印旛沼流域水田における水質浄化機能向上に関する一考察山嵜 高洋・石川 重雄・長坂 貞郎・笹田 勝寛（日本大学生物資源科学部）
１．はじめに
4．モデル実験による境界点濃度の検討
地下水涵養
気候緩和
水田は私たちの食生活調査結果から各水質浄
国土の保全
自然環境の保全だけでなく，社会一般の化成分の境界点濃度が明
テーパタンク50L
土砂崩壊防止大気の浄化
水田のφ44cm
有機性廃棄物処理
生活の一部として今もならかとなったが，決定係
河川流況安定多面的機能
生物多様性の保持お存在している。さらに，
土壌侵食防止数(相関性)が全般的に低環境教育 食糧生産
水田は食糧生産の場のみいことから，その妥当性
農村文化の伝承
保健休養・安らぎ
社会的 文化的 景観の形成
ならず，多面的機能を保と再現性の確認のため，雇用・地域社会の維持持している(図1)。
カラムによるモデル実験
図1 水田の多面的機能モデル
多面的機能の中で，水を行った。
質浄化機能は，富栄養化した湖沼の水質改善に有効である。浄化
実験には，高さ60cm，機能の発揮は，流入負荷量と流出負荷量の大小により左右される。直径44cmの塩ビ製カラ流入負荷量と流出負荷量が一致する時には，浄化，汚濁ともに無 ムを用いた。カラム最下
φ3cm
図5 モデル実験概略
い状態を意味し，この時の灌漑用水濃度を境界点濃度とみなす。 部に暗渠を埋設し，直径本調査報告は，2001年度～2003年度および2006年度の調 3cmの排水口まで導水し，底部から5cmまで砂利を敷き詰めた
査結果(2004年度および2005年度には，輪換畑として大豆栽培 後，調査圃場より採取した土壌を砂利面から約40cmの土層厚にを行ったデータは除外)をもとに境界点濃度を検討した。さらに， なるよう充填した。その後，湛水深が約8cmとなるようテーパタ
調査水田土壌を用いたモデル実験を行い，調査結果との比較をし，ンクからの給水と暗渠からの排水のバランスを取り，浸透掛流灌その再現性，信憑性について検討をした。
漑を再現した(図5)。
実験に供試した試料液は，T-N，T-P，CODの濃度を印旛沼
2．調査方法水を基準として数段階に調整したものである。
T-N濃度の調整
西印旛沼
調査圃場は千葉県印旛沼土地改には硝酸カリウム(KNO)試薬を，T-P濃度の調整にはリン酸水
3
鹿島川
良区受益地内角来工区に位置する素二カリウム(K2HPO4)試薬を用いた。COD濃度の調整には，1.7haの水田である(図2)。
京成電鉄
水田のCOD汚濁成分の一因とされる，稲藁成分溶出液を作成し京成佐倉駅
印旛沼水が揚水ポンプによりパイ用いた。
調査地
プライン送配水され，自動給水栓
実験は，降雨の影響を受けない屋外で行った。
より湛水深を一定に制御される。
5．モデル実験結果
図2 調査地概要
暗渠排水システムは集水渠方式で通作道図6に，COD，T-N，NO3-N，T-Pにおける試料液の給水濃あり，これらにより浸透掛流灌漑 自動給水栓 暗渠(吸水渠) 耕作道
自動給水栓BA度と差引負荷量の関係を示し，図中には(1)式に対応する回帰式を実施した(図3)。
を示した。
栽培管理方法は，不耕起乾田直
暗渠(集水渠)モデル実験における2変量間の相関係数は高く，統計的に検定播栽培であった。
したところCOD，T-N，NO3-N，T-Pの各成分とも0.1%の危調査期間は， 2001年度は5月
C険率で(1)式が成立した。
28日～8月20日，2002年度は6
各水質浄化成分の境界点濃度は，調査結果から求めた境界点濃
月2日～8月16日，2003年度は050m度と近似した値となった。
5月23日～8月1日，2006年度
150400300
は5月26日～8月9日とした。
図3 調査圃場概略100200
洪水防止

3兆4988億円(代替法)

水質浄化700億円(代替法)537億円(直接法)87億円(直接法)

4782億円(直接法)123億円(代替法)

1兆4633億円(代替法)

8cm

3318億円(代替法)

60cm

差引負荷量（mg/m2）

差引負荷量（mg/m2）

京成電鉄

5cm

40cm

2兆3758億円(トラベルコスト法)

10050

COD
C0=6.4mg/L

L= -0.2007Ci + 1.2758
R² = 0.0691
0.0

5.010.0
灌漑用水濃度（mg/L）

0.0
-0.5

T-N
C0=1.13mg/L

-1.0
-1.5
-2.0
-2.5
0.0

15.0

0.25

1.0

2.0
3.0
灌漑用水濃度（mg/L）

4.0

5.0

0.10

0.00

NO3-N
C0=0.56mg/L

-0.25
-0.50
-0.75

L = -0.2728Ci + 0.1518
R² = 0.2305

-1.00
-1.25

差引負荷量（kg/ha）

差引負荷量（kg/ha）

L = -0.2769Ci + 0.3122
R² = 0.20620.5

1.02.03.0
灌漑用水濃度（mg/L）

4.0

差引負荷量（mg/m2）

iii

機能をより発揮できるといえる。
また，調査圃場とカラムの面積比が，約1/110,000と大きく異なっているにもかかわらず，境界点濃度は近似した値であったことから，相対モデル
1520cm的な信憑性と実験による再現性が示された(図7) 。
図7 調査圃場とカラムの面積比7．参考
山嵜高洋，石川重雄，長坂貞郎，笹田勝寛：水田における水質浄化機能発現の灌漑用水の境界点濃度，環境情報科学論文集25，pp.281-286(2011).
20.05
0.00
-0.05
-0.10

T-P
C0=0.12mg/L

L = -0.2718Ci + 0.0312
R² = 0.2832-0.15-0.20

0.0i110,000倍

1.06.0
4.0
2.00.0-2.0-4.0-6.0-8.0-10.0-12.0

差引負荷量（kg/ha）

差引負荷量（kg/ha）

差引負荷量（mg/m2）

003．調査結果-100COD-50T-NL = -33.48C + 229.36-200
L = -32.096C + 35.279
灌漑用水濃度をCiとし，差引負荷量(流出負荷量－流入負荷量)
C0=6.9mg/L
C0=1.10mg/L
R² = 0.6664-100-300
R² = 0.7347-150をLとした時に，LとCiの間に(1)式の回帰直線が成り立つとする。 -400 0.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
10.0
15.0
給水濃度（mg/L）
給水濃度（mg/L）
L＝a Ci＋b…(1)15042
L = -40.925C + 22.986(1)式においてL＝0の時が見かけ上は，浄化も汚濁もしない点で， 100R² = 0.7387
050-2T-P
境界点濃度C0となり(2)式となる。
0-4C0=0.10mg/L－1-50NO3-N
L = -22.651C + 2.2602
C0＝－b a…(2)-6
C0=0.56mg/L
R² = 0.7672-100-8
図4に，化学的酸素要求量(COD)，全窒素(T-N)，硝酸態窒素-150-100.0
1.0
2.0
3.0
4.0
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
(NO3-N)，全リン(T-P)における灌漑用水濃度と差引負荷量の関給水濃度（mg/L）
給水濃度（mg/L）
係を示し，図中には(1)式に対応する回帰式を示した。
図6 試料液の給水濃度と差引負荷量の関係（COD，T-N，NO3-N，T-P）
図に示すこれら2変量間の相関係数はどの場合にも低い結果で 6．おわりにあるが，その有意性をt検定により検討した。その結果，COD，調査水田
本調査および実験により，水田の1.7ha
T-N，NO3-N，T-Pの4成分とも1%の危険率で有意性が認めら 有する水質浄化特性を，境界点濃度れた。各成分の回帰式において差引負荷量が0(kg/ha)の時の灌 を求めることによって厳密化できた。
漑用水濃度，すなわち境界点濃度は(2)式から求めた。
境界点濃度を把握することで，浄化

0.0

0.1

0.2
0.3
灌漑用水濃度（mg/L）

0.40.5

図4 灌漑用水濃度と差引負荷量の関係（COD，T-N，NO3-N，T-P）