地球環境研究,Vol.7(2005)

水稲・小麦の二毛作畑における熱収支・CO２濃度の季節変化
篠

崎

直

＃

樹＊

キーワード：二毛作畑､ 熱収支､ CO2濃度､ 微気象､ 葉面積指数 (L. A. I.)､ 季節変化､ 日変化

１. 研究概要と目的

いて､ 季節的な CO2濃度の変化を知ることは重要であると考えられる｡

従来､ 耕地における微気象､ 熱収支の研究は数多く行

本研究では､ 小麦・水稲の二毛作畑において､ 各々のわれ､ 水稲田においても､ 多くの研究者によってその特作物の生育期間を通した微気象・熱収支および CO2濃度

徴が明らかになっている｡ しかし､ これらは単一の作物の季節的変化と日変化を捉える｡ 具体的には､ 作物の成群落や､ ある特定の時期についての研究が多く､ 異なる長に伴う植被層上下面の微気象の変化と熱収支および作物で､ その成長過程 (季節変化) ごとの熱収支研究多CO2濃度と蒸発散との関係について検討する｡

くない｡ 特に､ 本研究対象である二毛作畑のような､ １
年で２種類の作物を異なる時期に栽培している耕地の研
究は､ ほとんど見当たらない｡
関東地方特有の小麦・水稲の二毛作畑は､ それぞれの２. 調査地概要と観測方法
１) 実験地栽培期間で耕作形態と地表面の状態が異なり､ 特に水稲埼玉県熊谷市近郊の大里郡大里町の水稲・小麦の二毛期には地表面は水面となる｡ このため､ 小麦と水稲の成作畑で観測を行った｡ 対象圃場は､ １区画9.4a､ 灌漑水

長過程における微気象および熱収支の変化は､ 季節的なとして地下水を利用している (第１図)｡

気候の違い､ および作土上の水の有無により異なる様相を呈していると考えられる｡ その中で､ 植被の成長・繁茂に伴う日射の遮断や群落内外の空気の流れ､ 水管理による人為的要素が､ 耕地全体と植被層における熱収支に２) 観測期間
小麦：３月中旬〜６月中下旬 (植高10cm〜刈り取りまで)大きな変化をもたらしている｡ 植被層の上面と下面の熱

水稲：６月下旬〜10月中旬 (田植後〜刈取りまで)

交換の動態を知ることは､ 群落内の微気象研究で重要なそれぞれ月１回のペースでの観測を行った｡ 具体的な課題でもある｡ 水稲田の熱収支研究は第２次大戦後発展

観測日は天候に左右されることになるが､ 晴天の日を選し､ 岩切 (1962､ 1964)､ 市村 (1961)､ 中山ほか (1965)

び観測をした｡ 第２図にこの地方における小麦・水稲のが水稲の繁茂と関連させ､ 熱収支の季節変化を明らかに

二毛作における栽培期間を示した｡

した｡
近 年 で は 耕 作 地 で の 二 酸 化 炭 素 (CO2 ) や メ タ ン

３) 観測日(CH4) 等の観測も数多く行われている (岸田ほか2001)｡

観測時間としては､ 気温や日射等をデータロガーなど

特に､ 作物群落内外での CO2環境は､ 作物自身の光合成による自動観測で24時間､ 目視あるいは手観測を当日の活動や土壌呼吸量などに密接に関係している｡ また､ こ

３時から18時までの太陽が出ている時間帯で行った｡ 自れらが､ 生産量にも影響していることから､ 群落内外の動観測は､ 前日の夕方15時から16時頃から開始して､ 観

CO2の分布と濃度変化の特徴が明らかになっている (内測日当日の18時までとした｡

嶋ほか､ 1967)｡ しかし､ 作物の生育期間を通した群落
内外での CO2濃度の観測は決して多くはない｡ よって､耕作期間の中で異なる地表面状態を有する二毛作畑にお＊＃４) 観測場所・測器の配置
圃場での具体的な観測場所については､ 日射を遮らな

立正大学大学院大学院地球環境科学研究科学生
平成16年度立正大学大学院地球環境科学研究科オープンリサーチセンター業績

31水稲・小麦の二毛作畑における熱収支・CO２濃度の季節変化 (篠崎)

第１図

第２図

研究対象地

熊谷市付近における水稲・小麦二毛作畑の栽培期間

第３図

微気象観測における測器の設置い所で､ 水口と水尻の中間地点で畦から1.0〜1.5m ほど

濃度､ 土壌水分を観測した｡ (第３図)中に入った場所とした (Penman and Long 1959)｡
観測地点における測定器の配置については､ アングル

５) 観測項目

材を四柱状に組み､ 高さ1.5m ほどのタワーを作り､ 日

小麦畑・水稲田における微気象の観測項目以下に示す｡

射計や気温計を高度別に取りつけた｡ タワーを定点観測

１) 気温､ 水蒸気圧､ 湿度：地表面より1.5m (以下の中心とし､ その周りで手観測である､ 反射率､ の CO2

32

1.5m 気温と記す)､ 植被層面､ 群落内の３高度

地球環境研究,Vol.7(2005)

２) 水温：定点観測地点１地点



バルク係数

３) 地温：作土層の１､ ５､ 10､ 20､ 30､ 40､ 50cm の






７深度
４) 全天日射量：地表面より1.5m､ 群落内の２点

５) 反射率 (アルベド) ：定点観測地点１地点
６) 風速・風向：地表面より1.5m (以下1.5m 風速と記













 

す)､ 植被層面､ 群落内の３高度

：摩擦速度 m2 s−1 ､ ：測定高度の風速 (ms−1 )､７) 正味放射量：地表面より1.5m：測定高度 (m)､ ：カルマン定数 (≒0.4)､ ：粗度８) 地中熱流量：作土層の５cm､ 10cm の２深度

高度 (m)､ ：地表面修正量 (m)９) 太陽高度・雲量：定点観測地点１地点
10) 葉面積指数 (L. A. I.)：観測毎に３〜５株を採取し室内で測定

粗度高度 () は､ 地表面の摩擦により無風になる高度である｡ 植被がある場合に導入される地表面修正量() は､ 風速垂直分布のプロットが対数分布上で直線

11) CO2濃度：地表面より1.5m､ 植被層､ 群落内の３点になるように調整 (差引) された値である｡

で採取し室内で測定
12) 土壌水分：深さ10cm

２) 正味放射量 (放射収支量) 
地表面上 (水面上・植被層面上) における正味放射量

以下､ 観測項目別に使用した測器を記す｡の計算は次式による (岩切1964)｡

自動観測
日射量：Solar mini および EPR 記録計２台
正味放射量：Net LITE 放射収支計およびデータロガー１台 
 







ここで､ ：アルベド､ ：全天日射量 (群落外日射量)､：雲量係数 (0.66)､ ：雲量0.1単位､ ：気温 (K)､

気温､ 湿度：HOBO データロガー３台

：0.51､ ：0.066､

水温､ 地温：KADEC UN および U-  データロガー：吸収日
ボルツマン定数 (5.67×10−8 Wm−2 )､ 

６点式１台､ １点式２台
地中熱流量：地中熱流計２台
風速､ 風向：GPWS (wind sonic) 超音波風速計２台
手動観測：水蒸気圧 hPa､ ：ステファン

射量である｡
一般的に長波放射の推定には､ Angstrom､ Brunt､Elsasser の３式が挙げられるが (新井・西沢1974)､ その適応性については多くの議論がある｡ しかし､ その中

反射率：手持ち反射計１台､ デジタルマルチメーター
１台

でも Brunt の式を用いている研究が多く､ 水蒸気圧が２から40hPa の間で､ 誤差10%以内で適用できると考え

土壌水分：TDR 土壌水分測定器１台られている｡ よって､ 本研究では水稲植被上面における葉面積指数：自動面積計１台

正味放射量の推定に Brunt の式を用いた｡

CO2濃度：採取アルミパック
分析CO2/H2O アナライザー１台

２) 顕熱フラックス ()太陽高度：高度計

   

雲量 (天候)：目視

アスマン乾湿計による乾湿球温度
ビラム風速計による風向・風速

３) 潜熱フラックス ()

３. 熱収支の解析方法
１) バルク法
本研究ではバルク係数を用いて､ 基準高度と地表面風
速・気温・水蒸気量のデータをもとに､ 顕熱・潜熱フラッ  

ここで､ ・ ：風速高度における気温と比湿 (は地表面または下方の値)､−1−1(1004J kg K )､：空気の定圧比熱：蒸発の潜熱 (2.45×106J kg−1)､：空気の密度 (約1.2kg m−3) である｡



クスを求めた (新井2004)｡

33

水稲・小麦の二毛作畑における熱収支・CO２濃度の季節変化 (篠崎)表１

植被の繁茂に伴う群落内への日射量到達率の季節変化
群落内への日射量
到達率 (％)

L. A. I.

３月14日

55.4

2.4

４月22日

21.8

4.6

７月３日

99.4

2.1

８月７日

40.6

4.6

８月21日

22.8

6.2

９月19日

11.2

日

付

5.6
(2004年)表２

小麦・水稲における植被状態と土壌水分の季節変化

作物

日

植被丈 (cm)

植被状態

土壌水分 (％)

小麦

３月14日

付

20

分けつ期

16.9

小麦

４月22日

80

出穂期

15.1

水稲

７月３日

25

分けつ期

飽和

水稲

８月７日

50

分けつ期

飽和

水稲

８月21日

85

出穂期

飽和

水稲

９月19日

85

登熟期

飽和
(2004年)

４) 地中フラックス () 










：土壌の容積熱容量 (Jm−3K−1)､ ：深さ､ は 時における地温､ は 
時における地温 (
 
) で
ある｡ 地温の観測は30分間隔で行ったが､ 用いたのは毎時平均の値である｡
土 壌 の 容 積 熱 容 量  は ､ 有 機 質 土 壌 に お い て 約
2.4J m−3K−1､ 水田土壌においては約2.7J m−3K−1の値がえられている (農業技術協会1997)｡

第４図

小麦畑・水稲田における L. A. I と群落内日射量の季節変化 (2004年)

植被面のアルベドなどに影響する｡ そのため､ 各々の観
６) 水体貯熱量 ()   


測項目と植被の繁茂を表す葉面積指数 (L. A. I. ) との関係を検討する｡ 特に､ 群落内日射量の変化は､ 植被の

繁茂に直接影響することから､ 表１に群落内日射量の減
衰を到達率 (群落内日射量／群落外 (全天) 日射量) を

：水の熱容量 (4.18×106J m K )､ ：水深 (m)､示した｡ 第４図には､ L. A. I. と群落内日射量の季節変

 は 
 時における水温､ 
 は 
 時における水温化を示した｡ また､ 表２には､ 各観測日における作物の) である (農業技術協会1997)｡
(
 


植被状態と土壌水分を示した｡−3−1

４. 結果および考察
４. １

１) 植被の成長による高度別気温の変化
第５図は高度別気温の季節変化である｡ 小麦期４月22

小麦・水稲植被の成長に伴う微気象の変化

日および水稲期８月７日以降において､ 植被の繁茂によ

作物の成長に伴う植被の繁茂は､ 植被層およびその上る日射の遮蔽によって､ 群落内気温の低下がみられた｡

下層における気温､ 水温､ 地温､ 風速､ 群落内日射量､さらに高度間の気温差を詳細にするため､ 第６図には､

34

地球環境研究,Vol.7(2005)

第５図

小麦畑・水稲田における高度別気温の季節変化 (2004年)

第７図
第６図

小麦畑・水稲田における高度間気温差の季節変化 (2004年)

小麦畑・水稲田における地温の季節変化 (2004年)①. 平均値の季節変化

気温②. 日較差の季節変化

であることがわかる｡ 植被が繁茂すると､

1.5m

３高度間の気温差､ つまり､ 1.5m 気温−植被層面気温 ､

気温−群落内気温 および 植被層面気温−群落内気温

植被層面気温−群落内気温 ､ 1.5m 気温−群落内気温の気温差は増加する｡ これは､ 水稲期７月３日を除くすと L. A. I. の季節変化の関係を表した｡ 平均化時間とべての観測日で認められた｡ 1.5m 気温−植被層面気温

しては､ 植被の繁茂による気温の影響を知るために､ 日の気温差は水稲期において次第に減少し､ この時には､

射 (群落内日射量) が得られている時間帯である｡ ４時

９月19日では負の値を示した｡ また､または５時から17時または18時の間の平均化とした｡

群落内気温の気温差が､

植被層面気温−1.5m 気温−群落内気温を

同図の小麦期３月14日および水稲期７月３日は､ 植被若干上回った｡ これは､ 小麦期４月22日においても顕著が未発達であることから､ 植被層面気温は使用しておらに現れている｡ これらを考慮すると､ この現象は植被層ず､ 1.5m 気温−群落内気温 のみである｡ 図において､面気温の上昇が要因になっていると考えられる｡ 植被層

1.5m 気温−群落内気温の変化が､ L. A. I. の変化に面気温が上昇する原因としては､ 繁茂した植被が地表面対応して推移している｡ 小麦期３月14日および水稲期７の役割を果たし､ 植被層面付近の気温を上昇させると言月３日においては､ これが負の値を示したことは､ 植被われているが､ 実際には､ 植被からの蒸散作用の低下との未発達が地表面への日射の到達を促し､ 1.5m 気温よ

気孔の閉塞による葉温の上昇なども影響しているとされりも地表面付近の気温を上昇させたものと考えられる｡ている (伊藤ほか1984)｡

L. A. I. の増加に伴い､ 気温差も正の値で増加することから､ 植被の繁茂が群落内気温の低下に影響していることは明らかである｡

２) 植被の成長による水温・地温の変化
地温・水温の変化には､ 植被の繁茂およびそれに伴うこれらから､ 植被が繁茂した状態における３高度間のが最第７−①図は､ 日較差が比較的大きい深さ１cm､も大きく､ 次いで 植被層面気温−群落内気温 であり､５cm､ 10cm の平均地温と平均水温の季節変化である｡

地表面1.5m 気温−植被層面平均化を行った時間は群落内日射量の影響も考慮し､ ４

気温差は､ 群落内外の最も気温差が小さいのは1.5m 気温−群落内気温

群落内日射量の減少が直接影響している (市村ほか1965)｡35水稲・小麦の二毛作畑における熱収支・CO２濃度の季節変化 (篠崎)時または５時から17時または18時の間である｡ その結果､植被の繁茂に伴う地温の逆転は､ 小麦期においては観測回数不足のため明らかではないが､ 水稲期８月21日および９月19日においては､ 深さ10cm 地温が１cm 地温より高くなり､ 表面地温の低下が認められた｡
第７−②図は､ 小麦期および水稲期を通して､ 耕作状態が変化しているのに関らず､ 深さ20cm と50cm の地
温日較差が､ それぞれ約3.0℃と約2.0℃､ 40cm と50cm
ではともに約0.7℃で推移しており､ 深度30cm 以深では､
日較差は季節的に変化しないことが示されている｡ 一方で､ 深さ１cm､ ５cm､ および水稲期７月３日以外の深さ10cm の地温日較差は､ 小麦期３月14日において､ 最大値となり､ 水稲期７月３日まで次第に低下した｡ 以降､９月19日まで日較差はほぼ一定であった｡
水温の日較差は７月３日が最大で､ 深さ１cm および
５cm よりも大きく､ ８月７日および８月21日には急激に減少するが地温のそれよりも高い値を示した｡ このよ
うに､ １cm〜10cm の土層上層における地温の日較差は､
季節的に小さくなる｡ 小麦期と水稲期で異なる地表面状態 (水の有無) であることを考慮すると､ 同じ L. A. I.
を示す時の各深度の地温日較差は､ 異なる値を示すことになる｡ 小麦期３月14日と水稲期７月３日は､ 植被が未

第８図

小麦畑・水稲田におけるアルベドの季節変化 (2004年)①. 平均値の季節変化と L. A. I. との関係②. 太陽高度との関係発達であり､ 小麦期４月22日と水稲期８月７日は､ 植被

ルベドは､ 従来から示されている値に近い0.08に接近しが繁茂した状態であったが､ これら２組の地温の日較差てくるが (蒸発散研究グループ1967a, b)､ 太陽高度がは大きく異なっており､ 共に小麦期の方の日較差が大き20°以下になるとアルベドは急激に増加し0.45の値にない｡ この原因は､ 地表面の水の有無と土壌水分の違いがる｡ 裸地に近い小麦期３月14日では､ 太陽高度30°以上

影響している｡ よって､ 小麦畑と水稲田における貯熱量

でアルベドは0.15に近い値を示す｡ 一方､ 植被が繁茂し(地中フラックス＋水体貯熱量) は､ それぞれ大きく異たその他の小麦期および水稲期では､ 太陽高度40°〜なることが示唆される｡

50°で､ アルベドが0.18の値に近づいてくる｡ 太陽高度が低くなると0.20の値に近づく｡ 植被が繁茂することに

３) 植被の成長によるアルベドと L. A. I. の変化
第８−①図に各観測日における日平均のアルベドとより､ 太陽高度の高い時間帯のアルベドは増加し､ 逆に太陽高度が低い時間帯では減少する傾向を示した｡

L. A. I. の季節変化を示す｡ 小麦期および水稲期の両方において､ 植被の繁茂に伴うアルベドの増加が見てとれ

４) 植被の成長による高度別風速の影響る｡ L. A. I. が4.6以上になると､ 小麦期・水稲期とも

風速は､ 日変化および日々変化をすることから､ 各観にアルベドは0.17〜0.18の値を示す｡ 蒸発散研究グルー

測日毎の特徴は見られない｡ しかし､ 第９−①図の高度

プ (1967a､ b) は､ 水稲田のアルベドの季節変化につ別風速の季節変化では､ 植被が繁茂した観測日､ すなわ

いて､ 分けつ期初期の７月に0.10､ 最大繁茂期の８月にち小麦期４月22日､ 水稲期８月７日および21日において､0.22､ 刈取期の９から10月に0.18という結果を得ている｡

群落内風速の急激な減少がみられた｡ ところが､ 群落内

今回の水稲期８月と９月におけるアルベドはこれと近い

風速は､ 1.5m 風速の影響は受けず､ 大きな日変化は見といえる｡

られず､ 風速は0.4ms−1前後であった｡

第８−②図に各観測日におけるアルベドと太陽高度の一方で､ 1.5m と植被層面間の風速差は､ 1.5m 風速と関係を示した｡ 植被が未発達であるため､ 殆ど水面であっ植被によって､ ある特徴が示唆された｡ 第９−②図には､た水稲期７月３日では､ 太陽高度が50°以上になるとア

1.5m−植被層面

36の風速差と1.5m 風速の関係を示し

地球環境研究,Vol.7(2005)

各観測日において異なり､ 小麦期３月14日および水稲期
７月３日においては､ 深さ１cm 地温あるいは水温を用いた｡ L. A. I. が4.0以上の観測日においては､ 植被層面を地表面とみなしそのデータを使用した｡ 熱収支の日変化の計算は､ 熱源である正味放射量 () の算出において､ 式の､ アルベドが毎時の手観測によって行われていたことから､ ３時から18時の間とした｡
第10図に､ 小麦畑・水稲田の熱収支の日変化を示した｡
小麦畑においては､ 潜熱フラックスは非常に小さく､ 日
中においてはマイナスを示したことから､ 蒸発散よりはむしろ凝結が生じていたと考えられる｡ また､ 地中フラックスが最も多く､ 午前中に急激な上昇を示した (３月14日の例では)｡ 地中フラックスは正味放射量の約40％であるが､ 潜熱・顕熱の約３倍であり､ 地温の上昇に寄与していた｡
水稲田では､ 潜熱フラックスが水稲の全生育期間を通して非常に大きく､ 正味放射量の60〜80%であり､ 蒸発散が盛んに生じていることを示している｡ しかし､ 成熟
第９図

小麦畑・水稲田における風速の
季節変化 (2004年)①. 高度別日平均風速の季節変化②. ｢毎時の地表面1.5m の高さの風速−植被層面風速｣ の差と地表面より1.5m (1.5m 風速)
風速の関係

期以降､ 朝に凝結が生じたことから､ 日蒸発散量としては若干減少した｡ 水稲田の地中フラックスは､ L. A. I.
が小麦畑のそれと同じ時期で比べると約２分の１で､ 植被が繁茂するに従いさらに減少した｡
水体貯熱量は植被が未発達で水面へ日射が到達している７月３日の午前において大きな値を示したが､ 以降､た｡ その結果､ L. A. I. が2.0程度の植被が未発達な小植被が繁茂するに従い次第に減少した｡ 水稲田では､ 貯

麦期３月14日においては､ 1.5m 風速が増加するのに伴

熱量 (地中フラックス＋水体貯熱量) は小麦畑の値に比い､ 風速差も指数関数的に増加する傾向が示された｡

べて小さく､ 日変化 (振幅) も小さくなっていることか

水稲期７月３日でも同様の傾向が示されたが､ その範−1ら､ 土壌水分が大きく影響していると推察された｡ また､

囲は1.5m 風速が約2.0ms 以上で､ 風速差は小麦期のそ

８月７日の一部の時間帯において､ 潜熱フラックスが正れと比べ約２分の１である｡ 植被が繁茂する､ 水稲期８味放射量を上回り､ 不足分の熱量は､ 水体貯熱量および月７日､ 同21日､ ９月19日では､ 1.5m 風速が約0.5〜気層からの顕熱フラックスにより供給されていると考え−1−1

2.6ms の範囲で､ 風速差が0.4〜0.6ms 程度に密集しられた (福岡ほか1990)｡−1ており､ 1.5m 風速が2.6ms 以上になると､ 風速差は水
稲期７月３日のそれと同じ値を示した｡ 植被が繁茂すると､ 低風速域において植被層面風速は1.5m 風速とほぼ−1

２) 貯熱比の変化
小麦畑・水稲田の土層における貯熱量は､ 地表面を覆平行した変化で推移するが､ 風速2.6ms 以上になるとう水の有無と作物の成長に伴う地表面への日射の遮蔽に

植被層による摩擦の影響により風速差が指数関数的に増より､ 大きく影響される｡ 気温が低い季節で作物の成長加すると推察される｡に必要な温度が十分得られない小麦期においては､ 日射から得られる地中貯熱量が重要になっていると考えられ

４. ２

小麦畑・水稲田における熱収支および貯熱比､蒸発散量の変化

１) 熱収支の変化る｡
貯熱比とは､ 水体貯熱量  と地中フラックス を合計した貯熱量を正味放射量  との比  でバルク法による熱収支解析においては､ 上方高度とし表したものである｡ これは植被の形成に伴う水層・地層て地表面より1.5m のデータを用いた｡ 下面のデータはの熱状態に及ぼす影響を知る上で重要な意義をもってい37

水稲・小麦の二毛作畑における熱収支・CO２濃度の季節変化 (篠崎)第10図①. 小麦期３月14日⑤. 水稲期８月21日

小麦畑・水稲田にける熱収支の日変化 (2004年)②. 小麦期２月44日⑥. 水稲期９月19日③. 水稲期７月３日④. 水稲期８月７日

るとされ (岩切1964)､ 季節的に変化する｡ しかし､ 植
被下の正味放射量の値が推定できなかったために､ 植被層上面の値を用いた｡ 第11図には､ L. A. I. と貯熱比の季節変化の関係を示した｡ 貯熱比は､ 各観測日において３時〜17時の毎時の値を平均したものである｡ また､ 小麦期および水稲期９月19日においては湛水がないために､
地中フラックスのみである｡
第11図より､ 小麦期３月14日において貯熱比が0.45と最も大きく､ 植被の未発達 (L. A. I.＝2.4) によって､群落内に日射がよく透過しており､ 受熱 (貯熱) 状態であることを表している｡ これは､ 第４図および第10図か
らも示唆される｡ しかし､ ほぼ同じ L. A. I.＝2.1であっ

38

第11図

小麦畑・水稲田における貯熱比とL. A. I. の季節変化 (2004年)

地球環境研究,Vol.7(2005)

表３

小麦畑・水稲田における日蒸発散量と日平均蒸発散量の季節変化

日付

日蒸発散量 (mm day−１)

日平均蒸発散量 (mm h−１)

３月14日

−0.34 (0.07)

−0.02

４月22日

−0.27

−0.02

７月３日

5.74

0.38

８月７日

4.97

0.45

８月21日

1.25 (3.44)

0.08

９月19日

1.43 (4.43)

0.10(2004年)(た水稲期７月３日においては､ 貯熱比が0.27と約半分程) 内は蒸発散量のみで凝結を含まない

３) 蒸発散量の変化

度に減少した｡ この原因は２つ要因が考えられる｡ 第一

表３に､ 小麦畑・水稲田における日蒸発散量を示した｡の要因として､ ７月３日午後において潜熱フラックスの蒸発散量 () は潜熱フラックスを使用して  式から不足分に対して､ 水体貯熱量 () からの熱の供給が生推定した｡ 表において､ 負の値は凝結を示す｡ また､ 日じていたと考えられる｡ このため､ 日貯熱量 ()蒸発散量の合計時間は水稲期８月７日 (７時から17時)は減少し､ 結果的に貯熱比も減少したと考えられる｡ 第を除き３時から17時であるが､ これには朝方において凝二の要因として､ 水稲田では､ 灌漑水により､ 土壌水分結が生じている時間も含まれていることから､ 潜熱フラッが飽和状態また水温日較差が小さいことから､ 土層におクスが正の値を示す時間帯､ つまり実際の蒸発散量が生ける熱流量および熱貯留量が小さくなることがあげられじたときの値も併記した｡

る (第10図参照)｡ 一方､ 小麦畑では土壌水分が少ない
ために熱容量が低下し温度変化が大きくなり､ 比較的熱流量および熱貯留量が､ 水稲田に比べて大きくなる｡ この特徴が､ 小麦期４月22日と水稲期８月７日で見られる｡

    (mm h−1) 


(Jg−1)

両観測日において植被の繁茂を表す L. A. I. は同じ4.6

ここで  は水温､ は蒸発の潜熱､  は水の密度であったが､ 小麦期４月22日に貯熱比は0.24と水稲期８とする｡  は mm で表わされるが､ ここでは１時間お

月７日に0.16を示し､ 乾燥土壌である小麦畑が高い値ときの積算値 (mm h−1) として求めた｡

なった｡

表３より､ 乾燥土壌である小麦期３月14日と４月22で異なる土壌水分およびその変化による､ 貯熱比およびは､ 蒸発散が負の値を示したことから､ 一日を通して凝貯熱量の変化は､ Joseph ほか (2002) によっても示さ結が生じていたことが推測される｡ 水稲期に入ると日蒸れている｡ この特性を利用して､ 耕作地において作物を発散量は増加するが､ 水稲期８月21日および９月19日に栽培する１つの形態が､ 本研究の小麦畑・水稲田の二毛

おいては  が急激に減少していることから､ 朝方の短作地である｡ つまり､ 冬季〜春季における関東地方特有

時間において凝結が生じ､ 日蒸発散量としては減少しての少ない降雨によって､ 乾燥土壌となる小麦畑においていると推察される｡ 蒸発散研究グループ (1967a, b) がは､ 地温を冬小麦の栽培に利用しているものと解釈でき

埼玉県鴻巣で行った熱収支法による蒸発散量の推定による｡

ると､ １時間平均を基に７月は2.77mm/day､ ８月は水稲期間全体の貯熱比は､ 季節の進行に伴い減少する

3.76mm/day､ ９月は2.43mm/day が得られている｡ こ

傾向が見られる｡ このような､ 同じ地表面の状態においれらの結果と､ 本研究で得た値を単純に比較することはて､ 貯熱比が変化する要因としては､ 植被による日射量

できないが､ 本研究の９月における蒸発散量は問題があの減衰の影響だけではなく､ 風速よる気層内の熱伝達のると考えられる｡

変化が影響していると考えられる｡ 特に､ 灌漑期の水稲
CO2濃度および蒸発散量との関係

田では､ 土壌水分が常に飽和して不変であることから､

４. ３

日射と風速の両者の関係が考えられる｡

１) 高度別 CO2濃度の変化
CO2の観測時間は､ ３時から17時または18時で､ 測器の不具合のため一部の期間 (小麦期) と時間に欠測が生

39

水稲・小麦の二毛作畑における熱収支・CO２濃度の季節変化 (篠崎)第12図

小麦畑・水稲田における高度別 CO2濃度の季節変化 (2004年)①. 小麦期３月14日⑤. 水稲期８月21日②. 小麦期２月44日⑥. 水稲期９月19日

じた｡③. 水稲期７月３日④. 水稲期８月７日

２) 蒸発散量と植被層 CO2濃度の日変化

第12図に､ 小麦畑・水稲田の高度別 CO2濃度の日変化

植被層 CO2濃度の変化､ 特に濃度の減少が､ 蒸発散量を示した｡ 小麦畑および水稲田のすべての観測日においの変化に関係していると考えられることから､ 以下の検て､ 日の出後､ 各高度共に CO2濃度の急激な減少が生じ討を試みた｡ これは､ 蒸散量が気孔開度および気孔抵抗た｡ しかし水稲期では､ 水稲が成熟するに従いその減少と直接関係しているとされ (伊藤ほか1984)､ 気孔抵抗は小さくなる傾向を示した｡ 小麦期においては､ ３月14が CO2濃度や光強度の外的要因によって支配されている日の早朝を除いて､ 群落内と1.5m の CO2濃度差は､ 常ことから (長谷場1973)､ 植被層 CO2濃度の変化が､ 結に小さく推移していた｡ 水稲期に入ると､ その傾向は一果的に蒸発散量の変化に影響するという仮定をもとに行っ転し､ 水稲生育期間全体で群落内 CO2濃度は､ 1.5m おたものである｡ CO2濃度は日変化の振幅が大きいことか

よび植被層面よりも高い値で推移したことから､ 土壌から､ 日変化により検討した｡

らの CO2濃度の放出が活発であることが考えられる｡

第13図に水稲期７月３日と８月７日の植被層 CO2濃度と蒸発散量の日変化を示した｡ 本研究では蒸発散量を潜
熱フラックスから求めたことから､ 潜熱フラックスが推40

地球環境研究,Vol.7(2005)

培されていることも指摘できる｡ 冬小麦の栽培期間は全体で８ヶ月であるが､ 実質的な成長は４月から６月までのわずかな期間である｡ 水稲期間は４ヶ月と短いが７月から10月にかけての気温上昇と日射量の増大を利用している｡
本研究では､ 水稲・小麦の栽培期間を通した二毛作畑としての熱収支および CO2濃度､ 植被層上下面における微気象も含めて､ 季節変化を捉えた｡ これによって得られた結果は､ 単一の水稲田における従来の研究とほぼ同じではあったが､ 二毛作という一年を通して異なる作物の栽培形態により､ 季節的に大きく異なった熱収支の特性を得たことは､ 耕地の熱収支研究の中で､ 新しい見解が得られたものと考えられる｡

謝

辞

本研究を行うにあたり､ 終始指導をいただいた新井 正教授､
福岡義隆教授､ 実験用地をお貸し頂いた地球環境科学部事務室の上山豊明氏に深くお礼を申し上げます｡

第13図

水稲田における蒸発散量と植被層 CO2濃度の日変化①. 水稲期７月３日②. 水稲期８月７日

定できた時間帯においてのみ示した｡ 13−①図および13−②図において､ 蒸発散量が午前から正午にかけて増加する傾向が見られるが､ ８月７日９時以降には蒸発散量の増加に伴い CO2濃度が減少する傾向が顕著にみられた｡

引用文献
新井

正 (2004)： 地域分析のための熱・水収支水文学

古今書院.
新井正・西沢利栄 (1974)： 水温論 共立出版 32−39, 280−
291.
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中国・四国支部会誌

No3.

一方､ ７月３日８時から14時においては､ 蒸発散量は増

市村一男 (1961)：水田用水に関する研究―水田の熱収支と加しているが､ 植被層 CO2濃度はほぼ一定である｡ ８月

稲作の関係について―, 農電研究所所報No. 2, １−56.

７日には水稲植被が繁茂していることを考慮すると､ 蒸
散を含む蒸発散が多く生じていたことが考えられる｡ しかし､ ７月３日には植被が未発達であり､ CO2の吸収が弱く蒸散作用は少なく､ 一方で植被密度が少ないことにより､ 水温が上昇し水面蒸発が盛んになる｡ よって､ 合計値としての蒸発散量は増加しているが､ その内訳は蒸発量が多いと推測された｡

市村一男・山本雄二郎・中山敬一 (1965)：水稲植被が水田の水温日較差に及ぼす影響. 農業気象

Vol. 20, 155−159.

伊藤代次郎・長谷場徹也 (1984)：水稲の葉温・蒸散に及ぼす
短波放射と風速の影響. 農業気象
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敏 (1964)：水稲植被の繁茂にともなう水面熱収支特性の変化について. 農業気象

Vol. 19, 89−96.

蒸発散研究グループ (1967a)：水田の放射状態について. 農業
気象

Vol. 22, 97−102.

蒸発散研究グループ (1967b)：水田の蒸発散. 農業気象
Vol. 22, 149−157.

５. 結

論

岸田

巧・岩田

徹・三浦健志・大滝英治・西村勝利・樋口宣寿・大藤明克・原薗芳信・宮田

冬から春ないし初夏に小麦､ 夏から秋に水稲を栽培す
る方法は､ 関東地方特有の気候を生かし､ 作物生産を上げるうえで､ 実に合理的な耕作形態であることが熱収支解析からわかった｡ 小麦期では気温が低く､ 生育に必要な温度が得られない部分を､ 乾燥した土壌と晴天日がもたらす地温上昇を利用している｡ 関東地方の冬は降水量が少ないため､ 水分供給がなくても生育可能な小麦が栽

明 (2001)：水田潅漑水中の二酸化炭素濃度の日変化に影響を与える要因. 農業気象
Vol. 57, 117−126.
中山敬一・市村一男・山本雄二郎・松田松二 (1965)：水田の気象環境. 農電研究所所報 No6, １−34.
農業技術協会 (1997)：新訂

農業気象の測器と測定法

日本

農業気象学会編
Penman, H. L. and I. F. Long (1959)：Weather in wheat: an

41水稲・小麦の二毛作畑における熱収支・CO２濃度の季節変化 (篠崎)essay in micro-meteorology. Quarterly Journal of theRoyal Meteorological Society Vol. 86, 16−46.
Santanello, J. A. Jr. and M. K. Friedel (2003)：Diurnal
covariation in soil heat flux and net radiation. Journal ofApplied Meteorology Vol. 42, 851−862.

42内嶋善兵衛・宇田川武俊・堀江武・小林勝次 (1967)：作物群
落内におけるエネルギーとガス交換に関する研究―トウモ
ロコシ群落内の炭酸ガス環境―. 農業気象
108.

Vol. 23, 99−

地球環境研究,Vol.7(2005)

Seasonal and Diurnal Change of Micro-climate in a Double Cropping Fieldof Rice and Winter Wheat
Naoki SHINOZAKI
Graduate student of Geo-environmental Science, Rissho University

Double cropping of rice and winter wheat has been a common cultivating practice in the Kanto
District. The purpose of this study is to clarify the micro-climate of the double crop farm landthroughout the year, including heat balance and carbon dioxide. The observation was made in a
farm land at Osato Town, Saitama Prefecture.
Air temperature was measured at three heights of 1.5m above the ground surface, top layer ofthe plant canopy and near the ground or water surface in the plant cover. Wind velocity, solar radiation, vapor pressure and carbon dioxide were mainly measured at two heights at 1.5m and in theplant cover. Ground temperature, water temperature, albedo of the plant cover or earth's surface
and water content of the soil were also measured. Leaf Area Index (L. A. I.) for each growing stage
was also decided.
Solar radiation in the plant cover is governed by the leaf density. Vertical temperature distribution, wind speed and the other climatic elements in and above the plant cover also largely dependon L. A.I. which changes according to the growth plant. Solar radiation in the plant cover dropped
to 11% of the outside in the highly matured stage. Air and soil or ground temperatures in the plant
cover become low relative to the surface layer and 1.5m layer in high L. A.I. condition of the matured stage. Daily range of temperatures under the plant cover also decreased under high L. A.I.
Wind speed in the plant cover during the young stage varied with the wind speed outside, but it remained nearly constant in the matured stage.
Characteristics of the heat balance of rice paddy and wheat field are different. Wheat is planted
during winter and spring under cold but dry and sunny climate. As soil in this season is dry with
low thermal capacity, the daily soil temperature range is wide. Therefore, soil heat flux is dominant among the heat balance items and evaporation is almost lacking in the wheat field. In the rice
paddy, planted during hot and rainy season, the daily variations of water and soil temperatures are
reduced by high heat capacity of water and wet soil. Evaporation and transpiration are active in therice field. During the young stage of rice plant, reduction of carbon dioxide in daytime over thefield is not clear, because of low value of L. A.I. In the matured stage, the reduction due to active
photosynthesis and transpiration becomes clear.
It may be said that wheat is cultivated using solar radiation and soil heat storage, and rice uses
solar radiation, high temperature and much water. Traditional double cropping is adapted to theclimate of this region.

Keywords: double cropping, heat balance, carbon dioxide, micro-climate, leaf area index,
seasonal change, diurnal change

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