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圃場飽和透水係数の原位置測定法開発

110

Developing an in situ measuring procedure for field saturated hydraulic conductivity
登尾浩助(明治大学)，伊東雄樹(明治大学大学院)，小島悠揮(岐阜大学)，塩澤夢久(明治大学)，
溝口 勝(東京大学大学院)

P50

CTD センサと ES-2 センサを用いた津波被災農地の地下水観測（2）112

Observation of groundwater using CTD sensor and ES-2 Sensor on Tsunami-hit farmland（2）千葉克己(宮城大学)，宮内敏郎(日本総合地質)，加藤幸(弘前大学)

P51

秋耕起の浅化による黒ボク土壌水田からのメタン放出量の削減

114

Mitigation effect of shallow autumn tillage on CH4 emission from an Andisol paddy field
中嶋美幸(農研機構 東北農研センター)，程 為国(山形大学)

P52

HYDRUS-3D を用いた FOEAS 設置圃場における暗渠近傍の 3 次元水分移動の数値計
算116
Numerical simulation of three dimensional water flow near drain pipes in a FOEAS field using
HYDRUS-3D
坂井 勝(三重大学大学院)，池田和弥(三重大学大学院)，取出伸夫(三重大学大学院)

P53

堆積岩山地における地下水流出過程の検討

118

Consideration of groundwater runoff process in the mountain of sedimentary rocks
橋本宏平(京都大学大学院)，中村公人(京都大学大学院)，小杉賢一朗(京都大学大学院)，勝山
正則(京都大学)，糸数 哲(京都大学大学院)，正岡直也(京都大学大学院)，川島茂人(京都大学大
学院)

P54

植物吸水モデルにおけるフラックス制限型乾燥ストレスの評価

120

Evaluation of flux-limiting drought in the plant water uptake modelling
末継 淳(鳥取大学)，藤巻晴行(鳥取大学)，井上光弘(鳥取大学)

P55

双子プローブ熱パルス法を用いたマトリックポテンシャルセンサの試作

122

Matric potential sensor using dual probe heat pulse technique
小島悠揮(岐阜大学)，登尾浩助(明治大学)，溝口 勝(東京大学大学院)，川原圭博(東京大学大学
院)

P56

低濃度におけるストロンチウムの粘土への吸着

124

Strontium adsorption on clays at low concentration
Zigong Ning(北海道大学大学院)，Munehide Ishiguro(北海道大学大学院)，Luuk K. Koopal(Wageningen University)，Tsutomu Sato(北海道大学)

P57

地下灌漑機能による水田土壌水の制御
Enhancing the utility of rice fields used subsurface irrigation
粟生田忠雄(新潟大学)

126福島放射性物質の現状と土壌物理的課題
Current Status and Issues of radioactive material in Fukushima
溝口勝 1
1 東京大学大学院農学生命科学研究科

要旨(Abstract)2013 年に第 55 回シンポジウム「放射性物質問題－土壌物理に求められること－」を開催してから３年が経過した。この間、公共工事による除染が進められ、避難住民の帰還についても現実的な議論が始まっている。しかしながら、除染効果の評価や環境中の Cs 移動の実態は依然として不明な点が多い。また、実際の現場では新たな課題も出てきている。このシンポジウムでは農業
環境、土壌、水田、森林における Cs の挙動に関する研究を整理し、土壌物理学会として今後取り組むべき課題について議論したい。
キーワード：放射性セシウム，農業環境，農地，森林，営農Key words: radiocaesium, agricultural environment, agricultural land, forest, farming(2)土壌中の Cs の移動：速い現象・遅い現象

1.はじめに2013 年に第 55 回シンポジウム「放射性物質

西村拓（東京大学農学生命科学研究科）

問題－土壌物理に求められること－」を開催しイオン交換をしながら移動するイオンに対てから３年が経過した。この間、公共工事によして吸着モデルを用いて移動の遅延を評価す

る除染が進められ、避難住民の帰還についてもることが行われるが，その際に，どのような吸

現実的な議論が始まっている。しかしながら、着を想定するかで遅延の結果が大きく異なる。

除染効果の評価や環境中の Cs 移動の実態は依Cs の移動の評価をする場合は，移動と反応の然として不明な点が多い。また、実際の現場で時間スケールを考慮すべきと考えられる。

は新たな課題も出てきている。このシンポジウ(3)飯舘村除染後水田における生産性回復のたムでは「福島放射性物質の現状」と題して、農め有機資源投入実証試験サイトの経過報告

業環境、土壌、水田、森林における Cs の挙動

西脇淳子（茨城大学 農学部）を対象に研究している土壌物理学会員に話題2011 年の原発事故により被災した福島県飯提供をお願いし、土壌物理学会として今後取り

舘村において、2013 年度より、除染後農地へ組むべき事項について議論する。

の有機 物施用後の作物生産性、および水稲の

２.話題の要点

放射性 Cs 汚染に関する調査研究を継続して(1)農業環境中における放射性セシウムの挙動いる。削り取り のみの区で初年度の水稲収量江口定夫（農業環境変動研究センター）が低下する傾向が示されたが、翌年からは削り

この 5 年間に得られた知見等に基づき、農取りの影響は見られ なかった。また、玄米中

業環境中での放射性 Cs の挙動について、土壌

放射性 Cs 濃度は、試験期間を通して国の流通中の鉛直分布、固液分配係数、作物への移行と基準を大幅に下回った。

吸収抑制、農地のおける物質収支等の面から概(4)森林における福島原発事故由来放射性 Cs

説すると共に、除染後の農地で安全な作物生産の現状

を中・長期的に継続するために必要な研究課題

小林政広（森林総合研究所）等を検討する。

東京電力福島第一原発事故により森林に沈2着した放射性 Cs は、事故から 5 年が経過した染の程度は同じ圃場内でも場所によって異な

現在、大部分が鉱質土壌の最表層に集積しておること、②畦畔は除染されていないこと、③客り、土層深部への移動、流出は限定的であるこ土層の厚さは必ずしも均一でないこと、④除染とが明らかになった。一方、樹木の根を通じた

後の水田には従来の耕盤層（20〜30 cm）に加放射性 Cs の吸収については不明の点が多い。

えて客土した山砂と元の水田土壌の境界（5〜

針葉樹、広葉樹の利用再開に向けて、根を通じ10 cm）に硬盤が存在すること、⑤排水不良のた吸収および関連する諸現象の実態を明らかため強い降雨後に湛水状態になる水田が点在にし、将来予測および対策技術の開発を進める

すること、などが明らかになった。排水不良のことが課題である。

原因は除染工事に使われた重機の踏圧によっ

３.議論のポイントて客土直下に硬盤層が形成されたためと考え

A.環境中における Cs の循環

られる 1)。こうした現状の除染後農地で営農を(1)(4)では、農地（農業環境）および森林にお再開することは果たして可能なのであろうか。

ける Cs の移動が整理されている。流域におけ

作物・肥料・農業機械・農業土木等の英知を結る Cs 移動を把握するためには降雨量と流出量集して総合的な問題解決策を探っていくことの関係に基づいた水文学的なアプローチが不が必要である。

可欠である。土壌物理学会では農地と森林の水

E. 屋敷林を含む居宅の除染文学が独立して研究されてきた傾向があるが、(4)では住居と離れた場所における森林での今後は Cs の循環という切り口で両者の協力体

Cs の分布について述べられている。しかし帰制を構築する必要がある。

村を目前にした避難民の住居の裏には屋敷林

B.土壌中における Cs の挙動ある。この屋敷林からの放射線をどのように低(1)(2)では、土壌化学的な視点から土壌への減させるのかも悩ましい問題である。

Cs 吸着、土壌中における Cs の移動についてこ

５．おわりにれまでの知見が整理されている。その中でモデ「農業土壌学の目的が、農業生産の向上にあるルの適用についても述べられている。土壌物理と云う見地からすれば、物理性と生産性との直学会はこれまで数々のモデル論を展開してき接的な聯関が第一義的に要請されるのは当然た。その資産を活かして現場の状況に応じて、である。2)」と記されているように土壌物理学

モデルの有効性と限界を整理する必要がある。

会（研究会）は「農業生産の向上」のために物C. 営農再開に向けた土づくり

理性研究から始まった。いま私たち学会員は、(1)(3)では、除染後の営農再開を考える上で原点に戻って、①まず現場を見て、②現場で起重要な土壌への K や有機資材の施用と作物へこっていることを特定し、③総合的見地から見の Cs 移行についての知見が整理されている。

落としている課題を抽出し、④具体的に問題解除染によって失われた肥沃な表土をどのよう決策を提示することであろう。そのためにも戦に再生するのか、地域内のバイオマス循環とい略的に研究費を獲得し、学会が一丸となって調う観点からの土づくりに対する土壌物理学的査研究を推進していくことが必要である。

な貢献を考えていく必要がある。

文献：

４．除染後の現場における新たな課題

1)溝口, 飯舘村における村学民協働による農地除染と農業再D. 除染後農地の排水不良

生の試み, 水土の知, 84(6), 5-9(2016)

私の所属する NPO 法人は 2015 年に除染後

2)山中金次郎, 「土壌の物理性」第 1 号発刊に際して, 土壌の物理性, 1, 1-2(1959)の農地の現状調査を実施した。その結果、①除

3

4

5

土壌中の Cs の移動：速い現象・遅い現象
Fast and Slow Migration of Cs in soils. How do we understand?
西村 拓
東京大学大学院農学生命科学研究科
旨要

イオン交換をしながら移動するイオンに対して，吸着モデルを用いて移動の遅延を評価することが行われるが，その際に，どのような吸着を想定するかで遅延の結果が大きく異なる。Cs の移動の評価をする場合は，移動と反応の時間スケールを考慮すべきと考えられる。
シンポジウム 「福島放射性物質汚染の現在」
キーワード：

セシウム，イオン交換平衡，溶質移動，選択定数

Key words: Cs, ion exchange equilibrium, solute transport, selective constant(Zhang&Norton, 2002)に違いが生じる。

1.はじめにCs は，
イオン半径が大きな一価の陽イオンで，

東日本大震災時の原子力発電所事故で放出
137Cs

は，半減期が水和の程度が低く，内圏錯体の形で固体に強く

30.1 年と長いこともあり，依然として除染等の吸着することが多い。また，NH4+や K+と同様対策を講じる対象となっている。また，除染後に，粘土鉱物表面の六員環にちょうど嵌る。特の廃棄物の保管や管理も課題である。

に，粘土粒子の層間の六員環に嵌ったまま層間された放射性物質のうち今回の事故，さらにはチェルノブイリ原発のが閉じると不可逆に近い形で Cs が粘土に固定

事故や大気圏内核実験時に放出された Cs の研化されると考えられている（Frayed Edge Site）。

究では Cs は土壌等の固体に収着して地表近傍

イオン交換がイオンの移動集積に与える影に留まることや土壌侵食の際に流亡土壌と共響を考える場合，イオン交換平衡を切り口としに移動することが多く報告されている（山口ら， て考えることが大半であった。平衡状態におい2012）。他方，事故直後に予想以上に大きな下て，液相の濃度に対して吸着量を与える線形式方への移動を示したケース(Shiozawa, 2013)やもしくは Freundlich 式を適用し，これと移流森林土壌で数年で 20cm 程の下方への移行を示

拡散方程式を組み合わせると，水の流れに対ししたという報告（西村，2014)もあり，Cs の土てイオンの移動がどの程度遅れるかを見積も壌中における動態については，まだ整理すべきることができる（遅延係数）。

点が残っていると考えられる。本稿では，イオNa-Ca イオン交換等多くのイオン交換は非ン交換の選択性や時間スケールに着目して話常に短時間で生じる(たとえば，Tang＆Sparks，を進める。

1993)。したがって，平衡状態を仮定して吸着量２．イオン交換（吸着）とイオンの移動を与える式を適用しても問題は生じないと考

乾燥地の塩類集積に関連して Ca-Na イオン

えられる。しかし，たとえば，リン酸のイオンの交換とイオンの移動についての研究が行わ

交換樹脂に対する吸着では，樹脂表面におけるれてきた。その多くはイオンの価数に着目した拡散が律速となり，その拡散係数は水中におけ

イオン交換平衡を扱うものであった。しかし， る 値 の 約 1/1000 で あ っ た (Vaidyanathan
イオン半径の違いによってイオンの水和の程&Talibudeen，1980)。SSSA の Monograph

度も異なり，その結果，イオン交換（Shainberg（Rates of Soil Chemical Processes, 1991）で& Kemper, 1966 ） や 粘 土 の 分 散 凝 集

も粒子表面における制限拡散について議論さ(Donstova&

れている。Cs が FES の六員環に嵌るような反Norton,2002) ， 透 水 性

6

応は，これらが対象とする，遅い反応と考えることができる（Yang et al. 1997）。他方，Al の●:Ca-vermiculite 0.1g〇:Ca-vermiculite 0.15g

水和の様に化学反応自体が長い時間を要する
液相の Cs 濃度

ケースもある(Bertsch &Parker, 1996)。時間の要因を考慮して Kinetics(速度式)をイオン交換のモデル化に適用することを試みる研究もあるが（たとえば，Tang&Sparks,1993）仮に速度式でイオン交換をモデル化できたとしても，
何が反応速度を決めているかわからない限り，

Fig.1 Cs sorption by Ca-saturated vermiculite (Sawhney, 1966)

現実の問題への適用は難しいと思われる。
３．Cs 移動の評価の課題
Cs のイオン交換において，土壌への選択性（分配）は非常に大きい。石川ら(2007)の研究
では，多くの日本の土壌で 103~104（dm3/kg）程度であった。西村(2014)は，この Kd 値に線形
吸 着 を 仮 定 し た 場 合 の Cs 移 動 の 遅 延 とFreundlich 式を適用した場合の Cs 移動の遅延

表 1 吸着サイトと Cs 吸着量
Cs-K exchange
siteⅠ SiteⅡ
SiteⅢ
ln(Kd)
9.4
3.2
1.5% of CEC
0.25
2.5
97.25
% of sorbed Cs
37.1
1.8
12.8
（Commans et al.(1991)から抽出
表 2 吸着サイトと反応時間
Cs-K
Cs-Ca
200 d
330 d
siteⅠ
9.8
d
7.4 d
SiteⅡ
SiteⅢ
Sec 単位
Sec 単位（Commans&Hockley(1992)から抽出が大きく異なることを示したが，モデル式の選択の前に，このような Kd 値を決めるための平衡状態を得るまでに必要とする反応時間が土壌中で生じ得る現象の時間スケールに対して妥当であるかどうかも考える必要がある。たとえば， Fig.1 に示した Sawhney (1966)の実験

どの吸着 site を Cs 移動の遅延の原因と考える

では，
Cs 吸着材として溶液中に添加した粘土量

かで，遅延予測結果が大きく異なる。

が異なる 2 本の線が描かれているが，いずれもこれを念頭に 1 時間，6 時間，24 時間と短い

初期の数時間に大きな Cs の吸着があり，その反応時間で Cs のモンモリロナイトやイライト

後緩やかな吸着が 10 日以上継続した。Hakim

への吸着を評価したところ，Kd 値はほとんどのet al. (2000)は，もう少し短く，7 日程度で一定の吸着量に達するとしている。いずれにしても， ケースで 1000(dm /kg)未満であった。
3

実験（観察）時間が長くなると，吸着量が増し，引用文献：Bertsch&Parker, Chap.4 In The Environmental
Chemistryof
Aluminum,
CRC
Press(1996),
Commans&Hockley Geochi. et Cosmo. Acta, 55:433-440
定結果から得た Kd 値を使うと，イオンの移動 (1992), Donstova& Norton, Soil Sci. 167: 184-193 (2002),
Hakem et al. J. of Radional. and Nucl. Chem., 246(2): 275の遅延は非常に大きくなる。
278(2000), 石川ら(2007) Radioisotopes,56:519-528 (2007),
吸着実験の時間と選択係数の関係は，たとえ 西 村 , 土 壌 の 物 理 性 ， 126: 37-43 (2014), Shainberg&
ば Commans のグループが報告している吸着サ Kemper, SSSAJ. 30:707-713 (1966), Sawhney SSSAJ 30:
565- 569 (1966), Shiozawa, Vertical Migration of
イトと選択係数の関係に対応すると考えられ Radiocesium Fallout in Soil in Fukushima, In Agricultural
Implications of the Fukushima Nuclear Accident,Springer
る（表 1，2）。この時，site Ⅲがいわゆる通常 (2013), Tang&Sparks ， SSSAJ, 57: 42-46 (1993).
のイオン交換サイトで，siteⅠが FES である。 Vaidyanathan& Talibudeen，J. of Soil Sci. 21: 173-183 (1970).
山 口 ら ， 農 環 研 報 31:75-129 (2012), Yang et al. Am.
site タイプの違いによる ln(Kd)の違いは，反応 Mineralogist, 82:517-525 (1997), Zhang,&Norton, J. of
エンタルピーから推定可能な ln(Kd)の温度依存 Hydrol., 260(1–4): 194–205 (2002)
謝辞：本研究は，科研費(15H02467)の補助を受けた。ま性（8~20%程度）に比べても圧倒的に大きく， た，辰野宇大氏，D.Q.Thyuet 博士の協力を得た，ここに記して感謝する。

固相への分配が大きくなる。この平衡状態の測7飯舘村除染後水田における生産性回復のための
有機資源投入実証試験サイトの経過報告
5LFH*URZWKDQG5DGLRDFWLYH&VFRQFHQWUDWLRQLQULFHDW'HFRQWDPLQDWHG3DGG\)LHOGZLWK&RQWLQXRXV$SSOLFDWLRQRI2UJDQLF0DWWHU
西脇淳子 1・浅木直美 1・小松崎将一 1・溝口 勝 2・登尾浩助 3
1 茨城大学

農学部・2 東京大学 大学院農学生命科学研究科・3 明治大学 農学部
要旨(Abstract)2011 年の原発事故により被災した福島県飯舘村において、2013 年度より、除染後農地への有機物施用後の作物生産性、および水稲の放射性 Cs 汚染に関する調査研究を継続している。削り取りのみの区で初年度の水稲収量が低下する傾向が示されたが、翌年からは削り取りの影響は見られなかった。また、玄米中放射性 Cs 濃度は、試験期間を通して国の流通基準を大幅に下回った。
テーマ：土壌物理研究の最前線 Trend in Soil Physics
キーワード：表土削り取り、有機物施用、セシウム、水稲生育、飯舘村Key words: stripping the top soil off, input of organic matter, Caesium, rice growing, Iitate Villageはじめに

２．方法

2011 年 3 月の東電原発事故後、福島県飯舘

試験は福島県飯舘村佐須地域の水田区画で村は全村避難の状況であるが、帰還困難区域を行った。水田は 2013 年にのみ 5 cm の表土削除く全域で平成 29 年 3 月 31 日の避難指示除り取りを行った。試験区は①稲わら鋤きこみ区

が政府の原子力災害対策本部にて決定された（straw）、②対照区（control）、③堆肥施用区（首相官邸、2016）。平成 27 年度に復興庁よ（manure）に区分けした。①straw では、前り飯舘村の 2970 世帯へ向けて行われたアンケ

年度に同区で収穫された稲わらを鋤きこみ、③ート結果（有効回収率 45.2%）では、「戻りた

manure では、農家で作成された牛ふん堆肥をいと考えている（将来的な希望も含む）」32.8%、 施用した。全試験区で、基肥として KCl を「戻らないと決めている」31.3%、「まだ判断

20kg/1a で施用した。栽培品種は 2013-2014

がつかない」24.0%であり、1/3 程度が帰村の年にひとめぼれ、2015 年はコシヒカリで、栽意向を示している（復興庁・福島県・飯舘村、

植密度は 30×18 cm、1 株 3 本植えである。

2016）。

水稲の生育調査として、イネ丈、分げつ数、飯舘村は以前より農業の盛んな村であり、事SPAD を測定した。また、収量調査として玄米

故以前、村民の多くは農業に従事していた。帰収量、登熟歩合等の調査を行った。さらに、村後に農業を営む場合、一般的に行われる表土Ge 半導体検出器による土壌および水稲の線量削り取り除染では、土壌有機物等が除去され、測定を行い、水稲への移行係数を求めた。

農地の肥沃度が低下する懸念がある。そこで著

３．結果と考察
紙面の都合上、収量および水稲の rCs 濃度

者らは、除染後農地での作物栽培の復活を目指
し、土壌への稲わらの鋤きこみや堆肥施用によの調査結果のみ示す。

る水稲の生育への影響、および水稲への放射性(1) 収量調査

Cs（rCs）の移行を 2013 年度より調べている。

 Table 1 に、2013-2015 年度の玄米収量を示

本発表では、これまでの調査経過を報告する。

す。2013 年度の収量は削り取りのみの control

8

9

10

質が含まれていることが多く、懸濁態の放射性分は増水時に生じることが明らかにされた。こCs の寄与が大きかった。土壌水中の放射性 Csの小流域では、年間の放射性 Cs 流出量は、現は、根を通じて林木や山菜に吸収されると考え

地の Cs 沈着量の約 0.3 ％と計算され、森林かられるため、その濃度の実態を知ることが重要

らの流出は限定的であることが分かった。

であるが、低濃度であることから検出が難しく、実測例が少ない。郡山市の森林においてテンシ

５．課題ョンフリーライシメータを用いて土壌水を定原発事故後の調査により、森林内において放期的に採取し、放射性 Cs（Cs-137）濃度を測

射性 Cs は土壌の最表層に集積しており、土層定した。その際、複数回の試料を足し合わせて深部への移動、流出は限定的であることが示さ

5～10L にし、Cs を選択的に吸着する固相抽出れた。ただし、鉱質土壌の最表層部に留まってディスク（3M、エムポアラドディスク Cs）をいる放射性 Cs が、全て粘土鉱物に捕捉された用いて放射性 Cs を濃縮した。2013 年からかについては検証できておらず、細片化して鉱2015 年にかけてスギヒノキ人工林で採取した質土壌層に移った有機物が残っている可能性

土壌水中の溶存態放射性 Cs 濃度は、深度 10もある。

㎝では 10-2 Bq /L のオーダーであった。これは、事故から 5 年が経過し、一部地域では住民の同林分のリター層通過水（深度 0 ㎝）の濃度の帰還も行われているが、生業としての林業が再

約 1/10 に相当した。深度 30 ㎝では、10-3 Bq/L

開できていない場合が多い。福島県およびそののオーダーであり、この林分を含む小流域から周辺の落葉広葉樹林は、キノコ栽培に用いる原流出する渓流水と同レベルであった。この例で木の重要な生産地であったが、広葉樹を利用では、リター層通過水と深度 30 ㎝の土壌水では、きない状況が続いている。針葉樹、広葉樹とも

放射性 Cs 濃度が 2 オーダー異なっていた。林

に放射性 Cs 濃度が今後どのように推移するか

木や林床植生による根を通じた放射性 Cs の吸を知ることが重要であるが、樹木の場合、事故収を見積もる際には、吸水深度をどのように定時に葉面や樹皮を通じて吸収された放射性 Cs

めるかが重要になる。

が樹体内で再配分されており、新たに根から吸収される分と区別できないため予測が難しい。

４．森林から流出する水に含まれる放射性 Cs

吸収抑制対策としてのカリウム施肥の効果に

森林から流出する水は、下流において飲料水

ついての試験も行われており、有効性の検証をや農業用水として利用されるため、放射性物質行う段階にある。

がどの程度含まれるか、その実態を知ることは

今後、根からの吸収に関わる諸現象の実態解事故直後から重要な課題であった。そのため、明を進め、これに基づいて将来予測および対策

多くの研究機関が森林から流出する水に含ま技術の開発を進める必要がある。

れる放射性 Cs 濃度の観測を実施している。郡山市のスギヒノキ林を含む小流域における調参考文献等

査（篠宮ら, 2013）では、渓流水の流量と濁度

山口ら（2012）農環研報 31: 75-129.

を連続観測するとともに、自動採取装置を用い林野庁（2016）http://www.rinya.maff.go.jp/j/kaihatu/て降雨により増水した際の渓流水を採取してjittaihaaku/zentai.html

放射性 Cs 濃度を測定した。濁度と放射性 CsTeramage et al.(2014) Sci Total Env 490：435–439.

濃度の間には明瞭な関係が認められ、流出する

篠宮佳樹ら（2013）関東森林研究 64: 53-56.

放射性 Cs は主に懸濁物に由来し、流出の大部

11

ポスターセッション「土壌物理研究の最前線」
土壌物理研究の最前線」

P01

設置方法と試料の乾燥密度が土壌水分センサーの出力値に与える影響
Effect of sensor installation and soil bulk density on moisture measurement
岩田幸良 1・宮本輝仁 1・西谷麻菜美 2・亀山幸司 1
1 農研機構農村工学研究部門・2 筑波大学大学院生命環境科学研究科

要旨(Abstract)
キャパシタンスセンサーの 1 つである DecagonEC-5 土壌水分計を用い、センサーの設置方法の違いと土壌の乾燥密度がセンサーの出力値と土壌試料の平均含水率の関係（キャリブレーション式）に与える影響を調べた。その結果、乾燥密度がキャリブレーション式に与える影響は、センサーの設置方法や実験誤差による影響よりも小さく、センサーの設置方法が同じであれば乾燥密度が異なるサンプルでも実用上十分な精度で水分量が推定できると考えられた。
キーワード：ｷｬﾊﾟｼﾀﾝｽ土壌水分ｾﾝｻｰ, ﾃﾞｶｺﾞﾝ EC- 5, ｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝ方法, ﾐｷｼﾝｸﾞﾓﾃﾞﾙ
Key words: Capacitance soil moisture sensor, Decagon EC-5, Sensor calibration method, Mixing model
計処理をしていない点も指摘されたため、セン1.はじめにキャパシタンスセンサーの 1 つであるサーの設置方法の違いがキャリブレーション

Decagon 社の EC-5 土壌水分計は、安価かつ安式に与える影響の統計的な評価も実施した。

定して土壌水分量が測定できるため、広く普及

２．研究方法している。発表者らは、センサーの設置方法の供試土壌として、農研機構農村工学研究部門

違いがキャリブレーション式に大きな影響を試験圃場の作土層から採取した黒ボク土と、豊与える場合があることを発表し、（岩田ら,

浦標準砂を用いた。内径 64 mm の円筒容器を2015）、米国の某雑誌に論文投稿した。乾燥密用い、以下の方法でセンサーを設置した。

度がキャパシタンスセンサーのキャリブレー

Method1 センサーの周囲に土壌を詰める方法

ション式に与える影響が小さいことが報告さ（三石と溝口(2014)が適用した方法）。

れていた（三石と溝口, 2014）。そこで、実験

Method2 土壌を容器に詰めてから、センサー

に際し乾燥密度をそろえなかったが、査読者か全体を土壌に挿入する方法（Decagon 社が推ら乾燥密度をそろえて試験を実施するべきと奨する方法）。

の指摘を受け、これが主な理由で約 1 年間の死

風乾土に加水して段階的に水分調整を行い、闘の末、論文はリジェクトされた。リジェクト

出力値と水分量の関係を調べた。風乾土の含水される直前に、Editor から三石と溝口（2014）

比を測定し、Method1 と Method2 のサンプルを送るように言われ、別刷り pdf ファイルを送の乾燥密度が一定になるように詰め方を調整ったが、土壌の物理性に掲載された日本語の論した。試験終了後、出力値と水分量の関係を多文であっても、図表をみれば三石と溝口

項式で回帰してキャリブレーション式を得た。

（2014）の主張が正しいのを理解してもらえ

分散分析（Two-way ANOVA 法）を行ったうると確信していたので、Editor の判断を意外

えで、多重比較（Bonferroni 法）により各土に感じた。

壌水分における出力値の有意差を検定した。

そこで、三石と溝口（2014）と岩田ら（2015）

別 途 、 乾 燥 密 度 を 変 え て Method1 との主張を裏付けるための試験を実施したので、Method2 で土壌水分計を設置し、センサー出その結果を報告する。某雑誌の Editor から統力値を測定後、試料を炉乾燥することで含水率

14(2)乾燥密度の影響を求めた。上記キャリブレーション式を用いて出力値を含水率に換算し、真値と比較すること

様々な乾燥密度の豊浦標準砂の試料についで乾燥密度が異なる場合のキャリブレーショて、Method2 で水分計を設置したときの出力

ン式の適用可能性について検討した。また、ミ値を、同じ設置方法によって乾燥密度 1450 kg

キシングモデル（αモデル; Birchak et al.,m-3 の豊浦砂試料から得られたキャリブレーシ

1974）を使って乾燥密度の違いによる誘電率

ョン式で換算したときの体積含水率と、炉乾法の変化が土壌水分量に与える影響を計算し、実により得られた試料の体積含水率との関係を

験結果と比較した。

図 2 に示す。乾燥密度が異なる試料についても、

３．結果と考察

1：1 のライン上にプロットされた。Method1(1)センサーの設置方法が出力値に与える影響で設置された豊浦標準砂や、黒ボク土の場合も、乾燥密度が 720 kg m-3 の黒ボク土の土壌水

図 2 と同様の結果が得られた。ミキシングモデ

分量とセンサー出力値の関係を図 1 に示す。同ルによる計算結果から、乾燥密度が 1200 kg

じ 土 壌 水 分 量 で あ れ ば 、 Method1 よ り も

m-3 のときに比べ、1500kg m-3 のときには試

Method2 の出力値が高い傾向がみられた。分

料の水分量が同じでもセンサーで測定された散分析の結果、Method が出力値に与える影響

体積含水率は 0.013～0.018 m3 m-3 高くなるは有意であった（p<0.001）。多重比較から、と試算された。この値は、実験誤差に比べ小さ

土壌水分量は 0.5 m3 m-3 よりも乾燥側においいことから、三石と溝口（2014）が指摘したて 5%水準で有意な差が認められた。乾燥密度

ように、実質的には乾燥密度がキャパシタンス

が 1450 kg m-3 の豊浦標準砂についても同様でセンサーのキャリブレーション式に与える影あり、体積含水率 0.05～0.3 m3 m-3 の範囲で響は小さいと考えられた。

Method1 と Method2 の出力値の間に 5%水準

0.5

方法の影響は小さく、両者の中間程度の時に影響が最も顕著であり、同じセンサー出力値のときに最大で 0.08 m3 m-3 程度の水分量の差が生じた。

センサー出力値 (mV)

800

0.4

水分量 (m3 m-3)

水分計の出力値から求めたで有意差が認められた。風乾・飽和状態で設置

0.2
0.1
0

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

炉乾法により求めた水分量 (m3 m-3)

700
600

図 2 乾燥密度の違いがキャパシタンスセンサ

500

ーで測定された土壌水分量に与える影響

Method 1

400
300

0.3

謝辞：本研究の一部は「戦略イノベーション創造プログラム」

Method 2
0

0.2
0.4
0.6
水分量 (m3 m-3)

ならびに「科研費 15K07672」により実施した。

0.8

参考文献
Brichak et al. (1974) Proc. IEEE, 62, 93 – 98.

図 1 センサー設置方法の異なる試料

岩田ら（2015）日本土壌肥料学会講演要旨集 61, 1の出力値と土壌水分量の関係

三石正一, 溝口勝（2014）土壌の物理性, 126, 63–70.

15

P02

火山灰土における塩吸着実験
Experimental investigation of salt absorption on volcanic ash soils
中川 啓¹・北村涼馬¹・和田信一郎²¹長崎大学大学院 水産・環境科学総合研究科・²九州大学大学院 農学研究院
要旨（Abstract）

肥料等に含まれる化学物質が火山灰土を通過し地下水に至るまでのメカニズムを理解することは,肥効を検討したり，農業活動由来の環境汚染を調べたりする場合に重要であると考えられる。火山灰土においては，
塩吸着という機構により，流入した溶液濃度に応じて，見かけ上，イオン交換容量が増大する現象が起こることが知られている。本研究では，火山灰土中の物質輸送モデルを開発することを目的として，この塩吸着機構を簡便にモデル化するための実験を行った。実験では 3 種類の火山灰土を試料として用いた。実験結果によると，溶液のイオン強度が大きくなると，有効イオン交換容量が拡大する現象が確認できた。
キーワード：塩吸着, 火山灰土
Key words: salt absorption, volcanic ash soils
はじめに

AlOH  H   NO3  AlOH 2 NO3

 火山灰土は，日本全土に広く分布しているので，化学肥料等が通過し，地下水水質を形成するプロセ(2)(1)式と(2)式を組み合わせると，次式で表される。

スを検討することは重要であると考えられる。

2SiOH  2AlOH  Ca 2   2NO3

Nakagawa et al.1）は，鹿児島県で採取された火山灰土

を用いてカラム実験を行い，陰イオンと陽イオンのSiO   Ca  2AlOH  NO


2

2



2



 

(3)

3

イオン交換反応を考慮した数値計算モデルを提案した。このモデルでは，実験で得られた陰イオンお(3)式より，等量の陽イオンと陰イオンが吸着される

よび陽イオンのイオン交換容量の最終的な空間分ことが分かる。塩吸着とは，このように見かけ上 pH布を考慮したが，実験結果の定性的な再現にとどまを変化させずに陽イオンと陰イオンが同時に，等量った。数値計算モデルに塩吸着メカニズムを考慮し吸着する機構である 3)。

なかったことがその要因の一つと考えられる。そこ

塩吸着実験

で，本研究では KCl 溶液が火山灰土を通過する際の塩吸着実験を行い，モデル化を試みたので報告する。

火山灰土における塩吸着現象を確認するために，
以下の手順で実験を行った。まず試料として，鹿児塩吸着メカニズム

島県農業総合開発センター大隅支場の圃場で採取 例えば，火山灰土の一種であるクロボクは粘土鉱

した，クロボク，アカホヤ，クロニガの 3 種類の火物であるアロフェン（Al2O3·(SiO2)1.3-2·(2.5-3)H2O）

山灰土を用意した。0.08，0.04，0.02，0.01，0.005，を含有する。アロフェン質クロボクは変異荷電土壌

0 mol/l の 6 段階に調整した KCl 溶液と試料を 1：10

であり，通常の土壌 pH（pH5～7）では，負電荷 (SiO-)の固液比とし，遠心管に入れ往復振とう器を用い，と正電荷 (AlOH2+)の両方を持つ。この変異荷電土壌

3000 rpm で 30 分間振とうさせた。その後，遠心分H+で起こる H+を生成する陽イオン吸着反応および，離し，固相と液相に分けた。液相については，イオを消費する陰イオン吸着反応は，次式で表される 2)。

2SiOH  Ca2

 Si O  Ca  2H22

ンクロマトグラフィー (861 Advanced Compact IC，
メトロームジャパン)により，陽イオンと陰イオンを(1)

                   
測定し，イオン強度を算定した。また，固相の陽イ

16

  

オンについては 0.0114mol/l の塩化ストロンチウム

25⊿EAEC, ⊿ECEC（cmolc/kg)溶液を用い，陰イオンについては 0.00081 mol/l のリ

R² = 0.9493

20

ン酸カルシウム溶液を用い，それぞれ交換性陽イオ
ンおよび交換性陰イオンを抽出した。その後，交換

15性陽イオンの総量を有効陽イオン交換容量 ECEC，

10

同様に，交換性陰イオンの総量を有効陰イオン交換
容量 EAEC として，それぞれ算定した。また，振とう前後の土壌溶液の pH と電気伝導度 EC を測定し

5

⊿ECEC
0
0.00

た。

⊿EAEC

0.02

0.04

0.06

Ist(mol/l)

0.08

0.10

結果と考察
図-2 アカホヤにおけるイオン強度と⊿ECEC,⊿EAEC との関係

 結果の１例として図1 にアカホヤを用いた実験の振とう前後の pH を示す。理論通り，pH が見かけ上，ほぼ変化していないことが分かる。図2 には，同じくアカホヤを用いた実験結果について，溶液のイオン強度と ECEC および EAEC の増分の関係を示

この結果は，Griffin and Jurinak4)の求めた式とほぼ同様の関係式であった。
おわりにす。イオン強度が大きくなると，火山灰土の吸着能

本研究では，塩吸着実験を行い，イオン強度とイ

力が見かけ上拡大することが分かる。この場合の関

オン吸着能力の増分の関係式（モデル式）を導いた。

係式を示すと次式のようになる。


これまで，火山灰土を化学肥料や汚染物質等が通過

ECECEAEC  195.73 Ist  0.6669

する際の反応輸送機構にこのような簡便な塩吸着(4)
ここで，⊿ECEC は ECEC(cmolc/kg)の増分，⊿EAEC

モデル式を組み込んで検討した事例は無いと考えは EAEC(cmolc/kg)の増分，Ist はイオン強度 (mol/l)者らによる既往のカラム実験結果 1）を再現することを表す。この式により，火山灰土に流入した溶液のと，様々な火山灰土における反応輸送特性を調べる

イオン強度が分かれば ECEC および EAEC の増分をための数値シミュレーションを実施する予定であ

見積もることができる。また，アカホヤにおける Ist

る。

と EC の関係式を示すと次式にようになる。


Ist 0.0131 EC  0.0031
Akahoya141210られるので，そのようなモデルを新たに開発し，著

参考文献

(5)

1)

pH of KClsolution2)

pH of soil
portion after
shaking by
KCl solution

pH

8
6

3)
4)

4
2
0

0

0.02

0.04
0.06
KCl(mol/l)

0.08

図-1 KCl 溶液振とう前後のアカホヤ土壌溶液の pH の変化




17

Nakagawa，K．
，S.-I．Wada and K. Momii (2011)：Reactive transportcolumn experiment in volcanic ash soil and numerical modelling withanion and cation exchange reactions．IAHS Publications，342，459462．
田村和杏，中原 治，田中正一，加藤英孝，長谷川周一 (2011)：
見かけの塩吸収によるアロフェン質黒ボク土下層土の硝酸イオン吸着と移動遅延．土壌肥料学会誌, 82(2)，114-122.
Wada, S.-I. (1984): Mechanism of apparent salt absorption in andosoils. Soil Science and Plant Nutrition, 30(1), 77-83.              
Griffin, R.A. and J.J. Jurinak (1973): Estimation of activity coefficientsfrom the electrical conductivity of natural aquatic systems and soil
extracts. Soil science, 116(1), 26-30.

P03)LHOG6FRXW7'5 の校正と利用
&DOLEUDWLRQDQGXVHRI)LHOGVFRXW7'5IRU-DSDQHVHVRLOV
亀山幸司 1・宮本輝仁 1・岩田幸良 1
1

農研機構 農村工学研究部門
要旨

 日本の土壌を対象に FieldScout TDR300 のセンサー出力値と体積含水率の関係を明らかにし，圃
場内の土壌水分分布調査への適用性について検討した．内蔵されている標準土用の校正式を用いる場合，特に黒ボク土においては体積含水率を過小推定することが示された．このため，土壌毎に求められた校正式を求めることが望ましいと考えられた．
テーマ：土壌物理研究の最前線 Trend in Soil Physics
キーワード：Fieldscout TDR300, 体積含水率，校正，空間分布
Key words: Fieldscout TDR300, volumetric water content, calibration, spatial distribution
1.はじめに

２．方法
2.1 供試土壌

昨今，圃場の水管理の省力化のため，土壌の水分状態を監視して自動的に作物にかん水す福井県三里浜砂丘地の表層（0～15 cm）からるシステムが検討されている．このシステムの採土した砂丘未熟土，農研機構農村工学研究部

導入を検討する上で，どの位置の土壌水分を基

門内の水田圃場の表層（0～15 cm）から採土し

準にかん水するのが妥当か（どの位置に土壌水た低地土，農村工学研究部門内の畑圃場の表層分センサーを設置するのが妥当か）を事前に検（0～15 cm）から採土した黒ボク土の 3 種類の討することが必要とされる．Zotarelli et al.

土壌を使用した．

（2013）は，圃場内の土壌水分分布の結果から，

2.2 校正方法

空間変動性を考慮した適切な灌水操作及びセ

試験圃場から採取した攪乱土を 2 mm 篩でンサー設置のためのゾーン分けが可能である

篩分けを行い，風乾させた試料を用いてことを示唆している．

TDR300 のキャリブレーションを行った．なお，

FieldScout TDR300（以下，TDR300）は野外

TDR300 のロッド長は 20cm のものを用いた．

で省力的に土壌水分量を測定することに特化

2.3 圃場内の体積含水率の分布測定して開発されたセンサーであり，軽量で持ちや 農村工学研究部門内の畑圃場（黒ボク土）にすく，立ったまま表土に貫入することができる

おいて，体積含水率分布の測定を行った．圃場

形状となっている．このため，圃場内の土壌水には，緑肥としてひまわりが栽培されていた．

分の空間分布を調査するための測定装置とし測定は，縦 40 m×横 100 m の 40a 区画を対象て有用と考えられる．

に行った．縦横 10m 間隔に測定を行い，計 40

そこで，本報告では，まず，室内試験により地点を測定した．なお，測定は 2015 年 8 月 18

3 種類の土壌を用いて TDR300 の出力値と体積

日，及びその 1 週間後の 8 月 25 日に行った．

含水率の関係を調べることでセンサーの基本

気象庁の観測データ（つくば市（館野））によ的な特性を明らかにする．次に，圃場の体積含ると，その間 0.5 mm 以上の降雨はなかった．

水率を測定することで，TDR300 の水分分布調測定されたセンサー出力値（平均値）を 2.2 で査への適用可能性を評価する．

黒ボク土について求めた校正式により体積含18水率に変換した．

センサー設置のためのゾーン分けの方法につ

３．結果

いて検討を行う予定である．

 各土壌におけるセンサー出力値と体積含水
謝辞率の関係を Fig. 1 に示した．内蔵された校正式

本報告の内容は，の SIP（戦略的イノベーション創造プログラム）「次世代農林によるセンサー出力値と体積含水率の関係も水産業創造技術」（管理法人：生研センター）の一部として実施されたものである．
また，本報告の実験・調査は，平成 27 年度夏期インターンシップの中で行われ，併せて示した．センサー出力値が同様である場

高知大学農学部小笠原辰朗氏にご協力いただいた．

合，砂丘未熟土，黒ボク土の体積含水率は，ど
参考文献㻌

ちらの校正式と比較しても高かった．特に，黒Zotarelli,L., Dukes, M.D., Paranhos, M. (2013): Minimum Number of Soil Moisture
Sensors for Monitoring and Irrigation Purposes, HS1222, UF/IFAS Extension.

ボク土では，その乖離が大きかった．また，低Volumetric water content, θ (m3 m㻙3)

地土においては，
標準土用の校正式に近い体積含水率を示したが，粘土分の多い土用にメーカーが提供している校正式により計算された体
積含水率は実測値よりも低い値を示した．
 各土壌のセンサー出力値と体積含水率の関係から校正式を求め，各校正式による推定値と測定値の間の平均誤差（ME）を計算し，Table
1 に示した．標準土用の校正式を用いる場合，黒ボク土では ME は-0.11 であり，内蔵の校正

0.8
Sand dune soil
Andisol
Lowland soil
Factory calibration for standard soil
Factory calibration for heavy clay soil

0.6

0.4

0.2

0
2000

式を用いて黒ボク土圃場の体積含水率を推定

2500

3000

3500

4000

Meter's period reading, MPR (μs)

する際には著しく過小推定される可能性が示

Fig. 1 FieldScout TDR300 におけるセンサー出力値と体積含水率の関係された．重粘土用の校正式を用いる場合，低地

Table 1 各校正式による推定値と測定値の平均誤差（ME）

土の場合でも ME は-0.08 であり，内蔵の校正

㻌

砂丘未熟土㻌 低地土㻌

内蔵されている校正式㻌

式は粘土含量が多い土壌に対しても体積含水-0.06（標準土）㻌

率を過小推定する可能性が示された．以上の結内蔵されている校正式㻌

果に対して，各土壌から求められた校正式を用（重粘土用）㻌

いる場合では，ME が極めて小さい値となり，

-0.01

-0.09

各土壌で求められた校正式㻌

黒ボク土㻌
-0.11

-0.08

-8.8×10-0.15-2.8×10-8-4.0×10-4-4(a) 8 月 18 日の体積含水率分布精度が改善された．このため，精度良く体積含30Y-direction [m]水率を推定したい場合には，内蔵の校正式ではなく，土壌毎に求められた校正式を求めることが望ましいと考えられる．

20

10 2015 年 8 月 18 日および 8 月 25 日に TDR300

10

20

30

40

50

60

70

80

90

60

70

80

90

0.41

0.44

(b) 8 月 25 日の体積含水率分布により測定された圃場内の体積含水率の分布30Y-direction [m]を Fig. 2 に示した．上図と下図の比較から，8
月 18 日に体積含水率が高かった場所は，8 月

20

1025 日の測定でも体積含水率が高くなる傾向が10見られた．同様に，8 月 18 日に体積含水率が

20

30

40

50
X-direction [m]

低かった場所は，8 月 25 日の測定でも体積含

0.26

0.29

0.32

0.35

0.38

0.47

Volumetric water content [m3 m-3]

水率が低くなる傾向が見られた．今後は，圃場

Fig. 2 圃場内の体積含水率の分布図（（a）8 月 18 日，（b）8 月 25 日）

内の体積含水率の分布に基づいて，灌水操作や

19

P04

暗渠流出水中懸濁物質濃度を決める要因 － 界面電気現象の寄与
The determinant of suspended substance concentration in the subsurface drainage –Contribution of interfacial electric phenomena
鈴木克拓
農研機構 中央農研
要旨
粘土質転換畑の暗渠流出において懸濁物質濃度を決める要因を検討した。降雨強度や流出流量と懸濁物質濃度の関係は判然としなかった。一方で，界面電気現象が暗渠流出水中の最高懸濁物質
濃度を規定していることが示唆され，Ca2+濃度や導電率がその指標となり得ることが示された。
テーマ：土壌物理研究の最前線

Trend in Soil Physics

キーワード：粘土質土壌，暗渠流出，懸濁物質，界面電気現象
Key words: clayey soil, subsurface drainage, suspended substance, interfacial electric phenomena
1. はじめにで行った。この圃場において，ダイズ作付期間

粘土質転換畑では，乾燥が進むことにより下に暗渠流出流量を測定するとともに，降雨時に層に亀裂が発達する。これに加えて，マトリク

暗渠流出水を経時的に採取し，懸濁物質濃度（>

ス部分の不飽和透水係数が低いため，これらの0.2 μm）および導電率を測定した。また，一部収縮亀裂などの粗大孔隙が土層内の水移動にについてはイオン濃度も測定した。

重要な役割を果たす。このような土壌では，下3. 結果層の亀裂を通じた暗渠流出が懸濁物質の主要な流出経路になりうる（鈴木ら，2005）。暗渠

各降雨イベントにおける懸濁物質濃度は暗

流出水中の懸濁物質濃度を決める要因として，

渠への流出開始時期に高く，その後，徐々に減

物理的な点では，降雨強度や暗渠流出流量など少する傾向があった（鈴木ら，2005）。そのたが考えられる。化学的な点では，粘土粒子の分め，降雨強度と懸濁物質濃度の関係については，

散・凝集に関連する界面電気現象が寄与してい各降雨イベントにおける最高降雨強度と最高る可能性がある。しかし，著者の知る限り，実懸濁物質濃度の関係を検討した。両者の相関は際の圃場条件において，これについての検討は有意であったが，相関係数は高くなかった（図ほとんどなされていない。ここでは，懸濁物質1）。降雨強度は降雨イベントにおける最高懸濁濃度と降雨強度，暗渠流出流量，流出水の導電

物質濃度を決定する要因の一つではあるが，こ率およびイオン濃度等との関係から，暗渠流出

れだけで決まるわけではないと推定された。

水中懸濁物質濃度を決める要因を明らかにし

暗渠流出流量と懸濁物質濃度の関係についようとした。

ては，各降雨イベントにおいては，暗渠流出流量が漸減するにつれて懸濁物質濃度が徐々に

2. 方法減少する傾向が認められた（鈴木ら，2005）。

測定は，2002 年からダイズを同じ肥培管理

しかし，ダイズ作付期間全体では，懸濁物質濃で継続的に栽培している新潟県上越市の農研

度とその時の暗渠流出流量の有意な相関関係

機構 中央農研 北陸研究拠点の転換畑圃場（細は認められず（図 2），暗渠流出流量は懸濁物質

粒質斑鉄型グライ低地土，暗渠設置深さ 65 cm）

濃度を決定づける要因ではないと推察される。

20

0.6

最高懸濁物質濃度（g L-1）

導電率約 0.2 dS m-1 を閾値として，高い懸濁物質濃度の暗渠流出水が見られる傾向があった（図 3）。DLVO 理論によると，負に帯電した粒子の凝集には，溶液中に存在する価数の高い陽イオンが大きな役割を果たす。測定圃場において優勢な粘土鉱物であるモンモリロナイト
懸濁液については，CaCl2 の臨界凝集濃度は

0.4
0.3

2

R = 0.20**

0.2
0.1
0.0

0.13～0.5 mM であるとされている（取手・西2003~2007年

0.5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

最高降雨強度（mm h-1）

村，2003）。暗渠流出水では，カルシウムイオ

図 1 個々の降雨イベントにおける最高
懸濁物質濃度と最高降雨強度の関係

ン（Ca2+）濃度 0.4 mM 付近を閾値として，濃度が高い懸濁物質の流出が観測される傾向に0.6あり（図 4），文献値と大きくは乖離していなか

2004年

0.5

懸濁物質濃度（g L-1）った。暗渠流出水中の Ca2+濃度と導電率の間には有意な正の相関関係があり，Ca2+濃度 0.13～
0.5 mM は導電率 0.1～0.2 dS m-1 に対応する。
このように，粘土質転換畑圃場における懸濁物
質の暗渠流出では，懸濁物質濃度の高い流出水

0.3
0.2
0.1
0.0

が生じる条件に界面電気現象の寄与，すなわち，
暗渠流出水に含まれる土壌粒子の分散が

0.4

0

1

2

3

4

暗渠流出流量（mm h-1）

図 2 懸濁物質濃度と暗渠流出水量の関係

DLVO 理論に従っている可能性のあることが0.6

懸濁物質濃度（g L-1）

明らかになった。また，導電率もある程度の指標となり得ると考えられる。
環境保全技術の観点では，懸濁物質の暗渠流出が生じるような土壌では，降水量の多いわが国の圃場で不足しやすいとされる 2 価カチオ
ンであるカルシウムイオンを含む石灰資材等を施用し，土壌溶液の電解質濃度を適切な範囲

異なる記号は年次が異なることを示す。

0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0.0

に維持することにより，懸濁物質の生成が抑え

2004~2007年と2013年
ダイズ単作圃場

0.5

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

-1

導電率（dS m ）図 3 懸濁物質濃度と導電率の関係られる可能性があると考えられる。
参考文献

0.6

鈴木ら（2005）：土肥誌 76，43～47.

臨界凝集濃度 0.13~0.5 mM
2003~2007年

0.5

懸濁物質濃度（g L-1）

取手・西村（2003）：足立・岩田編 土のコロイド現象，279~281.

謝辞
本研究の一部は，科学研究費補助金 基盤 A（25252042，土粒子界面電気現象を応用した土壌・水・大気環境保全技術の確

0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0.0

立，研究代表者 石黒宗秀）により行われた。

異なる記号は年次が異なることを示す。

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

カルシウムイオン濃度（mM）

図 4 懸濁物質濃度と Ca2+濃度の関係

21

P05

22

23

P06

干拓地の作物圃場における地下水の塩水化および連続干天による複合ストレス予測
Risk prediction of multiple stresses due to groundwater salinization andcontinuous drought weather in reclaimed crop field
弓削こずえ 1・阿南光政 1・濵上邦彦 2・濵田耕佑 3
1 佐賀大学農学部・2 岩手大学農学部・3 九州大学大学院生物環境科学府

要旨
本研究は，干拓地の作物圃場において地下水の塩水化や連続干天によって発生する水分および塩
分ストレスを複合的に予測することを目的とするものである．土壌中の水分および溶質動態予測
モデルを構築し，このモデルの妥当性を確認するため，長崎県諫早市の中央干拓地内の圃場において現地調査を行った．さらに，シナリオ分析によって水分および塩分ストレスを定量評価した．
キーワード：水分ストレス，塩分ストレス，リーチング，SWAP モデル
Key words: Water stress, Salinity stress, Leaching, SWAP (Soil, Water, Atmosphere and Plant) model
1.はじめに降雨

干拓農地は地下水位が高くて排水性が低い

土壌面蒸発ため，大雨の際には湿害が生じやすく，地下水-0.1mの塩水化などに伴う塩害のリスクも高い．特に-0.2m

連続干天が生じると，乾燥ストレスとともに塩-0.3m分ストレスも顕著になる恐れがある．本研究は，干拓地の作物圃場において地下水の塩水化やLayer 3Layer 4

-0.6m

Fig.1

２．シミュレーションモデルの構築

暗渠排水

Layer 5シミュレーションモデルの構成

Ddif ：拡散係数 (cm2 d-1), Ddis ：分散係数(cm2本研究では SWAP モデル(Van Dam et al.,d-1)，Kr：作物根吸収係数 (-)である．本研究で2008)を導入し，土壌中における水分および溶は溶質として塩化物イオンを対象とした．

質輸送を予測するモデルを構築した(Fig.1)．本式(1)の吸水速度は，作物の水分あるいは塩モデルの基礎方程式は次式のとおりである．

分ストレスを考慮して次式によって求める．
(3)
S a (h ) = a d a wa s S p(1)

ここで，Sp ：ポテンシャルの根の吸水速度∂ (θ c + r b Q ) ∂ (qc ) ∂ ∂c =+ θ D dif + D dis
∂t
∂z
∂z 
∂z 
− µ (θ c + r b Q ) − K r S a (h )c

吸水(蒸散)

地下水予測を目的とするものである．

(

Layer 2-1.0m

連続干天によって生じる複合的なストレスの∂θ ∂  ∂h=  K (h )
+ 1 − S a (h ) − S d (h )∂t ∂z z∂

Layer 1)

(cm3 cm-3 d-1)，αd, αw, αs：乾燥，湿潤および塩
分ストレスによる吸水減少係数(0<α≤1)である(2)(Kroes et al., 2008) ．

ここで，θ：体積含水率(cm3 cm-3), t：時間(d),３．モデルの妥当性の検証

K(h)：不飽和透水係数(cm d-1), h:土壌水の圧力モデルの精度を確認するため，長崎県諫早市の水頭(cm), Sa (h)：作物根による吸水速度(cm3

中央干拓地の作物圃場において 2013 年 7 月 25

cm-3 d-1), Sd (h)：暗渠排水速度(cm3 cm-3 d-1)，c：

日～12 月 4 日にかけて実験を行った．
この間，

溶質濃度 (mg cm-3), ρb：乾燥密度 (mg cm-3),

作付作物は夏期がソルガム，秋期がバレイショ

Q：吸着量 (g g-1), q：土壌水の平均フラックス,

24

1.0

体積含水率(cm3cm-3)であった．圃場の深度 5cm，15cm，25cm，45cmの 4 深度において，土壌水分・温度・EC センサー（5TE，Decagon）を埋設した．同深度において土壌をサンプリングし，水分特性曲線と飽和透水係数を求めた．圃場に隣接する排水路

計算値

0.8

実測値

0.6
0.4
0.2
0.0

で水位および EC を測定し，圃場近傍において

7/25

8/16

9/7

9/29

10/21

11/12

12/4

月日

Fig.2

計算値と実測値の比較（5cm）る計算値と実測値の比較を示している．両者の降雨を確認することができた．
４．作物のストレスのリスク予測
連続干天および地下水の塩水化のシナリオを設定し，2013 年 7 月～2014 年 9 月の期間に土壌中の水分および塩分移動をシミュレート

50

0.4

100
0.2
0.0

150

7/1

9/29

Fig.3

塩分ストレスが著しい結果となった．これらを軽減するためにリーチングを行った場合のス
トレス予測結果を Fig.4 に示す．このシナリオ

乾燥・湿潤・塩分ストレスによる蒸散量の減少(cm d-1)

発生している．2014 年の夏期には乾燥およびでは対象圃場で算定した TRAM (34mm)を 1 回
Fig.4の灌水量として，乾燥および塩分ストレス発生
期間に 10 日間断で与えた． Fig.3 に比較する

12/28
3/28
月日

6/26

9/24

200

水分および塩分ストレスの評価
降雨2014 年の春期には降雨による湿潤ストレスも

塩分
ソルガム

0

この図より，2013 年は作物の作付期間を通して乾燥および塩分ストレスが顕著である．また，

バレイショ

0.6

した．この結果を用い，式(3)によって各ストレスによる蒸散量の減少量を求めた（Fig.3）．

乾燥

湿潤ソルガムバレイショ

ソルガムバレイショ

湿潤

乾燥
バレイショ

塩分
ソルガム

0

0.6

50

0.4

100
0.2
0.0

降水量 (mm d-1)

乾燥・湿潤・塩分ストレスによる蒸散量の減少(cm d-1)

変動傾向は概ね一致しており，モデルの妥当性

150

7/1

9/29

12/28
3/28
月日

6/26

9/24

降水量 (mm d-1)

気象要素を実測した．Fig.2 は深さ 5cm におけ200

リーチング条件下における水分および
塩分ストレスの評価と，Fig.4 の 2013 年の塩分ストレスは軽減され

続干天および地下水の塩水化の発生を想定し，たが，ソルガムの栽培期間には依然として生じ作物の水分および塩分ストレスを評価した．そており，湿潤ストレスも発生している．2014の結果，作物に深刻な水分および塩分ストレス

年の夏期における乾燥および塩分ストレスはが複合的に生じることが明らかとなり，これを本シナリオのリーチングスケジュールでは解軽減するには適切なリーチングや排水管理を消されない結果となり，より最適化する必要が行う必要があることが示唆された．

あることが示唆された．

謝辞
本研究では長崎県および長崎県農林技術開発センターの関係
各位に多大なるご協力を賜りました．記して謝意を表します．

５．まとめ
本研究では，干拓地における作物圃場において地下水の塩水化や連続干天によって生じる
複合的なストレスのリスク予測を行うことを目的としてシミュレーションモデルを構築し，現地調査によってモデルの精度を検証した．連

25

引用文献
Kroes, et al. (2008): SWAP version 3.2. Theory description anduser manual, Alterra report 1649, Wageningen University andResearch centre, Wageningen, pp. 262.
Van Dam et al. (2008): Advances of modeling water flow invariably saturated soils with SWAP, Vadose Zone J. 7, pp. 640-653

P07

地中灌漑圃場における作物根域の形成および土壌物理性の空間分布
Crop root development and spatial change of soil physical properties undersubsurface irrigation
濵田耕佑 1・弓削こずえ 2・阿南光政 2・平川晃 3・凌祥之 4
1 九州大学大学院生物資源環境科学府・2 佐賀大学農学部・3(株)高崎総合コンサルタント・
4 九州大学大学院農学研究院

要旨(Abstract)
本研究は地中灌漑圃場における根系の発達に伴う土壌物理性の変化を明らかすることを目的とし，地中灌漑圃場を模した模型実験を行った．実験終了後に採土を行い，室内実験によって透水性，
作物根含有率および水分特性曲線を求めた．この結果， 作物根を比較的多く含む土壌の透水係数は高くなる傾向にあることが明らかとなった．さらに，同程度の作物含有率を含む土壌の水分保持特性は，それぞれ異なることが確認された．
キーワード：土壌水分，土壌構造，透水性，保水性，節水灌漑
Key words: Soil moisture, Soil structure, Hydraulic conductivity, Soil water retentivity, Water saving
irrigation
中灌漑を行った．実験終了後，図 1 に示した地

1.はじめに水資源が逼迫する中，地中灌漑を始めとする点において土壌を採取し，これらの土壌物理性

節水灌漑のニーズが高まっている．効率的な節および作物根含有率を評価した．

水灌漑を行うには，作物圃場の消費水量を精度

3．透水性の変化よく求めることが重要である．作物圃場におけ

図 1 に示した地点で採土したサンプルおよる消費水量は土壌物理性の影響を大きく受けび作物根を含まないサンプル(初期サンプル)

ることが知られている．土壌の透水性および保の飽和透水係数を求めた．採土サンプルの飽和水性などは土性によって変わるが，作物根の分

透水係数を，初期サンプルの飽和透水係数で除布の影響も受ける (Yuge et al., 2012)．本研究

し，無次元化することによって，飽和透水係数では，地中灌漑条件下において，作物根の発達の分布傾向を明らかにした(図 2)．この結果かに伴って生じる土壌物理性の変化を明らかにら，深さ 15 cm 以深で透水性の向上が確認さすることを目的とする．まず，地中灌漑圃場を模した模型実験を行い，作物根含有率と土壌物
理性の関係を分析した．
2．模型実験
九州大学内のガラス室にて，アクリルのスリット(50 × 70 × 10 cm)を用いた模型実験を行った．本実験ではスリット内に島尻マージ土壌
を 一 様 に 詰 め ， オ ク ラ (Abelmoschus

esculentus)を中央部に移植した．深さ 25 cmの土壌水分が pF2.2 に達した際に，深さ 50 cm

図 1 実験用スリットにおける採土地点に埋設した灌水チューブから，マリオットで地26

れた．特に深さ 25 cm および 35 cm では，80て土壌水分動態を解析し，消費水量を評価する

倍程度の透水性の増加が見られた．

モデルの構築を行いたい．

4．作物根含有率の空間分布

引用文献

図 3 は，図 1 に示した地点で採取したサン

K. Yuge et al. (2012) Effect of crop root on

プルの作物根含有率を示している．この結果よsoil water retentivity and movement,

り，作物根の含有率が高かったのは作物体直下

American journal of plant sciences, 3の表層付近であったが，25cm 以深の比較的深(12A), 1782-1787

い層で作物根含有率が高い傾向にあるといえる．また，図 2 および図 3 から，作物根含有率が比較的高い地点において，透水係数が増加する傾向になることが明らかとなった．
5．水分特性曲線の変化
図 1 に示した地点で採取したサンプルの水分特性曲線を作成した．ここでは一例として，
初期サンプルおよび図 3 に示した No. 1～No.
4 の地点で求めた水分特性曲線を図 4 に示して

図 2 無次元化飽和透水係数の空間分布

いる．いずれの地点でも，水分特性曲線の形状
が初期状態から変化している．これは，作物根の伸張や水分吸収などの生理作用によって作
物根の周辺に間隙が形成され，土壌の水分保持特性に変化が生じたためと考えらえる．また，
作物根含有率が同程度でも，水分特性曲線はそれぞれ異なっており，特に比較的高い土壌水分域において差が大きくなっている．
6．まとめ
本研究の結果から，地中灌漑条件下では，比図 3 作物根含有率の空間分布

較的深い層において作物根の含有率が高くな
り，作物根を比較的多く含む土壌の透水係数は増加する傾向にあることが明らかとなった．また，作物根の影響を受け，水分特性曲線に変化が生じることも確認された．さらに，同程度の作物根含有率を示した地点での水分特性曲線の比較を行ったところ，それぞれの地点で水分保持特性が異なっていた．これは，各地点で作物根の作用によって形成された土壌の間隙構
造が異なっているためと考えられる．今後は，毛管束モデルを用いて，土壌の間隙構造の特性

図 4 水分特性曲線を評価する予定である．さらに，作物根の生長と，これに伴う土壌物理性の変化を考慮に入れ

27

P08

28

29

P09

30

31

P10

32

33

P11

琵琶湖干拓地の水田転換畑における地下水位・土壌水分予測
Predicting groundwater level and soil moisture at converted upland fields
in Biwa-lake reclamation area
加藤千尋 1・白岩立彦 2・西村拓 3・遠藤明 1・佐々木長市 11 弘前大学農学生命科学部・ 2 京都大学大学院農学研究科・3 東京大学大学院農学生命科学研究科

要旨(Abstract)；HYDRUS-2D を用い，大中の湖干拓地内圃場の地下水位と土壌水分量予測を試みた．下端からの流入フラックスを仮定し，上端は時間降雨量と蒸発散速度および灌漑データを境界条件とし，また，補助暗渠の効果を高い飽和透水係数によって再現した．その結果，モデル
は地下水位変動をよく再現した．作土層の土壌水分予測の精度向上には，土壌構造を踏まえた水分移動特性関数の選択が重要であることが示唆された，
テーマ：土壌物理研究の最前線

Trend in Soil Physics

キーワード：土壌水分，地下水位，HYDRUS-2D，干拓，田畑輪換
Key words: soil moisture, groundwater level, HYDRUS-2D, lake reclamation, Paddy-upland rotation
イズ栽培実験を行うとともに各区の地下水位

1.はじめに我が国のダイズ栽培面積のうち 8 割以上がと 15 ㎝深の体積含水率を測定した．本研究で水田転換畑であり，ダイズ湿害の定量的な予測は，この実験期間の土壌水分状態と地下水位のや対策の検討が重要である．地表排水や暗渠排再現を試みた．Ex-Wt 区は発芽 15 日後(7/2)か

水 な ど の 技 術 に 加 え ， 近 年 FOEAS(Farmら 11 日間，FOEAS 本暗渠の排水位を上昇させOriented Enhancing Aquatic System)が導入され，るとともに地表面灌漑を行う過湿処理を施し安定した地下水位の制御が期待される．他方，

た．また，両区とも乾燥が続いた 8 月に排水位

地下水位が浅い(～数十 cm)圃場において，一を 30cm に設定し 4 回の地表灌漑を行った．

日程度の短期間の地下水位上昇によるダイズ(2)数値計算の成長阻害発生が示唆される(吉藤ら，2016)な

土中水分移動計算にはリチャーズ式に基づ

ど，時空間精度の高い詳細な地下水位や土壌水

く HYDRUS-2D を用いた．計算領域を水平方

分状態の予測が必要といえる．本研究では，

向に 10m，鉛直方向に 5m，本暗渠(直径 10cm)

FOEAS を有する干拓地圃場における地下水位の中心は両端から 5m，深さは実験条件に合わ

および土壌水分予測を試みた．

せて設定した．
圃場の土壌は砂:シルト:粘土比が 64:20:16 の

2.方法(1)研究対象地

Sandy Clay Loam であった．土壌の水分移動特

本研究では，大中の湖干拓地(滋賀県近江八性関数は，van Genuchten-Mualem (VG-M) 式を幡市)内の県農業技術振興センター内圃場を対適用し，農業環境技術研究所が公開するデジタ象とした．本干拓地は琵琶湖の水面よりも低く，

ル土壌図と日本の農地土壌物理性データベー

地下水位が 1m 以下で比較的高く推移する．対ス SolphyJ を組み合わせて決定した（Kato and象圃場は FOEAS を有し，Bajgain et al. (2015)はNishimura，2016）．ただし，圃場の観察により，本圃場において，2011 年 6 月から 9 月に地下

対象圃場は FOEAS の補助暗渠の効果が高く，水位をほぼ 60cm に維持する「Opt 区」と，過等方的に排水性が向上していたことがわかっ

湿状態の期間を含む「Ex-Wt 区」を設置し，ダており，深さ 40cm までの飽和透水係数 Ks は，

34

得られた値の 10 倍とした．

選択が重要であると考えられる．
4．まとめ

境界条件は，上端は時間降雨量と蒸発散量とし，農業環境技術研究所が公開する MeteoCrop

HYDRUS-2D を用い，地下水位の浅い干拓地

データベースの，AMeDAS 彦根地点の観測デ

圃場の地下水位および土壌水分予測を試みた．

ータ及び FAO 基準蒸発散量を適用した．圃場

下端からの水流入を仮定し，補助暗渠が敷設さの地下水位観測結果によると，排水位を 60cmれた上層の飽和透水係数を高い値とすることに保った opt 区において，無降雨が続いてもほによって，地下水位変動を再現できた．作土のぼ常時地下水位が 60cm 以浅であったため，降土壌水分予測の精度向上には，土壌構造を踏ま

水以外に圃場外から水の流入があると考えらえた水分移動特性関数の決定が必要である．

れる．そのため，下端は一定フラックス条件とし，流入フラックス(0.3cm d-1)を与えた．本暗渠は，その周囲を浸出面境界条件とした．計算
期間は 2011/5/1 から同年 9/30 まで，初期条件
は，地下水位 60cm の水理学的平衡分布とした．
3．結果と考察

図1

図 1 に，数値計算に用いた土壌の透水性(深土壌の透水性（左）および保水性（右）曲線

さ 40cm 以深)および保水性(全土層)曲線を示す．
また，図 2 に本数値計算の境界条件とした両区の降雨量，灌漑量，排水位を示す．ただし，7/2 から 7/15 の灌漑は Ex-Wt 区のみ行われた．
なお灌漑量は未測定であり，実験時の状況記録と計算の試行錯誤によって決定した．

図2

排水位と灌漑量および降水量

図3

地下水位の実測値と計算値の比較

図 3 および図 4 に，両区の地下水位および土壌水分量の変動の計算結果と観測結果の比較を示す．地下水位の計算結果は，各日の正午の計算値を線で結んだものである．モデルは各試
験区の地下水位，特に，Ex-Wt 区の過湿処理後
および，Opt 区の地下水位変動をよく再現した(図 3)．他方，深さ 15cm の体積含水率の計算値
は，全期間を通して実測値を上回る結果となった．各区の過湿処理後の地下水位と 15cm 深の
体積含水率の実測値に着目すると，地下水位は両区で深さ約 60cm および約 30cm と 30cm の差がある一方，15cm 深の土壌水分量はほぼ等しい値であった．実際には，作土の亀裂や土塊
図 4 15 ㎝深土壌水分量の実測値と計算値の比較
参考文献 1) Bagjain et al. (2015) Field Crops Res., 180, 221227 2) 吉藤ら(2016) 日本作物学会講演要旨, 3) Kato andNishimura (2016) Paddy Water Environ., in press
謝 辞 ： 本 研 究 の 一 部 は 科 学 研 究 費 補 助 金 ( 若 手 研 究 (B)15K18756)によって行われました．
ここに記し謝意を表します．

が存在し，両区とも地下水位の毛管上昇が抑制されていたことが考えられる．地下水位が浅い
圃場の土壌水分予測においては，特に上層(作土)の土壌構造を考慮した水分移動特性関数の

35

P12

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37

P13

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39

P14

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41

P15

復興農学における人材育成アウトリーチ活動の JST 事業報告
JST Project Reports of Human Resource Development due to
Outreach Projects for Agricultural Reconstruction
徳本家康 1, 西脇淳子 2, 坂井勝 3, 加藤千尋 4，廣住豊一 5，渡辺晋生 3, 塩澤仁行 6, 溝口勝 7
1 佐賀大学，2 茨城大学，3 三重大学，4 弘前大学，5 四日市大学，6 ムシテックワールド，7 東京大学

要旨；
本事業の最終年度にあたる H28 年度には，人材育成アウトリーチ活動に積極的に取り組んだ．
科学館における実験教室や教員向けセミナーを実施することで土に関わる放射線教育の情報提供を行った．とくに，教員向けセミナーにおいて，福島県内の小・中学校の教員 60 名程度に対して
放射線教育の資料や教材を提供できたので報告する．
テーマ：土壌物理研究の最前線 Trend in Soil Physics
キーワード：

復興農学, 放射線教育，アウトリーチ活動, セシウム除染

Key words: Agricultural Reconstruction, Radiation education, Outreach projects, Cesium decontamination
1.はじめに土壌物理学会のご協力の下，若手会員を中心

科学技術コミュニケーションネットワーク（図に構成したメンバーによって，国立研究開発法

1）を通して，小・中学校における放射線教育

人科学技術振興機構（JST）の科学技術コミュを支援するための実験教室，教員セミナーおよ

ニケーション推進事業「復興農学による官民学

び子供向けの絵本作成などを精力的に行った．

連携協働ネットワークの構築と展開」を 3 ヵ年

これらは復興農学における人材育成アウトリ事業として実施してきた．最終年度に当たるーチ活動に繋がると期待される．本報告では，

H28 年度の活動では，これまで構築してきた

H28 年度上半期における活動と成果について紹介する．

図 1 2015 年度までのネットワークの広がり

42表１ 活動一覧

２．Ｈ２８年度 上半期の活動と成果
表 1 にＨ２８年度 上半期の活動一覧を示す．
子供向けの実験教室を福島県須賀川市のムシ
テックワールドおよび三重県四日市の科学館で開催した．とくに，福島県外における実験教室

四日市大学エコキッズ実験講座「土はマジシャン！」によって，放射性セシウムに対する

開催日

活動

場所

7/31

子供向け実験教室

ムシテックワールド

8/1

教員セミナー

ムシテックワールド

8/20-21 子供向け実験教室

四日市公害と環境未来館活動室

9/1-2 一般展示

仙台商工会議所

土の働きを情報提供できたのは意義深い（写真1）．
しかし福島県内外において，実験教室や出前授業の展開・継続はコスト面やマンパワーを考慮した場合，難しい実情がある．そのため，H
２８年度にはムシテックワールドの協力により，合計 60 名程度の小・中学校の先生を対象とした教員セミナーを開催した（写真２）．
「教員のための博物館の日」として，ムシテックワールドが福島県内の小中学校教員に開放され，

写真 1 実験教室における濾過実験の様子

放射線教育に関する授業内容の提案できる良い機会となった．参加者には，本事業の教員セ
ミナーを口コミで知って参加された方や昨年のリピーターもいたことから，本事業の活動が普及しつつある手応えを感じることができた．
教員セミナーにおける質疑応答を通して，放射線教育の教材不足の解消や研究者（専門家）への疑問の問い合わせ，情報共有する場（ツール）の必要性が高まっていると考えられる．
写真 2 教員セミナーの様子

幅広く情報を提供する方法として，本事業に関する一般展示を農業農村工学会の全国大会
期間中に試みた（写真３）．老若男女を問わずに泥水や色水を用いたろ過や吸着実験を体験して頂き，土の働きについて説明を行った．
３．おわりに
これまでの本事業の活動により，福島を拠点とする科学技術コミュニケーションネットワークを構築できた．本事業終了後には，既存のネットワークに基づき，学会としてアウトリー

写真 3 一般展示の様子

チ活動のニーズに応える体制の維持・管理が期待されるであろう．
[謝辞]本アウトリーチ活動は，JST の科学技術コミュニケーション推進事業機関連携推進「ネットワーク形成型」によって実施された．また各担当者の採択された競争的資金によって運営された．深謝いたします．

43

P16

水田転作ブドウ園における地下水位と土壌水分量の関連性
Relationship between Groundwater level and Soil water content
in the Vineyard converted from paddy
加藤

幸 1・千葉克己 2

1 弘前大学農学生命科学部・ 2 宮城大学食産業学部

要旨

リンゴ産地として知られる青森県は，ブドウ（スチューベン）栽培も盛んで，水田からの転作園が多いのが特徴となっている。本研究では，青森県弘前市の転作ブドウ園を対象に，地下水位と土壌水分のモニタリング結果から，農地排水とその関連性について検討した結果を報告する。
キーワード：

水田転作ブドウ園，地下水位，土壌水分量

Key words: Vineyard converted from paddy，Groundwater level，Soil water content
それぞれの 10, 30cm 深に土壌センサ（Decagon

1．はじめに国内最大のリンゴ産地である青森県は，ブド

5TE）を設置した。Point 3 では地下水位の測定

ウの産地でもあり，中でもスチューベンは国内（CTD-10）を同時に行った。加えて，気温との約 8 割を生産している。青森のブドウ園は水

降水量（RT-1，ECRN-50）を計測した。また，田からの転作園が多く，排水対策が課題となるセンサ設置時に土壌をサンプリングし，基礎的場合が多い。本研究では，転作ブドウ園におけな物理性について調査した（Table 1）。

る，地下水位と土壌水分量のモニタリングから，その関連性について検討した結果を報告する。
２．対象と方法
青森県弘前市岩木地区にある水田転作ブド
ウ園を調査対象とした。この園地は 8 年前に作付けを止めた水田をブドウ園に転換した。面積は約 60a で，圃場整備は行われておらず，暗渠
Fig.1

は施工されていない。園地の周囲が湛水田に囲園地の概略図Table 1 園地の土壌データ

まれているため，周辺水田の営農状況による影響が推察される。調査園は，安定して糖度 20



(cm)

度を超える高品質のスチューベンを生産する

Point 1 0-20
2016/5/11 20-40

一方，排水に課題を有している。特に，圃場がPoint 3 0-20
2015/9/14 20-40

水路より低く排水口が確保できないため，暗渠

CL
CL
CL
CL

  
ρd (g cm -3)(cm sec-1)
1.02
1.12
1.34
1.44

7.63×10-3
2.40×10-4
2.95×10-6
7.28×10-7

EC 1:5 pH 1:2.5
ρs (g cm -3) ω(g g-1)
(dS m -1)
2.50
2.48
2.67
2.65

0.48
0.57
0.46
0.46

5.7
5.8
6.2
6.7

0.127
0.355
0.143
0.143

排水が活用できない。そのため，園主は排水対３．結果と考察策として，水田との境界に明渠を掘削している(1)地下水位の変化： Fig.2 に 2015/9/16 から 1

ほか，ライ麦草生による透水性の改善，畝立て年間の園地の地下水位を示した（検知範囲は栽培による湿害回避策を行っている。園地の概-88cm まで）。9〜11 月は降水に対応した水位変要図を Fig.1 に示した。

動が見られ，水位は平均して地表から-70〜

園地 1,2 の中央（Point 1,2）および園地 1 の-80cm にあった。11/28 に-50.8cm となったが，排水不良の傾向が見られる箇所（Point 3）に，直近１週間の 50mm の降水の影響と思われる。

44

12〜3 月は積雪や氷結の影響から，降水量デー

から Point 3 の VWC が増加し 7/31〜8 月末のタの信頼性が低いため表示しなかった。3/9 に期間，測点周辺がほぼ飽和状態にあったと推察-50.9cm となったが，3/6, 3/8 に気温が 10℃をされる。また，前述した 8/22 の降水の影響に上回り，融雪水の影響を受けたと推察される。

より，8/23 には園地中央の Point1,2 も一時的に代かき・田植期にあたる 5/19 に地下水位は飽和に近い状況にあったと思われる。しかし，-38.9cm に上昇したが，中干し期にあたる 7 月

深水管理が終了した 8 月末以降 VWC は大きく

上旬には，水位は-88cm 以下となった。

低下し，9/3〜9/5 で 20%以上の低下を示した。

この地域の水田は 7 月後半〜8 月末にかけ，

この園地の土壌水分が周辺水田の深水管理の影響を大きく受けていることが分かる。

深水管理が行われることが多い。この園地はその影響を大きく受けていることが明らかで，

0.6

Volumetric Water Content (m3 m-3)

7/18 に-88cm 以下だった地下水位が 1 日で50cm 上昇し，7/19 に-31.1cm となった。その後も水位は降水に伴ない上昇し，8/22 の 70mm の降水により 8/23 に最大-15cm に到達した。この時点で，地表も湛水し園地がぬかるむ状況となった。しかし，周辺水田が落水した 8/27 以

0.5

-30
����

-40
����������

-50��������

60

-60
-70

Fig.2

2015/12/15

2016/3/14

2016/6/12

100
2016/9/10

2015/12/15

2016/3/14

2016/6/12

2016/9/10

Precipitation(mm hr-1

6/30

7/30

8/29
8/22

5
4/1

5/1

5/31

6/30

7/30

8/29

園地の土壌水分変化(2016/4-2016/9)に大きく影響されるといえる。ブドウは乾燥にも過湿にも強いとされるが，この園地では，2015 年に湿害によると思われる生育不良を生

����

-90
2015/9/16
40
30
20
10
0
-10
-20
2015/9/16

5/31から，対象園地は周辺水田で行われる深水管理

80

-80

Air Temp (C)

40

5/1

(3)園地の排水： 地下水位，土壌水分量の変化

20

����

9/3

0.1

Fig.3
Precipitation(mm hr-1 )Groundwater Level (cm)

-20

8/23

10

0
����

7/31

0.2

0

����0��5��/
��3������

1

15

さらに低下傾向にあった。

-10

2

Point 3

0.3

20 4/1った。その後も降水はあるものの，地下水位は

0

1

Point 20.4

0降，水位は大きく低下し，8/31 には-77cm とな

Point 1

じた。この年は，深水が開始された 7 月後半に100mm を超える降水があった結果，長期にわたり根が過湿条件におかれたためと思われる。
2016 年も 8 月後半に同様の条件となったが，短期間だったため，湿害傾向は見られなかった。

地下水位の年間変化(2015/9-2016/9)(2)土壌水分の変化： Fig.3 に 2016/4 以降の４．おわりにPoint1 〜 3 の 10cm 深 に お け る 体 積 含 水 率

7 月後半から約 1 ヶ月半続く過湿条件下での(VWC)の変化を示した。4 月は融雪の影響によ

ブドウ園の排水対策について，農家と協働しな

り VWC は高めの値を示した。5,6 月に雨量ががら今後も検討を進める予定である。

少なく土壌は乾燥傾向にあった。この時期，

謝辞：本研究を進めるのにあたり，科学研究費補助金

Point 1〜3 とも排水は良好で，特に過去に排水（研究課題番号 15K14818）のサポートを受けた．

不良を生じた Point 3 の VWC がもっとも低か

参考文献：加藤・千葉(2016)：水田転作ブドウ園における排った。しかし，深水管理が行われた 7 月中旬

水不良要因の分析とその対策，農業農村工学会大会要旨 CD．

45

P17

46

47

P18

森林土壌の比重画分における放射性セシウムの分布
Distribution of radioactive cesium in density fractions of forest soil
鳥山淳平 1・蛭田利秀 2・志知幸治 3・小林政広 31 森林総研九州・2 福島県森林整備課・3 森林総研

要旨
福島県内の森林で採取された土壌試料を比重分画法により軽画分と重画分にわけ, それぞれの画分に含まれる放射性セシウムの濃度と量を評価した。軽画分は重画分より 8 倍程度高い放射性セ
シウム濃度を示した。
軽画分の土壌中の放射性セシウムに対する寄与は平均で 4 割程度であり, 森
林土壌においては, 粒状有機物に付着した放射性セシウムが多く含まれることが示唆された。
キーワード 放射性セシウム, 比重分画法, 落葉広葉樹林, 常緑針葉樹林
Key words: radioactive cesium, density fractionation, deciduous broadleaf forest, evergreen
coniferous forest
1. はじめに

２．方法

2011 年 3 月に発生した福島第一原発事故にサンプリングは 2012 年から 2014 年の毎年より東日本の森林域に降下した放射性セシウ

9 月に福島県郡山市内の森林において行った。

ム（Cs）は, 現在その多くが樹冠層から堆積有

隣接する落葉広葉樹と常緑針葉樹の林分で,機物（リター）層, さらに表層土壌へと移行し

深さ 0-5cm の土壌を 3 反復で採取した。落葉ている。森林において表層土壌を構成する粒子

広葉樹林の優占樹種はコナラ, 常緑針葉樹林

は粒状有機物と, 腐植に覆われた鉱物粒子にはスギとヒノキの混交林である。

大別できるが, 今後の放射性 Cs の動態を予測

比重分画のため, 風乾細土 100 g と, 比重する上で, 粒状有機物と鉱物粒子に付着して1.6 g cm-3に調整した NaI 溶液 750 mL を混合いる放射性 Cs の量を個別に評価することは重した。NaI 溶液に対し 100 J mL-1の超音波処要である。

理を行い, 浮遊物（以下軽画分）を回収した後,従来土壌粒子の構成を調べる手法として,再度同じ処理を行った。軽画分を蒸留水で洗浄

比重分画法が知られている。比重分画法は比重した後 70℃で乾燥した。軽画分と沈殿物（以を高く調整した溶液（重液）を用い, 土壌有機

下重画分）についてそれぞれ Ge 半導体検出器

物を浮遊物（軽画分）と沈殿物（重画分）にわにより 137Cs 濃度を測定した。軽画分の洗浄のける手法であるが, 放射性 Cs を含む森林土壌際に使用したフィルタ類（180, 5, 0.45μm）

への適用例は少ない。一般に森林土壌は農地土

と軽画分洗浄水も併せて, Ge 半導体検出器に

壌より軽画分の割合が高いため, 放射性 Cs もよる 137Cs 濃度測定を行った。

軽画分に多く含まれる可能性があるが, その３．結果

事態はわかっていない。
以上の背景から本研究は放射性 Cs を含む森

2014 年のサンプル（N = 6）について, 分画

林土壌を比重分画法により軽画分と重画分に作業で生じた要素（軽画分, 重画分, 軽画分洗

わけ, それぞれの画分に含まれる放射性 Cs の浄水等）の 137Cs の回収率は, 土壌試料に対し濃度と量を評価する。

平均で 97%であった。分画作業に使用したフィルタ類の 137Cs 濃度は検出限界以下であった。

48

軽画分の洗浄水に含まれる 137Cs の量は, 土壌

林冠の葉が入れ替わるまでに数年かかり, リ

試料の 137Cs に対し概ね 1 %未満であったが,ターの平均滞留時間が 5 年以内（蛭田ら, 印刷

一部の針葉樹林の試料でやや高い値がみられ中）であるため, 137Cs がより長い時間をかけた。

て軽画分へ移行する可能性がある。

軽画分の土壌試料に対する重量割合は, 落

重画分の 137Cs 濃度が 2013－2014 年にかけ

葉広葉樹林と常緑針葉樹林の平均がそれぞれ,て明瞭な上昇傾向を示さなかった点は, 137Cs

8, 13 %であった。軽画分の 137Cs 濃度は 2012のマスバランスを考慮して, リターからの軽－2014 年の間で上昇傾向にあり, 落葉広葉樹

画分, 重画分への移行プロセスを検討する必林でより高い傾向がみられた。一方重画分要があり, 現在解析を行っている。また比重分の 137Cs 濃度は森林タイプ間で同程度であり,画における 137Cs の回収率が 100%よりやや低2012－2013 年にかけて上昇したが 2013－

かった理由についても検討課題である。

2014 年の傾向は不明瞭であった。軽画分は重画分より 8 倍程度高い 137Cs 濃度を示した。軽謝辞

画分の土壌中の 137Cs に対する寄与は平均で 4

本研究は JSPS 科研費 15H04522「安定セシウ

割程度であったが, その経年変化は不明瞭で

ム循環の組み込みによる森林生態系内の放射あった。

性セシウム移行予測の高度化」の助成を受けたものである。農業環境技術研究所の和穎朗太氏

４．考察には比重分画法の手順に関する助言をいただ

軽画分において土壌試料の 4 割程度の高いた。深く感謝する。

い 137Cs の寄与率がみられたことは, 森林土壌において粒状有機物に付着する 137Cs が多く含

引用文献

まれることを示唆している。

蛭田利秀ら（印刷中） 落葉・落枝および林床における放射性調査期間内において, 常緑針葉樹林と比べ,セシウムの動態. 東北森林科学会誌

落葉広葉樹林の軽画分で高い 137Cs 濃度がみら
れ たことは , 落 葉広葉樹 と常緑針 葉樹の 着葉・落葉期間の違いに起因すると考えられた。
本研究サイトで行われているモニタリングの結果（蛭田ら, 印刷中）では, 落葉広葉樹林のリターの平均滞留時間は, 4 年以内と推定された。そのため 2011 年の事故後に落葉広葉樹林のリターに付着した 137Cs が, 2014 年時点においてもリター分解に伴い同林分の軽画分の 137Cs 濃度を高めていると考えられた。ただし落葉広葉樹林の新たな落葉（リタートラップによる）の 137Cs 濃度は, 2012 年時点で常緑針葉樹と比べ極めて低い水準にあり（蛭田ら, 印
刷中）, 落葉広葉樹林において, 常緑針葉樹林
より早い時期に, 軽画分の 137Cs 濃度が減少に転じる可能性がある。一方, 常緑針葉樹林では

49

P19

浸透過程にある

種の不飽和土における窒素の吸着と硝化
中西 真紀 1・渡辺 晋生 11 三重大学大学院生物資源学研究科

要旨(Abstract)
土中の窒素は，吸着や硝化を経て移動する．本研究では，CEC の異なる 3 つの土でバッチ試験と浸透実験を行い，NH4+の吸着量と硝化量を求めた．硝化量はバッチ試験と浸透実験で異なった．そこで，数値解析により NH4+の吸着態および溶存態の反応速度を検討した．
キーワード：CEC，一次分解反応，バッチ試験，カラム実験
Key words: Cation exchange capacity, First-order rate constant, Batch experiment, Column experiment
はじめにう内径 5 cm の 50 cm3 円筒に詰めた．そして，土中の窒素は，微生物を介して無機化や硝化

一定水分量，25℃で 35 d インキュベートした．

され，農作物や樹木を育てる栄養となる．NH4+

同様に作成した 11 試料を 任意の時間に解体は土中で吸着態および溶存態として存在する．

し，土中の pH と EC を測定するとともに，

NH4+の吸着特性は，土の交換性陽イオン容量

10 %KCl 水溶液および純水を用いて土中水をCEC により異なる．NH4+ の硝化は一次分解抽出した．そして吸光光度計（DR6000）を用い反応で近似できるが，吸着態と溶存態の反応のて抽出液の窒素濃度を測定した．KCl と純水で違いはよくわかっていない．硝化の反応速度抽出し測定した NH4+は，それぞれ全量と溶存定数は，一般的にバッチ試験で評価されるが，量とみなした．

実際の圃場では，吸脱着や移流により，土中の浸透実験では，高さ 20 cm，内径 5 cm の

陽イオン量は変化する．このような変化が，カラムに，純水で湿らせた土を詰めた．上端かNH4+の吸着特性や硝化量にどのような影響をら純水を 5 d，硫安 5 cmol-N/L を 9 d，純水を与えるのかは不明である．そこで本研究では，

18 d 滴下した（計 32 d）．滴下速度は 0.8 cm/d

CEC の異なる 3 種の土でバッチ試験と不飽和で一定とした．カラムの 3 深度に 4 極センサと浸透実験を行い，それぞれの実験における硝化

テンシオメータを設置し，電気伝導度 EC と

量と，土中の NH4+分布や陽イオン流出濃度を

圧力水頭を 10 分間隔で測定した．また，下端明らかにした．また，数値計算により NH4+のから 35.5 cm 下方に排水口を設け，排液を 30

吸着態および溶存態の硝化の反応速度定数をmL 毎に採取した．14 d と 32 d にカラムを解体検討した．

し，各深さの含水比と pH，土中水の窒素濃度を測定した．排液についても，窒素濃度と pH，

試料と方法

EC をそれぞれ測定し，陽イオン濃度を液体

試料には，三重大学内圃場土（沖積土 1：

イオンクロマトグラフィーで測定した．実験はCEC = 8 cmolc/kg），三重大学と岩手大学の附属の恒温室で行った．また，NH4+の硝化反応

農場の畑土（沖積土 2 CEC = 15

黒ぼく土の様子を，水分移動式とイオン交換反応式，

CEC = 46）の風乾土 2 mm 篩通過分を使用した．

一次分解の連鎖反応式を用いて解析した．反応

バッチ試験では，試料に硫安 5 cmol-N/L 水溶には，NH4+の溶存態と吸着態の反応速度定数

液を全体に少しずつ混ぜ，気相率 20%になるよ

ka , kl をそれぞれ与え，計算は HP-1 で行った．

50

51

P20

飯舘村における森林からの Cs 流出のモニタリング
Monitoring Cs discharge from a forest in Iitate
辰野宇大 1，二瓶直登 1，濱本昌一郎 1，休石美佐 2，篠原 魁 1，西村 拓 1
1 東京大学大学院農学生命科学研究科
2 University at Buffalo, NY
要

旨

森林から流出する水を農業用水として使う周縁地区の農業を念頭に，
飯舘村において山林と隣接した農地の脇を流れる沢水の水位，
濁度をモニタリングするとともに，高水位時に採水して SS や Cs 含量を測定した．
テーマ：土壌物理研究の最前線
キーワード：

セシウム，森林，流出，リター層

Key words: Cs, forest, discharge，litter layer
1.はじめに
２．調査地および方法

東日本大震災時の原子力発電所事故で放出された放射性物質のうち，137Cs は，半減期がモニタリングおよび採水は，飯舘村南東部で30.1 年と長いこともあり，依然として除染等

森林から流出する沢水を水源として営農するの対策を講じる対象となっている。また，除染農家 O 氏の敷地で，沢水流出地点に，自動採後の廃棄物の保管や管理も課題である。

水器（ISCO 3700 型），水位計，濁度計等を設

森林面積が大きいこともあり，居住地域や道置して実施した（Photo1）．測定データの記録

路との境界の部分を除くとほとんど除染されならびに採水器の制御はデータロガーていない．森林に沈着した Cs が森林外へ移行（Cambell Sci 社，CR800）を用いた．水位計する速度は遅いと考えられており，環境省

は，所定の水位を超えた時に 30 分間隔で 4 試(2012)では，毎年の流出速度を沈着量の 0.3%

料採取する設定とした．また，X-ability 社のフ程度としている．また，GeoWepp を用いて福ィールドルーターと NABT アダプターを接続

島県飯舘村の河川集水域を対象に試算した結し，1 日 1 回データをサーバーに自動転送した．

果でも，流出する Cs は，毎年，沈着した量のこれにより，センサー類の稼働状況や採水器の0.5%程度であった（辰野ら，2014）．また，流赴くこととした．調査地周辺は中山間地で飯舘出する Cs の大半は，懸濁物質に収着した形で流出すると考えられている(金子ら,2014)．
一方，居住地の周縁で森林からの流出水を直接農業用水とするような地域では，住民の帰還・農業の再開を前に，どの程度の放射性 Csが森林から流出するのかということが懸念されている．
本研究では，飯舘村南東部の森林に接した農地において，森林から流出してくる渓流水に含Photo 1 採水器等の設置状況

まれる Cs について検討を行った．

52

Fig.1 2016 年 8 月後半の水位，濁度ならびに降雨の状況
村アメダスの設置されている同村草野から飯センサーを用いて測定した濁度，採水器の試

舘村のアメダス距離にすれば 6km 程度である料から求めた SS(g/L)は，降雨開始後，流出水が，アメダスの降雨データと現地の降雨が一致の水位が上がり始めると同時に上昇するが，水しないことがあったため，圃場に気象観測装置

位のようなテーリングはなく，すぐに値が低下

一式を設置してその値を使うこととしたする．このことから，水食のような地表面流去

また別途，沢水上流で表層土壌を採取し，持水によって時々刻々と土壌が削られる現象とち帰った後に炭素含量や放射性 Cs 含量の測定は異なり，表土もしくは浅層土壌に含まれていをおこなった．また，沢水に含まれる懸濁物質

る移動しやすい物質が地表面流出開始初期には，0.45μm のメンブレンフィルターでろ過し，移動するが，その後の懸濁物質生成は少ないこ

乾燥後，放射性 Cs 含量を測定した．一連の放とが推察される．懸濁物質中の放射性 Cs は測射性 Cs の測定は学内の放射性同位元素施設，

定中であるが，測定済みのいつくかの試料では，で保有する Na-I スペクロトメータで行った．

1 イベントあたり 4 試料採取したうち，最初の３．結果と考察

試料に相対的に高い放射性 Cs 量がみられることもこの推察と矛盾しない．

沢水の集水域周辺の森林は，大半が地表にリター層があり，むき出しの鉱質土壌が視認されCs 測定が継続中ではあるが，林床がリターるところはほとんどなかった．ここで，表層で十分に覆われた森林においては，地表面流出

2cm 厚さ試料の放射性 Cs 含量は，8 万から 46に伴う放射性 Cs の流出は少ない可能性がある．

万 Bq/kg と非常に高い値を示した．表層近傍

参考文献： 環境省 2012 今後の森林除染の在り方に関する 当 面 の 整 理 に つ い て http://www.env.go.jp/press/
press. php ?serial=15731
金子ら 日本土壌肥料学雑誌 85(2)，pp.86-89(2014)
辰野ら，平成 26 年度農業農村工学会大会講演要旨集,
pp.98-99, (2014)
謝辞：本研究は，科研費(15H02467，15KT0025)ならびに平成 28 年度放射能調査研究委託事業「農林生産環
境中における放射性核種の濃度変動の要因と動態の解明」，JSPS-NSF サマープログラムの補助で実施した．
また，環境地水学研究室のメンバー，(株)クリマテック，(株)X-ability の協力を得た．ここに記して感謝する．

10 ㎝の値でも，400 から 12000Bq/kg と高く，
事故時に沈着した放射性物質が依然として森林内に存在していることがわかる．
Fig.1 に 2016 年 8 月後半の降雨，沢の水位
ならびに濁度の観測データを示した．
降雨に応答して，かなり短い応答時間で流出
水の水位が変動する．これは，沢上流 400m 程度で尾根になり，結果として集水域が狭いため
である．

53

P21

飯舘村の居久根（屋敷林）の除染実験
Experiment of decontamination in Igune house trees in Iitate Village
溝口勝 1・板倉康裕 2・小原壮二 3・高橋正二 3・田尾陽一 31 東京大学大学院農学生命科学研究科・2（有）ミサオネットワーク・3NPO ふくしま再生の会

要旨(Abstract)
飯舘村の農家の多くは居久根と呼ばれる屋敷林に囲まれている。環境省は家屋から 20m までの屋敷林を一律に除染したが、屋内の空間線量率は依然として高い。居久根の林床部の落葉・腐植
土・土壌の放射性 Cs 濃度を測定した結果、放射性 Cs が表層の腐植土に留まっていることが確認された。枯れ枝を除去し、落葉と腐植土を 10cm 程度剥ぎ取って現地埋設処理をしたところ、居久根内の 1m 高さの空間線量率が劇的(3.00.6μSv/h)に低下することが分かった。
キーワード：居久根除染，現地埋設工法，放射線量率，飯舘村
Key words: Decontamination in house tree, in-situ buried method, radiation dose, Iitate Village
計（アロカ TCS-172B）を用いて、1m 高さの1.はじめに飯舘村の農家の多くは居久根（イグネ）と呼

空間線量率と落葉・腐植土・土壌の直上 1cm 高

ばれる屋敷林で囲まれている。環境省は家屋かさの空間線量率（コリメータなし）を測定した。

ら 20m までの屋敷林を一律に除染したが、屋内の空間線量率は依然として高い。著者らは農地土壌と同様に居久根の林床部を剥ぎ取り地中埋設することにより線量率を低下させられると考え 1)、現地で除染埋設実験を実施した。
２．方法(1) 除染埋設実験地 (Fig.1)
飯舘村比曽地区の K 氏の居久根で 2016 年 6月と 8 月の２回に分けて除染埋設実験を実施した。この居久根はスギ（一部広葉樹）の林地
で、東西 120m 南北に 80m、北および東方向Fig.1 除染埋設実験地に緩やかに下り勾配となっている。

(3) 除染方法(2) 放射線量の測定
居宅から約 20m 離れた居久根の入口に放射小型のユンボを使って 6 月 24-26 日に AD、線計を 10m 間隔で逆 T 字状に４台（ABCD）

8 月 6-7 日に BC の周囲 20m の落葉と腐植土を設置し、除染実験期間中における 1m 高さのを 10cm 程度剥ぎ取り、それを粘土層上の深さ

空間線量率を連続測定した。除染実験に先立ち、

1m の穴にまとめて埋設した（Photo.1）。実際

ABCD の地表面（50×50 cm）の落葉（L 層）、の剥ぎ取り厚さはコリメータ付線量計（アロカ

その下にある 0～5cm 厚さの腐植土（F 層、H

TCS-172B）で地表面の線量が 0.3μSv/h 以下

層：25×25 cm）、さらにその下の 5cm 厚さのになるのを確認しながら決定した。

土壌（A 層）を採取し、それらの層に含まれる除染作業の様子を居宅の 2 階に設置したカ

放射性セシウム濃度を測定した。その際、線量メラを用いて 10 分間隔で記録した（Photo.2）。

54

Photo.1 居久根における除染埋設実験
Fig.3 各層の 1cm 直上における空間線量率(3)除染前後の空間線量率の変化(Fig.4)
除染準備として A 地点付近に蓄積してあった枯れ枝を移動するだけで線量が低下した（6/12）。ここがホットスポットになっていることが判明したので、ここだけを集中的に除染したところ空間線量率が 2μSv/h まで低下
Photo.2 除染埋設実験の作業記録

した(6/23)。さらに AD の周囲 20m を剥ぎ取

http://ns2.misao.co.jp/hiso/

り除染したところ 0.7μSv/h まで低下した

３．結果と考察(6/26, 一次除染)。同様に BC の周囲を剥ぎ取(1)層別の放射性 Cs 濃度(Fig.2)

り除染すると BC のみならず AD の線量率が0.6μSv/h まで低下した。

放射性 Cs 濃度は腐植土と落葉中で高く、土壌中では低かった。これは Cs の多くが表層の腐植土に留まり土壌中への移動が進んでいないことを意味する。

Fig.4 除染前後の空間線量率の変化
４．おわりに飯舘村の居久根において落葉・腐植土・土壌
Fig.2

各層の放射性 Cs 濃度(kBq/kg 湿)を層別に採取して各層の放射性 Cs 濃度を測定

数字は土壌 5cm の平均 Cs 濃度

した結果、放射性 Cs は表層の腐植土に留まり(2)地上 1cm 高さの線量率(Fig.3)

土壌中への移動が進んでいないことが確認さ

1m 高さの空間線量率に比べて落葉と腐植れた。枯れ枝を除去し、落葉と腐植土を 10cm

土の線量率が高かった。このことは居久根内

程度剥ぎ取って埋設したところ、居久根内の空の放射線は主に地表面の落葉や腐植土から飛間線量率が劇的に低下することが分かった。

んでくることを示唆している。

文献： 1)溝口ら, 飯舘村の居久根（屋敷林）内における空間
線量率の測定, H28 年農業農村工学会要旨(2016)

55

P22

56

による地表面の変化を上部から撮影した。
【結果および考察】＜実験 1：団粒の保水性＞
耐水性団粒のサイズ組成割合では 4mm、2mm 団粒の割合は CT、EW、GR でそれぞれ 0.36%、2.78%、0.22%であり、EW で大Figure2 培養開始時の地表面きい傾向があった。目視による団粒の形から
それらはミミズの排泄によるものと確認さ

乾燥密度 (g/cm3)れた。2mm 団粒に関して t 検定の結果、EWと GR は CT と比べ pF3.49 での含水比が10%水準で高かった (Fig. 1)。EW と GR には有意差は見られなかった。生物由来の団粒の保水性が高い可能性が示唆された。

0.53
0.51
0.49
0.47
0.45
0.43
0.41
0.39
0.37
0.35

start

Figure3 培養期間後の地表面

CT

EW

GR

Figure4 乾燥密度変化【まとめ】
ミミズはサイズの大きな 2mm、4mm 団粒
生成への影響が大きかった。また生物由来の
2mm 団粒の保水性が高かった。刈敷投入による乾燥密度への影響が大きかったが、原因が刈敷の重さによるものか、刈敷に含まれる菌の活動によるものかは断定できなかった。
引用文献
石塚小太郎, 皆越ようせい(2014) ミミズ図鑑 全国農村教育協会
小野裕(2001) 森林土壌における団粒の発達が土壌物理性に及ぼす影響, Japanese Forestry Society, 116-124
Daniel Hillel (1998) Environmental Soil Physics,
Academic Press, ダニエル・ヒレル, 岩田進午, 内嶋善兵衛(訳, 2001) 環境土壌物理学 Ⅰ土と水の物理学 農林統計協

Figure1 異なる pF 条件下での団粒サイズごとの含水比会, 127＜実験 2：土壌の乾燥密度変化＞

Hala I Chaoui, Larry M Zibilske, Tsutomu Ohno, Effects

Fig.2、Fig.3 から EW でミミズの移動によof earthworm casts and compost on soil microbial

る空隙の形成が確認できることから、EW のactivity and plant nutrient availability, Soil Biology and

乾燥密度が低くなると予想されたが、EW とBiochemistry, 295-302, 2003

GR で開始時より乾燥密度が高くなる傾向が

Tatsuya Kawaguchi, Tatsuya Kyoshima, Nobuhiro

あった (Fig.4)。GR は菌の活動もしくは培養

Kaneko, Mineral nitrogen dynamics in the casts of

期間中密閉空間で吸湿した刈敷の重さによepigeic

り乾燥密度が増加したと考えられる。また

earthworms(Metaphirehilgendorfi:

Megascolecidae), Soil Science and Plant Nutrition,

EW ではミミズの活動による乾燥密度の増加

387-395, 2011.

が考えられる。

57

P23

土壌水分センサーネットワークの安定運用に関する考察：
熊本地震前後における土壌水分・土壌 EC の経時変化
A Study on Stable Operation of Soil Moisture Wireless Sensor Network: Temporal
Changes in Soil Moisture and Bulk EC before-and-after Kumamoto Earthquake
森下伊織 1・國﨑恒成 1・大塩悠貴 2・古賀つかさ 3・中島正寛 3・荻島真澄 3・堀田孝之 3
徳本家康 4・宮本英揮 4・石川洋平 51 有明高専専攻科生産情報システム工学専攻・2 佐賀大学大学院工学系研究科・3 有明高専教育研究技術支援センター・4 佐賀大学農学部・5 有明高専創造工学科

要旨
本研究で開発した土壌水分センサーネットワークを用いて、干拓農地で試験的な計測を実施した。熊本地震発生の前後に取得した比誘電率、水分量、バルク EC の経時変化について考察した。
また、システム開発時のトラブル対応（データ欠落・電力不足）やセンサーネットワークの親機と各子機のプログラムの改良点が明らかとなったので報告する。
キーワード：土壌水分センサーネットワーク、熊本地震
Key words: Soil moisture wireless sensor network, Kumamoto earthquake
1．はじめに

ド番号を P001、P002、P003 とし、親機から有明高専では安価な土壌水分センサーネッ

各子機に命令を送り、TDT センサーから取得

トワーク技術を確立するために、マイコン

した値を Web 上に表示するシステムとなって(Arduino) と 無 線 通 信 モ ジ ュ ー ル (XBee) 、いる。

SDI-12 プロトコル対応のセンサーを用いた 1

2．実験方法点 3 深度の無線通信ネットワークシステム[1] 実験圃場は、熊本県玉名市に位置する横島干を開発した。また、今後のデータ分析も視野に拓地のトマトハウスである。土壌深さ 10cm、入れて、取得したデータのサーバサイドでの統20cm、40cm に TDT センサーを水平方向に埋計処理についても検討している[2]。 

設して、熊本地震前後における比誘電率 ε とバ

しかし、１地点での計測であるため、土壌のルク電気伝導度 ECb を 1 時間間隔で計測した。

不均一性を考慮すると、多点計測を行うことがまた、Topp 式を用いて、ε を体積含水率 θ に望ましい。従って、ZigBee による無線通信を換算した。各子機および親機は 10m 間隔で設拡張して 3 点 3 深度の土壌水分センサーネッ

置した。

トワークを構築することとなった。
本稿では、構築したシステムにより取得した
熊本地震前後のデータとデータ欠落および電力の不足を解決するための対応ついて報告する。
開発したシステムを図 1 に示す。親機はArduino、XBee、3GIM（クラウド送信用デバイス）から構成され、子機は Arduino、XBee、
図 1．システム概要および問題点

TDT センサーから構成される。各子機のノー58

3．結果と考察
熊本地震が発生した 4 月 14 日夜および 4 月
16 日未明は ε、θ、ECb が大きく変化した部分があった（図 2）。熊本地震発生による液状化現象に伴い、土壌内部では土が押し固められた部分と空間ができる部分が生じたと考えられる。これは、乾燥密度の変化を示唆し、 ε やECb の計測値に影響したと推察される。
4．センサーネットワーク利用時の問題および対応
 圃場実験を実施するにあたって以下の問題が生じたが、それぞれに対応策を講ずることができた（図 1 の①と②を参照）。
 ①データの欠落が時折見られ、通信が不安定な状態が生じた。単純な通信方式であるシリア
ル通信を行う AT モードから高度な通信方式であるパケット通信が可能な API モードに変更した。しかし、それにともなう異常値の取得や無線通信による送受信のデータ長の不足により、正確なデータ取得できなかった。異常値への対策およびデータ長の調整により、安定し

図 2．熊本地震前後における横島干拓地の（a）

たデータ取得が可能になった。

比誘電率ε, (b) 体積含水率θ，および(c) バル
ク EC (ECb)の経時変化②太陽光パネルとバッテリーで電力を供給しているが、システム動作に十分な電力を供給
謝辞

できていなかった。最適な太陽光パネル・バッ
テリーの大きさの再選定を行うと共に、スリー

実験フィールドを提供頂いた上村祐一郎氏

プモードを導入することで、データ送受信時以とシステムの堅牢性に関して議論いただいた

外の低消費電力化を実現した。

佐賀大学深井澄夫准教授・同博士後期課程学生

5．おわりに

野口卓郎氏のご支援に感謝致します。本研究はJSPS 科研費 15K11960 の助成を受けたものでデータの欠落や電力不足によるシステムダ
ウンは、データ解析の際に問題となるため、シす。

ステムをより安定して動作させるためにプロ

参考文献

グラムの改良を行っていく必要がある。

[1]國﨑恒成ら(2015)：Arduino と XBee を用いた土壌水分セ

今後は、システムの小型化を含め、自然環境

ンサーネットワークの検討、2015 年度土壌物理学大会に対する堅牢性の向上も検討する。また、通信[2]Yuki Oshio, et al. 2015. “Development of Dynamic

システムやプログラムに精通していない利用

Statistical Analysis System by R Language for Wireless者に対応するため、将来的にはシステムの仕様

Sensor Network”, 第 2 回電子デバイス・回路・照明・シスを比較的容易に変更できるプログラムへと改

テム関連教育・研究ワークショップ(2015)

良する予定である。

59

P24

耕起・不耕起圃場における土壌物理性と温室効果ガス発生
Soil physic properties and green house gases generation in the tillage andno-tillage
古和真理奈

西脇淳子

小松崎将一

太田寛行

茨城大学農学部
要旨
農地から発生する温室効果ガスを削減させる方法として、保全的耕耘がある。本研究では保全的
耕耘と慣行により温室効果ガスの発生にどの程度違いが生じるのか、またガス発生と土壌物理性との関係を調べた。その結果、耕起・不耕起区および深度による土中温室効果ガス濃度の違いが確認され、土壌硬度や透水係数との関連が示唆された。保全的耕耘による温室効果ガス放出の削減は本研究では明らかにはできなかった。
テーマ：土壌物理研究の最前線

Trend in Soil Physics

キーワード：耕起、不耕起、温室効果ガス、土中ガス、地表面ガスフラックス
Key word:tillage, no-tillage, green house gas, soil gas, soil surface gas flux
イエンス教育研究センター (FSC) のトマト

１．背景と目的
現在生じている地球温暖化は、人間活動によ栽培畑地である。試験区は 5 m×5 m の耕起区

る温室効果ガスの増加に起因する。農業もそのと不耕起区各 4 反復で設定した。土中ガスは、一つであり、農地からは CO2、CH4、N2O とガス採取管を耕起・
不耕起区各 4 深度 (2.5, 7.5,

いった温室効果ガスが発生する。特に CO2 は20, 40cm) に埋設して採取した。地表面ガスフ

土壌微生物による有機物の分解で発生し、このラックスは、耕起・不耕起区各 4 反復、クロー

分解速度は農地の土地利用方法、土壌温度、土

ズドチャンバー法で測定した。土中ガス、ガス

壌水分含量によって変動する。温室効果ガス削フラックスとも、2016 年 6 月 21 日から隔週減のための土地利用方法として、保全的耕耘がで採取し、濃度分析はガスクロマトグラフで行ある。保全的耕耘とは、不耕起栽培あるいは耕った。土壌物理性として、三相分布、拡散係数、耘回数を少なくする栽培管理法のことであり、透水係数を測定した。土壌は耕起・不耕起区各

有機物の分解速度が遅くなり、土壌からの CO2

4 深度 (2.5, 7.5, 20, 40 cm) から 100 cc コア

放出を抑制することができる (野内, 2006)。しサンプラーで採取した。土壌環境条件として、

かし、保全的耕耘による温室効果ガス発生抑制

水分量、地温、土壌硬度を測定した。水分量、に関するデータ、およびそのメカニズムに関す

地温は上記 4 深度で ECH2O 5TE

る研究は多くはない(Nouchi and(DECAGON 製) により自動計測し、土壌硬度

Yonemura,2005)。

はコーンペネトロメータを用いて耕起・不耕起
区各 4 反復、深度 0～75 cm で測定した。

本研究の目的は、耕起・不耕起土壌での土中
ガス濃度、地表面ガスフラックスを調べるとと３．結果と考察

もに、土壌の物理性との関係を把握することと

１）耕起区と不耕起区でのガス発生した。

表層 2.5 cm では差があまり見られないが、そ２．方法の他の深度では、耕起区では CO2 ガス濃度が高く (Fig. 1a))、不耕起区では CH4、N2O ガス

調査地は茨城大学農学部附属フィールドサ

60

濃度が高かった (Fig. 1b), c))。CO2 ガスに関し

土壌深層では、微生物活動にともなう CO2 のては、耕起で土壌の通気性がよくなり、土壌微生成が多かったと考えられる。これは、季節や生物の活性が高まることで有機物の分解速度

場所による程度差はあるものの、ある深度までが大きくなったことが考えられる。一方、CH4

土壌 CO2 濃度が増加するという一般的な結果

は強還元状態にならなかったため、土壌中ではとも合致する。また、深層では CH4 生成は起生成されなかったと考えられる。耕起区で濃度

こっておらず、表層は大気からの CH4 流入がが低かった理由としては、CH4 酸化が活発にな生じたと予測される。
CH4 フラックスは吸収傾ったこと、下層で CH4 が生成されても、通気・向を示したが、データのばらつきが大きく、こ拡散によって外に出やすかったことが考えらの点に関しては推測の域を出ない。

れるが、データから裏付けることはできなかっ４．まとめた。また、不耕起区で体積含水率が高かったた

耕起・不耕起区および深度による土中温室効

め、嫌気的条件で脱窒による N2O ガス発生が

果ガス濃度の違いが確認された。この違いは、生じ、濃度が高くなったと考えられる。

土壌硬度や透水係数によって大きく変動する

２）土中深度によるガス発生

ことが示唆された。保全的耕耘法による温室効表層 (2.5, 7.5 cm) はどれも大気に近いガス

果ガス発生の抑制に関しては、本研究では明ら濃度であった (Fig. 1a), b), c))。表層では土壌かにすることができなかった。引き続き、現場

硬度が小さく、透水係数の値が大きかったこと

調査を継続していく。

から、間隙が大きく大気とのガス交換が多かっ謝辞: 本研究は JSPS 科研費 JP26310302 の助成を受たと推測される。大気中 CH4 ガス濃度が高い

けました。深くお礼を申し上げます。

が、3 反復のデータともに同程度の濃度、さら引用文献に別日に採取した大気でも同程度の濃度値で1) 野内勇 (2006)、大気環境学会誌、41(3)、103-122あった。今後のデータと照合し、本データの信

2) Nouchi 1.and Yonemura , S. (2005) CO2 , CH4

頼性を検討していく。また、耕起・不耕起区とand N20 fluxesも深くなるにつれ CO2 ガス濃度は高くなり、

cropping in relation to

逆に CH4 ガス濃度は低くなった。N2O ガス濃Phyton，45 (Fasc.4), 327−338．

from soyben and barley double
tillage inJapan,

度は深度による差はほとんど見られなかった。

a)Figure 1c)b)2016 年 6 月 21 日の耕起・不耕起区における土中ガス濃度分布。破線は大気中のそれぞれのガス濃度を示す。a) CO2 ガス、b) CH4 ガス、c) N2O ガス。

61

P25

62

を 3～18%まで 8 種類に調整したものを充てん
し，合計 32 個の試料を作った．
乾燥密度は 1.46
～1.67 g cm-3 となった．
これらの充填試料を用いて，音響測定による連続気相率と質量測定による従来の全気相率を求めた．
３．結果と考察Fig.2 は鳥取砂丘砂の全気相率と連続気相率の関係である．全気相率は 20～37%の範囲でFig.1 粒度分布

連続気相率とよく一致している．しかし，1540～20%付近では連続気相率の方が小さい．この
傾向は，過去に内径 5 cm，高さ 2.5cm の試料と 5～200Hz の周波数帯を用いて得た結果（深連続気相率（%）

30

田と中村，2013）とほぼ同じである．したがって，音響測定法の改良に問題はなかったと考えられる．
次に，Fig.3 に真砂土の全気相率と連続気相

2010率の関係を示す．全気相率 5～37%の範囲で両者はよく一致している．したがって，音響測定

00法が鳥取砂丘砂と全く同様に，真砂土に対して

10

20

30

40

全気相率（%）

も適用可能であることが分かった．
また，真砂土は鳥取砂丘砂と異なり，封入空

Fig.2 全気相率と連続気相率の関係

気の発生が見られないことが分かった．この違（鳥取砂丘砂）いの原因は粒度にあると考えられる．Fig.1 に40示すように，真砂土は鳥取砂丘砂に比べて粒度の分布幅が広い．その結果，多様な径の間隙が連続気相率（%）

形成され，それが空気の封入を防いでいると考えられる．
Fig.3 の全気相率 10%付近に，若干，連続気相率が小さく出た点がある．しかし，誤差の範囲であり，現段階では，封入空気の存在

30

20

10

を明確に示すものではない．
全気相率と連続気相率の関係は土壌によって異なることが明らかとなった．今後，他の土0壌による実験データを増やす必要がある．

0

10

20
全気相率（%）

30

深田耕太郎, 中村公人 (2013): 土壌の通気メカニズムにおけ

Fig.3 全気相率と連続気相率の関係

る二領域モデルとパーコレーション理論の関係. 土壌の物理（真砂土）

性. 123: 65-71.

63

40

P26

土中の不凍水圧変化に凍結融解速度が及ぼす影響
(IIHFWRI)UHH]LQJDQG0HOWLQJ5DWHRQ:DWHU3RWHQWLDOLQ)UR]HQ6RLO
伴 俊和 1・渡辺 晋生 11 三重大学大学院生物資源学研究科

要旨(Abstract)
凍土中の不凍水圧は地温から相平衡の状態式を介して推定されることが多い．しかし，実際の土の凍結時には温度変化や移流により氷の成長が平衡に達しない場合がある．そこで本研究では露点計を用いて凍結融解速度が異なる土中の不凍水圧を直接測定した．不凍水圧は平衡の不凍水圧に比べ、凍結速度が速いと高く、融解速度が速いと低くなる傾向が見られた．
テーマ：土壌物理研究の最前線 Trend in Soil Physics
キーワード：凍土，不凍水圧，露点計
Key words: Frozen soil, Unfrozen water pressure, Dew point sensor

垂直に設置し，3.75 cm 深（センサ部中央）に

１．はじめに
寒冷地の利活用や農地の水･施肥管理を考え熱電対を設置した．真鍮管を恒温水槽に沈め，る上で凍土中の不凍水の動きを把握すること

水槽の温度を調節することで試料を凍結･融解が必要である．不凍水移動の駆動力である不凍した．試料を一定温度にして 2 時間以上静置後，水圧は極めて低圧であり，テンシオメータのよ露点を測定し，次の温度へ段階的に変化させる

うな圧力計での測定は難しい．そこで不凍水圧

Step freezing/thawing（Step）と，温度を一定速は，相平衡を仮定し，温度からクラウジウス・度（± 0.68，± 0.34 ℃/h）で変化させつつ露点

クラペイロン式（CCE）で推定することが多い．

を 連 続 測 定 す る Dynamic freezing/thawing

しかし、凍結・融解が速い場合や移流が生じる（Dynamic）とを行った．そして露点と地温に場合には，氷の成長が温度変化に追い付かず，Kelvin 方程式を適用し，不凍水圧を求めた．

必ずしも相平衡を仮定できないと考えられる．

次ぎに、体積含水率 0.3 cm3/cm3 の試料を内そこで本研究では，近年開発された凍土に埋設

径 7.8 cm，高さ 35 cm のアクリルカラムに充填できる小型露点計を用いて凍土中の不凍水圧した（Column）．カラムに 1 cm 間隔で熱電対，を実測し，温度変化や移流を伴う土中の不凍水

5 cm 間隔で TDR 水分計，7.5 cm 深に露点計を圧が平衡の不凍水圧とどの程度異なるのか，凍設置した．3℃の恒温室にカラムを静置し初期結・融解条件の違いが水分－圧力関係に影響を温度と水分分布を与えた後，周囲を断熱した．

及ぼすのか，を明らかにすることを目的とした．

カラム上下端の温度を–10℃と 3℃に制御する

２．試料と方法

ことで試料を上端より凍結・融解し，土中の温度，不凍水圧 h，水分量をモニターした．

試料には岩手大学附属農場の黒ボク土を用いた．図 1 に試料の水分特性曲線を示す．露点

３．結果と考察計には Azbil 社の Finedew を用いた．Finedew

 Step で与えた温度変化を図 2 に，各温度での測定信頼領域は–10000 cm 以下である．

十分に時間が経った時点で測定した不凍水圧

先ず，体積含水率 0.18 cm3/cm3 の試料を，直を図 3 に示す．–2.6℃以下で 7 点測定した． 

径 4.7 cm の真鍮管に 9.0 cm 深まで充填した．

凍結過程と融解過程で測定した不凍水圧は，同

試料の 4.5 cm 深に露点計のセンサ部の先端をじ温度であれば概ね一致した．

64

65

P27

ブルーベリーポットでの放射性セシウムの
人工マクロポアによる移動効果
5DGLRDFWLYHFHVLXPPRYHHIIHFWLYHO\LQ%OXHEHUU\SRWE\$UWLILFLDO0DFURSRUH
林匡紘 1，森也寸志 1，稲生栄子 2１岡山大学大学院環境生命科学研究科, 2 宮城県農業・園芸総合研究所
要旨(Abstract)
ブルーベリーの根群域が放射性セシウムで汚染されることを回避するために放射性セシウムの下方移動実験をポットで行った。ポットに人工的にマクロポアをつくり，放射性セシウムが下方に移動しうるか調査したところ，人工マクロポア，特に人工マクロポアと硫酸アンモニウムの組み合わせによって放射性セシウムの下方移動促進効果があることが判明した。吸収抑制効果のあるカリウムとの組み合わせなど，さらに改善する必要がある。
キーワード：放射性セシウム，マクロポア，溶質移動
Key words: radioactivecesium，macropore，solute transport較するために 6 種類の異なる条件にし，以下の1.はじめに2011 年 3 月 11 日の東日本大震災によって，ように区分けした。「対照区・人工マクロポア

福島第一原子力発電所の事故が起こった。そのなし」，「対照区・人工マクロポアあり」，「硫酸

際，福島第一原子力発電所からの放射能物質のアンモニウム施肥区・人工マクロポアなし」，

漏れ・拡散が起こった。事故から数年経った現「硫酸アンモニウム施肥区・人工マクロポアあ在では，環境中に放出された放射性物質が土壌り」，「塩化カリウム施肥区・人工マクロポアなに降下し根から植物に吸収される事が危惧さし」，「塩化カリウム施肥区・人工マクロポアあれている。有機物含量の多い土壌では，粘土鉱り」。そして，各区を 3 反復用意した。

物を多く含む土壌に比べて放射性セシウムと人工マクロポアの設置方法は，長さ 20cm のの吸着が弱く，下方への移動が起こりやすいこ

竹繊維の端 10cm を直径 1cm のプラスチックとが考えられる。そして，下方へと移動した放チューブで被覆し，被覆側を下端とした。そし射性セシウムが根群域に達し農作物に吸収さて，土を詰める際下端側から 18cm が土に埋まれる可能性がある。そこで,本研究ではピートるよう設置した。硫酸アンモニウムは 15g/ポッモスを植栽として育てるブルーベリーを対象

ト，塩化カリウムは粉状で 30g/ポット土壌表層とした，ポットでの放射性物質の移動実験を行に施肥した。そして，毎日 0.76L/day の散水をった。そして，土壌中の水分移動・物質移動のおこなった。

際に大きな役割を持つマクロポアに着目し，マ３.結果と考察
対照区の放射能濃度を Fig.1，2，
3 に示した。

クロポアが放射性セシウムの移動にどのような影響を与えるかを調査した。

｢対照区・マクロポアなし｣では汚染土層である

２.実験方法

1 層目から 2 層目上への移動は見られるが，そポットに，底から黒ボク土 1.5kg(5cm)，

れ以下の 2 層下への移動はほとんどみられな

ピ ー ト モ ス 1.95kg(10cm) ， 放 射 能 濃 度 約い。｢対照区・マクロポアあり｣では，2 層目下2000Bq/kg の汚染された土壌 2kg(5cm)を詰めで放射性セシウム濃度が 100Bq/kg を超えた。

たものを 18 個準備した。用意したポットを比

マクロポアによる下方移動の効果が僅かでは66

あるがあると考えられる。対照区のマクロポア
周辺では 2 層目への移動は確認できるが，3 層目への移動はみられなかった。マクロポア周辺部分でも表層から 10cm 以下へは移動しなかった。Fig.4，5，6 には硫酸アンモニア区についての結果を示した。｢硫酸アンモニウム・マクロ
ポアなし｣では，汚染土直下の 2 層目上では高い放射能濃度が検出されたがそれ以下の層への移動はほとんど見られなかった。硫酸アンモ
ニウムだけの施用では放射性セシウムの移動に関して大きな違いがみられない。｢硫酸アンモニウム区・マクロポアあり｣では 2 層目上での放射能濃度が 1000Bq/kg を超えており，1 層
目よりも 2 層目上のほうが高い値となっている。マクロポアの効果によって移動が促進されたと考えられる。また，マクロポア周辺の結果を見ると 4 層目まで放射性セシウムが検出された。3 層目で 200Bq/kg を超えており，4 層
目でも 87.2Bq/kg となっている。マクロポア周
辺では下方移動効果が大きいことが判断できる。硫酸アンモニウムの施肥だけでは移動促進効果が小さかったが，マクロポアを用いること
で移動効果が大きくなったと考えられる。マクロポアと硫酸アンモニウムを組み合わせることで下方移動の促進効果がみられた。
４.おわりに
 硫酸アンモニウムと人工マクロポアの組み合わせによって下方移動効果がみられた。
当初期待した根群域下(黒ボク土層)への移動はあまり見られなかった。しかし，マクロポア
によって下方移動促進効果があることは判明したので，硫酸アンモニウムと人工マクロポア
を組み合わせた方法をさらに改善する必要がある。
謝辞：本研究の成果の一部は，日本学術振興会「最先端・次世代研究開発支援プログラム」（GS021），科学研究費補助金（基盤 B 26292127, 挑戦的萌芽 26550067）の補助を受けて行われた。農家の方や現地関係者には調査に対して多大なるご配慮をいただいた．感謝する次第である。

67

P28

不耕起栽培と線状型マクロポアを用いた沖縄県石垣島における赤土流出抑制対策
Effect of Linear Macropore Installation in Subtropical Soil to Reduce Surface Flow at
Sugarcane Field
岡1

香菜子 1・森 也寸志 1・大澤 和敏 2・干川 明 3

岡山大学大学院環境生命科学研究科・2 宇都宮大学農学部・3 石西礁湖サンゴ礁基金
要旨沖縄県石垣島では，農地からの赤土流出が大きな問題となっている．本研究では，線状型マク
ロポアの導入を提案し，表面流出量，土砂流出量を計測することで，流出抑制効果を検証した．
その結果，耕起区，溝切葉柄区，溝切区，不耕起区で表面流出量が最も少ないのは溝切葉柄区，
土砂流出量が最も少ないのが不耕起区となった．不耕起栽培と共に線状型マクロポアの効果を確認した．今後も長期的効果を観察し続け，線状型マクロポアの効果を検証する．
キーワード：赤土流出，マクロポア，不耕起，サトウキビ
Key words: red-soil runoff, macropore, no-tillage, sugarcane
1. はじめに

２．研究方法沖縄県石垣島では，農地からの赤土流出が大沖縄県石垣島にあるサトウキビ畑において，きな問題となっている．赤土流出は，肥沃な土A：耕起区，B：溝切葉柄，C：溝切区，D：不壌の流出による生産性の低下だけでなく，微細耕起区の 4 処理区をそれぞれ 4 畝ずつ用意した．

な土砂によるサンゴ礁への影響を引き起こす．

A，B，C はともに植え付け前に耕起を行い，赤土流出の主な発生源は農地であり，営農条件

夏植え栽培を行った．B は，溝を畝間に線状に下での流出抑制対策が急務である．

入れ，葉柄を埋設した．C は，溝切のみを行っ

沖縄県の主要作物であるサトウキビ畑でのた．D は，耕起は行わず，春植え栽培を行った．

流出抑制対策として不耕起栽培が提案されたそれぞれの処理区の下流側にパーシャルフリ

が，実践する農家は少ない．先行研究では，人ュームと濁度計を設置し，表面流出量と土砂流工マクロポアの導入を提案し，不耕起栽培と共出量を 1 時間ごとに計測した．また，パーシャに赤土流出抑制効果を検証した．その結果，不ルフリュームから上流側 6m 地点に土壌水分セ

耕起栽培が最も効果が大きいが，人工マクロポ

ンサーを 10cm，30cm 深に埋設した．4 つの処

アも選択肢の一つとなり得ると結論づけた．そ理区の表面流出量，土砂流出量，土壌水分動態

こで，人工マクロポアをより容易に農地で実践を比較し，流出抑制効果を検証した．

できる方法にするため，新たに線状型マクロポ
ア（溝切葉柄）を提案する．人工マクロポアでは，人工的に作成した粗大間隙の維持のため，竹繊維を挿入したが，線状型マクロポアではサ
トウキビの葉柄を挿入した．サトウキビの葉柄は現地で用意でき，また竹繊維を埋設するよりも容易である．よって本研究では，線状型マク
ロポアの赤土流出抑制対策の効果を検証し，対策方法として提案することを目的とする．

図 1 石垣島実験地概要図

68

３．結果と考察
図 2 より，表面流出量は，C が最も多く，
DAB の順に多かった．また図 3 より，土砂流
出量は C が最も多く，ABD の順に多かった．
これより，C は，慣行栽培法である A よりも
表面流出量，土砂流出量共に多いことから，かえって土砂流出を増加させることがわかった．
溝切のみだけでは長期間，間隙構造は維持され
図 2 積算表面流出量

ず，降雨によって目詰まりを起こすと考えられる．また，B と D を比較すると，D は，表面流出量は 2 番目に多いが，土砂流出量は最も少なかった．B は，表面流出量は最も少ないが，土砂流出量は D よりも多かった．このことより，B と D は流出抑制方法が違うと考えられる．B は，下方浸透効果を発揮し，表面流を抑制しつつ土砂流出を抑制している．一方，D は，
植物残渣が降雨の衝撃を和らげ，表面流が発生

図 3 積算土砂流出量

しても土砂流出を抑制していると考えられる．
また，土壌流出は一般的に降水量 20mm 以上で起こるとされているが，
図 4，5 より，約 10mm
以上から流出が起きていることが読み取れる．
また C は，少雨時から表面流出，土砂流出共に，他の処理区より多かった．B では，降水量が多くなると表面流出，土砂流出量共に大きくなるが，AC より少ない傾向がある．一方，D

図 4 降水量に対する表面流出量

は降水量が多くなっても，土砂流出は少ないままである．B は，表面流出を抑制し，D は降水量に関係なく土砂流出を抑制していることがわかった．
４．おわりに
今実験により，線状型マクロポアの流出抑制効果を確認し，また不耕起栽培と線状マクロポ
アの抑制方法の違いも確認することができた．
今後も長期的効果を観察し続け，線状型マクロ

図 5 降水量に対する土砂流出量

次世代研究開発支援プログラム」（GS021），「科

ポアの効果を検証する．

学研究費補助金（基盤 B 26292127，基盤 S
25220104）の補助を受けて行われた．記して感５．謝辞

謝する次第である．

本研究の一部は，日本学術振興会「最先端・

69

P29

4 極センサーの高電気伝導度測定への応用
The Application of Four–electrode Probe to Measure High Electrical Conductivity
青木伸輔 1・名倉理紗 1・登尾浩助 3
1 明治大学大学院農学研究科・2 登尾浩助

要旨(Abstract)；
地下水の塩水化を観測するシステムに 4 極センサーを用いることを目的とし，高電気伝導度溶液（海水）の連続測定を試みた．調査船のセンサーと比較したところ，一部期間で測定結果が異なったものの，概ね測定できており，高電気伝導度の測定が可能であることを確認した．
テーマ：土壌物理研究の最前線

Trend in Soil Physics

キーワード：4 極センサー，海水，高電気伝導度
Key words: four–electrode probe, sea water, high electrical conductivity
り，河川水のように低い電気伝導度から海水の1.はじめに
環境問題の１つとして注目される地球の温ように高い電気伝導度まで測定できる必要が

暖化は海水の熱膨張により，海面上昇を引き起あるが，市販のポータブル型電気伝導度計では，こす．近年の海面上昇量から，海面上昇による海水のような高濃度を測定できないものが多小島嶼や沿岸域の地下水の塩水化，河川の塩水い．そこで本研究では高い電気伝導度を示す海遡上が懸念されている．これらの対象地では将水の連続測定を試みた．

来的に畑地や水田に塩水が浸入する可能性が
２．実験方法あるため，今から地下水の塩水化状況を観測していくことが望ましい．降雨や潮汐，台風など

2016 年の 6 月に太平洋を対象に学術研究船による一時的な海面の変動を含め，長期的に経「白鳳丸」を用いて実施された KH16-3 航海

時的な観測が求められるが，地下水観測孔によにて海水の電気伝導度連続測定を行った（Fig.

る直接的な測定が一般的となっている．

1）．電気伝導度の測定にはこれまでに多くの研

塩水化の指標として電気伝導度を測定する

究報告がある 4 極センサーを用いた（井上・塩方法が一般的である．塩水化を観測するに当た

沢，1994）．測定結果の比較には調査船備え付

30 mm

9 mm
16 mm

Fig. 1 KH16-3 航海の航跡

Fig. 2 4 極 EC センサー70

けの電気伝導度計を用いた．

70mm の 4 本のステンレスロッド（長さ 30 mm）
を Fig. 2 のように配置したものである．航海中，ポンプで汲み上げ続けた海水を容器に掛け流し，この容器内にセンサーを沈め，連続測定を行った．
4 極 セ ン サ ー の 電 圧 比 は Campbell

Known Electrical Conductivity (mS cm‐1)

本研究で作製した 4 極センサーは，外径 1.66050
y = 0.1738x ‐ 1.2587
R² = 0.9928
40

30

Scientific 社（Logan, Utah, USA）のデータロガー（CR1000）を用いて 10 秒間隔で測定し，20
200

本研究では 1 分間の平均値を利用した．なお，

250

300

350

400

Output Voltage (mV)

航海中の連続観測前に海水の電気伝導度（45Fig. 3 測定電圧と電気伝導度の関係

mS/cm）程度の溶液を用いて，4 極センサーの60

キャリブレーションを行った（Fig. 3）．
EC by ship's sensor (mS cm‐1)

55

３．結果・考察4 極センサーの電気伝導度と調査船から提供された電気伝導度を比較した（Fig. 4）．以
下の式から求めた最小二乗誤差（RMSE）は2.43 であった．

 EC
RMSE 

50

45

40

35

four  probe  EC ship ' s 

2

n

30
30

ここで，ECfour–probe は 4 極センサーから得られ

40

50

60

EC by four‐probe (mS cm‐1)た電気伝導度，ECship’s は調査船提供の電気伝

Fig. 4 船舶のセンサーと 4 極センサーの比較

導度，n はデータ数である．

60
EC (mS cm‐1)

162 日から 172 日にかけて，4 極センサーの測定結果と調査船の測定結果が同様の結果を示したが，158 日から 162 日にかけては異な

four‐probe

50

ship's sensor

40
30

A
152

る変化を示した（Fig. 5A，5B）．172 日から

154

60
EC (mS cm‐1)

181 日の期間は常に 4 極センサーで得られた
電気伝導度が低い結果となった（Fig. 5C）．こが悪く，海水が複雑に混ざることで，センサー

60

162

170

172

180

182

B
162

EC (mS cm‐1)

160

40
30

たのではないかと考えられる．

158

DOY (2016)50

れらの原因は調査中であるが，該当期間で海況
設置位置の違いがこのような結果を生じさせ

156

164

166

168

DOY (2016)

50
40
30

C
172

174

176

178

DOY (2016)

参考文献
井上・塩沢（1994）：土壌の物理性，70，23-28．

Fig. 5 航海中の EC 連続測定

71

P30

72

73

P31

土壌のマクロ団粒化が酵素による土壌有機態窒素の加水分解に及ぼす影響
7KHLQIOXHQFHRIVRLOPDFURDJJUHJDWLRQRQHQ]\PDWLFGHSRO\PHUL]DWLRQRIVRLORUJDQLFQLWURJHQ福桝純平 1・Shaw Liz2・森也寸志 1
1 岡山大学大学院環境生命科学研究科・2 レディング大学地理と環境科学部

要旨(Abstract)
 団粒土壌とそれに対応する団粒破壊土壌を用いて，土壌団粒が酵素活性度と窒素無機化速度の関係に及ぼす影響を調べた。団粒破壊によって主に粗大マクロ団粒（4.75-2mm）が崩壊し，草地・農地の土壌ともに窒素無機化速度が有意に増加した。酵素活性度と窒素無機化速度の共分散分析
から，粗大マクロ団粒の崩壊によって，酵素の有機態窒素へのアクセシビリティは有意に増加することが示された。マクロ団粒によって，酵素から有機物が保護されていることがわかった。
テーマ：土壌物理研究の最前線 Trend in Soil Physics
キーワード：団粒化，有機物保護，酵素，窒素無機化
Key words: aggregation, organic matter protection, enzyme, nitrogen mineralizationはじめに

プリングした。それらの土壌を風乾させ，乾式

 養分動態や土壌保全の観点から，土壌有機物

ふるいによって 4.75-2mm（粗大マクロ団粒サの分解過程を理解することは重要である。近年， イ ズ ）， 2-0.25mm （ マ ク ロ 団 粒 サ イ ズ ），土壌有機物の分解速度は，有機物の質そのもの

0.25-0.063mm（ミクロ団粒サイズ）の粒形に分よりも（生化学性），有機物の鉱物表面への吸類した。草地の粒度分布の割合 4.75-2，2-0.25，着（化学性）や有機物が団粒構造内部に閉じ込

0.25-0.063mm がそれぞれおおよそ 4：4：1 のめられた場合（物理性）の保護作用に大きく影割合だったので，これと同じになるように草地響を受けることが指摘されている 1。一方，土と農地のそれぞれの粒形を混合した。この処理

壌中における有機態窒素の分解過程では，はじ区を団粒土壌とした。これに対応した処理区とめに土壌酵素によって重合体有機物（プロテイ

して，団粒土壌を乳鉢と乳棒で破壊し，団粒破ンやキチン）が単合体有機物（アミノ酸や N-

壊土壌を準備した。

アセチルグルコサミン）に加水分解される必要団粒土壌と団粒破壊土壌の酵素活性度と窒がある。そして，微生物が単合体有機物を無機

素無機化速度を測定した。測定した酵素は有機態窒素（アンモニウム）に分解する。酵素によ態窒素の加水分解において特に重要であるプる重合体有機物の加水分解は，微生物による無ロテアーゼ（プロテイン分解酵素）とキチナー機化よりもゆっくり進行するため，土壌有機物

ゼ（キチン分解酵素）を測定した。窒素の無機の無機化の律速過程となる 2。本研究は，１）化速度は嫌気条件化（26℃）で 10 日間培養し団粒崩壊は窒素無機化を促進するのか，その場た。酵素活性度と窒素無機化速度の関係を回帰合，２）酵素の有機態窒素へのアクセシビリテ

分析することで，土壌団粒が酵素の有機態窒素

ィは増加するのか調べた。

へのアクセスに与える影響を調べた。

２．研究方法

３．結果と考察 草地（n=6）と農地（n=5）から土壌をサン 図  に乳鉢による団粒破壊の結果を示す。団74

粒破壊によって粗大マクロ団粒（4.75-2mm）
が完全に崩壊した。加えて，0.063mm 以下のサイズの割合が増加した。団粒の定義から，このサイズは粘土とシルトによって構成されていると推測される。一方，2-0.25，0.25-0.063mm
サイズは団粒，団粒破壊土壌においてあまり差が認められなかった。これより，団粒破壊の処理過程で，主に粗大マクロ団粒が崩壊したと考
図 1 団粒土壌と団粒破壊土壌の粒形分布えられる。この団粒破壊は主に耕耘による土壌構造の破壊に相当すると考えられる 。
図２に窒素無機化速度の結果を示す。草地，農地ともに団粒の破壊によって無機化速度が有意に増加した（Rank test）。
酵素活性度と窒素無機化の回帰分析の結果を図３に示す。丸い点は草地，四角の点は農地の結果を示している。団粒土壌と団粒破壊土壌において，回帰直線の傾きは有意であり，正の図 2 団粒土壌と団粒破壊土壌の無機化速度

相関が見られた。共分散分析より，団粒破壊土
壌の回帰直線の傾きは団粒土壌の傾きに比べて有意に大きいことがわかった。この結果は，粗大マクロ団粒の崩壊によって酵素のアクセ
シビリティが増加し結果として窒素無機化が促進されたことを示唆している。

４．まとめ
 今回の実験結果の概念図を図４に示す。粗大

図 3 窒素無機化速度と土壌酵素の回帰分析

マクロ団粒の存在は酵素の有機態窒素へのア
クセシビリティを低下させる結果が得られた。
これまでの研究では，マクロ団粒よりもミクロ
団粒のほうが有機物の貯留効果が大きいことが指摘されていた 3。しかしながら，本研究より短い期間において（10 日間）粗大マクロ団
粒は有機態窒素を酵素による加水分解から保護していることが示唆された。
謝辞
本研究の一部は，日本学術振興会「最先端・次世代研
究開発支援プログラム」(GS021)，科学研究費補助金（基盤 B 26292127，基盤 A 25220104，基盤 S 21241010）の補助を受けた。
引用文献
1Schmidt et al. (2011) Nature 478
2Schimel and Bennett (2004) Ecology 85: 591-602
3Six et al. (2004) Soil Tillage Research 79: 7–31

図 4 本研究結果の概念図
団粒破壊の処理によってミクロ団粒は崩壊しなかったが，マクロ団粒が崩壊し，酵素の有機態窒素へのアクセシビリティが増加した。

75

P32

乾燥地灌漑農業地域における砂丘地に隣接した塩害地の植生変化
9HJHWDWLRQFKDQJHRIVDOLQHODQGWRVDQGGXQHLQWKHDULGLUULJDWLRQDJULFXOWXUDODUHD
前川健太朗 1・赤江剛夫 1・森也寸志 1・守田秀則 1・史海濱 2
1 岡山大学大学院環境生命科学研究科・2 内蒙古農業大学

要旨(Abstract)
中華人民共和国河套漑区を対象とした調査では，砂丘と湖が隣接している地点が多く観察された．そのことより，砂丘は湖へ水資源を涵養していると考えられた．そこで，中間点にあたる塩害地では，砂丘が無い場合と比べ降雨前後の植生の変化にどのような違いがあるのか，NDVI（正規化差分植生指数）を比較した．結果，降雨前後において砂丘が隣接している塩害地で，
NDVI の増加量が大きいことが確認された．
テーマ：土壌物理研究の最前線 Trend in Soil Physics
キーワード：Landsat，正規化差分植生指数，砂丘，塩害地
Key words: Landsat，NDVI，sand dune，saline land2．研究方法1.はじめに(1) 研究対象地・衛星データの取得・時期

砂丘は砂が風の作用によって堆積したものであるため，構成する砂は比較的粒径が大きく

調査地は中華人民共和国内蒙古自治区の河等しい．この特徴から，降雨の浸潤割合が高い

套灌区を対象とした．使用したデータは，

こと，毛管上昇が弱く蒸発散が少ないことが示Landsat-8 のバンド 2～4 より作成した衛星画像，

されている．さらに砂丘，塩害地，湖が隣接しバンド 4 と 5 より作成した NDVI，岡山大学地ている地点が多く点在しており，砂丘に一時的

形情報管理学研究室作成の土地利用分類ポリに貯留された水が塩害地，湖へ涵養されている

ゴン，観測衛星「だいち」による標高データでことが予想された．仮に，塩害地へ水資源が供ある．これらをオープンソース GIS である

給されていれば，特に降雨後，植生が豊かにな

QGIS 上 で 処 理 し ， デ ー タ 整 理 に 用 い た ．

ることが確認できるのではないかと考えられLandsat-8 のデータは USGS（アメリカ地質調査た．そこで，砂丘が隣接している塩害地とそう所）の Web サイトより，標高データは JAXA

でない塩害地では，降雨後の植生の増加にどのの Web サイトよりダウンロードした．

ような違いが現れるのか，Landsat-8 より取得
した NDVI を比較し，植生の違いを示すことを目的とした．
砂丘

1034

塩害地
湖

海抜（m）

1039

1029

300.0 240.0 180.0 120.0 60.00.0

図 2．砂丘，塩害地，湖が隣接している地点

距離（m）

図 1．砂丘，塩害地，湖が隣接している地点の断面の衛星画像（Googlemap より引用）

76

ラフを載せる．それぞれの平均値は砂丘が隣接している塩害地で 0.006 ，隣接していない塩
害地で -0.005 となった．平均値の比較より，
砂丘が隣接している塩害地では降雨後の植生指数の増加が大きいことが示された．しかし，この平均値の差が統計的に有意かを確かめる
ために，有意水準 5％で両側検定の t 検定を行
図 3．図 2 に 2015 年 3 月の NDVI データをったところ，p = 0.088であり，平均値の差に有重ねた図（色が濃いほど NDVI が高い）

意差は見られなかった．

今回は 2015 年 4 月 1 日に観測された 35.4

-0.04mm の降雨を対象とし，その前後の NDVI を比

0.04

砂丘が隣接
している

較する．また NDVI は降雨前として 2015 年 3

4月NDVI-3月NDVI
-0.02
0
0.02

月 25 日，
降雨後は 2015 年 4 月 26 日の Landsat8 のデータより算出する．
まず，可視光の画像，土地利用分類ポリゴン，
標高データより，砂丘に隣接している塩害地と隣接していない塩害地を 8 地点ずつ選定する．

砂丘が隣接
していない

(2) 手法選定した塩害地に QGIS 上で Landsat-8 の解像度と同じ 30m 四方のマス目を作り，降雨前後

図 4．4 月 NDVI - 3 月 NDVI（正の値が植生の NDVI（正規化差分植生指数）をそれぞれ 10の増加を表す）～40 マス程度抽出する．さらに 1 地点ごとの4.終わりに平均値を求め，上昇値を比較する．
NDVI は植物の緑葉が近赤外領域を強く反砂丘が湖へ水資源を涵養していることを示

射し赤領域を吸収する特性を利用した，植生のすために，途中に広がる塩害地の植生に注目し量や活性度を表す指標であり，式（1）で定義検討した．今回の研究対象地は乾燥地灌漑地域

される．

であり，灌漑水により地下水位が浅い．地域内
NDVI =𝜌𝜌𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 − 𝜌𝜌𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝜌𝜌𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 + 𝜌𝜌𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅

は塩害の影響を受やすいため，塩害地同士を比

(1)

較した．

ここで 𝜌𝜌𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 ，𝜌𝜌𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 はそれぞれ近赤外波長及今後は，砂丘がどの程度水資源を涵養し，利び赤波長領域の地表面反射率を示している．

用可能であるかを検討していく．

Landsat-8 のバンドの番号はそれぞれ 𝜌𝜌𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 が5，
𝜌𝜌𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 は 4 である．NDVI はその式の構造上-1 から+1 までの値を取るが，陸域ではほぼプラス

謝辞
本研究の一部は，日本学術振興会「最先端・次世代研究開発支援プログラム」（GS021），
科学研究費補助金（基盤 B 26292128，
基盤 B 26292127，の値をとり，植生が多い（または活性度が高い）

基盤 S 25220104）の補助を受けて行われた．記して感謝する次第である．

と値は高くなる．（2011，多炭）

参考文献等
多炭雅博(2011)，NDVI による蒸発散量推定手法の乾燥地灌漑農業地帯への適用について 日本雨水資源化システム学会誌，17，17-23

3.結果と考察
図 4 に各地点の NDVI の増加量を示したグ

77

P33

津波被災農地の高水分・高塩分における土壌溶液ＥＣの推定:
数値実験による潮受水路の塩害抑制効果の予測
Estimation of Soil Solution EC for Tsunami Affected Agricultural Fields:
Numerical Simulation to Predict Surface Leaching Effect by Surface Water Canal
System
徳本家康 1・道脇幹雄 1・千葉克己 2・宮本英揮 1・溝口勝 3
1 佐賀大学農学部・2 宮城大学食産業学部・3 東京大学大学院農学生命科学研究科

要旨；
宮城県の津波被災農地の沿岸部では，地下水を介した塩水の侵入により，2 次的な塩害が生じている．塩水侵入防止策として，潮受水路の建設が行われており，その除塩効果の評価・予測には土壌溶液 EC の推定が重要である．本研究では，土壌溶液 EC を推定することで，実測値に基づ
き，潮受水路による塩害抑制効果を数値実験で予測した．
テーマ：土壌物理研究の最前線 Trend in Soil Physics
キーワード：津波被災農地，土壌溶液 EC，潮受水路
Key words: Tsunami affected fields, Soil solution EC, Surface water canal system
一方で，Rhoades et al. (1976)は，土壌の高水

1.はじめに宮城県の津波被災農地の沿岸部では，地下水分領域において，(ECb - ECs)/ECw と は直線

への塩水の侵入により，津波被災の除塩後にお関係で表される．本研究では，津波被災直後のいても 2 次的な塩害が生じている．塩水侵入抑  0.3 m3 m-3 の条件を仮定して，以下に示す制策として，潮受水路の建設が行われており，

線形モデルで ECw の推定を行った．

その除塩効果の評価や予測には土壌溶液 EC(ECb- ECs)/ECw = Aθ + B(ECw)の推定が重要である．本研究では，津波

ここで，A と B は土壌に依存する実験定数で被災農地の土壌を用いて，Rhoadse モデルによ

ある．

[2]

る ECw の推定を行った．津波被災農地における体積含水率θ，土壌バルク EC (ECb)などの実

３．実験方法測値に基づき，不飽和帯における高水分・高塩(1) ECb- ECw の関係式

分条件下の ECw を求めることで，潮受水路か

土壌試料は，2014 年 9 月に宮城県岩沼市のら水を浸潤させる場合の除塩過程を数値実験

津波被災農地から採取した津波被災土である．

で予測した．

風乾した津波被災土（深さ 15～45 cm）を 2
mm 篩にかけた後，高さ 10 cm，内径 4 cm の２．土壌溶液ＥＣを推定するモデルの導出

円筒カラムに試料（乾燥密度 1.0 g cm-3）を充(1) Rhoadse モデルによる ECw の推定

填した．
円筒カラムの中央に TDR プローブ
（プ

Rhoadse モデルでは，電気抵抗のアナロジー

ローブ長 7.5 cm）を鉛直方向に挿入し, カラムを適用して，高水分から低水分領域において非下端から純水(EC= 0.13 mS m-1)を与えて，任意線形曲線で ECw が求められる．

のを作成した． 分布を均一にするのに 2 日[1]ほど静置した後，TDR100 を用いて ECb とを

ここで，ECs は土壌固相の電気伝導度である．

計測した．さらに，同試料を用いて，遠心分離

ECb = TθECw + ECs

78

器で抽出液を採取することで ECw を求めた．

(2)津波被災農地の観測データ

ECs は，超音波洗浄した津波被災土壌を用いて，2014 年 9 月から 10 月において，台風の影響

EC 1:5 抽出法で求めた EC (EC1:5)と仮定した．

もあり，土壌深さ 10 cm 以深のは 0.3 m3 m-3(2)津波被災農地におけるECb の観測より高かった．ECb は深さ 10 cm，40 cm でそ

宮城県岩沼市の津波被災農地において，TDT

れぞれ 1 dS m-1, 3.7 dS m-1 程度であった．これ

センサーによると ECb の観測を行った．FMS

は，地下水がおよそ 30 cm と浅く，地下水の(クロスアビリティー社)により，1 時間毎に取EC は 20 dS m-1 と高い状況であったためと考え得したデータが随時ウェブサーバーにアップられる．

ロードされるのでデータの確認が容易であり，圃場の作物の生育状況や土壌の状態を把握す

５．塩害抑制予測のための数値計算実験

るのにウェブカメラによる圃場の自動写真撮

塩水侵入抑制のために，潮受水路から土中に影も行った．また，地下水を介した塩水侵入を流す浸透量 Q は，次式により推定される（佐々把握するため，地下水位，地下水の EC, 降雨

木，2014）．

量を 1 時間毎に計測した．本稿では，数値実験

Qの対象である 2014 年 9 月～10 月の観測データ[3]

ここで，K：透水係数 (m h-1), H：内外水位差(m),に焦点を当てた考察をおこなった．

L：潮受水路長 (m), d：透水長 (m)である．こ４．結果および考察

れは，潮受水路の流量を海側と水路側の圧力水(1) ECb- ECw 関係式のパラメータ推定

頭差によって浸透量を決定してあり，「汎用性図 1 は，が 0.3 m3 m-3 よりも高い水分量の条件における(ECb- ECs)/ECw の変化である．土があり，尚且つ容易に誰でも計算できるもの」
として提案されている．

ECs は 0.042
壌の EC1:5 は 3.6 dS m-1 程度であり，

数値実験では，海側からの農地までの距離を

dS m-1 であった．土壌水分量の減少に伴い，考慮して，Q = 10.4 cm2 d-1(N=0.25 m d-1, H=(ECb- ECs)/ECw が直線的に減少する傾向がみ

0.5 m, d=30 m) を仮定した．潮受水路からの水られた．したがって，式[2]の線形モデルの仮の浸潤に伴う除塩過程を Hydrus 2D を用いて定は妥当であるとみなし，最小二乗法により，計算した．土壌中の塩分移動予測のため，兼子

式[2]のパラメータ A= 8.99, B= -1.78 を決定しら（2002）が求めた塩化物イオン濃度-EC の関た（r2= 0.91）．

係式と式[2]を組み合わせて，以下の式を導出した．

(ECb- ECs)/ECw

Cl- 濃度 (mg-Cl L-1)

[4]

これにより，2014 年 9 月を初期条件とした土Eq. [2]

壌水分・塩分移動の計算が可能となり，数値実験を行った．
６．謝辞
本研究は，科学研究費補助金（基盤（C）：26511009）
および（基盤（C）：15K11960）」によって実施された．また，仙台土木設計（株）佐々木甲也 氏には潮受水路の流図 1 津波被災土壌のECb-ECw 関係式

量決定に関して助言を頂いた．ここに，深謝いたします．

79

P34

大気 㻯㻻㻞 濃度と窒素施肥が水田における㻌
メタンの生成および酸化に及ぼす影響㻌㻱㼒㼒㼑㼏㼠㼟㻌㼛㼒㻌㼍㼠㼙㼛㼟㼜㼔㼑㼞㼕㼏㻌㻯㻻㻞㻌㼏㼛㼚㼏㼑㼚㼠㼞㼍㼠㼕㼛㼚㻌㼍㼚㼐㻌㼕㼚㼜㼡㼠㻌㼚㼕㼠㼞㼛㼓㼑㼚㼛㼡㼟㻌㼒㼑㼞㼠㼕㼘㼕㼦㼑㼞㻌㼛㼚㻌㼜㼞㼛㼐㼡㼏㼠㼕㼛㼚㻌㼍㼚㼐㻌㼛㼤㼕㼐㼍㼠㼕㼛㼚㻌㼛㼒㻌㼙㼑㼠㼔㼍㼚㼑㻌㼒㼞㼛㼙㻌㼞㼕㼏㼑㻌㼜㼍㼐㼐㼥㻌㼒㼕㼑㼘㼐㼟㻌

永澤裕人 、西脇淳子 、常田岳志 、荒井見和 、中村浩史 、酒井英光 、長谷川利拡 

茨城大学農学部 農研機構農業環境変動研究センター 太陽計器（株）、 農研機構東北農研

要旨(Abstract)

将来予想される大気 CO2 濃度の上昇は水田からのメタン生成を促進する 1)。本研究では窒素の施
肥、無施肥、イネの品種が CO2 濃度との相互作用によってメタン生成、酸化に及ぼす影響を調べた。研究の結果、高 CO2 処理は品種・窒素レベルによらず、メタン生成量を平均で約 32.8%増加させた。また、CO2 濃度と窒素施肥の交互作用は有意ではなく、両者が相加的に生成量、ひいては発生量を増加させることが明らかになった。さらに酸化量は生成量に伴って増減する傾向を示した。
テーマ：土壌物理研究の最前線 Trend in Soil Physics
キーワード：二酸化炭素、メタン、地球温暖化
Key words: carbon dioxide、methane、global warming
1. はじめに 産業革命以降、世界的に大気

動するか調べることを目的とした。

CO2 濃度は増加傾向にある。現在、その大気中

2. 方法 実験は茨城県つくばみらい市 FACEの濃度は約 400ppm に達し、将来的に更なる水田圃場で実施した。農家水田 4 筆それぞれに、

CO2 の増加が見込まれ、今世紀末には 421～

外気 CO2 濃度区(Ambient)と高 CO2 濃度区(外936ppm に達するとされている 2)。

気+200ppm, Free-Air CO2 Enrichment,

また、メタンは二酸化炭素に次ぎ、主要な温FACE)を設け、それぞれの CO2 区内に窒素施室効果ガスの 1 つとされており、その主な人為

肥区(8gN/m2, N8)と無窒素区(N0)を設定した的発生源のひとつに水田がある。温暖化係数は(副区)。さらに多収性のインド型品種タカナリ

二酸化炭素の約 34 倍 2)であり、その量に対すと標準的な日本型品種コシヒカリの 2 品種をる温室効果への影響は大きい。メタン生成菌にそれぞれの窒素区で栽培した(副々区)。2016より発生するが、メタン酸化菌によって、発生

年 5 月下旬に 1 株 3 本植、栽植密度 22.2 株(30した一部は酸化される。このメタン酸化菌はメ

cm x 15 cm)で移植し、幼穂分化期(Panicle

タンを唯一の炭素源、及びエネルギー源としてInitiation, PI)にメタン発生量(=生成量–酸化

生育する好気性微生物であり、水田からのメタ

量)、メタン酸化量、およびメタン生成量(=メン発生低減への活用が期待されている 3)。

タン放出量+酸化量)を測定した。

水田からのメタン発生には、CO2 濃度、肥料

メタン発生量はクローズドチャンバ法で測4)、品種 5)などの自然条件、栽培管理法などが定し、生成量および酸化量は、メタン酸化阻害

影響することがわかっている。本研究は今後予剤(CH2F2)を用いて測定した。チャンバのヘッ

想される CO2 濃度上昇がメタン生成量およびドスペースに CH2F2 を添加(3% v/v)、一晩イン

酸化量に及ぼす影響を調べ、その促進程度が窒

キュベーションすることで、根圏で生じるメタ素の施肥、無施肥、品種によって、どの程度変ン酸化を阻害した(Treatment：Trt)。この時、80

対照として阻害剤の代わりに大気をチャンバに同量添加する区を設けた(Control：Ctrl)。イ
ンキュベーション後にメタンフラックスを測定し、Trt からのフラックスを「メタン生成量」、
Trt と Ctrl の差から「メタン酸化量」を求めた。
3. 結果と考察 高 CO2 処理は品種・窒素レベ
ルによらず、メタン生成量を平均で約 32.8%増加させた(Fig. 1)。また、窒素施肥は Ambient

Figure 1 Trt のメタン生成量(PI 期)

区のコシヒカリを除き、メタン生成量を増加させた(平均で 14.2%）。一方、品種によるメタン
生成量に有意な差は認められなかった。
高 CO2
濃度下での窒素肥料の投入はイネのメタン生成を促進させることが推測できた。
 生成と酸化の関係(Fig.2)からメタン生成量と酸化量には相関がみられ、
y=0.1425x-0.4183 の式で近似できた。メタン
生成量の増減に伴って酸化量も増減する傾向がみられ、メタン酸化量が生成量に影響を受け

Figure 2 メタン生成量と酸化量の関係(PI 期)

ることを推察できた。また、近似曲線より、メタンの生成量から酸化量が概算できることが示唆された。

引用文献

4. おわりに 本研究では、イネ栽培圃場内に

1. Cheng W, Yagi K, Sakai H, Kobayashi K. (2006) Effects

高 CO2 濃度区を設定し、さらに窒素の施肥、

of elevated atmospheric CO2 concentrations on CH4 and

無施肥、品種がイネのメタン生成、酸化に及ぼ

N2O emission from rice soil: an experiment in controlled

す影響を調べた。CO2 濃度の上昇により、メタ

environment chambers. Biogeochemistry, 77, 351-373.

ン生成量も増加し、さらに窒素肥料の供給量の2. 気候変動に関する政府間パネル(IPCC) 第 5 次評価報告書

差が CO2 濃度と相加的に影響し、メタン生成

2014 年量の増加に繋がった。CO2 濃度の上昇はメタン

3. 浅川 晋(2006) 水田圃場に生息する新規なメタン酸化細生成を促進し、温暖化をさらに進めることが想菌の特性解明 “水田からのメタン発生低減への活用を目指し定される。また、メタン酸化量は生成量に伴って”．公益信託 エスペック地球環境研究技術基金 平成 17て増減することから、メタン発生の抑制には大年度 助成金研究 報告書

気 CO2 増加の抑制が必要である。

4. 前田忠信，久保二郎，平井英明(2005). 日作紀，74(1) 58-64
5. Mitra S., Jain M.C., Kumar S., Bandyopadhyay S. K.,

謝辞 本研究は JSPS 科研費 JP16K14875,

and Kalra N.(1999) Effect of rice cultivars on methane

JP16H06204, JP26252004, JP26252061 および農林

emission, “Agriculture, Ecosystems and Environment 73,

水産省プロジェクト研究「気候変動に対応した循環型

177-183”

食料生産等の確立のための技術開発」の助成を受けました。深くお礼を申し上げます。

81

P35

土壌パイプが閉塞した際の斜面の水文応答
Hydrological response of soil slope to pipe clogging
山崎琢平・井本博美・濱本昌一郎・西村拓
東京大学大学院農学生命科学研究科
要旨(Abstract) 土壌パイプ末端の閉塞に伴う斜面，および土壌パイプ内の流れの変化を明らかにするため，人工的に土壌パイプを埋設した傾斜土槽を用いた降雨実験を行った．流出口に開放された開放土壌パイプは降雨時に斜面の水みちとなって排水を促進し，パイプ内部では開水路流が形成された．パイプ出口を人工的に封鎖するとパイプ内部に残った空気が外部へ移動できなくなり周囲の土壌からの水の侵入増加を阻害，その結果パイプの通水量は閉塞前後で変化しなかった．
テーマ：土壌物理研究の最前線 Trend in Soil Physics
キーワード：土壌パイプ，パイプ閉塞，地下水面，空気封入，室内実験
Key words: Soil Pipe, pipe clogging, groundwater table, air entrapment, bench-scale experiment
イロンメッシュで覆った．
 試料は豊浦砂を用いた．含水比 3 %に調整
した後，乾燥密度 1.43 g cm-3 で 30 cm 高さまで充填した．土壌パイプは，底面から 2.5
cm 高さに埋設し，1 cm アクリル槽の下流端から飛び出すように配置した．下流端のアクリル厚さが 1 cm のため，実質の土壌パイプ
長は 48 cm，水流感知用の電極はそれぞれ流出口から 2，23，45 cm に位置している．
 試料を充填した後，200 mm h-1 の降雨を土槽が定常状態に達するまで与えた．定常状態に達した後，土壌パイプの流出口をゴム栓で封鎖し，パイプ下流端の閉塞を再現した．実
験中はパイプ内の空気圧および水流の有無，
土槽 12 箇所の土壌水圧，下端流出量を 10 秒
間隔で測定した．

１．はじめに 土壌パイプとは，マクロポアの中で斜面に平行に存在するものを指す．この土壌パイプは降雨時に地中の水みちとして機能し，斜面安定性を高めるとされている 1)．
一方で，パイプ内部が閉塞した際には，閉塞地点に水が集中することで崩壊の原因になりうることが斜面崩壊地点の観測 2)や，室内実験から指摘されている 2) 3) 4)．
 しかしながら，多くの室内実験は降雨前から土中に埋まり，外部から孤立した閉鎖土壌
パイプを用いてパイプ閉塞を評価しており，
降雨中に土壌パイプが閉塞した際の斜面，および土壌パイプ内の動的な水文応答を扱ってはいない．そこで，本研究は流出口に繋がった開放土壌パイプを意図的に閉塞させること
で，パイプ閉塞時の斜面の水文応答を実験的に明らかにすることを試みた．

降雨装置
２．
実験方法 本研究で用いた土壌パイプは，
内径 7 mm，外径 10 mm，長さ 50 cm のアク
リルパイプである．側面に直径 3 mm の穴を
1.3 cm-2 の密度で開け，周りをナイロンメッ
シュで覆った．土壌パイプにはパイプ内部の水の有無を探知するために，電極を 3 箇所設
置した．また，上流端に PVC チューブを接続し，パイプ内部の空気圧を測定した．
実験装置は長さ 60 cm，
高さ 35 cm，
幅 4 cmのアクリル槽を用い，傾斜角は 20°とした(図 1)．下流端には底面から 5 cm 高さまで流出口を設け，その上部は土壌空気と大気の連続性を保つために 3 cm 間隔で穴を空け，ナ

土壌パイプ
20°
: テンシオメータ: 電極
図 1 降雨実験装置

82

３．結果と考察 図 2 にパイプ閉塞前後の定常地下水面を示す．パイプ閉塞前の地下水面
は土壌パイプの高さまでしか上昇しなかった．
土壌パイプを埋設しなかった条件(パイプなし)と比較しても低く留まっており，開放土壌
パイプは斜面の水みちとして機能した．パイ
プ流出口を観察すると，パイプ内は開水路の形で水が流れていた．パイプ出口で測定した
流量は 1.1 cm3 s-1 であったが，これは動水勾
配を斜面勾配と等しいと仮定して Poiseulle則で計算した満流時のパイプ流量 220 cm3s-1 に比べて低く，開水路流は妥当な形態といえる．実際の斜面でも開水路として水が流れる土壌パイプが観測されている 5) 6)．
 パイプ出口をゴム栓で封鎖すると，パイプ閉塞前と平行で，かつパイプ全体を覆う地下水面(パイプ閉塞)が形成された．パイプなし
条件よりも地下水位は低く，パイプ閉塞後もパイプの排水機能は維持されていたと考えられる．ただし，既往の実験 3) 4)のようなパイプ末端への水の集中やパイプ上流側における勾配がほぼゼロの地下水面の形成はみられな
かった．
 図 3 にパイプ閉塞に伴う土壌パイプ下端，
中央，
上端 3 点の土壌水圧，
パイプ内空気圧，およびパイプ内の電極応答の経時変化を，パ
イプ閉塞時点を 0 分として示す．電極は非通電時(水がないとき)には 0.5 の値を示し，通電により増加する．パイプ出口を封鎖すると，
土壌水圧と空気圧が瞬間的に増加した後，17分程かけて緩やかに増加し続け定常状態に達した．空気圧の上昇は，土壌パイプ出口の閉塞によってパイプ内部の空気が閉じ込められ，移動できなくなったことを示す．一方，パイプ内に設置した電極は，閉塞前には下端から中央まではパイプ流が生じていたことを示したが，閉塞前後で値(平均値)に変化がなかった．これらのことから，パイプ内部に閉じ込められた空気によって，周囲の飽和した土壌
からパイプへの水の侵入量増加が妨げられ，結果としてパイプ通水量に変化が生じなかったと考えられる．既往の実験で用いられてきた閉鎖土壌パイプは，内部が水で満たされた
パイプの閉塞を再現している．本実験でみられた開水路流を持つ土壌パイプでは，内部に残った空気によってパイプ内の水量の増加，

つまりパイプの通水量が制限され，既往の実験と異なる応答を示すことが示唆された．
４．まとめ 土壌パイプ出口の閉塞による斜面，土壌パイプ流の応答を明らかにする室内実験を行った．その結果，開水路流が形成されている土壌パイプは，出口が閉塞した際に，閉鎖土壌パイプとは地下水面，パイプ内部の流れの両方で異なる結果を示した．また内部に封入された空気が，出口閉塞後のパイプ通水量を制限していることが示唆された．
引用文献
1) Tani, 2013, Hydrol. Earth Syst. Sci. 17: 4453–4470
2) Pierson, 1983, Q. J. eng. Geol. London 16: 1-11
3) 内田ら, 1995, 日林論 106: 505-508
4) Kosugi et al., 2004, Hydrol. Process. 18: 777-789
5) Terajima et al., 2000, Hydrol. Process. 14: 713-726
6) Anderson et al., 2009, Hydrol. Earth Syst. Sci. 13:
934-94428

地下水位 (cm)

24
20
16

12

土壌パイプ
開放パイプ
パイプ閉塞
パイプなし

8
4

0
0

10

20
30
40
50
流出口からの距離 (cm)60

図 2 定常状態の地下水面

電極応答㻔比電圧㻕

土壌水圧、空気圧㻔㼏㼙㻴㻞㻻㻕

㻡㻚㻜
㻠㻚㻜
㻟㻚㻜

㻞㻚㻜
㻝㻚㻜
㻜㻚㻜
㻙㻝㻚㻜

㻙㻝㻜

㻙㻡

㻜

㻡
時間㻔分㻕

㻝㻜

㻝㻡

㻞㻜

㻙㻞㻚㻜
㻙㻟㻚㻜

パイプ下端㻔㻡㼏㼙㻕中央㻔㻞㻤㼏㼙㻕

㻙㻠㻚㻜

上端㻔㻠㻡㼏㼙㻕

空気圧

㻜㻚㻡㻢
㻜㻚㻡㻟
㻜㻚㻡
㻜㻚㻠㻣
㻙㻝㻜

㻙㻡

パイプ下端㻔㻞㼏㼙㻕

㻜

㻡
㻝㻜
時間㻔分㻕
中央㻔㻞㻟㼏㼙㻕

㻝㻡㻞㻜上端㻔㻠㻡㼏㼙㻕

図 3 パイプ流出口閉鎖前後の土壌パイプ周辺の地下水面，パイプ内部の空気圧，および電極
牡反応の経時変化．

83

P36

84

85

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土のヒートパイプ現象を利用した地表－地中間の熱輸送装置の開発
Use of soil heat-pipe phenomenon to develop a heat transport device between soil
surface and underground
百瀬年彦 1
1 石川県立大学

生物資源環境学部 環境科学科
要旨(Abstract)

適度に湿った土は、減圧条件下で、金属と同程度の熱伝導率を持つ。この土の熱伝導率の劇的な増加は、土の中の個々の間隙がヒートパイプとして機能し、土全体にひとつながりのヒートパイ
プ現象を引き起こすことに起因する。本研究では、土が大きな熱輸送を行える新素材となりうることに着目し、土を利用した熱輸送装置を製作しつつ新しい地中熱利用技術としての可能性を探る。
キーワード：ヒートパイプ, 土の熱伝導率，地中熱利用
Key words: Heat pipe, soil thermal conductivity, geothermal energy use
２．試料および方法

1.はじめに

常識的には、土の熱伝導率は金属よりも小石川県農林総合研究センター・能登分場のさい。これは土が空気を含むことと関係する。 赤黄色土を採取し、風乾し 2mm 篩を通過した
では、土から空気を抜いたらどうなるだろう

ものを試料として用いた。

か。私はこれまでの研究で、減圧下における熱輸送装置は以下のようにして製作した。

土の熱伝導率は最大で金属と同程度にまで

円筒アクリル容器（外径 50mm, 内径 44mm,

劇的に大きくなることを見いだした

長さ 200mm）に赤黄色土（固相率 0.35, 水(Momose & Kasubuchi, 2002)。さらに、この分率 0.25）を充填し、容器上下面をアルミ

大きな熱伝導率を持つ土の中では、高温側か丸板（直径 70mm, 板厚 2mm）で挟み、シリら低温側への水蒸気による大きな潜熱輸送

コンボンドで接着した。
アクリル容器に 1mmがあり、それと同時に、低温側から高温側へ径の穴を開け、容器内気圧を制御できるよの液状水の戻りがあることを突き止めた。高

うにした。気圧制御は、真空ポンプとレギ

温側と低温側とで、水が相変化をしながら循ュレータで行った。

環し、熱を伝える現象は、工学分野でよく知熱輸送装置の性能評価を行うため、温室模られるヒートパイプの作動原理と同じであ型を作った（図１）。縦・横・高さがそれぞる。そこで、土の熱伝導率の劇的な増加を土れ 40cm, 30cm, 30cm のアクリル箱を作り、のヒートパイプ現象と結論づけた

底面はアルミ板とし、上面はアクリル板とし(Sakaguchi et al, 2009; 粕渕ら, 2011)。

た。熱輸送装置を垂直に設置し、底面から本研究では、土が大きな熱輸送を行う新素

0cm, 5cm, 10cm, 15cm, 20cm に熱電対を取材となりえることに着目し、土を用いた熱輸り付けた。熱輸送装置が埋設されるよう底面送装置を製作する。そして、その性能評価をから高さ 20cm まで発泡スチロール材を充填行い、新しい地中熱利用技術としての可能性した。このアクリル箱の底面を 15℃に設定を探る。

した水槽に接触させ一定温度にした。熱伝導86

率の低い発泡スチロール材を用いた理由はよる潜熱輸送である。
（３）その潜熱輸送の熱輸送装置の効果を把握しやすくするため、恒常性が維持されることから、下面から上底面を 15℃に設定した理由は地下 10m 付近

面への液状水の戻りがある。

の地温を想定したためである。この温室模型

今回の模型実験で、熱輸送装置の上面温度を室温 27℃に設定した実験室内に設置した。

は気温よりも約 7℃低くなることが明らかと

熱輸送装置内を大気圧から 15℃の飽和水蒸なった。実際の温室内に冷熱源を作り出せる気圧（1.7 kPa）に変化させ、熱輸送装置の可能性が示唆された。今後の課題としては、各位置における温度変化を 10 分間隔で約 25①夏季屋外での実験、②本装置を真空ポンプ

時間記録した。記録開始から約 8 時間後に真系統から独立させる技術（密閉系を作り出す

空ポンプを作動し、その 13 時間後に大気圧技術）の確立、③本装置の大型化、④さらにに戻した。

高い熱伝導率が得られる土の探求、などが挙げられる。

図１ 実験装置（温室模型）
３．結果および考察

図２に結果を示す。温室模型の気温は約27℃でほぼ一定であり、熱輸送装置の底面

図２

実験結果

の温度（Bottom）
も約 15℃で一定であった。
熱輸送装置の上面の温度（Top）は、大気圧

参考文献

下で 25℃であったのに対し、減圧するとと

Momose, T. & Kasubuchi, T. (2002) Effect of reduced air

もに急激に低下し、20℃で定常状態となっpressure on soil thermal conductivity over a wide

た。底面から 15cm, 10cm の温度もまた、減range of water content and temperature. European

圧とともに低下し、20℃付近で定常状態とJournal of Soil Science, 53, 599-606.

なった。5cm の温度は、真空ポンプ作動後

Sakaguchi, I., Momose, T., Mochizuki, H. & Kasubuchi, T.

にわずかな上昇が見られ、その後、元の温(2009) Heat pipe phenomenon in soil under reduced

度に近づいた。

air pressure. European Journal of Soil Science, 60,
110-115.

これらの結果から、本装置はヒートパイ

坂口巌 (2011) J.R. Philip and D.A

プとして機能することが裏付けられた。つ

粕渕辰昭

まり、
（１）本装置における上面の急激な温

deVries 著「温度勾配下における多孔体中の水分移動」を基

度低下は、上面から下面への大きな熱輸送にした研究展開ー液島モデルからマイクロ・ヒートパイプモに起因する。
（２）その大きな熱輸送の正体

デルへー 土壌の物理性, 119, 53 – 64.

は、減圧下で増大することから、水蒸気に

87

百瀬年彦

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ダイズポット栽培実験における蒸散速度と蒸発散速度の日周期変化
'LXUQDOYDULDWLRQVLQWUDQVSLUDWLRQUDWHDQGHYDSRWUDQVSLUDWLRQUDWH
IRUVR\EHDQSRWFXOWLYDWLRQV大西一平 1・坂井勝 1・取出伸夫 1・成毛千尋 2
1 三重大学大学院生物資源学研究科・2Utah State University

要旨
ガラス室内でマルチの有無を与えたダイズポット栽培を対象にポットの重量変化より蒸散速度（Ta）と蒸発散速度（ETa）の日周期変化を測定した．Ta が相対的に大きな条件のため，発芽後 1 ヶ月以降 TaETa の日周期変化を示した．水ストレスのない条件より生育期間の可能蒸散速度（Tp）と可能蒸発散速度（ETp）の比の変化を推定した．また，蒸散ポットより先に蒸発散ポットの水ストレスが生じ始めた期間の ETa を Taと見なして Ta/Tｐの日周期変化を得た．
キーワード：蒸散速度，蒸発散速度，日周期変化
Key words: Transpiration rate, Evapotranspiration rate, Diurnal variationはじめに

ット管を用いて定期的に行った．

圃場における蒸発散は，土中水分量や気象条

３．結果と考察

件，植物の生長段階により変化する．土の乾燥が蒸散ポットと蒸発散ポットのダイズは，6/21 の発進むと，蒸発散は最大速度から徐々に低下する．

芽以降ほぼ同様の生長をした．図１はマルチ設置

土中の水分移動解析では，気象条件により決まる

以降における，給水直後の水ストレスの小さい期

可能蒸発散速度（ETp）と実際に生じている実蒸発間の蒸散ポット，蒸発散ポットの重量変化から求散速度（ETa），また蒸発散中の蒸発と蒸散の割合

めた 30 分毎の Ta と ETa の日周期変化である．生Ta/ETa の評価が必要である．植物の生長に伴い育期間を通して Ta と ETa は日中に最大となり，夜根の吸水による蒸散は変化するが，日周期変化

間はほとんど生じなかった．また，水ストレスがなを測定した事例は少ない．そこで本研究は，ガラ

いと考えると，Ta と ETa は可能蒸発散の Tp と ETp

ス室内でマルチの有無を与えたダイズポット栽培と見なせる．発芽直後の 6/28 はダイズが未成熟でを行い，ポットの重量変化から蒸散速度（Ta）と蒸Ta  0 のため ETa  Ea である．その後，ダイズの生発散速度（ETa）の日周期変化を測定した．

長に伴い Ta は増加し，7/18 から老化が進行する

２．試料と方法

までの期間，Ta  ETa の日周期変化を示した．この

ダイズポット栽培は 2015 年 6/18～10/10 に三重

期間は，気温の高いガラス室内（7，8 月の日中平大学内のガラス室で行った．砂壌土を 1/2000a の

均 33℃，最高気温 44℃，夜間平均 25℃）では Ta

ワ グ ネ ル ポ ッ ト 2 個 に 高 さ 24cm ， 乾 燥 密 度が非常に大きく，Ta >> Ea で Ta が相対的に大きい．

1.2g/cm3 で充填し，フクユタカを直播した．3，9，

そのため，蒸発散ポットでは ETa  Ta であり，両ポ

15，21cm 深にテンシオメータと TDT を設置し，土ットの Ta の日周期変化はほぼ等しいことが確認で中水圧力と水分量を測定した．電子天秤を用いきる．これは，両ポットの Ta は気象条件で決まる Tpてポットの重量変化を測定し，蒸発散速度を求めを示したことを裏付けている（図 1 8/13,8/14）．8 月

た．6/24 にビニールマルチを施し蒸発を抑制した

中旬に Ta は約 7cm で最大となり，9 月中旬以降

ポットを蒸散ポット，マルチ無しのポットを蒸発散

はダイズの老化により徐々に減少した．図 2 は，給ポットとした．給水と施肥は，ポット下端からマリオ

水直後の水ストレスのない条件を可能蒸散とみな96

した 1 日間の Tp と ETp の比の変化である．Tp /ETp

分分布である．蒸発散ポットの水分量は表層付近

は成長期間では増加，その後老化が生じるまでで減少し，上層部において水ストレスが生じていの期間では Ta >> Ea のため 1 で一定，老化期間たと考えられる．一方，蒸散ポットの上層部の水分では減少の関係を示した．蒸発散により土中の水量低下は小さい．そのため，7/26，7/27 の期間は，分量が減少すると水ストレスが生じる．図 3 は，蒸発散ポットは Ta，蒸散ポットは Tp の日周期変化

7/25～7/27 の Ta と ETa の日周期変化，図 4 は水を示したと考えられる．

97

P43

鉾田地域における地下水中の硝酸態窒素濃度と土地利用の関係－空中写真に基づく自作 GIS データと既存 GIS データを用いた解析－

Relation between land use and groundwater nitrate in Hokota region:
Correlational analysis by using aerial photograph-based original GIS data and existing GIS data
平野七恵 1・江口定夫 1・板橋直 1・吉川省子 1・神山和則 1・大内孝雄 2・松森堅治 3
1 農業・食品産業技術総合研究機構（農研機構）農業環境変動研究センター
2 茨城県霞ケ浦環境科学センター・3 農研機構

西日本農業研究センター

Abstract
霞ヶ浦の北浦に注ぐ鉾田川は硝酸態窒素濃度が高く、その原因の解明が求められている。本研究では、2 種類の GIS データを使用して、鉾田地域を対象に地下水中の硝酸態窒素濃度と土地利用の関係を調査した。空中写真から自作した GIS データにより、既存の GIS データでは区別できな
い施設畑の面積が露地畑に匹敵すること、台地上の水田面積が既存 GIS データでは過小評価されていること、また、地下水中の硝酸態窒素濃度と井戸周辺の畑面積率は、有意ではないが正の相関関係にあることが示された。
キーワード：硝酸態窒素、地下水、土地利用、QGIS、空中写真
Key words: nitrate-nitrogen, groundwater, land use, QGIS, aerial photograph
1. はじめに畑・水田・樹園地・牧草地のポリゴンと、「国霞ヶ浦の北浦に注ぐ鉾田川は、硝酸態窒素濃土数値情報 森林地域データ」（2011 年、原典度が高く（＞10 mg N/L）、その起源の解明が資料の縮尺 1/50000）の森林のポリゴンを合わ求められている。本研究では、鉾田地域に多数せて作成した。B は空中写真（2003 年、撮影

分布する井戸を利用し、地下水中の硝酸態窒素

縮尺 1/20000）をもとに手動でポリゴンを作成

濃度と周辺の土地利用の関連を考察することし、土地利用は森林・露地畑・施設畑・水田・により、どのような土地利用で硝酸態窒素濃度

樹園地・荒地・建物用地・その他（道路など）が高くなる傾向にあるかを調べた。

に分類した。

2. 方法

A と B それぞれで、調査井戸を中心に半径

茨城県の鉾田地域で、2015 年から 2016 年

500 m 以内の土地利用ごとの面積率を算出しにかけて 45 地点で井戸水を採取し、硝酸態窒た。この際、「国土地理院 基盤地図情報 数値

素濃度を測定した。これに茨城県が近年行った

標高モデル（5 m メッシュ）」を用いて、中心23 地点の調査結果を加え、計 68 地点を対象に、の標高よりも 5 m 以上低いところは除外した。

井戸周辺の土地利用分布を調査した。井戸の深調査井戸ごとに、算出した面積率と地下水中のさはおよそ 10~70 m であった。GIS データの硝酸態窒素濃度の関係を考察した。

編集や分析には QGIS を使用した。

3. 結果と考察
3.1 マップ A とマップ B の差

土地利用分布は、行政等によって整備されている GIS データに基づくポリゴンマップ A と、

図 1 はマップ A と B の同一の場所を拡大し空中写真から目視で自作したポリゴンマップ

たものである。両者のポリゴンの様相は大きく

B の 2 種類を使用して調査した。これは、既存異なり、とくに A では台地上の水田が畑としの GIS データを使った場合と、より現実の土て分類されるところが多く、水田の面積率は、地利用に近い GIS データを使った場合で、同B を使用して算出したほうが、A を使用して算様の傾向になるかどうかを調べるためである。

出するより 20 %以上高い地点もあった（図 2）。

[1]

A は「第 4 次土地利用基盤整備基本調査」

また畑は、A では普通畑という 1 種類の分類だ（2001 年、原典資料の縮尺 1/25000）の普通

ったが、B では露地畑と施設畑の二つに分類し98た。その結果（図 3）、施設畑の面積率が露地相関は認められなかった（図 4）。

畑の面積率を上回る地点も多くあった。

井戸周辺の畑の面積率と硝酸態窒素濃度の3.2 土地利用と硝酸態窒素濃度の関係

関係（図 5）は、A ではほとんど相関がなく、

計 68 か所の井戸のうち、硝酸態窒素濃度がB では有意ではないが正の相関が見られた。こ10 mg N/L を超えた井戸は 29 か所（43%）で

れは、A では台地上水田が畑として分類され、あった。深さが分かっている井戸について、深畑面積率が過大評価されたためと考えられる。

さと硝酸態窒素濃度の関係を調べたが、有意な[1]日本水土総合研究所(2008) 日本水土図鑑 GIS 東京

図 1 土地利用図（同一地域を拡大、左:既存のデータを利用したマップ A 右:空中写真から自作したマップ B）

図 3 井戸周辺の露地畑と施設畑の面積率
図 2 井戸周辺の水田の面積率の比較

図 4 井戸の深さと硝酸態窒素濃度の関係
図 5 畑の面積率と硝酸態窒素濃度の関係（上:マップ A 使用 下:マップ B 使用）

99

P44

施肥量の異なる畑地根圏内における土壌水中窒素の濃度分布と収支
1LWURJHQFRQFHQWUDWLRQDQGEDODQFHLQVRLOZDWHUZLWKLQURRW]RQHDWXSODQGILHOGVRIGLIIHUHQWIHUWLOL]HUPDQDJHPHQW
西田和弘 1・金子智史 1・奥長知之 1・塩沢昌 1・吉田修一郎 1
1 東京大学大学院農学生命科学研究科
要旨(Abstract)；
 施肥量の異なる畑地根圏内の土壌水中の全窒素濃度を測定し，土壌水中の全窒素濃度・窒素量の鉛直分布，土壌水中の窒素収支が，季節・施肥条件によってどのように変化するかを調べた．
その結果，施肥量の大小・有無によらず，夏期に土壌水中の窒素濃度・量が著しく上昇することがわかった．これは，作物による窒素吸収が無く，無機化が盛んなためであると考えられた．
テーマ：土壌物理研究の最前線 Trend in Soil Physics
キーワード：土壌水中の窒素濃度，窒素収支，畑地
Key words: Nitrogen concentration in soil water, Nitrogen balance, Upland fieldはじめに壌水中の全窒素濃度（水抽出）を測定した．ま作物生産と環境保全を両立する最適な施肥た，これらから土壌水中の全窒素量を計算した．

管理技術の確立には，作物による窒素の吸収とこれらの測定値を下に，根圏内（深さ 0-120cm）の窒素収支（（1）式）を算出した．

その結果として生じる浸透流出窒素量の定量∆𝑁𝑁 𝑁 𝑁𝑁 𝑁 𝑁𝑁－𝐹𝐹－𝑃𝑃 𝑃 𝑃𝑃   （1）化が重要である．本研究では，窒素吸収および根圏下への窒素流出に影響を与える，根圏土壌

ここで，⊿N は，土壌水中の全窒素量増加，S

水内の全窒素濃度・量の垂直分布の変動，窒素は，作物地上部による窒素吸収，I は，深さ 120

収支の時期による変動を調べた．

cm より下方への溶脱，F と P は，施肥，降雨

２．方法

による窒素投入であり，R は，これらの残差（無調査は，東大生態調和農学機構内の畑地で実機化－有機化－地下部吸収＋その他）である．

施した．この畑地では，施肥量と収量の関係を

窒素収支の算定は，年間に加え，作物による吸調べるための長期試験が行われており，化学肥

収の有無を考慮した 4 つの期間（Fig.1 の①～料を慣行的な量施肥する標準区，施肥量を半減④）でも算定した．ここで，①，③は，前作のさせた半減区，施肥の無い無施肥区，堆肥を施収穫後から施肥後の作物の生長初期までの期用する堆肥区の 4 試験区が設けられている．夏間（S≒0），②，④は作物生育期間（S≒トウモ

作としてトウモロコシ，冬作としてコムギが栽

ロコシ,コムギの窒素吸収量）とした．

培されており，施肥は，標準区と半減区では年３．結果に 2 回（7，11 月），堆肥区では年 1 回（7 月）

Fig.2 に各試験区の土壌水中の全窒素濃度の実施される（Fig.1）．土壌は，表層約 40 cm ま

経時変化を示す．標準区と半減区の全窒素濃度

でが黒ボク土，それより下方はローム土である．

は，8 月と 11 月の施肥後に増加し，その後のこの各試験区において，2015 年 4 月から 2016

作物生育期間に低下した．また，施肥の行われ

年 2 月まで月 1 回の頻度で，土壌を採取し（深ていない無施肥区においても，8 月に濃度の上さ 20 cm ごと；深さ 140 cm まで；各深さ 3 サ昇が見られた．この 8 月の濃度上昇は，表層でンプル），各サンプルの含水比，乾燥密度，土

大きいが下方でも見られた（Fig.3）．根圏内の100

られ，施肥の時期に増加し，その後減少した．
しかし，夏期の全窒素量の増加量は，堆肥区を除き，施肥による窒素の投入量を上回った．ほぼ裸地状態にある 7 月から 8 月にかけて，無施肥区においても全層で窒素濃度が上昇していること（Fig.3）から，この時期の施肥量を上

土壌水中の全窒素濃度（mg/L)㻌

土壌水中全窒素量（Fig.4）にも同様の傾向が見

400
300
200
100
0

100

回る窒素量の増加は，作物による窒素吸収が無
いこと，かつ，夏の高温のため無機化量が多い

無施肥区

0

ことが原因で生じたと考える．

施肥半減区

200

年間および時期ごとの窒素収支（標準区，無施肥区）を Table 1 に示す．年間の作物の窒素100

吸収量（S）は，施肥量（F）より大きく，残差0（R）は正となった．したがって，本研究地で100

は無機化量の方が有機化量よりも多い，窒素が0

持ち出される環境にあったと考えられる．時期

堆肥区

4/1

5/1

6/1

作物の生育期間（②，④）では R＜0（有機化
量＋作物地下部の吸収量＞無機化量）であるこ深さ(cm)とがわかった.ただし，⊿N のバラツキが大き
いため，この結果には誤差が含まれる．同様の結果が生じるのか，現在も測定を継続中である．

施肥㻌
7/10㻌

8/12㻌

（11/20）156-1
0kgN ha
78
277

84
0
42
0

kgN ha施肥㻌
11/17㻌 12/18㻌

土壌水中窒素量（kgN ha-1）

20

20

40

40

60

60

8月12日
9月14日

100

7月10日 100

無施肥区

120

標準区
0

8月12日
9月14日
7月10日

80

80

100 200 300 400

140

0 10 20 30 40 50 60

土壌水中の全窒素濃度（mg/L）㻌

（7/10）㻌
（2015 の値を代用）㻌

Fig.3 土壌水中の全窒素濃度の鉛直分布（左）標準施肥区，（右）無施肥区
Table 1 年間と時期ごとの窒素収支，（a）標準施肥区，（b）無施肥区，①～④の詳細は Fig.1，⊿N：土壌水中の窒素増加，S：作物地上部の吸収，I：下方への溶脱，F：施肥，P：降雨，R：残差，数字の単位は kgN ha-1

標準区
無施肥区
半減区
堆肥

300

（a）
①
②
③
④
計

⊿N
405
-400
243
-249
0

S
0
141
0
118
258

I
3
24
3
12
42

F
156
0
84
0
240

P
1
4
1
4
10

R
251
-239
161
-123
50

（b）
①
②
③
④
計

⊿N
40
-78
5
33
0

S
0
77
0
27
104

I
2
6
0
2
10

F
0
0
0
0
0

P
1
4
1
4
10

R
41
1
5
57
104

200
100
0

2/1

2016

0

140

-1

②㻌
④㻌
③㻌
小麦㻌
トウモロコシ㻌
Fig.1 試験区の施肥・栽培条件と窒素収支の算定期間

400

9/1 10/1 11/1 12/1 1/1

0

120

①㻌

500

8/1

Fig.2 深さごとの土壌水中の全窒素濃度変化

間（①，③）では R>0（無機化量＞有機化量），

標準区：
無施肥区：
肥料半減区：
堆肥区：

7/1

2015

ごとの収支を比較すると，作物の栽培が無い期

試験区 施肥条件） （7/27）

深さ 0-20 cm
深さ 20-40 cm
深さ 40-60 cm
深さ 60-80 cm
深さ 80-100 cm
深さ 120-140 cm

標準区

4/1 5/1 6/1 7/1 8/1 9/1 10/1 11/1 12/1 1/1 2/1
2015
2016

Fig.4 土壌水中の全窒素量変化（深さ 0～120 cm の合計）

101

P45

酸塩基滴定曲線を用いた &(& と $(& の S+ 依存性の推定
(VWLPDWLRQRIS+GHSHQGHQW&(&DQG$(&SURSHUWLHVEDVHGRQDWLWUDWLRQFXUYH
松岡健介・取出伸夫
三重大学大学院生物資源学研究科
要旨(Abstract)；
3 種類の土の懸濁液の酸塩基滴定曲線に対して変異荷電モデルを用いた逆解析を行い，CEC と AECの pH 依存性の推定を行った．変異正負荷電にそれぞれ 3 種類の反応基を用いた滴定曲線の計算値

は実測値と良く一致し，pH 4-8 の領域では既往の黒ボク土の変異荷電特性に近い推定値が得られた．
今後，様々な土の滴定曲線を用いた推定値を蓄積することにより，逆解析に対してより適切な初期値を土に応じて与えることが可能となり，推定が容易になると考えられる．
キーワード：CEC，AEC，pH 依存性，逆解析，変異荷電モデル
Key words: CEC，AEC，pH dependency，Inverse analysis，Variable charge model．はじめに

２２．変異荷電モデルを用いた逆解析

粘土鉱物や有機物の持つ変異荷電は，土のプロトンの吸脱着により変異正負荷電の発現

pH 緩衝能を与える．変異荷電を持つ土の陽イオを表す変異荷電モデルを用いて，CEC と AEC

ン交換容量(CEC)と陰イオン交換容量(AEC)のの pH 依存性を与えた．変異荷電モデルでは，

pH 依存性の測定手順は複雑であり，和田(1981)

表面反応基 i および j に生じる負荷電およびら測定例などに限られている．そのため，より簡便

正荷電をそれぞれ(1)式，(2)式で表す．
㻌な推定法が望まれる．本研究では，土試料の懸Si OH

濁液に酸またはアルカリ溶液を滴下して滴定曲線

S O H 
SO H K iを作成した．滴定曲線の実測値に対して変異荷

R j OH  H

電モデルを用いた逆解析を行い，土試料の CEC



i


*

R j OH2

R OH K 
(2)
R OHH 
j


*

j

と AEC の pH 依存性 を推定した．また，滴定によ(1)

Si OH
2



る変異荷電特性の推定が有効な pH 領域についそれぞれの荷電特性は，解離定数 K*と表面反て検討した．

応基の総物質量を表す 2 個のパラメータで表さ２．試料と方法

れる．発現した負荷電には陽イオン，正荷電に

２１．滴定実験

は陰イオンが吸着し，交換性イオンの総和とし試料には熊本黒ボク土，2 種類の関東ロームて CEC と AEC を与えた． 土の正負荷電特性（上層①，上層②）の 2mm フルイ通過分を使用しはそれぞれ 3 種類の反応基で表現できると仮た．各土試料を 1mol L-1 塩化カリウム（KCl）溶液定した．

で飽和した後，乾土重量にして 5g とり，0.05mol

土の懸濁液の滴定実験と変異荷電モデルは地L-1 KCl 溶 液 で 洗 浄 し た ． そ の 後 ， 各 試 料 と球化学反応計算プログラム PHREEQC で表現し，0.05mol L-1 KCl 溶液 150mL の懸濁液に HCl

酸塩基滴定曲線の測定値と計算値を非線形最小溶液または KOH 溶液を添加し，24 時間以上振動二乗法により適合してパラメータを推定した．逆解後上澄み液の pH を測定して滴定曲線を作成し析には最適化プログラム PEST を用いた．そして，た．滴定溶液の濃度は，熊本黒ボク土は 0.01mol

求めた変異荷電モデルのパラメータ値を用いて

L-1 ，関東ロームは 0.1 mol L-1 とした．

の各土試料の CEC と AEC の pH 依存性を推定

102した．なお，正負荷電の合計 6 種類の表面官能基13の 12 個のパラメータの初期値には，和田(1981)

熊本黒ボク土
11の黒ボク土などの CEC と AEC の実測値への適合

関東ローム①9値を参考に与えた．
pH

３．結果と考察
Fig. 1 は滴定曲線の pH の測定値と適合した計

関東ローム②75

算値である．熊本黒ボク土の pH 変化が他の 2 種

3類の試料より小さいのは，pH 滴定に用いた溶液
1の濃度が小さいためである．各土試料とも計算値

400

は実測値の pH にほぼ適合した．滴定実験から

300

200

HCl 滴下量

100

0

[mL]

100

200

300

400

KOH滴下量Fig.1 各土試料の懸濁液の酸塩基滴定曲線
実測値（プロット） ，計算値（曲線）

求めた変異荷電モデルのパラメータ値を用いて溶液濃度が 0.02mol L-1 における各試料土の400

AEC [cmol kg-1 soil] CEC

CEC と AEC の pH 依存性について，Fig. 2 にはpH 2-12 の範囲，Fig. 3 には pH 4-12 の範囲で示す．CEC は pH>8，AEC は pH<4 では和田(1981)の測定値より極端に大きな値を示した．これは，粘土鉱物の溶解等の変異荷電以外の pH 緩衝作

200
0

熊本黒ボク土200

600

用が実際には働いたためと考えられる．しかし，

関東ローム①400

関東ローム②
2

4

6

8

10

12

pH

pH 4-8 の範囲では，既往の測定データに近い

Fig. 2 滴定実験から推定した各試料土のCECとAECのpH 依存性（溶液濃度:0.02 mol L-1 ，pH:2-12 )CEC と AEC の推定値が得られた．Fig.4 は推定した熊本黒ボク土の CEC と AEC の溶液濃度依存30

AEC [cmol kg-1 soil] CEC性である．これらの値も和田(1981)の黒ボク土のCEC と AEC の溶液濃度依存性と類似しており，逆解析の妥当性を裏付けている．
変異荷電モデルを用いた逆解析には 12 個のパラメータの推定が必要であり，適切な初期値を

関東ローム①10関東ローム②01020与えることが重要である．今後，様々な土の滴定

熊本黒ボク土

20

4

5

6

7

8

pH

曲線を用いた推定値を蓄積することにより，より適Fig. 3 滴定実験から推定した各試料土のCECとAECのpH 依存性（溶液濃度:0.02 mol L-1 ，pH:4-8 )切な初期値を与えることが可能となり，推定が容易になると考えられる．

AEC [cmol kg-1 soil]

CEC

50

参考文献
和田光史(1981): 粘土の陰・陽イオン交換容量測定，粘土科学，第 21 巻，第 4 号，160～163

30
10
10

0.005 mol L-1
0.02 mol L-1

30

0.1 mol L-1
50

4

5

6

pH

7

Fig. 4 滴定実験から推定した熊本黒ボク土の異なる溶液濃度におけるCECとAEC のpH 依存性

103

8

P46

104

105

P47

106

107

P48

108

109

P49

圃場飽和透水係数の原位置測定法開発
Developing an in situ measuring procedure for field saturated hydraulicconductivity
登尾浩助 1・伊東雄樹 2・小島悠揮 3・塩澤夢久 1・溝口勝 4
1 明治大学農学部・ 2 明治大学大学院農学研究科・3 岐阜大学工学部・4 東京大学大学院農学生命科学研究科

要旨(Abstract)；

未汚染マサ土を使った重機による客土が行われた除染後の水田では、排水不良箇所が多数見られる。効果的な排水改良には透水係数の空間分布を把握する必要がある。圃場飽和透水係数 Kfs を原位置において測定する簡易測定法を開発した。本測定法による不耕起の関東ローム圃場では Kfs =5.80 x 10-3 cm/s となり、実験室で測定した乱さない土壌試料の Ks = 5.73 x 10-3 cm/s とよく一致した。
テーマ：除染後農地再利用

Farmland reuse after decontamination

キーワード：自動測定、浸潤速度、排水不良、関東ローム

Key words: automated measurement, infiltration rate, poor drainage, Kanto loam
1.はじめに
放射性セシウムに汚染された福島県飯舘村の水田では、表土剥ぎ取り除染後に未汚染のマ
サ土を客土している。除染と客土作業に際して重機で 5–10cm 深さが転圧されるのに加え、水田の 20–30cm 深さに元々存在している耕盤の影響で地表面排水が極めて不良になっている場所が見られる（写真 1）。効果的な排水改良を考える上で、圃場飽和透水係数（Kfs）の空間分布を把握する必要があるが、従来法（採土後、室内実験）では労力と時間がかかりすぎる。ま図 1. 原位置 Kfs 測定器の模式図

た、原位置測定法であるグエルフ透水計の使用る。本研究では、経験値の入力が不要な原位置

では土性に依存する経験値の入力が必要であ

Kfs 測定法を開発したので報告する。
２．実験方法と材料
実験は神奈川県川崎市多摩区の明治大学生
田キャンパスの南圃場で行った。南圃場の土壌
は火山灰性の関東ロームであった。直径 d( =4.5 cm)の短管の先端を不耕起の地表面から
b (=5.0 cm)鉛直方向に打ち込んだ後、水位がH1 (cm)以上になるまで注水した（図 1）。その後、30cm 長さ eTape（Milone Technologies 社製）

写真 1. 客土した除染済み水田（福島県飯舘村）

を短管内に挿入して経時的な水位変化を測定

110

し、データロガー（デカゴン社製 Em50）で 1

図 3 に経時的に測定した水位変化を示す。こ

分毎に記録した。挿入した短管から約 5 cm 離の図中で示したように式[1]の各変数の値を計れた地表面から電極長さ 5 cm の土壌水分計

算すると Kfs = 0.348 cm/min (5.80 x 10-3 cm/s)と（デカゴン社製 5TE）を鉛直に挿入して、近傍なった。この値は、近傍で採取した乱さない土

土壌の体積含水率と地温の経時変化を同時に

壌試料に対して変水位法で測定した飽和透水測定した。

係数 Ks = 5.73 x 10-3 cm/s と極めて近かかった。

水位変化の記録から圃場飽和透水係数 Kfs

本実験ではDh = 4.1 cm 程度であったので、こ(cm/min)を式[1]で計算した(Reynolds and Elrick,の程度の水位差であれば定常状態と見なせる

1990; Decagon Devices Inc., 2016):のではないかと考えられる。各変数の変動がど

Δh1 Δh2−Δt1 Δt2
K fs = γH1 − H 2[1]

ここで、g = 0.993b + 0.289d であり、b は土壌中へのシリンダー侵入深さ(cm)、d はシリンダー
直径(cm)である（図 1）。Dh1 とDh2 は、それぞれDt1 とDt2 時間(min)内に変化する水位差(cm)である。H1 と H2 はそれぞれDh1 とDh2 を測定した時の平均水位(cm)である。式[1]は定常状態に対して導出されたが、微小なDh を仮定すれば

図 3. 測定中の経時的な水位変化

本実験のような非定常状態でも近似的に適用可能と考えた。

の程度 Kfs の計算結果に影響を与えるのかに関

３．結果

しては、今後さらに検討する必要がある。

測定中の体積含水率の変化は極めて小さか

４．おわりにったので、地中のシリンダー下端から 3 次元で比較的簡単な方法で圃場飽和透水係数 Kfs の浸透する水は準定常状態に達していたと考え測定が可能であった。圃場で測定した飽和透水られる（図 2）。また、測定期間中に地温は 0.7

係数は、近傍の乱さない土壌試料を使った室内実験の飽和透水係数とよく一致した。経時的な水位変化の測定は、特に飽和透水係数が小さい土壌の場合はデータロガーを使わない手動計測でも十分に対応できるので、圃場全体で複数本のシリンダーを使った同時計測が可能であろう。
参考文献
Decagon Devices, Inc. (2016): DualHead Infiltrometer operator’s
manual. Version: February 11, 2016 — 13:47:36. 2365 NE

図 2. 測定中の経時的な体積含水率と地温の変化

Hopkins Court Pullman WA 99163.

C 程度下がったが、浸透が影響を受けるほど

Reynolds, W.D., and D.E. Elrick (1990): Ponded infiltration from a

水の粘性係数は変化しなかったと考えられる。

single ring: I. Analysis of steady flow. Soil Sci. Soc. Am. J.

o54:1233–1241.

111

P50

CTD センサと ES-2 センサを用いた津波被災農地の地下水観測（2）Observation of groundwater using CTD sensor and ES-2 Sensor on Tsunami-hit
farmland（2）千葉克己 1・宮内敏郎 2・加藤幸 3
1 宮城大学・2 株式会社日本総合地質・3 弘前大学

要旨；；
要旨
東北地方太平洋沖地震で地盤が沈下した沿岸部の津波被災農地は，復旧後も塩分濃度が高い地下水の水位上昇によって塩害が発生する恐れがある．このため，復旧後の圃場において  センサと  センサを用い地下水の水位変化や電気伝導度を観測した．その結果，非湛水状態では降雨の浸透が淡水レンズの形成に重要であること，湛水状態では入水後に形成された淡水レンズが維持され，塩害の発生を抑制すると考えられた．
キーワード： 津波被災農地 塩害対策 地下水モニタリング
地下水モニタリング



行った． 区は  年  月から， 区は 1.はじめに年  月から観測を行っている．

東北地方太平洋沖地震で地盤が沈下した地域では地下水の水位が相対的に上昇した．沿岸

３．調査結果部は地下水の塩分濃度が高いため，農地の復旧

 区

には従来の除塩に加え，地下水対策が必要とな

地下水位の動態を図  に示す．大豆を栽培しっている．本研究では，宮城県石巻市の復旧後た  年度は，降雨により地表付近まで上昇の農地の地下水環境を把握することを目的とすることがあったが，数日で  以下に低下

し，デカゴン社の  センサと  センサ

した．暗渠の効果が発揮され，排水性は良好でを用い地下水の水位変化を観測した．

あると考えられた．水稲を栽培した  年度は２．調査

中干し期間（ 月上旬）を除き，おおむね 調査圃場は地下水の塩害対策として  の程度の位置にあった．

嵩上げを行った  筆の復旧農地である
（表 ）
．






電気伝導度の動態を図  に示す．大豆の栽培

表１ 調査圃場の復旧年と栽培履歴

期間は降雨により低下し，干天時に上昇する傾区向が認められる．浅い位置の電気伝導度はおお

年度





区

復旧工事
水稲
大豆
復旧工事
水稲
水稲

むね  以下であり，大豆の生育に異常はなかった．非灌漑期の  月以降から徐々に上昇し， 程度となったが， 年  月下旬

調査は圃場中央部に地下水観測孔を設け，

に圃場に入水すると低下した．稲の生育に異常

区では地表から深さ  の位置に  セン

はみられなかった．電気伝導度は中干し期間やサを設置し，地下水の電気伝導度と水温および落水後にやや上昇することが認められた．地下

水位変化を観測した．また，地表から ，，水の水温は，代かきのための入水時と中干し時

， の位置に  センサを設置し，電に上昇することが認められた．

気伝導度と水温を測定した． 区では地表から 区 の位置に  センサを，また ，，地下水位の動態を図  に示す． 年  月か の位置に  センサを設置して測定をら  月下旬の入水までは降雨により  付近

112

に上昇し，
降雨終了後に  以下に低下した．

４．考察

灌漑期になると  付近で推移しており，

非湛水時の水田においては降雨が地中に浸区よりも低いことが認められた．

入して淡水レンズを形成するため，塩害の防止

電気伝導度の動態を図  に示す．非灌漑期はには地下排水の強化が重要と考えられる．また，

地下  以下で  付近まで上昇するこ

暗渠内の水位を調整する装置を整備し，淡水のとがあるが，その後の降雨により低下した．灌排除をある程度抑制させることも重要と思わ漑期に入ると低下し，その後は  付近でれる．一方，湛水時の水田においては，入水時推移した．なお， 月下旬に一時上昇しているに淡水レンズが形成され，湛水・浸透により，が，これは圃場に湛水がなくなったためであり，それが維持されるため，塩害の懸念は少ないと湛水管理が重要である．

考えられる．
























図



 区における地下水位の動態（）





稲栽培
大豆栽培






図

 区における地下水の電気伝導度の動態（）









図

 区における地下水位の動態（）









図

 区における地下水の電気伝導度の動態（）

113

P51

秋耕起の浅化による黒ボク土壌水田からのメタン放出量の削減
0LWLJDWLRQHIIHFWRIVKDOORZDXWXPQWLOODJHRQ&+HPLVVLRQ
IURPDQ$QGLVROSDGG\ILHOG
中嶋 美幸 1・程 為国 2
1 農研機構東北農研センター・2 山形大学農学部

要旨

東北農研内の黒ボク土壌水田では、秋の耕起深を変化させても翌年のメタン放出量に変化は見られなかった。本試験において排水性のよい黒ボク圃場からのメタン放出量は休耕期の気温に強く影響され、休耕期の土壌水分量が投入有機物の分解に与える影響は相対的に小さいと考えられる。
キーワード：メタン放出量、寒冷地水田、火山灰土壌、休耕期条件
Key words: Methane emission, Cold region, Paddy field, volcanic ash soil, Fallow season conditions

すき込んだ。
試験は 3 反復で 2012 年から 2014

はじめに

年の 3 年間行った。

メタンは二酸化炭素に次いで影響の大きい
温室効果ガスである。水田から放出されるメタ測定されたメタン放出量について、特に残存

ンは気象・土壌および管理条件によってその量有機物の影響が大きい栽培期間初期に着目しが大きく変動するため管理法の変更による排てその間の放出量を決定する環境因子の探索

出量削減策が効果的である。近年、イネ収穫後を行った。当年栽培期間の地温、前年稲わらすの秋耕起を浅くすることで翌年のメタン放出

き込み後の気温ならびに土壌水分飽和度がメ

量が削減されるという報告があり、その要因とタン放出量に及ぼす影響を調べた。土壌水分飽してすき込んだ前作残渣の好気分解が促進さ和度の算出に際しては Hydrus-1D を用い、入れることが示唆されている。一方、寒冷地にお力値として試験区に隣接した気象観測露場で

いては冬期の低温が有機物分解を抑制するた

測定した気象要素ならびに実測の土壌乾燥密

め翌年のメタン放出量が増加するという知見

度と粒度分布を使用し、パラメータを Rosettaもある。

を用いて推定した。

そこで本研究では寒冷地の黒ボク土壌にお

いて秋浅耕がメタン放出量に及ぼす影響を明

３．結果
3 年間の試験期間中、秋の耕起深は翌夏のらかにすることを目的とする。

メタン放出量に影響を与えなかった（図 1）。
試験期間中、メタンの積算放出量の年次間差

２．試験方法
岩手県盛岡市に位置する東北農業研究センは特に栽培期間初期の積算値で大きく、気象的

ター内の黒ボク土壌水田に 4.4m×3m の試験な要因が大きく関わっていたことが推察され区を設定し、あきたこまちを栽培した。試験区

た。

の条件として秋耕起の耕起深を 2 段階（浅耕そこで①栽培期間中の地温、②前年稲わらす

7cm・普通耕 15cm）設置し、栽培期間を含めき込み後の気温、③前年稲わらすき込み後の土た年間のメタン放出量をクローズドチャンバ

壌水分、が栽培期間初期のメタン積算放出量にー法で測定した。稲わらは一旦全量持ち出した及ぼす影響を調べた。Hydrus-1D で休耕期間

後 5cm に切断し秋耕起時に 580g/m2 の割合で中の土壌水分を算出したところ、試験区のある114

黒ボク水田圃場は排水性が高く、落水後速やか

東北農研内黒ボク水田圃場から放出されたに水分量が低下することが明らかとなった（図栽培初期期間中の積算メタン放出量は栽培期2）。

間中の積算地温や稲わらすきこみ後の土壌水移植後60日間の積算CH4放出量（kgC ha-1)

160

分量には影響を受けず、稲わらすきこみ後の積秋慣行耕起(15cm)
秋浅耕起(7cm)

140

算気温と高い相関があった 図  。

120

４．考察

100

土壌中の有機物の分解には温度と水分量の80

双方が大きな影響を与えることが広く知られ60ている Devêvre and Horwáth, など 。
また、

40

前作残渣などの投入有機物は栽培期間初期に20おいてメタン生成の主たる基質となることも0

既往の研究から明らかになっている たとえば
2012

2013

2014

Watanabe et al.,  。5cm深さ土壌の水分飽和度(S)図 前年秋耕起深度とメタン放出量

0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0

本試験においては  年間の試験期間中、栽培
初期期間中メタン放出量が稲わらすき込み後の積算気温と強い相関関係を持つ一方で、同時期の平均土壌水分飽和度との関係は認められなかった。また土壌の水分飽和度は既往の研究における分解阻害をもたらす範囲になかった

2011
2012
2013
-50

-25
0
25
50
秋耕起前（－）後（＋）の日数

75

Xu and Hosen, など 。このことから、すき込まれた有機物の好気分解に対し本試験においては水分量が律速要因となることがなかったと考えられる。
本試験において秋の耕起深が翌年のメタン

図 算出した東北農研水田圃場の水分飽和度

放出量に影響を及ぼさなかったことを上記と考え合わせると、秋の浅耕が緩和効果を発揮す

秋慣行（㻝㻡㼏㼙）100

るために「休耕期に土壌水分条件によって有機

秋浅耕（㻣㼏㼙）物分解が阻害される」という圃場条件があるこ( kgC ha-1)

移植後60日間の積算メタン放出量

120

80

とが考えられる。この仮説の検証には異なる土
壌・気象条件における更なる試験が必要である。


60


40

参考文献:

20
0

Devêvre OC, Horwáth WR (2000): Soil Biol. Biochem., 32,
1773-1785
Watanabe et al. (1999): J. Geophysical Res., 104,
23623-23629
Xu H, Hosen Y (2010): Plant soil, 335, 373-383

y = -0.3932x + 189.81
R² = 0.9272
100

200

300

400

500

稲わらすきこみ後の積算気温(oC*days)

謝辞:
本研究は『気候変動に対応した循環型食糧生産等の確立のための技術開発』（農水省）の一環として行ったものである。

図 前年休耕期気温とメタン放出量
の関係

115

P52

+<'586' を用いた )2($6 設置圃場における暗渠近傍の３次元水分移動の数値計算
1XPHULFDOVLPXODWLRQRIWKUHHGLPHQVLRQDOZDWHUIORZQHDUGUDLQSLSHV
LQD)2($6ILHOGXVLQJ+<'586'
坂井 勝 1・池田和弥 1・取出伸夫 11 三重大学大学院生物資源学研究科

要旨(Abstract)
暗渠と弾丸暗渠が直交する FOEAS 設置圃場について，HYDRUS-3D を用いた数値計算を行い，
降雨浸透過程における暗渠近傍および弾丸暗渠への 3 次元の水分移動を評価することを目的とした．そして，心土層の排水性が，暗渠への排水経路とタイミングに与える影響を明らかにした．
テーマ：土壌物理研究の最前線 Trend in Soil Physics
キーワード： FOEAS，HYDRUS-3D，弾丸暗渠，数値計算
Key words: FOEAS, HYDRUS-3D, drain pipe, numerical simulation
以深の心土層には，粘質土層（Ks = 0.01 cm/d）

はじめに
暗渠と弾丸暗渠が直交する FOEAS 設置圃場と，15～40 cm 深がシルト質ローム（Ks = 10.8

における土中水分移動には，3 次元の評価が必cm/d）で 40 cm 以深が粘質土の成層土層の 2要である．この予測には HYDRUS-3D が有効

条件を与えた．境界条件には，暗渠は浸出面，であるが，計算対象となる面積に対して深度が下端は自由排水，対称性を仮定した側面部はゼ

浅い FOEAS 設置圃場については，効率的かつロフラックス，地表面は一定降雨 3 cm/d を与精度を維持した計算手法の検討が必要である．

えた．初期条件は土層全体を－1,000 cm とした．

また，3 次元流れの適切な表示方法，弾丸暗渠

計算メッシュ間隔は，流れが複雑な上層部や暗や疎水材の水分移動特性なども検討課題であ渠付近は 1 cm，下層土は最大で 10 cm とした．

る．本研究では，FOEAS 設置圃場における降３．結果

雨による排水過程について HYDRUS-3D を用

図 2 は暗渠からの排水速度，図 3 は 4 日後のいて数値計算を行い，暗渠近傍の土中水分流れ

縦横断面の体積含水率 分布（(a), (c) 暗渠かと弾丸暗渠への水分移動の評価を目的とした．

ら 0，50，100，150 cm の横断面，(b), (d)弾丸

２．計算方法

暗渠から 0，50 cm の縦断面）である．心土層

FOEAS 設置圃場には，暗渠（管径 10 cm）

が粘質土層の場合，心土層への下方浸潤は非常が 55 cm 深に 9 m 間隔で，暗渠と直交する弾に少なく，ほぼすべての水分は作土層から弾丸丸暗渠（管径 8 cm）が 26cm 深に 1 m 間隔で暗渠へと流れ（図 3(a)），弾丸暗渠から暗渠へ施工されている．暗渠間と弾丸暗渠間の水分移と排水された（図 3(b)）．一方，作土層の下が動の対称性から，計算領域を両暗渠間隔の 1/2

シルト質ロームの成層土層の場合，弾丸暗渠への縦 450 cm と横 50 cm に縮小できる．本研究の流入量は粘質土層条件に比べて少なく，相当では，暗渠近傍に注目するため，さらに縮小し量の水分が下方へ浸潤し，粘質土層上に溜まった縦 150 cm，横 50 cm，深さ 80 cm を計算領域た（図 3(c)）．そして，暗渠へは心土層と弾丸とした（図 1）．0～15 cm 深を作土層（飽和透

暗渠の 2 経路から排水された（図 3(d)）．心土，15 cm 以深を心土層，暗水係数 Ks = 10 cm/d）層を経由する流れが弾丸暗渠経路の流れに比渠と弾丸暗渠（Ks = 10,000 cm/d）の直上 15 cm

べて遅いため，粘質土層条件に比べて成層土層

深までを疎水材（Ks = 100 cm/d）とした．15 cm

条件の場合の暗渠への排水は遅れた（図 2）
．

116

心土層

弾丸暗渠

作土層

疎水材

25

粘質土層

Flow rate (L/day)

20

15

10

5

成層土層
暗渠

0

   図 1. 計算領域における土層分布

0

1

2

3

Time (day)4   図 2. 暗渠からの排水速度の変化


(a)

(b)

Water Content

0.600
0.546
0.493
0.439

0.385

(c)

5

(d)

0.332
0.278
0.225
0.171
0.117
0.064

0.010

図 3. 降雨 4 日後の粘質土層と成層土層条件の縦横断面の体積含水率分布
粘質土層の（a）横断面と（b）縦断面、成層土層条件の（c）横断面と（d）縦断面

117

P53

118

３．結果と考察

堰

 地上部と地下部の流域面積をボーリング孔上部帯水層流出過程

凡例
Na++K+
Ca2+

上部帯水層流出過程（不確定） -1.0

Table 1 に示す．C 流域の地下部-0.5

ClHCO3-0.0（meq/l） Mg2+

下部帯水層流出過程

0.5

1.0

E2T

E

SO42-+NO3-

流域面積は地上部流域面積よりL3S

小さいが，隣接する D1 流域で F

L3M
L2S

は地下部流域面積の方が大きい．

L3
L2

L2M

 36 孔のボーリング孔の内，22

E1S

う変化が見られた．G1，J1，K2，

C1M

J4T

E2M

J4S

L4

J4M

E2

J2

L4 は全ての孔において地下水

G1

D2

J4 D1b

D1

J3

J2S

C1

Dip &
Strike

D1a

E1

E1T

孔の地下水位において降水に伴

60°

E2S

J2M

K3 K3S

J1
J3S

K1

J3M

K1M

位変化が見られなかった．変化

K3M

K2

が見られた 22 孔の内，降水イベ
ント時の変化がとくに顕著であったグループ（8 孔）とその変

50m

0

Fig.1 調査地概要および地下水のヘキサダイアグラムと地下水流出過程

地下水位変化を Fig.2 に示す．また，Fig.1 に地流量（mm/h）

10

下水水質のヘキサダイアグラムを示す．
 地下水位変化とイオン濃度の構成の同等性から，C1M を地下水流出の起点とした帯水層

0
C
D1
D2
E

1
0.1

地下水位（m）（C1M，E1S，E2S，J2S，J4T，L2M）と，K1Mと J4M を起点とした帯水層（K1M，J3M，K3M，J4M）があることを推測し，その深さの違いからそれぞれ上部帯水層，下部帯水層とした．上で記した．網がけ矢印は，地下水位からは予想できるが，水質が異なったため不確定とした．
G1，J1，K2 の地下水位変化が見られなかった
ため，C 流域上流部の帯水層の一部は D1 流域

地下水位（m）

から推測される地下水流出過程を Fig.1 に矢印

50

変化大

C1M
E1S
J2S
E2S
L2M
E2M
J4T
K3S

490
470

530

水層は濃度が高いことが特徴である．地下水位

30

510

450
10/13

部帯水層は水質濃度が低いのに対して，下部帯

20
40

0.01
530

10

10/23

11/2

11/12

11/22

12/2

変化小
L2S
L3S
K1M
J4M
J3M
K3M

510
490
470
450
10/13

降水量（mm/h）化が小さいグループ（6 孔）の

C

G

10/23

11/2

11/12

11/22

12/2

Fig.2 降水量，流量，地下水位の経時変化に流入していると考えられる．

D1 流域では地下部流域面積の方が大きくなっ 以上より，Table 1 で示したように，C 流域

たと示唆される．

の地下部流域面積は地上部よりも小さくなり，
Table 1 地上部及び地下部の流域面積（m2）

４．おわりに

流域名

地上部流域面積

地下部流域面積

 地下水流出過程における流域面積は地上部

C
D1
D2

28,26913,450
6,843

24,812
23,6645,183

流域面積とは異なり，流域面積の与え方の再考

EFG

21,022
13,56320,92819,909
9,914
20,581

謝辞 本研究は JST CREST の一環で行われた．
参考文献 稲葉一成ら（2004）：日本地すべり学会誌 41(4)，385-388，川原谷浩ら（2000）：日本地すべり学会誌 36(4)，48-55が必要ではないかと考えられる．

119

P54
植物吸水モデルにおけるフラックス制限型乾燥ストレスの評価
Evaluation of flux-limiting drought in the plant water uptake modelling末継
1

淳 1・藤巻晴行 1・井上光弘 1

鳥取大学乾燥地研究センター
要旨(Abstract)

蒸散量変化に基づく吸水モデルが適用可能な植物においても，乾燥ストレスがフラックス制限によって起こる場合では，サクション制限による乾燥ストレスの評価関数を用いることが困難になる。本研究では，pF2.0 未満でも著しく低い不飽和透水係数を示す鳥取砂丘砂と，高サクショ
ンでも不飽和透水係数が低下しにくい関東ローム（茨城県つくば市）を用いてトマト（CF 桃太郎ヨーク）の栽培実験を行い，その結果からフラックス制限型乾燥ストレスの評価法を検討した。
キーワード：乾燥ストレス, フラックス制限型ストレス, サクション制限型ストレス, 蒸散
Key words: drought stress, flux-limiting stress, suction-limiting stress, transpiration
1.

はじめに
Moisture or salinity
sensor

多くの植物では，乾燥ストレスによって蒸散量が低下する。しかし，乾燥ストレスがフラ

Mulch(low albedo)

ックス制限（土壌の透水性の低さによる給水制限）が原因で生じる場合には，サクション
制限による乾燥ストレスを前提とした評価関Stress-loaded
SampleData logger

図１

必要がある。また，Nimah and Hanks（1973

1.0E-01）のモデルでは土壌の透水性が評価されるが1.0E-02
透水係数（ cm/s ）数（e.g., van Genuchten., 1987）を修正する

植物根と土壌の間の動水勾配を微視的に求めることは難しい。本研究では，フラックス制限
による乾燥ストレスを起こしやすい砂質土壌（鳥取砂丘砂，以下砂丘砂と略す）と，高サーム（以下ロームと略す）を用いたトマトの栽培実験の概要

1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
1.0E-06
1.0E-07
1.0E-08
1.0E-091.0

クションでも透水係数が低下しにくい関東ロ

Reference
Sample(grown with sufficient freshwater)

図２

1.5

2.0
pF

2.5

3.0

鳥取砂丘砂の透水係数

蒸散量測定を行い，蒸散量と土壌の透水係数（van Genuchten-Mualem 式による推定値）

から逆算される巨視的な動水勾配を用いて，

れ 2 mm 篩通過物を用い，栽培品種はトマト

フラックス制限による乾燥ストレスの評価法（CF 桃太郎ヨーク）とした。砂丘砂は pF2.0

を提案・検討することを目的とした。

未満でも著しく低い不飽和透水係数を示す（

２．試料および方法

図２）。栽培容器は 1/5000 a のワグネルポッ

乾燥ストレスによる吸水速度の低下率を，トとし，深さ 19 cm まで土壌を充填し，一段

図１のような栽培実験で求めた。土壌試料には目開花直前の苗を 1 ポットに 1 株ずつ移植し

砂丘砂とローム（茨城県つくば市）のそれぞた。土壌の乾燥密度は砂丘砂で 1.54 Mg m-3，

120

121

P55

122

123

P56

Strontium adsorption on clays at low concentration
低濃度におけるストロンチウムの粘土への吸着
Zigong Ning1, Munehide Ishiguro2, Luuk K. Koopal3, Tsutomu Sato4
1

Graduate School of Agriculture, Hokkaido University, 2Research Faculty of Agriculture, Hokkaido

University, 3 Physical Chemistry and Soft Matter, Wageningen University and Research, Wageningen,
The Netherlands; 4Faculty of Engineering, Hokkaido University

Abstract: Sr2+ adsorption on kaolinite, illite and vermiculite at low Sr2+ concentration under thedifferent concentrations of NaCl solution was measured by the batch method. The calculated
distribution coefficients (KD) was constant at low Sr2+ concentration but decreased with increasing
Sr2+ concentration. The Sr2+ isotherms could be fitted well to the Langmuir adsorption equation,
but the adsorption constant, KL, should be interpreted as conditional constant depending on the
Na+ concentration because of competition between Sr2+ and Na+ for the adsorption sites.
Key words：adsorption, clay, strontium, distribution coefficient, Langmuir
diameter of clays were obtained by method of

1. Introduction

centrifugation. The experiment of Sr2+ adsorption

Strontium (Sr)-90 is one of the radioactive

on clays were conducted by the batch method

elements of nuclear fuel materials emitting beta

under the different NaCl concentrations and pH.

particles. Its half-life is 29 years, and it is harmful

The Sr and Na concentrations were measured byto the human health. During the nuclear power
plant

accidents

inFukushima,Japan

inductively coupled plasma mass spectrometry

and(ICP-MS). The the Sr2+ distribution coefficients

Chernobyl, Ukraine, large amounts of radioactive

were derived and used to describe the Sr2+

species, including Sr-90, were released into themigration. The Langmuir model assumes ideal

environment. As strontium has similar properties

adsorption behavior in a monolayer and considers

as calcium, it is by mistake readily taken up andthe adsorption capacity as independent parameter

deposited in human bone and leads to bone tumors

and neglects valence effects.

and tumors of the blood-cell forming organs due tothe beta particles emitted from Sr-90. As the

3. Results and Discussion

radioactive damage is serious, the environmental

The Sr adsorption isotherms at different conditions

2+

must be considered, especially at low

are depicted in Fig.1. The double logarithmic plots

concentrations. The objectives of the present

are about linear (slope ≈1) at low [Sr], but level off

study are to investigate both the characteristics ofat higher concentrations. This implies that, at given

fate of Sr
Sr
Sr

2+

2+

adsorption on four clays minerals at different

conditions, the distribution coefficient, KD =2+

{X2Sr}/[Sr], where {X2Sr} is the Sr adsorption

NaCl concentrations with emphasis to low Sr(mmol kg-1), decreases with increasing [Sr]. The

concentrations.

slope of the isotherm decreases at higher [Sr]2. Materials and Methods
Kaolinite (Iriki, Kagoshima, JP; 98.1% of kaolinite,
1.9% of alumiteillite), IMt-2 (Silver Hill, Montana,because the adsorption sites on clays become
progressively occupied by Sr. The Sr adsorption
decreases with increasing [NaCl] because of

USA; 90% of illite, 10% of quartz), andadsorption competition with Na and screening ofvermiculite (Sukagawa, Fukushima, JP; 100% of

the electrostatic attraction. The latter has beenvermiculite) were considered. Less than 2 µm

124

125

P57

126

127

Drill&Drop プロファイル土壌水分プローブ

・簡易設置が可能な一体成型土壌水分プローブ
・5cm 深度から 10cm 間隔で 6 点のセンサーが内蔵されており 6 深度の土壌水分値と温度が測定可能
・定期的に設置場所を変える必要がある場合や、一年生作物のモニタリングに最適所を変える必要がある場合や、一年生作物のモニタリングに最適
・SDI-12 インターフェースを介してキャンベル社のデータロガーと通信し、多点の土壌水分値と温度を記録させることが可能
記録させることが可能（＊SDI-12 の最大ケーブル⾧は 60m）・センサーは精巧なテーパ構造でセンサ
センサーは精巧なテーパ構造でセンサーが穴の奥までスムーズに挿入可能
・Drill & Drop は挿入する穴を掘るための専用オーガーがあり、オーガーもセンサーに合わせた精巧なテーパ構造のため、センサーが土と密接した状のため、センサーが土と密接した状態で設置できカオリナイト混合液等で間隙を埋める作業が不要、態で設置できカオリナイト混合液等で間隙を埋める作業が不要、
カオリナイト混合液等を使わないことにより、より正確な土壌の情報を計測可能
合液等を使わないことにより、より正確な土壌の情報を計測可能

型式
計測範囲
センサー深度センサー影響範囲
センサー径
土壌水分値
温度
土壌水分値
誤差
温度
使用温度範囲

分解能

Drill & Dro p
絶乾～飽和
シングル：5cm、30cm：5cm～25cm、60cm：5cm～55cm
センサー周囲10cm
シングル:頭頂部：24.5mm 底部：24mm
30cm :頭頂部：30mm 底部：28.5mm
60cm :頭頂部：30mm 底部：27.5mm
1:10,000
0.3℃±0.03%±2℃ @ 25℃
-20 ～ ＋60℃
営業本部
〒114-0032
東京都北区中十条 1-12-3
Tel 03(5963)5361 /Fax 03(5963)5362
E-mail : campbell@taiyokeiki.co.jp

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大会会場案内図

会場見取り図2016 ᖺᗘ ᅵተ≀⌮Ꮫ఍኱఍ ㅮ₇せ᪨㞟
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