渡る生態系内の Cs の移動を予測するには、土壌中の Cs の鉛直分布の把握が必要である。
また、粘土鉱物による Cs の固定が有機物により阻害

Fig. 1. Sand (●), silt (▼), and clay (■) content

されることから、森林土壌のように有機物が豊富な土壌では Cs が農地と比べて速く鉛直下方(%) in the soil profile.

へと移動する可能性がある。一方で、国内の森

は, 表層から, 落葉層, 0-1, 1-3, 3-5, 5-10, 10-

林土壌中の Cs の鉛直分布の報告例は放出から

15, 15-20 cm とした後, 20 cm 以深は深さ 155

10 年以上が経過した現在では減少している。

cm まで 15 cm 刻みとし, 移植ゴテを用いて断そこで、森林土壌中の Cs の鉛直分布を明らか

面の土を削り取った。土壌試料は風乾し、一部にするために調査を行った。

を密度試験と粒度試験に供した。Fig. 1 に深さ

2.方法

ごとの砂, シルトおよび粘土の割合を示す。地2021 年 12 月に, 福島県相馬郡飯舘村比曽の表面から深さ方向にかけて, 砂の割合が増加

屋敷林にて、油圧ショベルを用いて深さ 155

し, 粘土の割合が低下する傾向にあった。シルcm まで穴を掘り, 土壌を採取した。採取深度

94

トの割合はどの深さでも概ね一定であった。
調査地点の土壌は花崗岩風化土壌である。
深さ 20 cm までは A 層であり, 有機物が豊富に存在し, 深さ 20-35 cm で A 層と B 層の境界面が見られ, 深さ 35 cm 以深は B 層であった。A 層と B 層の風乾土壌試料を用いて, 橋
井ら（2023）は X 線回折法により粘土鉱物の同定を行い, A 層と B 層ともに, Cs を固定可能であるバーミキュライトが含まれることを確認した。風乾後の土壌試料の一部を炉乾し, Ge
半導体検出器を用いて Cs 濃度を測定した。落葉層は水洗後, ミキサーで粉砕し, 炉乾した
後 Cs 濃度を測定した。測定した Cs 濃度は試料採取日の値に補正した。
不撹乱土壌の Cs の鉛直濃度分布は深さ方向に指数関数的に減少する。深さ𝑥 に対する Cs

Fig. 2. Cs vertical distribution (●) at the study sitewith fitted curve

濃度𝐶 (𝑥)を Beck（1966）の式(1)を用いてフィに福島県の土壌について報告された値(例えば,ッティングした。

𝐶 (𝑥) = 𝐶 (0) ∙ 𝑒 ("# ∙ &)Fujiwara et al., 2012)よりも小さい。

(1)

4.考察

ここで, 𝐶 (0)は地表面の Cs 濃度, 𝛼 は緩和長(cm-1)であり、鉛直分布を特徴づけるパラメー

地表面から深さ 20 cm までの土性はほとんタである。𝛼の値が小さいほど深さ方向に放射ど変化しない(Fig. 1)ことから, Cs の固定サイ性物質が広がって分布していることを示す。

トの存在量の鉛直分布もほぼ均一であると予3.結果想される。Cs が鉛直下方へと輸送されうる要地表面から深さ 50 cm までの Cs 濃度分布

因としては, 有機物による Cs の固定サイトへと, 式(1)によるフィッティングの結果を Fig.

のアクセスの阻害や, マクロポアによるコロ

2 に示す。Cs 濃度が高いのは, 調査地点で除染イド輸送が挙げられる。

を行なっていないためである。深さ 1 cm まで

5.おわりにに全体の 31%, 深さ 3 cm までに 57%, 深さ 5

今後は調査地点における Cs の存在形態を調べ

cm までに全体の 83%が分布していた。
深さ 50

た後, カラム試験を行い, マトリクスとマクロcm 以深では濃度が 2 桁となり, 深さ 155 cm

ポアによる Cs の輸送を検討する。

まで Cs が検出された。これは, 土壌採取時に

参考文献

採取深度より上層から土粒子が混入した可能1), Shinomiya et al. （ 2014 ） : Soil Science and Plant性がある。落葉層の Cs 濃度は 7 kBq/kg と地

Nutrition. Vol. 60, pp 765–771., 2) Stäger et al.（2023）:

表面と比較して低く, 土壌断面全体の 2%を占Environ. Sci. Technol. Vol. 57, pp 13601–13611., 3) 橋井らめた。これは既往の報告と一致しており, 調査（2023）: 農業農村工学会全国大会発表要旨集., 4) Beck

地点においても, 土壌環境に降下した Cs の大（1966）: Health Physics Pergamon Press. Vol. 12, pp 313-

半は鉱質土壌に移行していたと見られる。𝛼は322., 5) Fujiwara et al.（2012）: J. of Environ. Radioactivity.

0.13, 決定係数は 0.96 であった。𝛼は事故直後

Vol. 113, pp 37-44.

95

P34
Non-destructive estimation of soil evaporative losses using oxygen and hydrogen stable
isotopes techniques in mulched soil-columns
Kader Mohammad Abdul1, Kimihito Nakamura1*, Yumi Yoshioka2
1Graduate School of Agriculture, Kyoto University, 2Academic Assembly, Shimane University

Abstract
To understand the soil evaporation variability affected by different mulching, isotope-based non-destructive
estimation quantifies the soil evaporation and vapor exchange processes. We investigated a soil-column
experiment in Kyoto University, Japan to examine the soil evaporative losses considering isotopic fluctuation(enrichment) processes using stable water isotope techniques under two plastic (black and white) mulching
and bare soil treatments. Mulched soil had lower δ18O and δ2H values at 0-60 cm depths than bare soil,
indicating that mulching reduces soil surface evaporation. Evaporation ratio (evaporation to irrigation) was
lower for mulching (19%) and higher for bare soil (61.5%). The isotopic estimation of evaporative loss
fraction quantified the relative differences between the plastic mulch and bare soil. The stable isotope
techniques could be an effective tool for estimating soil evaporation losses under different mulching methods.
Keywords: Isotope fractionation, Plastic film, Soil water balanceusing an electronic scale machine. The bottom of
the column was hole with an 18 mm diameter andinserted a PVC pipe to collect seepage water. The
soil was loam type with sand, silt and clay were47%, 35% and 18%, respectively.
Weather data measured by automatic weather
station. Soil moisture was measured from 5, 20
and 35 cm soil depths using the sensors and data
are recorded in every 10-minutes interval.
Moreover, access tubes were installed at 5, 20 and
35 cm depths to collect liquid soil water from each
depth by providing suction manually.
Liquid soil water samples were collected weekly
1 day after irrigation events. Soil water samples
and ambient air vapors were analyzed for water
stable isotopes (δ18O and δ2H) by Water Isotope
Analyzer (PICARRO, L2130i, USA).
The formula of soil evaporative loss rate (f; %)is as follows (Skrzypek et al., 2015).

1. Introduction
Mulching is the practice of covering the surface ofsoil with a layer of material which to help
conserve moisture in the soil by reducing soil
evaporation losses (Kader et al., 2017). However,the physical processes controlling the moistureexchange between topsoil and mulching such as
the vapor exchange and its quantification remain
uncertain.
Isotope-based
non-destructive
estimation of soil evaporation robust effectively
which reduces soil water evaporation andprovides a theoretical basis for water management
and optimization of water-saving methods inagriculture (Rothfuss et al., 2015).
In this study, we conducted a soil column
experiment including continuous monitoring ofsoil hydrologic and isotopic parameters andexamined the soil evaporative loss based on
modified Craig-Gordon model using stable water
isotope techniques under two (black and white)mulching and bare soil treatments. The specificobjective is to clarify whether evaporation can be
estimated from stable isotope ratios of oxygen andhydrogen.

𝑓 =1−(𝛿 − 𝛿 ∗ )𝛿 − 𝛿∗(1)

2. Materials and methods
The study was conducted in a greenhouse
experimental station during 15 June to 25 August2023 at the Kyoto University, Japan using PVC
columns (20-cm diameter, 60 cm height). The
experiment was designed with three treatments ofbiodegradable black color plastic mulch (BPM),
white color plastic mulch (WPM) and no-mulch(NM, control). Schematic diagram of the column
experimental setup is shown in Figure 1. Daily
soil water evaporation rates were determined bymeasuring weight losses for each soil column

Figure 1. Detail experimental design of soil column andsensor setup.

96

3. Results and discussions
Soil evaporation

Irrigation

200

BPM

WPM

NM

75
60

Irrigation (mm)Cumulative evaporation (mm)where δs and δp are the isotopic composition forthe soil water of each soil layer, and the irrigationwater, respectively. δ* is the limiting isotope
enrichment factor and m is the enrichment slope.

150

45
100

30
50

15

0

0
6/15 6/22 6/29 7/6 7/13 7/20 7/27 8/3 8/10 8/17 8/24

Figure 2 shows the cumulative soil evaporationfrom each treatment during the study period.
Mulching treatments reduced the soil evaporation
than no-mulch treatment which ranked was nomulch (195.7 mm) > white mulch (61.0 mm) >black mulch (60.0 mm). This study confirmed that
actual evaporation ratio (evaporation to irrigation)
was lower for plastic mulching (BPM:18.9%,
WPM:19.2%) and higher for bare soil (61.5%).

Time (day)Figure 2. Cumulative water loss from each treatment
during the study period.
-2

0
0
10
20
30
40
50
60

Isotopic composition of soil water

-60

-50

-40

δ2H (‰)
-30
-20

-10

0
0
10
20
30
40
50
60

Figure 3 presents the mean value of δ18O and δ2Hwithin the 0-60 cm soil profile for plastic-mulched
and non-mulched soil during the study periods.
The δ18O and δ2H values at 60 cm depth represent
seepage water. The δ18O and δ2H of soil water ismainly influenced by two independent processes,
which are evaporation and irrigation.
The isotope compositions of mulched soil profiles
are lower than those no-mulch profile, due toevaporative enrichment of stable isotopes isinhibited by mulching treatments.

Soil depth (cm)δ18O (‰)
-6
-4

-8

BPM
WPM
NM
Irrigation

Soil depth (cm)-10

Figure 3. Average profiles of isotope composition of
δ18O and δ2H of different soil column treatments.
40

BPM

WPM

NM

f (δ18O)

30
20
10Fractionation of soil evaporative loss

080

f (δ2H)

Figure 4 presents the soil evaporative loss fraction(f) estimated by δ18O and δ2H for each depth. For
f value of δ18O) in the 20, 35 and 60 cm depths,
NM exhibited the higher f compared to BPM and
WPM, which signifies substantial evaporation.
The higher value of f at deeper soil layer may be
due to the evaporation-affected water in the upper
layers infiltrating downward. The average valueof f of δ18O for all depths (including seepage
water) was 12.2%, 15.9% and 20.3% for BPM,
WPM, and NM, respectively. These values are
small compared to the actual values of the ratio of
evaporation to irrigation water (BPM: 18.9%,
WPM: 19.2%, NM: 61.5%), but they do reflect therelative differences between mulch and bare soil.
The differences between measured evaporation
ratio and isotopic (δ18O and δ2H) values in soil
water require further investigation.

60
40
20
0
5 cm

20 cm

35 cm

60 cm

Figure 4. Average soil evaporative loss fraction (f) ofδ18O and δ2H at 5, 20, 35 and 60 cm depths.

estimate of the ratio of actual evaporation toirrigation water, but the relative differences wereexplained. The accuracy of the result could be
improved by coupling the water flow simulation
with the isotopic variations.

References
Kader, M.A., Senge, M., Mojid, M.A., & Ito, K. (2017). Recent
advances in mulching materials and methods for modifying soil
environment. Soil and Tillage Research, 168, 155–166.
Rothfuss, Y., Merz, S., Vanderborght, J., Hermes, N., Weuthen,A., Pohlmeier, A., … Brüggemann, N. (2015). Long-term andhigh-frequency non-destructive monitoring of water stable
isotope profiles in an evaporating soil column. Hydrology and
Earth System Sciences, 19(10), 4067–4080.
Skrzypek, G., Mydłowski, A., Dogramaci, S., Hedley, P., Gibson,
J. J., & Grierson, P. F. (2015). Estimation of evaporative loss
based on the stable isotope composition of water using
Hydrocalculator. Journal of Hydrology, 523, 781–789.

4. Conclusions
We investigated whether the differences in
evaporation between mulch and bare soil columns
could be explained by the stable isotope of δ18O
and δ2H. The results did not provide a precise

97

P35
降雨イベントにおける土壌水分変化の空間的・経時的解析
Spatial and time-dependent Analysis of soil moisture changes
during rainfall events
江波戸宗大 1・南光一樹 2
1 農研機構農業環境研究部門・2 森林研究・整備機構 森林総合研究所
要旨(Abstract)

茨城県常総市の放牧地でレーザー雨滴計により雨滴の粒径と速度を常時測定し，雨量が異なる降雨イベント 2 件について土壌に対するインパクトを評価した。正規化して雨量に対する運動エネ
ルギーの比を取ると，ヒストグラムで 0.6 以上の分布が多い降雨イベントでは土壌雨量指数が急激に増大していた。このとき，深さ 20cm における体積含水率について雨の降り始めからの経時的変化を見ると，貫入抵抗値が低い場所では体積含水率の上昇が速い傾向にあることが判明した。
キーワード：レーザー雨滴計, 降雨イベント, 土壌硬度分布, 土壌水分Key words: laser drop-sizing gauge, rainfall event, soil hardness distribution, soil moisture
1 A に設置し, 降雨イベントごとにレーザービ

1.はじめに気候温暖化により線状降水帯やスーパー台

ームの受光幅を通過する雨滴全ての粒径と速度を測定した(Nanko et al. 2006)。

風の襲来で，数年に一度と言われる「記録的短時間大雨情報」が連発されるようになった。発表基準は 1 時間あたり 80 mm 以上で，雨量だ
けでなく破壊力も従来の常識を遙かに越える。
本研究は，①降雨の量だけでなく質について
も土壌水分のインプットとしての評価を行い，②調査圃場(面積 65a)を主に土壌水分センサを格子状に 17 地点で埋設し，空間的な土壌水分変化を経時的に把握することで，量と質の異なる降雨イベントにおいて水平方向の二次元的な土壌の湿り方の相違を比較し，土壌硬度（貫入抵抗値）の影響を評価することを目的とする。
2.方法(1) 調査圃場
茨城県常総市の林地に隣接する放牧地 (65

図 1 茨城県常総市の調査圃場 (放牧地；65 a)の深さ 8 cm における土壌硬度水平分布図
貫入抵抗調査 58 地点(×)，土壌水分センサ(10HS) 埋設 17 地点( )，レーザー雨滴計設置
地点(A)，赤点線範囲 体積含水率測定マップ(2) レーザー雨滴計測定データの解析方法a)について，土壌物理性簡易診断方法 (Ebato2020)で貫入抵抗調査 (58 地点)を行い，深さ

雨滴全ての粒径と速度から 5 分あたりの雨

60 cm までの土壌硬度三次元分布図を作成し量と運動エネルギーを算出し，降雨イベント

た (図 1; 深さ 8 cm だけ抜粋)。

ごとに正規化して雨量と運動エネルギーを比

土壌水分センサ(Meter 社 10HS) を深さ 20,

較した。今回は(a) 2023/5/22 17:05 ～ 5/23

40 cm で 17 地点 (図 1 )に埋設し、体積含水

21:10 (28 時間 5 分)と(b) 2023/6/2 00:00 -～率の経時変化を測定した。レーザー雨滴計は図6/3 10:10 (34 時間 10 分) について解析した。

98

(b) が (a) よ り も 0.6 以 上 の 分 布 が 多 く ，

3.結果と考察(1) 降雨イベントの解析

2023/06/02 16:00 以降の土壌雨量指数の急激

総雨量について，(a)は 36.1 mm，(b)は 203.2な増大に寄与したと考えられた。

mm であった（図 2, 3）。土壌雨量指数は 3 段(2) 土壌水分の経時的変化のタンクモデルにより算出され，最大値は(a)格子状に 17 地点で埋設した土壌水分センサ

で 19, (b)で 55 であった。雨滴が全て同じ大きについて，水平方向の土壌水分(体積含水率)をさで速度が同じであれば，雨量（量）と運動エ常時モニタリングできるようにした。

ネルギー（質）の分布は等しくなるため，雨量深さ 20cm における体積含水率について雨と運動エネルギーを正規化して比を取ることの降り始めからの経時的変化を見ると（図 4,

で質の評価を試みた（図 4）。

5），貫入抵抗値が低い場所では(a)と(b)で共に体積含水率の上昇が速い傾向にあることが判明した。貫入抵抗値が低い場所では雨が浸透できる空間が多いためと考えられた。

図 2 (a) 2023/5/22 17:05 ～ 5/23

21:10 (28
時間 5 分)における 10 分間降水量, 土壌雨量指数, 正規化後の雨量に対する運動エネルギ
ーの比についての経時変化

図 3 (b) 2023/6/2 00:00 -～ 6/3 10:10 (34 時間

10 分)における 10 分間降水量, 土壌雨量指数,
正規化後の雨量に対する運動エネルギーの比についての経時変化

図 4 (a) 2023/5/22 図

17:05 ～ 5/23 21:10(28 時間 5 分)における深さ 20cm の土壌
水分（体積含水率）について水平方向の経時変化（降り始めから
6 時間ごと）

図 4 (a) 2023/5/22 17:05 ～ 5/23

21:10 (28
時間 5 分) と(b) 2023/6/2 00:00 -～ 6/3 10:10(34 時間 10 分)について正規化後の雨量に対する運動エネルギーの比をヒストグラムにして比較

99

5 (b) 2023/6/2
00:00 ～ 6/3 10:10(34 時間 10 分)における深さ 20cm の土壌水分（体積含水率）について水平方向の経時変化（降り始めから 6
時間ごと）

参考文献等
Ebato M.(2020) Agricultural Information
Research 29(1): 24-39.
Nanko K. et al. (2006) Journal of Hydrology
329: 422-431.
謝辞
本研究の一部は JSPS 科研費 JP21K05837 の助成を受けたものです。

P36
水ポテンシャルセンサーTEROS-21 を用いたミカン栽培畑の土壌水分状態の観測
Soil water potential measurements in orange orchards with TEROS-21
坂井

勝 1・加藤沙耶香 1・和中久実 2・伊藤良栄 1・藤山宗3

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・3 三重大学みえの未来図共創機構

要旨(Abstract)
ミカン栽培では果実の糖度を上げるために，防水マルチと点滴潅水を用いるマルドリ方式等で土壌水分を制限し，適度な乾燥ストレスを与える。本研究では，三重県南部に位置する御浜町のミカン栽培畑で，水ポテンシャルセンサーTEROS-21 を用いた土壌水分状態の観測を行った。
キーワード：

水ポテンシャル，乾燥ストレス，TEROS-21，ミカン

Key words: (Times, Bold, 10.5P)

soil water potential, water stress, TEROS-21, orange

1.はじめにを受けており，マルドリ方式は使用せず，降水三重県南部に位置する御浜町では柑橘栽培のみに依存している。いずれのサイトも礫を多が盛んであり，「年中みかんのとれるまち」とく含む土壌である。観測は 2023 年 5 月下旬以

して知られている。ミカン栽培では，果実の糖降に行った。全てのサイトに，TEROS-12 水分・度を上げるために，適度な乾燥ストレスを与え，地温センサー2 本と TEROS-21 水ポテンシャル

その手法として，透湿性防水シートと点滴潅水センサー2 本を 15 cm 深と 30 cm 深に設置し，によって土壌水分をコントロールするマルド

気象データ（ATMOS-41）と共に ZL6Pro デー

リ方式，さらにシールディングシート（S.シー

タロガーで 30 分間隔で測定した。土壌センサ

ト）を 50 cm 深まで設置することで雨水の流入

ー類の埋設位置は，志原と野田ノ谷では 2 m 間を防ぐ S.マルチ栽培がある。

隔に植えられたミカン樹の中間位置，ミカン樹が等間隔ではない田代では 1 本の木から 1 m

ミカン栽培畑の土壌水分状態の測定について，テンシオメータやテンシオメータを応用し離れた位置とした。

た簡易土壌水分計が使用されているが，乾燥ス
トレスが生じる乾燥領域まで定量的に評価した例は少ない。そこで本研究では水ポテンシャ
ルセンサーTEROS-21 を用いて，ミカン栽培畑の土壌水分変化の観測を行った。
2.方法
観測は志原地区，野田ノ谷団地，田代地区の3 か所のミカン栽培畑（極早生温州ミカン「味一号」）で行った（図 1）。志原地区は市街地に，
野田ノ谷団地は中山間部の緩やかな斜面に位置する。共にマルドリ方式を使用し，7 月下旬～9 月上旬に地表面に白マルチを設置している。特に志原地区は S.マルチ栽培を採用してい図1る。一方，田代地区（紀宝町）は有機 JAS 認証

100

観測サイト

3.結果
図 2，3，4 に志原，野田ノ谷，田代サイトで測定した１時間降水量，体積含水率，および水
ポテンシャル（pF 換算値）の 7 月～9 月下旬の結果を示す。いずれのサイトでも 7 月中旬～8
月上旬に降水量が少ない期間が見られた。
志原サイトでは（図 2），地表面のマルチ設置（7/10）以降，土壌の乾燥が進行し pF4 程度にまで達した。また，15 cm 深と 30 cm 深は同様
な水分変化を示した。降雨時も土壌水分量は低く保たれており，S.マルチ方式で地表面および根圏側方からの雨水の流入が防がれていると言える。本観測では，土壌センサーは潅水チュ

図2

志原サイトの土壌水分変化図3

野田ノ谷サイトの土壌水分変化

図4

田代サイトの土壌水分変化ーブから 1 m 程度離れたミカン樹間の中央の位置に設置しており，潅水による水分増加はほとんど見られなかった。ここから，ミカン樹は潅水チューブ下の局所的な湿潤土壌から主に吸水していることが示唆された。
地表面にのみマルチを設置した野田ノ谷サ
イトでは（図 3），降雨時に土壌水分が上昇し，
pF3.1 程度の乾燥が短期間のみ生じた。また，
30 cm 深は 15 cm 深に比べ常に湿潤（pF2 以下）であった。野田ノ谷サイトでは 30 cm 以深に硬盤があり根圏以下への下方浸透が防がれていること，緩やかな斜面により根圏側方からの水の流入が生じていることが考えられる。
マルチを使用しない田代サイトでは（図 4），8 月上旬までの無降雨期間に各深度とも pF4 程度まで土壌が乾燥した。それ以降は降雨にあわせて土壌水分が変化し，常に pF2 以下の湿潤状態であった。
4.おわりにTEROS-21 で，ミカン栽培畑の乾燥領域の水
ポテンシャル変化を定量的に観測した。今後は，ミカンのストレス状態を考慮した最適な潅水
タイミングの評価に用いることで，自動潅水シ
ステムの構築を目指す。
謝辞：本研究はみかん農家の⼭⾨祐典⽒とすぎもと農園の協⼒のもと実施した。ここに記して謝意を表します。

101

P37
牛糞堆肥を施用した水田土中の窒素動態の観測と数値解析
Observation and numerical calculation of nitrogen dynamics in paddy soil
applied with cow manure compost
井手海盛 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)
牛糞堆肥を異なる量施用した水田土中の窒素動態を明らかにすることを目的に，アンモニア態窒
素と硝酸態窒素，イネの窒素吸収量を圃場で測定し，無機化，硝化，脱窒，イネの窒素吸収を考慮した数値計算で再現を試みた。計算は各施肥区の硝酸態窒素，イネの窒素吸収量の変化量をよく表した。一方，アンモニア態窒素の変化量を過大評価し，流出量は無機化量の約 56 %と大きな割合を占めた。パラメータ等の見直しが今後の課題である。
キーワード：
Key words:
1.はじめに有機物分解，窒素動態，数値計算

decomposition of organic matter, nitrogen dynamics, numerical calculation,
光度計で NH4-N と NO3-N を測定した。
N0~N16

有機物を肥料として水田に施用する機会が増えている。土中の有機物は無機化，

区は 2 連で行い，平均値を各 N 区の値とした。

硝化を経てアンモニア態窒素 NH4-N，硝酸態

3.数値解析

窒素 NO3-N となり作物に吸収される。しかし，

採 土 深 か ら 0~2 ， 2~10 ， 10~20 ， 20~25 ，脱窒による N2 ガス化や，土中水の流れに伴う

25~100 cm の 5 層とした。土中の水分移動は溶脱により，土中の窒素量の予測は困難である。

リチャーズ式を実測から得た水分特性を用い，適切量の有機物施用には，土中での窒素動態を

溶質移動は移流分散方程式と一次分解反応式

明らかにする必要がある。本研究では，水田に（無機化，硝化，脱窒）を用いて計算した。

施用した有機物を起点とする窒素動態の現場

硝化の反応速度定数 knit は，中西ら（2019）よ観測と，HP1 を用いた数値解析を目的とした。

り𝜃の関数で与えた。脱窒の反応速度定数 kden

2.現場観測 三重大学内圃場に 2.25 m2 の水田

は𝜃= 0.32 cm3/cm3 を境とし，好気，嫌気状態で8 区画を準備した。2022 年の 3/17 に CN 比 26

0，0.1 /d とした。5/31 以降は 2 cm 深までの牛糞堆肥を窒素換算で 0，4，8，16 g/m2 にな酸化層があるとし，酸化層の knit，kden を 0.1，

るよう 10 cm 深まで施用し，裸地で管理した

0 /d とした。
無機化の反応速度定数 kmin は 25 °C（N0，N4，N8，N16 区とする）。5/2 の代かきで 0.005 /d とし，杉原ら（1986）の式（1）を以降は湛水で管理し，5/31 に再度代かきを行っ

用い，日数を 25 °C を基準とした日数 t とするた。6/3 にイネ（コシヒカリ）を移植し，9/13 にことで温度依存性を表した。

収穫した。栽培期間中，生育段階毎に各区画か

𝑡 = exp(

らイネを 2 株採取し，乾物重と窒素含有量の積

深さ 100 cm を計算領域とし，−𝐸a |∆𝑇|)
𝑅𝑇1 𝑇2式（1）から窒素吸収量 uptake を求めた。圃場 2 m 高

Ea （J/mol）は見かけの活性化エネルギー，の気象データ，土中 5，15，25 cm 深の地温，

T1 は基準温度（298.15 K）、T2（K）は任意温度，

体積含水率 𝜃を測定した。また，0~2，2~10，

T（K）は T1，T2 の温度差である。kmin，knit，

10~20，20~25 cm 深の土を隔週で採取した。採kden に関わる土壌微生物は異なるため，温度取した土を 10 %KCl と蒸留水で抽出し，吸光依存性はそれぞれ異なるが、本研究ではいずれ

102

の Ea も 20000 J/mol とし，knit，kden にも式（1）測を表した。一方で，流出量は無機化量に対しが適用できるとした。計算期間は 3/17~5/30 と約 56%と大きな割合を占めた。実際の現場の5/31~9/13 に分けて行い，𝜃，NH4-N，NO3-N の流出量割合は，計算値より少ないと考えられる

各期間の初期条件は実測に従い与えた。代かきため，陽イオン交換や各パラメータなど今後によって無機化が促進されると仮定し，各期間改善する必要がある。

の分解に寄与する土由来の有機態窒素の引用文献：中西ら（2019），NN論集, 309, I_281-I_288.
杉原ら（1986），農環技研報, 1, 127-166.
Singh et al，2003 WATPRO final report, p173.

初期値 Corg-N を 10 g/m2，30 g/m2 と前期間で分解せず残った有機態窒素量の和としてWater content (cm3/cm3)

10 cm 深まで与えた。牛糞堆肥は，3/17 に施用量全量が Corg-N に含まれるとした。根の吸水はFeddes モデルで表し，Singh et al.（2003）のイネのパラメータを与えた。根の深さは実測に基づき与えた。土中水の上端境界条件は気象データと Penman 式より与え，下端境界条件は一定圧力（h = –1 cm）とした。溶質については

Observed 5 cm depth
Calculated 5cm depth
Observed 25 cm depth
Calculated 25 cm depth

0.6
0.4

0.24 cm3/cm3

0.2

0.16 cm3/cm3

0.0
3/17

フラックス境界条件を与えた。

6/15

7/30

9/13

Fig.1 Change in water content

4.結果 Fig. 1 に 5，25cm 深の𝜃の実測値と計算値を示す。4/4 から 4/13 にかけて 5，25cm 深Observed Soil NH4-N in 0-25 cm depth
Calculated Soil NH4-N in 0-25 cm depth
Observed Soil NO3-N in 0-25 cm depth
Calculated Soil NO3-N in 0-25 cm depth
Observed Uptake
Calculated Uptake
Leaching

24の𝜃は 0.16，0.35 cm3/cm3 まで減少したのに対
18以降，計算は実測値を概ね表した。Fig. 2 に N0，
N16 区の 0~25 cm 深の NH4-N と NO3-N，Uptakeの実測値と計算値を，N2，25 cm 以深の NH4-Nと NO3-N の計算値の和を流出量とし，積み上げ図で示す。N0，N16 区の NH4-N は，4/30 に
1.37，

2.82 g/m2 となった。その後，5/31 には 1.65，

Amount of Nitrogen (g/m2)

し，計算では 0.24，0.36 cm3/cm3 まで減少した。

0.86，0.91 g/m2 であったが，計算では5/1

5/2~ flooded

12

N0
6
0
9/13
harvesting

24

N16

18

6/3
transplanting
3/17
fertilization

12

2.75 g/m2 に増加し、計算では 2.20，4.93 g/m2 となった 。9/13 の収 穫時の NH4-N は 1.33，

5/31
4/12

6

1.54 g/m2 であったが，計算では 2.41，3.17 g/m2

4/30

0

と長期に渡り計算値は過大評価した。N0，

3/17

5/1

6/15

7/30

9/13

Fig.2 Nitrogen balance

N16 区の NO3-N は，4/12 に 0.11，1.73 g/m2 でTable.1 Nitrogen balance for each plot

あったが，計算では 0.92，1.56 g/m2 と N0 区で過大評価した。その後，4/30 までに 0.00，

g/m2 Mineralization Soil NH4 Soil NO3 Uptake Leaching
Simulated
17.61
1.33
-0.36
6.85
9.79

0.08 g/m2 に減少し，計算では 0.42，0.76 g/m2 とN0なった。以降の NH4-N は実測，計算共にわず

Simulated
Measured
Simulated
N8
Measured
Simulated
N16
MeasuredN4

かしかなかった。Table.1 に実測と計算の各区
画の施肥~収穫時の土中窒素変化量を示す。
各区画とも NO3-N，Uptake の計算値は概ね実103

Measured
18.67
21.20
24.82

0.34

-0.14

6.30

1.28
0.23
1.74
0.27
1.84
0.34

-0.35
-0.05
-0.47
-0.20
-0.27
-0.17

7.20
7.14
7.98
9.40
9.16
9.29

10.54
11.96
14.09

P38
凍結管を用いた地盤凍結過程の数値解析
Numerical simulation of ground freezing processes using freezing tube
斎藤広隆 1・向後雄二 1・大石雅人 2
1 東京農工大学大学院・2（株）精研要旨(Abstract)
近年地下利用が加速し，埋設した凍結管内に冷却液を循環させ凍土壁を形成する地盤凍結工法の重要性が増している。本研究では，凍結管内を流れる冷却液を一次元流れとして扱い，凝固潜熱の放出を含んだ地盤の凍結過程の数値解析法について，その計算過程と結果について報告する。
キーワード：凍結・数値シミュレーション・潜熱
Key words: Freezing, Numerical Simulation, Latent Heat
熱容量［J m-3 K-1］， は熱伝導率［W m-1 K-1］，

1.はじめに
人工地盤凍結工法とは，冷却液を地盤中に埋T は温度［K］，uf は凍結管内の冷却水フラック

設された凍結管内を循環させ，地盤の熱を奪いス［m s-1］，S は単位体積当たりの熱の吸込み・凍土化し、地盤の強度と安定性を高める地盤補湧出し［J m-3 s-1］である。地盤内と凍結管本

強技術である。地盤凍結により地盤中に埋設し体内での熱移動については，次式に示す通り三た凍結管周囲に連続した凍土壁が形成され，こ次元の伝導による熱移動のみによるとして，地の凍土壁の保護下でトンネルの掘削や地下構

下水流れなしとした。液状水の凍結に伴う凝固造物が建設される。急速な都市化や新たな地下潜熱の放出は，地盤のみで考慮した。

構造物の建築のために，地下利用が加速し，地Cs

盤凍結工法の重要性が増している。
地盤凍結工法における適切な凍結菅の配置
計画には，地盤凍結過程の予測が不可欠である。

Ts
t

Cp

Lf

i
i

s

t

Tp
t

p

Tp

Ts

Si

経験的なモデルや，詳細な数値解析に基づく予

ここで，Lf は水の凝固潜熱［J kg-1］， i は体積測など様々な手法が開発されている。ここでは，含氷率， i は氷密度［kg m-3］，下付き文字 s

熱応答試験の解析法（斎藤ら，2014）を応用し，と p はそれぞれ地盤と凍結菅を表す。凍結菅の地盤のみならず凍結管内を流れる冷却水の温厚さが十分に薄いことから，冷却液と凍結菅の度変化までを考慮可能な数値解析手法につい熱移動は瞬時に起こるとし，吸込み・湧出し項て，その考え方および計算例を示す。

の中で扱い，凍結菅と地盤の間の熱移動については伝導のみによるとした（Christodoulides etal., 2012）。冷却液と凍結菅の間の熱移動 QH ［J

2.方法
本計算では，凍結管が内径と比べて十分に長s-1］は，ニュートンの冷却測に基づき，熱移動いとして，凍結管内を循環する冷却水には，一量は温度差に比例するとして，熱伝達係数 h次元の伝導および移流による熱移動を考慮し［W m-2 K-1］と境界面積 A［m2］を用いて次のた次式を適用した。

ように与えた。

Cf

Tf
t

Tf
z

f

z

Cf uf

Tf
z

QH

Sf

ここで下付き文字 f は冷却水を表し，C は体積

h A TpTf

この熱移動量から冷却水および凍結菅単位体

104積当たりの移動量を求め，吸込み・湧出し項で-30oC冷却水与えた。
地盤中の氷の生成については，含氷率と間隙率 の比である相対含氷率を温度の関数として
次式で与えた（Li et al., 2019）。
Fi

i

1

1

a

T T0
0

T

T0

T

T0

ここで T0 は氷の生成が開始される温度閾値で，-0,1℃とした。また，氷が含まれる地盤の熱伝導率は次式で与えた。
f1s

図１：地盤と凍結菅を考慮した三次元計算
領域の有限要素メッシュ
l

i

i

i

(a)

図 1 に解析対象の計算領域と有限要素メッ(b)シュを示す。均一な飽和地盤を想定し，凍結管は 10 m とし，黄色が流入用凍結管，緑色が循
環後の流出用凍結管を示す。冷却水については，
凍結菅入口では温度一定条件（-30℃）とし，出口では温度勾配ゼロとした。凍結菅は下端で折り返すとして，冷却水の温度が流入用と流出用で同じとなるとした。初期は全体が一定の温度であるとし，適切な熱物性値を用いて，汎用

図 2：冷却開始 4 時間後の凍結管周りの（a）
含氷率および（b）氷成長率の分布

有限要素プログラム FlexPDE により各基礎方
程式を解いた。計算では，吸込み・湧出し項以外に凍結管から冷却水への熱伝達が起こらな

4.おわりに

いように，冷却水に用いる温度と地盤と凍結管

凍結管内を流れる冷却水の熱移動を考慮でに用いる温度は異なる未知数とした．

き，氷の生成に伴う凝固潜熱の放出を含んだ地
盤凍結過程の数値解析手法を示した。今後冷却

3.結果

水の温度変化や地盤凍結の進行速度のより詳

図 2 に冷却開始 4 時間後の凍結管周りの含細な解析や，地下水流動が地盤凍結過程に与え氷率および氷成長率の分布を示す．凍結管周りる影響の定量的な評価に取り組む。

で氷が発達し，その境界で氷の成長が進行している様子が再現された。また地盤内温度変化と引用文献

氷の生成速度を計算したところ，凍結管近傍でChristodoulides, P., et al. (2012): World Academy of Science,

は，計算開始とともに温度が低下し，氷生成速Engineering, and Technology, 63, 479-483.

度が急激に上昇した。一方凍結管から 10 cm

Li et al., (2019): Tunnelling and Underground Space Technology,程度離れた地点では温度は近傍と比べて緩や

92, 103035

かに低下し，0℃付近では凝固潜熱の放出に伴斎藤ら（2014）：土壌の物理性，128, 11-20.

って温度低下が抑制され，凍結の進行に伴って再び温度が低下した。

105

P39
農地・大気間の PFAS フラックス密度の測定
Measurement of PFAS flux density between farmland and the atmosphere陸佳汶 1・登尾浩助 2・山下信義 3・谷保佐知 3
1 明治大学農学研究科・2 明治大学農学部・3 産業技術総合研究所

要旨(Abstract)：
生産や廃棄の過程で自然環境中に放出される有機フッ素化合物（PFAS）を対象として PFAS フ
ッラクス密度測定装置を開発した。フラックス密度測定には緩和渦集積(REA)法を用いて,大気・農地間の交換量を測定した。PFAS の交換には気温の影響を受けている可能性があると考えられる。
キーワード：PFAS, 緩和渦集積法
Keywords: PFAS, Relaxed Eddy Accumulation
1.はじめにPFAS（Per-and polyfluoroalkyl substances）
は PFOS（Per Fluoro Octane Sulfonicacid）
や PFOA（Per Fluoro Octanoic Acid）及び他の多くの化学物質を含む有機フッ素化合物である。現在では 4,730 種類以上の PFAS 化合物
が地球的規模で環境中に含まれている。従先行
研究では水中や土壌中,大気中を対象としたPFAS 濃度の測定が多く行われる一方で,大気と陸地間の PFAS 交換量であるフラックス密度
図1を測定した研究例がほとんど見当たらない。そこで本研究は,REA 法を用いていた測定装置をPFAS フラックス密度測定装置

ここで、𝐹𝑃𝐹𝐴𝑆 は PFAS フラックス密度（ng/m²

開発して,PFAS フラックス密度を測定した。

/h）,σw は鉛直風速の標準偏差(m/s),𝐶𝑢̅ と𝐶𝑑̅はそれぞれ上向きと下向き気流によって運ば

2.方法

れる PFAS 濃度(ng/m³)の 48 時間平均値で,𝐵本研究では微量気体である PFAS のフラック

は実験によって求められる係数である。実験

ス 観測を 行うた めに ,Businger and Oncley

係数 B は,一般的に顕熱フラックス密度などの（1990）が提案した REA 法を利用した。REA 法
は，三次元超音波風速計,データロガー,電磁弁,
大気貯蔵器,ポンプ,流量計等から構成された

渦相関法で測定可能な成分から求められる。
対象とする微量気体フラックス密度の B を顕
熱フラックス密度の B と等しいと仮定した場(図 1)。

合,顕熱フラックス密度と B の関係が次の式

PFAS フラックス密度は REA 法により以下の(2)で示される。

式(1)で計算した。

(2)

(1)

106

ここで,式(2)の左辺は渦相関法で測定した顕熱フラックス密度で,右辺の REA 法で測定した
顕熱フラックス密度が等しくなるような B を決定した。
明治大学黒川農場において,2022 年 9 月 27
日から 2023 年 1 月 3１日まで合計 5 回でそれぞれ 48 時間の実験を実施した。実験後各大気貯蔵器の捕集材である GAIAC,PUF を回収し,産図2

顕熱フッラクス

業技術総合研究所で抽出実験をして,抽出液を蒸発・濃縮させ,液体クロマトグラフ質量分析計を用いて PFAS 濃度の分析を行った。
3.結果と考察2022 年 9 月 27 日～9 月 29 日のデータについて分析した。
(1) 顕熱フッラクス
渦相関法で求めた顕熱フラックスは図 2 で

図3

実験係数 B

図4

PFAS 濃度示されたように,顕熱フラックスが昼間の 12時頃で最大値を達して,夜間になるとほとんどの値が 0 以下（上向き）になった。
(2) 実験係数 B
渦相関法で測定した顕熱フラックスと REA法で測定した顕熱フラックスが等しくなるよ
うに実験係数 B を 0.7 とした（図 3）。
(3) PFAS 濃度
図 4 で示されたように 6:2FTSA のみが有意に検出された。また,上向き風期間の PFAS 濃度

参考文献
Businger, J. A., and S. P. Oncley(1990): Flux
measurement with conditional sampling, Journal of
Atmospheric and Oceanic Technology, 7, 349-352
Hamotani K, Uchida Y, Monji N and Miyata
A (1996): A System of the Relaxed Eddy
Accumulation Method to Evaluate CO₂ Flux overPlant Canopies. Agricultural and Forest Meteorology,
52:135-139.
McInnes, K.J. and Heilman, J.L. (2005): Re1axed
eddy accumu1ation. In: Micrometeoro1ogy inagricu1tura1 systems. Agronomy monograph no. 47.
Rongben Wu, Huiju Lin, Eriko Yamazaki, Sachi
Taniyasu, Mattias Sorengård, Lutz Ahrens, Paul K.S.
Lam, Heesoo Eun, Nobuyoshi Yamashita (2021):
Simultaneous analysis of neutral and ionizable perand polyfluoroalkyl substances in air. Chemosphere
Volume 280, 130607

が 694.37pg/m³で下向き風期間の PFAS 濃度505.31 pg/m³より高かった。
(4) PFAS フッラクス密度式(1)で計算した結果について,一回目のPFAS フッラクス密度が 476.43ng/m²/h 正値
で,PFAS が地面から大気に輸送されたことが分かった。気温が高いと土粒子に吸着している
PFAS がガス状 PFAS になりやすい可能性があると考えられる。
今後は更に多くの実験データを比較し,検証する必要がある。

107

P40
黒ボク土畑の作土および下層土の地温に及ぼすバイオ炭施用効果と緑肥作物の影響
Effects of biochar amendment on soil temperaturein the plow layer and subsoil of an andisol field Influenced by cover crop
垣内悠太郎 1,2・江口定夫 1・平野七恵 1・朝田景 1・下河邉裕二 3,4・飯村強 3・藤田裕 3
1 農研機構農業環境研究部門・2 農研機構中日本農業研究センター・3 茨城県農業総合センター園芸研究所・4 茨城県県北農林事務所
要旨
黒ボク土畑を対象に，バイオ炭施用が作土および下層土の地温に及ぼす影響を圃場レベルで明らかにすることを試みた．緑肥作物の有無により，バイオ炭が作土の地温に及ぼす効果が逆転すること，バイオ炭施用により下層土の地温が上昇することなどが示された．
キーワード：土壌の熱的性質, 土壌の有機態炭素, 根の伸長速度，豚糞堆肥
Key words: Soil thermal properties, Soil organic carbon, Root elongation rate, Swine manure compost

1．はじめに

2．方法

バイオ炭には土壌改良効果や炭素貯留効果（1） 調査地などがあり，作物生産性の向上や地球温暖化対調査は，農研機構農業環境研究部門内の野菜策への貢献が期待されている．しかし，バイオ畑（春夏スイートコーン－秋冬ハクサイ）圃場

炭を効果的に利用するための長期的な試験やで行った．土壌は腐植質普通アロフェン質黒ボ

フィールド研究は限られ，その実際の効果や最ク土であり，大まかには，作土層（0~15 cm），

適な使用方法に関する情報は不足している

耕盤層（15~35 cm），下層土（35 cm 以深）に（Humberto, 2017）．

層位区分される．この圃場は 2021 年 4 月より，

地温は,作物の生育や土壌の微生物活性に影

有機・慣行栽培比較試験を実施中であり，①化

響を及ぼす．下層土は,重要な炭素貯留の場で学肥料区，②堆肥区，③堆肥＋バイオ炭区，④あるが,近年の気候変動により下層土の有機態

緑肥作物＋試験区①，⑤緑肥作物＋試験区②，炭素の分解速度が加速することが危惧されて⑥緑肥作物＋試験区③，の 6 試験区（各プロッいる（Possinger et al., 2021）．しかし，バイオト面積 35 m2×3 連）から成る．試験区①と④は炭施用が作土層の地温に及ぼす影響について

慣行施肥，それ以外は完全無農薬・無化学肥料の観測事例はあるが，下層土の地温への影響を栽培であり，バイオ炭（ニホンナシ剪定枝炭：

明らかにした事例は見当たらない．また，カバ10 t FW/ha）と堆肥（籾殻豚糞堆肥：6.7 t FW/ha）ークロップ（緑肥作物）の有無が，地温に対すを年 1 回，夏に鋤き込む．緑肥作物は，コムギ

るバイオ炭施用効果にどのように影響するか（秋~春），シロクローバー（春~夏：リビングについては，ほとんど知見がない．

マルチ）及びキマメ（夏~秋：混作）を導入し，本研究の目的は，バイオ炭施用が土壌物理性

地上部を伐採後，ロータリー耕で作土層中に鋤に及ぼす影響について，特に地温の観点から明き込む．但し，2023 年春に刈ったコムギは，らかにすることである．本研究は，バイオ炭施

地表面への藁マルチとした．

用や緑肥作物の有無が農地の作土層および下各試験区の作土層の主な物理性（2023 年 4

層土の温度環境や熱的性質に及ぼす影響を，圃

月採取）を表 1 に示す．

場レベルで初めて示すものである．

（2） 地温の測定
地温は 2023 年 4 月より，温度データロガー

108

表 1 供試土壌の作土層の物理性 ( 平均値±標準偏差 )（おんどとり TR42A, T＆D）を用いて 10 分間
隔で測定した．長さ 50 mm，直径 2.2mm のセンサーを，作土層には水平方向（深さ 7.5 cm），
下層土には鉛直方向（深さ 40~45 cm）に設置した．各試験区間の地温差の有意差検定は，Mann Whitney U test によった（水準：p < 0.05）．

3．結果と考察．
バイオ炭施用が地温に及ぼす効果が顕著に見られた期間の例として，7 月上旬の測定結果を紹介する．
作土層について，③堆肥+バイオ炭区は②堆
肥区よりも地温の振幅が大きく，日中はより高温となった（図 1a）．しかし，緑肥ありの場合はこの傾向が逆転し，⑥緑肥+堆肥+バイオ炭
区は⑤緑肥+堆肥区よりも地温の振幅が小さく，

図 1 作土層地温の経時変化

日中はより低温となった（図 1b）．これらの 2群間には有意差が確認された．下層土では，緑肥作物の有無を問わず，バイオ炭施用区では地温が有意に高くなった（図 2a; 2b）．
上記結果は，緑肥作物の有無により，作土層の地温に対するバイオ炭施用効果が逆転する
こと，作土層へのバイオ炭添加は下層土の地温を上昇させることを示す．下層土の有機態炭素の分解速度は，温度上昇に敏感であり（Yan et al,2017），作土層へのバイオ炭施用は下層土の有機態炭素の分解を促進する可能性がある．一方，根の伸長速度は温度と共に増大するため（Mackay & Barber, 1984），根を深くまで伸ばすことによる水・養分獲得能の向上や冬作作物の生産性向上に繋がる可能性等が考えられる．
図 2 下層土地温の経時変化

今後，より長期間のバイオ炭施用効果を明らかにしていく予定である.

本研究の一部は，NEDO・GI 基金「食料・農林水産業の CO2 等削減・吸収技術の開発」の支援を受けた

109

P41
放射性セシウムの動態調査カラム実験に使用する土壌に含まれる粘土鉱物の同定
Identification of clay minerals in soil used for radiocesium kinetic study column
experiments
橋井一樹 1 砂川優樹 2 登尾浩助 3
1 2 明治大学大学院農学研究科

3 明治大学農学部

要旨(Abstract)
真砂（福島県飯舘村明神岳産）と黒ボク土（岩手県岩手大学実験圃場産）の２種類の土壌について、XRD を用いて粘土鉱物の同定を行った。粘土は沈降法で収集した。真砂試料ではバーミキュ
ライト-クロライト中間種、カオリナイト-ハロイサイトが検出された。黒ボク土からはバーミキュ
ライト-クロライト中間種、イライト、カオリナイト-ハロイサイトが検出された。
キーワード：溶質移動、土粒子、農業復興、環境リスク
Key words: Solute transport Soil particles Agricultural Recovery Environmental Risk
1985）を参考に、#200µm のふるいを沈降法

1.背景
東日本大震災に伴う福島第一原子力発電所で行った。回収した粘土画分は MgCl2、KClの事故で拡散した主要な放射性核種のうち、セ溶液で飽和処理を施した。遠心分離によって過シウム 137（137Cs）は半減期が 30.2 年と最剰の塩を脱塩してから、スライドガラス上に薄も長い。土壌表面に沈着した 137Cs は負に荷く広げて室温で風乾し、定方位試料を作成した。

電した土粒子に吸着、もしくは粘土鉱物によっ

試料は、明治大学地域産学連携センター内の Xて固定される（山口ら, 2012）。137Cs を固定

線回折装置(SmartLab, リガク社)を使用してする能力は粘土鉱物によって差がある。たとえ

Ｘ線回折を行った。結晶構造の格子間隔を同定ばイライトやバーミキュライトは土壌中での判断基準とした。KCl 試料は 550℃で 1 時間

137Cs を強く固定可能な構造（フレイドエッ

強熱処理し、再度Ｘ線回折を行った。MgCl2ジサイト）を持つが、カオリナイトやモンモリ

試料は 10％グリセロールを噴霧し、表面が乾

ロナイトはこのような構造を持たず、137Cs

燥したことを確認して再度Ｘ線回折を行った。

は固定されず、また同種の鉱物でも風化の進行得られた回折図から読み取った反射角θに度によって固定できる量が異なる（Nakao et

対して、Bragg の条件を n=1 で満たす際の格

al., 2008）。したがって、土壌がもつ Cs 固定

子間隔 d001 を求め、その値から鉱物種を決定

能力を細かく検討するには、土壌に含まれる粘した。

土鉱物を明らかにする必要がある。そこで、カラム試験に供試する土壌２種類について、粘土3.結果・考察
図 1 に、
明神岳真砂土の X 線回折図を示す。

鉱物の同定を行った。

2θ = 6.2°(d = 1.4nm)に現れた明瞭なピーク
2.方法

は、バーミキュライト、クロライトが共通で示

真砂土は福島県相馬郡飯舘村明神岳から、黒すピークであるが、バーミキュライトが含まれボク土は岩手大学内の実験圃場より土壌を採る場合は強熱処理でピークが高角側にシフト取した。風乾後、粉砕と有機物処理を行った。

する。逆にバーミキュライトのみが含まれる場

粘土画分の回収は粘土鉱物研究法（下田,合、KCl 試料から検出されるピークは加熱前後

110で変化が起こらないため、このピークはバーミ
キュライトとクロライトの中間種であると同定した。2θ = 12.2°(d = 0.72nm)に現れたピー
クはハロイサイトあるいはカオリナイトに由来する。両鉱物は反射角、強熱時の挙動が酷似しており、ここでは両鉱物の混合層と同定した。

図 2. 岩手大学黒ボク土のＸ線回折図

図 1. 明神岳真砂土のＸ線回折図
図 2 に、岩手大学黒ボク土のＸ線回折図を示す。
2θ = 6.2°(d = 1.4nm)に検出された微弱なピークは、明神岳真砂土と同様にバーミキュライ
トあるいはクロライトに由来する。図 3 はこの

図 3. 岩手大学黒ボク土 5～7°拡大図

ピーク周辺を拡大したものである。バーミキュ
ライト-クロライト中間種は 2θ = 6.2°から

5.展望

9°にかけて連続した反射（図中青枠）が特徴

両試料からバーミキュライトが、黒ボク土か的で、その様子が現れていると解釈した。

らはイライト検出された。比較して黒ボク土の2θ = 8.8°(d = 1.0nm)に現れたピークは、イラ方がより Cs を吸着することが示唆される。今イトあるいはバーミキュライトに由来する。こ後は不定方位試料を用いてバーミキュライトのうちバーミキュライトは KCl 試料でのみの定量的な評価を行い、吸着量を検討する。

8.8°に反射を持つ。この試料では Mg 試料でも 8.8°に反射が見られるため、このピークは山口紀子, 高田裕介, 林健太郎, 石川覚, 倉俣正人, 江口定

イライトに由来するものだと同定した。

夫, 吉川省子, 坂口敦, 朝田景, 和穎朗太, 牧野知之, 赤羽

2θ = 12.2°(d = 0.72nm)に現れたピークは、明幾子, 平舘俊太郎. 2012. 土壌-植物系における放射性セシ

神岳真砂土同様、ハロイサイトあるいはカオリ

ウムの挙動とその変動要因. 農環研報. 31: pp.75-129.

ナイトに由来し、両鉱物の混合層だと同定した。

Nakao, A., Y. Thiry, S. Funakawa and T. Kosaki. 2008.
Characterization of the frayed edge site of micaceous
minerals

in

soil

clays

influencedbydifferent

pedogenetic conditions in Japan and northern Thailand.
Soil Science and Plant Nutrition. 54: pp.479-489.

111

P42
土壌水分量変化と植物の葉のスペクトル変化の時間的関係
Temporal Relationship Between Soil Moisture Variations and Leaf Spectral Changes
堅田凜平 1・佐藤直人 2・登尾浩助 2
1 明治大学大学院農学研究科・2 明治大学農学部

要旨(Abstract)：
リモートセンシングによる土壌水分量の推定が広く行われるようになっている。リモートセンシ
ングにより植物の活性を測定するためにしばしば用いられる植生指標は土壌水分量との関係が知られているが,その時間的な関係は明らかでない。本研究ではコマツナの栽培実験から,葉のスペク
トル変化と土壌水分量変化の時間差の解明を試みた。
キーワード： 土壌水分量, リモートセンシング, スペクトル
Keywords: Soil moisture content, Remote sensing, Spectrum
1.はじめにNDVI を計算した。

土壌水分は精密灌漑や水循環において重要

SPAD 値やスペクトル指標と,スペクトル測な指標である。近年,土壌水分のモニタリング

定以前にさかのぼった時刻の土壌水分量の相や推定に,人工衛星や UAV を用いたリモートセ

関係数を算出した（図１）。これを,生育段階やンシング技術が活用されている。スペクトル植

体積含水率の条件ごとに解析を行った。

生指標は,植物の活力やストレスを測定するためにしばしば使用される。しかし,土壌水分量の変化が植生のスペクトルに影響を及ぼすまでの時間的な解析はほとんど行われていない。
本研究の目的は,コマツナの葉のスペクトルが土壌水分量の影響を受けるまでの時間的な関係性を明らかにすることである。
図 1 体積含水率とスペクトル指標の相関解析
2.方法

スペクトル測定以前の時刻の体積含水率とス

室温 25℃の自然光型ガス曝露チャンバー内

ペクトル指標の相関係数を算出する。

（S-2003A, コイト電工, 静岡）内で実験を行った。体積含水率を 0.2,0.3,0.5 cm3 cm-3（乾3.結果

燥, 中間, 湿潤条件）に調整した有機培養土

実験期間全体を通して,SPAD 値が体積含水（あかぎ園芸, 群馬）を充填した 3 反復の率と最も高い相関を示した（図 2）。SPAD 値は,1/2000 アールワグネルポットでコマツナ（極測定と同時刻の体積含水率と最も高い相関を楽天）（タキイ種苗, 京都）を 7 週間栽培した。

持っていた。また,この相関は体積含水率の測

栽培中は,電極長さ 15cm の TDR プローブを深さ

定時刻にかかわらず,-45h ほどまで大きな変10cm に水平に埋設して体積含水率を 15 分おき化は見られなかった。

に測定した。コマツナの第 5 葉が出た日から
2-3 日に１度,葉のスペクトルと SPAD 値を計測した。取得したスペクトルから EVI, GARI,112

図２ 実験期間の全データを用いて算出した各
スペクトル指標と体積含水率の相関係数

参考文献等[1] Blatchford, M.L., C.M. Mannaerts, Y. Zeng, H. Nouri& P. Karimi. (2019): Remote Sensing of Environment, 234:
111413. [2] Cheng, M., X. Jiao, W. Guo, S. Wang, Y. Pan,
H. Zhang & H. Sang. (2020): Irrigation and Drainage,69(5): 1051-1062.

113

P43
地温変動による地下空気流動に関する評価
Evaluation of Ground Air Flow by Soil Temperature Fluctuations
板津 透株式会社 ヴィジブル インフォメーション センター
要旨(Abstract)
地温変動により引き起こされる地下空気流動を評価するため，地下空気圧変動の解析解，およびその解を用いて地表面における間隙流速の近似式を求めた。間隙流速近似式による検討から，大気圧変動による地下空気流動が小さい条件（大気が安定し土壌層が薄い）においてのみ，地温変動による地下空気流動が同程度になる可能性がある事を明らかにした。
キーワード：地下空気，地温変動，大気圧ポンピング
Key words: ground air, soil temperature fluctuations, barometric pumping
1.はじめに

地下空気圧に関する解析解として，大気圧変

地下空気（土壌，地層中の空気）と大気はそ動による地下空気圧変動が求められている。この組成が異なり，その交換メカニズムは土壌物の考え方を元にして，地温変動による地下空気理学にとっても重要な課題である。地下空気中

圧変動に関する解析解を求める。

に含まれるガス成分の輸送に関する主なメカ

土壌，および水分の熱容量は，それぞれ空気ニズムとしては，移流，および分散（分子拡散の 1000～2200 倍および 3200 倍程度である事を含む）がある。

から，地下空気の移動による熱輸送量は地温にヒレル（1998）では，地下空気流動は，地下

ほとんど影響を与えないと考えられる。そのた

空気と大気の圧力差により起こり，圧力差は大め，以下を仮定した。

気圧変動，温度勾配，風の息，降水浸透，地下

1）地下空気の移動は地温に影響を与えない。

水位変動，植物根による水分吸収などによって

2）地下空気の温度は地温に等しい。

生ずるとされている。本発表では，従来は無視

上記の仮定から，地下空気温度は，地下空されていた「地温変動に起因する地下空気流動」
について，解析解をもとに考察する。

気圧とは独立して，別個に求めた。
大気圧変動による地下空気流動の解析解は，

2.目的

以下の地下空気密度の保存式から求められる。

地温変動による地下空気流動は，大気圧変動

なお，𝑥は下向き鉛直方向とする。

による流動と比べて小さい事が予測されるが，地温変動を無視するためには定量的な検討が

𝜙𝑎𝜕𝜌𝜕 𝜌𝑘 𝜕𝑝′=()
𝜕𝑡 𝜕𝑥 𝜇𝑎 𝜕𝑥(1)

必要である。そのため，地温変動による地下空

𝑝′：地下空気圧 𝜌：地下空気の密度

気流動を求め，大気圧変動による地下空気流動

𝜙𝑎 ：空気間隙率 𝑘：固有透過度と比較できるようにする。

𝜇𝑎 ：空気の粘性係数

3.方法

地下空気の密度に地下空気圧𝑝′ ，および地下

本研究では，解析解を用いて地温変動による

空温度𝑇′の影響を考慮した場合，𝜌 ∝ 𝑝′ ⁄𝑇′ と地下空気流動を評価する。地下空気流動は，地なる。

下空気圧の勾配から計算されるため，地下空気式(1)に上記の関係を組み込んだ後，微分の 2圧に関する解析解を求める。

114

次式であるため無視し，地下空気圧変動が地下速（下向きに正）𝑉𝑇𝑠𝑓 の厳密解を求めた（解は空気圧の大きさに比べて小さい事を考慮する

スペースの都合で割愛）。厳密解は，一般的なと式(2)になる。式(2)の右辺第 2 項が地温変動

土壌の物性値，および土壌あるさが 40cm 以上項になり，既存研究では右辺第 2 項が無い式がである事を条件にした場合，以下に近似できる。

対象とされていた。
(2)

2

𝜕𝑝
𝜕 𝑝 𝑝𝑎𝑣𝑔 𝜕𝑇= 𝜅𝑝 2 +𝜕𝑡𝜕𝑥
𝑇𝑎𝑣𝑔 𝜕𝑡𝑝 = 𝑝′ − 𝑝𝑎𝑣𝑔 ,𝜅𝑝 =𝑉𝑇𝑠𝑓 ≅ −𝐴 𝑇 𝑤𝑇sin(𝑤𝑇 𝑡 + 𝜀𝑇 + 𝜋⁄4)
𝑇𝑎𝑣𝑔 𝑘 𝑇′(4)

𝑘 𝑇′ = √𝑤𝑇 ⁄𝜅 𝑇
式は，地表面温度が上昇する場合，膨張した

𝑘𝑝𝑎𝑣𝑔
𝜇𝑎 𝜙𝑎

地下空気が地表面から流出する現象を表わす

𝑝：地下空気圧変動 𝑝𝑎𝑣𝑔 ：平均地下空気圧と解釈できる。また，地下空気間隙流速は，土𝜅𝑝 ：圧力拡散係数

壌層の厚さに影響を受けない。

ここで地温については，無限媒体において，一方，地温変動がなく大気圧変動がある場合

地表面における温度変動を𝑇 = 𝐴 𝑇 sin(𝑤𝑇 𝑡 +の地表面における地下空気の間隙流速𝑉𝐵𝑠𝑓 は，

𝜀𝑇 )とし，無限遠点の温度変動を 0 とした場合

Auer et al. (1996)によれば以下の式で近似さの解である以下とする。

れる。この地下空気間隙流速は，土壌層厚さに𝑇 = 𝐴 𝑇 exp(−𝑘 𝑇 𝑥)sin(𝑤𝑇 𝑡 − 𝑘 𝑇 𝑥 + 𝜀𝑇 )𝑇 = 𝑇′ − 𝑇𝑎𝑣𝑔

(3)

𝑉𝐵𝑠𝑓 ≅

𝑘 𝑇 = √𝑤𝑇 ⁄2𝜅𝑇

𝑇：地下空気温度変動比例する事になる。

𝑇′：地下空気温度𝐴𝑝𝑙𝑤 sin(𝑤𝑝 𝑡 + 𝜀𝑝 + 𝜋⁄2)𝑝𝑎𝑣𝑔 𝑝(5)

ここで，大気が安定した状態における日常的な𝑇𝑎𝑣𝑔 ：平均地下空気温度

大気圧変動（周期：0.5 日，振幅：0.6hPa）に

𝜅 𝑇 ：土壌の温度拡散係数

対し，地温変動（周期：1 日，振幅：10℃）が地下空気圧変動は，「大気圧変動は有り，地発生した場合を想定し，(4)式，および(5)式の温変動が無い場合の解」，および「地温変動は有り，大気圧変動が無い場合の解」に分離でき，
前者は既存の解がある。本研究では，後者とし振幅が同じになる土壌層厚𝑙𝐵𝑇 を求めた。なお，
𝜅 𝑇 は 5.0×10-7（m2/sec）とした。
𝑙𝐵𝑇 =て，地表面の地下空気圧変動が無く，基底面が不透気（地下水面）である境界条件（図 1）の𝑤𝑇 𝑝𝑎𝑣𝑔 𝐴 𝑇 1= 2.43(𝑚)𝑤𝑝 𝐴𝑝 𝑇𝑎𝑣𝑔 𝑘 𝑇′

(6)

この事から，大気圧変動による地下空気流動解を求める。

が小さい条件（大気が安定し土壌層が薄い）に
𝑝=0(𝑥 = 0)𝑥

おいてのみ，地温変動による地下空気流動が同程度になる可能性があると言える。

𝑥=0

𝑇 = 𝐴 𝑇 exp(−𝑘𝑇 𝑥)sin(𝑤𝑇 𝑡 − 𝑘 𝑇 𝑥 + 𝜀𝑇 )
参考文献

𝑥=𝑙

𝜕𝑝
=0
𝜕𝑥

図 1

ダニエル・ヒレル, 2001, 環境土壌物理学Ⅱ, 農林統計協会,(𝑥 = 𝑙)300p.
Auer, L.H., Rosenberg, N.D., Birdsell, K.H. and Whitney,

解析解における境界条件

E.M., 1996, The effects of barometric pumping on

4.結果と考察

contaminant transport, Journal of Contaminant Hydrology,

式(2)の解である地下空気圧変動を求め，そ24, 145-166.

の勾配から地表面における地下空気の間隙流

115

P44
スペクトルを用いた液体肥料の濃度推定の可能性
Estimating liquid fertilizer concentration using spectrum
岩永真侑 1・堅田凛平 2・佐藤直人 1・登尾浩助 1
1 明治大学農学部・2 明治大学院農学研究科

要旨(Abstract)：
水耕栽培における培養液の組成や濃度は作物に合わせて調整する必要がある。一般的に，EC メ
ーターを用いて濃度を推定しているが，校正などの手間がかかる。そこで，スペクトル反射率か
ら非接触で簡易的な培養液濃度の推定が可能であるか検討した。その結果，液肥と水のスペクト
ル反射率には，特定の波長で違いが見られた。このことから，反射スペクトルの測定による液肥の濃度推定の可能性が示唆された。
キーワード：スペクトル，液体肥料
Keywords: Spectrum， Liquid fertilizer
1.はじめにずつ行った。入射スペクトルと反射スペクトル

水耕栽培では培養液を用いて作物に養分とそれぞれ 5 回の測定結果の平均値から入射ス

水分を供給している。その組成や濃度は作物にペクトルに対する反射スペクトルの比を計算

合わせて調整する必要がある。そのため，液体

し、スペクトル反射率とした。

肥料の濃度をモニタリングし，定期的に肥料を継ぎ足したり交換したりする必要がある（江口， 3.結果と考察
2021）。現在は EC メーターを使用して電気伝導

液肥および水のスペクトル反射率を図 1 に度から肥料の濃度を推定する手法が一般的で示す。液肥の偏光板ありにおける 450 nm からあるが， 定期的な校正やメンテナンスが必要

840 nm の反射率は，偏光板なしと比較して低である。そこで本研究では培養液と水のスペク

下した。これは水面の乱反射の影響が抑えられ

トル反射率を用いた濃度推定が可能であるかたためだと考えられる。
図 2 に偏光板を用いた測定の結果を示す。水検討した。

では 745 nm 付近で，液肥では 795 nm 付近で2.方法

下に凸のピークが見られた。

本実験では，液肥と水のスペクトル反射率の測定を行った。液肥は，タンクミックス A および B（OAT アグリオ， 東京）を使用し，これらと水を 1:2:17 の比率で混合して調製した。調製した液肥および水を，内径 55 mm，高さ 100
mm の無色透明なアクリル円筒容器に充填した。
太陽のあたる屋外において，分光器を水面に対して 45°の角度に設置し，入射スペクトルと反射スペクトルを取得した。また，水面の乱

図 1 偏光板の有無による液肥および水のス

反射の影響を軽減するために，偏光板を使用しペクトル反射率の違い

た測定と使用しなかった測定をそれぞれ５回

116

また，450 nm から 585 nm および 730
nm 以上の波長において，水と液肥の反射率に違いが見られた。これは，液肥に含まれている養分によって引き起こされるものであると考えられる。以上の結果から，
反射スペクトルの測定による液肥の濃度推定の可能性が示唆された。

参考文献等

図2

江口壽彦(2021): 養液栽培と環境調節. 植物環境工学，

トル反射率33(2): 54-59.

図2

117

偏光板を用いて測定した液肥と水のスペクP45
水田において植生が GPS 搬送波に及ぼす影響
Impact of vegetation on GPS carrier waves in paddy fields
鈴木隆介 1・Afiq Bin Hasrudin2・小林大樹 2 ・小平俊介 2・登尾浩助 1
1 明治大学農学部・2 明治大学大学院

要旨(Abstract)

植生状態の推定は,作物の発育と成長のモニタリング,早期収量予測に利用可能である。GPS
信号とマルチパス振幅と植物の成長との間には関連があり,植物が成長するにつれて散乱により
SNR 振幅が減少することが明らかになっており,植生調査に利用可能となる見込みがある。本研
究では水田を試験場とした場合においても同様の結果が得られることを示した。
キーワード：GPS, マイクロ波, リモートセンシング

Key words: GPS, Microwave, Remote sensing
1.はじめにて,実験水田を設定した。この水田は南北方向

植生状態の推定は,作物の発育と成長のモニに 50.5m,東西方向に 25.5m の幅を持つ。アン

タリング,早期収量予測による栽培計画の立案

テナは Trimble GNSS チョークリングアンテナ(Sawasawa, 2003),衛星による地表状態推定のを使用し,地表面から 3.0m の高さに,水田が真検証(Njoku and Entekhabi, 1996)に有用であ

北になるよう設置した。田植えは DoY151 からる。マイクロ波を用いたリモートセンシングは開始し,降水量および水位計の関連データの収植生モニタリングの手法の一つである。マイク集を行った。

ロ波を用いたセンシングは雨水や雲水を透過

3.理論するため,天候や時間帯を問わないセンシング

搬送波位相と擬似距離は軌道,大気,およびが可能である。Eric ら(2010)はマイクロ波信号

電離層の遅延に影響を受けるため,信号とノイである GPS の反射波を活用し,マルチパス振ズの比を表す信号対雑音比(SNR)を用いて評価

幅と搬送波位相バイアスの変化を観測するこする。SNR は以下の式(1)で表される。

とで,植物の生育状態やバイオマスの推定に成

4𝜋𝐻!
sin 𝜃 + 𝜙3
𝑆𝑁𝑅 = 𝐴 cos )𝜆功した。しかし,マイクロ波センシングにおい(1)て,土壌水分量や地表粗さは植生マッピングを

ここで,A は信号振幅,λは波長(m),H0 はアンテ複雑にすることが明らかになっている

ナ高さ(m),θは衛星仰角で天頂を 90°とする。

(Paloscia ら, 2004)。このため,本研究では,水田

また,φは位相(rad)を示す。衛星仰角 30°以を用いて土壌水分によるマルチパス信号の変上の場合,マルチパスの影響がほとんどなくな

化や,地表粗さによる散乱と周波数の変化を除るためこれらのデータは排除する。反射信号の外し,植生が GPS 搬送波に及ぼす影響を評価

反射点の位置は,アンテナ高さと衛星仰角に依することを目的とする。

存している。反射点の位置は(2)式によって表

2.方法

される。

東京農工大学農学部附属広域都市圏フィー𝐷=

ルドサイエンス教育研究センター,通称 FM 本町(北緯 35 度 40 分,東経 139 度 28 分)におい

ℎ
tan 𝜃

(2)

ここで,アンテナから反射点からの距離を示し,

118

衛星の方位角との比較により反射点の特定を

S.Paloscia, G.Macelloni, P. Pampaloni, E. Santi, “The行った。また,(3)式に示す H は,稲が成長する

contribution of multitemporal SAR data in assessing

につれて水面だけでなく稲を反射体のひとつ

hydrological parameters” IEEE Geoscience and Remoteとする信号による見かけの反射体高さを表す。

Sensing Letters., vol. 1, Issue. 1, pp. 537-543 Jan. 2004.

1
𝐻 = 𝑓𝜆 .
2(3)

ここで,f は周波数,λは波長を表す。
4.結果と考察
DoY152 に田植えを行い,DoY181 には植物が地
表面から約 45cm まで成長し,隣接する苗に触れない程度にまで生育した。しかし,その後 31
日間で草丈は約 70cm にまで達し,葉が水面を覆い尽くすほどに成長した。図 1 から 3 に
DoY181,DoY212,DoY243 における 1 ヶ月ごとのアンテナから南東方角に対する SNR 振幅と反図 1 6 月 30 日の SNR 振幅と反射体高さ

射体高さの関係を,衛生ごとに示した。これらの図から明らかなように,水面がイネに覆われる前の状態(DoY181)では SNR 振幅のピークが明確であり,GPS 信号が水面によって反射され,強い信号が観測された。一方,水面が覆われた
後(DoY212),およびイネが成長して植生密度が増加した後(DoY243)と,植物による反射と成長した植生による信号の散乱により,SNR 振幅が減少していることが観察される。これから,植物の成長と密度が GPS 信号の反射および散乱

図 2 7 月 31 日の SNR 振幅と反射体高さに影響をあたえ,SNR 振幅の変化に関連しているということが考えられる。

参考⽂献
Haig L. A. Sawasawa, “Crop Yield Estimation:Integrating
RS, GIS, Management and Land factor” A case of Birkkor
and Kortigiri Mandals - Nizamabad District India., Mar.
2003.
Eni G. Njoku, Dara Entekhabi, “Passive microwave remotesensing of soil moisture” Journal of Hydrology ., vol. 184,

図 3 8 月 31 日の SNR 振幅と反射体高さ

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Eric E. Small, Kristine M. Larson, John J. Braun, “Sensing
vegetation

growthwithreflected

GPSsignals”

Geophysical Reserch Letters., vol. 37, Issue. 12 Jun. 2010.

119

P46
多様なイオン種の存在下での天然アロフェンのコロイド安定性
The colloidal stability of natural allophane in the presence of diverse
ion species○Maolin Li1, Motoyoshi Kobayashi2*
1

Graduate School of Science and Technology, University of Tsukuba

2Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba

Abstract
To investigate the aggregation and charging behaviors of natural clay allophane in the presence of diverse
ion species, the stability ratio (W) and electrophoretic mobility (EPM) of allophane were examined. The
results of W with EPM show ion specific effect, which is not explicitly considered by the DLVO theory.
However, the experimental relationship between critical coagulation ionic strength (CCIS) and surface charge
density is in good agreement with the predicted one based on DLVO theory.
Key words: DLVO theory; Surface charge; Critical coagulation ionic strength∝1/z6, which is known as the empirical Schulze-

1. Introduction

Allophane is one of the typical clay minerals

Hardy rule. However, the soluble electrolytes

among the young volcanic ash soils, which arecommonly used in experiments are usually of thewidely distributed in Japan. To understand thez:1 or 1:z type. In another aspect, the surface charge

colloidal stability of natural clay allophane indensity observed in electrophoresis experiments isdifferent water chemistry is in the sense ofquite low. In addition, the DLVO theory ignores thesignificant to the soil usage and environment

ion specificity when explaining the particle

protection. Therefore, this research focuses on theaggregation process.

colloidal stability of natural clay allophane.

In this regard, the DLVO theory with Debye-

To better understand the colloidal stability ofallophane,its

process

potential can be considered, and it is better to use

should be investigated. Adding electrolyte to thethe critical coagulation ionic strength (CCIS)

allophane suspension can induce aggregation of

instead of CCC. Therefore, we investigate theparticles.

The range of electrolyte concentration

applicability of the DLVO theory to the aggregation

can be divided into slow and fast aggregation

behaviors of allophane particles in the presence ofregions by a critical salt concentration in thediverse ion species by considering the relationshipaggregation rate transition. This critical salt

between the CCIS and the surface charge density (σ).

concentration

aggregation-dispersion

Hückel (DH) approximation for low electriciscalledcriticalcoagulation

concentration (CCC), which can reflect the effect of

２．Materials and Methods

a salt on the stability of a colloidal suspension.

Different species of ions, such as multivalent

Assuming a high surface potential and thecounter-ions and oxyanions, exhibit different effects

presence of symmetric z:z electrolyte, Derjaguin-on aggregation and charging behaviors of allophane

Landau and Verwey-Overbeek (DLVO) theory

due to different ion valence and ion specificity.

could quantitively explain the dependency of CCC

Therefore, allophane suspension and electrolytes

120

solutions containing different ion species wereprepared to investigate the effect of diverse ionsspecies on the stability of allophane suspension.
To examine the aggregation and charging
behaviorsofallophane,

dynamic

andelectrophoretic light scattering experiments were
performed to measure the hydrodynamic diameterand electrophoretic mobility of allophane particles
as a function of electrolyte concentration and ion
type. Through the obtained experimental results, thestability ratio, CCC, CCIS and surface charge
density were further examined.
３．Results and Discussion

For all the electrolyte types, the results of stability
ratio and electrophoretic mobility as a function of
the electrolyte concentration were well correlated

Fig.1 The critical coagulation ionic strength against
surface charge density of allophane particles in thepresence of KCl and potassium salts with different
multivalent counter-ions (top) and oxyanions (bottom)
at pH 5. The symbols are experimental data. The lines
are the DLVO prediction. H is the Hamaker constant.
The broken lines are drawn by considering the effectof thick double layer.

and could be qualitatively explained by the DLVO
theory.
Then, we calculated and summarized theexperimental CCC of all electrolytes. The results
show that DLVO theory may fail to explain the
Schulze-Hardy

rule

under

the

experimental
４．Conclusion

conditions, or the experimental CCCs do not follow

We conclude that the DLVO theory with surface

the empirical Schulze-Hardy rule due to the ion

charge density could explain the colloid stability in

specificity.

terms of CCIS of natural clay allophane in the

In such a situation, we considered to apply thepresence of diverse ion species.

DLVO theory within DH approximation andinvestigated the relationship between CCIS andReference:[1] Li, M., & Kobayashi, M. (2021). The aggregation and charging
of natural clay allophane: Critical coagulation ionic strength in thepresence of multivalent counter-ions. Colloids and Surfaces A:
Physicochemical and Engineering Aspects, 626, 127021.
[2] Li, M., Sugimoto, T., Yamashita, Y., & Kobayashi, M. (2022).
Aggregation and charging of natural allophane particles in thepresence of oxyanions. Colloids and Surfaces A: Physicochemical
and Engineering Aspects, 129413.
[3] Takeshita, C., Masuda, K., & Kobayashi, M. (2019). The effectof monovalent anion species on the aggregation and charging ofallophane clay nanoparticles. Colloids and Surfaces A:
Physicochemical and Engineering Aspects, 577, 103-109.

surface charge density. The experimental data are ingood agreement with the DLVO prediction within
the DH approximation which indicates that the
DLVO forces are the main driving forces in theaggregation process of natural clay allophane in thepresence of diverse ion species (Fig. 1).

121

P47

シプロフロキサシン存在下での Na モンモリロナイトの帯電と凝集
Charging and aggregation of Na-montmorillonite in the existence of
ciprofloxacin
1

Chuanzi Zeng1 and Motoyoshi Kobayashi2
Graduate School of Science and Technology and 2Faculty of Life and Environmental
Sciences, University of Tsukuba

Abstract
The effect of a typical antibiotic ciprofloxacin on the charging and aggregation of Namontmorillonite was studied. The results of electrophoretic mobility (EPM) and hydrodynamic
diameters, critical coagulation concentration (CCC), critical coagulation ionic strength (CCIS),
surface charge density, and stability ratio confirmed that the aggregation of Na-montmorillonite
can be affected by the change in charge due to the adsorption of ciprofloxacin.
Keywords：clay, dynamic light scattering, electrophoresis, antibiotic

1. Introduction
Antibiotics typically flow from wastewater tosurface water and then to soil [1]. Most antibiotics
can be retained in soil due to their strong adsorption
ability on clays and have a strong impact on soil
microorganisms. Antibiotics can make impact on
the human health and environment even at the low
doses [2].
Ciprofloxacin is widely used as an antibiotic inpeople and animals and thus remains in the naturalenvironment. Ciprofloxacin can be easily adsorbedon the soil and co-transported with the soil particles
from the wastewater to surface water, because thesoil colloidal particles have large specific surface
area and affect the transport of the antibiotics in soil
and water.
Among soil colloidal particles, a typical clay
montmorillonite usually works as effective
adsorbent for pollutants in the water and soil due tothe large specific surface area and the constantnegative surface charge. Previous works showedthat montmorillonite can adsorb ciprofloxacin andfacilitate its transport in sand. Transport of colloidal
particles is often affected by the dispersionaggregation and surface charge of the particles.
Nevertheless, the effect of ciprofloxacin on theaggregation-dispersion and charging have not beenstudied.
In this context, we have decided to study the

charging and aggregation of montmorillonite in thepresence of ciprofloxacin. The dynamic andelectrophoretic light scattering experiments werecarried out for the montmorillonite with/without
ciprofloxacin under different salt concentrations
and pH conditions.
2. Materials and Methods
2.1 Na-montmorillonite and ciprofloxacin
Na-montmorillonite dispersion was preparedfrom “Kunipia-F” powder (Kunimine Industry Co.
Ltd.). The refining technique was adopted fromTsujimoto et al. [3]. Ciprofloxacin hydrochloride
monohydrate (Mw: 367.8 g/mol) was purchasedfrom Tokyo Chemical Industry.
2. 2 Experimental methods
In the experiment, the hydrodynamic
diameters and electrophoretic mobility ofmontmorillonite were measured as a function of theconcentration of ciprofloxacin. The electrophoretic
mobility and the diameter were measured byzetasizer nano (Malvern) using electrophoretic anddynamic light scattering methods. NaCl, NaOH,
and HCl solutions were used to adjust theelectrolyte concentration and pH.
3. Results and discussion
Figure 1 shows the electrophoretic mobility122

(EPM) of montmorillonite in the presence of
ciprofloxacin under the pH 4 ± 0.1. As theconcentration of ciprofloxacin was increased, theEPM of the montmorillonite increased. The EPM ofmontmorillonite was reversed from the negative tothe positive. When the concentration of
ciprofloxacin was between 0.0815 mM and 0.1087
mM, the EPM showed the charge reversal. The
results showed that the electric double layer ofmontmorillonite was compressed as theconcentration of ciprofloxacin increased. The
positive and negative charges of ciprofloxacin andmontmorillonite were effectively cancelled at theisoelectric point.
The particle sizes of montmorillonite were
measured to verify the aggregation at different
ciprofloxacin and salt concentrations under various
pH conditions. Figure 2 shows that thehydrodynamic diameter of montmorillonite
increased with increasing ciprofloxacin and salt
concentrations. The size of montmorillonite at the
low concentration is around 170 nm to 200 nm. The
particle size increases with increasing concentration,
indicating that the montmorillonite aggregates withincreasing electrolyte concentration. The higher salt
concentration was required to induce theaggregation at pH 10 compared to the case at pH 4.
This result is probably due to the disappearance ofthe effect of edge (+) / face (-) attraction at pH 10.
The lower concentration of ciprofloxacin for
aggregation was observed because of the charge
neutralization by the high ability of adsorption of
ciprofloxacin on montmorillonite as indicated in Fig.
1.

Figure 1. Electrophoretic mobility of montmorillonite
against ciprofloxacin concentration at different NaCl
concentrations and pH 4.

Figure 2. Hydrodynamic diameter of montmorillonite at 4
mg/L as a function of concentration of NaCl or ciprofloxacin
at pH 4.0 and 10.0. The data shows hydrodynamic dimeterof montmorillonite adsorbed with the ciprofloxacin in 1 mM
NaCl compared with that without ciprofloxacin.
References:[1]

4. Conclusion
The
aggregation
andchargingofmontmorillonite with ciprofloxacin were studied bymeasuring the electrophoretic mobility andhydrodynamic diameter. The adsorption of
ciprofloxacin on the montmorillonite significantly
affects the aggregation of montmorillonite. The
adsorption of ciprofloxacin on montmorillonitechanges the surface charging property to make themontmorillonite aggregate with each other.

S. Thiele-Bruhn,“Pharmaceutical antibiotic compounds insoils - A review,” J. Plant Nutr. Soil Sci., vol. 166, no. 2, pp. 145–
167, 2003[2] S. J. Rooklidge,“Environmental antimicrobial contaminationfrom terraccumulation and diffuse pollution pathways,” Sci. Total
Environ., vol. 325, no. 1–3, pp. 1–13, 2004,
doi: 10.1016/j.geoderma.2009.03.007.
[3] Y. Tsujimoto, M. Kobayashi, and Y. Adachi, “Viscosity of dilute
Na-montmorillonite suspensions in electrostatically stable condition
under low shear stress,” Colloids Surfaces A Physicochem. Eng.
Asp., vol. 440, pp. 20–26, 2014

123

P48
水溶液中の酸化カーボンナノホーン（CNHox）の凝集に及ぼすリゾチームの影響
Effect of Lysozyme on the Aggregation and Charging of Oxidized Carbon
Nanohorn (CNHox) in Aqueous Solution
Zhengjian Tian1, Maolin Li1, Takuya Sugimoto2, Motoyoshi Kobayashi2
1Graduate School of Science and Technology, University of Tsukuba
2Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba
Abstract
The dependence of aggregation and charging behavior of oxidized carbon nanohorn (CNHox) on salt
concentration was revisited. We also investigated the aggregation-dispersion and charging behavior of
CNHox with different dosages of lysozyme (LSZ). The shift of critical coagulation concentration (CCC) andclues of non-DLVO interactions were observed in the presence of LSZ.
Key Words: Dynamic light scattering, Electrophoretic mobility, Non-DLVO interaction, Patch-charge
attraction
were used as a model protein.
Dynamic light scattering method was used toinvestigate the aggregation behavior of CNHox at
different conditions. The relationship betweenhydrodynamic diameter 𝑑 of aggregates and theparticles’ diffusion coefficient (D) was related by
the Stokes-Einstein equation:

1. Background
Aggregation-dispersion behavior is an
important factor for the fate and transport ofcolloidal/nano particles in environment or organism
and the application of colloidal/nano particles inindustry and medicine [1]. Oxidized carbon
nanohorn (CNHox) has gain extensive attention due
to large specific surface area and their latentapplication prospect. Omija et al. [2] had provedthat the salt-induced aggregation of CNHox follows
the Derjaguin-Landau and Verwey-Overbeek(DLVO) theory, in which there are slow aggregation
regime, fast aggregation regime, and a criticalcoagulation concentration (CCC) in terms of salt
concentration of a colloidal system. In the
meanwhile, there is a lack of research on the
charging and aggregation-dispersion behaviors of
CNHox with biological macromolecules such asproteins, which are ubiquitous in environment andbio-body. In this study, the effect of model protein
lysozyme (LSZ) on the charging and aggregationdispersion behaviors of CNHox is studied.

(1)

𝑑 =

where 𝑘 is the Boltzmann constant, 𝑇 is theabsolute temperature, 𝜂 is the dynamic viscosity.
From the relationship between 𝑑 and time (t),the initial increased rate of the hydrodynamic
diameter ( 𝑑𝑑 ⁄𝑑𝑡 ), which corresponds toapparent aggregation rate in this experiment, wasobtained. All the measured values of (𝑑𝑑 ⁄𝑑𝑡)
were normalized by the rate (𝑑𝑑 ⁄𝑑𝑡) at fast
aggregation regime. The normalized rates can be
related to the stability ratio W defined as:(

𝑊= (2. Materials and Methods
CNHox used in the research was produced by
NEC Corporation (Japan). KCl (JIS special grade)from Wako Pure Chemical Industry was dissolvedin the deionized water to prepare electrolyte
solutions with different concentrations. Hen eggwhite lysozyme (LSZ) from Sigma-Aldrich (L6876)

124

⁄ )
⁄ )

(2).

We measured the electrophoretic mobility(EPM) of CNHox at different KCl and LSZ
concentrations at pH 5.43 ± 0.27. The condition
that ĸ𝑎 >> 1, where ĸ is the thickness of theelectric double layer and a is the radius of thecolloid particle, for CNHox with or without LSZ
was satisfied. Therefore, Smoluchowski’s
equation was used to calculate the zeta potentialof CNHox:

𝜇=

(3)

𝜇 is the EPM, 𝜀 is permittivity of vacuum, 𝜀
is the relative dielectric constant of water.
3. Results and discussion
CNHox remains negatively charged while
the KCl concentration ranges from 10 mM to 100
mM, though the magnitude of zeta potential isdecreased due to the screening effect. This
negative charge can be attributed to thedeprotonation of carboxyl groups on CNHox.

Figure 2. Reciprocal stability ratio 1/W against
KCl concentration at several mass ratios.
There are clues of non-DLVO behaviors at
high mass ratio in Fig. 2. The increment of 1/W at
low KCl concentration may be attributed toheterogeneous charge on the particle’s surface, say,the patch-charge attraction. What should also beconcerned is the gradual slop at higher KClconcentration, because the slope of stability plots
should be gradual for heterogeneous surfaces [5].
4. Conclusion
LSZ may neutralize and even reverse the net
charge of CNHox. The presence of lysozyme
induces or inhibits the aggregation of CNHox at
IEP or high mass ratio, respectively. The
outcomes of dynamic light scattering showed thatthe aggregation-dispersion behavior of CNHox in
the presence of LSZ is in good agreement with
the DLVO theory. In the presence of high mass
ratio of LSZ, the existence of non-DLVO
attraction and repulsion can effectively affect theaggregation of CNHox and show non-DLVO
behaviors and even the shift of the CCC.
5. References

Figure 1. Zeta potential of LSZ-coated CNHox
against the mass ratio of LSZ/CNHox with 10 mM
KCl.
Fig. 1 shows the zeta potential of CNHox verse
mass ratio of LSZ/CNHox. We notice that the
charge reversal happened. This reversal is because
the positively charged LSZ [3] neutralized thenegative charge of CNHox as observed for silica
particles neutralized by LSZ [4]. The hydrophobic
interaction and the electrostatic force may
contribute to the charge reversal. And then, different
mass ratio of 0.01 g/g (low mass ratio), 0.0875 g/g(isoelectric point), and 50 g/g (high mass ratio) wereset for further research of aggregation-dispersion
behavior of CNHox with LSZ.
Fig. 2 depicts the inverse stability ratio (1/W)
of CNHox at different values of mass ratio. The
additional LSZ drastically changed the CCC at
isoelectric point (IEP) and high mass ratio of 50 g/g.
Van der Waals force is dominant interaction
between the CNHox particles due to theneutralization caused by the LSZ.

[1] S. Zhu, et al. Nanoscale 2 (2010): 2538-2549[2] K. Omija, et al. Colloidal and Surface A 619 (2021): 126552[3] A. Yamaguchi, et al. Colloidal and Surface A 578 (2019): 123575[4] A. Yamaguchi, et al. Colloid polymer Sci 294 (2016): 1019-1026[5] Y. Huang, et al. Colloid polymer Sci 296 (2018): 145-155.

125

P49
管路を用いたモンモリロナイト懸濁液の流動特性の解析

Flowing Characteristics of Montmorillonite Suspension in Pipe
Hu Tianchen 1・Roknujjaman Md2・Yohei Asada2・Yasuhisa Adachi 2
1Graduate School of Science and Technology, University of Tsukuba
2 Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba

Abstract
In order to study the hydrodynamic characteristics of clay suspension from laminar flow to turbulent
flow, we have constructed a simple set-up of circular type pipeline experiment equipped with two pressure
sensors and a flow meter. Flowing characteristics are monitored by the pressure drop as a function of flow
rate. To examine the excluded volume effect of the floc formation, we tested four different types of fluid in
the experiments: (a) water; (b) 1.0M NaCl solution; (c) water + 0.1% volume fraction Montmorillonite; (d)1.0 M NaCl solution + 0.1% volume fraction Montmorillonite. By the pre-experiment using spiral capillary
viscometer, (a) –(c) can be confirmed to be approximate as Newtonian fluid while (d) as non-Newtonian. To
determine the viscosity of fluid (d) for the calculation of Reynolds number (Re), we assumed sample (d)follows Bingham model and applied the method purposed by Ohgaki and Matsuo. As the result, flocculated
suspensions are confirmed to have significantly higher friction in the laminar flow region but mostly similar
or slightly smaller friction in the turbulent flow region than those of other three samples.
Key words:

Flowing characteristic, Pipe flow, Montmorillonite, Flocculated Montmorillonite

experiment. They are (a) pure water, (b) 1.0M NaCl,

1. Introduction
In natural environment, nutrients and chemical(c) 0.1% volume fraction of montmorillonite and (d)pollutant that cannot dissolve in water are apt to

0.1% montmorillonite with 1.0M NaCl.

adsorb on the colloidal particles which are

Figure 1 shows the schematic diagram ofubiquitously present in soil and water. Clays areexperiment setup of the pipe flow system. Here P ismajor components of environmental colloid.

the Pressure logger. The length of the measure isUnderstanding the behavior of such colloid is very

1.0m. The inner diameter is 9.0mm. The material ofimportant to predict the transportation and fate of

the main pipe is transparent acrylic resin. The

chemical substances [1].

evaluation of flowing characteristics is carried out

However, there are few studies on the flowing

on the basis of the Darcy-Weishbach equation:

characteristics of clay suspensions in turbulent flow

𝛥𝑝 = 𝑓 ⋅yet. In the present study, we focus on the flowing
characteristics of water containing clay particles

𝐿 𝜌𝑣 2𝐷 2(1)

Here, 𝛥𝑝 is the pressure difference between

which is apt to flocculate in pipe flow system. The

the two measuring points; 𝑓 is the friction

montmorillonite is used as the typical clay material.

number; 𝐿 is the length between the measuring

Especially, we focus on the friction factor changes

points; 𝐷 is the inner diameter of the pipe; 𝜌 iswith Reynolds number.

the density of the fluid and 𝑣 is the flow velocity

2. Materials and Methodin the pipe. In order to obtain the Re, viscosity ofIn this study, we used four types of fluid in thethe fluid is necessary.

126For Bingham model in laminar region, we have:
8𝑣
𝐷

𝜏

4

𝜏

𝜂

3

𝜂

= 𝑤− ⋅ 𝑦(3)Here 𝜂 is the plastic viscosity of the fluidand 𝜏𝑦 is the yield stress of the fluid. Therefore,
with the pressure difference and the flow rate we

Figure 1. Schematic diagram of experimental setup up.

got from the experiment, the plastic viscosity andyield stress can be obtained as shown in Figure 4.

As pre-experiment, we measured temporal

3. Results and Discussion

change of the difference of the liquid level, ℎ(𝑡), of1000

the spiral capillary viscometer depicted in Figure 2
of four samples. From the result indicated in Figure

8𝑣/D

3, sample (a) –(c) were confirmed to be Newtonian
flow, their viscosity can be calculated as the relative

500
y = 653.94x - 104.73

0viscosity compared to the water from the slop of
𝑙𝑛

ℎ(𝑡)
vs. 𝑡
ℎ(0)

0

[2].

1

𝜏_𝑤

2

3

𝟖𝒗

Figure 4. 𝑫 vs. 𝝉𝒘 of sample (d) in Bingham model.

Figure 2.

0numberSpiral capillary viscometer. The two cylindersｆ：

Friction

0.1

are connected with a spiral capillary.

0.01

1M NaCl

0.1%mont

0.1%mont+1M NaCl

Reynolds number

500

-0.5

ln[h(t)/h(0)]Pure Water

5000

Figure 5. Moody diagram of four samples-1

4. Conclusion-1.5

Pure Water

As indicated in Figure 5, for montmorillonite,

1M NaCl-2

flocculated suspensions are confirmed to have

0.1% montmorillonite-2.5

0.1%montmorillonite + 1M NaCl

0

20

40

time

60

significantly higher friction in the laminar flow

80

region but mostly similar or slightly smaller frictionin the turbulent flow region as those of other three

Figure 3. Pre-experiment in spiral capillary viscometer

samples.

The sample (d) was a non-Newtonian fluid, we
assume sample (d) follows Bingham model andReferences

applied the method purposed by Ohgaki and Matsuo[1] Y. Adachi, Y. T. Kawashima, M. E. B Ghazali (2020),[3]. That is, in pipe flow system, form the force

KONA Powder and Particle Journal, 2020 Vol. 37 P145-165

balance, the shear stress at wall ( 𝜏𝑤 ) can be[2] Kobayashi S. and Adachi. Y, JSIDRE 2005, Vol. 2005

expressed as:

Issue, 238 P79-84

𝜏𝑤 =

Δ𝑃
4

⋅

𝐷
𝐿

(2)

[3] Ohgaki S. Matsuo T. Proceedings of the Japan Societyof Civil Engineers, 02/1973, Vol. 1973, Issue 210, P 21-32

127

P50

Sedimentation analysis of Montmorillonite flocs in a 2D slit between flat plates
2 次元平板スリット間におけるモンモリロナイトフロックの沈降解析
Adachi Yasuhisa1, Md Roknujjaman1, Yoshida Keisuke2, Muhamad Ezral Bin Ghazali1, Li Jiawei1,
Kyotoh Harumichi2, and Asada Yohei1
Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba, 2Department of Engineering Mechanics and Energy,

1

University of Tsukuba

Abstract
The aim of this research is to examine the process of montmorillonite floc sedimentation within narrowgaps using PIV analysis. In this experiment, a green laser was instructed from above the slit container toanalyze the velocity patterns and sedimentation behavior. However, cohesive montmorillonite flocs were
utilized as tracers in this investigation. Consequently, our observations revealed that as the flocculation
phase progressed, interactions among the flocs collapses, leading to a rapid sedimentation of the flocs.
Furthermore, we observed that larger flocs settled more quickly in comparison to their smaller counterparts.
Moreover, we found that an increase in the thickness of the slit container resulted in a higher maximum
settling velocity and a shorter transition time from the flocculation stage to the settling stage.
Key words: Montmorillonite flocs, Sedimentation, PIV.
1. Introduction
10 mm, 15 mm, and 20 mm, respectively. We filled
The sedimentation behavior of flocculated
the rectangular settling container with preparedmaterials is important for cohesive sedimentflocculated
Na-montmorillonite,andthetransportation. In 1962, Michaels and Bolger
sedimentation process of the montmorillonite
introduced an analytical approach to hindersuspension in each container was illuminated using
sedimentation in flocculated materials using kaolin
a laser sheet (Nd: YAG laser LA-D40-CW,
suspension, requiring an assumption about the
Omicron,Germany).
We
capturedtherepresentative size of flocs [1]. They also
sedimentation flow within a 2D system using ahighlighted the applicability of the formula derived
NIKON D7200 digital camera (Nikon, Japan) at aby Richardson and Zaki in 1952 for monodispersed
frame rate of 30 frames per second (fps). The
fluidized beds [2]. In our previous study, we
working liquid for this experiment was a mixture
reported the importance of the effect of cylinderof water, Montmorillonite gel, and a sodium
heights in the generation of turbulent flow andchloride solution. To prepare it, we first addedcontainer size [3, 4]. Increasing the initial height
18.86 g of montmorillonite gel to 1L of water towill promote the sedimentation rate due to theachieve a volume fraction of 2.0×10^-4. Next, wedevelopment of large flocs, which was regarded as
introduced 1L of 2M sodium chloride solution to
the feed-forward mechanism. However, thethe montmorillonite suspension, resulting in a 2M
observation has some limitation to the temporal
NaCl montmorillonite suspension. For detailed
changes of height and the maximum velocity of the
instructions on the preparation of theinterface boundary. For this reason, in this study,
montmorillonite sample and flocculated Nathe characteristic of turbulence was demonstrated
montmorillonite, please refer to Ezral et al.'s paperusing Particle image velocimetry (PIV) in the[3, 4].
sedimentation of 2D model flow except 3D model
because 3D model is more complicated compared2D model. Therefore, the primary aim of thisresearch is to investigate the sedimentation
behavior in a 2D flow using PIV analysis.
2. Experimental Setup and Material
The experimental layout illustrated in Figure 1.
This container featured varying slit thicknesses of128

decrease.
Fig.3 Interface height as a function of initial

Fig. 1 Schematic diagram for the experimental
setup using PIV technique.
3. Results and discussions
Fig. 2 illustrates the experimental results for acontainer with a 20 mm thickness of the floc
growth over time. Initially, during the first 5
minutes, we observed the flocculated stage,
characterized by particle diffusion and gradual floc
formation. The flocs were initially small, resulting
in a gradual decrease in the interface height. Overtime, the flocs began to form a cohesive system.
Subsequently, from 5 minutes to 20 minutes, thesettling stage occurred, driven by the interactions
among flocs formed during the flocculated stage.
This led to a rapid sedimentation process, withlarger flocs settling faster and collisions between
flocs of different settling rates, promoting further
floc growth and creating a downward flow. This
process, known as the feed-forward mechanism,played a crucial role in expediting sedimentation.

suspension height for sedimentation in therectangular settling containers at 20 mm thickness

Fig. 4 Average flow velocity distribution using PIV
analysis at different thickness of container.
Conclusion
In this study, the sedimentation behavior ofmontmorillonite flocs using a rectangular tank witha narrow gap in a 2D system was examined using
PIV analysis. Based on our observation, we
confirmed that at initial time, the particles
gradually collide with surrounding particles as aresult the size of floc were small but after
increasing time, the floc interaction formed during
the flocculated stage collapses, the flocs started
rapid sedimentation. It was also observed that thelarger floc settles more quickly compared to small
flocs. Also, the presence of the initial flocculation
stage was apparent in the case of higher initialsuspension height. Additionally, as the thickness ofthe slit container increased, the maximum settling
velocity also increased, and the time from theflocculated stage to the settling stage decreased.

Fig. 2 Growth process of montmorillonite flocs
over time
Furthermore, we examined the temporalchanges in the settling interface boundary heightfor different initial suspension heights withinrectangular containers of 20 mm and 15 mm
thicknesses, as shown in Fig. 3. We found asedimentation curve pattern similar to previous
research [4] when analyzing the 2D behavior inthese containers. The initial flocculation stage wasnotably apparent, particularly for higher initialsuspension heights. Additionally, Fig.4 represents
the comparison of velocity distribution based oncontainer thicknesses of 10 mm, 15 mm, and 20
mm. We observed that as the container thickness
increased, the maximum flow velocity also
increased, and there was a tendency for the timerequired to reach this maximum velocity value,indicating the duration of the flocculation stage, toReferences[1] Michaels, A. S., & Bolger, J. C. (1962). Industrial andEngineering Chemistry Fundamentals, 1(1), 24–33.
[2] Richardson, J. F., & Zaki, W. N. (1954). Chemical
Engineering Science, 3(2), 65–73.
[3] M.E. bin Ghazali, Y. Adachi, Colloids Surf. A. 630 (2021)
127–567[4] Ghazali, M. E. B., Argo, Y., Kyotoh, H., & Adachi, Y.
(2020). Paddy and Water Environment, 18(2), 309–316

129

P51
茎径測定によるダイズの水ストレス検知法の検討
Water Stress Detection in Soybean by Measuring Stem Diameter高木 留緯 1・西田 和弘 1・吉田 修一郎 1・岩田
1

幸良 2・松本 宜大 2

東京大学大学院農学生命科学研究科・2 農研機構農村工学研究部門

要旨：植物や土壌の水分状態に基づくデータ駆動型の灌漑技術が注目されている。植物の水分状態を表す指標の一つに茎径がある。本研究では，茎径および茎径の時間変化を表現する指標（GR，MDS）による水ストレス検知法が，露地栽培ダイズに適用可能であるかを圃場試験により検討した。その結果，茎径や日変動を表現する GR や MDS は降雨や土壌水分の変化に応じて変化すること，茎径と植物の水ポテンシャルの動きが連動することが確認できた。
キーワード：茎径，葉と茎の水ポテンシャル，露地栽培ダイズ
Keywords：Stem diameter，Leaf and stem water potential，Field cultivation soybeans
１.はじめに

この圃場において，茎径と，植物および土壌

近年，植物や土壌の水分状態に基づいて灌漑の水分状態の測定を行った。茎径は，デンドロを実施する，データ駆動型の灌漑技術が注目さメーター（MIJ-02MLS）を用いて測定した。生れており，そのための適切な指標について様々

育が良好な 4 個体を対象に，畝上から 3～5 cm

な研究が行われている。

の位置の茎径を 10 分間隔で連続測定（8/2～）

その指標の一つに茎径がある。茎径は，早朝した。葉と茎の水ポテンシャル（ΨL，Ψst）は，に極大値，日中に極小値をとる日内変動を示し

プレッシャーチャンバー（PMS）を用いて測定（Fig.1），その変動は，植物の水分状態によっした。測定は，8/8～8/12 の 4:00～22:00 の時間て変化することが知られている。このような茎帯に 1～2 時間に 1 回の頻度で実施し，この間径の時間変動を利用した，植物の水分状態（水の日内変動を取得した。また，深さ 5 cm およポテンシャル等）の推定や，データ駆動型灌漑び 10 cm の体積含水率（θ）を，土壌水分セン

に関する研究が多数実施されており，その有益サー（5TE および EC-5）を用いて 10 分間隔で性が報告されている。一方で，このような研究

連続測定した。降水量はつくば市長峰の気象台のほとんどは，果樹などの木本植物を対象としのデータを用いた。

たものであり，畑作物などの草本植物を対象と茎径の時間変動を示す指標として，一日の茎した研究は，室内実験はあるものの露地を対象径の増加を示す GR（Growth Rate：極大値の差）にしたものはほとんどない。そこで，本研究でと，日中の茎径減少を示す MDS（Maximum

は，茎径測定に基づく水ストレス検知法が，露Daily Shrinkage：極大値と極小値の差）（Fig.1）

地栽培ダイズでも適用可能であるかを圃場試を算出した。8/8-13 を対象に，降雨や土壌の乾験により検討した。

燥に対するこれらの指標の応答を調べた。

２.方法

３.結果および考察圃場試験は，茨城県つくば市の農研機構の実

茎径は，8 月下旬ごろの着莢期までは単調に験圃場で実施した。2023/6/28 にダイズ（エン

増加したが，その後はほとんど増加しなくなっレイ）を 9 条（1 条約 6 m）
，条間 75 cm，株間た（Fig.2）。このように，栄養生長期と生殖成10cm で播種（粒数 540）し，7/25 に中耕（高さ長期を境に，茎径変化の傾向が大きく異なるこ

5 cm）を行った。

とが明らかになった。

130

Fig.2 の期間の内，8/8~8/14 の茎径，ΨL・Ψst

ことが確認できた。今後は，測定した全期間をの変化を拡大したものが Fig.3 である。
茎径は，対象に，茎径変化と，植物の水分状態や土壌水

早朝から日中にかけて減少し，日中から早朝に分状態との関係を定量的に求め，茎径測定によかけて増加した。また，ΨL・Ψst も同様の変化

る露地栽培ダイズの水ストレス検知法の有用を示した。このように，露地栽培ダイズに関し性を詳細に検討する予定である。

できた。
茎径 (µm）

この間の GR，MDS を Fig.4 に，日降水量と体積含水率変化を Fig.5 に示す。GR は，降雨がほとんどなく土壌水分が減少傾向にあった
8/10～8/12 では減少したが，降雨日の 8/9, 13 に増加した。また，MDS は，大きな降雨があった 8/13 に小さい値となった。このように，降

5600
5550
5500
5450
5400
5350
5300
5250
5200
5150
5100

0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1

-1.2
Ψst

1
8/8

雨とその後の乾燥で，茎径の日変動の大きさが

ΨL

-1.4
-1.6

8/9

8/10 8/11 8/12 8/13 8/14
2023年 月/日
8/8～8/14 の茎径，ΨL・Ψst 変化，

Fig.3

変化することが確認できた。
100以上のように，茎径と植物の水ポテンシャルの時間変化の対応があること，茎径の時間変動
は降雨や土壌水分の変化に応じて変化する（例：GR は降雨時に増加し乾燥時に減少する）

MDSおよびGR (µm)

４．まとめ

80

MDS

60

GR

40
20
0
-20
8/8

8/9

8/10

8/11

8/12

8/13

2023年 月/日
Fig.4

茎径

MDS

8/8～8/14 の GR，MDS

GR
8/8

8/9

8/10 8/11 8/12 8/13 8/14

0

0:00

Fig.1

茎径変化の模式図と GR と MDS

1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0

10

20

30
0.3

8/1

8/11

8/21

1
3

2
4

8/31

9/10

θ (m3 m-3)累積茎径変化 (µm)

降水量 (mm)MDS
0:00

10 cm深θ15 cm深θ

0.2

0.1
8/8

2023年 月/日
Fig.5

Fig.2 8/2 15:40 の茎径を基準値とした累積茎径変化量131

Ψ (MPa)ても，茎径と ΨL，Ψst の時間変化の対応が確認

8/9

8/10

8/11 8/12 8/13
2023年 月/日

8/14

8/8～8/14 の日降水量，土壌の体積含水率P52
アマランサスの塩ストレス応答関数の推定
Estimation of Stress Response Function for Amaranthus
小松大騎 1・藤巻晴行 2
1 鳥取大学連合農学研究科・2 鳥取大学乾燥地研究センター

要旨(Abstract)
アマランサスの塩ストレス応答関数を，日平均のポット平均水分を用いた簡易な曲線当てはめで決定した。塩ストレスポット 3 反復におけるアマランサスの蒸散量半減時の浸透ポテンシャルの平均は-12082cm であった。
キーワード：塩ストレス応答関数，蒸散，アマランサス
Key words: Stress Response Function, Transpiration, Amaranthus
1．はじめにを開始した。慣行区のポットの蒸散量にストレ

アマランサス（Amaranthus）は栄養価が高

ス負荷直前の蒸散量から求めた個体差補正係いことからキヌア等と並びスーパーフードと数を乗じた値を可能蒸散量とした。

して注目されている疑似穀類である。C4 植物

ポットにおける水管理は以下のように設定しのため，気温の高い条件では高いバイオマスがた。

得られることが明らかになっているが，耐塩性



可能蒸散量測定用（C）：毎朝重量計測後に水道水を土壌水分量が 0.20 程度になるについての定量的報告は乏しい。
そこで本研究では，ポット実験を行い塩ストまで加えた。
レス条件下におけるアマランサスのストレス

塩ストレス応答関数測定用（S）：実蒸散

応答関数を決定した。

量と潜在蒸散量の比を相対蒸散量とし，2．実験方法

相対蒸散量が 0.5 を下回らないように，土(1) 実験条件

壌水分量が 0.20 程度になるように 4g/L

2023 年 5 月 9 日から 7 月 19 日までの 11 週の塩水を加えた。

間，乾燥地研究センター内にある大型ガラス室(2) 調査項目
毎朝 9:00 に各ポットの重量の計測を行った。

内にて実験を行った。ポットは可能蒸散量測定
用（C），塩ストレス応答関数測定用（S）の 2

すべてのポットの重量は実験終了後に各ポッ種類準備した。いずれも直径 15cm，高さ 19cm

トから表層の深さ 0,5,10,15,20cm からサンプのワグネルポットを用いた。塩ストレス用ポッルを採取し体積含水率を測定した。その後，1:1

トには深さ 5cm と 15cm に WD5 土壌塩分水法で蒸留水を加え，EC を測定した。

分センサーを挿入しつつ鳥取砂丘砂を充填し3．結果と考察た。5 月 9 日に播種し，液肥（N，8％ P，10%(1) 土壌水分の経時変化

K，5%）を水道水で 1000 倍希釈した水で 6 月

Fig.1 は土壌水分の経時変化を示す。実線は27 日まで毎朝灌水を行った。6 月 28 日に乾燥

地表から 5cm の観測点を，破線は地表からストレスと塩ストレスにおいて水道水で飽和15cm の観測点をそれぞれ示している。5cm とし,重力排水させた。

15cm の観測点において土壌水分が 0.25 以上

7 月 1 日に地表面からの蒸発を防ぐために，表を保っていることから乾燥ストレスがかかっ

面がアルミニウム箔によりコーティングされていなかったことが確認できた。

た発泡スチロールで土壌面を覆った後に計測

132

Fig.1 土壌水分の経時変化

Fig.3 土壌溶液中の電気伝導度の経時変化(4) 塩ストレス応答関数(2)相対蒸散量の経時変化

塩ストレス応答関数を Fig.4 に示す。ポット

Fig.2 は可能蒸散量測定ポット（C）から算内の塩分・水分分布が一様であると仮定し，各出した塩ストレス応答関数測定用ポット（S）

実験区における簡易的な曲線当てはめを行い，の潜在蒸散量と実蒸散量の比の経時変化を示

ho50 と p のパラメータ値を算出した。

している。塩水灌漑を開始して 48 時間後には相対蒸散量が一時的に下がっているが，72 時
間後に灌水を行った際に相対蒸散量が再度 1に近づいたことから，この段階ではまだ塩ストレスがかかっていないことが分かる。96 時間
以降は土壌水分量が 0.20 程度になるように灌水を行っても相対蒸散量が減少傾向にあることから，塩ストレスがかかり実蒸散量が減少したと推定される。

Fig.4 塩ストレス応答関数

4．結論
気温の高い条件でアマランサスは育つものの，耐塩性に関しては蒸散量半減時の浸透ポテ
ンシャルが平均して-12083cm となり，耐塩性が顕著とは言えないまでも多くの主要畑作物に比べ高いことが分かった。今後は，アマラン
サスの耐乾性に関してもデータ解析を進めて
Fig.2 相対蒸散量の経時変化

いきたい。

(3) 土壌溶液の電気伝導度の経時変化

参考文献

Fig.3 は土壌溶液の電気伝導度（ECw）の経・Yanagawa, A．and Fujimaki, H．(2013) Tolerance of canola

時変化を示す。時間が経つにつれ ECw が上昇

to drought and salinity stresses in terms of root water

傾向にあることから，土壌電気伝導度が上昇しuptake model parameters． J． Hydrol． Hydromech．, 61,

たと考えられる。

73-80

133

P53
乾燥密度の異なる黒ボク土の飽和溶質分散
Hydrodynamic Dispersion for a Saturated Andisol with Different Bulk Densities
大下佳愛１・﨑村健大２・徳本家康１
１

２

佐賀大学農学部

佐賀大学農学研究科

要旨(Abstract)：
乾燥密度の異なる黒ボク土を対象に，飽和定常流れにおける溶質分散係数を求めた。低乾燥密度の黒ボク土に比べて，圧密の生じた飽和黒ボク土では相対濃度変化が不規則になり，観測深さの増加に伴う分散長の増加傾向がみられた。
キーワード：溶質移動，黒ボク土，圧密影響Key words: Solute transport, Andisoil, Soil compaction influence
1.はじめにMariotte bottle

CaCl2 C0⇄C1
Gauze

団粒構造が発達した黒ボク土は，団粒内外の溶質交換によって分散長 が間隙流速 v に比例して増加すること，比較的速やかに十分な溶

20-25 cm

質交換が生じて移流分散式(CDE)の適合が良Tensiometer4 probe sensor

いことが知られている。しかし，黒ボク土は乾Sand

燥密度が低いため，圧密されやすい。そのため，
Φ5 cm

作土層や耕盤層において，より高い乾燥密度のPressure pump

影響による黒ボク土の溶質移動特性の把握は重要である。本研究では，より密に充填した黒Balance

ボク土に対して飽和溶質分散実験を行い，乾燥

Fig.1 実験装置の概略図

密度の異なる黒ボク土における溶質移動特性

た。土中の溶質移動は移流分散式(CDE)によりを検討した。

解析した。

2.方法
供試土には，熊本県合志市の九州・沖縄農業

c
2c
c
= D 2 −v
tzz

試験センターの畑地圃場から採取した黒ボク

ここで c は溶質濃度，D は分散係数 (cm2 d-1)，v

土を用いた。2 mm ふるいを通過した試料を用は平均間隙流速（=Jw/ 水分フラックス Jw，体積

い，圃場における異なる乾燥密度の分布調査に

含水率 ），z は位置，t は時間である。

基づき，異なる乾燥密度 0.48，0.71 (g cm-3)でSTANMOD を用いて，測定した BTC に対する

カラムに充填した（Fig. 1）。カラム下端には，CDE の解析解に基づき，v と D を非線形最小二乗フィルターの代わりに砂（飽和透水係数 500

法より推定した。そして，D/v である分散長λ(cm)cm d-1）を用いた。CaCl2 溶液で毛管飽和させ，と間隙流速 v の関係を求めた。

マリオット管またはポンプを用いて水分フラ

3.結果・考察(1)

ックスを調整し，飽和定常流れを作成した。4

畑地圃場調査におけるb 鉛直分布では，深極塩分センサーを用いて，カラム内部の電気伝さ 20 ㎝までの表層が下層にくらべて，
b ＝0.7導度(EC)を測定し，浸透溶液濃度を変化させ～0.9 g cm-3 と高かった（Fig. 2）。そのため，農ることで土中水濃度の経時変化(BTC)を求め作業によって圧密が生じる表層の溶質移動特134

性は下層と異なることが推察された。

の BTC と交差し，不規則な変化が生じた。また，異なる乾燥密度（b ＝0.48，0.82 g cm-3）に観測深さに伴うの増加傾向がみられた。

おける黒ボク土の水分特性曲線を Fig. 3 に示

低乾燥密度の黒ボク土は，団粒間の流速が団す。両者ともに明瞭な階段状の水分特性曲線を

粒内の流速に比べて相対的に早く，団粒内外の持つが，飽和体積含水率が大きく異なり，団粒溶質混合が良い特徴を持つ。しかし，圧密が生じ間から排水後に，団粒内に保持されるθにも差ると局所的な流れが発生し，団粒内外の溶質濃異が生じた。

度が平衡に達するのに，さらに時間を要すると乾燥密度b= 0.48 g cm-3 と 0.71 g cm-3 における推察された。

黒ボク土の BTC を，それぞれ Fig. 4 と Fig. 5 にそれぞれ示す。乾燥密度が小さい黒ボク土の BTC[謝辞] 本研究は，JSPS（課題番号: 20K15623）およは，滑らかな曲線であり，各深さにおける CDE のび（課題番号: 20H03098）の助成を受けたものである。

適合が良い。一方で，より密に詰まった黒ボク土

また九沖農研の小林創平 様，望月賢太 様には圃場調

では，CDE の適合は悪く，測定濃度のばらつきは査のご協力を頂いた。ここに感謝いたします

大きくなった。深さ 15.2 cm の BTC は，浅い位置

Dry bulk density, ρb (g cm-3)
0.4

0.6

0.8

0.8

▲ Obs (ρb = 0.48 g cm-3)- - Est● Obs (ρb = 0.82 g cm-3)
― Est

1

Water content, θ (m3 m-3)

Depth, z (cm)

0

20

40

0.6

0.4

0.2

0
1.E+0060

1.E+02

1.E+04

1.E+06

Pressure head, h (cm)Fig.2 圃場における乾燥密度の鉛直分布

Fig.3 異なる乾燥密度における黒ボク土の水分特性曲線

ρｂ = 0.48 g cm-3

1

1

○ Obs

深さ5.2 cmー CDE
Jw = 578 cm d-1

10.7 cm0.8(C-C0)/(C1-C0)(C-C0)/(C1-C0)

0.8

0.6
12.5 cm

0.4

15.2 cm

0.6

0.4

深さ8.5 cm

ρｂ = 0.71 g cm-3

0.2

○ Obs

0.2

16.5cmー CDE

Jw = 510 cm d-1

0

0
0

20

40

60

80

0

Time (min)

50

100

Time (min)150

Fig.5 ｂ = 0.71 g cm-3 の BTC

Fig.4ｂ = 0.48 g cm-3 の BTC

135

P54
水田暗渠の機能診断に向けた吸水管近傍の通水性の定量比較 および通水挙動の再現方法について
Quantitative comparison of water permeability near ceramic drainage pipes andthe methods of reproducing the water conduction
for functional diagnosis of paddy field underdrain
影井勇次 1) , 吉田修一郎 1) , 西田和弘 1) , 佐藤太郎 2)1）

東京大学大学院農学生命科学研究科
2）

新潟県糸魚川地域振興局
要旨（Abstract）

水田暗渠の吸水渠を模した実験槽を用い て通水実験を行い、吸水管の径や疎水材層の厚み・状態が吸水渠の通水性に及ぼす影響を 、簡易流量モデル式により定量的に分析した。素焼き吸水管の継手部の通水性は、隙間への疎水材の詰まりにより 、吸水渠全体の
水頭損失の大きな部分を占めることが明らかとなった。これを踏まえ、疎水材の劣化や土壌の混入により通水性が著しく低下し た場合の吸水渠の挙動を実験槽で再現する方法を検討した。
キーワード：浸透流、地下排水、暗渠疎水材
１.はじめにの内外水位差と流量を 計測した。暗渠吸水

暗渠の排水機能に影響 を与える要因の一

管の内径（65 mm、75 mm）、もみ殻層の厚つとして、吉田ら（2021）は、もみ殻疎水み（0.00 m～0.40 m）、もみ殻層の状態（乾材を用いた素焼き吸水 管の外側と内側の圧燥もみ殻、湿潤もみ殻 ）を実験条件として

力水頭差を測定し、吸水管への浸入に 50cm与えた。

以上の水頭損失が発生 している個所があることを認め、この部分 の通水性が暗渠の排水能力を律速する場合 があることを確認している。しかし、暗渠 吸水管近傍の流況の測定は困難であるため 、吸水管近傍の通水性やその影響について の研究は限られている。
本研究では、この挙動 を実験槽での通水実験により再現し定量 的に分析する手法をFig.1

開発することを目的とした。

実験装置の概略と流量モデル式

実験槽の流れを、もみ殻層はダルシー流、
２.方法(Fig.1)

暗渠吸水管継手ではオ リフィス的流れと仮水 田 暗 渠 の 吸 水 渠 を 模 し た 実 験 槽 （ 850

定して流量モデル式を 定義した。吸水管継mm x 1820 mm x 170 mm）に暗渠吸水管（長手部の通水係数（k 2 ）は、その構造による通さ 45cm 素焼き管×4 本）を敷設し、その周

水性「継手構造係数（β）」と継手部への疎

囲および上部に疎水材 としてもみ殻を充填

水材や泥土のつまりの 状況を表す「 継手開した。ポンプにより上 部から通水し実験槽

放度（b）」の積とし、もみ殻層の通水係数136

（k 1 ）も含めて流量 RMSE を最小とする値

トの混合により透水性 を大幅に低下させるを定めた。

ことには成功している が、継手にこのような疎水材をどのように 詰まらせるのか、そ３.結果および考察の再現が残された課題であ る。

吸水管上部のもみ殻層 の厚みは暗渠排水
流量に明確な影響を与 えなかったが、もみ謝

殻層の有無は大きな違 いをもたらした。すから提供を受けたものである

なわち、内径 65 mm と内径 75 mm の流量

参 考 文 献 ： 吉 田 ら （ 2021） 土 壌 の 物 理 性 , 148, 3-15.

辞：素 焼 き 吸 水 管 は 、新 潟 県 阿 賀 野 市 小 田 製 陶 所の大小は、もみ殻を充 填しないときは内径65 mm＞内径 75 mm であったが、充填した
ときは、内径 65 mm＜内径 75 mm、となり逆になった（Fig.2）。
継手浸入部の通水性については、内径75mm においては継手開放度 b の値は総じて大きく、実験の繰り返 しによる詰まりの増加は起こらず、継手浸 入部にもみ殻が詰まりにくいと考えられる。他方、内径 65 mm

Fig.2 内 外 水 位 差 （ ΔH） と 流 量 の 関 係においては継手開放度 b の値は総じて小さ（ 上 ： も み 殻 層 な し 、 下 ： も み 殻 層 1～ 40 ㎝ ）く、とくに湿潤もみ殻 では実験継続により低下し、継手浸入部に もみ殻がつまりやすいと考えられる（Fig.3）。吸水管継手部の通水性は、管の溝の断 面積や構造のみによるものではなく、もみ 殻のつまり等の影響を顕著に受けることが明らかになった。
ま た 、 吸 水 管 継 手 浸 入 部 の 全 水 頭 差 △ H2の占める割合は流量の増加に従って増加し、吸水管継手浸入部での水頭損失△H 2 が支配的になることが確認できた（Fig.4）。
Fig.3 も み 殻 層 厚 み と 継 手 開 放 度 の 関 係

４.おわりに
水田暗渠の吸水渠を 模した実験槽を用いた通水実験により、吸 水管継手の通水性はつまりの影響を強く受 けること、吸水管継手部の水頭損失が支配 的であることが明らかとなった。
排水機能が低下した現 場の暗渠の疎水材
は、劣化や土壌の混入 により透水性、弾力性、撥水性が大幅に低 下しており、これらを新品のもみ殻とベン トナイトを混合してFig.4 も み 殻 層 と 吸 水 管 浸 入 部 の 全 水 頭 差 比 較

再現する方法を検討し ている。ベントナイ

137

P55
せん断強度の異なる土壌の流水および降雨に対する受食性
Rill and interrill erodibilities of soils with different shear strengths
山口敦史 1・大澤和敏 2
1 宇都宮大学地域創生科学研究科・2 宇都宮大学農学部

要旨(Abstract)：
土壌侵食における土壌の受食性と土粒子間相互作用の関係を明らかにすべく，高分子を混和することで土壌の力学特性を系統的に変化させながら流水および降雨による侵食実験を行った。その結果，流水による侵食においては土壌のせん断強度の増加にともない受食係数が直線的に減少することが見出された。一方で，降雨による侵食では，せん断強度と受食係数の間に明確な関係は見いだせず，降雨継続時間の影響が大きいことが示唆された。
キーワード：土壌侵食，せん断強度，土壌改良剤，受食性，粒子間相互作用
Key words: Soil erosion, Shear strength, Soil conditioner, Erodibility, Particles interaction
1.はじめに

𝜏は掃流力，𝐷i はインターリル侵食量，𝐼e は有

降雨や流水によって土壌が削り取られる土

効降雨強度，𝜎ir はインターリル流量，𝑆は勾

壌侵食は，土壌劣化や下流域の富栄養化などの配の効果を表す係数である．

原因となる。そのため，土壌侵食を予測し，抑(2) 実験材料・方法

制することは農地や環境保全につながる。

土壌は沖縄県石垣市のサトウキビ圃場から

土壌侵食シミュレーションでは，受食性を表採取した島尻マージを用いた。リル侵食試験ですパラメータを粒度分布から経験的な式を用は 2 mm ふるい通過土壌にカチオン性のポリジいて算出されることが多い。ここでは，土壌のアリルジメチルアンモニウムクロライド

凝集分散状態などの物理化学性が反映されて(PDADMAC)を混和した土壌を用い，インターいない（Yamaguchi et al. 2022）。そこで本研リル侵食試験では 5 mm ふるい通過土壌にノニ

究では，高分子系の土壌改良剤を混和すること

オン性のポリビニルアルコール(PVA)を混和しで土壌の物理化学性を制御しつつ，流水およびた土壌を用いた。

降雨による侵食実験を行うことで，土壌の凝集

リル侵食（流水）試験：供試土を長さ 50 cm，分散挙動を支配する土粒子間相互作用と土壌

幅 5 cm，高さ 6.5 cm となるように土壌槽に詰の受食性との関係を調べた。

め，高さ 2.5 cm の直角三角形型のリルを成型

2.方法

したのち，毛管飽和させた．土壌槽の角度と流(1) 受食性パラメータ量を変化させながらリル上方から通水し下端

プロセスベースの侵食シミュレーションモデ

で採水することで，複数の掃流力における流出ルである WEPP(Water Erosion Prediction

水量と土砂流出量を測定した．

Project)で用いられる侵食量の計算式

インターリル侵食（降雨）試験：供試土を長さリル:
インターリル:𝐷𝑐 = 𝐾r (𝜏 − 𝜏cr )(1)

51 cm，幅 36 cm，高さ 6 cm となるように土壌

𝐷i = 𝐾ir × 𝐼e × 𝜎ir × 𝑆(2)

槽に詰め，事前降雨を行い一晩静置した．降雨に基づいて，受食性パラメータであるリル受強度および土壌槽の角度を変化させながら人食係数𝐾r ，限界掃流力𝜏cr ，インターリル受食

工降雨を行い，土壌槽下端で表面流を採水する

係数𝐾ir を評価した．ここで，𝐷c は剥離容量，ことで，インターリル侵食量を算出した．また，

138

降雨時間の影響を検討するため，土壌槽の角度

4.考察

を 7.5°，降雨強度を約 45 mm に固定し，3 時間

本研究では，土壌の粒度分布や乾燥密度を固わたって 5 分ごとに表面流を採水し侵食量を定して実験しているため，高分子の混和による算出した。

せん断強度の増加は土粒子間の引力の増加に

せん断強度：侵食試験で用いた土壌と同様の土起因するものと考えられる。そのため，リル侵

壌を塩ビ管に詰め，毛管飽和させた後，ベーン食においては，土粒子間の引力が大きくせん断

せん断試験によりせん断強度を測定した。

強度の大きな土壌では，流水の掃流力が増加し

3.結果ても土砂が剥離しないため，リル受食係数が小さくなったものと結論付けた（Fig. 1）。

本研究の実験条件においては，高分子（PDADMAC または PVA）の混和量が増加す降雨による侵食において，PVA を混和してるのにしたがって，土壌のせん断強度は増加しいない土壌では，土壌表層の流出しやすい土砂た。リル受食係数とせん断強度の関係を Fig. 1が速やかに流出したこと，降雨の衝撃によりクに示す。せん断強度の増加にともなってリル受

ラストが形成されたことで，侵食量が速やかに食係数が直線的に減少した。

減少したものと考えられる（Fig. 3）。一方で，インターリル侵食試験の結果を Fig. 2 に示PVA を混和したせん断強度が大きな土壌では，す。ここで，PVA を混和した土壌（PVA/島尻

土砂の飛散が抑制されたことに加え，クラスト-1

マージ 0.0020 g·g ）のせん断強度は 8.5 kPa，が形成しにくいために侵食量が減少しなかっ混和していない土壌のせん断強度は 5.0 kPa でたことが推察される。また，インターリル受食あった。せん断強度が異なる土壌であっても，係数は，降雨を長時間継続した際の侵食量から

インターリル受食係数は同程度であった。ここ算出されたため，PVA の混和の有無によらずで，降雨継続時間が土壌の受食性に与える影響

同程度の値となったものと考えられる（Fig. 2）。

を検討するため，降雨を 3 時間継続した際の侵

5.おわりに食量の変化を Fig. 3 に示す。PVA を混和してい本研究から，流水と降雨では土壌の受食性にない土壌では，表面流出水量の増加にともない土粒子間の相互作用が与える影響が異なるこ

侵食量が増加し，最大値をとったのちに減少しとが示された。今後は，クラストの形成など，た。PVA を混和した土壌では，はじめ侵食量が侵食に関わる諸過程への土壌の物理化学性の増加し，その後おおよそ一定の値となった。ま影響を明らかにすることが土壌侵食の予測技

た，はじめ PVA を混和した土壌の方が混和し術の発展につながるものと考えられる。

ていない土壌よりも侵食量が小さかったもの

参考文献等の，降雨開始から約 45 分後に大小が逆転した。

(

=

×

)

A. Yamaguchi et al, CATENA. 217 (2022) 106506.

ith PVA×=

Fig. 1 Rill erodibility vs. shear strength.

Fig. 2 Results of interrill erosion experiments.

139

Fig. 3 Detachment rate vs. time.

P56
不耕起栽培による団粒構造の発達が土壌有機炭素の安定性及び土壌の保水性にもたらす影響
Enhancing soil aggregation improves soil organic carbon stabilization and water
retention under a long-term organic no-tillage system
Rahmatullah HASHIMI 1・Atsushi SAKAGUCHI 2・Masakazu KOMATSUZAKI 2*
1 United Graduate School of Agricultural Science, Tokyo University of Agriculture andTechnology・2 College of Agriculture, Ibaraki University
要旨(Abstract)： Organic no-tillage enhances plant residue retention on the soil surface and increases
the amount of soil organic matter (SOM). This SOM's active components help create larger soil
aggregates, which in turn stabilize soil organic carbon. This combination of organic carbon andmacroaggregates enhances both water infiltration and retention in the soil.
キーワード：土壌団粒, 保水性, 土壌有機炭素
Keywords: Soil aggregates, soil water retention, soil organic carbon
15–20 cm) to measure total C and N,

1. Introduction
Soilorganic

carbon(SOC),

soil

water-stable aggregates, and bulk density.

aggregation, and soil hydraulic properties

Additional soil samples (8.5 cm) withare important soil quality indicators anddiameters were used to measure the soil

may differ among different tillage systems.

water retention curve (SWRC) by Hyprop 2.

However, the response of soil SOC, soil

3. Resultaggregation, and soil water retention (SWR)

At 0–5 cm depth, SOC was significantly

to long-term organic no-tillage (NT) has nothigher in NT in all aggregate size fractions

been well addressed in Andosol soil.

than in CT (Fig. 1). NT had no significant
effect on SOC at 5–10, 10–15, and 15–20 cm

Therefore, the objectives of this study were todepths.

evaluate the effect of NT and organic conventionaltillage (CT) tillage systems on SOC, water-stable
aggregates,

SOC

accumulationinvariousaggregate size fractions, and SWR.
2. Material and Methods
This experimental site is at the Center forInternational Field Agriculture Researchand Education, Ibaraki University, Japan.
Theexperimentwasperformed

asasplit-plot design with four replications thatconsisted of two tillage systems (NT and CT).

Fig.1: NT effect on SOC content

The CT treatment plot involved two rounds

Aggregate-associated

SOC

stock

was

of tillage operations each year using rotary

influenced by tillage and aggregate size

tillage to 15 cm soil depth. In August 2022,

fraction (Fig. 2). In NT, at 0–5 cm soil depth,

we took soil samples (0–5, 5–10, 10–15, and

SOC

140

was

mainlystoredin>4mm

aggregates, followed by 2 mm aggregates

NT had 0.62 volumetric water contentθ(cm3which were 37.8% and 20.0% respectively.

cm-3) at the field capacity level (6.2 kPa)
than CT which had 0.54 θ (cm3 cm-3). The
total plant available water content at (6.2
kPa–1550 kPa) was 7.1% higher in NT
compared to CT at 0-5 cm soil depth (Fig. 4).
4. Discussion
Organic

NT

with

weed

cover

mulch

improves macroaggregate formation andenhances

SOC

stabilization,

Fig.2: NT effect on SOC accumulation

withinHowever, in CT, SOC was stored at 18.0%

water retention. Long-term NT with Rye

and 17.7% in >4 mm aggregates and 2 mmcover crop combination enhanced 0.49 θ (cm3aggregates respectively. 21.4% and 16.3%cm-3) at the field capacity level (Hashimi etrespectively.

al., 2023). However, in this study, organicNTmacroaggregates,

especially

with

a

weed-cover

improving

mulch

soil

systemTillage p <0.05

enhanced 0.62 θ (cm3 cm-3) which increased>4 and <0.25 mm

by 13% as compared to the previous study.
Therefore, extra weed mulch in organic NT
could be a good alternative as a cover crop
and

can

effectively

reservoirs

toutilize

improve

crop

soil

water

yieldsindrought-prone conditions.
5. Conclusion
Fig.3: NT effect on water-stable aggregates

Organic NT farming practices have asize distribution

positive impact on soil carbon storage,

The proportion of >4 mm aggregates was

improve soil structure stability, and enhancesignificantly higher in NT treatment than insoil water retention, as the undisturbed soil

CT, while the <0.25 mm aggregates fraction

structure promotes improved infiltration

was higher in CT than in NT (Fig. 3).

and reduces evaporation leading to more
resilientandsustainableagricultural

management.
6. Reference:
Hashimi, R., Huang, Q., Dewi, R.K., Nishiwaki, J. andKomatsuzaki, M., 2023. No-tillage and rye cover crop
systems improve soil water retention by increasing soilorganic carbon in Andosols under humid subtropicalclimate.

Fig.4: NT effect on soil water retention

Soil

and

TillageResearch,

p.105861.https://doi.org/10.1016/j.still.2023.105861

141

234,

P57
CEC と AEC の pH 荷電曲線に対する変異荷電モデルの適合手法の検討
Optimizing a variable charge model for pH-dependent CEC and AEC curves
奥田涼太 1・田崎小春 2・取出伸夫 3
1
2

国立研究開発法人土木研究所寒地土木研究所・佐賀大学大学院農学研究科・3 三重大学大学院生物資源学研究科
要旨(Abstract)：

土の pH 緩衝作用は，粘土鉱物や有機物が持つ表面反応基の脱プロトン反応とプロトン化反応が原因である。本研究では，CECとAECの pH 荷電曲線の文献データに対して，地球化学コード PHREEQC
で脱プロトン・プロトン化基を定義した変異荷電モデルの適用を検討した。2 種類の表面反応基に対して
pH の変化領域を 2～3 程度（平均 2.3）異なる解離定数を与えることにより，すべてのデータのCECとAECの pH 依存と濃度性を表現することができた。
キーワード：CEC，AEC，変異荷電，PHREEQC，逆解析
Key words: CEC，AEC，Variable charge, PHREEQC, Inverse analysis
1.はじめに,土中の有機物分解過程で生成されるNH は土=R OH Cl(4)

R OH (H )(Cl )ここで，S OHとR OHは ， 個目の表面反応基，

中水の pH を上昇させ，CO は pH を低下させる。
また，硝化反応によるNO は pH を低下させる。一, と, は解離定数である。 ， 個目の表面反方，粘土鉱物や有機物が持つ変異荷電の脱プロ

応基における総量

トン反応とプロトン化反応によって pH 緩衝作用が（6）式で表される。

–1, （molc kg soil）は（5），, と[S O K ] + [S OH] =働く。そのため，土中水の pH の予測には，pH 緩

R OH Cl

衝作用を与える変異荷電のモデル化が必要であ+ R OH =

,

,

(5)
(6)

るが，汎用的で簡便なモデルの例はない。そこで永久負荷電による陽イオン交換容量CEC と各本研究では，CEC と AEC の pH 荷電曲線の文献

表面反応基の交換性イオンの和が全CEC，AECでデータに対して，脱プロトン化とプロトン化の生じある（（7），（8）式）。

る反応基に交換性イオンが吸着する変位荷電モ

CEC = CEC +デルの適用を検討した。
2.変異荷電モデル（VCM）と逆解析
地球化学コード PHREEQC の surface species を
CEC ，

用いて脱プロトン化，プロトン化反応基を表し，生

AEC =

, と

, ，

[S O K ]R OH Cl

, と

(7)
(8)

, によって pH 荷電曲

じる負荷電には交換性陽イオン，正荷電には交線の形が決定される。脱プロトン，プロトン化反応

換性陰イオンが吸着して電気的中性条件が満た

基が 1～3 個の VCM に対する pH 荷電曲線のされる変位荷電モデル（Variable charge model,（7），（8）式による計算値を，最適化プログラム

VCM）を（1）～（4）式で定義した。

PEST を用いて文献データの実測値に適合させる

S OH + K ↔ S O K + H

R OH + H + Cl ↔ R OH Cl,=(S O K )(H )(S OH)(K )(1)

逆解析によりパラメータ値を推定した。実測値は，(2)

CEC が 12 種類，AEC が 6 種類の土である（Wadaet al., 1980，Okamura et al., 1983，Ishiguro et al.,(3)1992）。

142

3.結果と考察

与える log_, と, ，log_, の差は 2～, とFig. 1 に 2 種類の黒ぼく土（905，Tsukuba）と赤

3 程度（平均 2.3）であった。この点を考慮して 2 個

黄色土（H-1）の CEC と AEC の pH 荷電曲線を示の反応基の解離定数に初期値を与えることにより，す。いずれの土も，pH4 程度から pH の上昇により

VCM パラメータの推定は容易になる。今後は，2

CEC は増加し，AEC は減少した。また，同じ pH個の反応基の VCM のパラメータを pH 緩衝曲線

では，溶液濃度が高いほど CEC，AEC は大きい。

など簡便な実験で推定する手法の確立が必要で反応基の数は多いほど自由度が上がるが，推ある。

定するパラメータ数が増える。しかし，反応基を 3
参考文献

個にしても改善は小さく，CEC は 9 種類の土が 2

Wada, K., and Y. Okamura, 1980. Electric charge
characteristics of Ando A1 and buried A1 horizon soils.
J. Soil Sci., 31: 307-314.

個，3 種類の土が 1 個の反応基で実測値を再現できた。また，AEC は 6 種類の土すべてが 2 個のOkamura, Y., and Wada, K., 1983. Electric charge characteristics ofhorizons of Ando (B) and Red-Yellow B soils and weathered
pumices. J. Soil Sci., 34:287-295.
Ishiguro, M., K.C. Song, and K. Yuita, 1992. Ion transport in anallophonic Andisol under the influence of variable charge.
Soil Sci. Soc. Am. J., 56:1789-1793.

反応基で適合できた。Fig. 1 には，Table 1 に示す
2 個の反応基の VCM パラメータ値を用いた適合曲線を示す。計算値は実測値によく適合した。いずれの土も，2 種類の反応基の pH の変化領域を

Fig. 1 VCM による CEC と AEC の pH 荷電曲線
Table 1 2 個の反応基の VCM のパラメータ値
Negative charge

CEC

(molc

kg-1

soil)

(molc

,

kg-1

soil)

,

(molc kg-1soil)

log_

,

log_

905

0.021

0.116

0.353

-4.9

Tsukuba

0.003

0.109

0.621

-3.2

-5.3

H-1

0.024

0.050

0.048

-2.7

-5.2

Positive charge

-

,

,

905

-

0.047

0.085

10.0

Tsukuba

-

0.051

0.107

9.8

7.3

H-1

-

0.007

0.027

9.3

7.1

(molc

kg-1

soil)

143

(molc kg-1soil)

log_

,

-6.9

log_
7.1

,

,

P58
改良 LEACHM よる土中のイオン交換を伴う窒素・炭素成分の移動
Fate and transport of nitrogen and carbon with ion exchange
in soils based on the modified LEACHM
田崎小春 1・取出伸夫 2・三口貴久代 2・奥田涼太 3・徳本家康 41

佐賀大学大学院農学研究科・2 三重大学大学院生物資源学研究科・3

国立研究開発法人土木研究所寒地土木研究所・4 佐賀大学農学部
要旨(Abstract)：

窒素成分の荷電を考慮した有機物分解モデルに対して，変異荷電モデルによる pH 緩衝作用，NH!"の陽イオン交換，NO$# の陰イオン交換，CO% の溶解平衡，ガス移動を加えた土中の窒素・炭素成分の反応移動モデルを HP1 により構築し，イオン交換の窒素成分の移動に及ぼす影響を検証した。
キーワード：有機物分解，アンモニウムイオン，硝酸イオン，イオン交換，変異荷電
Key words: SOM decomposition, Ammonium ion, Nitrate ion, Ion exchange, Variable charge

Org-N → Bio-N + Hum-N ± NH3 (aq)(2)

土中の有機物の無機化によりNH!" ，硝化により

NH3 (aq) + H" ⇄ NH!"

(3)

"
$
NO$
# が生成され，NH! は陽イオン交換，NO# は陰無機化されたNH!" は硝化され，

1.はじめに+NH!" + 2O2 → NO$# + 2H + H2 O

イオン交換が生じながら土中を移動する。このNH!" とNO$# は土中水の pH を変化させるが，同時(4)

さらに脱窒によりN% となる。

に粘土鉱物や有機物の持つ変異荷電による pH+
4NO$# + 4H → 2N% + 2H2 O+5O%

緩衝作用が働く。そのため，イオン交換を伴う土(2) 変異荷電モデル（VCM）とイオン交換(5)

中の窒素・炭素成分の移動には，pH 緩衝作用を粘土鉱物や有機物の反応基（S' OH）に脱プロト考慮した移動モデルの構築が必要である。本研

ン化反応が生じて負荷電が発生すると，交換性

究では，HP1 による修正 LEACHM の有機物分解

陽イオンが吸着して電気的中性が保たれる。

モデルに対して窒素成分の荷電を考慮し，変異S' OH + K " ⇄ S' O$ K " + H"

(6)荷電モデルによる pH 緩衝作用，NH!" の陽イオン

同様にプロトン化反応基（R( OH）に正荷電が生じ交換， NO$# の陰イオン交換など加えた土中の窒ると，交換性陰イオンが吸着する。

R( OH + H" + Cl$ ⇄ R( OH%" Cl$

素・炭素成分の反応移動モデルを構築した。

永久負荷電による陽イオン交換容量CEC) と各

2.HP1 を用いた反応移動モデル(1) 有機物分解モデル

表面反応基の交換性イオンの和が全 CEC，AEC

土中に投入された易分解性有機態炭素（Org-C）（molc kg-1soil）である。
*

は，一次分解によりバイオマス炭素（Bio-C），腐植

CEC = CEC) + >[S' O$ K " ]炭素（Hum-C），CO% に分解される。

Org-C → Bio-C + Hum-C + CO%

(7)

-

(1)

'+,

AEC = >CR( OH%" Cl$ D

このとき，有機態窒素（ Org-N ）もバイオマス窒素

(8)
(9)

(+,

（Bio-N），腐植窒素（Hum-N）に分解されるが，有溶液の濃度と組成が変化すると，陽イオン交換機物の CN 比に応じて過剰成分はNH3 として土中と陰イオン交換が生じる。たとえば， S' O$ K " にお

水に無機化され，NH!" に電離する。

けるNH!" の陽イオン交換，またR( OH%" Cl$ におけるNO$
# の陰イオン交換は次式で表せる。

144

S' O$ K " + NH!" ⇄ S' O$ NH!" + K "(10)である。pH は，有機物分解により発生したCO% が#$$R! OH"# Cl$ + NO$% ⇄ R! OH" NO% + Cl

(11)

気相を経由して下層に溶解し，5.25 程度まで徐々以上の土中の諸反応を PHREEQC により表現に低下した。無機化された NH!" は K " と交換吸着

し，HP1 を用いて土中の水分・溶質・ガス移動モ

するが，交換性陽イオンの和である CEC は低下し

デル HYDRUS-1D と結合させた（Fig. 1）．

$
た。硝化により生成されたNO$# も同様にCl と陰イ

3. 計算例：pH 緩衝作用の影響

オン交換して吸着し，交換性陰イオンの和である

0.001 molc kgw の KCl 溶液と平衡させた 100

AEC は pH の低下により増加した。NO$# の大半はcm の黒ボク土層の上層 20 cm に，CN 比 10 の有吸着態として存在して上層 30 cm に留まり，NH!"

機物を添加した。水分移動は，初期条件を表面より下方への移動が遅れた。一般には，吸着量の圧力水頭 h = -100 cm，下端 h = 0 cm の平衡分少ないNO$# は下方へ浸透しやすいとされているが，布として，上端から 0.5 cm d-1 の一定フラックスの

AEC の大きい土では，NO$# の陰イオン交換の評

純水を与えた。黒ボク土の荷電特性として，奥田・価が重要と考えられる。今後は，陰イオン交換に取出（2023）により推定された VCM パラメータも焦点をあてた溶質移動実験による検証が必要と（905 soil）を与えた。計算期間は 50 日とした。

考える。

-1

Fig. 2 は，pH と陽イオン量，陰イオン量の分布

Fig. 1 HP1 を用いた窒素・炭素成分の反応移動モデルの概略図
010 dK +(ad )NH 4+(ad ) 25 d

10 d

10

Cl−(ad )Depth (cm)

0d

NO −
3 (ad )25 d

NO −3 (aq )20
10 dCl−(aq )NH 4+(aq )+K (aq )

30
25 d
40
50

0.01
0.02 0.045
0.04750.045
0.05
0.04750.05
Cation (molc)
Anion (molc)
Anion (molc)$
Fig. 2 pH，吸着態および溶存態の陽イオン量（NH!" ,K " ），吸着態および溶存態の陰イオン量（NO$# , Cl ）の分布
4

5

6

pH

70

0.01
0.02
Cation (molc)

0

145

P59
改良 LEACHM による土中の窒素・炭素成分の移動と植物根の能動吸収
Fate and transport of nitrogen and carbon with plant root active uptake
in soils based on the modified LEACHM
三口貴久代 1・取出伸夫 1・田崎小春 2
1

三重大学大学院生物資源学研究科・2 佐賀大学大学院農学研究科
要旨(Abstract)

LEACHM に基づく荷電を考慮しない窒素・炭素循環モデルに対して，植物根の能動吸収，二酸化炭素，アンモニア，窒素ガスの気相中の拡散移動，3 個の有機物分解プールの機能を追加した。改良
LEACHM は，HYDRUS1D の根の吸水を含む土中の水分・溶質・熱移動とガス拡散に対し，PHREEQC
による有機物分解から植物の吸収までの窒素・炭素成分の反応を HP1 により連結して構築した。
キーワード：改良 LEACHM，能動吸収，ガス拡散，Freundlich 吸着，HYDRUS ver.5
Key words: Modified LEACHM, Active uptake, Gas diffusion, Freundlich adsorption, HYDRUS ver.5
1．はじめに態窒素（NO3 -N），窒素（N2 ）へと分解される。

土中の有機物（SOM）分解により無機化された

NH4 -N → NO3 -N → N2

アンモニアは，硝化，脱窒により形態変化する。

CO2 ， NH4 -N ， N2 は気液平衡によるガス態も存在

植物根は土中水のアンモニア，硝酸をそれぞれする。NH4 -NとNO3 -Nは土に Freundlich 吸着する。

能 動 的 に 吸 収 す る 。 本 研 究 で は ， LEACHM(2) 植物根の吸収モデル(3)（Hutoson，2005）に基づく荷電を考慮しない窒

根は，成分ごとに植物の要求量𝑅𝑝 を満たすよう

素・炭素循環モデルに対して，根の吸収などを追能動吸収する。各位置の溶質吸収速度加した改良 LEACHM を，HYDRUS ver. 5 の HP1

𝑟𝑎 [ML−3T −1 ]は，能動吸収速度𝑎𝑎 と受動吸収速を用いて構築した。

度𝑝𝑎 の和である（Šimůnek ら，2009）。

2．HP1 を用いた改良 LEACHM𝑟𝑎 (𝑧, 𝑡) = 𝑝𝑎 (𝑧, 𝑡) + 𝑎𝑎 (𝑧, 𝑡)(4)

改良 LEACHM は，HYDRUS1D の根の吸水を

ここで，𝑧は位置[L]，𝑡は時間[T]である。根域全体

含む土中の水分・溶質・熱移動とガス拡散に対しの可能能動吸収速度𝐴𝑝 [ML−2T −1 ]は，植物の全て，PHREEQC による 3 個の有機物分解プール，

要求吸収速度𝑅𝑝 [ML−2 T −1 ]と根域全体の受動吸気液平衡，植物の吸収までの窒素・炭素成分の収速度𝑃𝑎 [ML−2 T −1 ]の差分である。

反応を HP1 により連結して構築した（Fig.1）。

𝐴𝑝 (𝑡) = max[𝑅𝑝 (𝑡) − 𝑃𝑎 (𝑡), 0](5)

𝐴𝑝 を吸水強度分布b(z) [L−1 ]で各位置に分配し，(1) 有機物分解モデル
土中に投入された易分解性有機態炭素（Org-C）

Menten 式で表す（Jungk ら，1991）。

は，一次分解によりバイオマス炭素（Bio-C），腐植
炭素（Hum-C），CO2に分解される。
Org-C → Bio-C + Hum-C + CO2(1)

Org-N → Bio-N + Hum-N ± NH4 -N(2)

さらに濃度低下にともなう吸収低下を Michaelis-𝑎𝑎 (𝑧, 𝑡) =𝑐(𝑧, 𝑡) − 𝑐minb(z)𝐴𝑝 (𝑡)K m + 𝑐(𝑧, 𝑡) − 𝑐min(6)

ここで，𝑐は吸収成分の溶質濃度[ML−3 ]，𝑐min は最有機態窒素（Org-N）もバイオマス窒素（Bio-N），

小能動吸収濃度[ML−3 ]，K m [ML−3 ]は定数であり，腐植窒素（Hum-N）に分解されるが，有機物のK m が大きいほど濃度低下にともなう吸収低下はC/N 比に応じて過剰成分はアンモニア態窒素大きい。一方，受動吸収は，各位置の吸水速度（NH4 -N）分解される。NH4 -Nは，連鎖反応で硝酸

𝑠[T −1 ]と溶質濃度の積である。

146

(7)

算吸収量を計算した（Fig.2）。NH4 -NとNO3 -Nの溶

ここで， 𝑐max は最大受動吸収濃度[ML−3 ]であり，質量は全量（溶存態量と吸着態量の和）である。

𝑐max = 0のとき受動吸収は生じない。

NH4 -N溶質量はNO3 -Nの約 100 倍だが，より能動

3．計算例：NH4 -NとNO3 -Nの能動吸収的な吸収により，30 日の NO3 -N 積算吸収量は

𝑝𝑎 (𝑧, 𝑡) = 𝑠(𝑧, 𝑡)min[𝑐(𝑧, 𝑡), 𝑐max ]植物根が長さ 30cm で一定に分布する 100 cm

NH4 -Nの 3 倍になった。

の Loam 層 0-30cm 深に C/N 比 10 の SOM（Org-C
30 mmol cm3soil ，Org-N

荷電を考慮しないモデルでは，溶液の電気的3 mmol cm3soil ）を投入し中性条件，窒素の形態変化や能動吸収おける荷た。下端は地下水，初期水分は圧力平衡分布，

電バランスの考慮が不要な単純なモデルである。

上端は大気開放，水分フラックスはゼロとした。吸そのため，安定した計算が可能である。今後，複水は Feddes モデルを用いた。可能蒸散速度は数の腐植プールや LEACHM に準じた P 成分の0.4 cm d−1， 蒸 発 な し ， 分 配 係 数 を NH4 -N で は追加の予定である。
参考文献
Hutson, J.L. (2005): LEACHM (leaching estimation and chemistrymodel) ver 4.1. Res Ser No. R03- 1. Dep of Crop and Soil
Sciences, Cornell Univ, Ithaca.
Šimůnek, J. and Hopmans, J.W. (2009): Modeling compensated root
water and nutrient uptake, Ecological Modelling, 220: 505-521.

3 −1
1 cm3 g−1
soil ，NO3 -Nでは0.01 cm g soil の線形吸着とした。NH4 -N，NO3 -Nともに受動吸収は無しとし，
NH4 -N の 𝑅𝑝 は 1 mmol cm−2 d−1 ， NO3 -N−2

10 mmol cm

は−1d とした。計算期間は 30 日とし，有機物分解後に各窒素成分の溶質量の分布と積
HPGeochemistry (PHREEQC)

HYDRUS ver.5

Plant root

Gas phaseCO2(g)

NH3(g)

N2(g)Passive uptake
Active uptake

Liquid phase

N2
Transport
Water

Hum-C

CO2

HP1

(w/t root water
uptake)

Hum-N
NO3-N

NO3-N

Each
node

Heat
SoluteFreundlich
adsorption

Gas

Mineralization
Immobilization(diffusion)

NH4-N

Chain
reaction

Biomass

Biomass

Biomass

NH4-N

Soil

Urea
SOM3
C/N high

SOM2
C/N mid

SOM1
C/N low

Carbon route
Nitrogen routeFig.1 HP1 を用いた荷電を考慮しない改良 LEACHM の概略図

20
30

25d

40

15d

10

20

5d

25d

30

10

20
30
40

40

Org-N
50

NH4-N (

)

1

2

3

MassOrg-N
Org-N [mmol[mmol cm]Mass
cm-3-3
soil
soil]

4

NO3-N (

)

50

50
0

60

0

0.5

1.5 0

1

-3
-3
Mass NH4-N
4 [mmol cm soil
soil]

Mass NH -N [mmol cm

]

0.005

0.01

0.015

0.02

-3
-3
Mass NO3-N
3 [mmol cm soil
soil]

Mass NO -N [mmol cm]

Cum.
[mmol]
uptake[mmol]
Rootuptake
Cum.root0d

Depth [cm]5dDepth [cm]

15d

10

Depth
[cm]
Depth [cm]

0

0

0

NO3-N

50
40
30
20

NH4-N

10
0
0

10

Fig.2 Org-N, NH4-N, NO3-N 溶質量の分布と能動吸収による NH4-N, NO3-N の積算吸収量

147

20

Elapsedtime [d]Time [day]30

2023 年度⼟壌物理学会⼤会講演要旨集

2023 年 10 ⽉ 21 ⽇発⾏

Proceedings of the 2023 Annual Meeting, Japanese Society of Soil Physics
2023 年度⼟壌物理学会⼤会
⽇時：2023 年 10 ⽉ 21 ⽇（⼟）9:30〜16:40
会場：明治⼤学農学部（対⾯および zoom によるライブ配信）
第 65 回シンポジウム「農業が直⾯する環境汚染」
ポスターセッション
発⾏：⼟壌物理学会⼤会事務局〒214-8571 神奈川県川崎市多摩区東三⽥ 1-1-1
明治⼤学農学部気付 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。