2021年度

土壌物理学会大会 講演要旨集

Proceedings of the 2021 Annual Meeting,Japanese Society of Soil Physics
第63回シンポジウム

地表面－大気間の物質・エネルギー動態のモデル化―土壌物理学に求められるもの―

一般発表(スライドセッション)
2021年10月30日(土)オンライン開催

主催：土壌物理学会 https://js-soilphysics.com/

第 63 回土壌物理学会大会について
土壌物理学会長

取出伸夫

2021 年度土壌物理学会大会では，「地表面－大気間の物質・エネルギー動態のモデル化―土壌物理学に求められるもの―」をテーマにシンポジウムを開催します。
陸域水循環において地表面の蒸発散は，気象モデルに対しては水分と熱の下端境界，
土中の水分移動モデルに対しては上端境界における重要な要因です。土壌物理学の分野では，根の吸水や蒸発散について，小さなカラムケールから畑や水田の圃場ス
ケールでまで不飽和水分移動の視点から取り組まれてきました。しかし，土中の水分移動はそれぞれのスケールで不均一であり，特に飽和・不飽和透水係数のスケー
ル依存性の評価は難しく，地表面境界に関連する研究成果のグローバルスケールへのアップスケーリングは長年の課題です。
今回のシンポジウムでは，芳村圭さんに次世代地球システムモデルに向けた統合
陸域シミュレータについて，土壌物理プロセスに焦点をあてて解説頂きます。坂井
勝さんには，詳細な地表面境界条件，水蒸気移動，根の吸水などを考慮した土中の水分・熱移動モデルによる畑地の蒸発散の予測について，坂部綾香さんには森林水文の視点からの森林におけるメタンガス交換について，辰己賢一さんには蒸散量評
価のための作物成長モデルにおける土中物質移動モデルの役割と課題について，濱本昌一郎さんには異なる施肥管理を与えたダイズ圃場における土中水分・ガスの時
空間変動と作物生育について，それぞれ講演頂きます。
本シンポジウムにより，スケールの異なる陸域水循環モデルにおける蒸発散推定
モデルの重要性について再認識できればと思います。その上で，土壌物理学分野で発展してきた根の吸水モデル，地表面－大気間の水分・熱交換モデル等が陸域水循環モデルにおける蒸発散や物質循環の推定や作物成長モデルにどのように貢献できるのか，また課題は何かなどについて議論を深めたいと考えています。
土壌物理学会大会は昨年に引き続きオンライン開催となりましたが，このようなときだからこそ，元気な大会を目指したいと思います。ポスターセッションや企業展示も含めて活発な参加をよろしくお願いします。

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2021 年度土壌物理学会大会プログラム
とき
ところ

：
：

8:50〜

2021 年 10 月 30 日（土）オンライン開催（実施本部・三重大学大学院生物資源学研究科）
開会・事務連絡第 63 回シンポジウム「地表面－大気間の物質・エネルギー動態のモデル化―土壌物理学に求められるもの―」
総合司会 土壌物理学会副会長 諸泉利嗣（岡山大学大学院環境生命科学研究科）
9:00〜12:00
シンポジウム 第 1 部(1) 次世代地球システムモデルに向けた統合陸域シミュレータの開発〜土壌物理プロセスに着目して〜
芳村 圭（東京大学生産技術研究所）(2) 群落熱収支モデルを用いた畑地の蒸発散と土壌水分・熱移動の予測
坂井 勝（三重大学大学院生物資源学研究科）(3) 森林における水文循環がメタンガス交換に与える影響
坂部綾香（京都大学白眉センター）(4) 作物成長モデルの高精度化に向けた根群域モデルの役割と課題
辰己賢一（東京農工大学大学院農学研究院）(5) ダイズ圃場における土中水分・ガスの時空間変動と作物生育
濱本昌一郎（東京大学大学院農学生命科学研究科）
12:15〜13:00

土壌物理学会総会

13:30~15:00

一般発表（スライドセッション），企業展示
13：30～13：40 企業展示タイム①
13：40～14：15 ポスター番号が奇数の発表者はブレイクアウトルームに待機
14：15～14：25 企業展示タイム②
14：25～15：00 ポスター番号が偶数の発表者はブレイクアウトルームに待機

15:45~16:45

シンポジウム 第 2 部
総合討論
司会 諸泉利嗣（岡山大学大学院環境生命科学研究科）
斎藤広隆（東京農工大学大学院農学府）

16:45

ポスター賞発表・表彰式

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目

次

シンポジウム「地表面－大気間の物質・エネルギー動態のモデル化―土壌物理学に求められるもの―」
次世代地球システムモデルに向けた統合陸域シミュレータの開発〜土壌物理プロセスに着目して〜
Development of integrated land simulator for next generation earth system models
芳村 圭（東京大学生産技術研究所）

12

群落熱収支モデルを用いた畑地の蒸発散と土壌水分・熱移動の予測
Simulation of soil water & heat transport in a vegetated field using a coupledprogram of the canopy energy budget model
坂井 勝（三重大学大学院生物資源学研究科）

13

森林における水文循環がメタンガス交換に与える影響
Influence of hydrological cycle on methane gas exchanges in forest ecosystems
坂部綾香（京都大学白眉センター/農学研究科）

14

作物成長モデルの高精度化に向けた根群域モデルの役割と課題
The role and challenges of root zone model for improving the accuracy of crop
growth model
辰己賢一（東京農工大学大学院農学研究院）

15

ダイズ圃場における土中水分・ガスの時空間変動と作物生育
Spatio-temporal variations on soil moisture and soil-gas behaviors in soybean field,
and link to crop growths
濱本昌一郎（東京大学大学院農学生命科学研究科）

16

企業広告
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18
19
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22

日本環境計測株式会社
株式会社モル
太陽計器株式会社
メイワフォーシス株式会社
株式会社堀場製作所
クリマテック株式会社

4一般発表（スライドセッション）
P01

耕盤破砕にともなう CO2、CH4 ガス動態に関する一考察
Consideration on CO2 and CH4 gas dynamics after breaking hardpan
西脇淳子（茨城大学農学部），谷口和広（千葉県），小松﨑将一（茨城大学農
学部）

24

P02

熱負荷が施肥の異なる黒ボク土の土壌団粒安定性に与える影響
Temperature effect on aggregate stability of Andisol applied different
fertilizers
関口覧人（東京農工大学大学院），斎藤広隆（東京農工大学大学院），田中治夫（東京農工大学大学院），向後雄二（茨城大学）

26

P03

冬季米ぬか施用水田での期間ごとの無機化について
Mineralization for each period in winter rice bran application paddy fields
永源奨（三重大学），Peter Mchuno Alfred（三重大学），井手海盛（三重大学），関谷信人（三重大学），渡辺晋生（三重大学）

28

P04

線形和水分保持関数に対する Mualem モデルの不飽和透水係数
Closed-form unsaturated hydraulic conductivity based on the Mualem model
for linearly superposed sub-retention functions
関勝寿（東洋大学），取出伸夫（三重大学），M. Th. van Genuchten (Utrecht
University, Sao Paulo State University)

30

P05

微小重力下での植物栽培における試料の評価
Evaluation of alternative candidate plant growth media for reduced gravity
Applications
Chihiro Naruke(Utah State University), Melanie Mills(Utah State
University),
Adam Blakeslee(UtahState
University),
BrendanFatzinger(Utah State University), Bruce Bugbee(Utah State University),
Scott B. Jones(Utah State University)

32

P06

気象データを用いた LSTM による土壌マトリックポテンシャルの推定
Estimates of soil matric potential from meteorological data using long shortterm memory model
章浩棟（東京大学農学生命科学研究科），杉野弘明（東京大学農学生命科
学研究科），溝口勝（東京大学農学生命科学研究科）

34

5

P07

SDI-12 センサの簡易設定キットの開発
Development of device configuration kit for SDI-12 sensors
牧貴広（佐賀大学大学院農学研究科），宮本英揮（佐賀大学）

36

P08

ダイズの蒸散と根の吸水の Feddes モデルによる検討
Transpiration and root water uptake for soybean based on the Feddes model
三口貴久代（三重大学大学院生物資源学研究科），取出伸夫（三重大学大学
院生物資源学研究科），坂井勝（三重大学大学院生物資源学研究科）

38

P09

透明蛍光黒板（ライトボード）を使った遠隔教育
Distance lecture using a lightboard
登尾浩助（明治大学農学部），佐藤直人（明治大学農学部），丸尾裕一（明治大学大学院農学研究科）

40

P10

繰り返し凍結・融解下における複数重金属汚染土壌の同時不溶化効果の解明Elucidating the simultaneous insolubilization of multiple heavy metals in soils
experiencing repeated freezing and thawing
社本凜太郎（岐阜大学大学院自然科学技術研究科），小島悠揮（岐阜大学工学部），神谷浩二（岐阜大学工学部）

42

P11

雪国オリーブの越冬対策：冬における樹木の根域全体を加温する技術の開発
Overwintering measures for olives in cold regions: Development oftechnology to warm the entire root area of the tree in winter
伴田千紘（石川県立大学），百瀬年彦（石川県立大学）

44

P12

不耕起栽培とマクロポア導入から見る表層土壌の保水と有機質化のプロセス
Water holding and carbon sequestration at surface soils regarding from notillage and macropore installation
森也寸志（岡山大学），岡香菜子（岡山大学），Bui Thanh Long（岡山大学）

46

P13

有機物と乾湿の繰り返しを与えたマサ土における初期団粒形成の検証
Initial aggregate formation of masa soil with organic matter application andrepeated dry/wet processes
井原崚貴（岡山大学大学院環境生命科学研究科），森也寸志（岡山大学大学
院環境生命科学研究科）

48

6

P14

TDR プロファイル土壌水分計 SoilVUE の室内におけるキャリブレーション試験
A calibration test for the TDR soil-moisture profile prove in laboratory
岩田幸良（農研機構農村工学研究部門），佐藤駿介（農研機構農村工学研究部門），柳井洋介（農研機構野菜花き研究部門），山地優徳（香川県農業試験場），池内隆夫（香川県農業試験場），亀山幸司（農研機構農村工学研究部門），宮本輝仁（農研機構農村工学研究部門）

50

P15

DBS（ドデシルベンゼンスルホン酸）の UV 分光測定に対する DBS-DOM
複合溶液のより高い pH 条件の影響
Influence of higher pH condition of DBS-DOM complex solution on the UV
spectroscopic measurement of DBS (Dodecylbenzenesulfonate)
Md. Imam Hossain (Graduate School of Agriculture, Hokkaido University),
Munehide Ishiguro (Research Faculty of Agriculture, Hokkaido University)

52

P16

土壌空気が間隙ネットワーク特性および物質移動に及ぼす影響
Effect of soil air on pore network properties and mass transport in porousmedia
濱本昌一郎（東京大学大学院農学生命科学研究科），大古湧之（NHK エン
タープライズ），大竹豊（東京大学大学院工学研究科），西村拓（東京大学大学院農学生命科学研究科）

54

P17

物理センサを用いた樹体の水分状態指標の定量的評価
Quantitative evaluation of tree water status using physical sensors
清水皓平（鳥取大学大学院持続性社会創生科学研究科），齊藤忠臣（鳥取大学農学部），猪迫耕二（鳥取大学農学部），藤巻晴行（鳥取大学乾燥地研究センター），依田清胤（石巻専修大学理工学部）

56

P18

人工衛星 GCOM-W 搭載マイクロ波放射計 AMSR2 による土壌水分量推定
アルゴリズムの改良：Mironov 土壌誘電率モデルの利用
An improved soil moisture retrieval algorithm from GCOM-W/AMSR2
microwave observations using Mironov dielectric model
辻本久美子（岡山大学），太田哲（研究技術開発支援機構（U-PRIMO））

58

P19

蒸発過程にある土中の硝化反応速度定数と ATP 量・Eh の関係
Rate constant for nitrification in soil with ATP and Eh during evaporation
平野清か（岩手大学大学院総合科学研究科），武藤由子（岩手大学農学部），
渡辺晋生（三重大学大学院生物資源学研究科）

60

7

P20

無肥料無農薬水田の中耕除草研究
Study of inter-tillage weeding in paddy field without agricultural chemicaland fertilizer: 1. Rice growth and yield.
Zhou Zhiduo (Graduate School of Agriculture, Hokkaido University),
Munehide Ishiguro (Graduate School of Agriculture, Hokkaido University),
Jun'ichi Kashiwagi (Graduate School of Agriculture, Hokkaido University),
Hajime Araki (The Field Science Center for Northern Biosphere, Hokkaido
University), Zhu Yan (Graduate School of Agriculture, Hokkaido University)

62

P21

無肥料無農薬水田の中耕除草研究：2.窒素養分動態
Study of inter-tillage weeding in paddy field without agricultural chemicaland fertilizer: 2. Nitrogen dynamicsZHU YAN（北海道大学農学院），石黒宗秀（北海道大学農学院）

64

P22

鉄同型置換アロフェンの合成とリン吸着量への影響
Synthesis of iron substituted allophane and phosphorus adsorption
中島翼（東京農工大学），橋本洋平（東京農工大学）

66

P23

共鳴筒の非接触な配置による土壌表層の水分量の推定
Estimation of water content of soil surface using non-contact resonant tube
深田耕太郎（島根大学生物資源科学部），木原康孝（島根大学生物資源科学
部）

68

P24

水田における気泡メタンフラックス測定装置の開発
Development of a device to measure bubble CH4 flux in paddy field
浪江日和（北海道大学大学院農学院），島田かさね（北海道大学大学院農学院），趙双双（北海道大学大学院農学院），当真要（北海道大学大学院農学研究院），石黒宗秀（北海道大学大学院農学研究院），波多野隆介（北海道大学
大学院農学研究院）

70

P25

インフィルトロメータによるボーリングコアの透水係数の鉛直分布の測定
Measurement of vertical distribution of hydraulic conductivity of boring corewith Infiltrometer
倉本菜摘（長崎大学大学院水産・環境科学総合研究科），中川啓（長崎大学）

72

P26

少量の土壌試料から飽和透水係数を得る方法の提案
Saturated hydraulic conductivity measurement using limited amount of soils
小堀壮真（岡山大学大学院環境生命科学研究科），Bui Thanh Long（岡山大学大学院環境生命科学研究科），森也寸志（岡山大学大学院環境生命科学研
究科）

74

8

P27

凝集系 Na－モンモリロナイトの準希薄系で観察される沈降乱流
Sedimentation turbulence observed in flocculated na-montmorillonite
studied in the semi-dilute regime
Muhamad Ezral Bin Ghazali (Graduate School of Life and Environmental
Sciences, University of Tsukuba), Li Zi Fan (Institute of Engineering
Mechanics and Systems, University of Tsukuba), Harumichi Kyotoh(Institute of Engineering Mechanics and Systems, University of Tsukuba),
Yasuhisa Adachi (Faculty of Life and Environmental Sciences, University ofTsukuba)76

P28

X 線 μCT で撮影した多孔質体画像の処理と三相分布の推定
Processing and analysis of multiphase images of porous media obtained via
X-ray μCT
福間大起（京都大学大学院農学研究科），中村公人（京都大学大学院農学研究科），濱 武英（京都大学大学院農学研究科）

78

P29

イオン強度がパッチ形成速度に与える影響
Analysis of the rate of patch formation against ionic strength
Duan Lifan（筑波大学），Yasuhisa Adachi（筑波大学），Takuya Sugimoto（筑波大学），Lili Feng (North China University of Water Resources and ElectricPower)

80

P30

局所耕うん法における人工マクロポアが与える CO2 ガス動態の影響
Effects of an artificial macropore on CO2 gas dynamics for the shaft tillage
method田崎小春（佐賀大学農学研究科），徳本家康（佐賀大学農学部），小宮秀治郎（ Department of Biochemical Processes Max Planck Institute for
Biogeochemistry），登尾浩助（明治大学農学部），森由貴子（佐賀大学農学
部）

82

P31

水田輪作圃場におけるコムギ収穫後の土壌硬度と肥料成分の水平分布
Comparison of horizontal distributions of soil hardness and fertilizer
components in the paddy crop rotation field after wheat harvesting
江波戸宗大（農研機構農業環境研究部門）

84

9

P32

スパースマルチオフセット地中レーダデータを用いた浸潤過程の体積含水率分布の自動推定
Automatic estimation of volumetric water content distribution during
infiltration process using sparse multi-offset ground penetrating radar data
及川航貴（東京農工大学），斎藤広隆（東京農工大学），黒田清一郎（農業・食品産業技術総合研究機構），高橋一徳（応用地質株式会社）

86

P33

完熟堆肥製造過程における温度・水分等のリモートモニタリング
Making a method of fully ripened compost more efficiency by remotemonitoring of temperature, water density, and other data
内山健太郎（東京大学大学院農学生命科学研究科），原拓朗（株式会社エイ
チアイシー），溝口勝（東京大学大学院農学生命科学研究科）

88

P34

減圧量とその継続時間が風乾した不撹乱心土の透水係数に与える影響
Effect of decompression amount and its duration on permeability of air-dried
undisturbed subsoil
鳥居青波（岐阜大学大学院自然科学技術研究科），西村直正（岐阜大学応用
生物科学部）

90

P35

ポット試験における土壌中の Pb がニンジンの生育に及ぼす影響およびリ
スク評価
Effects and risk assessment of Pb in soil on growth of pot-cultured carrot
井村友美（長崎大学大学院水産・環境科学総合研究科），中川啓（長崎大学
総合生産科学域）

92

P36

飯館村の農山村地域における LoRa 電波伝搬評価と基地局配置の最適化手法の研究
Evaluation of LoRa radio propagation and optimization method of lora
network construction in Iitate village, Fukushima
Riko Ahmad Maulana（東京大学農学生命科学研究科），溝口勝（東京大学農学生命科学研究科），杉野弘明（東京大学農学生命科学研究科）

94

P37

SRI における稲倒伏耐性に関する研究
Research on lodging resistance in SRI
イ ソウメイ（東京大学），溝口勝（東京大学），杉野弘明（東京大学）

96

10

第63回シンポジウム
地表面－大気間の物質・エネルギー動態のモデル化―土壌物理学に求められるもの―

シンポジウム講演①

次世代地球システムモデルに向けた統合陸域シミュレータの開発〜土壌物理プロセスに着目して〜
Development of Integrated Land Simulator for Next Generation Earth System Models
芳村圭（東京大学生産技術研究所グローバル水文予測センター）
具体的な気候変動適応策が立案及び実施されるにあたり，気候予測には，これまでのよ
うな大気・海洋情報だけではなく，陸域及びその周辺のより多様なきめ細やかな情報提供へのニーズが高まってきている。こうしたニーズにも応えるべく，これまで大気モデルの一部であった地表面パラメタリゼーションを，大気モデルから独立させ，これまでの気候
モデルでは扱えてこなかった（もしくは過度に簡素化されていた）様々な陸での重要な要素，例えば河川，湖沼，積雪，植生，土壌，地下水，人間活動等について，別途研究されている知見やモデルをより安易かつ物理的な整合性を担保した形で結合させることのできる，
統合陸域シミュレータ(ILS)を開発した。ILS とはモデル単体ではなく，開発の枠組みに対する名称である。その結果，陸面物理過程を担当する MATSIRO と河道流下過程及び氾濫を担当する CaMa-Flood を，ILS 内で，汎用通信モジュール Jcup で結合させることに成功
し，地球システムモデルの全体的な性能の改善に寄与したとともに，洪水など近未来の自然災害の予測を可能とすることに寄与した。また，ILS による陸過程の表現，特に土壌物理
プロセスの改善に向けた研究として，サブグリッドスケールでの水平方向の土壌水分輸送の実装や，3 次元土壌分類パラメタセットの実装を行った。前者からは，１グリッドのなか
で水が水平輸送されることを考慮すると，グリッドには同じ大気外力を与えても，蒸発散や流出の割合が顕著に変化することが示された。後者の取り組みでは，最新の 3 次元土壌分類パラメタセットに加え，土壌での水輸送に関する物理式を更新することにより，陸域での土壌水分量や，流出量・河川流量に良い影響を及ぼすことが確認できた。こうした研究の進展は，ILS がコミュニティモデルとして機能し始めていることを示しており，今後こういった取り組みをさらに加速させていきたい。

12シンポジウム講演②

群落熱収支モデルを用いた畑地の蒸発散と土壌水分・熱移動の予測
Simulation of soil water & heat transport in a vegetated field using a coupled program of
the canopy energy budget model
坂井勝（三重大学大学院生物資源学研究科）

畑地の土壌水分量と地温は，種子の発芽や根の伸長，根の吸水や養分吸収，有機肥料の無機化など形態変化をもたらす微生物活性等，直接的にも間接的にも作物の生育に大きな影響を与える。蒸発散は，根圏土壌中の消費水分量の大部分を占め，潜熱消費をともなう
ため，土壌水分・地温変化を予測する上で重要な要素である。また，土壌面からの蒸発と植物根の吸水にともなう蒸散では水分・潜熱消費の位置が異なることから，蒸発速度と蒸散速度それぞれを定量的に評価する必要がある。群落熱収支モデルの一つである 2 層モデ
ルは，群落の放射透過率 τ で土壌面と植被層に放射を配分し，各層の熱収支を計算するモデルであり，気象条件に基づき可能蒸発速度と可能蒸散速度を計算することが可能である。
一方で，土壌乾燥にともなう透水係数と根の吸水の低下により，蒸発速度と蒸散速度は低下するため，畑地の蒸発散を正しく予測するためには土壌水分移動モデルとの連動が必要不可欠である。そこで本研究では，群落熱収支モデル（2 層モデル）と HYDRUS-1D を連結し，蒸発・蒸散と土壌水分・熱移動の相互作用を考慮した土壌水分量・地温変化の予測プログラムを構築することを目的とした。
三重大学附属農場内のダイズ栽培圃場で，土壌水分・地温，気象条件，および作物生育の観測を行い，モデルの検証を行った。まず，可能蒸発速度 Egp と可能蒸散速度 Ecp が生じる土壌が湿潤な期間に焦点を当て，計算に与える放射透過率 τ について検討した。τ の感度解析から，τ は可能蒸発散速度 Ep に対する Egp の割合（Ep/Egp）とほぼ一致することが示され，また土壌水分量・地温の観測値の再現性から，地表面被覆率 Sc の観測値に基づいて簡易的に τ を与えること（τ = 1－Sc）の妥当性が示された。続いて，土壌乾燥による蒸発散の低下が生じるより長期間の乾燥過程の数値計算を行った。根の吸水モデルに補填吸水を考慮し根圏下層の吸水を促進することで，各深度の土壌水分量の再現性が向上した。また，表層土壌の低土中水圧力領域の不飽和透水係数を大きくし，蒸発速度の低下を抑制することで，地温の再現性が向上した。構築したモデルを圃場観測データに適用することで，畑地の不飽和水分移動特性や根の吸水特性を評価できる可能性が示された。

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シンポジウム講演③

森林における水文循環がメタンガス交換に与える影響
Influence of hydrological cycle on methane gas exchanges in forest ecosystems
坂部綾香（京都大学白眉センター/農学研究科）
メタンは，全温室効果ガスによる地球温暖化の 23%に寄与すると推定されており，重要な温室効果ガスである。地表からのメタン放出のうち，約 60%が人為起源（化石燃料，水田，家畜，廃棄物など），約 40%が自然起源（湿地，湖沼，火山，シロアリなど）と推定されている。吸収源については，ほとんどが大気中での化学反応により消滅し，一部は水分不飽和な土壌でメタン資化細菌によって分解される。メタン排出量の削減には，人為起源
だけでなく，自然起源の放出源，吸収源を把握し，その環境応答性を理解する必要がある。
森林におけるメタン動態の理解は，転換期を迎えており，近年は土壌だけでなく葉や，幹におけるメタン放出・吸収プロセスが大いに注目されている。メタン動態のモデル化に向けて，林内のメタン交換量を詳細かつ長期的にモニターし，変動プロセスの理解を進める必要がある。本研究では，滋賀県南部に位置する温帯ヒノキ林において，土壌，幹ごとのメタン交換量，微気象学的手法による生態系スケールのメタン交換量を長期連続観測した結果について示す。観測の結果，森林におけるメタン交換量は，土壌水分条件による空間変動性が大きく，降雨に伴う水文条件の変化の影響を強く受けて，時間的にも変化する
ことが明らかになった。
異なる気候帯の森林に目を向けると，一般にメタンは湿地や水田のような湛水条件下で有機物が分解されることで生じるので，枯死木などの粗大有機物が湛水条件で蓄積している熱帯泥炭湿地林はメタン放出源となることが予想される。衛星観測により，東南アジアの上空で高いメタン濃度が検出されたが，未だ地上観測によって放出源が特定されていな
い。我々がインドネシアの中カリマンタンに位置する泥炭湿地林で微気象学的手法である
渦相関法による生態系スケールのメタン交換量の観測を行った結果，観測を行った泥炭湿地林は地下水位の変化に応じて，乾季にはメタン吸収源として，雨季にはメタン放出源として切り替わる様子が明らかになった。年間のメタン収支は，北方や温帯の泥炭で報告されている値よりもはるかに小さかった。近年は，渦相関法によるメタン交換量の観測デー
タを国際的なデータベースに提供し，統合解析する取り組みが行われている。そこから生態系ごとのメタン交換量のレンジ，制御要因が明らかになってきた。統合解析によって，観測で得られた結果をモデル化へつなぐことが期待される。

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シンポジウム講演④

作物成長モデルの高精度化に向けた根群域モデルの役割と課題
The role and challenges of root zone model for improving the accuracy of crop growthmodel
辰己賢一（東京農工大学大学院農学研究院）
作物個体や作物群の成長をモデル世界で再現・予測することは極めて大きな不確実性を伴う。プロセス型の作物成長モデルの多くは，作物の成長に関与する生理・生態学的およびその物理学的なプロセスと外部の気象環境との関係をモデル化することで構築される。
しかしながら，作物は光，気温，二酸化炭素濃度，湿度，土壌などの環境によって光合成や蒸散活動を複雑に変化させ，また得られた光合成による同化産物が各作物器官に分配し，それが物質変換されるため，細胞～個葉～群落のどのスケールにおいても決定論的に成長を説明することは困難性が極めて高い。また，個体レベル，群落レベルなど対象とする時
空間スケールによってモデル世界で考慮すべき物理量は変わってくる。
上記の背景を踏まえ，作物モデルの高度化に向けた課題に目を向けると，気象要素と個葉の光合成・蒸散プロセスは作物生理学の分野で実験的に詳しく調べられてきた。また，施肥や気象条件が作物個体群の成長に与える影響も作物学の分野で古典的に長く実験的に調査されてきた。これらの研究の積み重ねで得られた知見を基にして，気象条件と作物成長との関係を説明する数理モデルの構築，経験的なモデルパラメータ推定が実施されてきた。一方，地下部，つまり土壌の物理的・化学的な特性，土壌水分や施肥条件が作物成長に与える影響を定量的にモデル化する試みは未だ発展途上であり，十分ではない。土壌中の窒素レベルは個葉や群落の光合成能力や葉の成長，それによる同化産物の生成に関与する要因であり，土壌水分は葉の気孔開閉や葉の成長などに大きな影響を与える要因である。
したがって，作物成長モデルをさらに発展させ，これが農作業の意思決定等に援用できるレベルまで精度を向上させるには，根の成長を含めた根群域の条件を包括した作物成長モ
デルの高度化が要求される。
以上，作物モデルの高精度化には，作物生理学，作物学，生態学，土壌物理学など多様な分野から得られる研究成果を低い不確実性で統合していき，そして原理やプロセスを構築していく緻密な作業が必要である。この統合的なモデルの開発，それにより得られた結果の解釈を実施することにより，個々の分野での作物成長に与える諸過程が統合モデルとどのように関わっているのかが定量的に明らかになってくると考えている。本シンポジウ
ムでは，マルチスケールな事例を取り上げ，作物成長モデルの高度化に必要な根群域の役割を取り上げ，土壌物理学に求められる課題を提示したい。

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シンポジウム講演⑤

ダイズ圃場における土中水分・ガスの時空間変動と作物生育
Spatio-temporal variations on soil moisture and soil-gas behaviors in soybean field, andlink to crop growths
濱本昌一郎（東京大学大学院農学生命科学研究科）
普通畑に比べ排水性が劣る水田転換畑（ダイズ作）では，過湿による出芽不良や初期成育の抑制が問題となっている。また，開花期のダイズへの乾燥ストレスが，莢数や種子数の減少といった収量構成要素に影響を与えることが報告されている。このように，作期中の土壌水分を把握し，作物生育や収量に及ぼす影響を明らかにすることは，ダイズ作において重要である。一般に圃場は不均一であり，土壌水分は空間的にばらつく。しかし，土壌水分の空間的変動の把握には多大なコストを要し，ダイズ圃場の土壌水分の時空間変動
が，作物生育や収量に与える影響について体系的に検討した例は少ない。また近年，圃場
作物や土壌サンプルを用いたマルチオミクス解析により植物−微生物−土壌に関する農業
環境データを取得し，統合情報解析により単独解析では見えない有用な情報を抽出する試みが見られる。土壌水分に加え土壌ガス環境の時系列変動とそのモデル化によって得られる土壌微生物や根呼吸の評価は，上記統合情報解析の中でも重要な情報と言える。本研究では，異なる資材を投与したダイズ圃場を対象として，土壌水分の時空間変動と土壌物理・化学的特性，作物生育，収量データとの関係について明らかにすることを目的とした。また，無施肥区および牛糞施用区で得られた深度別土壌ガス変動のモデル化を検討した。
福島県農業総合センター内のダイズ圃場を対象に，無施肥区を含め異なる 16 種類の農業資材を投与した処理区を計 73 区設けた。各処理区において，深さ 10 cm に土壌水分セ
ンサーを設置し，播種日から収穫日にわたり体積含水率，電気伝導度，地温を測定した。
さらに，一部処理区には，深度別に O2 および CO2 センサーを設置した。開花期と収穫期には，作物体地上部から，主茎長，莢数など作物生育や収量に関わるデータを測定した。
得られた土壌水分の時系列変動に対してクラスター解析を行った結果，圃場内で 4 つの特
徴的な水分変動パターンが確認された。水分変動パターンとバイオマス生産量について解析したところ，特に梅雨時期の水分状態と強い相関がみられた。土壌ガスのモニタリング
結果から，土壌水分増加時に O2 濃度の低下と CO2 濃度低下が確認できた。無施肥区と牛糞施用区の O2 ガス濃度変化に対して，O2 消費項と移流・拡散項を含む O2 輸送モデルの適用を試みた。モデルは栽培期間中の O2 濃度変化を概ね再現できたものの，モデルパラメー
タ値の選択や乾燥期後の土壌呼吸の再現について課題が見られた。

16

日本環境計測株式会社

Environmental Measurement Japan
Soil Oxygen Sensor MIJ-03

For more detail・Long term obseration with easy set-up
・Automatic temperature compensation
・No influence by the rain or other waters
・No power required
・Zero calibration is not require. 0% Oxygen = 0 mV output

Dendrometer Rotary MIJ-02 Type3 and LMS

Rotary type3

・Nondestructive(type3 &LMS) or Screw mount(type3)
・Measure immediately after set to sample
・Long term stable measurement
・Low power consumption
・Sample size - Type3:Φ40mm to infinity- LMS:Φ1.5～23mm

For more detail

Yara Water Sensor(Turgor Pressure Sensor)

For more detail

LMS・Measure changes in the leaf’s turgor pressure of the plant.
・Plant-based, non-destructive measurement of plant water status

WET150For more detail・low cost research-grade multi-parameter soil sensor
・Measures moisture, temperature and EC
・Accurate monitoring of growing conditions
・Measures directly in the rootzone
・Digital SDI-12 for easy system integration

WET150 KIT・Instant measurements of moisture, EC, and temperature
・Accurate spot readings of growing conditions
・Comes complete with readout meter and case
・Portable, rugged and easy to use
17株式会社モルは、主としてテンシオメータ（土壌水分計）を製造及び販売しています。
テンシオメータは土壌中に埋設して使用するタイプや室内でのカラム試験に用いるための細口径タイプも製造しています。また、テンシオメータによる測定結果を記録するためのロガー及び電源供給システムを準備しています。
そのほか、種々の室内試験に用いるアクリルカラムを製造しています。

埋設型土壌水分感圧センサ HG-2100AEL
・埋設型のテンシオメータです。埋設深さはガイドパイプの長さを変えることによって任意に設定することが可能です。
・ポーラスカップ部(写真最下端)が水タンクを兼ねており、気温変化の影響を受けづらい構造です。
・写真は脱気水を供給することができる補給タイプです。このほかに、無補給タイプや、ポーラスカップを交換することが可能なタイプもあります。

マイクロテンシオメータ ML-2100AM6
・受感部（ポーラスカップ）の直径が小さいテンシオメータです（ポーラスカップ寸法：φ6mm×L15mm）。
・室内でのカラム試験等に使用することができます。

ロガー及び電源供給システム
・ロガーはT＆D社の電圧ロガー(MCR-4V)を使用しています。
・センサーへの電源供給は、電源供給ボックスを介して行い、下記3種類から選択することができます。
①12Vバッテリ②電源供給ボックスに収納可能な9V電池(006P)。
③ACアダプタ

室内試験用アクリルカラム
・室内試験に使用する種々のアクリルカラムを製作します。
・詳細についてご相談のうえ製作を開始します。
・アクリルカラム製作例①マイクロテンシオメータ対応カラム②ガス採取管付きカラム③カラム式降雨装置

1718

〒335-0015

埼玉県戸田市川岸3-2-5

NKビル戸田公園

Drill & Drop Bluetooth

スマートフォン、タブレット対応土壌水分プロファイルプローブ
概要

Drill & Drop Probe
With Bluetooth, For
Easy Data Collection
And Transfer Via
Your Phone!

Drill &
& DropDrop BluetoothBluetooth は簡易設置が可能な一体成型土壌水分プローブ
は簡易設置が可能な一体成型土壌水分プローブでDrillです。データ回収はアンドロイドのスマートフォンまたはタブレットです。データ回収はアンドロイドのスマートフォンまたはタブレットで行い、行い、回収したデータはPC で閲覧可能です。データロガーが不要なので回収したデータはPCで閲覧可能です。データロガーが不要なので大がかり
大がかりなシステムを構築することなくコストを抑えることが可能です。
なシステムを構築することなくコストを抑えることが可能です。
プローブ長は30cm,60cm,90cm,120cm から選択可能で、センサーがプローブ長は30cm,60cm,90cm,120cmから選択可能で、センサーが5cm
5cm 深度から 10cm 間隔で内蔵されており、土壌水分と温度（オプショ
深度から10cm 間隔で内蔵されており、土壌水分と温度（オプションで塩
ンで塩分濃度）が測定できます。メンテナンスフリーで使用できるため、
分濃度） が測定できます。
メンテナンスによるデータの欠落リスクが少なく、長期間の水分値と温
メンテナンスフリーで使用できるため、メンテナンスに よるデータの欠落
度の傾向やシーズンごとの比較ができます。プローブは精巧なテーパ構リスクが少なく、長期間の水分値と温度の傾向やシーズンごとの比較ができ造をしているため土壌の奥までスムーズに挿入できます。
ます。プローブは精巧なテーパ構造をしているため土壌 の奥までスムーズ
外部電源、データロガー、ケーブル配線が不要となることでプローブさに挿入できます。
え購入すればお手持ちのアンドロイドデバイスとPC で計測と記録が可能です。
外部電源、データロガー、ケーブル配線が不要となることでプローブさえ購入すればお手持ちのアンドロイドデバイスとPCで計測と記録が可能です。

特長
1 本のプローブで VWC、地温、塩分濃度を計測
4 種類のモデルから選択可能（30,60,90,120cm）
専門知識がなくても設置が容易

1 本のプローブで VWC、地温、塩分濃度を計測
4 種類のモデルから選択可能（30,60,90,120cm）
専門知識がなくても設置が容易

Bluetooth 接続について
Drill ＆Drop Bluetooth は、無料の専用アプリを使用し Bluetooth 接続を介してのアンドロイドのスマートフォンまたはタブレット
でデータ回収やリアルタイムモニタリングが可能です。多くのアンドロイドデバイスに対応しております。※1
回収したデータは無料の専用ソフトをインストールした PC とアンドロイドデバイスを USB 接続することで閲覧可能です。サブスク
リプションのソフトウェアをご購入いただくことで iPhone や iPad といった iOS デバイスでもデータ回収が可能です。※2※1 全てのアンドロイドデバイスの動作を保証するものではありません。
※2 リアルタイムモニタリングは無料のアプリで可能です。

仕様
計測項目
動作環境
電源
スピード
長さ
電源

電池寿命

交換推奨頻度

体積含水率

体積含水率、温度
塩分濃度（オプション）-20～+60℃
3.6Vリチウムイオン電池
センサー上部30mm5.8 cm
センサー底部28.75～25mm※1
30cm、60cm、90cm、120cm
3.6Vリチウムイオン電池

計測範囲
精度
分解能

温度

精度
分解能

±2℃ ＠25℃
0.3℃

精度
分解能

0.2％
1:3500

塩分濃度

2～3年毎
目安として60cmプローブで30分間隔計測の場合3.5年※2

絶乾～飽和(Oven Dry to Saturation)±0.03%
1:10000

内部メモリ

2000データを保存可能例）計測頻度30分毎 40日分データ保存可能
計測頻度1時間毎 80日分データ保存可能

リンクQRコード
設置方法

Sentek社Youtubeチャンネル

プロファイル深度

30cmモデル（3点）
60cmモデル（6点）
90cmモデル（9点）
120cmモデル（12点）

5,15,25 cm
5,～途中10cm間隔～55cm
5,～途中10cm間隔～85cm
5,～途中10cm間隔～115cm

19

Androidデバイス用アプリ
簡易データ回収アプリ

プローブ設定等詳細アプリ※1プローブ長により異なります。
※2設置環境により変動する可能性がございます。

N2O、CH4、CO2 の微量ガス
土壌水分
土壌水分、EC、
EC 温度

高精度かつ簡便に計測
NEW

NEW

8200-01S＜土壌呼吸測定用＞

スマートチャンバー
ポータブル式
バッテリー内蔵Wi-Fi コントロール可能な

抜群の精度を誇る

新型チャンバー

LI-7800シリーズ トレースガスアナライザー●

LI-7820

N2O / H2O トレースガスアナライザー

N2O 測定レンジ

1−100 ppm

N2O 精度

0.20 ppb（330ppb N2O、5 秒平均時）

LI-7810 CH4 / CO2 / H2O トレースガスアナライザー
CH4 測定レンジ
0.1−50 ppm●

HPⅡ
土壌マルチプローブ
驚愕の 5 年保証！

CH4 精度

0.25 ppb（2000ppb CH4、5 秒平均時）

CO2 測定レンジ
CO2 精度

1−10,000 ppm
1.5 ppm（5 秒平均時）

土壌水分、EC、温度
LI-7815 CO2 / H2O トレースガスアナライザー
CO2 測定レンジ
1−10,000 ppm●

3 成分計測の高安定マルチプローブ

東京
大阪

CO2 精度TEL (03) 5379 - 0051 メール infot@meiwanet.co.jp 名古屋〒160-0022

新宿区新宿1-14-2 KI御苑前ビル

TEL (06) 6212- 2500 メール infoh@meiwanet.co.jp〒542-0074

⼤阪市中央区千⽇前1-4-8 千⽇前M's ビル9F

仙台

0.04 ppm（400ppm CO2、5 秒平均時）
TEL (052) 686-4794 メール infon@meiwanet.co.jp〒464-0075

名古屋市千種区内⼭3-10-18 PPビル

TEL (022) 218 - 0560 メール infos@meiwanet.co.jp〒981-3133

仙台市泉区泉中央1-28-22 プレジデントシティ ビル3階

テ クノ ロ ジ ー ラ ボ〒135-0064

慶 應 義 塾 大 学 -メイワフォーシス
ナ ノ 粒 子 計 測 技 術 ラ ボ

東京都江東区⻘海2-4-10 東京都⽴産業技術研究センター 製品開発⽀援ラボ318〒223-8522 神奈川県横浜市港北区⽇吉3-14-1 慶應義塾⼤学 ⽮上キャンパス理⼯学部中央試験所 36棟213号室

20

科学製品ランアップ・
アプリケーションはこちらから卓上型蛍光X線分析装置 MESA-50/50K
土壌中有害元素分析
バッテリ内蔵で最大６時間使用可能なため、工場敷地の土壌中重金属検査など、屋外に持ち出してその場で測定できます。専用ソフト（有害元素例：カドミウム、鉛、水銀、クロム、臭素、ヒ素、塩素など）を使うと、分析結果を成分ごとに表示でき、有害成分の有無が確実に判定できます。また、
これまでX線ピークが近くそれぞれの濃度を判別することが難しかった鉛とヒ素のピーク分離ができ、正確な濃度測定が迅速に行えます。
● 手順
試料用セルを作成（液体・粉体用セルに土壌試料を入れる）

MESA-50で測定

MESA-50

MESA-50K 大型試料室仕様● 土壌中有害元素分析

定性分析（有害元素特定）

定量分析

7000
R2=0.9979
6000
R2=0.9994

Intensity counts● 使い捨てセル使用例

5000

As

4000

Pb

3000
2000
1000
0

0

100

200

300

400

500

600

Std value (ppm)

検量線の一例

より鮮明な光学像観察、元素マッピングなら微小部Ｘ線分析装置 XGT-9000
XGT-9000なら、よりクリアな光学像で異物の位置を確認しながら測定したり、含有元素のマッピング像観察が可能です。

レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置 Partica LA-960V2
大好評の高濃度セルに加えて、画像解析ユニットが登場！
● 高濃度セルを使ったスラリーサンプルの測定事例

電池電極材料を高濃度スラリーのまま測定することで、凝集評価ができました。
24

データ名
原液
フロー測定

頻度（％）

20

Partica LA-960V2

メジアン径
0.09538（μm）
0.08798（μm）

15
10

原液測定により凝集したピークを検出。

5
0
0.010

0.100

1.000

10.00

100.0

● 画像解析ユニットを使った凝集物の観察事例

少量の粗大粒子も観察可能です。形状も同時観察することで、試料中の粗大粒子が凝集物であることがわかりました。

粒子径（μm）■ 原液測定とフロー測定（分散媒で希釈）の測定結果比較
高濃度セルユニット

凝集物

原液（希釈なし）または原液に近い状態で測定できます。
さまざまな試料濃度での測定も可能です。

画像解析ユニット■ ガラスビーズの画像観察像21（本体内蔵型）ঽேੑ೾भ३५ॸ঒ॖথॸॢঞ‫ॱش‬ॡজঐॸॵॡઙૄভ঺
KWWSZZZZHDWKHUFRMS

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C-CR1000X ¥398,000(⛯ᢤ)ম঺‫ূ؟‬਎੃௹ਣય౱ฦ ‫ۉڸ‬অঝ)7(/)$;

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22

7(/)$;

一般発表（スライドセッション）
P01～P37

P01
耕盤破砕にともなう CO2、CH4 ガス動態に関する一考察
Consideration on CO2 and CH4 gas dynamics after breaking hardpan
西脇淳子 1・谷口和広 2・小松﨑将一 1
1 茨城大学

農学部・2 千葉県

要旨：本研究では、圃場試験を行い、耕盤破砕が地表面ガスフラックス、土壌ガス濃度、および温暖化への寄与率へどの程度影響するのか調べた。耕盤破砕後のガス移動の変化により、土中での炭素分解と地表面からのガス放出に差が生じることが示唆された。
キーワード：
Key words:

土壌耕盤破砕、土壌物理性、温室効果ガス

breaking soil hardpan, soil physical properties, Green House Gas

1.はじめにはクローズドチャンバー法で測定した。チャン

農地は主要な炭素吸収源の 1 つであり、炭バーはアクリル製で、40 x 40 x 50 cm である。

素貯留の場としての利用が注目を集めている。

採取ガス濃度は、熱伝導度検出器ガスクロマト

著者らは、耕盤層に着目し、その存在が土壌中グラフ（Shimadzu GC-8A）で分析した。観測での物質動態に与える影響を探っている（太田は 2019 年の 7/9、9/2、10/24、11/8 に行った。

ら、2015、西脇ら、2019）。本研究では、耕盤

土壌水分、地温は ECH2O 5TE センサ

破砕が地表面ガスフラックスと土壌ガス濃度、（METER 社）で測定した。コアサンプルの乾および温暖化への寄与率にどの程度影響する

燥密度と土粒子密度、センサで測定した体積含のか調べることを目的とし圃場試験を行った。

水率より三相分布を計算し、それぞれのガス測
定日における土壌ガス中の炭素量を算出した。

2.方法
試験は茨城大学農学部附属国際フィールド

3.結果と考察センター内の畑地圃場で行った。圃場は試験前

図１は CO2、CH4 の地表面ガスフラックスの５年間は不耕起状態で、作物は栽培されていの月ごとの変化である。耕盤破砕区では 7 月～

なかったが、夏場は草生状態であった。圃場に9 月にかけての夏場に CO2 ガス放出が大きく、おける土壌硬度の測定はコーンペネトロメー

10 月～11 月にかけて地温が低下するとともにタ（大起理化工業株式会社）を用いて行い、10

放出量は小さくなった。一方、耕盤あり区では、〜30 cm の深度に 1700 kPa 以上の層（耕盤

7 月の放出量は少なかったが、その後の放出量層と定義）があることを確認した。8 x 4 m のはあまり減少せず、10 月～11 月では破砕区よ圃場を２分し、片方はそのままの状態（耕盤有りも放出量が多い傾向を示した。破砕区では空り区）とし、もう一方は耕起を行い、土壌耕盤

気の流れが生じることで易分解性の有機物がを破砕した（耕盤破砕区）。耕起は、ロータリ

夏場に多く分解され、その後の秋にかけては、ー耕うん機（ヤンマー YG8）にて、2019 年 7

耕盤あり区で夏場に分解されなかった有機物

月 9 日に行った。土壌サンプルは、100 cm3 のが徐々に分解されていったことが考えられる。

コアサンプラーを使用して、深さ 0〜60 cm のCH4 は、両区においてすべての月で吸収傾

耕盤上下層にわたり採取した。

向であったが、耕盤破砕区では月ごとの吸収量

土中ガスはガス採取管を 7.5、20、40、60 cmの変化に傾向は確認できなかった。7 月～9 月

深度に埋設して回収し、地表面ガスフラックス

にかけては破砕区での吸収量が多く、10～1124

月では耕盤あり区の吸収量が多かった。この大は不明であるが、各測定日における土壌ガスか小関係は CO2 と逆であったが、量的な相殺関ら換算した温暖化への寄与は破砕区で大きい係は認められなかった。

傾向が確認された。測定数が少ないため不明な部分が多いが、耕盤破砕による炭素分解の可能性が示唆された。
表１

温暖化係数を考慮した各区での炭素放出量（102 kg C a⁻1 month⁻¹）とその差
7月

9月

10 月

11 月

あり

3.9

-5.6

6.2

4.7

破砕

6.5

-2.8

4.4

-3.1

差

-6.4

-2.8

1.9

7.8

表２

温暖化係数を考慮した耕盤あり区と破砕区での土壌炭素量（kg-C / a）の差

図1

CO2、CH4 の地表面ガスフラックス

表１は各月の地表面ガスフラックス（g-C a-1

cm

7月

9月

10 月

11 月

0-15

-0.40

-0.57

-2.13

-1.56

15-30

-0.06

-0.10

2.05

0.57

30-50

-0.77

-1.11

2.20

-0.34

50-70

-0.81

-0.99

0.07

-3.33

0-70

-2.04

-2.77

2.19

-4.66

4.おわりにmonth-1）に関して温暖化係数（CO2 は 1、CH4

本研究では、耕盤破砕後のガスの流れと有機

は 21）を乗じた値、および、耕盤あり区と破物の質の変化とのバランスで地表面ガス放出

砕区でのそれらの差を示す。本サイトにおけるに差が生じることが示唆された。また、耕盤破

7～11 月の温暖化係数を考慮した炭素放出量

砕によるガス動態の変化で土壌ガス濃度、温暖は、0.039 kg C a⁻²month⁻¹ であり、耕盤あり化への寄与率が変化することが示唆された。今区での温暖化へ与える影響が若干大きくなっ後は、測定回数を増やすことや、土中ガス濃度た。しかし、7～9 月の夏場に吸収傾向であり、今回は 8 月の測定が行えなかったこと、また、耕盤あり区で 11 月の CO2 放出と CH4 吸収フの時系列変化を調べることで炭素動態を把握し、耕盤破砕の温暖化への影響を解明していく。

ラックス、その他の測定で、大きな測定値のば謝辞

らつきがあったことから、耕盤あり区で破砕区

本研究は JSPS 科研費 18K05921 の助成を受けた。また圃場

の放出量を下回る可能性も拭い去れない。

の耕起作業は茨城大学農学部の浅木直美准教授にご協力を賜

表２は各月の土壌ガス濃度に温暖化係数をった。ここに記して謝意を表す。

乗じ、耕盤あり区と破砕区でのそれらの差を深参考文献等

度ごとにとった値を示す。この値は、ガス採取（1）
太田ら（2015）：2015 年度土壌物理学会大会要旨集,82-83

管設置 4 深度をそれぞれ中点とし、1 a 辺りの（2）西脇ら（2019）：令和元年度農業農村工学会大会講演会

量として換算した（kg-C / a）
。この値がガス生

要旨集

成によるものか移動した結果なのかなど、動態

25

P02
熱負荷が施肥の異なる黒ボク土の土壌団粒安定性に与える影響
Temperature Effect on Aggregate Stability of Andisol Applied Different
Fertilizers
関口覧人 1・斎藤広隆 1・田中治夫 1・向後雄二 1
1 東京農工大学大学院連合農学研究科

要旨
地温を上げる土壌消毒法による土壌特性の変化に対する検討は十分に行われていない。本研究では，施肥の異なる黒ボク土の団粒安定性を二段階湿式ふるい分け法により検討した。その結果，ふるい分け時間の増加およびふるい分け温度の上昇が団粒崩壊を促進することを明らかにした。
この傾向は，施肥の違いに依らなかったが，化学肥料施用区の土壌団粒の方が温度の上昇に対して脆弱であった。また，ふるい分け前後での団粒中の全炭素量を比較した結果，炭素を含む接合物質の減少が温度の上昇による団粒崩壊の要因であることが示唆された。
キーワード：

土壌団粒，団粒安定性，温度依存性，黒ボク土，全炭素量

Key words: Soil aggregate, Aggregate stability, Temperature dependence, Andisol, Total carbon
2021）を用いて，有機肥料および化学肥料を施1.はじめに熱を用いて地温を上昇させる土壌の物理消用されている土壌団粒の湿潤状態での温度上

毒方法は，それ自体の環境への負荷が小さいこ

昇がその安定性に与える影響について検討をとから，臭化メチルの代替消毒法として注目を行った。

されている（Dai ら，2016）。しかし，熱を用いた土壌消毒法により土壌の特性がどのよう

2.材料と方法に変化し，その結果として環境へどのような負（1）土壌サンプル：本研究で用いた黒ボク土荷が発生するのか，という点については，十分は，東京農工大学附属圃場より採取した（図 1）。

な検討が行われていない。さらに，焼き畑など

この圃場では，1997 年より牛糞オガクズ堆肥の乾燥を伴う温度の上昇による土壌団粒の安および NPK 肥料が施用されている。

定性の変化については多く研究されているが（2）土壌団粒安定性の測定とその評価：土壌（たとえば，Thomaz（2017）），湿潤状態での団粒安定性の温度依存性を検討するために，二温度の上昇による土壌団粒の安定性について

段階湿式ふるい分け法を用いた（Sekiguchi ら，の報告はほとんどない。

2021）。土壌団粒安定性の温度依存性が，暴露

土壌団粒の形成とその安定性には，土壌管理

される温度と時間のどちらに依るものか検討が影響し，有機肥料の施用は化学肥料の施用よするために，二段階目のふるい分け時間を，20りも団粒構造の発達や安定性を促進させる（た分，40 分，80 分に設定した。また，二段階目

とえば，Mikha ら（2015））。そのため，土壌のふるい分け温度は，20℃，40℃，80℃に設定

団粒の安定性について検討を行う際は，施肥のした。また，温度の上昇による土壌団粒安定性

違いについても考慮する必要がある。

の変化を安定性の指標 Rst により評価を行った。

そこで本研究では，我が国の畑地土壌の約 5（3）団粒崩壊要因の検討：二段階目のふるい

割を占める黒ボク土（日本土壌インベトリー，

分け後，それぞれのふるいに残留している土壌

26

団粒の全炭素(Total Carbon; TC)量を測定し，4.おわりに

温度上昇による団粒崩壊の要因の検討を行っ

黒ボク土壌の団粒は，有機肥料施用の方が化た。

学肥料施用よりも熱負荷に対して安定であった。炭素を含む接合物質の減少が，団粒安定性

3.結果と考察

低下の要因の一つであることが示唆された。

有機肥料施用区（M 区）および化学肥料施用区（F 区）においても 20℃，20 分のふるい分

参考文献

けであっても団粒は崩壊した。同じふるい分け

Dai et al. (2016): Influencing Factors, Effects and

温度で比較すると，ふるい分け時間の延長が団Development Prospect of Soil Solarization. Reviews in

粒崩壊を促進し，同じふるい分け時間で比較す

Agric. Sci., 4, 0, 21-35.

るとふるい分け温度の上昇が土壌団粒の崩壊

Sekiguchi et al. (2021): Temperature dependence ofを促進した（表 1）。この傾向は M 区よりも F

volcanic ash soil aggregate stability: Effects of fertilizer

区の方が顕著であり，F 区の土壌団粒の方が，application. Soil Tillage Res., 207, 1-7.

ふるい分け温度の上昇やふるい分け時間の延Thomaz (2017): High fire temperature changes soil長に対して脆弱であった。また，250 m より

aggregate stability in slash-and-burn agricultural systems.

小さなミクロ団粒は，250 m より大きなマク

Scientia Agricola, 74, 2, 157-162.

ロ団粒に比べてふるい分け温度の上昇に対し150mて安定であったが，80℃，80 分のふるい分け
Chemical(NPK) Fertilizer

によりミクロ団粒も崩壊した。この傾向は，どOrganic
Manure(M plot)

Organic
ManureChemicalFertilizer(F plot)

ちらの試験区でも同様であり，崩壊の度合いも100m同程度であった。
任意の粒径の土壌団粒の安定性を評価する
ために団粒安定性の指標；Rst(Tw, t)を導入した。

Rst(Tw, t)は団粒の機械的な崩壊（20℃，20 分のRelative elevation (m)ふるい分け結果）を考慮して団粒崩壊を評価することができる。この結果からも，試験区によ

図 1：採取地の東京農工大学フィールドサイエンスセン

らず，ふるい分け温度の上昇とふるい分け時間

ター附属試験圃場。右下のスケールは高低差を表す。青の延長が団粒の崩壊を促進することが明らか

線で囲われた区画が化学肥料区（F 区），緑線で囲われとなった。

た区画が有機肥料区（M 区）。図中の赤点は，土試料採取地点を表す。

二段階湿式ふるい分け後の土壌団粒中の全炭素量を測定した結果，ふるい分けによりどちらの試験区でも土壌団粒中の全炭素量が減少

Plotした。この減少量はおおむね 10%程度でどちらの試験区でも同程度であった。また，画分ごとに土壌団粒中の TC 量の変化を検討した結

F

40

80

1.33 ±0.074

a1.25 ±0.043

40

1.31 ±0.014

a'1.17 ±0.044

1.27 ±0.098

80

1.20 ±0.021

1.13 ±0.049B

1.25 ±0.007C20

1.07 ±0.018a

1.03 ±0.062b

1.07 ±0.028c

40

1.17 ±0.024a'

1.05 ±0.051

1.04 ±0.044

80

1.13 ±0.035

0.95 ±0.043B

20
M

Sieving time [min]Water temperature
[℃]
20

b

1.34 ±0.020

c1.04 ±0.027C
All units are millimeter

果，湿潤状態でのふるい分け条件の違いによる

表 1：任意のふるい分け温度および時間で行った二段階

土壌団粒の崩壊には，土壌団粒中の接合物質，

目のふるい分け後平均重量直径の平均値±標準偏差

特に炭素を含む接合物質の減少が要因として（n=3）。同じ上付き文字は，試験区間での有意差を表す。

挙げられた。

27

P03
米ぬか施肥から収穫までの水田土中における窒素の無機化量の推定
Estimation of Nitrogen mineralization in paddy soils from fertilization of rice bran to harvest○永源 奨 1・Peter Mchuno Alfred1・井手海盛・関谷信人 1・渡辺晋生 11 三重大学大学院生物資源学研究科

要旨(Abstract)
本研究では有機肥料として米ぬかを施用した水田の任意の年での、施肥から収穫までの無機化による窒素量変化の推定を目的とした。採取した土とイネから窒素の下方浸透量・窒素吸収量・土中窒素量を求めた。各窒素量の和を無機化量と仮定し一次分解反応式を適用した。反応速度定数k を日平均気温と施肥量から求め、有機肥料による各生育段階の無機化量を推定した。
キーワード：窒素収支、窒素の無機化、圃場実験、一次分解、イネの生育段階
Key words: Nitrogen balance, Mineralization, Field test, First-order decay, Rice growth stage
入手や施用の簡便性から、米ぬ

土中水圧力と有効飽和透水係数、20-25cm 深のかを水田へ有機肥料として施用する事がある。

溶存態 NH4-N と NO3-N から窒素の下方浸透量

米ぬかは無機化を経て、作物が吸収できる無機を求めた。生育段階毎に各区画からイネを 2 株

態窒素を土中に供給する。しかし、有機肥料は採取し生育調査を行った。イネの窒素含有率と施肥から収穫までの無機化による窒素量の地上部乾物重から窒素吸収量を求めた。全区画

経時変化を知る事が困難である。そのため、で、米ぬか施肥前日から収穫まで約 7 日毎に 0-

最適な施肥量や時期を決定するのが難しい。

25 cm 間で 4 深度から土を採取した。採取したある年の気温と実測の窒素量から無機化に

土の NH4-N と NO3-N を測定した。土中窒素量

よる窒素量変化を推定できれば、任意の年では NH4-N と NO3-N の合計値とした。N0 区の1.はじめに栽培期の土中窒素量を知る事ができる。そこで、 土中窒素量が全て土壌有機物由来であると
本研究では有機肥料のより有効的な利用を仮定した。そして、各施肥量区の土中窒素量と目的とし、施肥から収穫までの無機化による

N0 区の差を米ぬか由来の土中窒素量とした。

窒素量変化の推定を行った。

3.結果 Fig.1 に 2020 年の N16 区での窒素の2.調査圃場と方法

三重大学学内圃場を作土

下方浸透量(縦縞)、イネの窒素吸収量(灰色)、

混合後に 2.25 m2 の 8 区画に分け裸地で管理

米ぬか由来の土中窒素量(横縞)、土壌有機物した。2020 年 2/7 に C/N 比 18.7 の米ぬかを窒

由来の土中窒素量(網掛)の積上図を示す。ここ

素換算で 0, 4, 8, 16 g-N/m²になるよう 2 区画毎

で、下方浸透量、窒素吸収量、土中窒素量の合施肥した（N0, N4, N8, N16 区とする）。4/24 に計値を総窒素量とする。下方浸透量は総窒素量

イネ（ナツヒカリ）を移植した（1 回目）。同日

に対して極めて小さかった。イネの窒素吸収量に圃場へ気象計、土中 15,30 cm 深に水圧計を

は 6 月下旬から 8 月上旬まで大きく増加した。

設置し、気温・土中水圧の測定を開始した。5/15

イネの分げつ活性期から出穂期まで窒素吸収にイネを全て採取し圃場を裸地に戻した。6/3

量が大きくなった。土中窒素量は米ぬか施肥に再度イネを移植した（2 回目）。2021 年度も(2/6)から一回目の移植前(4/24)まで緩やかに同様の施肥を 8 区画に行い、6/2 まで裸地で管増加した。
一回目の移植から 2 回目の移植(6/3)

理した。6/3 に移植を行い、8/24 に収穫した。

ではより窒素増加量が大きくなったが、移植時28考えられる。土中窒素量は 6//3 以降に増加、6月下旬から減少、7 月以降一定となった。減少の生じた時期に藻類の繁茂と死滅が確認された。土中窒素を藻類等が一時的に取り込み、死滅・分解後にイネが吸収したと考えられる。

Amount of Nitrogen (g/m2)に減少した。移植直前の代かきによる影響が

20
20

下方浸透量
窒素吸収量
土中窒素量(土壌有機物)
土中窒素量(米ぬか)推定無機化量

15
15
10
10

N16

5

5

0
2/6
2/6

0

3/7
3/7

4/6
4/6

5/6
6/5
5/6
6/5
Date

Fig.2 に 2020,2021 年度の 2/6 から 8/29 までの

7/5
7/5

8/4
8/4

8/29

Fig. 1 無機態窒素量の積上図

日平均気温を示す。両年の気温変化の傾向は
40

Air temperature (℃)

概ね一致したが、3 月下旬から 5 月上旬と、7月中では 2021 年の気温が上回り、8 月は 2020
年が上回った。土中有機物の無機化は、しばしば反応速度定数 k を用いて(1)で表される。

30

30
30

20

20
20

10

初期の土中有機物量に土壌有機物と米ぬかを仮定した。湛水条件の 6/3 から 7/3 と、7/3 から

40
40

10
10

0
0
2/6

0

0

0

8/29 の 2 期間の平均気温を 25℃と 30℃で一定

2020
2020
2021
2021

3/7
30

30

4/6

5/6
6/5
120
Date

60

60

90

120

90

7/5
150

150

8/4 8/29
180

180

Fig. 2 2020年および2021年の気温の経時変化とみなせるとし、この期間の総窒素量の変化に

0.2
0.2

に反応速度定数 k と日平均気温 T の関係を

0.15

k (d-1)

一次分解反応式(1)を適合し k を求めた。Fig.3示す。k は 20℃以下ではほぼ変化がなく一定値であった。しかし、20℃以上から指数関数的に

N16

dC/dt = -kC (1)k = a+ebT (2)

0.1
0.1

0.05

増加した。そこで、k と温度 T に式(2)を適合

0
00

0

した。a は 0℃の際に k が極めて小さいと仮定

5

10
10

15

20
20

25

30
30

35

40
40

Temperature, T (℃)
Fig. 3 反応速度定数kと気温の関係

し 0.0001 とした。各施肥区で同様に k と T の関係を式(2)で表した。ここで、米ぬかの施肥

0.25
0.25

量 N と式(2)のパラメーターb の関係を Fig.4 に

0.24
0.24

示す。式(1)(2)(3)と日平均気温から、2020 年

b = 0.0013N+0.22 (3)

0.23
0.23

b

度の日無機化量の推定を行った。N16 区の結果

0.22
0.22

を Fig.1(実線)に示す。2 回目の移植時に窒素

0.21
0.21

様に減少分を考慮した。日平均気温と施肥量から推定した無機化量は総窒素量を表した。そこで、2021 年の米ぬか施用水田での無機化量を、
2020 年で求めたパラメーターと 2021 年の日平
均気温 T、米ぬか施肥量から推定した。その結果を Fig.5 で示す。両年の無機化量の増加傾向
は、Fig.2 の温度変化の傾向と類似した。3 月まAmount of Nitrogen (g/m2)

0.2
0.20
00

量の大幅な減少が見られたため、推定値でも同

25

25

25

20

20

15

15

10

10

20
15

2020
2020(推定)
2021
2021(推定)
系列92021(実測)

N16

10

0

0

5

5

0
0
30
60
90
120
150
180
2/6
30 3/7 60 4/6 90 5/6 120 6/5 150 7/5180 8/4 8/29

0

Date

量は概ね一致した。6 月以降の測定値との比較

Fig.5 推定無機化量の経時変化を今後進める。

29

20
20

Fig. 4 式(2)の定数bと施肥量の関係

5での 2021 年の無機化量の推定値と、総無機化

10
15
55
10
15
Fertilizer amount, N (g-N/m2)

P04
線形和水分保持関数に対する Mualem モデルの不飽和透水係数
Closed-form unsaturated hydraulic conductivity based on the Mualem model
for linearly superposed sub-retention functions
関勝寿 1・取出伸夫 2・M. Th. van Genuchten3
1

東洋大学・2 三重大学・3Utrecht University, São Paulo State University
要旨(Abstract)

Brooks and Corey (BC)，van Genuchten (VG)，Kosugi (KO)の水分保持関数の線形和（マルチモデル）に対する一般化 Mualem 式による不飽和透水係数の閉形式解をand Durner
110 where "" >0, 0<mi<1, and ni> qPriesack
for the parameterq>0 asの手法に基づいて示
used in the generalized conductivity
111 Equation[3]. When VG-Mualem’s hydraulic conductivity model is used, q=1 and mi =1-1/ni,
した。団粒構造の発達した黒ボク土には
dual-(BC,VG,KO)モデルがよく適合した。浜岡砂丘砂では
VG-Burdine
model q=2, and hence mVG1BC2-CH）で毛管水と112 while in thei =1-2/ni (van Genuchten, 1980).
𝐻 = ℎ!! = 𝛼"#$ = ℎ%! を共通パラメータとするCH
モデル（dual-(BC,VG)-CH,113

The KO sub-retention function is given byがよく一致することが確認できた。
114." (ℎ) = F 5

吸着水の水分特性が適合し，マルチモデルの閉形式解と Fayer and Simmons モデルの不飽和透水係数
9:;*/*-! =
>!

[7]

6

キーワード：マルチモデル，水分保持, 透水係数, Mualem モデル, 閉形式解
wherehydraulicℎ%! >0, G" >0,
and Q is the complementary
cumulative
normalequation
distribution function defined
Key words: Multimodel, Water115
retention,
conductivity,
Mualem model,
closed-form
116

1.はじめに

by
$

@

6 $

?

√?

√?B

F(H) = Ierfc L MN = ∫@117

Durner はマルチ VG モデルを提唱し，Priesack@.

exp L− ? M 8H

(3)

[8]

Substituting Equation[4] intoMualem
Equation [3],the HCF can be described in terms of sub-retention
and Durner (2006)はマルチ VG118
モデルに対する
一般化
モデルは，
119 functions Si(h) as
Mualem モデルの不飽和透水係数の式を導いた。

𝐾, (ℎ) =マルチ VG モデルは HYDRUS 120にも実装され，水分移動解析に用いられている。 121

-(()

∫

&(()

((0)$% 10. /*&= 𝑆(ℎ)/ ∑!0+ D+! E! (*)$%-# = .(ℎ) R∫ ((0) S 10
4& (ℎ)
∑/ *

,

.

(4)

!0+ D! F!

Kr は相対透水係数，K は不飽和透水係数，Ks は

where

本研究では，BC，VG，KO の水分保持関数を

飽和透水係数）である。Mualem
1! (*)#4 モデルでは p =線形結合したマルチモデルから不飽和透水係数0.5, q = 1, r = 2，Burdine モデルでは p = 2, q = 2,

123の式を導き，黒ボク土と砂丘砂に適用する。

U" = T" (0)and= ∫Durnerℎ(." )#4(2006)に従ってこ
8."r=1 である。Priesack
5

2.モデル

の式を解くと，T" (ℎ) = ∫5

122

124

[9]

ℎ(." ) 8."

[10]

$

[11]

The closed-form HCF can be obtained by substituting the sub-retention function ." (ℎ) of,サクションを h，体積含水率q，飽和体積含水率∑, 4! 5! (()
125 Equations [5] to [7] into Equation [9] andevaluating
the integral using the same technique as
𝐾, (ℎ) = 𝑆(ℎ). / !-+0(5),∑!-+ 4! 6!
をq s，残留体積含水率をq r とする。有効水分量
126 employed forS the sub-hydraulic conductivity function.

𝑆(ℎ) =&(()#&"

127&# #&"

128

Table 1 presentsATi"(h)と(h) andthree1sub-retention
BiUは
Table
に示す。 functions ." (ℎ). We note that Priesack
" for

(1)

and Durner (2006) missed
the 1.
exponent
V of "" inST
and
U in their generalized HCF for the" (h) A
Table
サブ関数の
i(h),
i(h)," Bimulti-VG (Equations [5] and [6] in Priesack and Durner, 2006), but this does not affect
Type
Si(h)
Ai(h)
Bi
130 Mualem’s model
(V
=
1).
"&
"#!
"#! "%"% ,BC，VG，KO 型のサブ関数 Si(h) BC
ℎ
ℎ
ℎ
+
+
1/
!
! # (ℎ > ℎ!! )*$ ! #(ℎ > ℎ!! )
!
131
-$
ℎ!!
ℎ!!
（Table 1）の任意の線形和によっ1321(ℎ ≤ ℎ!! )*$(ℎ ≤ ℎ!! )129

に対して，水分保持関数 S(h)をて定める。

𝑆(ℎ) = ∑*"+$ 𝑤" 𝑆" (ℎ)(2)

k はサブ関数の数，wi は重み係数で∑*"+$ 𝑤" = 1である。KO モ

VG[ 1 + (1$ ℎ)'! ] "(! ,*$ 31 − (1 − 5$ (ℎ)&/(! )(! 6

1$ %ln;ℎ/ℎ(! =5+ ,>$ ?
>$ℎ(! "% exp !

mi = 1-q/ni
KOln;ℎ/ℎ(! =78?
>$

デルの Q は，30*$ 7 8,*>$ *#
2

VG モデルと BC モデルの線形和は，サブ関数

浜岡砂丘砂の水分保持測定値（宮崎, 1976）をの番号を下付き文字で示して VG1BC2 モデルと表

dual-(BC,VG)-CH, VG1BC2-CH, FS モデル(Fayer

記する。2 つの同じモデルを重ねる場合は，dual-

and Simmons, 1995)によってフィッティングした。

VG(=VG1VG2)とも書く。(5)式のマルチモデルは，

不飽和透水係数の間隙結合係数は，Sakai et al.

さらに以下の変形が可能である。

(2009)が FS モデルで求めた p = 6.17 とした(Fig.2)。

(1) 𝐻 = ℎ!! = 𝛼"#$ = ℎ%! を共通パラメータといずれも Mualem モデルの級数解である FS モデ

する CH モデルによって自由変数を減らすことがルとよく一致し，(5)式の妥当性が確認できた。1 つできる（砂丘砂で適用(Fig.2)）。

目のサブ関数は毛管水の特性を，2 つ目のサブ(2) r = 1 の場合は K も線形和になるため，サブ関数は吸着水の特性をあらわしている。

関数ごとに独立の間隙結合係数 pi を与えられる。
𝐾, (ℎ) = 𝛾 #$ ∑*"+$ 𝑆" (ℎ).! 𝑤" 𝐴" (ℎ) (7)ここでγ = ∑*"+$ 𝑤" 𝐵" 。
3.適用例
熊本黒ボク土の水分保持測定値（坂井・取出,
2007）を dual-(BC,VG,KO)と VG1BC2 モデルによってフィッティングし，Mualem モデル(p=0.5)によって相対透水係数を計算した（Fig.1）。なお，マルチモデルではq r = 0 とした。
いずれのマルチモデルも，団粒内間隙と団粒間間隙のそれぞれの間隙径分布を反映した階段状の水分保持を表現できた。不飽和透水係数も全体的には水分保持と同様の傾向を示し, お互
いによく似た曲線となったが，中間領域においてそれぞれのサブ関数の特性があらわれた。
Fig. 2 浜岡砂丘砂の水分保持と透水性
4.おわりに本研究で得られたマルチモデルの閉形式解は，以下の適用が考えられ，今後，検証を行う予定である。なお，本研究の詳細は Seki et al. (2021)に掲載される。
(1) 飽和近傍領域，中間領域，乾燥領域の広範囲を統一して表現するマルチモデルとしてトリプ
ルモデルが有力である。
(2) (7)式においてサブ関数ごとに独立の間隙結合係数 pi を与えると，毛管水と吸着水の透水特性の違いを表現できる。
参考文献
Priesack and Durner (2006) Vadose Zone J. 5(1) :121–124.
Seki et al. (2021) Vadose Zone J. (in press).
https://doi.org/10.1002/vzj2.20168

Fig. 1 熊本黒ボク土の水分保持と透水性

31

P05
Evaluation of alternative candidate plant growth media for reduced gravity applications
Chihiro Naruke, Melanie Mills, Adam Blakeslee, Brendan Fatzinger, Bruce Bugbee and Scott B. Jones
Department of Plants, Soils and Climate, College of Agricultural and Applied Sciences,
Utah State University, Logan, UT, USA
Abstract
Plant growth media for reduced gravity applications requires attention to detail in order to optimize resources(e.g., water, nutrients and oxygen) in addition to striving for lightweight- and low volume-growth media. We
operated repeated seeding of lettuce plants in synthetic microfiber (MF) fabric as an alternative plant growth
medium with comparison to traditional horticultural substrates and aggregated media used previously forspace missions.
Keywords: Soilless Media; Plant Growth in Space.
1. Introduction

Table. 1 Physical properties of soilless media

Designing sustainable plant growth systems

ρmunder reduced gravity including fluid (e.g., water,

ρb

φ

-3

g cm

nutrient and oxygen) control, as well as growth

MF

1.28

0.13

0.90

media

physical,

NF

1.50

0.15

0.90

chemical and potentially biological properties), is

PM

1.44

0.18

0.87

key to maintaining optimally distributed fluids

CC

2.53

0.69

0.73

selection(i.e.,

considering

within the root zone. The application of traditional

respectively, which were about half of the ρm andparticulate media for reduced gravity studies can be

one-fifth of ρb of CC (ρm = 2.5, ρb =0.69 g cm-3). The

hazardous for astronauts in space if particles escape

hemp fibers making up the NF were a bit denser

the growth chamber. Synthetic microfibers (MF),than the MF, resulting in a slightly higher ρm and ρb,and natural fibers (NF) are lightweight and can be

however, NF contained unknown chemical fiber

compressible for storage, which is ideal for reduced

treatments that prevented vigorous plant growth. All

gravity payloads. Our objective was to evaluate

soilless media were packed into 11 cm diameter

alternative soilless media under reseeded plant

plastic columns (10 cm tall) in triplicate and a

growth experiments on earth.

cylindrical air stone (diam. = 1.5 cm, height = 3.0

2. Materials and Methodscm) placed in the middle of each column andCandidate soilless media including MF, NF,

connected to a Mariotte bottle delivering Hoagland

peat moss (PM), and calcined clay (CC) (Aimcor,

nutrient solution (bulk EC ≈ 1 dS m-1). A

Deerfield, IL) used previously in microgravity

combination of air stone (membrane) and spring-(Heinse et al., 2015) were selected for repeatedplant

growthexperiments.

Table

1

loaded check valve were used to control the matricshowspotential in the center of the soilless medium, whichmineral/fiber density (ρm), bulk density (ρb) andwas maintained at the equivalent matric potential

porosity (φ = 1 – ρb/ρm). The MF consisted of the(hmin) of 50% saturation. A tensiometer was attachedcombination of polyester and polyamide, leading toto each container. A water content sensor replaced

the lowest ρm and ρb of 1.3 and 0.13 g cm-3,32

the tensiometer in the PM columns (TDR-315(Acclima, Meridian, ID). All sensors wereconnected to a CR1000 datalogger (Campbell sci.,

10

h (-cm)Logan, UT), which collected readings every 10
seconds. Romaine lettuce was grown from 2 seeds
for 30 days in each container, followed byhmin-dryhmin-wetMF

1

NF

harvesting/ seeding consecutively in the samePMcontainerized media. The dry mass of lettuce shootsCC

was collected and oven-dried for yield evaluation.

0.1

The light intensity at the soilless medium surface
was maintained at 400 µmol m-2 s-1 during the 16 h

0

0.5 S

0.2

0.4

S

0.6

0.8

1

Figure. 1 Hysteretic saturation functions of matric- light period (5 pm to 9 am).

potential in various media. Red dotted arrows show

3. Results and Discussions

the 50% saturation with corresponding hmin for

Fig. 1 exhibits the hysteretic saturation function

drying- and wetting- curves in MF.

of matric potential, S(h), in candidate soilless media
fitted using the van-Genuchten (1980) watercolumns was less than 0.04 g (not shown here).

retention model to triplicated-hanging water

Failed plant growth in NF is likely the result ofcolumn data. The solid- and dashed- lines

preservative chemicals that were toxic to plants.

represented the drying- and wetting- process,4. Conclusions

respectively, and colors; blue, pink, green and black,We evaluated microfiber (MF) cloth having small

represent MF, NF, PM and CC, respectively.

fiber- and bulk- densities as an alternative plant

Determining the water retention character near

growth medium for reduced gravity conditions. The

saturation (h < -1 cm) was challenging and isplant yield in both 1st and 2nd harvests from the MF

important for these coarse media. Accuracy of thecolumns compared with the PM and CC columns

water retention model is critical where control set

suggested MF is a compelling alternative plantpoints are key to managing air-filled pore space for

growth medium. Untreated natural fiber (NF) cloth

gas exchange. Both MF and NF exhibited saturated

may also serve this purpose but may be difficult towater contents (data not shown here) well below theobtainexpected φ (Table. 1). The target hmin in each sample

investigation including the effect of plant root

growth media was determined from both drying-

growth/decay and the root intrusion on the pore

and wetting S(h) functions. For example, hmin for the

space dynamics will help in the design of an optimal

drying- and wetting-processes in MF were -3 and -growth system for reduced gravity conditions.

withoutchemicaltreatment.

Future1.5 cm, respectively, leading to averaged hmin of -2.5
cm in the 5 cm depth of the column. This target hmin

Reference: Heinse, R., S.B. Jones, D. Or, I.

3

Podolskiy, T.S. Topham, et al. 2015. Microgravity-3

Oxygenresulted in water content ranges of 0.68-0.82 cm-33cm at the column bottom and 0.44-0.35 cm cmstat the surface. Both of the 1 and the 2nd

Diffusion

and

Water

Retention

plant

Measurements in Unsaturated Porous Media aboard

growth experiments produced 2 to 5 g of dry mass

the International Space Station. Vadose Zone

in MF, PM and CC, while the dry mass of the NF

Journal 14(6).

33

P06
気象データを用いた LSTM による土壌マトリックポテンシャルの推定
Estimates of Soil Matric Potential from Meteorological data using Long
Short-term Memory model
章 浩棟 1・杉野 弘明 1・溝口 勝 1
東京大学 農学生命科学研究科
要旨(Abstract)：
SMP (Soil Matric Potential) は，灌漑タイミングを決める際に重要な指標である。本研究では、
気象センサーと SMP センサーを使用し、30 分毎に各データを収集した。これらのデータを用い，構築されたモデルにより、深さ 20cm および 40cm の SMP を高い精度で予測できることがわかった。
キーワード：灌漑スゲージュル、土壌マトリックポテンシャル、気象データ、LSTM モデル
Key words:

Irrigation scheduling, Soil matric potential, Meteorological data, Long
short-term memory

1.はじめに12.5m)が設けられた。

近年，ICT の急速な発展に伴い，農業生産現場における情報収集手法が多様化している。気象センサーや土壌センサーにより，圃場の環境
状況や作物の生育状況を把握する IoT 設備として利用され始めている。SMP は，農業現場
で灌漑タイミングを決める際に不可欠な指標として、一般的にテンシオメーターなどで，測定される。しかし，灌漑の意思決定をより早い
図1

タイミングで行うためには、SMP より先に変研究対象圃場(2) 調査方法

化する外部要因(例えば、気象)を用いることができそうである。そこで本研究では、気象デー

本研究では、2021 年の 6 月 3 日に気象セン

タと SMP の相関性に着目し、時系列データに

サー，土壌センサーおよびデータロガーを#4

対する機械学習の一種である LSTM（Long

プロット(図 1）に設置した。土壌センサー

short-term memory）を使って SMP を予測す

(TEROS 21, METER Group, Inc.)，気象センるモデルを構築した。

サー(ATMOS 41, METER Group, Inc.)，デー

2.方法と材料

タ ロ ガ ー (ZL6 Data Logger, METER(1) 調査地Group, Inc.)を深さ 20 ㎝および 40 ㎝に埋設

東京大学生態調和農学機構(田無キャンパした。それによって，気象データ(日射量，気ス)の 3 号圃場のトウモロコシ畑を対象地とし

温，蒸気圧，VPD，気圧,風速，風向，降雨量 )た。該当圃場(図 1)には栽培時期で，4 つの施と土壌データ(SMP，含水率，EC)を使用し，肥方法(底肥量-追肥量)N1(0-0 ㎏/10a), N2(7.5

30 分毎に各データを測定してから，クラウド- 0 ㎏/10a)，N3(0-7.5 ㎏/10a)，N4(7.5-7.5 ㎏

サーバに自動アップロードされた。

/10a)に応じて 12 実験区(1 実験区は 8m×(3) Python によるデータ解析

34収集されたデータを前処理および標準化しいが，誤差率が高くなった。それぞれの精度がてから，訓練データとテストデータに分けた。

0.5 時間 (RMSE=1.03, R2= 0.993)，1 時間

LSTM モデルで学習させた(図 2)。

(RMSE=1.63, R2= 0.98)，2 時間(RMSE=2.26,
R2= 0.97)，4 時間(RMSE=4.32, R2= 0.89)だった（図 5）。
モデルの構造では，40 ㎝の方がより複雑なモデルが利用された。また，4 時間予測モデルの予測値が深さ 20cm の状況と同じように 実

図2

測値より過小評価されたことも示された。

データ解析の流れ

3.結果と考察モデルの検証では，RMSE と R2 の二つの指標を用いて，モデルを評価した。テストデータをモデルに入力し、出力された SMP の予測値
を実測値と比較した（図 3）。

図3モデルのテスト(1) 深さ 20cm SMP の推定標準化されたデータの 6 割を訓練データと図4

深さ 20cm

予測値と実測値の対照

図5

深さ 40cm

予測値と実測値の対照

してモデルを構築した。構築されたモデルを使い，残された 4 割のテストデータの精度を検証した。モデルが 0.5 時間、1 時間、2 時間、4
時間後の SMP 値をそれぞれ推定した。その結果，0.5 時間（RMSE=1.11, R2= 0.999）の予測モデルが精度が一番高かった。1 時間(RMSE=3.08, R2= 0.99)，2 時間(RMSE=7.19,
R2= 0.97)および 4 時間(RMSE=12.31, R2=0.91)の予測モデルでは，精度が順に下がったが，SMP の変動トレンドが大体合っていた（図
4）
。

4.まとめ

予測する期間は短いほど予測の精度が上がることが示された。また，4 時間予測モデルで本研究では、気象データ(日射量，気温，蒸は，予測値が実測値より過小評価されることも気圧，VPD，気圧,風速，風向，降雨量 )を用示された。

いて LSTM による SMP の推定モデルを構築(2) 深さ 40cm SMP の推定

し，その有用性を検証した。その結果，時系列

深さ 40 ㎝の SMP の変動トレンドは 20 ㎝のデータを用いることで SMP を高精度に予測がSMP と大体同じだが、幅が小さくなった。標できることがわかった。このことは精密灌漑を準化されたモデルの RMSE は 20 ㎝より小さ行う際に，十分に有用であることを意味する。

35

P07
SDI-12センサの簡易設定キットの開発
Development of device configuration kit for SDI-12 sensors
牧 貴広1・宮本英揮2
1佐賀大学大学院農学研究科 2佐賀大学農学部

要旨(Abstract)
SDI-12プロトコルに対応した土壌水分センサの簡易測定キットを構築する前段として，M5Stack社より発売されている小型マイコン「ATOM Lite」を用いて，センサの設定や動作確認を簡単に実施できる簡易設定キットを開発した。そして，土壌のモニタリングに多用される複数の多機能土壌水分センサを接続し，SDIアドレスの確認，SDIアドレスの変更，センサの識別番号の確認，測定等の計4種の機能の検証を行い，適切に動作することを確認した。
キーワード： SDI-12，土壌水分センサ，M5Stack
Key words: SDI-12，Soil moisture sensor，M5Stack
1. はじめに
近年，SDI-12(Serial Digital Interface at 1200baud)プロトコルに対応した各種センサが利用されている。なかでも，土壌環境計測においてはSDI12に対応した多機能センサが多用されている。しかし，これらのセンサを使いこなすには，設定や計測制御のための一定のプログラミング技術を要するため，計測初学者や農業従事者にとって，必ずしも使いやすいセンサであるとは言えない。そこ
で，本研究では，M5Stack社より発売されている
Fig.1 簡易設定キットの概略

安価なIoT開発ボード「ATOM Lite」とスマートフォン・タブレット等を併用して簡単にセンサの設定
変更，動作確認，計測等を行うことができる測定キット(Fig.1，Fig.2)の開発に取り組んでいる。今回
は，その開発の前段として自作した「簡易設定キット」について紹介する。
2. ATOM Liteについて
ATOM Lite(Fig.1)には，24×24 mmの本体内部に240MHzのデュアルコアのESP32-PICOチップ，4MBのSPIフラッシュメモリ，赤外線LED，RG
B LED，6つのGPIO等が実装されており，外部のセンサやアクチュエータとの接続とその制御を行うことができる機能を有する。また，Wi-FiやBluetoothによる無線通信機能を有しているため，IoT機器

Fig.2 測定キット用アプリケーション画面のプロトタイプの開発に適した仕様となっている。

36

Arduino IDEに対応しているため，Arduinoの上位互換ボードとして既存のArduinoユーザーに受入れられている。
3. 簡易設定キットの機能
簡易設定キットの主な機能は，SDIアドレスの確認，SDIアドレスの変更，センサの識別番号の確認，測定等の計4種である。各操作はスマートフォ
ンやタブレット，PC等のブラウザを用いて行うことができる。アプリケーション画面上(Fig.3)で実行したい項目を選択し，必要な情報を入力・送信する，
例えば設定したいアドレスを入力・送信することによって，SDI-12センサを設定できる。測定を行うことも可能である。なお，PCを用いる場合のレイアウ
トは，Fig.3のものと異なることに留意されたい。
4. 動作検証
SDI-12に対応したAcclima社(TDTセンサ，True
TDRセンサ)，Meter Environment社(TEROS-21)，
A・R・P社(WD-5)の各センサを対象として，先述の4種の機能を順に検証し，いずれのセンサにおいても正常に動作することを確認した。このキットには，測定値を出力・表示する機能が実装されているため，ポータブルの測定ユニットとしてもこれを活用することが可能である。
5. おわりに
ATOM Liteを用いたSDI-12センサ用簡易設定
キットを開発した。これを活用すれば，プログラミン
グを不得意とするユーザーでも，高額機器や専用治具を購入せずに，簡単に設定や動作確認を行うことが可能である。本キットの詳細な使用方法や，
ATOM Liteを用いたIoT観測システムについては，
本キットの説明書1)および使用方法を掲載したHP
2)を参照されたい。
今後は，動作検証を行っていない他のセンサの動作検証やアプリケーションの改善を図ること
で信頼性の向上に取り組む予定である。
引用文献：1)牧・宮本(2021): ATOM Lite/Matrixを利用したSDI-12センサの簡易設定. Available

Fig.3 アプリケーション画面表示例

at http://soillab.ag.saga-u.ac.jp/note/note00.pdf.

https://sites.google.com/view/emsengineering.(20(2021.5.1)，2)EMS engineering HP. Available at

21.9.11)37

P08
ダイズの蒸散と根の吸水の Feddes モデルによる検討
Transpiration and root water uptake for soybean based on the Feddes model
三口貴久代・取出伸夫・坂井勝
三重大学大学院生物資源学研究科
要旨(Abstract)
ダイズのポット栽培実験における水ストレスのない湿潤ポットの蒸散速度𝑇𝑎 を可能蒸散速度𝑇𝑝 と仮定し，乾燥ポットの𝑇𝑎 を根の吸水の Feddes モデルを用いた一次元リチャーズ式により解析した．水ストレス応答関数𝛼(ℎ)はしおれ点ℎ3 = −2000cm ，永久しおれ点ℎ4 = −18000ccm とし，重量測定に基づく平均水分量𝜃̅ を用いた水分保持曲線𝜃(ℎ)を用いると，𝑇𝑎 の計算値は実測値を再現した．根の近傍の𝜃はミクロには不均一であるが，マクロな吸水モデルには𝜃̅ に対する𝜃(ℎ)の適用が必要である．
キーワード：根の吸水，蒸散速度，水分保持曲線，Feddes モデル
Key words: Root water uptake, Transpiration rate, Water retention curve, Feddes model
根の吸水を含む土中の水分移動のガラス室において，三重大学附属農場畑土の 2c

モデルには，(1)式のリチャーズ式の吸い込み

フルイ通過した土を 1/2000a のワグネルポット

項𝑆に(2)式の Feddes(1976)モデルを与える．

に充填し，フクユタカの栽培実験を行った．マル

1.はじめに𝜕𝜃𝜕𝜕ℎ= [𝐾(ℎ) ( + 1)] − 𝑆𝑎 (𝑧)
𝜕𝑡 𝜕𝑧
𝜕𝑧

チで蒸発を抑制したポットには，3，9，15，21cm（1）

深に水分計（TDT）を，9cm 深に水ポテンシャル
センサ（MPS-6）を設置し，電子天秤で測定した重0量変化より蒸散速度𝑇𝑎 を求めた．給水はポット下

𝑇𝑎 (𝑡) = ∫ 𝑆𝑎 (𝑧, 𝑡) 𝑑𝑧
−𝐿
0

（2）

端よりシリンジで行い，頻繁な給水で湿潤状態を保った湿潤ポットの蒸散速度を𝑇𝑝 ，給水回数を減= 𝑇𝑝 (𝑡) ∫ 𝛼(ℎ(𝑧))𝛽(𝑧) 𝑑𝑧−𝐿らして乾燥ストレスを与えた乾燥ポットの蒸散速度

ここで，𝜃は体積含水率，ℎは土中水圧力，𝐾(ℎ)

を𝑇𝑎 とした（図 2）．

は不飽和透水係数，𝑆𝑎 は実吸水速度，𝑇𝑎 は実3.数値計算 根が下端まで発達して𝛽を一定とみ

蒸散速度，𝛼(ℎ)は水ストレス応答関数，𝛽は吸水強度分布，𝑇𝑝 は可能蒸散速度，𝐿は根群域の深さ，
𝑡は時間，𝑧は位置（上向き正）である．

なせる時期において，乾燥ポットの給水から次回給水まで 8/9～13，8/16～20，8/22～26 の 3 期間を対象とし，HYDRUS-1D で土中水分移動計算

根の吸水は，ミクロには根の周辺の湿潤土からを行った．下端境界条件はゼロフラックス，上端境

根に水が供給され，根の近傍の𝜃とℎは不均一で界条件は蒸発ゼロとした．水分保持曲線𝜃(ℎ)は，ある．このような根の吸水に対してマクロな一次元

それぞれの期間の最低圧力ℎに対する𝜃を露点法

水分移動式を適用する際の水分保持曲線やしお（WP4）の測定値より推定し，測定した蒸散量を加えたポット全体の平均𝜃̅を 9cm 深のℎに対してプ

れ点について実験データに基づき検討した事例は少ない．本研究では，できる限り計算条件を単ロットした．なお，初期状態のℎは MPS-6 の測定レ純化できるダイズのポット栽培実験に対して水分

ンジ外であるため，初期の𝜃に対応するℎは図 2

移動式を適用し，蒸散速度を再現する水分保持の破線の攪乱土の𝜃(ℎ)より求めた．そして，3 期

曲線と Feddes モデルについて検討した．

間のプロットに対して Durner モデルを適合した．

2.ダイズポット栽培実験 2016 年，三重大学内

水ストレス応答関数𝛼(ℎ)は，𝑇𝑎 が𝑇𝑝 を下回ったと

38

0.4
0.4

き（図 2 の 8/17）と解析期間の最終時（図 2 の 8/20）

Water content [cm3/cm3]
Water content [cm3/cm3]

における乾燥ポットの𝜃と Durner モデルの𝜃(ℎ)にWP40809-130822-260.3
0.3

よ り ， し お れ 点 ℎ3 = −2000cm ， 永 久 し お れ 点ℎ4 = −18000cm とした．

Durner式
0816-20
攪乱土

0.2
0.2

4.結果と考察 図 2 に𝑇𝑎 の実測値と計算値を，
このときのℎ分布を図 3 に示す．𝑇𝑎 は 8/17 以降に

0.1
0.1

𝑇𝑝 より小さくなっていく傾向を再現した．ℎ分布は

00

深さ方向にほぼ均一に減少し，計算値は実測値とほぼ一致した．他の 2 期間も同様の結果が得ら

100
100

1000
10000
1000
10000
Pressurehead[-cm]Pressure
head
[-cm]

れた．図 1 のカラムの平均𝜃̅ による𝜃(ℎ)は攪乱土

図 1 水分保持曲線
88の𝜃(ℎ)に比べて大きく，上に凸の形状を持つ．特𝑇𝑝

7

乾燥が進行する根の近傍のミクロな𝜃は，平均𝜃̅ より小さいためと考えられる．その後，ポット全体の乾燥が進行すると𝜃は𝜃̅ に近づく．仮に攪乱土の𝜃(ℎ)を計算に用いると，初期段階の𝑇𝑎 を過大評Transpiration [cm/day]

度までの水分容量𝐶(= d𝜃/dℎ)は小さい．これは，Transpiration [cm/day]に乾燥の初期段階のしおれ点ℎ3 = −2000m 程

𝐶

66

𝑇𝑎

5

𝑇𝑎

44
3

22
1

価して 8/20 には吸水可能水分量は枯渇して，𝑇𝑎

00
0
8/16

はほぼゼロになった．そのため，マクロな水分移

1
8/17

2
8/18

Date

3
8/19

4
8/20

5
8/21

Date

動式に対しては，水分のマスバランスより定めた
みかけの𝜃̅ (ℎ)の適用が必要である．

図 2 蒸散速度 Ta の測定値と計算値（8/16-20）00

図 4 は実測した𝑇𝑎 ⁄𝑇𝑝 とℎの関係を示す．実線は今回用いた𝛼(ℎ)である．MPS-6 はℎ = −8000c
m 以下の温度依存性が大きいため，午前７時の8/20 8/19

8/18

8/17

Depth (cm)Depth [cm]55ℎを代表値とした．加えて，ℎ＞ − 2000ccm の測

1010
1515

2020

定精度が低いため，𝑇𝑎 ⁄𝑇𝑝 はばらつきの大きな分

2525-20000-20000布である．そのため，根分布が均一で𝛽を一定とみなせる条件であっても，𝑇𝑎 ⁄𝑇𝑝 とℎの実測値から-15000-15000-10000-5000-10000
-5000
Head
(cm)
Pressure head [cm]00

図 3 土中水圧力 h 分布の測定値と計算値（8/16-20）
Water stress response function [-] ,𝛼(ℎ)を定めることは難しい．また，𝜃(ℎ)の𝐶が小さ

Ta/Tp [-]function,α [-]Water stress resuponse

いため，しおれ点ℎ3 の計算結果に対する感度は小さかった．現段階では，ポット全体の平均𝜃̅ と𝜃(ℎ)よりℎ3 とℎ4 を定める手法は妥当であったと考える．
今回は湿潤ポットの𝑇𝑎 を𝑇𝑝 と仮定した．厳密には湿潤ポットと乾燥ポットのダイズの生長は同一ではない．また，湿潤ポットの𝑇𝑎 は気象条件と植物生理の諸現象の影響を受ける．今後，𝑇𝑝 の推定

1.2
11

0.8
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0
0
-20000-20000-15000-10000-5000-15000-10000-5000
Pressure head [cm]Pressure head [cm]00

図 4 土中水圧力と Ta/Tp の関係と水ストレス
応答関数

手法はさらなる検討が必要である．

39

P09
透明蛍光黒板（ライトボード）を使った遠隔講義
Distance lecture using a lightboard
登尾浩助 1・佐藤直人 1・丸尾裕一 21 明治大学農学部・2 明治大学大学院農学研究科

要旨

新型コロナウイルス感染症蔓延のため、2020 年春学期から遠隔授業を実施することになった。
アイコンタクトを維持したままの板書を可能とする透明蛍光黒板（ライトボード）を２種類製作
して遠隔授業に使った結果を報告する。受講生から「パワーポイントなどを使った授業よりも置いて行かれにくく、受けやすいと感じた。
」、「ボードに書かれたことをノートに取る講義形式
は、対面に近く非常に集中しやすかった。
」などの感想が寄せられた。
キーワード：板書，オンデマンド型講義，リアルタイム配信型講義，ラーニンググラス，効果的
教育

Key words: handwriting, on-demand lecture, live streaming classroom, learning glass, effective
education
1.はじめに2020 年初頭から猛威を奮っている新型コロ
ナウイルス（COVID-19）感染症のせいで遠隔教育の状況が一変した。2020 年春学期から当
初はパワーポイントに講義音声を録音して、オンデマンド講義資料として配布した。従来は板書を中心に講義を行っていたので、どうしてもパワーポイント中心の講義に対する違和感を図 1. YouTube 上で見つけた Selker 教授の講義風景．
(https://www.youtube.com/watch?v=AnDyVPj5skc)

払拭することができなかった。しかも従来から板書による講義は、特に初年次学生には絶大な教授がパブリックドメインとして開発したラ

支持を得ていた。

イトボード（lightboard）を使った講義であるこ

そんな折に思い出したのが、以前に YouTubeとがわかった（Peshkin, 2021）。同時期に同一原で見つけたオレゴン州立大学 Selker 教授の土理を利用してサンディエゴ州立大学の壌物理学の講義であった。彼は真っ暗な背景のAnderson 教授は Learning Glass と呼ぶ透明蛍光中に浮き出るように存在して、鏡文字をスラスラと書いていた。その鏡文字や彼が描く図は、
黒い背景の中に鮮やかな蛍光色を放って浮き黒板を開発していた（Anderson, 2014）。彼らは、透明ガラスやアクリル板の中に全内反射（totalinternal reflection）によって光を閉じ込めて、ガ上がって見えた（図 1）。衝撃的に美しい板書のラス表面の異物（即ち、マーカー文字）が挫折講義あったことを思い出して、彼と同じような型全反射（frustrated total internal reflection）によ講義動画を作って配信できないだろうかと考って光をガラスの外に引き出す原理を使ってえた。

いた（Anderson, 2016）。

YouTube 上をしばらく探していたら、2013 年

2.ライトボードの製作頃に米国ノースウェスタン大学教授の Peshkin40

2020 年秋学期からの遠隔授業に間に合わせ

3.ライトボードを使った遠隔講義るために、大型の簡易ライトボードを制作して2020 年秋学期からほぼ全てのオンデマンド使った。大型ライトボードは対面授業で使うに型講義と 2021 年春学期の対面授業の一部にラは教室まで移動するのが大変なことが分かっ

イトボーを使った。遠隔授業のためには、図 3たので、可搬式の小型ライトボードを製作するに示すようにライトボードを使った板書動画ことにした。

撮影用の web カメラ（Brio Webcam）と録画用(1) 簡易ライトボードの製作
市販のアクリル製透明ボード（36 サイズ：有
効幅 1,783mm×有効高 883mm，馬印）を購入し照明⽤LED
照明⽤LEDて、アクリル表面に LED テープをセロテープ

webカメラで貼り付けて光をアクリル板内に供給した。製作の詳細は登尾ら（2021）を参照のこと。簡易

録画⽤Mac

簡易ライトボード

な構造の割に綺麗な画像を得ることができた（図 2a）。

図 3. 学生実験室の片隅に設けたスタジオでオンデ
マンド型講義の収録．

(2) 可搬式ライトボードの製作特注した幅 909mm×高さ 515mm×厚さ 5mm 高のパソコン、そして LED 照明器具を左右 1 対

透明ガラス（オーダーガラス板.com）の周囲をずつ準備し、蛍光マーカー（EXPO Neon）で板

長さ 900mm と 600ｍｍの定寸アルミフレーム（2020 タイプ，モノタロウ）で囲んで作成した。
ガラス内部に効果的に光を供給するために、ガ書した。図 2 のようにライトボードに記述した文字は左右反転されて見えるため、オンデマン
ド型では iMovie を、対面授業ではリアルタイ

ラス切削面とアルミフレームの間に白色 LED

ム反転が可能な OBS を使って動画を左右反転

テープを挟み込んだ。少量の光で綺麗に発色す処理した。登尾が担当した土壌学では、板書がることが分かった（図 2b）。

見やすいと答えた受講生割合が 2019 年の 50％からライトボードを使った 2020 年には 94％に増加し、「ボードに書かれたことをノートに取る講義形式は、対面に近く非常に集中しやすかった。
」などと評価された（登尾・佐藤, 2021）。
参考文献等
Anderson, M.: The Learning Glass with Matt Anderson.
https://www.youtube.com/watch?v=UrtLdkXPRNQ, 2014 (2021
年 10 月 12 日参照)
Anderson,M.:
Geometric
Optics2.
https://www.youtube.com/watch?v=k6YYd4vLths&t=505s, 20162021 年 10 月 12 日参照)
登尾浩助, 佐藤直人：透明蛍光黒板（ライトボード）を使った
遠隔授業の改善. pp. 110-113. 2021 年度 ICT 利用による教育改善研究発表会資料集，令和 3 年 8 月 25 日, 公益社団法人私立大学情報教育協会 ICT 利用教育改善発表会運営委員会, 2021.
リモート発表登尾浩助, 佐藤直人, 丸尾裕一：遠隔板書授業に適した簡易ラ
イトボード（透明蛍光黒板）の製作. 第 72 回農業農村工学会
関東支部大会，令和 3 年 11 月 12 日, 2021. リモート発表予定
Peshkin, M.: https://www.lightboard.info/home, 2021 （2021 年 10月 12 日参照）。

(a)

(b)
図 2. (a) 簡易ライトボードと(b) 可搬式ライトボ
ード．

41

P10
繰り返し凍結・融解下における複数重金属汚染土壌の同時不溶化効果の解明
Elucidating the simultaneous insolubilization of multiple heavy metals insoils experiencing repeated freezing and thawing
社本凜太郎 1・小島悠揮 2・神谷浩二 2
1 岐阜大学大学院自然科学技術研究科・2 岐阜大学工学部
要旨(Abstract)
土壌に凍結融解が作用する環境での鉛(以下，Pb)とヒ素(以下，As)による複数重金属汚染土の不溶化効果を検証した．凍結融解を経験することで，有機物と粘土鉱物を含む汚染土壌では Pb 溶出量が増加し，一方で As 溶出量は低下することが判明した．凍結融解下では従来の不溶化処理ではみられなかった特異的な挙動を示すことが示唆された．
キーワード：土壌汚染，凍結融解，不溶化処理，鉛，ヒ素
Key words: soil contamination, freeze and thaw, immobilization, lead, arsenic
珪砂 7 号は砂分が大部分を占め，粘土分や有機1．はじめに近年，単一の重金属による土壌汚染のみでは物を含有していない．黒ボク土と圃場土は粘土

なく，複数種重金属による同時汚染が問題とな

分や有機物を含有しており，それぞれ有機物とっている．このような複数の重金属で汚染され粘土の割合が最も高い試料となっている．風乾た土壌は，いくつかの資材を併用することで同させた各供試土に PbCl2 と Na2HAsO4・7H2O を時に不溶化処理が可能であることが示唆され

所定量混合し，Pb 全量が 1000mg kg⁻¹，As 全量ている．この同時不溶化処理は国内外で研究がが 100mg kg⁻¹の模擬汚染土を作成した．模擬汚進められているが，土壌に凍結融解が作用する

染土は添加した両元素を土と馴染ませるため，環境での研究例は少ない．冬期に気温が零度を各供試土の圃場容水量に水分調整し，室温下回る寒冷地域では，重金属汚染が生じる地表

20℃で 1 週間密封養生した．Pb の不溶化資材

面近傍土壌は複数回の土中水の凍結と融解をとしてリン資材である水酸アパタイト経験する．この凍結融解は，不溶化時の汚染物(Ca₅(PO₄)₃OH)，As の不溶化資材として鉄系資質と資材との反応速度の低下や，不溶化により材である硫酸鉄(Ⅱ)七水和物(Fe(SO₄)・7H₂O)を生成された鉱物の化学的安定性や物理的分解用いた．各不溶化資材の添加量は，Xenidis et al.

に影響を与える可能性がある．そこで本研究で(2010)が考案した最適添加比を参考とした．水は，繰り返し凍結融解下における複数重金属の酸アパタイトは Pb と水酸アパタイトのリン酸挙動と不溶化効果を解明することを目的としイオンとのモル比が[PO4]/[Pb]=1.5 となるようた．Pb と As による模擬複合汚染土に対してリに添加し，硫酸鉄(Ⅱ) 七水和物は As と硫酸鉄

ン資材と鉄系資材を併用し，凍結融解処理後の(Ⅱ) 七 水 和 物 の 鉄 イ オ ン と の モ ル 比 が両元素の挙動と不溶化効果を検討した．

表 1．供試土壌の物理性

2．実験方法
模擬汚染土作成には 2 mm 以下にふるい分
けした珪砂 7 号，黒ボク土，岐阜大学実験圃
場土の性質の異なる 3 種類を使用した(表 1)．

42

[Fe]/[As]=20 となるように添加した．不溶化環
境は，+2℃で 4 時間維持，-10℃で 8 時間維持の 12 時間を 1 サイクルとした最大 40 サイク
ル(20 日間)の凍結融解環境及び，20℃一定の恒温環境の 2 種類とした．0，10，20 日にサンプルを採取し，水抽出試験を行い，ICP-AES によって両元素濃度を分析した．
3．結果と考察
水抽出試験における Pb 溶出量を図 1(a)に示した．図中の UN は恒温環境(unfrozen)，FT は凍結融解環境(freeze-thaw)を表している．Pb の
溶出量は土の種類ごとに異なる傾向が得られた．珪砂 7 号は凍結融解により Pb の溶出量が抑えられた．その一方で，黒ボク土と圃場土では凍結融解により Pb 溶出量がそれぞれ 3.3 倍，
4.9 倍の増加を示した．これより，有機物や粘土鉱物を含む土壌は凍結融解により Pb 溶出量が増えることが判明した．

図 1．Pb 溶出量(a)， As 溶出量(b)図 1(b)に水抽出試験における As 溶出量を示

融解時の間隙水および固相の組成変化に由来した．As 溶出量は恒温環境では土の種類に依すると考えられるが，詳細はこれから検討して存せず増加傾向がみられた．一方，凍結融解が作用すると As 溶出量は珪砂 7 号，黒ボク土，
圃場土のいずれも検出量限界値である

かった特異的な挙動を示すことが示唆された．

低下することがわかった．
凍結融解の繰り返しを経験すると，不溶化処

4．まとめ

理された複合汚染土では，Pb の溶出量が増加

不溶化処理を行った複数重金属汚染土は凍し，As の溶出量は反対に低下することが明ら

結融解作用を受けることで両元素の溶出挙動かとなった．Pb に関して，凍結融解によってに異なる影響を及ぼすことが判明した．これよ

鉱物や有機物などの物理的な分解が引き起こ

り，凍結融解下での長期的な同時汚染不溶化はされ，これらが溶出量に影響した可能性が考え特殊な対応が必要になると考えられ，今後も引られる．As に関して，リン資材と鉄系資材をき続き検討する必要がある．

用いた Pb と As 汚染土の同時不溶化処理ではリン資材のリン酸イオン(PO43-)と As のイオン形態であるヒ酸(がなされた複合汚染土が凍結融解の繰り返しを経験すると，従来の不溶化処理ではみられな

0.005mg L-1 で，凍結融解によって As 溶出量はAsO43-

いく必要がある．以上のことから，不溶化処理)の置換により As 溶出量を促進させることが知られている．しかし，凍結融解によりこれらの置換が抑制され，As溶出量が低下した可能性がある．これらは凍結

43【謝辞】本研究は JSPS 科研費（若手）21K14940の支援を受けた．
【 引 用 文 献 】： Xenidis et al. 2010. Journal ofHazardous Materials. 177:929-937

P11
雪国オリーブの越冬対策：冬における樹木の根域全体を加温する技術の開発
Overwintering measures for olives in cold regions: Development oftechnology to warm the entire root area of the tree in winter
伴田千紘 1・百瀬年彦 11

石川県立大学要旨(Abstract)
地中熱を利用して，冬期における樹木の根域全体を加温する技術の開発を図る．高効率な熱輸送デバイスとして知られるヒートパイプを活用し，これを地中に鉛直埋設することで，下層にある
地中熱を表層へと輸送し，根域を暖める．これまでの研究で，電力なしで冬の根域周辺に温熱源を作り出すことに成功したが，その加温範囲は局所的であることが示唆された．本研究では，根域全体を加温するために，ヒートパイプを改良し，性能試験を行った．
キーワード：ヒートパイプ，地中熱利用，地中温度，根域加温，寒冷地栽培
Key words: heat-pipe, geothermal heat utilization, soil temperature, root-zone warming,
cultivation in cold regions
1.はじめに差で大きな熱輸送を行うため，これを鉛直埋設

石川県の能登島では，地域復興を目的としてすれば，電力なしで冬の樹木根域を暖めること

オリーブ栽培が行われている．しかし，その生が可能となる(Fig1)．

産量は少なく，増産が課題となっている．国内

これまでに，私たちは HP の製造技術を確立のオリーブ産地として知られる小豆島は，瀬戸

し，自作した HP を地中に鉛直埋設した．その

内海式気候で冬に温暖という特徴を持ち，一方，結果，下層にある地中熱を表層に輸送し，電力

能登島は日本海側気候で冬の寒さが厳しい．そなしで冬の根域周辺に温熱源を作り出すことの違いが，両地域でのオリーブ生育に違いを生に成功した．しかし，その加温範囲は局所的でみ出していると考えられる．

あり，根域全体を加温するためには，温熱源を樹木の生育において，冬の土壌温度が根の損広げる新たな技術が必要となっている．本研究

傷や春枝の伸長に影響を与えることが報告さ

では，根域全体の加温を可能にする HP を新たれている[1] [2]．小豆島と能登島における冬の根に作製し，その性能を調べることを目的とする．

域温度（深さ 30 cm)を比較すると，小豆島が2.方法

8℃であるのに対し[3]，
能登島は 2℃しかない．

根域全体を加温するために，Fig.2 のような冬の根域を暖めることは，寒さによる根のダメ構造を考案した．直線型 HP をメインパイプ

ージを抑え，春先の樹木生育を促進させる．

（以下 M_HP）とし，そこに湾曲形状（S 字型）

根域を加温するための温熱源として，地中熱を利用する．能登島の地中 2m 深の地温は真冬
でも 11℃あり[3]，根域に比べて暖かい．この地
中熱を根域に輸送する技術として，ヒートパイ
プ(以下 HP)を活用する．HP とは，金属製のパイプ内に作動液(揮発性液体)を入れ，真空密閉した熱輸送デバイスである．HP は小さな温度

44

のサブパイプ（以下 S_HP）を接合した．この

よって根域全体を加温できるという見通しが構造により，M_HP は地中熱を鉛直上向きに立てられた．

運び，その熱を S_HP が放射状に広げるので，今後は，この技術を利用したオリーブ栽培を

S_HP の空間が加温される仕組みである．なお，行う予定である．具体的には，能登島などの寒この技術は特許出願中である．

冷地に新たにオリーブ苗木を植樹するととも

M_HP には外径 25.4mm，長さ 1.6m の銅管に HP を埋設し，冬に根域全体を加温できるこを用い，S_HP は外径 19.05mm のなまし銅管とを明らかにする．そのうえで，樹木の生育促

で，鉛直方向の長さ 55cm になるように形付け進につながることを確認できれば，寒冷地におた．S_HP を 4 本作製し，M_HP の上部でロウける新たな栽培技術として，普及していきたい．

付け接合した．同様の HP を 2 本作製し，性能試験を行った．
HP の複数個所に熱電対を貼り付け，水槽内に HP 下端部を入れた．水温を上昇させて下端部を加温していき，定常状態での HP 上端部の温度を測定した．さらに，熱画像解析を行い，HP 全体や周辺の温度分布を把握した．
3.結果及び考察
熱電対による温度計測結果を Fig.3 に示す．

Fig.3 温度計測の結果

水温が 40℃のとき，M_HP の下端は約 39℃となり，上端は HP①が 33℃，HP②が 33.3℃となった．S_HP の上端は，HP①が 32.6℃，HP②が 32.8℃で定常状態となり，M_HP の上端とは約 0.5℃の差となった．このことから，
M_HP で輸送した熱を S_HP によって広げられることが明らかとなった．
また，熱画像解析の結果を Fig.4 に示す．
M_HP と S_HP ともに全体が暖かくなっていFig.4 熱画像解析の結果る様子に加え，S_HP4 本で囲まれた中の空間

参考文献

が暖かくなっている様子が見られる．したがっ[1] Martin Weih・P.Staffan Karlsson（2002）：Low winterて，この構造にすることで，温熱源を広げるこ

soil temperature affects summertime nutrient uptakeとができ，根域全体を加温できる可能性が示唆

capacity and growth rate of mountain birch seedlings inされた．

the subarctic, Swedish Lapland. An Interdisciplinary

4.おわりにJournal，34（4）：434－439．

根域全体を加温するための新たな HP を考[2] 森田義彦・板倉勉・簗取作次（1956）：冬の地温が柑橘砧案した．試作品を作製し，性能試験を行ったと木の生育に及ほす影響について．園芸学会雑誌，24（4）：ころ，M_HP によって下部から上部へと輸送

222－226．

された熱は，S_HP に沿って広がることが明ら[3] 農林水産省・気象庁（1982）：地中温度等に関する資料．

かとなった．さらに，S_HP で囲まれた中部空

農業気象資料，第 3 号：227-229．

間も暖められている様子がみられ，この構造に

45

P12
不耕起栽培とマクロポア導入から見る表層土壌の保水と有機質化のプロセス
Water Holding and Carbon Sequestration at Surface Soils regarding from No-tillage
and Macropore Installation
森 也寸志¹・岡 香菜子¹・Bui Thanh Long¹
１

岡山大学大学院環境生命科学研究科
要旨(Abstract)

劣化の激しい亜熱帯の赤色土壌に不耕起栽培と人工マクロポアを施し，土壌水分と有機物の増減に与える効果を評価した．不耕起栽培と慣行耕起栽培にマクロポア区と無処理区（NT-M，NT-X，
CT-M，CT-X）をそれぞれ設け，土壌水分と土壌全炭素量を測定した．NT-M が CT-X より多くの水分を保持し（p<0.01），マクロポアの設置で CT-M は NT-X に近い水分になった．全炭素の変動
は NT-X でほぼゼロ，CT-M，CT-X で減少したが，NT-M では+0.45 t-C･ha-1･y-1 の増加が見られた．
表層で雨水を捉え，続く下方浸透を促進する構造が，水分保持と炭素保全に有利とわかった．
キーワード：不耕起栽培，マクロポア，浸透，保水，土壌有機物
Key words: no-tillage, macropore, infiltration, water holding capacity, soil organic matter
1.はじめにBamboo fiber(packed bulk density=0.3 g cm-3)

赤色土壌などの劣化土壌または生成過程にある土壌は構造が発達せず，透水，保水そして有機物の貯留に不利である．農地の保全的管理としては耕起を行わずに植物残渣を残す不耕Soil

起栽培の実践例が多い．ここで下方浸透促進の400mm

ためにマクロポア（Fig.1）を平行して導入し，土壌水分の保全と有機物の貯留にどのように働くのか，土壌構造という観点から考察した．
２.実験と調査の方法

10mm

沖縄県石垣島のサトウキビ畑に於いて，慣行

Fig.1 人工マクロポアのモデル図

耕起（CT）と不耕起栽培（NT）管理を行い，さらにマクロポアを導入する畝(-M)としない
畝(-X)を設け，CT-M, CT-X, NT-M, NT-X の 4 管理を用意した．土壌水分センサーを深さ
10,30cm に埋設し，年間を通じて土壌水分の増減をモニタリングし，最後に土壌サンプリングを行い土壌有機物の増減を評価した．また，水浸透の二次元シミュレーションを行い，構造の影響を図解的に評価した．
３.結果と考察Fig.2 試験期間の土壌断面の平均水分量(深さ 10，30 cm のセンサー計測による，**は Tukey 法による 1％有意水準，n=154）

Fig.2 に試験期間の土壌断面の平均水分量の評価を示した．CT-X より NT-M,NT-X,CT-M は46

水分が多い（Tukey 法，1%水準）という結果になった．
浸透の形態を考察するために二次元シミュ
レーションを行った結果（Fig.3, 4），CT は表層で雨水が捉えられず，水分保持が弱いが，マクロポアを導入（CT-M）すると保水量が増えた．これは不耕起栽培のみ（NT-X）の保水と同等になった．NT-X は不耕起栽培の植物残渣
で雨水を捉え，表面流を防止して下方浸透の時間を増やし，CT-M は下方浸透が促進される構造で下方浸透が増加することでそれぞれ水分を増加させていた．一方，これらを組み合わせ
た NT-M は，最も水分量が多く（Fig.3, 4），表層で雨水を捉え，さらに下方浸透を促進する構造を併せ持つために，より水分が増加した．
Fig.5 で土壌有機物の増減を得ると，亜熱帯

Fig.3 シミュレーションによる降雨後 7 日の
土壌水分分布(1m x 1m 断面)性の気候により，CT-X，CT-M ではマイナスであり，保全的な不耕起栽培のみ（NT-X）でゼ
ロであるが，両者を組み合わせた NT-M ではプラスに転じ+0.45 t-C･ha-1･y-1 の増加であった．
４.結論
実験・調査の結果を土壌構造が保水と有機物貯留に与える影響という観点から見直すと，植物残渣または団粒構造が雨水を捉え，ついで下Fig.4 シミュレーションによる土壌断面の平均水分量（20mm/h の降雨 7 日後，断面 1mx1m，**は Tukey 法による 1％有意水準, n=16）．

方浸透を促す構造にそって水が下方に運ばれるときにもっとも効果的に水分の保持と有機物の保全が行われると言えた．これは自然界で土壌構造が発達する順に近く，表層における有機物の増加に続く，維管束植物による根成孔隙の形成と同じとみることができる．
なお，本発表はもともと石垣島のサトウキビ
畑の土壌流亡を防止するための研究成果の一部である．構造の組み合わせという視点で考察し直すと，水と有機物を保全するための有利な構造が見え，シミュレーションと統計解析を加え，新しい視点として発表し直した．

Fig.5 現地圃場の土壌炭素量の増減

謝辞：本研究の一部は，科研費基盤Ａ(森 17H01496，
2017-2020)，基盤Ａ(森 21H04747，2021-2024)，住友財団（森 2020-2022）, ABRESO プロジェクト(JST)（ベル

モント・フォーラム）の補助を受けて行われた．また，
C/N 分析は，岡山大学自然生命科学研究支援センター
分析計測・極低温部門 分析計測分野 小林元成さん，
小坂 恵さんに分析を依頼した．記して感謝する．

47

P13
有機物と乾湿の繰り返しを与えたマサ土における初期団粒形成の検証
Initial aggregate formation of masa soil with organic matter application andrepeated dry/wet processes
井原崚貴 1・森 也寸志 1
1 岡山大学大学院環境生命科学研究科

要旨(Abstract)
未風化土壌に異なる割合の有機物を混ぜたとき，短期間で初期の団粒形成が起こるのかを調べた．0，1，5%の有機物を添加したマサ土に乾湿の繰り返しを与えながら 5 日間培養し，その後，試料の粒度分布と保水性を測定することで団粒形成の有無を調べた．その結果，有機物が 0，１，
5%と増加すると団粒率が高くなり，5%では保水性の増加もみられた．未風化土壌であっても，有機物を添加し，乾湿の繰り返しを与えるだけで初期の団粒形成が起こることが示唆された．
キーワード：未風化土壌，団粒化，有機物
Key words: unweathered soil, aggregation, organic matter
1.はじめにれらを空気交換と自由排水のため上下に直径

現在の地球の土壌は団粒構造を有しており，

1.0 mm の穴をあけた 50 ml 遠沈管に充填した．

多くの植物の生長の場となっている．土壌は団

なお体積含水率は 30 %となるようにした．そ

粒構造を持つことで透水性と保水性の相反す

れぞれの有機物量に対して 3 反復，合計サンプ

る性質を併せ持ち，植物の生長を支えている．

ル数は 9 つとした．充填後の試料の質量を測定

古代の地球表層では初め，一次風化物のみであしたのち，25 ℃恒温のインキュベーターに 12

ったが，そこに植物が現れたことで有機物が添時間入れ，その後，40 ℃の乾燥炉に 12 時間

加され，団粒構造が発達していった．陸域発達入れた．実験開始から 24 時間後に再び試料の時の団粒形成メカニズムは明らかではないも質量を測定し，初期質量より減少した分の水をのの，土壌の発達の過程において団粒形成メカ

加えて，再び 25 ℃インキュベーター12 時間，ニズムを知ることは現在の劣化土壌の保水性

40 ℃乾燥炉 12 時間入れた．このように湿潤改善に役立つ可能性がある．そこで本研究では，と乾燥の過程を与えることを 5 回，すなわち 5

未風化土壌に異なる割合の有機物を混ぜ，短期日間にわたって行った．

間で初期の団粒形成は起こるかどうかについ

5 日後，試料を風乾させ，レーザー回析式粒

て土壌の粒度分布と保水特性から評価した．

度分布測定装置により，各試料の粒度分布を調2.実験方法べた．このとき，山田・横瀬（1991）の団粒

有機物の増加に伴う団粒形成には，雨と乾燥，化度の概念を参考にし，各試料について有機物

すなわち乾湿の繰り返しが必要であると考え，分解と分散処理を行うものと行わないものの湿潤培養と高温乾燥を交互に繰り返す実験を

2 種類測定し，その差によって団粒率を表示し行った．未風化土壌として，2 mm ふるいにかた．また，試料の保水性を調べるため上下に穴けた風乾マサ土と有機物としてスターチを用をあけた 15 ml 遠沈管に培養後の風乾試料を意し，マサ土の質量に対して，0，1，5 %にな充填し，毛管飽和させた．遠心法を用いた微少るようスターチをはかりとり，水に溶かしたの量土壌による土壌水分特性曲線（Bui ら,2021）

ち，マサ土とスターチ，水を混ぜ合わせた．こ

を得た．

48

50.0

3.結果と考察40.0
30.0

測定から団粒率を求めると，有機物 5 %が最も20.0

団粒率(%)

有機物分解・分散処理の有無による粒度分布
高く，0 ％が最も低かった．また，団粒率が初
めて 1 ％を超えた粒径は 0 %：40 μm，1 ％：

10.0
0.0

-10.0

300 μm，5 ％：20 μm であった．

-20.0
-30.0

それぞれの有機物量の平均の土壌水分特性

0.1

1

10
100
粒子径(μm)

1000

10000

Fig.1 有機物量 0 %の団粒率曲線を見ると，サクションの小さいところでは有機物量ごとでの体積含水率の違いは少ない

50.0が，サクションの大きいところでは有機物

40.0
30.0

5 ％の体積含水率が比較的高くなっており，有有機物量 5 ％になると，小粒径の土粒子が団粒率(%)

20.0

機物量の増加により保水性の促進がみられる．

10.0
0.0
-10.0

集まった団粒を形成し，高サクション下での保-20.0

水性が増大したことが示唆された．また，粒度

-30.0

0.1

分析が湿式，保水実験も湛水して行われたこと

1

10
100
粒子径(μm)

1000

10000

Fig.2 有機物量 1 %の団粒率から考えて一定の耐水性を有していると考え
50.0

た．しかしながら，サンプル間のバラツキが大40.0

きく，今後慎重な考察をすすめる．

30.0

4.結論

団粒率(%)

20.0

5 日間という短期間の培養において，有機物を質量比で 0，1，5 %添加し，湿潤と乾燥環境

10.0
0.0

-10.0
-20.0

に交互に置くことで，マサ土のような未風化土-30.0

壌でも初期の団粒形成が起こり，5 %添加では

0.1

1

10

100

1000

10000

粒子径(μm)Fig.3 有機物量 5 %の団粒率

保水性の増加も見られた．
10000

謝辞

0%

本研究の一部は，科研費基盤 A（森 21H04747,
2021-2024 ）， 住 友 財 団 （ 森 2020-2022 ），1000

ABRESO プロジェクト(JST)（ベルモント・フ

サクション(cmH2O)1%ォーラム）の補助を受けて行われた．

5%

100

参考文献

10

山田宣良・横瀬広司(1991)：団粒分布に基づく土壌の団粒の評価法，農業土木学会誌，59(4)，387-391．
1
0.000

Bui, L.T.; Mori, Y. Pinhole Multistep Centrifuge Outflow
Method for Estimating Unsaturated Hydraulic Properties

0.100

0.200
0.300
体積含水率(cm3cm-3)

0.400

Fig.4 各有機物量の平均の土壌水分特性曲線

with Small Volume Soil Samples. Water 2021, 13, 1169.

49

P14
TDR プロファイル土壌水分計 SoilVUE の室内におけるキャリブレーション試験
A Calibration test for the TDR soil-moisture profile prove in laboratory
岩田幸良 1・佐藤駿介 1・柳井洋介 2・山地優徳 3・池内隆夫 3・亀山幸司 1・宮本輝仁１
1 農研機構農村工学研究部門・2 農研機構野菜花き研究部門・3 香川県農業試験場

要旨(Abstract)
プロファイル土壌水分計 SoilVUE のキャリブレーション試験を黒ボク土と低地土を用いて実験室内で実施した。1/2000a（直径 238 mm）と 1/5000a（直径 163 mm）のワグネルポットを用いて影響範囲の検討を行ったところ，後者でもセンサーの影響範囲が十分に容器内に入っていることを確認した。また，低地土に比べ黒ボク土の方が同じ比誘電率のときに水分量が大きい傾向が認められた他，挿入方法の違いが出力値に影響を与える可能性が示唆された。
キーワード：土壌水分量，比誘電率，影響範囲，黒ボク土，低地土Key words: Soil water content, relative permittivity, measurement area, Andisol, Lowland soil
2.方法

1.はじめに(1) 供試土壌

土壌水分量（θ）とバルクの電気伝導度を同時計測可能な TDR を用いたプロファイルプロ

茨城県つくば市の農研機構野菜花き研究部

ーブ（SoilVUE, Campbell Scientific）は，断門の試験圃場から黒ボク土の表土を，香川県綾面が円形のロッドの周囲に TDR プローブがそ川町の香川県農業試験場の試験圃場から低地

れに沿うように設置されており，ロッド内で波土の表土をそれぞれ採取した。風乾して 2 mm形解析した後，上記の計測値の他，地温や比誘篩を通過したものを供試試料とした。

電率（ε）が出力される。

(2) プローブと試験容器の形状（Fig. 1）

TDR によるθの測定には，乾燥密度や地温使用したセンサーは深さ 5, 10, 20, 30, 40,が測定結果に影響を与えることが知られてい50 cm の 6 深度を同時計測する。土を詰めるる。また，粘土や黒ボク土では一般的なキャリための容器は，1/2000a（上径 238mm，高さ

ブレーション式（Topp 式）が適用できないこ

293 mm）と 1/5000a（上径 163mm，高さ 300とが知られている。

mm）のワグネルポットを使用した。高さが約

一方，TDR と同様に土壌の誘電特性を測定

30 cm であることから，容器の上端まで土をするキャパシタンス式土壌水分計は，設置方法

詰めた場合，深さ 40 cm と 50 cm に相当するによりθとεの関係が変化することが報告さセンサーが確実に土に埋設された。

れている。SoilVUE は設置方法としてオーガ
であけた鉛直の穴にねじ込むことがメーカー推奨であるが，このセンサーの使用事例はまだ

Fig.1

少なく，キャリブレーション手法や取得される

SoilVUE

データの特性について確認が必要である。

と 1/5000a

そこで本研究では，SoilVUE を用いて黒ボ

ワグネル

ク土と低地土のθとεの関係を室内試験で求ポットにめ，既往の研究で得られたキャリブレーション

設置した式と比較した。

様子

50

ワグネルポット（Fig. 1）でもキャリブレーシ(3) 実験方法
黒ボク土について，1/2000a のワグネルポッ

ョンの容器の大きさとして十分であることが明らかになった。

トを用い，オーガで穴を開けてプローブを挿入する方法と，センサーを容器の中央に置いて周センサーの設置方法がεとθの関係に与え囲に土壌を詰める方法でセンサーを設置し，設る影響については，ε≦15（θ< 0.4 m3 m-3）

置方法がθとεに与える影響を確認した。また，の低水分状態のときには設置方法の影響は認

土壌がセンサー出力値に与える影響を評価す

められなかったが，ε>15 では土を詰めてからるため，1/5000a のワグネルポットを用い，セセンサーを挿入するメーカー推奨の設置方法

ンサーの周囲に土を詰める方法で黒ボク土との方が，センサーの周囲に土壌を充填した場合

低地土のεとθの関係を比較した。

よりも，εが高くなる傾向が認められた（図省

容器の高さが約 30 cm であることから，確略）。土壌にセンサーを挿入する一般的な水分

実に土壌中にセンサー部分が埋設される 40計の場合，土壌を詰めてからセンサーを挿入す

cm 深（下から 2 番目のプローブ）のεを用いる方法だと，センサー挿入時に土壌を圧縮するた。θについては，①センサーを設置した状態

ことでεが高めに出力されることが知られてで測定した全体の重量から容器とセンサーのいる（Iwata et al., 2017）。センサーの形状や重量を差し引いて土壌の重さを測定し，②試料設置方法は異なるが，同様の現象が SoilVUEの一部を採取して重量法で含水比を求め，③含でも発生している可能性が示唆される。

水比と土壌試料の重量から水の重さを計算し，黒ボク土と低地土の違いについては，従来か④センサーを設置した状態の土壌試料の容積ら言われているように，同じθであれば黒ボクで割ることで算出した。

土の方が低地土よりもεが低い傾向が認めら

各試験共に，蒸留水を加えることで土壌が飽れた（Fig. 2）。低地土は一般的な土壌で広く和状態になるまで段階的に水分量を増加させ，適用されている Topp 式とεとθの関係がほぼ同じ手順によりセンサーを設置して各水分段

等しかったが，5 <ε<12 の範囲で Topp 式よ階におけるεとθを取得した。設置によるデー

りもεが小さくなる場合があった。この原因とタのバラツキを確認するために各水分段階でして，プローブと土壌との密着性の低下が考えセンサーの設置を３回繰り返し，反復をとった。

られるが，今後より詳細な検討が必要である。

センサーの影響範囲が土壌サンプル内に入0.8っていることの確認のため，上記の全ての試験

⿊ボク⼟（ρd=0.72）
低地⼟（ρd=1.31)
Topp式

0.6
θ (m3 m-3)

で，測定終了後に容器全体を水槽に入れてεを測定し，水槽に入れる前のεと比較した。
3.結果と考察
容器の大きさや土壌の種類によらず，水槽に

0.4
0.2
0

試料を浸す前の，試料の周囲が空気の場合に比べ，水槽に浸してもεはほとんど変化がなかっ

0

20

ε

40

60

た（RMSE＜0.49; -0.03 < MSE < 0.29）。

Fig. 2 センサーの周囲に土壌を詰めて設置し1/2000a のワグネルポットに比べ，より直径がた黒ボク土と低地土のεとθの関係（カッコ内

小さいの 1/5000a のワグネルポットの方がのρd は乾燥密度の平均値）

RMSE や MSE の絶対値が小さい傾向も認め

謝辞：本研究は生研支援センター「イノベーション創出強化られた。これらのことから，直径 163 mm の研究推進事業」の支援を受けて実施した。

51

P15
Influence of higher pH condition of DBS-DOM complex solution on the UV
spectroscopic measurement of DBS (Dodecylbenzenesulfonate)
Md. Imam Hossain1, Munehide Ishiguro2
Graduate School of Agriculture, Hokkaido University,
2
Research Faculty of Agriculture, Hokkaido University

1

Abstract
To study the efficacy of the spectrometric measurement of Dodecylbenzenesulfonate (DBS) in the presenceof dissolved organic matter (DOM) in DBS-DOM complex solution at higher pH conditions, the absorbancesof 222.5 nm UV and 400 nm UV-vis spectra for both the lower and higher pH conditions were compared.
Though the effect of NaOH-induced elevated pH condition exhibited the influence of DOM on the absorbancecharacteristics of DBS-DOM solution, the spectrometric method is found equally efficient in the high pH
condition at pH 12.5.
Keywords: Andosol, Dissolved Organic Matter, Dodecylbenzenesulfonate, NaOH, UV-spectrometry
1. Introduction
Preciseestimationofsodiumdodecylbenzenesulfonate (DBS) is essential forunderstanding its adsorption in soils, transport,
toxicity, fate, and application in the remediation ofcontaminated soil and groundwater. DBS is a common
anionic surfactant that is the vital component of mostcleaning agents currently available (e.g., soap,
detergent, shampoo, etc.) for domestic andcommercial use [1]. Globally each day, billions ofliters of DBS are released into water bodies (canals,
lakes, rivers, etc.) from cleaning activities [2]. As amajor soil contaminant, it is present in almost allenvironmental components including sewage sludge,
solid waste, industrial waste, and wastewater. On theother hand, dissolved organic matter (DOM) is the key
constituent playing crucial roles in spreading,mobilizing, and degrading soil pollutants such asorganic toxicants between the soil interface and soil
solution.
The conjugated double bond system of thebenzene ring of the DBS molecule has been used to
identify it using ultraviolet (UV) spectrophotometry[3]. For a DBS-DOM complex solution, a similarbenzene group component of DOM also acts like DBS
and is responsible for the excess quantities of DBS
falsely measured by conventional UV-spectrometry[4]. To overcome such drawbacks, Hossain and
Ishiguro (2021) [4] proposed a photometric method toprecisely estimate the DBS from the aqueous solution
at pH 5.0 and 6.0 containing a considerable quantity
of DOM using UV and UV-vis spectra. However, it isassumed that the effect of elevated pH condition
exhibits the influence of DOM on the absorbancecharacteristics of DBS-DOM complex solution, whichquestioned the validity of their [4] method in higher
pH conditions.
This study is intended to assess the influence of
higher pH conditions of DBS-DOM complex solution
while measuring DBS using UV and UV-vis
spectrometry.
2. Materials and methods
A highly humic non-allophanic Andosol was used
to extract the dissolved solids (DS) solution as theindex of DOM. The physico-chemical characteristics
of soil were reported by Ahmed and Ishiguro (2015)[5]. DS was extracted with 1 mmol/L NaCl at pH 6.0
electrolyte solutions using a soil & electrolyte solution
ratio of 1:15 (w/v, dry weight basis).
Linear sodium DBS (C12H25C6H4SO3Na) having
the molecular weight of 348.48 g/mol used as the main
reagent of the experiment. Triplicates of 0, 50, and 500µmol DBS/L DBS-DOM complex solutions wereprepared using the previously extracted DS solution asa solvent. One milliliter of the formerly prepared DBS
solutions, from every triplicate, was diluted ten times
with deionized water, and the absorbance at 400 nm
and 222.5 nm were measured using the Shimadzu UV1208 spectrophotometer. 1/100 volume of 10W/V%
NaOH was added in a similar number of DBS
triplicates to obtain the higher pH condition (pH 12.5).
Absorbances of all DBS triplicates with higher pH
condition was also measured under 222.5 nm and 400
nm spectrum. Finally, the DS solutions were ovendried at 60 ℃ for 4 days and the DS concentration was
calculated. The higher pH was applied since thiscondition has been generally adopted for the
spectroscopic analysis of humic substances.

52

3. Result and discussion
The study showed the tendency that theabsorbance at 222.5 nm spectrum at the higher pH
increased as shown in Fig. 1. However, the difference
became almost negligible when the DOM
concentration was larger. Those for the NaCl solution
without DOM at the higher pH showed higher thanthose at the lower pH. The difference for the NaClsolution without DOM at the highest DOM
concentration was smaller. The larger concentration of
DOM and DBS seems to eliminate the difference.

DOM is successfully eliminated even in this higher
pH (pH 12.5) condition (Fig. 4).

Figure 3: Effects of pH on 400 nm and 222.5 nm
absorbance.

4a

Figure 1: Effects of pH on 222.5 nm absorbance.

4b

Figure 2: Effects of pH on 400 nm absorbance.
The influence of pH on the absorbance at 400 nm
is shown in Fig.2. The absorbance decreased at thehigher pH. There was no pH influence for the solution
without the DOM. The difference increased with theincrease of DS concentration until around 30 mg/L.
The difference decreased with the increase of the DBS
concentration, although the DBS concentration did not
influence the absorbance at 400 nm at the lower pH.

Figure 4: Comparison of (4a) measured vs. actual and(4b) calculated vs. actual concentrations of DBS for
DBS–DOM complex solutions at pH 12.5 after theelimination of DS influence. The dotted line is thestandard DBS curve.
4. References[1] Myers, D. (2005). Surfactant science and technology (3rd ed., pp.

The influence of pH on both absorbances became
clear when their relationship was shown in Fig. 3. The
clear difference was figured out because there weretendencies that the absorbance at 222.5 nm increased
and the absorbance at 400 nm decreased with the pH
increase. The difference was supposed to be caused by
the conformation change of the DOM due to theincrease of its negative charge at the higher pH.

1–28).
Hoboken,
NJ:
John
Wiley
&
Sons.
https://doi.org/10.1002/047174607X[2] Texter, J. (1999). In K. R. Lange (Ed.), Characterization of
surfactants (Ch1). Surfactants - A[3] M. Nakahara, The Science of Color. Tokyo: Baifukan Publication,
2002.
[4] Hossain, M. I., & Ishiguro, M. (2021). Precise estimation of
dodecylbenzenesulfonate in aqueous solution containing dissolved
organic matter extracted from soil using UV-spectrometry.
EU Journal of Soil Science. https://doi.org/10.1111/ejss.13150[5] Ahmed, F., & Ishiguro, M. (2015). Effect of adsorption site
potential on adsorption of sodium dodecylbenzenesulfonate inhighly humic volcanic ash soil. Soil Science and Plant Nutrition,
61(3), 432–439. https://doi.org/10.1080/00380768.2014.1003144

After the application of the method proposed by
Hossain and Ishiguro (2021) [4], the influence of

53

P16
土壌空気が間隙ネットワーク特性および物質移動に及ぼす影響
Effect of soil air on pore network properties and mass transport in porousmedia
濱本昌一郎 1・大古湧之 2・大竹豊 3・西村拓 1
1 東京大学大学院農学生命科学研究科・2NHK エンタープライズ・3 東京大学大学院工学研究科

要旨(Abstract)
本研究では，土壌空気が間隙ネットワーク特性および物質移動に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。砂を充填した封入不飽和試料および連続不飽和試料を用いて、各種物質移動係数の測定および X 線 CT 画像撮影を行った。結果、脱水・吸水過程で気相率と通気係数およびガス拡散係数の関係についてヒステリシスがみられた。CT 画像解析から、気相については、脱水過程よりも吸水過程で連結性の高い粗大間隙網が存在しガス移動性が高くなったと考えられた。
キーワード：土壌空気，物質輸送係数，間隙構造，X 線 CT
Key words: Soil-air, Mass transport parameters, Pore structure, Xray-CT
1.はじめに

２．実験方法土壌は固体、液体、気体からなる三相構造で

豊浦砂、三河硅砂 7 号（以下三河小）、三河

あり、土壌空気の存在は間隙ネットワーク特性

硅砂 56 号に三河硅砂 7 号を 8:2 の割合で混合（液体や気体で満たされた間隙の屈曲性や連した砂（以下三河大）を試料として用いた。物続性）および液相・気相を通した物質移動（水質移動係数測定用（直径 5.0 cm、高さ 5.1 cm）

移動やガス移動）に影響を与える。例えば、飽および X 線 CT 撮影用（直径 0.9 cm、高さ 5.2

和帯中の封入空気の存在は透水性を低下させcm）の円筒カラムに試料を充填した。完全飽和

ることが知られている。また神谷ら(2008)は、試料を水中充填で作成した。封入不飽和試料を、脱水過程と吸水過程の透気係数と気相率の関

過酸化水素水溶液を用いた水中充填（以下係においてヒステリシスが生じることを示し

H2O2 封入不飽和試料）と、完全飽和試料を排水た。近年、X 線 CT を用いた間隙ネットワーク

した後再飽和させる方法（以下再飽和試料）のの可視化・定量化に関する研究が報告されてい二種類の方法で作成した。連続空気を含んだ不る。Müller et al. (2018)は不撹乱土壌の X 線

飽和試料は、完全飽和試料を段階的に排水またCT 画像解析から、粗大間隙の間隙率や単位土は吸水することで作成した。

壌体積あたりの間隙の接続数が不飽和透水係

飽和透水係数と封入不飽和係数を変水頭法数と相関があることを示した。間隙ネットワー

で、不飽和透水係数を圧力制御法で測定した。

ク特性を把握する上で、X 線 CT 画像による間ガス拡散係数は酸素ガスをトレーサーとしチ隙構造解析は強力なツールと言える。そこで本ャンバー法で、通気係数は土壌試料に通風し、研究では、X 線 CT 画像を用いて土壌空気存在

土壌試料両端における圧力差と流量から算出

下での間隙ネットワーク特性を定量的に評価した。
X 線 CT 装置(Carl Zeiss METROTOM 1500、し、間隙ネットワーク特性が液・気相を通した空間分解能 10 m)を用いて各試料の X 線 CT

物質移動に及ぼす影響を明らかにすることを画像の撮影を行った。撮影した CT 画像（図 1）

目的とした。

から三次元画像を再構築し、画像解析（EXFact

54

Analysis, NVS）により、気相または液相の屈曲度、経路数、配位数、間隙径分布を算出した。
３．結果および考察
H2O2 封入不飽和試料の封入不飽和透水係数は同気相率条件で再飽和試料より小さかった（データ非掲載）。X 線 CT 画像解析から、H2O2
封入不飽和試料の方が再飽和試料より微細な図 1 豊浦砂のX線CT画像例（気相率15%）

気泡の存在割合が高いことがわかった。H2O2

左：脱水過程、右：吸水過程

封入不飽和試料は、微細な気泡が水みちを塞ぐことで透水係数が低下したと考えられる。
圧力制御法で測定した不飽和透水係数と体積含水率の関係は、脱水・吸水過程においてヒステリシスがみられなかった（データ非掲載）。
同様に、X 線 CT 画像解析からも、脱水・吸水
過程で液相の配位数と平均間隙径で顕著な差はみられなかった。一方、ガス拡散係数と気相率の関係は、特に、豊浦砂と三河小において脱水と吸水過程間でのヒステリシスがみられた（図 2）。同様の傾向が、通気係数と気相率の関

図 2 豊浦砂のガス拡散係数測定結果

係でもみられた。X 線 CT 画像解析から、同程度の気相率条件下で、脱水過程に比べ吸水過程
で配位数が大きく、連結性の高い気相の間隙が存在することがわかった（図 3）。特に、間隙径が大きい程、吸水過程の配位数は高くなる傾向が見られた。吸水過程では粗大間隙を連結する
微細な間隙がガス道として機能し、粗大間隙間の連結性が高い（配位数が高い）ことが、脱水過程に比べて通気係数やガス拡散係数が高くなった理由と考えられた。
図 3 気相の間隙径と間隙の配位数（豊浦砂）４．結論
異なる手法で封入不飽和状態を再現し、透水相率の関係についてはみられた。X 線 CT 画像係数を測定した。結果、H2O2 封入不飽和試料の解析から、気相については、脱水過程よりも吸方が再飽和試料に比べ透水係数が低下した。

水過程で連結性の高い粗大間隙網が存在し通CT 画像解析の結果、H2O2 封入不飽和試料の方気性が高くなったと考えられた。

が微細な気泡が間隙に多く存在し、液相間隙の連結性が低下したことが考えられた。連続空気

謝辞：本研究は JSPS 科学研究費助成（18H01530）．

が存在する脱水・吸水過程において、透水係数

参考文献：1) 神谷ら(2008) 土木学会論文集 C, 64,と体積含水率の関係では見られなかったヒス

650-661, 2) Muller et al. (2018) Geoderma 313, 82–

テリシスが、通気係数およびガス拡散係数と気

91.

55

P17
物理センサを用いた樹体の水分状態指標の定量的評価
Quantitative evaluation of tree water status using physical sensors
清水皓平 1・齊藤忠臣 2・猪迫耕二 2・藤巻晴行 3・依田清胤 41

鳥取大学大学院持続性社会創生科学研究科・2 鳥取大学農学部3

鳥取大学乾燥地研究センター・4 石巻専修大学理工学部
要旨(Abstract)

本研究では，常緑広葉樹であるシラカシを対象とし，樹体内の水分状態指標を非破壊かつ多点での同時測定を行った．結果より，土壌の水ポテンシャルの低下に伴い，樹液流速・樹体水分の明確な低下が見られた．また，高い分解能を持つデンドロメータを用いた樹体水分との同時測定により，樹体水分と幹直径が連動していることが分かった．
キーワード：樹液流速，樹体水分，樹体塩分濃度，幹直径，灌水Key words: sap flow, tree water, pore water EC, stem diameter, irrigation
1.はじめにた．測定項目は，高品質な果実の生産や森林における水収支

樹体の水分状態といった多岐に渡る分野で，樹体の水分状態指標として樹液指標を把握することが重要な課題となってい流速，樹体水分，る．樹体の水分状態指標として，蒸散と密接

樹体塩分濃度，な関係がある樹液流速や，樹体の貯水と関わそして幹直径とりがあるとされる樹体水分などがあり，これした．樹液流速らの指標から蒸散量の推定や夜間に樹体水分は，樹液流速との回復が生じることなどが分かっている．さ

比例関係にあるらに近年開発された高性能なデンドロメータ

ヒートパルス速での測定により得られる幹直径や，樹体水分度を SFM-1(ICTとの同時測定が可能な樹体の塩分濃度が新たinternational 社)

な水分状態指標として利用できる可能性があで，樹体水分とる．しかしこれらの応答を土壌の水分状態と

樹体塩分 濃度は関連付けて非破壊かつ同時に計測・評価した樹体の体積含水率・間隙水の電気伝導度を GS3

例はほとんど無い．そこで本研究では，常緑

誘電率水分センサ(METER 社)で，そして幹直

広葉樹であるブナ科コナラ属のシラカシ

径 は 辺 材 部 と 樹 皮 部 の 変 化 量 を MIJ-02LM（Quercus myrsinifolia）を対象として，樹体とType II 直動デンドロメータ(日本環境計測㈱)

土壌の水分状態指標を非破壊かつ多点での同で計測した．土壌の水分状態指標としては，水時測定し，樹体の水分状態指標の定量的な評

ポテンシャルと体積含水率を，それぞれ価を行った．

TEROS-21 センサ，5TE 誘電率水分センサ(共2.実験方法に METER 社)で測定した．また蒸散の指標と2.1 対象樹木と測定項目なる飽差は，気象庁鳥取地方気象台のデータを

Fig.1 センサの設置位置用いて算出した．各センサの設置位置は Fig.1

対象樹木は，鳥取大学農学部 5 号館横のポットに植栽された，樹高 355 cm のシラカシとしの通りとした．

56

2.2 灌水制限された分が夜間に回復したが，後半では夜間に土壌表面は完全に被覆しているため，降雨な十分回復しなかったため，特に樹体上部においどの侵入はなく，ポット内の土壌水分は灌水にて顕著に減少した．これらのことから，樹体水よってのみ回復する．灌水は通常，土壌の水ポ分については，樹体上部では蒸散等による激しテンシャルが-600kPa に達した段階で週 1 回程

い水分消費が行われつつも，樹体下部では樹体度行っていたが，本研究では 2020/7/31～8/6，

上部への水分供給に加えて樹体水分の貯水が8/8～16 の 2 期間において一時的に灌水を停止行われていると考えられる．また樹液流速につする灌水制限を行うことで，樹体に水分ストレ

いては，夜間の樹体水分の回復が十分行われなスを与え，土壌の水ポテンシャルの低下に対すかった後半にかけて日中の値が減少したことる樹体の水分状態指標の応答を計測した．

から，夜間における樹体水分の回復に依存して3. 結果と考察いる可能性が示唆された．さらに樹体塩分濃度

3.1 灌水制限に対する樹体の応答については，樹体水分の消費が特に激しかった
樹体上部において，前半では樹体水分の応答と(a)は対称的な日変化が見られた一方で，後半では前半と異なり，樹体水分と連動した応答が生じた．このように異なる応答を示した理由は定かではないことから，新たな水分状態指標として用いるには，更なる検討が必要である．

(b)

3.2 無降雨日における辺材・樹皮部の日変化

通常の灌水基準

Fig.2 2020/7/31～8/8 における(a) 樹液流速・
樹体水分・樹体塩分濃度・飽差，(b) 土壌の水ポテンシャル

Fig.3 2020/11/16～18 における樹液流速・樹灌水制限を行った 2020/7/31～8/8 における

体水分・幹直径・飽差

樹液流速（ヒートパルス速度）と樹体上部・下2020/11/16～18 における樹液流速，樹体上部の樹体水分，樹体上部の樹体塩分濃度，そし部・下部の樹体水分，樹皮部・辺材部の幹直径て飽差の変化を Fig.2 (a)に，土壌の水ポテンシ

および飽差の変化を Fig.3 に示した．この時のャルの変化を Fig.2 (b)に示した．なおこの期間

樹皮部と辺材部の変化を見てみると，日中・夜では，通常の灌水基準となる-600 kPa に達した

間では，樹液流速の増減による樹体水分の変動

8/3 を境界として，8/2 までを前半，8/3 以降をに対して，特に辺材部において連動した応答を後半とした．樹液流速は，前半では飽差の上昇示した．このことから，辺材部での幹直径の計に伴って日中は高い値を維持していたが，後半測により，無降雨日かつ樹体の肥大成長を無視

では灌水制限による水ポテンシャルの低下にできる短期間であれば樹体水分の応答を計測

伴って日中の値が低下した．また樹体水分は，前半では日中の樹液流速の上昇によって消費57できる可能性が示唆された．

P18
人工衛星 GCOM-W 搭載マイクロ波放射計 AMSR2 による土壌水分量推定アルゴリズムの改良：Mironov 土壌誘電率モデルの利用
An improved soil moisture retrieval algorithm from GCOM-W/AMSR2 microwave
observations using Mironov dielectric model
辻本久美子 1・太田哲 2
1 岡山大学学術研究院環境生命科学学域・2 研究技術開発支援機構（U-PRIMO）

要旨(Abstract)
マイクロ波衛星観測による土壌水分の広域推定手法を改良するため，そのアルゴリズム内で用いられる湿潤土壌誘電率モデルについて検討した．熱帯域カンボジアの流域を対象に，流域スケー
ルの水・エネルギー収支に着目し，6.9GHz に対して Dobson 式と Mironov 式を比較した．
キーワード：誘電率モデル，土壌水分，リモートセンシング
Key words: dielectric model, soil moisture, remote sensing
温度・葉面積指数(LAI) を推定し，これを RTM

1.はじめに人工衛星 GCOM-W に搭載されたマイクロ波に 与 え る こ と で ， AMSR2 （ 2011 年 以 前 は放射計 AMSR2 は，6.9~89GHz の 6 つの周波数

AMSR-E）観測輝度温度から土壌水分量を推定を用いて地球観測を行っており，これによる世した（図-2）．このことにより，JAXA の現業ア

界各地・1 日 2 回の土壌水分量推定値が JAXA

ルゴリズム (JAXA, 2013) とは異なり，土壌水から公開されている．土壌水分量の推定は，輝分に対してより感度が高いとされる 6.9GHz の度温度の観測値から放射伝達モデル（RTM）を

1 周波数を用いて土壌水分量を推定した．

解くことで行われ，この RTM 内にて湿潤土壌

WEB-DHM は河川流量観測値，SIMRIW-rainfed

誘電率モデルが用いられている．TDR 土壌水は水稲生産量統計値とそれぞれ比較して計算

分センサーに Topp et al. (1980) の式が広く利結果の妥当性を確認し，これらによる土壌水分用されてきたのに対し，マイクロ波衛星観測の量計算値を仮に真値とみなして，RTM による分野では長らく Dobson et al. (1980) の式が用推定値と比較した．RTM 内で用いる誘電率モ

いられてきた．近年では欧州宇宙機関がデルには Dobson 式と Mironov 式の 2 通りを用Mironov et al. (2004) の式に変更するなど，改いた．計算に際し，流域は 500m 間隔に格子分良検討が進められている．本研究では，流域ス割し，各格子の土層は，根群域は 5cm，以深はケールの水・エネルギー収支に着目して，カン

10cm 刻みで鉛直分割し，Richards 式によってボジアの水田流域（図-1）を対象に，Dobson 式，

土壌水の移動を解いた．土壌面蒸発（表層のみ）

Mironov 式の 2 つの誘電率モデルを比較した．

と蒸散（表層～根群域の各層）は，土壌・植生
種類に応じた抵抗を考慮し，毎時の気象条件下

2.方法

での水・エネルギー収支を解くことで推定した．

流域スケールの水・エネルギー収支を分布型

辻本ほか (2018) での検討結果にしたがって，に解くことのできる水文モデル(WEB-DHM,

各格子の土壌水分特性には熱帯土壌用の van

Wang et al., 2009) と，土壌水分ストレスを考慮

Genuchten パラメータ値 (Hodnett & Tomasella,

した水稲生育モデル (SIMRIW-rainfed, Homma

2002) を用い，計算流量が観測流量と合致する& Horie, 2009) を用いて，土壌面温度・植生面

ように透水係数をキャリブレーションした．

58

rain (t)weather (t)Latitude (degree North)

GSMaP+gauge

JRA-55

LAI (t)MODIS

soil typeFAO

landuseUSGS

elevation
ASTER-GDEM

WEB-DHM (Water and Energy Budget based Distributed Hydrological Model) [Wang et al., 2009]

対象流域

SIMRIW-rainfed [Homma & Horie, 2009]soil
moisture (t)river flow (t)observation

RTM with
Dobson /Mironov
Dielectric model

soil temp. (t)canopy temp. (t)LAI (t)brightness temperature (t)AMSR-E / AMSR2 @ 6.9GHz

図-2 解析手法の全体像.

Longitude (degree East)

図-1 対象地の位置.

3.結果と考察WEB-DHM と SIMRIW-rainfed によって計算(a)

された土壌面温度・植生面温度・LAI (図-3bc)と AMSR 観測輝度温度 (図-3a)を RTM に入力して計算した土壌水分量推定値(図-3d,図-4 縦軸)を見ると(Dobson 式：青，Mironov 式：緑)，(b)

流域水収支を満たす WEB-DHM 計算結果 (図-3d 黒，図-4 横軸) と比較して，Dobson 式を(c)使った推定値は特に乾季に土壌水分を過小評
価する傾向がみられた．この特徴は，Dobson 式を用いて推定している JAXA 標準プロダクト(図-3 d 赤) にも共通して認められる．

(d)4.おわりに本研究からは，熱帯域のカンボジアの土壌に対して，Dobson 式より Mironov 式を用いた方が土壌水分量の推定精度が向上すると示唆された．試験土壌の実験による検証が必要である．
参考文献 1) Topp et al. (1980): Electromagnetic determination ofsoil water content: Measurements in coaxial transmission lines,
WRR; 2) Dobson et al. (1985): Microwave dielectric behavior of
wet soil-part II: Dielectric mixing models, IEEE T Geosci Remote
Sens; 3) Mironov et al. (2004): Generalized refractive mixing
dielectric model for moist soils, IEEE T Geosci Remote Sens; 4)Wang et al. (2009): Development of a distributed biospherehydrological model and its evaluation with the Southern Great
Plains Experiments (SGP97 and SGP99), JGR; 5) Homma & Horie(2009): The present situation and the future improvement of
fertilizer application by farmers in rainfed rice culture. In Fertilizers:
Properties, applications and effects; 6) JAXA (2013): Descriptionsof GCOM-W1 AMSR2 Level 1R and level 2 algorithms; 7) 辻本ほか(2018):土壌水分特性の考慮による統合水循環モデルとマイクロ波衛星土壌水分量観測手法の同時改良, 土木学会
論文集 B1(水工学); 8) Hodnett & Tomasella (2002): Marked
differences between van Genuchten soil water-retention parameters
for temperate and tropical soils: A new water retention pedo-transfer
functions developed for tropical soils, Geoderma.

図-3 流域平均値の時系列データ（2009-2015 年）．
(a)AMSR-E/AMSR2 観測輝度温度 (6.9GHz の垂直偏波 V [紺]と水平偏波 H [桃]), (b) 土壌面[茶]と植生面[緑]の計算温度, (c) LAI 計算値, (d) 土壌
水分量 (JAXA 標準プロダクト[赤]，水文モデル
計算値[黒]，RTM 計算値-Dobson 式利用[青], RTM
計算値-Mironov 式利用 [緑]).

図-4 土壌水分量推定値の比較. 横軸:水文モデル
計算値，縦軸:RTM 計算値（Dobson:青,Mironov:緑）.
謝 辞 本 研 究 は JAXA 地 球 観 測 共 同 研 究 PI
No.ER2GWF101 お よ び JSPS 科 研 費 JP 19K04619,
19KK0171 の助成を受けました．記し謝意を表します．

59

P19
蒸発過程にある土中の硝化反応速度定数と ATP 量・Eh の関係
Rate constant for nitrification in soil with ATP and Eh during evaporation
平野清か 1・武藤由子 2・渡辺晋生 31 岩手大学大学院総合科学研究科・2 岩手大学農学部・3 三重大学大学院生物資源学研究科

要旨
土壌中における窒素炭素動態の理解には，絶えず変化している水分量（θ）や Eh などの土壌条
件と土壌微生物活動との関係を明らかにする必要がある．本研究では，蒸発に伴う θ の変化が硝化反応速度定数（μ）に与える影響を調べるための一次元カラム実験を行った．その結果，好気性
菌による酸素消費量と θ の減少に伴う酸素供給量の関係が μ に与える影響を，Eh と ATP 量で表せた．また，Eh が 440mV 以上のときに μ を ATP 量で評価できる可能性が示された．
キーワード：蒸発過程，硝化，反応速度定数，ATP 量，酸化還元電位
Key words: Evaporation, Nitrification, First order rate constant, Amount of ATP, Soil redox potential
1.はじめに2.試料と方法

土壌中における窒素炭素動態の理解は，農業実験には岩手大学大学圃場の休耕畑表層かの持続的展開や環境負荷の低減，気候変動へのら採取した黒ボク土（C/N = 10, NH4-N = 0.01,

適応等のために重要であり，これまでに物理

NO3-N = 0.37 cmol/kgsoil の 2 mm 篩通過分を的・化学的な要素研究が多くなされてきた．し用 い た ． θ = 0.3 の 試 料 に (NH4)2SO4 をかし，これらと土壌微生物活動を関連付けた研1 g/250gsoil，CaCO3 を 1 g/120gsoil 添加し，10

究はまだあまり行われていない．そこで，本研

日間の前培養の後，内径 5 cm のアクリル円筒

究では，蒸発過程における硝化を観測するために乾燥密度 0.9 g/cm3，θ = 0.38 で 7.5 cm の深の一次元カラム実験を行い NH4-N と NO3-N

さに充填した．これを 25℃の恒温器に置いての分布の変化と共に，Eh と ATP 量の分布の

蒸 発実 験を 開始 した．蒸 発速 度は 0.06 と変化を測定した．そして，実験結果を数値モデ

0.09 cm/d とした．θ が約 0.1 減少するまでのルで再現することで，μ の θ と Eh，ATP 量と試料の θ・NH4-N・NO3-N・Eh・ATP 量・pHの関係を検証した．

の分布を測定した．

Fig. 1 蒸発速度 0.06 cm/d の θ, NH4—N 量, NO3-N 量, Eh, ATP 量の分布
マーカーは実測値, 線は計算値

60

3.結果と考察

菌の代謝速度の相対関係によるものと考えら

Fig. 1(a)～(e)に蒸発速度 0.06 cm/d の土中れる（Fig. 2）．Fig. 4 に ATP 量と μ の関係をの θ・NH4-N・NO3-N・Eh・ATP 量の分布を示した．バッチ試験と Eh > 440 mV の期間の示した．θ は蒸発により上層から下層まで概ねカラム蒸発実験において，ATP 量が大きいと等しく減少した．NH4-N も全層で等しく減少

きに μ も大きくなった．硝化細菌の活性が土したが，NO3-N は上層ほど大きく増加した．

中の酸素濃度に抑制されない条件では， μ を

これは各深さで NH4-N が硝化し，NO3-N が蒸

ATP 量で評価できる可能性がある．

発による上方への水分移動と共に移動したためと考えられる．NH4-N と NO3-N の合計量は
15 日間で 10 %減少した．減少量は θ の大きな初期で多く，脱窒が起こった可能性がある．
Eh は 5 日目までに全層で約 360 mV に低下し，
11 日目と 15 日目には約 450 mV に上昇した．
反対に ATP 量は 5 日目までに増加，その後は減少した．実験開始後，5 日目までの Eh の低
下は，好気性菌の活性が高まり土中間隙の酸素が消費されたことによると考えられる．次に，Fig. 2 ATP 量と Eh の関係

0 日目を除く各深さの ATP 量と Eh の関係を
Fig. 2 に示した．これは，0.06 cm/d の 5 日目
以降と 0.09 cm/d の 3 日目以降の ATP 量の減
少と Eh の上昇の関係を表している．この期間には，θ の低下に伴う気相の増加と好気性菌の活性の低下があったと考えられる．

μ の θ 依存を考慮してカラム蒸発実験における土中の NH4-N と NO3-N の分布の変化を数値計算で再現した．計算には Hydrus-1D とPHREEQC の結合コード HP1 を用いた．θ－μ を Fig. 3 の実線ように与えたところ実験結Fig. 3 θ と μ の関係

果をよく再現できた（Fig. 1 (a)～(c)の線）．破線で示したバッチ試験の θ－μ は各 θ に保った
2 cm の土層で測定したもので，土層の Eh は硝化の起こった 20 日間で常に 400 mV 以上だ
った．カラム蒸発実験での初期（0.06 cm/d では 5 日目 θ = 0.34，0.09 cm/d では 3 日目

θ = 0.31 まで）の μ がバッチ試験よりも著しく小さいのは，両者の Eh の違いから，θ が同じでも土中の酸素濃度が異なったためと考えられる．また，μ が蒸発速度が速い条件で小さく

Fig. 4 ATP 量と μ の関係なったのは，同じ θ になるまでの時間と硝化細

61

P20
無肥料無農薬水田の中耕除草研究
Study of inter-tillage weeding in paddy field without agricultural chemical and fertilizer: 1.
Rice growth and yield.
Z. ZHOU, M. ISHIGURO, J. KASHIWAGI, H. ARAKI and Y. ZHU
Graduate School of Agriculture, Hokkaido University
The Field Science Center for Northern Biosphere, Hokkaido University
Abstract
The rice growth and yield were measured from 2018 to 2020 to clarify the effects of inter-tillage weeding.
In the third year, the yield in 5-T plots was significantly higher than in 2-T and 0-T plots (P<0.05). The
aboveground dry weight of rice plants in 5-T plots was also significantly higher than 0-T plots (P<0.05).
Rice yield and dry weight both increased with the increase of inter-tillage frequency. The good effects ofmany times inter-tillage on rice yield, and rice growth were observed.
Key words: inter-tillage, rice growth, no agricultural chemical and fertilizer
1. Background
Millions of people around the world rely on riceas the bulk of their daily diet. In the coming decades,
the population of developing country will still keepin an upward trend, which will lead to a larger
demand of rice production.
The development of rice yield was accompaniedwith a massive amount of fertilizer and chemical
application. In Japan, approximately half of the total
amount of pesticides used is applied to paddy fields.
However, excessive fertilizer and massive chemical
application caused a lot of environment problems,such as ground water pollution, greenhouse gas
emissions, and ecosystem destruction.
Kasubuchi (2019) has succeeded in getting a highyield in paddy fields without agrochemicals andfertilizers by introducing many times inter-tillage
weeding. As a traditional agricultural method, intertillage weeding not only remove weeds in time, butalso promote oxygen supply into soil. The objectiveof this research is to clarify the effect of inter-tillage
weeding on rice yield and growth.

a. 5-time inter-tillage plots (5-T plots): 5 times intertillage weeding were conducted. The first intertillage was conducted about 3 days after
transplanting. The Last inter-tillage was conducted
after 50 days. The interval was almost the same.
b. 2-time inter-tillage plots (2-T plots): The firstinter-tillage and the last inter-tillage was done at thesame time with 5-T field.
c. 0-time inter-tillage plots (0-T plots): No intertillage weeding was conducted.
d. Conventional field (CT field): Agrochemicals
and fertilizers were applied.
There were three plots for each treatment toensure the result. The cultivation without
agrochemicals and fertilizers in the inter-tillage site
started first in 2018 after three years’ fallowing.
10 hills in every plot were selected to measure
number of tillering, height, and yield components.
At the harvest, rice samples were collected from acircle area of 3.3 m2 to estimate brown rice yieldfrom two sites per plot of each treatment. The
above-ground rice plants, weeds and algae werecollected from 0.5 m x 0.5 m area from every plot
to measure the dry weight.

2. Materials and Methods

3. Results
Grain yield in last 3 years was shown in Fig. 1. In
2018, because the soil fertility was good in the intertillage field just after a fallow for 3 years, we got a

Field sites were located in Field Science Center
for Northern Biosphere in Hokkaido University.
The soil is gray lowland soil. The following paddy
fields were prepared for the experiment.

62

Fig.1. Rice yield⚫
⚫

Fig.2. Aboveground dry weight of rice plants

Bars in all graphs are standard errors,
Means with the same letter are not significantly different at 0.05 probability level in all figures and tables (by Tukey-Kramer) test).

higher yield than that in the regional average.
Although the yield of 5-time inter-tillage plots was
the highest, there were no significant differences inyield among three inter-tillage plots. In the intertillage plots in 2019, the yield decreased partly
because of the failure of germination. The decreaseof fertility might also influence the final yield.
There were still no significant differences among
three inter-tillage plots. The yield of inter- tillage
plots was smaller than those of the regional averageand the conventional plots in 2020. But this was thefirst time to get significant differences among threeinter-tillage plots: the yield in 5-time inter-tillage
plots was significantly higher than that in other toplots. The yield increased with the increase of intertillage frequency.
Dry weight of aboveground rice plant is shown in
Fig.2. In 2018 and 2019, there were no significant
differences among the three inter-tillage plots. In
2020, it was the first time to find significant
differences among three inter-tillage plots: theweight in 5-time inter-tillage plots was significantly
higher (P<0.05) than 0-time inter-tillage plots,

although significant difference between 5-time
inter-tillage plots and 2-time inter-tillage plots was
not observed. From 79 days after transplanting, thevalue of plant weight increased with the increase ofinter-tillage frequency.
4. Conclusion
Good effect of inter-tillage weeding on rice
growth was observed in 2020, the third year of
conversion to fertilizer free and agriculturalchemical free cultivation. The difference of yield
and weight among every plot became moresignificant than 2018 and 2019 which indicated thegood effect became more obvious after several
years’ inter-tillage. It may take more years for thesoil condition to become more suitable for ricecultivation. Further investigation is required.
References
Kasubuchi, T., H. Arao, H. Yasuda (2019) Warning for modern
agriculture depending on chemical fertilizers and agriculturalchemicals; Significance of the multiple-inter tillage-weeding
method developed in Edo-era. J. Jap. Soc. Soil Physics, 65-69.

63

P21
無肥料無農薬水田の中耕除草研究：2.窒素養分動態
Study of inter-tillage weeding in paddy field without agricultural chemical andfertilizer: 2. Nitrogen dynamics
Y. ZHU, M. ISHIGURO, J. KASHIWAGI, H. Araki, Z. ZHOU
Graduate School of Agriculture, Hokkaido University
Abstract：
To elucidate the influence of inter-tillage weeding on the nitrogen dynamics in natural farmed paddy fields,
nitrogen conditions were compered among different time’s inter-tillage fields and conventional cultivation
field. The low concentration of NH4+-N in the inter-tillage fields was maintained compared with that ofconventional fields throughout the growing season, while the higher ratio of NH4+-N to T-N in multiple
inter-tillage plots were observed.
Key words: paddy field, inter-tillage weeding, nitrogen dynamic, natural farming rice.
prepared:

1. Background
In

rice

production,

theexcessive

andInter-tillage fields: T0-field, T2-field with twice

applicationoffertilizer

andinter-tillage weeding, T5-field, with five times

agricultural chemical contaminates environment

inter-tillage weeding. All fields were naturaland impacts ecosystem, meanwhile threatens thefarmedhealth of consumers and farmers. As a result, it isfertilizer since 2018. Inter-tillage was conductedmeaningful to develop a rice cultivation method

during early growth stage of rice growth, the firstthat can obtain high rice yield in a sustainable

was done within a week after transplanting.

inappropriate

agricultural method.

without

agriculturalchemicalsandConventional field: CF-field with fertilizer andInter-tillage weeding is a traditional weeding

agricultural chemicals.

method in Japan which regulates the surface soil(2) Soils were sampled with cylinder from theand water in paddy field. According to Tatsuaki

upper layer (depth of 0-1cm) to lower layer (depth

Kasubuchi

University,of 1-10cm). The irrigation and surface water andconducting multiple times of inter-tillage weeding

the soil solution in upper layer, lower layer andwithout fertilizer and agricultural chemical got

rhizosphere were collected.

(2019)

of

Yamagatahigh yield in paddy field. However, the nutrients(3) Total nitrogen content, total carbon content,

dynamics is not illuminated, especially theexchangeable NH4+, biomass nitrogen， available

nitrogen dynamics which limit the yield most.

nitrogen in soil were measured. NH4+-N, NO3--N,

NO2--N, DOC of soil solution were measured.
2. Materials and Method
The experimental site was located in Field

3. Results

Science Center of Northern Biosphere, Hokkaido

The good effects of multiple times inter-tillage

University. The soil is gray lowland soil.

on rice yield, and rice growth were observed. (See(1) The four types of paddy fields wereformer poster 1.Rice growth and yield)

64

NH4+-Nconcentrationfrom2018-2021 in lower soil solution is
shown

in

Fig.

1.

The

high

concentration in control field wasobserved because of the chemicalfertilizer application. The concentrationof NH4+-N in the inter-tillage fields
wasmaintained

growingseasons.

throughout

four

Meanwhile,

thecomparatively higher concentration of
NH4+-N in T5 during the early growthstage was observed from 2018 to 2021,
Fig.1. NH4+-N concentration in lower soil solution

whereas, in 2020 and 2021, the(2018 to 2021)

concentration difference narrowed.
Fig.2. shows the ratios of NH4+-N to T-N inlower soil solution in 2021. During the early
growth stage, the overall higher value in T5 wasobserved. With the first (9th day) and last (43th day)inter-tillage weeding conducted in T2 field, thevalues of NH4+-N/T-N were observed increasing at
the second(18th day) and sixth(54th day) sampling,
while with the result of 25th, 33th, 41th day after
transplanting, low values were observed in T2 as

Fig.2. ratio of NH4+-N to T-N in lower soil

the same trend of T0.
Nosignificant

solution (2021)

difference

NH4+,exchangeablewasbiomass

foundnitrogeninconcentration in T5 explains that inter-tillage

andweedingmight

promotethemineralization.

available nitrogen of upper and lower soils among

However, the differences among inter-tillage fields

inter-tillage fields.

were not significant. Further investigation isneeded as the yield in T5 is likely to increase tohigh value as Tatsuaki Kasubuchi’s results showed.

4. Discussion
Four growing seasons has passed since weconverted the paddy field to that fertilizer andReferences

agriculturalthe

Kasubuchi, T. et al. (2019) Warning for modern agriculture depending

conduction of inter-tillage weeding during theon chemical fertilizers and agricultural chemicals- Significance of theearly growth stage, the yield follows the order ofmultiple-intertillage-weeding method developed in Edo-era. J. Jpn Soc.

CF > T5 > T2 > T0, which shows the good effect

Soil Phys., 141, 65-69

chemicalfreefield.

Withof inter-tillage weeding in 2021. Meanwhile, theclear trend of the value of NH4+-N/T-N in T5 andT2 as well as the lower organic nitrogen

65

P22
鉄同型置換アロフェンの合成とリン吸着量への影響
Synthesis of Iron Substituted Allophane and Phosphorus Adsorption
中島翼 1・橋本洋平 11

東京農工大学要旨(Abstract)

アロフェン質黒ボク土の主成分として含まれるアロフェンは、構造のアルミニウムの一部が鉄に同型置換して存在している。本研究では、鉄置換がアロフェンによるリンの吸着に及ぼす影響を調べるために、アルミニウムの一部を鉄に置換したアロフェンを合成し、リンの吸着量を求めた。X 線回折の結果から鉄置換アロフェンの合成が確認された。鉄の同型置換は、アロフェンによるリンの吸着量を減少させることが明らかになった。
キーワード：アロフェン、同型置換、吸着等温線

Key words: allophane, isomorphic substitution, adsorption isotherm
1.はじめに構造の一部を鉄で同型置換したアロフェン

アロフェンは火山灰土壌で生成される鉱物

は、0.1 mol/L 塩化アルミニウム・塩化鉄混合水の一つであり、アロフェン質黒ボク土に典型的溶液を用いて合成した。Ralston et al.(2021)を参にみられる。単位粒子は小孔をもつ 3〜5 nm の考に、純粋アロフェン合成時の塩化アルミニウ

中空球状構造であり、表面電荷により水蒸気やムを塩化鉄に変更した(表 1)。

リン酸イオンを多量に吸着する特性をもつ。

合 成 し た 鉱 物 は X 線 回 折 装 置 （ XRD,

Abdalla Elsheikh et al.(2009) は、アロフェンのRINT2100VPC/N, Rigaku）で結晶構造を分析し、リン吸着量が構造内の Si/Al 比や、pH によっアロフェンを定性した。

て変化することを明らかにした。
土壌中では、アロフェンが生成する過程で、表 1. 各アロフェンの Si、Al、Fe の物質量比

アルミニウム八面体シートのアルミニウムの

試料名

Si

Al

Fe

一部が鉄と同型置換している。本研究では、アFe-free110

ロフェン構造内のアルミニウムが鉄と同型置Fe-poor

1

0.99

0.01

換することで、リンの吸着量に変化が生じるとFe-rich

1

0.50

0.50

いう仮説を立て、鉄置換アロフェンの合成とリ(2) リン吸着等温線の作成

ン吸着実験をおこなった。

遠沈管にアロフェンを 0.030 g 秤量し、固液
2.方法

比 1:1000 となるように 0.01 mol/L 塩化カリウ(1)アロフェンの合成

ム水溶液と 0.01 mol/L リン酸二水素カリウム

純粋アロフェンは、Ohashi et al.(2002)を参考

水溶液を合計 30 mL 添加した。リン濃度は 0〜にして合成した。0.1 mol/L オルトけい酸ナト

30 mmol/L の範囲で 13 段階設定した(n=2)。溶リウム水溶液と 0.1 mol/L 塩化アルミニウム水

液の pH を 6.0 に調整した後、予備振とうを含溶液を混合し、105℃で 24 時間加熱した。加熱

め 25℃で 48 時間反応させて、アロフェンにリ後の溶液を乾燥機で約 3 日間乾燥させ、メノウンを吸着させた。

乳鉢で粉砕したものを実験に用いた。

66

振とう後、遠心分離をおこない上澄み液をろくのリンを吸着していると考えられた。

過した。ろ液は誘導結合プラズマ(ICP)発光分
光 分 析 装 置 (SPECTRO ARCOS FHE22,

20,000

吸着量 (mg/kg)

SPECTRO)でリン濃度を測定し、アロフェンのリン吸着量を求めた。測定結果から式(1)のFreundlich 吸着等温式の定数を求め、吸着等温線を作成した。
𝑊 = 𝐾! 𝐶 "⁄#15,00010,000Fe-freeFe-free_Freundlich

5,000

Fe-rich・・・(1)

𝑊: 吸着剤単位質量あたりの吸着量
𝐶 ∶ 溶質の平衡濃度
𝐾! , 1⁄𝑛 ∶ 定数

Fe-rich_Freundlich

0
0

20

40
60
平衡濃度 (mg/L)80

図 2. リン吸着量と Freundlich 吸着等温式

3.結果・考察(1)アロフェンの合成

表 2. Freundlich 吸着等温式の定数と決定係数

表 1 の組成で合成した固体を X 線回折装置

試料名で分析し、図 1 の XRD スペクトルを得た。い

Kf

1/n

R2

Fe-free

6576

0.24

0.99

ずれの試料においても、合成アロフェンに特徴

Fe-rich

3954

0.27

0.99

的なピーク(逸見,1987)が 3.38 Å (2θ=26º)付近、
2.26 Å (2θ=40º)付近、1.41 Å (2θ=66º)付近に

4.おわりに確認された。このことから、アロフェンならび

アロフェンの鉄同型置換は、リン吸着量を低に鉄置換アロフェンが合成されたと判断した。

下させることが明らかになった。土壌中では、
鉄置換の程度が異なるアロフェンが存在して

Fe-freeFe-poorFe-richいることから、アロフェン質黒ボク土のリンの吸着挙動やモデルによる理解は、鉄置換アロフ

強度

ェンを考慮することが重要になると考えられる。今後は鉄の置換量が少ないアロフェン等の試料を用いて、リンの吸着実験、リンの吸着機
構を分光分析を導入して明らかにすることを
0

20

40
2θ (度)

60

計画している。

80

図 1. 合成したアロフェンの XRD スペクトル(Cu-Kα)

参考文献(2) リン吸着等温線の作成
アロフェンのリン吸着等温線を図 2 に示す。
アロフェンならびに鉄置換アロフェンの吸着
等温線は、Freundlich 式で回帰できた(R2 > 0.99、
表 2)。鉄で同型置換させたアロフェンは、純粋アロフェンよりもリンの吸着量が減少した。この結果から、アロフェンに含まれるアルミニウ
ムは、鉄よりもリンに対する親和性が高く、多67

Abdalla Elsheikh M. et al. (2009), Effect of Si/Al ratio of allophaneon competitive adsorption of phosphate and Oxalate.
International Journal of Soil Science, 4(1), 1-13.
Oohashi et al. (2002), Synthetic allophane from high-concentration
solutions: nanoengineering of the porous solid. Clay Minerals,
37, 451-456.
Ralston S.J. et al. (2021), Dissolution rates of allophane withvariable Fe contents: implications for aqueous alteration andthe preservation of X-ray amorphous materials on mars. Claysand Clay Minerals.
逸見彰男 (1987), アロフェンのケイバン比と性状および構造との関係. 粘土科学, 27(1), 32-44.

P23
共鳴筒の非接触な配置による土壌表層の水分量の推定
Estimation of water content of soil surface using non-contact resonant tube
深田耕太郎・木原康孝
島根大学学術研究院
要旨
共鳴法は音波を利用して土壌表層の物理性を推定する方法である。これまで、土壌を充填した円筒容器と共鳴筒とよばれる装置を接続して測定が行われてきた。しかし、このシステムは屋外の地面には適さない。本研究では、共鳴筒を土壌試料に触れずに測定することができるか調べた。
まさ土試料を作成し、試料表面と共鳴筒の下端を 5mm 隔てて共鳴法を実施し、試料の水分量と共鳴曲線の関係を調べた。その結果、水分量の減少に対して共鳴曲線が変化することを確認した。
キーワード：音波、共鳴、まさ土、非接触
Key words: sound wave, resonance, decomposed granite soil, non-contact
1.はじめに2.試料と実験方法

共鳴法は、大気中を伝わる音波を利用して、まさ土を風乾状態で約 3kg 用意し、含水比

土壌表層の物理性を推定する方法である。共鳴を 10%に調整した。これを、内径 13 cm、高法の測定原理は、細長いパイプの中の空気が、さ 12.5 cm（体積 1659 cm3）の塩化ビニル製

パイプの長さと境界条件によって決まる所定の円筒容器に充填し、表面を整形した。底は木の周波数の音に対して共鳴を起こすというも製のふたで閉じた。乾燥密度は 1.72 g cm-3 とのである。このパイプ（共鳴筒）を、土壌に接なった。この試料を室内に置いて自然乾燥させするように立てると、土壌の物理性が共鳴筒のながら、以下に述べる方法で、1 日 1 回、共鳴境界条件に影響する。共鳴法ではこれを利用し法による測定を行った。
内径 2.5 cm、長さ 50 cm の塩化ビニル製のて、共鳴時の系の挙動を調べることで、逆に土壌の物理性を推定する。

パイプを共鳴筒として用いた。共鳴筒の側面に

これまでの共鳴法では、円筒容器に鳥取砂丘

マイクとスピーカーを設置した。実験用スタン

砂やまさ土を充填し、コネクタを利用して空気ドなどを利用して共鳴筒を空中に固定し、共鳴が漏れないよう共鳴筒と円筒容器を接続して筒の下にまさ土試料を置いた。共鳴筒の下端といた。このような系は数学的な取り扱いが容易

試料の表面は 5mm 隔てられている。スピーカ

で、土壌の音響モデルを用いて、特別な仮定をーから共鳴筒内へ 500-800 Hz および 1100-

必要とせずに土壌の物理性を推定できる。しか1400 Hz のスウィープ波を 5 秒間かけて流しし、屋外の地面に対して同様のシステムを作るた。音を流すと同時にマイクで共鳴筒内の音をのは難しい。円筒容器を地面に打ち込むなどし録音した。以上の操作を 2 回繰り返した。録音

なければならないからである。しかし、地面かの結果を、周波数に対する音波強度の関係（共らの反射波が共鳴筒の下端に届けば、共鳴筒と鳴曲線）で表した。そして、500-800 Hz およ

土壌試料が離れていても共鳴法は実施できるび 1100-1400 Hz の範囲内で音波強度を総和しと考えられる。そこで本研究では、共鳴筒と土た。まさ土試料とは別に、同じ形の円筒容器に壌試料を 5mm 離した状態で共鳴法を実施し、石膏を流したもの（基準）を用意し、同様の測試料の水分量と共鳴法の結果の関係を調べた。

定を行った。まさ土試料で得られた音波強度の68

総和を、基準で得られた音波強度の総和に対すが音波の侵入できる範囲を超えると、共鳴曲線

る比で表した。試料全体の質量から体積含水率に影響がなくなる。体積含水率が最大値の半分を求め、音波強度の総和との関係を調べた。試程度まで減少すると共鳴曲線の変化が小さく料が風乾状態に近づいたら給水して体積含水なったことから、共鳴法に影響を与えたのは試率を 0.3 程度まで戻したのち、再度自然乾燥さ

料の上半分程度と推測した。

せた。これを 2 回繰り返した。約 2 か月間測以上の結果から、共鳴筒と土壌が離れていて定を続けた。

も、共鳴法は使えることが明らかになった。

3.結果と考察Fig.1 は、500-800 Hz における共鳴曲線の測定例である。基準とまさ土の共鳴曲線はどち
らも 615 Hz 付近でピークを示している。まさ
土のピーク値は基準のピーク値より 0.2 程度小さい。基準は音をよく反射するよう作ってあるのに対して、まさ土は音を吸収できるため、ピーク値が下がったと考えられる。
Fig.2a は 500-800 Hz の測定結果を用いて、体積含水率と音波強度の総和の関係を示した

Fig.1 共鳴曲線の測定例

ものである。体積含水率は 0.3 から 0.05 程度まで変化した。音波強度の総和は体積含水率の減少にともない、
1 から 0.9 程度まで減少した。
この結果は、まさ土が乾燥することで音の吸収がよくなったことを示している。ただし、音波
強度の総和の変化量が 0.1 程度と小さい。
Fig.2b は 1100-1400 Hz の測定結果について
体積含水率と音波強度の総和を示したものである。体積含水率が 0.3 から 0.05 まで減少するのにともない、音波強度の総和は 1 から 0.4程度まで減少した。500-800 Hz の結果に比べて変化量は大きく、ばらつきは小さい。この結果から、高い周波数の音の方が試料に吸収されやすいと考えられる。
Fig.2a と b のどちらにおいても、体積含水率が 0.2 と 0.1 における音波強度の総和に大きな違いはない。実験に用いたまさ土試料の底面は閉じられているため、試料は表面から徐々に乾燥する。乾燥により表層での音の吸収がよく

Fig.2 音波強度の総和と体積含水率の関係

なり、共鳴曲線が小さくなる。試料表面が十分乾くと、乾燥領域が下部へ拡大する。乾燥領域

69

P24
水田における気泡メタンフラックス測定装置の開発
Development of a device to measure bubble CH4 flux in paddy field.
浪江日和 1・島田かさね 1・趙双双 1・当真要 2・石黒宗秀 2・波多野隆介 2
1 北海道大学大学院農学院・2 北海道大学大学院農学研究院

要旨(Abstract)
水田土壌から気泡として放出されるメタン(CH4)は静水圧の低下に伴い、土壌表面へと急速に押し出されるため、土壌表層の酸化層で酸化されにくい特徴を持つ。高濃度 CH4 を含む気泡を考慮することは水田からの CH4 排出量を評価する上で重要である。しかし、水田土壌からの気泡を測定する手法は確立されていない。そこで、気泡トラップを作製し、分析したところ、水田土壌内で生成される気泡は物理的撹拌、有機物含有量、酸化還元の影響を受けることが明らかになった。
キーワード：CH4, 気泡, 水田, 温室効果ガス
Key words: Methane, Ebullition, Paddy, Greenhouse gas(2) 気泡トラップ装置の作製

1.はじめに
一般的に稲作期間に土壌中で生成された CH4

冷蔵庫ワイドトレー：イノマタ化学株式会社

は拡散、気泡、稲の通気組織の 3 つの経路を通(2.3L；W：0.20m×L：0.31m×H：0.037m)をトじて大気中へ放出される。拡散経路では土層-ラップ装置として用いた。浅めかつ表面積が大

湛水層-大気へと移動する過程で大部分の CH4

きいトレーを選択したのは水田のような浅水が酸化されるため、水田からの総 CH4 排出量へ管理を行う湛水層に設置でき、効率よく気泡をの寄与率は 1%未満とされる。一方で、気泡経

トラップするためである。トレーの材質は PP

路は静水圧が土壌内の圧力よりも小さくなっ(ポリプロピレン)である。トレーの１つの角にた瞬間、急速に土壌表面へと押し出される。そ穴を開け、そこにシリコンチューブを取り付け、のため、酸化されにくく、高濃度の CH4 が大気

気泡採取口とした。チューブを設置後、トレー中へと放出されることになる。しかし、気泡は外部から内部に空気が入り込まないよう耐水

非定常的に発生し、採取が難しいことから圃場

性のシリコンボンド(コニシ：ボンド変成シリで測定する手法は確立されていない。そこで、コーンコーク Q)で穴を塞いだ。

本研究では簡易的な気泡トラップを作製し、水(3) 気泡トラップの設置

田土壌由来の気泡を簡単かつ正確に測定でき

気泡トラップは慣行区、中耕除草区を合わせたる手法の確立を目的に研究を行った。

12 区の中心部分かつ条間に設置した(図 1)。サンプリングは湛水期:2021/7/10∼7/16, 7/16∼

2.実験方法

7/27 と間断灌漑期の湛水時：8/8∼8/10, 8/15∼(1) 試験地・処理区

8/19 の計 4 回行った。気泡トラップを湛水層

北海道大学北方生物圏フィールド科学センに設置する際、トラップ内に封入された空気をターの水田において肥料・農薬を投入する慣行

ガス採取口から取り除き、トラップ内を田面水区(CF 区)、自然農法における中耕除草 0 回区

で満たした状態で数日静置した。トラップ内を(T0 区)、2 回区(T2 区)、5 回区(T5 区)の 4 区

田面水で満たすことで気泡を拡散移動してき画を 3 反復で設けた。

た CH4 と区別でき、採取日までトラップ内に集積した CH4 の酸化を防げると考えた。

70

濃度が高い傾向が見られた(図 2)。すなわち T5区のような定期的な土壌撹拌は物理的に気泡を分解し、土壌内の酸化反応を促進させ、気泡生成を抑制すると考えられる。一方で、T2 区
では夏期高温時に多量の有機物が投入されたため、その分解により多量の気泡生成が誘引されたと考えられた。なお、中耕除草時の土壌撹
図 1：気泡トラップ設置のようす

拌が気泡発生を誘引している可能性も考えら(4) 気泡採取方法および分析方法れることから、今後、中耕除草期間中に気泡ト

数日間静置したトラップ内の気相を 50mL プ

ラップを設置して検討する。気泡 CH4 フラック

ラスティックシリンジ(NIPRO)で採取し、トラ

スは湛水期の方が間断灌漑期の湛水時よりもップされた気相の体積を測定した。そのうちの高い値を示した。これは水管理によって気泡発

5mL を窒素 15mL を含む 20mL 容バイアル瓶に採生を抑制する可能性があると考えられる。採取取した。採取したガスは FID 付ガスクロマトグ

日と同日の水田からの総 CH4 フラックスと気泡

ラフィ(GC-14B; SHIMADZU, Kyoto, Japan)によCH4 フラックスを比較したところ、気泡 CH4 フって分析した。さらに、気泡 CH4 の総 CH4 排出

ラックスの総 CH4 フラックスの構成比は 5∼量に対する構成比を確認するため、透明チャン

2795％であった。

バーを用いて総 CH4 フラックスを測定した。透明チャンバー内の 0, 15, 30 分のガスをそれぞれ 20mL ずつ、50mL プラスティックシリンジで20mL 容バイアル瓶に採取した。ガスは気泡と同様 FID 付ガスクロマトグラフィによって分析した。
3.結果と考察

図 2：気泡 CH4 濃度の結果

気泡トラップを静置したところ、湛水期間では 3.6×10-6(m3/m2/h)[38mL/7day]から 7.2×
-5

3

4.おわりに2

10 (m /m /h)[1282mL/12day]、間断灌漑期の湛作製した気泡トラップを用いて水田土壌由

水時では 1.9×10-6(m3/m2/h)[8.5mL/3day]から来の気泡を採取し、定量化することができた。

-5

3

2

3.0×10 (m /m /h)[220mL/5day]の気泡がトラ

気泡は土壌の物理的撹拌、有機物含有量、酸化ップされていることが確認された。気泡トラッ

還元の影響を受けることが明らかになったがプ内から採取された空気中 CH4 濃度は大気 CH4

大きなばらつきがあった。今後の課題として、濃度(IPCC 地球温暖化第二次報告書：1.72ppm)

中耕除草、とくに除草のタイミングの影響、水の約 100∼20,000 倍であった。しかし、気泡 CH4

管理の影響を検討する必要がある。さらに気泡濃度の変動係数(CV)が 71％から 168％と著し発生の不確実性の要因解明のために、時空間変

く高く、処理区間で有意差はなかった。CH4 濃動の検討が必要である。トラップの設置数を増

度を処理区で比較すると除草を兼ねて定期的

やすこと、マイクロサイトでの気泡生成の観察、に土壌撹拌する T5 区では濃度が低く、最後の気泡発生の連続測定などを行い検討したい。

除草時に大きめの植物体を鋤き込む T2 区では

71

P25
インフィルトロメータによるボーリングコアの透水係数の鉛直分布の測定
Measurement of vertical distribution of hydraulic conductivity ofboring core with Infiltrometer
倉本菜摘 1・中川 啓 2
1 長崎大学大学院

水産・環境科学総合研究科・2 長崎大学教授 総合生産科学域
要旨(Abstract)

本研究では，オールコアボーリングで採取されたコアの活用方法のひとつとして，ミニディスク
インフィルトロメータ（METER 社）を用いて透水係数を測定した。その結果，得られた透水係数は深度 0~25 m では 10⁻⁵cm/s 以上となり，25 m 以深になると 10⁻⁷cm/s の値がみられた。こ
れらの結果はその他の方法で求めた透水係数の鉛直分布を比較することや，地下水流動の数値解
析に活用する。
キーワード：ミニディスクインフィルトロメータ，透水係数
Key words: Mini Disk Infiltrometer, hydraulic conductivity
1.はじめに観測孔における透水係数などの水理パラメ
ータは現場試験に基づいて決定されるが，費用や手間がかかることが問題点として挙げられる。そこで今回は，オールコアボーリングで採取されたコアをサンプルとして活用して透水係数の測定を行った。その際，コアを破壊することなく簡易的に透水係数の鉛直分布を把握することを目的として，透水係数の測定には携帯型のミニディスクインフィルトロメータ

図 1 コア採取地点（METER 社，以下インフィルトロメータと称(a)す）を用いた。

(b)

2.研究対象対象としたのは，長崎県島原市立三会小学校
敷地内（図 1）においてオールコアボーリングで採取されたコア（写真 1 (a)）50 m である。
インフィルトロメータでの透水係数の測定はコアの状態が良く，崩れていない箇所について
5 cm から 10 cm 程度の間隔で行った。
写真 1

3.研究方法(a) コア(b) 透水係数の測定の様子(1) インフィルトロメータの原理
観測した時間と水の浸透量を用いて透水係

72

数を決定する際には Zhang (1997) 1)によって提案された手法を用いる。
𝐼 = 𝐶1 √𝑡 + 𝐶2 𝑡

(1)

ここで𝐼 は単位面積あたりの累積流入量(cm) ，𝐶1は吸着率に関する係数 (ms-1/2) ，𝐶2
は透水係数に関連する係数 (cm-1) である。
また，透水係数は式 (2) から計算される。
K=

𝐶2
𝐴

図 3 流量-時間 (Q-t) 関係図(2)

ここで A は土性に応じた van Genuchten パ
ラメータを浸透率とインフィルトロメータのディスク半径に関連付ける値であり，次式で求
められる。
A=

11.65(𝑛0.1 − 1) exp[2.92(𝑛 − 1.9)𝛼ℎ0 ](𝛼𝑟0 )0.91
𝑛 ≥ 1.9

A=(3)
図 4 透水係数の鉛直分布11.65(𝑛0.1 − 1) exp[7.5(𝑛 − 1.9)𝛼ℎ0 ](𝛼𝑟0 )0.91(4)に示す。今回活用したコアでは 216 の透水係

𝑛と𝛼は土壌 van Genuchten パラメータ，𝑟0 は数が測定できた。値は 10⁻⁷ cm/s から 10⁻³ cm/s

ディスク半径 (2.25 cm) ，ℎ0 はインフィルトの範囲におさまっており，深度 25 m から 45

ロメータの圧力水頭 (cmH2O) であり，-0.5

m 付近で透水係数の低い層が存在することがcmH2O から-7 cmH2O の範囲で設定すること分かった。

𝑛 < 1.9ができる。

これらの結果は現場透水試験など別の方法で求めた透水係数の鉛直分布との比較や詳細(2) 透水係数の測定方法

な室内土質試験行うことにより結果の評価を

透水係数の測定は写真 1 (b) のようにイン行う必要性があるが，観測孔設置時に採取されフィルトロメータをコアの上に垂直に置いてるコアをサンプルとして透水係数の詳細な鉛

行った。
また，
水の浸透状況に応じて負圧は 0.5

直分布を知るための手がかりとして活用できcm から 2 cm の間で設定した。浸透させた水ると考えられる。また，今後はここで得られたの量は 10 mL から 20 mL である。そして，水透水係数を水理パラメータとして用いて地下が浸透する速さに応じて、一定の時間ごとに水水流動の数値解析の実施を予定している。

の浸透量を記録した。それをもとに，図 3 のような流量-時間 (Q-t) 関係図を作成して透水係

参考文献数を求めた。

1) Renduo Zhang (1997), Determination of Soil Sorptivity
and Hydraulic Conductivity from the Disk Infiltrometer,

4.結果

Soil Sci. Soc. Am. J. Vol. 61

50 m 分のコアに対する透水試験結果を図 4

73

P26
少量の土壌試料から飽和透水係数を得る方法の提案
Saturated Hydraulic Conductivity Measurement using Limited Amount of Soils
小堀壮真・Bui Thanh Long・森也寸志
岡山大学大学院環境生命科学研究科
要旨(Abstract)
飽和透水係数は土壌中の水・物質移動を正確にとらえる上で重要なパラメータである．しかし，一般に飽和透水係数を得るには，大量の土壌試料が必要となる．本研究では，重力または遠心力による疑似的な環境下で少量の乱した土壌試料から妥当な飽和透水係数を得る方法を考えた．その結果，遠心力による 0.5G と 1G の疑似的な重力下でも妥当な飽和透水係数を得ることができた．よって，この方法は異重力での浸透実験として評価可能と考えられる．
キーワード：飽和透水係数，遠心法，土壌水分特性曲線
Key words: saturated hydraulic conductivity, centrifuge method, soil water retention curve
1.はじめにた．乱した試料をこの遠沈管に 12mL 充填

土壌中の水・物質移動を正確に捉える上でし，下部から飽和させた．使用した土壌は，

飽和透水係数は重要なパラメータである．飽

黒ボク土，真砂土，水田土壌の 3 種類であ

和透水係数は 100cc サンプラーを使った計測

る．1 種類の土壌試料につき 3 サンプル作成が一般的で，平均を得るためには 3 つ以上のした(図 2）．土壌を飽和させたのち，水平で試料が必要であり，微量土壌で計測が可能な
化学，生物的特性に比べて大量の土壌の必要とする．そのため，透水・保水特性は欠損値が多く，また，保存試料からの再実験は量が少なく不能なことが多い．
そこで本研究では少ない土壌試料から飽和透水係数を得ることを考えた．本実験の目的
は，重力または遠心力による疑似的な重力環
境下で，少量の乱した試料から妥当な飽和透水係数を得ることである．Bui ら(2021)が遠沈

図1

実験で使用したローテーター管を使った土壌水分特性曲線については報告しており，これを発展させる意味で，遠心法による実験を実施した．
2.実験方法下部に穴を空けた遠沈管に土壌を充填し，ローテーター(図 1）によって重力にあたる遠心力を与え，5 分間回転の後，サンプルの重量の変化から飽和透水係数を算出した．
まず，15mL 遠沈管の下部に直径 1mm の穴を空け，少量のコットンを詰め，排水端とし図274作成したサンプル

回転浸透しても湛水が維持される量の水を上能性を得た．異重力環境での発展的実験を考面に与えた．湛水量は浸透が多い真砂土はえたい．

1.3cm, 他 2 種類は 0.9cm とした．まず，ローテ
ーターを用いて水平方向に 1G にあたる遠心力を与えた場合と，地面に対して鉛直の状態で同じ時間静置した場合とで算出された飽和透水係数を比較した(実験 1）．次にローテーターを用いて 0.5G にあたる遠心力を与えた場合と，
1G にあたる遠心力を与えた場合とで算出され
図 3 水平の場合と鉛直の場合での飽和透水係数(cm/s）の対数値の比較(実験 1）

た飽和透水係数を比較した(実験 2）．また，遠沈管の形状は底部が円錐形であるため，この形状が透水係数に与える影響について，遠沈
管を上下逆，すなわち完全な円柱として透水試験を行った(実験 3)．
3.結果と考察実験 1 の結果を図 3 に示す．縦軸は飽和透水係数（cm/s）の対数値で，どの土壌も水平と鉛直で差はほとんどなく，遠心力を重力と

図 4 0.5G の場合と 1G の場合での飽和透水係数(cm/s）の対数値の比較(実験 2）して透水試験を行えると判断した．次に実験
2 について，理論的には重力が半分になることは動水勾配が半分になると考えられるため，得られた飽和透水係数を 2 倍して，1G の遠心力を与えたときの値と比較した（図 4）．
全土壌種類で 0.5G の疑似的な重力下で得られた飽和透水係数は 1G を与えたときの値とほとんど差がなく，この方法は応用として異重力での浸透実験としても評価可能と考えられ

図 5

る．実験 3 について，黒ボク土と水田土壌で場合と鉛直に静置させた場合の飽和透水係数は下部が円錐であることの形状因子を配慮に(cm/s)の比較 (実験 3)入れる必要性を得たが，真砂土では形状によ

謝辞

る変化はなかった．透水係数を得るための補下部が円錐形のまま鉛直に静置させた

本研究の一部は，科学研究費補助金

基盤

正係数を得るために計算と実験をさらに重ねＡ(森る必要があると考えられた．

21H04747，2021-2024)， 住 友 財 団 （ 森 2020-

4. 結論

17H01496，2017-2020)， 基 盤 Ａ(森2022）, ABRESO プロジェクト(JST)（ベルモ

コアサンプラーに比べて少ない土壌で透水

ント・フォーラム）の補助を受けて行われた．

係数を得る可能性が得られた．保存試料しか残らない土壌についてのデータ補足手段とし

参考文献
Bui, L.T.; Mori, Y. Pinhole Multistep Centrifuge Outflow Method
for Estimating Unsaturated Hydraulic Properties with Small Volume
Soil Samples. Water 2021, 13, 1169.

て考えたい．また回転数，すなわち疑似重力を変えても浸透実験として評価可能である可

75

P27
凝集系 Na－モンモリロナイトの準希薄系で観察される沈降乱流
Sedimentation Turbulence observed in Flocculated Na-montmorillonite
Studied in the Semi-dilute Regime
Muhamad Ezral Bin Ghazali 1・Li Zi Fan 2・Harumichi Kyotoh 2・Yasuhisa Adachi 1
1Graduate School and Faculty of Life and Environmental Sciences, University ofTsukuba・2 Institute of Engineering Mechanics and Systems, University of Tsukuba
Abstract
In this presentation, we review the sedimentation of flocculated material in the semidilute regime. In the experiment, we have mostly employed Na-montmorillonite. In thismaterial, the strength of flocs is easily controlled just by the NaCl concentration.
The most interesting phenomenon is the sedimentation turbulence which takes place atthe stage of gel collapse. Our recent result on the container size effect and the detailobservation using a 2D system is added.
Keywords: Na-montmorillonite, Sedimentation, Turbulence, Height, and diameter of container, 2Dobservation
1.Introduction

Wu and Adachi (2018) examined theColloidal substances, soil, andinitial stages of the semi-dilute regime

suspended solids in water are omnipresent

confirmed

in

These

flocculation stage, denoted as τ, is ainafunction of pH and salt concentration. Thetheobtained results indicated the dominanceestuaries and during the puddling process

of edge–face interaction which appeared inin paddy farming. Despite its ubiquitousa lower pH under lower ionic strength.

theaquatic

substancesareflocculated

state,

environment.

commonlyfoundespecially

at

that

the

durationoftheaquatic

Our sequential studies focused on

sedimentation

the rapid sedimentation of the semi-dilute

behavior of flocculated suspension has

regime. The initial experiment resulted inreceived relatively little attention.

the monotonous increase of the settlingpresenceandimportancetransportation,

the

in

velocity with the settling cylinder height

In his study on coastal sediment,
Imai classified the sedimentation behavior

increments.

of cohesive clay suspension into threeenhancedbydifferent regimes with respect to thecollision

betweensuspension concentrations (Imai, 1980).

resulted from a feed-forward mechanism of

Theyflow instability. This phenomenon is thenareconcentrated

dilute,regimes.

semi-dilute,
The

and

termedsemi-diluteThe

sedimentationasequential
settling"sedimentation

rate

is

cohesive

flocs

that

turbulence."

regime can be further characterized by a

However, the monotonous increase of thesequence of three stages: flocculation,

settling velocity and the size of flocs

gel collapse, and consolidation (Fig. 1).

onset of the sedimentation turbulence are76considered to meet across their limiting

similarvalues.

confirmed using the 2D flow analysis.
In

this

review,thesedimentation

patternwastypicalpattern of the concept of sedimentation

4.Discussion

turbulence as a function of container size

Sizeable flocs settle at a fasterand ionic strength are presented. Next,

rate due to their weight, generating an

the limitation of the concept is discussed.

upwardAdditionally, we also introduce our recent

swept upwards by the counterflow water

trial for 2D analysis using the Particle

plume, resulting in a series of collisions

Image Velocimetry (PIV) technique.

(Fig. 1). This feed-forward mechanism offlow

instability

Smallerflocs

enhancedarethesedimentation rate of Na-montmorillonite.

2.Materials and methods
The

counterflow.

preparationof

NaFigure 1

montmorillonite was described in detail in
our earlier paper (Ghazali et al., 2020;
Ghazali and Adachi, 2021). The suspensions
were allowed to settle in the settling
container, and the height of the interface
between the flocculated sediment and thetransparent supernatant was measured overtime. Series of still images and videos ofthe moving interface boundary were taken
andanalyzedusing

Particle

Figure 2

Image

Velocimetry (PIV) technique.
3.Results
It is apparent from the plottedgraph (Fig. 2) that the sedimentation rateincreased with successive increases in theheight of the cylinder. This increase is

Ghazali, M.E. bin, Adachi, Y., 2021. Colloids

much more enhanced by the increase in theand Surfaces A: Physicochemical andconcentration of NaCl. However, a decrease

Engineering Aspects 630, 127567.

in the cylinder diameter substantially

Ghazali, M.E. bin, Argo, Y., Kyotoh, H.,

loweredthemaximum

velocityoftheAdachi, Y., 2020. Paddy and Water

sedimentation of Na montmorillonite. The

Environment 18, 309–316.

limiting behavior of sedimentation was

Imai, G., 1980. Soils and Foundations 20, 61–

found in the smallest cylinder diameter77.

within the range of our measurement. A

Wu, M.Y., Adachi, Y., 2018. Colloid andPolymer Science 296, 71–76.

77

P28
X 線μCT で撮影した多孔質体画像の処理と三相分布の推定
Processing and Analysis of Multiphase Images of Porous Media Obtained via X-ray μCT
福間大起 1・中村公人 1・濱武英 1

1 京都大学大学院農学研究科

要旨(Abstract)
封入空気を含む飽和（準飽和）状態と不飽和状態の多孔質体における固相，液相，気相の 3 次
元的な分布を調べるため，ケイ砂試料を X 線CT により撮影し，画像分析を行った．画像分析から推定される飽和度は質量測定による飽和度を過小評価する傾向にあった．また，土壌間隙のモデルでよく用いられる仮定とは異なり，封入空気は必ずしも多孔質体内の最大間隙ばかりを占めるわけではなく，様々な間隙径を占有することが分かった．
キーワード：X 線CT，準飽和状態，画像分析，間隙径分布
Key words: X-ray Microtomography, Quasi-saturation, Image Analysis, Pore Size Distribution
る前後において，試料の高さ 42 mm 地点にお1.はじめに多孔質体の水分状態として，封入空気を含む

ける，試料中心を端点とした直径 4.8 mm，高飽和（準飽和）状態は，現場では一般的に見らさ 4.4 mm の円柱部分を，InspeXio SMX-225Gれる状態である．準飽和状態は，浸潤等の非平（島津製作所製）によって撮影し 1 ボクセル

衡過程を経て発生し，その過程の違いにより封9.4 μm，解像度 512×512×468 ボクセルの画像を入空気が占める間隙も変化すると考えられる．

出力した．撮影された画像について，Schlüter et

実際，準飽和に至る過程が異なる多孔質体によal. (2014)を参考に，Figure 1 に示す手順で画像る透水試験では，透水係数と気相率の関係に違処理を施した．その後，処理した画像を利用しいが見られた．この違いは気相が占める間隙のて三相分布の推定を行い，重量の測定による値

大きさやその連続性によって説明できると考と比較した．さらに，画像処理ソフト Fiji のプ

えられるが，それを示すためには多孔質体の 3ラグインである Bone J を用いて最小内接球に次元的な三相分布を知る必要がある．その手法基づく間隙径分布を推定し，気相が占める間隙の 1 つとして，X 線 μCT による断層画像の撮径分布と比較した．

影が挙げられる．近年の技術の発展により多孔3.結果と考察質体を X 線 μCT で撮影することは一般的にな（1）画像処理の経過りつつあるが，撮影した画像の分析手法につい前処理により，元画像のノイズの低減と，輪ては発展途上である．本発表では X 線 μCT に郭の鮮明化が行われ，人の目には三相を区別でより撮影したケイ砂試料の画像について行っきるようになったが（Figure 2），濃淡値のヒスた画像処理と画像分析について報告する．
2.材料と方法
粒径 106~250 μm のケイ砂を内径 14.3 mm，
高さ 89 mm のガラス製カラムに風乾状態で充填し，水分状態を砂柱法により圧力水頭
h = −60 cm，−90 cm に調節した試料と，風乾状態のままの試料を用意した．上方から浸潤させ

Figure 1 画像処理の手順．

78

Table 1 準飽和状態における三相分布の画像分析による推定値と実測値の比較

No.

初期条件

1
2
3

固相率θs

気相率θa

含水率θw

画像分析

実測

画像分析

実測

画像分析

実測

h=-60cm

0.598

0.558

0.043

0.046

0.360

0.396

h=-90cm

0.598

0.546

0.050

0.072

0.353

0.381

風乾

0.597

0.557

0.008

0.000

0.395

0.443

トグラムから各相の境界を読み取ることは，パーシャルボリューム効果の影響が大きく，難し
かった．そこで，濃淡値の勾配が大きい画素を取り除いたヒストグラムから境界値を推定し，グローバル領域分割を行った（Figure 3，左）．
その後，パーシャルボリュームに属す可能性が高いと考えられる領域について watershed 法を

Figure 2 前処理前後の比較．

適用し，周囲の画素との関係性を考慮した局所

左: Raw 画像，右: 前処理後の画像的領域分割を行った．最後に，明らかなノイズを消去するために大多数フィルターを適用した（Figure 3，右）．
（2）三相分布の実測値との比較
領域分割を行った画像による三相分布の推定値と実測値の比較を Table 1 に示す．全体的な傾向として，固相を過大評価し，気相・液相を過小評価している．これは，間隙は固相よりFigure 3 グローバル分割による三相分布（左）も小さく，装置の分解能や，ノイズ処理によっと，watershed 法（右）による領域分割．

て消失しやすいためであると考えられ，こうし（白：固相，灰色：液相，黒：気相）

た小さな間隙は，実測値との差から全体積の 4～5％程度と推定される．
（3）間隙径分布と封入空気の分布
間隙径分布と封入空気の分布の関係について h = −60 cm で測定した結果を Figure 4 に示
す．分解能や画像分析方法の影響で，20 μm 以下の間隙は測定できなかった．封入空気は大きい間隙を占める傾向にあるが，大きな間隙のみを占めるわけではなく，平均的な大きさの間隙にも多く存在する．その一方で，40 μm 以下のFigure 4 準飽和状態（初期条件 h = −60 cm）の間隙にはほとんど存在しなかった．また，この間隙径分布と封入空気が占める間隙径分布．

試 料 の 透 水 係 数 か ら 推 定 さ れ る Kozeny-

参考文献

Carman 式に基づく間隙径（直径）は 25 μm 程

Schlüter et al. (2014) “Image Processing of Multiphase Images

度であり，画像分析に基づく間隙径の平均値よObtained via X-Ray Microtomography: A Review.” Water

りもかなり小さかった．

Resources Research 50(4): 3615–39.

79

P29
イオン強度がパッチ形成速度に与える影響
Analysis of the rate of patch formation against ionic strength
Duan Lifan1, Yasuhisa Adachi1, Takuya Sugimoto2 , Lili Feng2

１

２

Graduate School and Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba, 1-1-1
Tennoudai, Tsukuba 305-8572, Ibaraki, Japan

School of Water Conservancy, North China University of Water Resources and Electric Power,
No. 36, Beihuan Road, Zhengzhou, China

Abstract
A comprehensive description of flocculation process is presented with emphasis on theinitial stage of adsorption of polyelectrolytes on to the oppositely charged particle surface. The
experimental data demonstrates that the dynamic attachment of positively charged
polyelectrolyte on to the negatively charged particle surface governs the formation of patch. This
process was confirmed to be a function of ionic strength.
Key word: Flocculation, Polyelecrolyte, Charge neutralization, Ionic strength, Formation ofpatch
1. Introduction
Although the application of polyelectrolyte toinduce flocculation was initiated by soil scientists[1], relatively little is known about the mechanismof colloidal flocculation with polyelectrolytes
conveying opposite charge. Two basic mechanisms
are known in polymer induced flocculation; charge
neutralization with the formation of patch andparticle bridging [2]. Patch formation results fromthe adsorption of polyelectrolyte with oppositely
charge aginst particle surface. It usually occurs
when the charge density of polymer chain is high(strong polyelectrolyte). While, the bridging takes
place with weakly charged polymer. In the present
study, we focus on the former placing an emphasisof the initial stage. The main question is how fast
patch is formed. Figure 1 shows the mechanism of
patch
formationofpositively
chargedpolyelectrolytes on to oppositely charged colloidal
particles.

In the present study, our previous dataon the kinetics of flocculation by Patch andcorresponding electrophorese is revisited inorder to predict how fast the patch is formed.
2. Materials and methods(1) Materials
The preparation of materials are listed inTable1. And the addition of KCL solution
would eliminate the electrostatic repulsion
between PSL particles, which would change
the flocculation progress.
TABLE 1
The information of applied materials
Materials
Polystyrene sulfate latex

1.95 ± 0.01 μm

PTMA100% charged density(2) Aggregation kinetics by Coulter Counter
The rate of flocculation can be determinedby monitoring the temporal evolution of size
distribution of flocs as a function of elapsed
time, by means of a Coulter Counter[3](Beckman Multisizer 3). 5mL polyelectrolyte
solutions with desired concentrations were

Fig.1.Conceptual drawing of patch flocculation.

80

added to 5mL polystyrene suspension. Then thesuspension was rotated in a home-made rotation
apparatus with the frequency of 1Hz.
(3) Electrophoretic mobility measurements
The Zeta sizer (Malvern Instruments, UK) was
employed to determine the electrophoretic
mobility (EPM) of the mixture of particles andpolymer under different conditions. The
measurements were carried out in plastic capillarycells rinsed with pure water. The mobility of
mixture was measured after mixing from 0s to 100s
at a fixed frequency of 1 Hz. All experiments were

Fig.3 The mobility of particles with 1.8 mg/L
PTMA (hollow) (near the isoelectric points) as
a function of mixing time.

carried out at the room temperature of 20℃.
4. Conclusion
The experimental results implies that theformation of patches occurs within 20s. We
have gained insight into the kinetics ofadsorption behavior of polyelectrolyte on theparticle surface with the influence of ionicstrength. In the future, we will not only
continue to detect the mobility as a functionof time against ionic strength, but also focus
on the layer thickness of PTMA on the surface
near the isoelectric point.

3. Results and Discussion
Fig.2 shows the rate of flocculation with PTMA
as a function of mixing time. It is obvious that thefirst 20 seconds is unstable, and the formation ofpatch takes place during this period. Fig.3 showsthe electrophoretic mobility of polysytyrene
particles with PTMA as a function of mixing time.
The adsorption of PTMA decreased the original
negative charge of particles, generally neutralized it
to zero and reached the plateau in several/dozens
seconds. The mobility of particles adsorbing PTMA
reached the plateau in less than 20 seconds, whichindicates that the initial stage of adsorption, theformation of patch, occurs during this period. And
the adsorption process changed depend on theionic strength, the lower the ionic strength, thefaster the rate of adsorption.

5. Reference[1] Ruehrwein R A, Ward D W. Mechanism ofclay aggregation by polyelectrolytes[J]. Soilscience, 1952, 73(6): 485-492.
[2] 青木謙治, 足立泰久. 高分子電解質によるコロイド粒子の凝集機構に関する研究 架橋 vs. 荷電中和[J]. 農業土木学会論文集, 2006(245): 747-753.
[3] Feng L, Stuart M C, Adachi Y. Dynamics ofpolyelectrolyte adsorption and colloidal
flocculation upon mixing studied using
mono-dispersed polystyrene latex particles[J].
Advances in colloid and interface science,
2015, 22

Fig.2 The rate of flocculation with 1.8 mg/L
PTMA as a function of mixing time

81

P30
局所耕うん法における人工マクロポアが与える CO2 ガス動態の影響
Effects of an artificial macropore on CO2 gas dynamics
for the shaft tillage method1

田崎小春 ，徳本家康 1，小宮秀治郎 2，登尾浩助 3，森由貴子 11 佐賀大学農学部，2Department of Biochemical Processes Max Planck Institute for Biogeochemistry，
3 明治大学農学部

要旨(Abstract)：

局所耕うん法の人工マクロポアは，土中の CO2 ガス発生量に影響を及ぼすことが予想される．本
研究では，カラムおよび土槽実験を用いて，人工マクロポア内の CO2 ガス濃度と土壌水分量の関係性について検討した．団粒構造の発達した黒ボク土の pF=2.5 程度において，人工マクロポア
内の CO2 ガス濃度は 1600 ppm 程度であった．また，q の低下に伴って CO2 ガス濃度は低下した．
キーワード：人工マクロポア，黒ボク土，CO2 ガス

Key words: Artificial macropore, Andisol, CO2 gas
1.はじめに充填し，下端から毛管飽和後に重力排水させた．

農地に人工的に作成した鉛直間隙（人工マ

重力排水後，ポット中央に人工マクロポアクロポア）を適用する局所耕うん法は，部分（高さ 20 cm，直径 2 cm）を作成した．人工耕起栽培法である．局所耕うん法は，耕起を

マクロポア上部から CO2 ガスを採取するため，最小限に抑える点で土壌有機物（SOM）蓄積

穴の開いたポリプロピレン製フィルム（厚さ効果が期待される一方で，人工マクロポアを

0.2 mm，穴の直径 2 mm，穴の密度 9 個 cm-2）

介した土壌中への酸素供給が進むと SOM の分を人工マクロポアに設置し，その上端から解の促進が予想される．しかし，人工マクロ
ポア内外における CO2 ガス動態の報告例は極めて少なく，不明な点が多い．本研究では，
人工マクロポアを作成したカラムの予備実験
により，人工マクロポア内の CO2 ガス濃度を計測した．そして，栽培実験による人工マク
ロポア内の CO2 ガス濃度の連続計測により，
土壌水分量（q ）の変化に伴う CO2 ガス発生量を把握することを目的とした．
２.実験方法実験圃場は，佐賀大学農学部のビニール温室
である．供試土には，九州沖縄農業研究センター（熊本県西合志市）にて採取した黒ボク土を用いた．プラスチック製カラム（高さ 30 cm，直径 25 cm）

Fig.1 人工マクロポア内の CO2 ガス計測実験-3に 2 mm 篩した供試土を乾燥密度 0.78 g cm で

の概略図

82

CO2 ガスを吸引した（Fig. 1）．予備実験では裸可否による呼吸量の低下などが推察された．

地条件を設定し， CO2 気体検知管（2LC）および気体採取器（GASTEC 社製）を用いて，
CO2 ガス濃度測定した．
土壌水分計測には，TDR-315L（Acclima 社
製）とポータブル用計測ロガー（クリマテッ
ク社製）を用いて，土壌表面から深さ 15 cmまでの鉛直方向の平均土中水分量q を計測した．同センサーを用いて，土壌表面の温度を計測した．また，小型温度計測計（T&D 社製）
を用いて，温室の温度，湿度，日射量を 30 分
間隔で自動計測した．実験期間は 2021 年 5 月
31 日から 7 月 12 日であった．
Fig. 2 供試土の水分特性曲線：土壌水分量q＝団粒間の水分量qm+団粒内の水分量qim

m m 程度で階段状の水分保持特性を示す（Fig. 2）．団粒間の水分量（qm）および団粒内の水分量（qim）はそれぞれ 0.2，0.5 m3 m-3

20
10
0
60

地温・気温（℃）

44,347程度と推察される．

30

Fig. 3 は，ビニール温室における CO2 ガス濃度の経時変化である．計測期間の平均日射量，温室は 1 日の室は 16.1（MJ m-2）で（Fig. 3a）
温差が大きく，平均室温が 31.4 ℃であった

40
20

25

地温（℃）

燥時の栽培条件を想定して，圃場容水量より

5月31日
1700

CO2ガス濃度（ppm）

0のq が 0.43 m3 m-3（pF= 2.5 相当）において，．
CO2 ガス濃度は 1600 ppm であった（Fig. 3c）
それ以降に 30 日間灌水せず，蒸発によるq =0.23 cm3 cm-3（pF= 4.4 相当）までのq 減少

75
50（Fig. 3b）．CO2 ガス濃度の経時変化では，乾低いq 条件に焦点を当てた．実験開始時直後

100

1300
900
500

室温（℃）

湿度（％）

0

6月10日 6月20日 6月30日 7月10日 0.5
2 mm 灌水

1600

0.3

1200

CO2
CO2(ppm)θq (m3 m-3)

800

0.4

850

900
800

0.2
1000

0.1
0

31日
10日
20日
30日
10日
5月
6月
6月
6月
7月

過程において，CO2 ガス濃度は 900 ppm まで減
少した．7 月 1 日の灌水後も，人工マクロポア

Fig. 3 温室の日射量 (a)，地温・室温および湿度 (b)，人工マクロポア内の CO2 ガス濃度およびカラム表層
15 cm の平均土壌水分量q (c)内の CO2 ガス濃度は 800 ppm であった．これは地温の上昇に伴う CO2 ガス発生量の増加（梁，2009）とは異なる傾向を示した．要因として，団粒間からの排水に伴う大気中への[謝辞] 本研究は，JSPS（課題番号: 20K15623）および鳥取大

CO2 ガスの拡散の増加や，微生物のqim 利用の学乾燥地研究センター共同研究（課題番号: 02C2015）の助成を受けたものである．ここに感謝いたします．

83

湿度（%）

-3

q（m3 m-3）

3

44
,3
87

試土の水分特性曲線は，飽和体積含水率が 0.7

40

44
,3
77

日射量（MJ m-2）あり，発達した団粒構造を持つ．撹乱した供

44
,3
67

供試土の黒ボク土は有機物含有量 33.4%で

44
,3
57

３.結果および考察P31
水田輪作圃場におけるコムギ収穫後の土壌硬度と肥料成分の水平分布
Comparison of horizontal distributions of soil hardness and fertilizer
components in the paddy crop rotation field after wheat harvesting
江波戸宗大
農研機構 農業環境研究部門
要旨(Abstract)：
表層土壌の肥料成分水平分布と土壌硬度水平分布を比較することで、水の動きと共に肥料成分が集まってくる可能性を検討した。硝酸態窒素が高い地点では土壌硬度が相対的に低かった。また、
Mg/K 比が相対的に低い地点、すなわち K が相対的に多い地点では土壌硬度分布も低かった。
キーワード：貫入抵抗、肥料成分、塩基バランス、水田輪作
Key words: penetration resistance, fertilizer component, base balance, paddy crop rotation
Mg/ha) － ダ イ ズ (2016/7-2016/11) － コ ム ギ

1.はじめに圃場一筆あたりの面積拡大や大型農業機械(2016/11-2017/6, 6.5 Mg/ha) － 飼 料 イ ネの普及により、土壌物理性の良否が作物生産に(2017/6-2017/10) － コ ム ギ (2017/11-2018/6,

大きく影響するようになったため、土壌物理性

4.7 Mg/ha)の評価を簡便・迅速に行うことが求められている。そこで、貫入式土壌硬度計を用いて、圃場
全面深さ 60cm までの三次元空間を貫入抵抗で把握する、土壌物理性簡易診断方法を開発した(Ebato 2020)。土壌水分含量の増加と共に貫入抵抗値が低下することを応用して、圃場内で相対的に貫入抵抗値が低い地点では水が集まってくると仮定し、圃場内表層土壌の粒径組成のばらつきと深さ 15cm までの貫入抵抗値に(2) 分析・解析方法

はゆるい相関があることを明らかにした(江波

貫入抵抗値は、圃場ごとに深さ 1cm ずつ水戸 2020)。本研究では、水の動きと共に肥料成

平方向に並べ直して圃場全面の土壌硬度等高分も集まってくる可能性を検討するために、土線図 60 枚(1-60cm)を作成した(図１)。採取し壌硬度と表層土壌の肥料成分の水平分布を比た土壌は理化学性分析を行い、交換性塩基(CaO,較し、さらに、塩基バランスのばらつきを評価

MgO, K2O)、硝酸態窒素(NO3-N)、CEC、塩基飽することを目的とした。

和度(B.S.)、可給態リン酸、腐植含量、粒径組

2.方法

成等のデータを得た。分析データについて相関(1) 調査圃場分析を行い、分析項目間の関係性を検討した。

茨城県結城市の水田輪作圃場 Y1(1ha)につ

各分析項目について水平分布を比較するため、いて、2016 年から 2018 年のコムギ収穫時（6貫入抵抗値と同様に、分析データに緯度経度情月上旬）に貫入式土壌硬度計による貫入抵抗調

報を付加して水平分布図を作成した。また、塩査(56-64 地点/筆)を行った(図１)。測定地点付

基バランスを評価するため、苦土・カリ比

近の表層土壌(0-5cm)を採取した。

(Mg/K)、石灰・苦土比(Ca/Mg)を分析データか

栽 培 履 歴 : コ ム ギ (2015/11-2016/6, 6.0

ら算出し、同様に水平分布図を作成した。

84

3.結果と考察

場内に残ったと考えられた。2018 年で NO3-N(1) 土壌硬度水平分布が多い場所は水が集まってくる地点と判断で圃場 Y1 で土壌採取した深さ 5cm について、

きるが、土壌硬度水平分布と比較すると土壌硬土壌硬度水平分布を比較した(図 2)。全く同じ度が相対的に低い地点であった。また、交換性分布にはならなかったが、圃場内側の同じ場所

塩基の水平分布と比較すると、交換性塩基が少で土壌硬度が低い傾向であった。

ない地点でもあった。

(2) 土壌分析項目間の関係性
各分析項目について年別に相関分析を行った。3 年間ともに相関関係が高かったのが、(K2O - C 腐植), (CaO - MgO, B.S., 細砂, シルト)、(MgO - B.S., 細砂, シルト)、(C 腐植 - 細砂, シルト)、(細砂 - シルト)であった（例として 2016 年の結果を表 1 に示す）
。CaO と M
ｇO、細砂とシルトには密接な関係性があり、そのことが他の分析項目との相互作用に影響を及ぼしていると考えられた。
表1 土壌理化学性分析項目間の相関分析結果
pH(2016年)

Tru-P ＣＥＣ ＣａＯ ＭｇＯ Ｋ２Ｏ Mg/K Ca/Mg B.S. NO3-N Ｃ腐植 粗砂

pH

1.00

Tru-P

0.49

1.00

ＣＥＣ

0.02

0.15

1.00

ＣａＯ

0.24

0.17

0.05

1.00

ＭｇＯ

0.43

0.34

0.02

0.95

Ｋ２Ｏ

0.10

0.17

0.03

0.75

0.74

1.00

Mg/K

0.38

0.17

-0.05

0.11

0.19

-0.52

1.00

Ca/Mg

-0.60

-0.54

0.10

0.15

-0.17

0.04

-0.26

1.00

B.S.

0.16

-0.02

-0.73

0.61

0.62

0.50

0.07

-0.02

1.00

-0.01

-0.03

-0.03

-0.14

-0.01

-0.03

NO3-N

-0.14

0.31

水田における麦類の塩基バランスの適正値

細砂 シルト 粘土として 2 < Mg/K < 5, 4 < Ca/Mg < 8 とされており、Ca/Mg はほぼ適正範囲であったが、

1.00

0.07

Mg/K はばらつきが大きく、2017 年と 2018
年では圃場右側で低かった(図 5)。圃場左側で

1.00

Ｃ腐植

-0.03

0.24

0.21

0.75

0.67

0.74

-0.24

0.26

0.32

0.00

1.00

粗砂

-0.30

-0.06

-0.05

0.37

0.27

0.37

-0.16

0.33

0.31

0.08

0.40

1.00

-0.78

-0.74

-0.14

0.10

-0.82

-0.24

細砂

-0.17

-0.13

-0.12

-0.70

0.10

シルト

0.14

0.14

-0.17

0.64

0.63

0.62

-0.10

0.02

0.56

-0.01

0.65

0.15

-0.80

1.00

粘土

0.13

0.02

0.46

0.31

0.26

0.20

0.01

0.15

-0.19

-0.15

0.35

0.00

-0.46

-0.16

Tru-P:可給態P (トルオーグ)-0.41も低い地点があり、土壌硬度水平分布と比較す

1.00
1.00

ると土壌硬度が相対的に低い地点であった。

B.S.:塩基飽和度 (Base Saturation)(3) 肥料成分水平分布圃場 Y1 における交換性塩基(K2O, CaO,
MgO)水平分布は、年次で比較すると濃度に変動はあったが、K2O は圃場上部と中央で、CaOと MgO は圃場左側で濃度が高い傾向にあった(図 3)。水と共に移動しやすい NO3-N の水平分
布は圃場右下部で高い傾向があった(図 4)。
2018 年のシーズンは降水量が多く、平均収量

参考文献等

が 2016 年の 78%, 2017 年の 72%と低かった。

Ebato (2020) Agricultural Information Research 29(1):

そのため、NO3-N がコムギに吸収されずに圃

24-39.
江波戸(2020) 土壌物理学会大会要旨集 SP62: 41-42.

85

P32
スパースマルチオフセット地中レーダデータを用いた浸潤過程の体積含水率分布の
自動推定
Automatic Estimation of Volumetric Water Content Distribution during
Infiltration Process Using Sparse Multi-offset Ground Penetrating Radar Data
及川航貴 1・斎藤広隆 1・黒田清一郎 2・高橋一徳 31 東京農工大学・2 農業・食品産業技術総合研究機構・3 応用地質株式会社

要旨(Abstract)
本研究では，砂丘砂の浸潤試験で取得したスパース CMP データを補間する手法を開発し，自動的な速度解析によって電磁波伝播速度構造を求め，体積含水率分布を推定することを目的とした．
開発した補間手法により，密な CMP データを構築することができ，安定的な速度解析が可能となり，速度構造より浸潤過程における体積含水率変化を推定した．
キーワード：地中レーダ，浸潤現象，補間，速度解析
Key words: GPR, Infiltration, Interpolation, Velocity analysis
1.はじめにPOCS (Projection Onto
Convex Sets) method

地中レーダ(GPR)等の物理探査技術を用い(Yi et al., 2016)て，不飽和土中の水分移動を現場で非破壊・非侵襲に推定することが期待されている．GPR
は，送信アンテナ(Tx)から電磁波を発射し，受信アンテナ(Rx)が反射波強度と到達時間を記録する．反射位置は，土中の電磁波伝播速度から推定する．速度解析には，送受信アンテナの間隔(オフセット)を広げながら測定する CMP(Common Mid-Point)データ等を用いる．アレ
イアンテナ GPR は，複数の送受信アンテナのRGPR(Huber et al., 2018)組み合わせを変えることで，短時間で速度解析に必要な CMP データ等の三次元データを取

図 1 速度解析の流れ

得することができる．しかし，アレイアンテナ
GPR CMP データは空間解像度が低いために，
速度解析を安定して自動化することが困難である．そこで，本研究では鳥取砂丘砂の浸潤試
験 (Saito et al., 2021) で取 得し たス パー ス
CMP データを補間し，自動的な速度解析によって電磁波伝播速度構造を求め，体積含水率分
布を推定することを目的とした．
2.解析方法
まず，アレイアンテナ GPR で得られたスパ

図 2 補間後 CMP データ(浸潤開始 50 分

ース CMP データを POCS (Projection Onto後),ピンク線:アレイアンテナ CMP デー

Convex Sets)法(Yi et al., 2015)によって補間

タ，青線:補間後 CMP データ

86

した(図 1)．本研究では，F-K フィルターの除a)b)

去範囲(扇形の外側)に加えて，NMO (Normal
Move Out)補正の試行速度も最適化の対象とした．スパース CMP データは 10 トレース得られたので，最初と最後のトレースを除く 8
トレースを 1 つずつ消去して補間し，補間後の対応するトレースとの誤差を計 8 回計算し，誤図 3 速度解析結果(浸潤開始 50 分後)，差の合計が最小となる扇形の角度と速度を求(a)補間後 CMP データ，(b)センブランス

めた．補間後 CMP データにバンドパスフィル
タをかけて，センブランス法による速度解析を実行し，センブランスの高い値が集中しているクラスターを抽出し，その中の最大値を選択した．そして，電磁波の区間速度を求めて，各浸潤過程の電磁波伝播速度構造を推定した．
3.結果と考察POCS 法による浸潤開始 50 分後の CMP データ補間結果を示した(図 2)．NMO 補正の過図 4 体積含水率分布の推定結果，6 本の程で直達波等を消失するが，速度解析の対象と黒線は各深さの土壌水分計の測定結果，なる反射波は再現することができた．

赤線は最初の反射位置

補間後 CMP データの速度解析結果を示した(図 3)．センブランスの選択値に対応する双析するだけではなく，得られたデータの時系列

曲線を紫線として表示した．土中の電磁波伝播性を活用することによって，更に結果を安定さ

速度構造から体積含水率分布を計算した(図 4)．

せることが必要だろう．

浸潤開始 30 分から 60 分の区間では，安定して反射位置が下方に移動していた．土壌水分計

参考文献の深さに浸潤前線が到達して，体積含水率の測Huber, E., and Hans, G. (2018) : RGPR – An open-source

定値(図 4，黒線)が上昇する直前に，最初の反package to process and visualize GPR data. Proceedings of

射位置(図 4，赤線)がみられた．したがって，

17th International Conference of GPR.

各時間における最初の反射位置は，浸潤前線付

Saito, H., Kuroda, S., Iwasaki, T., Sala, J., and Fujimaki,

近からの反射波に対応するものと考えられる．

H. (2021) : Estimating infiltration front depth using
time-lapse multi-offset gathers obtained from ground
penetrating radar antenna array. Geophysics, 86, 5, 1-37.

4.おわりに本研究で，スパース CMP データを補間する

Yi, L., Takahashi, K., Sato, M. (2015) : Estimation of

ことによって，速度解析を自動的に実行し，電vertical velocity profile by multistatic GPR Yakumo. IEEE

磁波伝播速度構造を求めることできた．そして，

IGARSS, 1060-1063.

浸潤過程における体積含水率分布の推定結果

Yi, L., Takahashi, K., Sato, M. (2016) : A Fast Iterative

は，土壌水分計の測定結果と傾向は一致した．

Interpolation Method in f-k Domain for 3-D Irregularly

今後は，各時間の CMP データを個別に速度解Sampled GPR Data. IEEE JSTARS, 9, 1, 9-17.

87

P33
完熟堆肥製造過程における温度・水分等のリモートモニタリング
Making a method of fully ripened compost more efficiency by remote-monitoringof temperature, water density, and other data.
内山健太郎 1，原拓朗 2，溝口勝 1
1 東京大学大学院農学生命科学研究科・2 株式会社エイチアイシー

要旨(Abstract)：
有機農業促進と有機肥料の重要性が必要とされる中、IoT センサを活用し、勘や経験に頼っていた完熟堆肥の製造工程の効率化と完成品の品質向上に繋げることを目的とする。本研究では堆肥中の温度・水分量・EC・MP を ICT センサを用いて連続モニタリングし、それらのパラメータの変化分布を確認した。発酵の指標となる堆肥中温度変化が、水分量変化と関係していることがわ
かり、IoT センサによる連続モニタリングによって完熟状態を把握できる可能性が示唆された。
キーワード：土壌再生，完熟堆肥，有畜複合農業，農業復興，ICT, リモートセンシング，福島
Key words: Soil regeneration, Full ripped compost, Mixed farming, Agricultural reconstruction, ICT,
Remote sensing, Fukushima
1.はじめに度、水分量、電気伝導度の連続モニタリングを家畜の糞（糞尿汚泥の固形物）は、有機質肥行うことで腐熟度の定量的提示を目指し、各種料である堆肥生産の原料として、日本だけでな

腐熟度の測定方式や農業生産者の勘や経験にく世界中で広く使用されている。しかしながら、 よる判断基準と突き合わせることで、完熟堆肥生産方法や品質にはバラツキがあり、堆肥の品の製造工程の効率化と完成品の品質向上に繋質を決める規準の一つである腐熟度が足りなげることを目的とする。

いまま製品化されていることがある等、市場で高品質の堆肥を手に入れるのは簡単ではない。
一方で農業現場においては、それぞれの農業生
産者が、経験や勘を頼りにして堆肥を自家製造する場合も多い。経験や勘を頼りにした堆肥製
図 1 （左）堆肥場外観造現場では、例え有効な技術や知識があったと（右）堆肥へのセンサ設置

しても、それを誰にでもすぐに活用できる形で
2.実験の概要

伝え拡げていくことが難しい。また、腐熟度が十分である完熟堆肥を製造するためにはその(1) 堆肥場への各種センサの設置指標が必要となる。これまでコマツナの発芽測

4m×4m×2m の堆肥保管スペースを 4 ヵ所定方式(前田, 2009)や、堆肥サンプルの温度差備える堆肥場（図 1）を実験場とした。堆肥場

異（酸素消費量）測定方式（古谷, 2004）など

及び、堆肥山に各種センサを設置した（図 2）。

提案されてきているが、広くどのような農業現

大気データ取得の為のセンサは、複合型気象計場で、誰にでもすぐに測定・判断できる方式は測ユニット（気温・湿度・気圧・蒸気圧・雨量・未だ確立されていない。

風向風速・日射・雷数と距離）の ATMOS41

そこで本研究では、福島県飯舘村臼石菅田のを外部に 1 基設置し、堆肥場内部の温度・湿堆肥場における生産工程を通した堆肥中の温度・気圧データの取得の為に VP-3 を 1 基設置

88

(2) 堆肥温度と水分量の関係（Fig.2）

した。堆肥山の上部より竪穴を掘り、堆肥中のFig.2 は、同期間における 20 ㎝深度の温度

温度・水分・EC データ取得の為に TEROS12
を 3 基、深度を変えて（20cm/40cm/60cm）設と水分量データを表している。

置し、温度・MP（マトリックポテンシャル）の取得の為に TEROS21 を深度 60 ㎝に設置した。データロガーは、METER 社 ZL6 を 1 台設置した（図 3）。データロガーはクラウド上
Fig.2で取得パラメータの常時モニタリングが可能

20 ㎝深度の温度・水分量の分布となっている。また、光学カメラを設置し、1時間おきに堆肥山の状況を画像で記録した。

切り返す度に温度が上昇するのは微生物が(2)温度・水分量・EC・MP のデータの測定必要とする酸素が供給されることが考えられ

堆肥中の温度・水分・EC のデータを、るが、温度と水分量に相関性が見られた為、620cm・40cm・60cm の深度において 15 分ご

月 20 日の切り返し時に散水を実施しなかったとに取得しグラフを作成した。また、60 ㎝深

ところ、温度上昇が鈍化した。6 月 30 日の切

度の MP（マトリックポテンシャル）データをり返し時に散水を実施したところ、20 日以上取得しグラフを作成した。今回使用した堆肥は、に温度が上昇したことから、完熟堆肥製造には

牛糞 3 ㎥・鶏糞 4 ㎥・種菌（もどし堆肥/バー

切り返し（酸素供給）だけでなく、水分量が重ク堆肥）20 ㎥の 3 種類であり、2021 年 4 月

要であることが分かった。

11 日に混合を実施した。混合時には発酵促進(3) 切り返しのタイミングの為に水を約 1 トン表面散布した。その後、今回の結果から、切り返し後 4 日程度で温2021 年 8 月 12 日までに 9 回切り返しを実施

度・体積含水率ともに変化が鈍化することが分し、7 回散水を実施した。水分と温度の関係性かった。通常 1 週間から 2 週間程度と言われてを見る為に 2 回は切り返しのみで散水を実施

いる切り返しのタイミングが 4 日程度で十分しなかった。

である可能性が示唆された。また、8 月 15 日

3. 結果と考察

時点で切り返しと散水を実施したにもかかわ(1) 堆肥混合後の温度上昇と分布（Fig.1）

らず温度上昇がみられないことから完熟状態

Fig.1 は、ZL6 に接続したセンサから取得しであることが示唆された。

たデータ（深度：20 ㎝・40 ㎝・60 ㎝）であり、

4. おわりに4 月 11 日から 8 月 15 日の期間の堆肥の温度変

ICT センサによる連続モニタリングによっ化分布を表している。切り返しの度に、急激にて、経験や勘に頼らずに堆肥の完熟状態を把握

温度が上昇し始め、その後徐々に降下しているできる可能性が示唆された。また、パラメータ

ことがわかった。また、温度変化曲線は 20 ㎝・変化の傾きや変化量を分析することで、完熟堆

40 ㎝・60 ㎝で大きな変化は見られなかった。

肥製造の効率化につなげることができる可能性がでてきた。そうであれば、リモートモニタ
リングの手法でデータを連続的に読み取りク
ラウドへアップロードし分析することで、切り返しのタイミングを自動的に堆肥製造者や農業従事者へ伝えることができるようになる。

Fig.1

堆肥中の深度別温度変化

89

P34
減圧量とその継続時間が風乾した不撹乱心土の透水係数に与える影響
Effect of decompression amount and its durationon permeability of air-dried undisturbed subsoil
鳥居青波 1・西村直正 2
1 岐阜大学大学院自然科学技術研究科・2 岐阜大学応用生物科学部

要旨(Abstract)
過去の研究 1)2)3)では、風乾した不撹乱心土を下方から給水飽和させ減圧をかけると、透水係数が 5 分以内で急増することが分かった。本研究では、風乾した不撹乱心土の飽和後の減圧に伴う透水係数の変化が、減圧量の違いやその継続状況によってどのような影響を受けるのかをより詳細に把握するため実験を行った。その結果、減圧量が大きいほど急激な透水係数の上昇が起こった。また、減圧量が大きいほど透水係数は大きな値に達し、その後はゆっくりと減少する傾向を示した。
キーワード：間隙水圧、減圧、土塊の崩壊、飽和透水係数
Key words: Pore Water Pressure, Decompression, Collapse of Clod, Saturated Hydraulic
Conductivity
1.はじめにグリスを塗って塞いだ。乾燥収縮後の試料の体地下水面下の地盤中の土は多少なりとも封積はグリスの密度とグリスを塗る前後の供試

入空気を含んでいる。松浦(2017)と原田(2019)

体の重量の差から算出した。供試体を下方から

の研究

2)3)

は、下方から吸水飽和した団粒土は吸水飽和させ、減圧前の透水係数を変水頭法を

減圧に伴って崩壊して目詰まりを生じ、時間と用いて測定した。測定後、供試体を浸水させた共に飽和透水係数が徐々に低下することを示まま減圧チャンバー内に入れ、所定の減圧量をした。また原田 3)は風乾して固結させた不撹乱

所定時間与えた後、チャンバーから取り出して心土では逆に亀裂の発生によって透水係数が透水係数を測定した。同様の手順により減圧と5 分以内で急増する可能性を示したものの、時透水係数の測定を繰り返した。なお、透水係数

間的な変化の詳細や減圧量との関係などは未の測定前には流況を安定させるため約 10 分間

解明のままだった。そこで本研究では、風乾しの通水を毎回行うと共に、測定を通じて動水勾た不撹乱心土を用い、飽和後の減圧に伴う土塊

配 0.3 程度以下を維持した。

の崩壊による透水係数が、減圧量の違いやその3.結果

継続状況によってどのような影響を受けるの

実験結果を図１と図２に示す。減圧前の透水かについて、実験的に把握することを目的とし係数はどの試料も 5.97×10-6~1.41×10-5cm/s

た。

の範囲でかなり小さかった。これに対して

2.方法-70kPa の大きい減圧量ではわずか 15 秒以内

岐阜大学北農場の畑地において、深さで急激な透水係数の上昇が起こり 30 秒で最大

28~33cm の不撹乱心土を 100cc サンプラーで値に達したが、-50kPa や-10kPa では上昇は比採土し、風乾させたものを供試体として用いた。

較的緩やかで(図１)、それぞれが最大値に達す

風乾処理を行ったことにより乾燥収縮が起こる時間は 17~36 時間だった(図２)。また、減圧るため、サンプラーと試料の間に生じた隙間は量が大きいほど透水係数は大きな値に達し、そ90封入空気が完全には除去されなかったと考えられる。
5.今後の展望
空気封入された飽和土は減圧により崩壊することが確認できた。このような崩壊が起こる
メカニズムは今のところ不明であるが、狭い間隙内で変形しながら減圧膨張する封入空気に
図1

おいて亀裂を拡大させる力が発生するモデル

減圧による実験開始直後の透水係数の変化を一つの候補として考えることができる(図3)。今後は水や油を含ませた土(図 4)を用いて、加圧と減圧を行い、実験と観察を行っていきたい。

図2

減圧による透水係数の長時間での変化の後はゆっくりと低下する傾向を示した。

図3

土塊が崩壊するメカニズムの予想モデル

また、-10kPa、-50kPa、-70kPa の実験後の供試土の飽和度はそれぞれ 93.1%、98.3%、
100.7%と、大きい減圧にかけたものほど飽和度も大きくなった。
4.考察-70kPa の大きい減圧下では、速やかに大き
な亀裂、または多くの亀裂が発生し、透水係数は急激に上昇、さらに長時間減圧を続けると目詰まりを起こし、透水係数が徐々に減少したと考えられる。このように土塊が一気に崩壊するため封入空気は短時間で除去され実験後の飽和度はほぼ 100%になったと考えられる。
逆に小さい減圧下では、小さな亀裂が発生し、

図4

水と油を含む空気封入土のメニスカスのモデル

透水係数は少し上昇し、減圧を続けると小さな亀裂の発生と目詰まりが同時に進行し、透水係

参考文献

数は不安定な増減を伴いながら上昇する。さら1)松浦完・西村直正、間隙水圧の減少による土塊の崩壊に関に減圧を続けると封入空気の放出が少なくなする研究(Ⅱ)、2016 年度土壌物理学会大会講演要旨集、88-89、り亀裂の発生が減少し目詰まりによる影響と2016同程度になったところで透水係数は最大値に

2)松浦完、間隙水圧の変化に伴う土塊の崩壊現象に関する研達し、その後は目詰まりによる影響が優勢とな

究、2016 年度学位論文、2017って透水係数の減少が起こったと考えられる。

3)原田理花、固結状況と乾燥処理と減圧が透水係数に与える

このように土塊の崩壊が不十分であったため、影響、2018 年度卒業論文、2019

91

P35
ポット試験における土壌中の Pb がニンジンの生育に及ぼす影響およびリスク評価
Effects and risk assessment of Pb in soil on growth of pot-cultured carrot
井村友美 1・中川啓 2
1

長崎大学大学院水産・環境科学総合研究科・2 長崎大学総合生産科学域

要旨：畑作が盛んである長崎県島原市における作物中の Pb による健康リスク評価を行うため, 異なる Pb 濃度の土壌でニンジンを栽培するポット試験を実施した。島原市の土壌調査で記録された最高濃度と同様の Pb 濃度で栽培されたニンジンにおいても Pb 移行は起きなかったため, 島原
市民への健康リスクの可能性は低いと考えられる。
キーワード：土壌, 重金属, ポット試験, 健康リスク評価
Key words: soil, heavy metal, pot experiment, health risk assessment
1.はじめに汚染の畑土壌を使用した。この土壌を, 硝酸鉛

農用地における土壌中の重金属濃度は作物で Pb 濃度をそれぞれ 20, 50, 80, 110, 150 mg/kgの生育や健康へのリスクに影響を与える可能に調整し, 1 ポットあたり 500 g で各濃度につ性があるため適切な管理が重要である。環境中

いて 3 ポット(5×3=15 ポット)作成した。目的のの Pb は人体への有害性が高いものの, 原因が濃度に均一に調整するため, 硝酸鉛粉末を少多岐にわたり汚染場所が局所的である。土壌中量ずつ土壌に加えながら撹拌する方法を採用の Pb 濃度が高い農用地で作物が栽培された場した。

合, Pb を吸収した作物をヒトが体内に取り込

人工気象室内にて気温 20 ℃に設定し, 島原

むと健康被害が起こる可能性がある。そのため,市で主要な品種である黒田五寸ニンジンを 1

Pb による健康リスクを評価する際には, 土壌

ポットあたり 10 粒播種し, 圃場容水量 80 %と中の Pb 濃度を調査し直接摂食によるリスクだ

なるよう毎日灌水した。土壌は風乾, 収穫物はけでなく, 作物の Pb 吸収量を調査し間接摂食

純水で洗浄した後 70 ℃で 48 時間炉乾燥し,によるリスクも検討することが重要である。

それぞれ乳鉢と乳棒を用いて粉砕した。測定用

本研究の目的は, 異なる Pb 濃度の土壌で作カップに試料 5 g 充填し, 蛍光 X 線分析計を用物を栽培するポット試験を行い, 作物への生

いて Pb 濃度を測定した。さらに, 収穫物の本育影響調査および Pb による健康リスク評価を

葉数, 大きさ, 全重量, 全根重, 全地上重を計行うことである。

測し, 土壌中の Pb 濃度とニンジンの生育との関係性について評価した。

2. 研究対象地域の概要及び研究方法
研究対象とした島原市が位置する島原半島

3. 結果と考察

は雲仙普賢岳があり火山性の肥沃な土地を持播種から 47 日後にニンジンを収穫した。

つ県内随一の農業地帯であり, 特に畑作が盛

土壌中の Pb 濃度は, 実験開始前には 23, 61,んである 1)。島原市は平成 31 年において春夏

88, 109, 159 mg/kg であったが, 実験終了後にニンジンの収穫量が 10,700 トンで全国第 3 位,

は 55, 104, 153, 235, 280 mg/kg となり, 1.7~2.2

冬ニンジンの収穫量が 8,710 トンで全国 6 位と倍ほど高くなっていた。これは, 実験開始前のなっており, ニンジンが特産品である 2)。

土壌を調整方法に原因があると考えられる。硝ポット試験のため, 島原市で採取された非酸鉛を粉末の状態で添加したために十分に混92

合されず低い濃度しか検出できなかったが,量の結果から生長が優れていた。しかし, 苗数

実験中は灌水によって硝酸鉛が水に溶解し均が最も少ない Pb 濃度 150 mg/kg の土壌で根部一に混合されたことで高い濃度で検出できるの乾燥重量は最も小さく生長が劣っており,ようになったためと考えられる。

Pb による生育阻害が起きていた可能性がある

ニンジンの根部と茎葉部の Pb 濃度を測定しと考えられる。また, 硝酸鉛には窒素が含まれたところ, 一番濃度の高い 150 mg/kg の Pb 土

るため, 硝酸鉛を多く添加した土壌では窒素

壌は実際には 280 mg/kg となったが, その土壌が養分となるためより大きく生長することをで栽培したどちらの部位でも Pb 濃度は検出限予想していたが, そのような傾向は見られな界値以下であった。以前の研究で島原市内の農かった。

地において土壌中の重金属濃度を調査した際に最も Pb 濃度が高かった地点では 207 mg/kg

4.おわりにの濃度であったため, 島原市民に対するニン畑作が盛んである長崎県島原市における作ジンの間接摂食による健康リスクの可能性は物中の Pb による健康リスク評価を行うため,低いと考えられる。

異なる Pb 濃度の土壌でニンジンを栽培するポPb 濃度が 20, 50, 80, 110, 150 mg/kg のポットット試験を実施した。島原市の土壌調査で記録に対し, 苗数はそれぞれ 4, 6, 7, 4, 2 本であった。

された最高濃度と同様の Pb 濃度で栽培された

また, 1 苗に対する本葉数の平均は 5.5, 3.2, 3.7,

ニンジンにおいても Pb 移行は起きなかったた

4.3, 6.0 であった。ニンジンの根部と茎葉部のめ, 島原市民への健康リスクの可能性は低い

乾燥重量について図-1 に示す。

と考えられる。また, Pb 濃度が低い土壌ではニンジンの生長が優れ, Pb 濃度が高い土壌ではニンジンの生長が劣っていたことから, Pb による生育阻害が発生していた可能性があると考えられる。
参考文献等
１）長崎県島原振興局 (2019)：島原半島要覧, 18.
２）島原市 (2021)：令和 3 年度島原市統計ハンドブック, 61.

図－１ ニンジンの根部と茎葉部の乾燥重量
ニンジンの根部と茎葉部の乾燥重量を計量した結果, 一番 Pb 濃度の低い 20 mg/kg の土壌で栽培されたニンジンが最も大きかったため,生長が優れていたとみられる。次に生長が優れていたものは三番目に Pb 濃度の低い 80 mg/kgの土壌で栽培されたニンジンであった。本実験
では間引きを行わなかったため, 生長の傾向
としては１ポットの苗数が少ないほど, ポッ
ト内における生長の競争がないため, 本葉数や根部の直径と長さ, 茎葉部の長さ, 全乾燥重

93

P36
LoRa 通信方式による山林内での IoT センシング実験
IoT Sensing Experiment in a Mountain Forest Using LoRa Communication System
Riko Ahmad Maulana1・杉野弘明 1・溝口勝 1
1 東京大学 大学院農学生命科学研究科
要旨(Abstract)：
飯舘村は 75%が山林でその合間に集落がある。原発事故後帰村してここで農業を営む村民は電気柵などで里山の農地を守っているが、秋の収穫期にはサルやイノシシなどの獣害被害に見舞われる。被害を最小限に抑えるためには動物たちがいつどこから出没するのか、山林内における動物たちの行動を追跡する必要がある。そこで、本研究では低消費電力・広域の無線通信式として最近注目されているプライベート LoRa を用いて山林内に IoT センサーを設置し、データを取得す
る実験を行った。その結果、中継器を適切に配置すれば山林内でも温度や湿度などの環境データ
を LoRa で取得できること、木の密度や山林内の環境（特に湿度）によって通信の電波強度が変化することがわかった。
キーワード：スマート農業、IoT、LoRa ネットワーク構築、環境データ
Key words: Smart Agriculture, IoT, LoRa network construction, Environment data

計画法により目標カバー率を計算し、電波が届くと思われる 16 地点で木の幹に子機を地上
1.5m の高さに設置した。親機と子機の通信可能な最長距離は 2.7Km ある。(図２)

1.はじめに福島県飯舘村は 75%が山林でその合間に集落がある。原発事故後帰村してここで農業を営む村民は電気柵などで里山の農地を守っているが、秋の収穫期にはサルやイノシシなどの獣害被害が絶えない。被害を最小限に抑えるためには動物たちがいつどこから出没するのか、山林内における動物たちの行動を追跡する必要がある。そこで、本研究では低消費電力・広域の無線通信式として最近注目されて い る LPWA(Low Power Wide Area) の う
ち、プライベート LoRa を用いて山林内に設置した IoT センサーによる温湿度モニタリン

図１電波伝播シミュレーターCloudRf で予測された電波到達範囲。（緑色が LoRa の電波が強い。黒印が親機、黄色が中継器を示す）

グ実験を行った。
2.方法(1)通信システムの実装
LoRa の通信技術を使って山林内の温湿度
モニタリングシステムを試作した。システム
は、温湿度 IoT センサー子機 (ES920LRTH2,
EASEL 製 ) ・ゲートウェイ基地局と中継器(ES920GWX2, EASEL 製)・大型ソーラーパ
ネルを有する基地局用電源(特注：ミサオネッ
トワーク ) ・基地局のデータを受信するサーバ・サーバデータを表示する WebUI ソフト(EASEL 製)から構成される。
(2) LoRa 通信機と基地局の設置場所
福島県飯舘村佐須地区で通信実験を実施した 。 予 め 電 波 伝 播 シ ミ ュ レ ー タ ー CloudRf（図 1：Cloud RF. FARRANT CONSULTING
LTD.）により得られたデータを用いて、線形

図２LoRa 通信機と基地局の設置場所(Google Earth より)
赤色（右）が親機、赤色（左：中央）が中継器、青色が子機の位置を示す。

(3) 温湿度 IoT センサー子機
インターネットに接続されたゲートウェイ
親機（基地局）から山林の頂上の中継器まで
ほぼ直線状に温湿度 IoT センサー子機を設置

94

温湿度データが 10 分間隔で確認できる。このUI で は 温 湿 度 デ ー タ の 他 に 、 電 波 強 度（ RSSI ）、電池残量、受信時刻を見ることが
できる。
（図６）

した。設置の際には雨や動物が侵入しないよ
うに、両端の空いた塩ビパイプに子機を入れ、さらにネット袋に入れて木の幹に固定し
た。
（図３左）

図３（右）温湿度センサユニット ES920LRTH2（左）と山林に配置された様子(4) 基地局(親機)
図６ WebUI ソフトによる温湿度モニタリング。表で温湿度番号の白色は親機、水色は中継器経由でからデータを受信していることを示す。緑色は通信が正常、赤色は電波強度が不十分で通信できていない（異常）であることを示す。

3.結果と考察平地と違い、山林地では山と木が障害物となり通信先を見通して直接通信できないのではないかと危惧したが、想定外に通信ができた。これは山岳反射や山岳回折により電波が伝搬されたことによると思われる。平地では高い位置にアンテナを設置するために鉄塔などを建てなければならないが、山林では山頂や中腹にアンテナを設置することにより無線通信が可能であることがわかった。
市街地では数 km の到達範囲カバーできると報告されている（文献）が、場合によっては通信できない地点が所々に発生する。こうした通信不安定な地点の発生を改善する方法
として LoRa-WAN にはない中継機能を持たせた独自プロトコルを採用することで広い範囲をカバーできるとの指摘もある（文献）。
まだ十分にデータ解析はできていないが、木の密度や山林内の環境（特に湿度）によって通信の電波強度が変化するような現象もみられた。
4.おわりに
本研究では飯館村佐須地区の山林を対象にして実験したが、電波伝搬の評価と基地局配置の最適化を行うことで全国にある農山村地域における LoRa 通信のノウハウを提供できるようになることが期待できる。

図４ プライベート LoRa ゲートウェイ親機 ES920GWX2（左）とオフグリッドサイトに設置された様子

ES920GWX2 は IoT 向け無線ネットワークの構築を実現する量産タイプのプライベート
LoRa 用ゲートウェイ（防水＆通信モジュール搭載型）である。商用電源のないフィールドでの利用を想定し、大型ソーラーパネルのオ
フグリッドから電力を供給した。
(5) 基地局(中継機)

図５

山林の頂上に配置された中継器

親機と同じ中継機（ ES920GWX2 ）を山林の頂上に設置した（図２の中央）。この中継器の電源はソーラーパネルで充電し続けるバッ
テリーである。山林内の日射量は小さいため電力消費を節約するためにタイマーで 30 分毎
ON-OFF する方式とした。
(6) サーバデータの表示ソフト
EASEL 社提供の WebUI ソフトで各地点の

文献： O. Elijah et al., "Effect of Weather Condition on
LoRa IoT Communication Technology in a Tropical Region:
Malaysia," in IEEE Access, vol. 9, pp. 72835-72843, 2021,
doi: 10.1109/ACCESS.2021.3080317.

95

P37
SRI における稲倒伏耐性に関する研究
Research on Lodging Resistance in SRI
イ ソウメイ 1・溝口勝 1・杉野弘明 1
1 東京大学

農学生命科学研究科
要旨：

SRI という特殊な稲栽培法は間断灌漑の実施により、稲株の下位部の支持力が向上し、倒伏耐性が上がるという写真や説は存在しているが、その科学的根拠については未だに検証されていない。そこで、本研究は同一圃場内に SRI 農法及び慣行農法の区域を設定し、三つの異なる移植深度（1ｃｍ、2ｃｍ、4ｃｍ）で移植した稲株の倒伏抵抗性を測定し比較した。その結果、移植深度
は 1ｃｍ及び 4ｃｍの場合、SRI 農法の稲は慣行農法より倒伏耐性が強いことが確認できた。
キーワード：

SRI、乳苗優位性、倒伏耐性

Key words: SRI, Nursing Seedling, Lodging Resistance
両区域において、稲苗の栽培間隔は SRI 農法の

1.はじめに
これまで稲の生産性向上を目指す同時に、穂規則により、30cm とした。SRI 農法においてはの重量の原因で稲株を倒伏させない為に、稲の短2021 年 7 月 9 日から 8 月 6 日（8 月 6 日は出穂稈化が行われてきた。しかし、短稈化された場合、の確認ができた）まで間断灌漑を行った。慣行農

受光態勢が悪くなることに起因して、逆に生産性法区域においては間断灌漑実施せず湛水状態にが下がる場合もある。これから稲の生産性の更な保った。SRI 農法区域及び慣行農法区域に対し、る向上を目指すためには、短稈化の代わりに、稲週一回生育調査（草丈、分げつ数）を行った。各の下位部の支持力の向上が必要である。

区域の生育状況を比較し、SRI 農法の特徴である

稲の下位部の支持力を向上させる方法の一つ

間断灌漑が稲株の分げつ数にもたらす効果を検として、近年、乳苗時の植え付けと、間断灌漑を証した。また、倒伏抵抗性の違いを検証するため実施する SRI と呼ばれる特別な農法が熱帯地域に、稲株を 3 つの移植深度(1ｃｍ、2ｃｍ、4ｃｍ)を中心に提案・実施されてきているが、日本等のにより処理を分けた。収穫時、各株に押し倒し装温帯地域では未だ普及していない。SRI は間断灌

置（大起理化工業株式会社製倒伏試験器

漑の実施により、稲の根の生育が促進され、稲株

DIK-7401）を用い、倒伏抵抗値データを収集しの下位部の支持力が向上するという説があるが、た。SRI 農法及び慣行農法の各処理の抵抗値デー

それを裏付ける科学的データは示されていない。
そこで本研究では、同一圃場内において SRI
農法および慣行農法の両者により稲を栽培し、倒伏抵抗値を計測・比較することで、SRI 農法を用いることによる倒伏耐性向上の効果を検証した。

2.方法
本研究では、茨城県土浦市にある NPO 法人 Sが管理する農地を実験圃場とし、同一圃場内にSRI 農法及び慣行農法の区域を設定した(図 1)。

図 1 実験圃場における各農法別区域分け

96

タを比較し、SRI による倒伏耐性向上の効果を検下のところまで下げ、ほぼ一週間経ったとしても、証した。

圃場内の土壌水分含量は 9％しか下がらなかっ

3.結果た。つまり間断灌漑の効果が限定的だったことが間断灌漑実施直前（7 月 9 日）、実施後（8 月 6

分げつ数に有意差が確認できなかった原因と考日）、稲刈り直前（10 月 12 日）この三つの代表えられる。

的な時点の分げつ数データを分析した。結果とし一方、SRI 区域及び慣行農法区域の間で、倒伏ては、移植から間断灌漑実施直前（7 月 9 日）ま耐性の有意差は確認できた。こちらは SRI 農法

でのこの間、間断灌漑を実施していないため、SRI 区域と慣行農法区域の間に分げつ数の有意差が認められなかった。
間断灌漑実施後（8 月 6 日）
、間断灌漑が分げつ数に与える影響が現れた。移植深度は 4ｃｍの場合、SRI 区域は慣行農法区域より有意に分げつ数が多かった。移植深度は 1ｃｍ及び 2ｃｍの場
合には、間断灌漑と慣行農法区域の間に分げつ数（三つの移植深度各 12 株合わせて 36 株）及びに有意差はなかった。

慣行農法（三つの移植深度各 12 株合わせて 36

しかし稲刈りの直前（10 月 12 日）の分げつ数のデータを分析したところ、三つの移植深度でも、分げつ数の有意差が確認できなかった。

株）の倒伏抵抗数値分布図である。両者間に有意差があった原因はいまのところわからないが、根の生長状況にあると考えている。つまり間断灌漑

倒伏耐性につては、移植深度は 1ｃｍと 4ｃｍ

により、SRI 区域の稲株は根の生育状況が促進さの場合、SRI 農法区域の稲株は慣行農法より倒伏れ、慣行農法区域より発達していると考えている。

耐性が強かった。移植深度 2ｃｍの SRI 農法と慣これを確かめるために、稲刈り終了後に SRI 区

行農法の間に、有意差は確認できなかった。そし域及び慣行農法区域の稲株の根の乾物重量、広がて、移植深度 1ｃｍの SRI 農法は、移植深度 2ｃ

りなどの指標に着目し、違いを比較する予定であｍの慣行農法より倒伏耐性が強かった。移植深度る。

4ｃｍの慣行農法と比べでも、有意差がなかった。

5.おわりに即ち、浅く移植としても、SRI 農法の稲は深く移SRI 農法による倒伏耐性の向上効果は確認で植した慣行農法稲と比べ、倒伏耐性上に劣ること

きたとはいえ、いかにも SRI 農法にとって肝心はなかった。

な間断灌漑の効果を発揮させるのは、今後日本な4.考察

どの温帯地域で SRI 農法を広げるために残され今回の実験では、SRI 区域及び慣行農法区域ている課題である。

は稲の分げつ数についての有意差はほぼ確認で参考文献

きず、その理由としては間断灌漑の実施はまだ不柏木 孝幸;廣津 直樹;円 由香;大川 泰一郎;石丸 健.イネ

十分だと考えられる。SRI が流行っている熱帯地
域では、苗の移植の後、間断灌漑が早めに実施しの湾曲型倒伏に対する抵抗性の付与[J].日本作物学会紀始められている。一方、今回の実験は冷害の防止

事.2007,Vol.76(No.1)：1-9.

及び梅雨の季節のため、間断灌漑の実施を後回し

木村園子ドロテア，登尾浩助.2011.SRI と土壌環にせざるを得ない状況にあった。そして、間断灌

境．J-SRI 研究会. 稲作革命 SRI.日本経済新聞出版社，

漑の実施中、田んぼの水位を地表面より 30ｃｍ

2011，ページ：241-256.

97

付録
第63回シンポジウム
地表面－大気間の物質・エネルギー動態のモデル化―土壌物理学に求められるもの―
プレゼンテーションスライド抜粋版

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土壌物理学会

第63回シンポジウム
2021年10月30日

目次

1. 広域作物収量算定モデル
2. 群落作物成長算定モデル

作物生長モデルの高精度化に向けた根群域モデルの役割と課題3. 広域大気質モデル
4. 根群域モデルのコンセプト

東京農工大学 大学院 農学研究院農業環境工学部門
農学専攻 食農情報工学プログラム
辰己 賢一
1

広域作物収量算定モデル
気象（気温，湿度，降水量，日射），地形，土壌，灌漑，施肥，農事歴などを入力とし，作物の生長に関する理論的な推察と経験的なパラメータを用いることにより，気象の経過から作物の生長動態を再現予測するためり，気象の経過から作物の生長動態を再現・予測するためのプロセス型のモデル

入力値

気温
湿度

・広域作物収量算定モデル

降水量
日射・群落作物成長算定モデル

地形
土壌
灌漑
施肥
農事歴

・広域大気質モデル

モデル

出力値
バイオマス・収量など
3

4

モデルによるシミュレーション結果の一例

モデルによるシミュレーション結果の一例

コムギの潜在収量変化率（2000-2010年平均に対する2100年の変化率）

ダイズの収量変化率（2000-2010年平均に対する2100年の変化率）

実際にそこで栽培されているかは考えず，栽培ポテンシャルがその土地にあるかどうか

温暖化シナリオ

アメリカ，南米（アルゼンチン南部を除く），アフリカ，アジアでは軒並み収量ポテンシャルは減少．
RCP4.5

栽培適地は北にシフトし，五大湖西部に位置する春コムギ生産地帯が五大湖の北側をとりまくようになる．

出典：JCCCA,IPCC第5次評価報告書

RCP8.5シナリオ下ではRCP4.5と比較し，熱ストレスによる収量減少率が大きい．特に南部では20%近く収量が減少する結果となり，気候変動下における持続可能な農業生産のための適応策・緩和策の必要性が強く示唆されている．

RCP4.5
RCP8.5ロシア・カナダでは潜在収量は増加
し，現在寒冷な土地は温暖化の恩恵を受ける．
RCP8.5

Tatsumi et al. (2011)

シミュレーションモデルでしか得られない知見の出力%
5

Tatsumi et al. (2017) 6

モデルによるシミュレーション結果の一例
Tatsumi et al. (2021)
イネ（コシヒカリ）器官別乾物重の実測値と計算値
2017

シミュレーションによる器官別乾物重の再現計算結果は概ね実測値の傾向と一致

・広域作物収量算定モデル
光-光合成曲線の初期勾配を10%増加

・群落作物成長算定モデル

感度分析

葉面積の成長速度を10%向上

・広域大気質モデル
最高気温を10％上げる

7

モデルシミュレーションのメリット

モデル内パラメータや気象条件を変化させたときの生長への影響を定量的に評価することができる．例えば，どのような育種をすれば収量増加を効率よく実現できるか等についての方向性を探ることができる．
8

広域大気質モデル（大気汚染と作物生産の相互作用）

・広域作物収量算定モデル

排出量データ

気象モデル

人為起源排出

客観解析データ

生物起源排出

気象モデル

火山

土地利用データ

・群落作物成長算定モデル
初期値
境界値

・広域大気質モデル

O3

汚染物質濃度

化学輸送モデル
NOx

VOC（揮発性有機化合物）

地表面オゾンがイネ収量に与える
定量的影響評価

地表面オゾンは作物，人体の健康，経済に影響

9https://aircentraltexas.org/en/regional-air-quality/what-is-ground-level-ozone

モデルによるシミュレーション結果の一例

10

農耕地からの亜酸化窒素（N2O）

実測値と計算値の1時間ごとの時系列比較
間
時系列比較
落石西（北海道）

隠岐の島（島根）

地上高100mにおけるN2O濃度

R2=0.49

R2=0.42

AOT40
地上2mにおけるO3濃度

土地利用データ(Accumulated Ozone exposure
over a Threshold of 40 ppb)

http://www.naro.aﬀrc.go.jp/archive/niaes/outline/ghg/ghg̲emission.html

水田ではCH4，畑ではN2O
地
地表面オゾンのイネ収量
オゾン
ンのイネへの影響を定量的に評価 11

12

Noah-Multiparameterization Land Surface Model

エネルギー利用
Ureaの製造には大量の化石燃料が必要
・現在の技術では，1トンのUreaを生産するのに，4バレルの石油相当量が必要

Noah/NoahMP development lead by M. Barlage and F. Chen, NCAR

13

根群域モデルの課題

14

Importance of N cycle at diﬀerent scales
PM & Visibility
Eﬀects

・水や窒素の制約がない場合，圃場や地域内の土壌肥沃度の違いをどのように定量的に説明するか？できるか？

NO3

NOx

NO3, NHx

Agriculture Eﬀects

Forest Eﬀects

・正確（適切）な生長予測のために最も重要な土壌入力変数は何か？

NHx
Fertilizer
Production

・土壌入力値はどの程度正確である必要があるのか？

Ozone
EﬀectsNH4

NH3StratosphereEﬀectsN2O
GreenhouseEﬀectsN2O

NO3, NH4
Crop

AnimalSoil Eﬀects

・多様な土壌管理下において，作物生産の長期的な変化を正確にシミュレートすることは可能か？

NOx
EnergyProduction

・モデルは，劣化した土壌やストレスの多い外部気象環境において，作物と土壌の相互作用をシミュレートすることは可能か？

NO3
NO3

Groundwater Eﬀects
NO3
Stream water Eﬀects
NO3
River Eﬀects

・過酷な環境下において，モデル予測に影響を与える不確実性は何か？

NO3
Coastal Eﬀects
15

N2 O
16

土壌有機物 (C, N, P, …)（根群域）窒素モデルのコンセプト

・土壌有機物が分解されると，大気中にCO2を放出し，栄養分（N,P, …）を土壌に供給

・シンプルであること

・有機物は，土壌の健全性，保水力，栄養供給力，土壌構造，流出，侵食などに有益・有機態・無機態のCとNの動態を考慮できること

・土壌は有機物に含まれる炭素吸収源としても機能．大気中に排出され・必要な入力変数が少なく，容易に入手可能であること

るCO2を相殺するメカニズムの一つとして，炭素を貯蔵するのに有益

・異なる組成の残留物の動態をシミュレーションできること
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作物への窒素供給に影響を与えるファクター

・多様な土壌環境に対応可能であること!Ȁ"Ȁ

・根群域の無機態窒素

・関連するプロセスについての逆推定ができ信頼できること#Ȁ$Ȁ#' ,.) Ā&* Ȁ

アンモニア態Nの土壌溶液濃度，硝酸態Nの土壌溶液濃度度・根長密度・結果の定量的な評価・解釈が可能であること

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・単位根長あたりの最大N uptake"Ȁ#Ȁ

・水分の利用可能性

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FertilizerĀȀ

17

Harvest18

Processes Simulated in the Mineral Nitrogen Module

Fertilizer

Symbiotic Fixation
Crop Residues,

N2
N2O

Process Simulated

NH3

Manures

Main Factors Inﬂuencing process

SOIL N SUPPLY

Soil Organic
Denitriﬁcation

Ammonia
Volatilization

Mineralization

Immobilization Matter

Mineralization/
Immobilization

Soil Temperature, Soil Water, C/N, C Pool, Residue Composition

Nitriﬁcation

Soil Temperature, Soil Water, Soil pH, NH4+ concentration

Denitriﬁcation

Soil Temperature, Soil Water, Soil pH, Soil C

Nitrate Leaching

Drainage, Nitrate Adsorption

Volatilization

Soil Temperature, Soil Water, Soil pH, Surface Evaporation, NH3
conc.

Immobilization

NO3-

NO4+
NO2-

Anaerobic
Conditions

AmmoniumﬁxationLeaching

Nitriﬁcation

Urea Hydrolysis

Soil Temperature, Soil Water, Soil pH, Soil C

UptakeSoil Water, Inorganic N, Crop N Demand, Root Length Density,
Root Uptake Eﬃciency

19

20

Soil Organic Matter Processes (SOM Modeling)

Observed and Simulated N Release

・One SOM pool
・作物残渣を炭水化物，セルロース，リグニンの各成分に分ける

Singh et al, 2001

度，C:N比に影響される．

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Mineralization and Immobilization
・無機物の有機物への固定化
C:N Ratio Eﬀects on Residue Decomposition
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22

Inputs for soil N processes (soil proﬁle)NO3-

In addition to inputs needed for simulating the water balance,
the following need to be provided for each soil layer:

Substrate (NH4)・Soil albedo
・Runoﬀ CV・Soil fertility factor
・Drainage coeﬃcient

Oxygen/moisture
Soil PH
Soil temperature

NO-3
NO-2

脱窒
reduced・Bulk density (g/cm3)

N2O, NOx, N2

・Organic carbon (%)
・Texture (silt and clay %)・Total nitrogen (%)
Calculated using C:N ratio of 10:1 if not known or if
ratio from C and N inputs in ﬁles is unrealistic
・Soil pH (in water)・Microbial
・Anaerobic
・Inﬂuenced by: Organic C content, Soil aeration, Soil moisture, Soil temperature
・Main source of energy : Water extractable carbon of Fresh Organic Matter andhumic fraction
23

24

Inputs for soil C & N processes

モデルの複雑さIn initial conditions:

In soil analysis:
Soil organic C for each soil layer (% mass basis) and passive soil organic C for each layer

In Field:
Crop history (management intensity, years produced in this way, and status of ﬁeld prior
to this history (degraded, cultivated with good management, cultivated with low input,
grassland or forest, or degraded)

In organic amendments:
Date of application, dry weight (kg/ha), N content (%), proportion incorporated (%), andincorporation depth (cm)In fertilizer:
Date of application, fertilizer material (e.g. urea), application method (e.g. banded), natureof incorporation, application depth (cm), and quantity of N applied (as N, not material)
25

課題
空間スケール
特に時空間スケールが大きいほど，モデル化する際の仮定が大胆になり，かつ実測が困難であるため，作物や土壌に関する係数は不確実である．ゆえにモデルの確か
らしさの検証が困難になる．

大気-水-土壌の相互作用
広域モデルは，欧米を中心に有益なモデルが多い．一方で，群落スケールについて
は，複数のモデルが提案されているが，それは大気-水-土壌の相互作用を取り込んでいるのではなく，多くが限られた要素に限定したものである．中でも根群域モデ
ルは相対的にデータ蓄積や知見が少ないため，少なくとも作物モデルでは実測に基づかないパラメータを採用せざるを得ない現状がある．

学際研究
モデラーは現場を熟知していない（特に圃場ばらつきや様々な不確実性）．作物学
者・植物生理学者は，モデル技術に精通しているわけではない．最近では力学（物理）モデルよりAIや機械学習モデルの性能が勝るケースがある（プロセスの多くはブラックボックス）．いずれにせよモデルは評価され，慎重に利用される必要がある．

Data without models is chaos; but models without data is fantasy

27

入力変数の数

潜在収量

Specify initial ammonium (NH4+), nitrate (NO3-) for each soil layer as g/MgC
Root weight of previous crop (dry weight as kg/ha)Previous crop residues: dry weight (kg/ha), N content (%),
proportion incorporated (%), and incorporation depth (cm)太陽放射
最高/最低気温
作物特性
管理

水分バランス
太陽放射
最高/最低気温

水分・窒素バランス
太陽放射
最高/最低気温
作物特性

作物特性

管理

管理

灌漑

灌漑

土壌プロファイル
物理的特性

土壌プロファイル
（物理的特性）N施肥管理
残渣土壌プロファイルル
土壌プロファイル
（化学的特性）
26

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2021 年度土壌物理学会大会講演要旨集

2021年10月30日発行
Proceedings of the 2021 Annual Meeting, Japanese Society of Soil Physics

第63回シンポジウム「地表面－大気間の物質・エネルギー動態のモデル化―土壌物理学に求められるもの―」
ポスターセッション
2021年10月30日（土）オンライン開催
実施本部：三重大学大学院生物資源学研究科
発行： 土壌物理学会大会事務局〒514-8507 三重県津市栗真町屋町1577
三重大学大学院生物資源学研究科 土壌圏循環学研究室内
著作権について： 要旨集の著作権は土壌物理学会に帰属します。
また、要旨集は大会当日以降に土壌物理学会ホームページ上で公開します。