論文., December 2011, Vol. 119, 29 ‒ 38

Original
Paper
1

地下水位制御による土壌の酸化還元がダイズの生育収量およびカドミウム吸収におよぼす影響村上 章 1・佐々木長市 2・中川進平 1・太田誠仁 2
The inﬂuence of the oxidation-reduction state in soil by groundwater level control on the growth and theyields of soybeans and the uptake of cadmium
Shou MURAKAMI1，Choichi SASAKI2，Shimpei NAKAGAWA1 and Nobuhito OTA2

Abstract : This research aimed at clarifying the inﬂuence of the oxidation-reduction state in soil by groundwater level control on the growth and the yields ofsoybeans and the uptake of cadmium in soybean seeds.
We cultivated soybeans in three devices which could
control groundwater levels. In the ﬁrst and second devices, the groundwater levels were ﬁxed at 10 cm and40 cm, respectively. In the third device the groundwater level could be altered between 10 cm and 40 cm byusing a ﬂexible overﬂow relief well. All three devices
were ﬁlled with the same 80 % pulverizability soil andthe experiment was conducted for three years from2007 to 2009.
1）In all the three devices, the soil above the groundwater was in an oxidation state（>300 mV）throughout the cultivation period, and soil under the groundwater level was in a reduction state（<300 mV）. In
the third device, redox potential in the soil changed
quickly when the groundwater level was altered.
2）The volumes of roots in the three devices were thelargest between the surface and the 10 cm depth. At adepth lower than 10 cm, the volumes of roots decreased. Many rootlets were found spread laterally at
the 0−10 cm depth in the ﬁrst and the third devices.
In the second device, thick roots existed at as low as
the 40 cm depth. In the third device, the volume ofroots at a depth lower than 10 cm was less than thatin the second device, but they extended down to the
40 cm depth.
3）The yield of the ﬁrst device was less than those of
the others. In the second and third devices, the growthof the soybean plants was similar up to the beginningof the blooming phase. But the yield of the third device
was lower than that of the second one.
4）The concentration of cadmium in soybean seeds inthe ﬁrst and third devices was lower than in those in
the second device.

5）Our experiment suggested that the groundwaterlevel control after blooming was eﬀective on the control of cadmium uptake.
Key Words : Soybean, flexible overflow relief well,groundwater level control, oxidation-reduction potential（Eh）, uptake control of cadmium

1. はじめに
近年，地下潅漑機能を持った地下水位制御システム
FOEAS が開発された（藤森，2003，2005）．この技術は農業新技術 2008（農林水産省，2008）として普及推進が図られ，若杉・藤森（2009）により普及状況について報告されている．また，既存の暗渠に用水を取り入れる用
水閘と排水側に簡易に排水位を調節できる伸縮性越流水閘を設置することで，排水位を制御できる廉価な地下水潅漑装置も開発され，利用されている（村上ら，2007）．
地下水位条件を変えた試験報告は，世古ら（1987）やShimada et al．
（1995，1997）をはじめ数多くある．これ
らでは，生育収量あるいは根の生育には土層の酸化還元状態が重要であることは認識されているが，酸化還元電位（以下「Eh」と記す）の値による実態の検討はなされていない．
ダイズは，発芽時には過剰水分状態を嫌い，開花期から最大繁茂期にかけて多くの水分を必要とするが，ダイズの根系は酸素不足に弱く，かつ，土壌下層の根により水不足が緩和されることが知られている（有原，2000 ;御子柴，1990）．これらのことから，生育時期に応じて地下水位を制御することで下層からの水分供給を行い，収量の安定あるいは増収の可能性が考えられる．
村上ら（2007）は，地下潅漑装置を用いて圃場試験を行い，根域環境に影響を与える Eh を明確にしつつ，地下水位制御を圃場条件下で行った．しかし，圃場レベル
での精密な地下水位制御は不十分であった．

1

Akita Agriculture Forestry and Fisheries Research Center,
Agricultural Experiment Station, 34 ‒ 1 Genpachizawa, Aikawa,Yuwa, Akita, Akita 010 ‒ 1231, Japan. Corresponding author : 村上章 1, 秋田県農林水産技術センター農業試験場
2
Faculty of Agriculture and Life Science, Hirosaki University, 3
Bunkyo ‒ cho, Hirosaki, Aomori 036 ‒ 8561, Japan .
2011 年 5 月 16 日受稿 2011 年 11 月 15 日受理
土壌の物理性 119 号, 29 ‒ 38（2011）

本研究では，室内で精密な地下水位制御による栽培を行い，土壌の酸化還元層が生育収量におよぼす影響について明らかにすることを第 1 の目的とした．
また，国内外では，食品中のカドミウム規格基準が厳しくなり，食の安全安心に対する社会的ニーズが高まる

土壌の物理性 第 119 号（2011）

30

中で，従来よりも広い地域を対象として，水稲を始めとcm）と，温度センサー孔をそれぞれ 6 個ずつ設けた．さして畑作物や野菜にまで拡大したより厳密なカドミウム

らに，地表面下 80 cm の位置に，排水孔（直径 2.0 cm）

汚染対策技術が求められている．ダイズは，わが国にとっを 2 個設け，1 つの孔には，ポリエチレン（PE，直径 0.7て重要な作物であることから，カドミウム吸収抑制の栽

cm）管を貫通させたゴム栓を接続した．この PE 管に塩培技術開発は極めて必要性が高い．

化ビニル製チューブを接続し，地下水位計測板に固定しそこで，地下水位制御による土壌還元化に伴うカドミ

たガラス管と接続した．もう 1 つの排水孔には，地下水

ウム難溶化で水稲のカドミウム吸収を抑制する考えの一定水位が維持されるように排水越流部を設けた．ま（Pongpattanasiri ら，2005）をダイズ栽培に応用し，地下た，排水孔と同様にダイズ栽培模型背面にマリオットタ

水位制御がカドミウム吸収におよぼす影響について明らンクからの地下水供給孔（直径 2.0 cm）を設けた．地下

かにすることを第 2 の目的とした．

水供給に使用したマリオットタンクは，十分に水供給がモデル栽培試験では，根の Eh 環境を明確にしつつ，できるように 20 L 容量のタンクを用い，PE 管（直径 0.7

栽培上良好とされる地下水位 40 cm（汎用耕地化のためcm）と塩化ビニル製チューブを用い，ダイズ栽培模型との技術指針編集委員会，1979 ; 山根ら，1984），根域のほ接続した．地下水位の設定は，計画（地下水位 10 cm かとんどが飽和状態となる地下水位 10 cm および生育時期

ら 40 cm）に応じて調節した．なお，地表面下 50 cm にに応じて地下水位を制御させる 3 試験区について 3 カ年位置する給水口と地表面下 80 cm に位置する排水口の検討を行った．

フィルターは，土壌充填後に設置することが困難であったため，土壌充填作業と並行して行った（Fig. 1）．

2. 試験方法

2. 2 供試土壌

2. 1 試験装置

供試土壌は，秋田県農林水産技術センター農業試験場

試験には，有効体積 0.08 m3（縦 41 cm ×横 61 cm ×

（以下「秋田農試」と記す）の水田圃場の作土（地表面下

深さ 30 cm）のポリプロピレン（PP）製コンテナを 3 段

0 cm から 15 cm，細粒強グライ土）を 2007 年，2008 年

重ねた，高さ 90 cm の試験装置（以下「ダイズ栽培模型」

および 2009 年に採取し用いた．この土壌の理化学性はと記す）を用いた．なお，重ねたコンテナ間の境目は，Table 1 に示した．供試土壌は粒径 4 cm 以上，4 cm から

地下水位上昇時の漏水を防止するためシリコン製のコー

3 cm，3 cm から 2 cm，2 cm から 1 cm，1 cm 以下の 5

ティング剤で接着した．ダイズ栽培模型の底には市販の区分に篩分けを行い，土塊の粒径ごとに生土で保管した．

礫を厚さ 5 cm に敷き詰め，その上に調整した砕土率（篩

栽培に適した砕土率は 70 % 以上であるが（日本土壌肥料

目 2 cm 未満の土塊の重量割合）80 % の土壌を充填した．

学会，1979），本栽培は十分に栽培に適した砕土率 80 %

また，地表面下 5 cm，10 cm，20 cm，30 cm，40 cm おとして，保管した土塊は Table 2 に示した割合で調整した．

よび 50 cm の位置に Eh 電極を差し込むための孔（直径 2.0

各ダイズ栽培模型は，砕土率 80 % の土壌を用いて，供試

図１ ダイズ栽培模型概要
Fig. 1 Schema of the device with soybean culture論文：地下水位制御による土壌の酸化還元がダイズの生育収量およびカドミウム吸収におよぼす影響

31

圃場の乾燥密度 0.8 Mg m−1 と同じになるようにダイズ栽
−

2.2

−

4.7

−
−

101
213

66.8 0.27

113
201

628
3155

2462

574

55.8

−
−
68.5
147
184
2999

607

（%） （mg kg−1）（mg kg−1）

23.0

22.3

21.3

一般に水田土壌には根粒菌が不足しているため，根粒菌の入った土壌 50 cm3 を混和した．なお，3 カ年ともに追肥および培土は実施しなかった．
2. 3 栽培方法
栽培は，2007 年に秋田農試ガラス室内（秋田市）と2008 年並びに 2009 年には弘前大学農学生命科学部ガラス室内（弘前市）で行った．品種は秋田県奨励品種である「リュウホウ」を用いて，播種はダイズ栽培模型の条間 30cm，株間 20 cm の 4 ヵ所に 3 から 4 粒播種した．試験区
は，地下水位を地表面下 10 cm で収穫期まで管理した地
後に地下水位 10 cm に 12 時間維持した後，地下水位を地
表面下 40 cm で収穫期まで管理した地下水位 40 cm の固0.31 11.6

0.30 10.6

水位を 40 cm 区と同様に設定し，開花期から子実肥大期

3.6

3.2

0.33 12.1
4.0

H2O KCl（mS cm ）（mg kg ）（%）（%）

位 40 cm とする地下水位制御区（以後「40−10−40 cm 区」

間を村上ら（2007）の圃場試験の条件と同様に地下水位
10 cm として水不足の影響を回避し，これ以降は地下水と記す）の 3 区（反復なし）とした．散水は降水量 10

202

173

169

mm に相当する量を４日毎に行った．播種は 3 カ年ともに 6 月 1 日で，6 月 8 日に発芽を確認し，その後 2 日から 3 日後に間引により 1 株に 2 個体の合計 4 株とした．

0.08

0.49
4.6

5.0
5.7

5.0

2. 4 測定項目および方法

2. 4. 2 地温および気温
ガラス室内の地温と気温の計測は RT-ll（エスペック
ミック株式会社製）を用い，測定は地表面下 5 cm，10

5.1 × 10

cm，20 cm および 50 cm で行った．
2. 4. 3 土壌の Eh−

土壌の Eh 測定は，地表面下 5 cm，10 cm，20 cm，30
cm，40 cm および 50 cm に設置した，ガラス電極（本体：−UC - 23 型，ORP 電極：702E 型，セントラル科学社製）
を用いて計測した．

−

0.75に準じて行った．

2. 4. 4 生育調査
生育調査は，主茎長と葉緑素計値（以下「葉色値」と−4.8

物病害虫・雑草防除基準（秋田県植物防疫協会，2007）

記す）について生育時期ごとに 4 株の 8 個体を測定した．

2009

2008 36.1 59.2

0.222004）に基づき実施し，病害虫の防除管理は秋田県農作

地下水位は地下水位計測板から読み取りした．
−〜 8.0 × 10

−3

4.7

栽培管理は秋田県ダイズ指導指針（秋田県農林水産部，

2. 4. 1 地下水位

−2

5.8 × 10−3 〜 3.2 × 10−4 5.2
0.81
5.8
2007 31.3 62.9

（cm S ）

同じくようりん 800 kg ha−1 を供試土壌に混和した．また，

定区（以後「40 cm 区」と記す），および開花期まで地下−1（%）（%）（%）（Mg m ）

O5−K2 O ＝ 5−15−15 ％）を用い，窒素成分で 100 kg ha−1 と，

下水位 10 cm の固定区（以後「10 cm 区」と記す），播種−1（cmolc kg ）CaO

突き固め充填した（佐々木ら，1998）．地表面下 0 cm から 20 cm には，基肥施肥量としてダイズ専用 2 号（N−P2

−1
−1
−3

乾燥
密度
三相分布

作付
固相 液相 気相年

表１ ダイズ栽培供試土壌の理化学性
Table 1 Chemical properties of ﬁeld soil

透水係数

ｐＨ

可給態ﾘﾝ酸陽イオン
ＥＣ （P2O5） 全炭素 全窒素 C/N
交換容量（ﾄﾙｵｰｸﾞ）比

交換性陽イオン

塩基 0.1M 塩酸可溶性
濃度
飽和
MgO K2O Na2O 度 Cd Cu Zn

培模型底部より地表面下 20 cm まで 10 cm ごとに秤量し，葉色値は，ミノルタ社製の葉緑素計 SPAD-502 を用いて，完全展開葉の１葉前（n−1 葉）を計測した．
2. 4. 5 収穫後の深さ別の根重割合
根の採取は，収穫後のダイズ栽培模型の 4 株を等分になるように区分けし，地表面下 10 cm ごとの深さで根と土壌の物理性 第 119 号（2011）32

表２ ダイズ栽培に用いた土壌の粒径割合
Table 2 Clods size distribution of 80 % pulverizability soil（％）
粒 径（cm）
〜1
1〜2
2〜3
3〜4
59
21
11
6
（80）

砕土率 80 ％
（

4〜
3

）は合計値

土壌を採取し，根洗いにより土壌を洗い落として行った．

て地下水位のふれはやや大きかった．40−10−40 cm 区で

1 株の根は 2 個体の根が入り組んでいるため，そのままは，播種後から開花期までの地下水位は 40.0 ± 1.6 cm で

風乾して秤量した．

あった．開花期から子実肥大期は 10.1 ± 1.4 cm であり，

2. 4. 6 収量および収量構成要素

それ以降は 39.8 ± 0.8 cm であった．

収量および収量構成要素については，3 カ年ともに子

よって，ほぼ目標の地下水位が維持できたと判断され実重および収量構成要素を調査した．子実重は，篩で選た．2007 年と 2008 年についても 2009 年とほぼ同様に各別した粒厚 0.55 cm 以上の種子を対象に測定した．

試験区とも地下水位を維持することができた．

2. 4. 7 ダイズ子実のカドミウム含有率

3. 2 地温および気温

ダイズ子実のカドミウム含有率は，粉砕試料 0.3 g から

6 月 1 日から 9 月 30 日のガラス室温は，秋田市の 2007

0.4 g を秤量し，濃硝酸 7.0 mL および過酸化水素水 0.5

年が 23.7 ± 2.2℃で，弘前市の 2008 年が 23.4 ± 3.1℃並び

mL を加えてマイクロウエーブ分解（鈴木・安井，1997）後，に 2009 年が 22.9 ± 3.1℃で，2007 年と 2008 年はほぼ同じ

適当な濃度に希釈し，Varian 社製 SpectrAA-880 を用い

気温で，2009 年の気温がやや低かった．また，3 試験区て電気加熱原子吸光分析法（日本工業規格，K0121，3，e）

による地温の違いは認められず，40−10−40 cm 区の開花で測定した．

期から子実肥大期の 10 cm 地温については，2007 年が25.1 ± 2.0℃で，2008 年が 24.6 ± 2.0℃並びに 2009 年が3. 結果と考察

24.0 ± 2.0℃であった．50 cm 地温は，2007 年が 25.9 ± 1.7℃

3. 1 地下水位で，2008 年が 25.9 ± 2.0℃並びに 2009 年が 25.2 ± 1.9℃と，2009 年の地下水位を 3 カ年の代表として Fig. 2 に示し

気温とほぼ同じ傾向にあった．

た．10 cm 区の地下水位は，作付け期間をとおして 10

これらのことから，ガラス室栽培は，2007 年の秋田市

cm が維持され，40 cm 区の地下水位についても同様に作と 2008 年並びに 2009 年の弘前市では地温の傾向に大き付け期間をとおしておおむね 40 cm で，10 cm 区に比べな違いはないものと考えられた．

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図２ ダイス栽培模型の地下水位（2009 年）
Fig. 2 Groundwater level with soybean culture devices

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論文：地下水位制御による土壌の酸化還元がダイズの生育収量およびカドミウム吸収におよぼす影響

33

3. 3 根域の Eh

元状態を繰り返す傾向が見られた．子実肥大期後の地下2009 年の根域の Eh について Fig. 3 に示した．土壌の水位を 40 cm に下降した場合にも，地表面下 10 cm，20

酸化状態および還元状態の判別は 300 mV 以上を酸化状

cm および 30 cm は，下降から 1 日から 2 日間で急激に態，これに満たない場合を還元状態とした（山根，1982）．

酸化状態となった．地下水位の上昇下降で，地下水位付

10 cm 区は，土壌充填時で各地表面下の Eh は 550 mV

近の土壌は短期間で酸化状態や還元状態に変化することを超えた酸化状態であったが，播種日からおよそ 35 日でがわかった．これらの傾向は 3 カ年ともほぼ同様であっ

290 mV の還元状態となった．この還元状態は収穫日までた．

維持され，かつ，3 カ年とも同様だった．この一因は，土40 cm 区では，40−10−40 cm 区と同様に播種日からお壌充填時は酸化状態となったが，地下水位が上昇したこ

よそ 15 日で地下水位 40 cm 以下が還元状態となり，収穫とにより，封入された空気が抜け，さらには，土壌中の日まで維持できた．この現象も 3 カ年ともに同様に観察

微生物により酸素が消費されたためであると考えられた．

された．

40−10−40 cm 区では，初期の設定地下水位 40 cm 以

このように 3 カ年 10 cm 区，40−10−40 cm 区および下が播種日からおよそ 20 日で還元状態となった．また，

40 cm 区で，同じ Eh の傾向が得られ，各地下水位の設定

地表面下 5 cm，10 cm，20 cm および 30 cm は実験開始

により，酸化状態や還元状態を確認できた．

時より酸化状態であった．開花期に地下水位を 10 cm に

3. 4 生育状況および収量，収量構成要素上昇させたことで，地表面下 10 cm，20 cm および 30 cm

3. 4. 1 生育状況

は，上昇から 1 日から 2 日間で急激に還元状態となった．

開花期は，3 カ年をとおして 3 試験区ともおおむね 7

開花期から子実肥大期の地表面下 10 cm は酸化状態と還月 20 日であった．40−10−40 cm 区の開花期から子実肥㉄ൻㆶర㔚૏䋨䌭㪭䋩

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図３ ダイズ栽培模型の（Eh）酸化還元電位（2009 年）
Fig. 3 Eh values in the soybean culture devices

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土壌の物理性 第 119 号（2011）

34

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図４ ダイズの主茎長および葉緑素値（2009 年）
Fig. 4 Main stem length and chlorophyll values of soybeans

大期の地下水位制御期間は，2007 年では 7 月 21 日から 9したことから，伸長した根の機能が低下したことによっ

月 9 日までの 50 日間，2008 年では 7 月 22 日から 9 月 13て葉色値は微増になり，開花期前までの生育状態を維持

日までの 53 日間および 2009 年では 7 月 24 日から 9 月 11

できなかったと考えられた．その結果 40 cm 区より低い

日までの 50 日間とした．収穫期は 10 cm 区が 10 月 1 日（播収量となった．これらのことから，50 日程度の地下水位

種後 123 日）頃で，40−10−40 cm 区と 40 cm 区が 10 月

を 10 cm とした処理は収量の増加に寄与しないと考えら

13 日（播種後 135 日）頃であった．

れた．また，10 cm 区の収穫期が早かったのは，地下水

2009 年の主茎長および葉色について Fig. 4 に示した．

位が継続的に高いことによる根や根粒の活力の低下によ

10 cm 区の主茎長は，およそ 38 日前後を境にして，40るものと推察された（阿江 ･ 仁紫，1983 ; 桑原，1988 ; 杉

cm 区と 40−10−40 cm 区との差が生じ，これは前述の 10

本 ･ 佐藤，1990 ; Shimada et al.，1995）．

cm 区の地下水位 10 cm 以下の Eh が還元状態となった日

これらのことから，地下水位が高い場合は，全期間をとほぼ同じであった．3 カ年ともに 40cm 区と 40−10−とおして主茎長や葉色が劣り，さらに，子実収量が低下

40cm 区の主茎長は，10cm 区の値に比べ長くなった．初することがわかった．

期生育においては主茎長の測定はできなかったが，草丈

3. 4. 2 収穫後の区間別の根重割合

では，出芽直後から 10 cm 区が 40−10−40 cm 区や 40

Table 3 には，各試験区の地表面下 10 cm 区間ごとのcm 区に比べ低く，
この傾向は 3 カ年とも確認された（デー根重割合の 3 カ年の平均を示した．根重割合は，各試験

タ省略）．

区ともに地表面下 0 cm から 10 cm の区間で根の占める葉色では，3 カ年ともに 10 cm 区で播種日から開花期

割合が最も多かった．根重割合が地表面下 0 cm から 10頃まで，葉色値の下降傾向が見られた．マメ科作物は，

cm の区間でほとんどを占め，地下水位の状況でその割合

一般に過湿土壌では酸素不足で発芽率が低下しやすく，が異なることは，柴田 ･ 遠藤（1976），中島ら（1983），

その生育は発芽直後から劣り，最終的には子実収量を低桑原（1988），御子柴（1990），Shimada et al.（1995）お下させると述べられている（有原，2000）．このことより，

よび小柳（1998）などにより報告されている．本試験結10 cm 区では，過湿による酸素不足による生育低下が推果でも同様に，地表面下 0 cm から 10 cm の区間でほと察された．さらに，その後の地下水位 10 cm 以下の Eh

んどの根が存在していた．10 cm 区はその割合が最も高が還元状態を示したことから，主茎長や葉色値で 40 cm

く 99 % 以上であった．同区は深度方向に根重割合が減少

区や 40−10−40 cm 区に比べ，10 cm 区が低い状態となっし，地表面下 20 cm の区間まで根跡が認められる程度でたと考えられた．40−10−40 cm 区では 3 カ年ともに，地あった．
0 cm から 10 cm 深では細い根がマット状に広がっ

下水位を 10 cm に上げた日から 20 日目頃以降から，葉色ていた．40 cm 区では太い根が地下水位のある深さ 40

値が 10 cm 区を下回った．これは地下水位を 10 cm に上

cm まで伸びていた．40−10−40 cm 区では深さ 10 cm ま

げた直後から地下水位 10 cm 以下の Eh が還元状態を示

での根がマット状に広がり，さらに根跡は初期の設定地

論文：地下水位制御による土壌の酸化還元がダイズの生育収量およびカドミウム吸収におよぼす影響

35

表３ 収穫後の深さ別の根重割合
Table 3 The rate of root weight in every 10 cm layer（%）
深さ（cm）
20 〜 30−
0.7 ± 0.44
9.7 ± 3.97

試験区

0 〜 1010 〜 2010 cm 区
99.8 ± 0.23
0.2 ± 0.23
40−10−40 cm 区
95.0 ± 5.77
4.0 ± 4.97
40 cm 区
70.3 ± 10.25
14.4 ± 2.66
2007 年から 2009 年の 3 カ年の平均である．
±の数値は標準偏差を示す．

30 〜 40−0.3 ± 0.35
5.4 ± 4.68

40 〜 50−0.1 ± 0.04
0.2 ± 0.12

下水位 40 cm まで直根が確認でき，側根は痕跡を認める

内粒数で有意に多く，40 cm 区と 40−10−40 cm 区が茎程度で，根重は 40 cm 区よりも少なかった．3. 4. 1 で述太で有意に 10 cm 区より太かった．

べた生育状況では，
40−10−40 cm 区で 20 日目頃以降から，2009 年の 40 cm 区は，40−10−40 cm 区と 10 cm 区に葉色値が 10 cm 区を下回っていることから，地下水位を比べ 1 個体当たりの莢数と子実重で有意に増収となり，上げた時期から 0 cm から 40 cm の区間の根の機能は急40−10−40 cm 区と 10 cm 区では有意差はなかったもの

速に低下したものと考えられた．そのため，生育環境ののダイズ栽培模型当たりの総莢数や総子実重では 40−10変化に対応し，0 cm から 10 cm の区間の根が増加したも−40 cm 区が 10 cm 区より多い傾向であった．その他ののと推測した．

収量構成要素では百粒重で 40 cm 区と 10 cm 区が，40−

各試験区ともに本装置は，汎用水田において問題とな

10−40 cm 区よりも有意に重かった．主茎長は 40 cm 区る耕盤を破砕した条件を考えておこなったが，酸化的なと 40−10−40 cm 区が 10 cm 区に比べ有意に長く，茎太

土壌領域において，根が旺盛に分布することがわかった．

で 40−10−40 cm 区が有意に太かった．

40−10−40 cm 区が 40 cm 区と 10 cm 区の両方の特徴を

3 カ年をとおして 1 個体当たりの莢数と子実重は，40併せ持った形態をしているのは，開花期前までは 40 cm

cm 区が 40−10−40 cm 区と 10 cm 区に比べ有意に多く，区と同条件で栽培管理されていたので根域も深かったが，ダイズ栽培模型当たりの総莢数や総子実重でも増収とな

開花期以降に地下水位 10 cm となったことにより，地下り，世古ら（1987）や Shimada et al.（1995）の報告と同水位 10 cm より浅い根域が長い期間水分が飽和状態にな様の結果であった．10 cm 区は 3 試験区で最も生育が劣り，り，生育不適な環境下となったと推測された．そのため，かつ，減収となった．40−10−40 cm 区のように地下水位伸長した直根は機能が低下し，かつ，側根は痕跡を認めを 40 cm から 10 cm に上げた場合は，ダイズに嫌気的スる程度まで減退して，10 cm 区と同様の酸化的な土壌領

トレスを与えることになり，伸長した根を減退させ，酸域の表面に根の大部分が分布するようになったと考えら化状態である深さ 10 cm までの層において細根が広がる

れた．汎用耕地化のための技術指針編集委員会（1979）は，

ものの根域が制限された．しかし，開花期前の地下水位

地下灌漑水の上昇の高さは作物根群域を目標にし，間隙40 cm とした期間の生育により，10 cm 区より総莢数おが水で飽和状態になる深さは有効土層下端として，根系

よび総子実重で多くなる傾向であった．

を長い時間飽和状態にしておくことは望ましくないとし

このことから，開花期以降の多量の水供給を確保してている．本試験では，地下水位が高いことや地下水位を水不足の影響を回避することを目的とした生育時期に応大きく制御させることによる酸化的な土壌領域の制限がじた地下水位制御は，酸化状態である深さまでの層に根生じ，このことが，根域分布の制限につながり，生育の域が制限されることがわかった．

優劣に生起したものと考えられた．
3. 4. 3 収量および収量構成要素

3. 5 カドミウム含有率
収穫時の子実のカドミウム含有率は，2007 年では 40

2007 年では，1 個体当たりの莢数と子実重で有意に 40

cm 区，40−10−40 cm 区および 10 cm 区の順で高い傾向

cm 区が最も多く，次いで 40−10−40 cm 区となり，10であった（Fig. 5）．2008 年では，40 cm 区が 40−10−40

cm 区が最も劣った（Table 4）．その他の収量構成要素でcm 区と 10 cm 区に比べ有意に高い含有率となり，2 カ年は主茎長，茎太および百粒重で 10 cm 区が有意に劣り，

続けて 40 cm 区が高くなった．2009 年では 40 cm 区と 10

分枝数は 40 cm 区と 10 cm 区が 40−10−40 cm 区に比べcm 区で同じ含有率となり，40−10−40 cm 区に比べ有意有意に優った．

に高い含有率となった．しかし，3 カ年をとおして 10 cm

2008 年の 1 個体当たりの莢数と子実重では有意に 40
cm 区が最も多く，次いで 10 cm 区，40−10−40 cm 区の区と 40−10−40 cm 区は，40 cm 区に比べ低い傾向であった．

順位となった．7 月下旬に 10 cm 区で立枯病害により 1

2009 年の地表面下 5 cm は，10 cm 区，40−10−40 cm

個体枯れて欠損した．さらに，8 月中旬にかけてウコン区および 40 cm 区で作付け期間をとおして酸化状態で，ノメイガが発生し，特に 40−10−40 cm 区での被害が著

これは 3 カ年ともに同様の結果であった．開花期から子

しく，莢数に影響をおよぼして減収となった．また，40

実肥大期の地表面下 10 cm については，40−10−40 cm

cm 区が 40−10−40 cm 区と 10 cm 区に比べ分枝数と 1 莢

区では，Eh が 300 mV から 0 mV の範囲で期間のほとん

試験区

主茎長

（cm）

分枝
（本）

茎太
（mm）

１莢内粒数
（粒 莢−1）

莢数（莢 個体−1）

総莢数
（莢）

（g）

百粒重

2007

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10 cm 区
a80.3 ± 6.3
a7.1 ± 0.8
a9.1 ± 0.5
a1.90 ± 0.05
a 61.9 ± 11.3
495
a33.1 ± 2.0
40-10-40 cm 区
b99.9 ± 2.9
b5.9 ± 0.8
b10.9 ± 0.9
a1.97 ± 0.06
b 84.0 ± 16.3
672
b37.8 ± 1.7
40 cm 区
b94.8 ± 3.5
a7.5 ± 1.2
b10.9 ± 0.5
a1.92 ± 0.09
c105.4 ± 10.5
843
b37.4 ± 1.5
10 cm 区
a99.2 ± 4.1
a4.6 ± 0.5
a9.7 ± 1.5
a2.05 ± 0.07
a65.0 ± 12.5455
a35.2 ± 1.8
2008 40-10-40 cm 区
a103.0 ± 5.4
a4.6 ± 0.5
b11.5 ± 1.6
a2.05 ± 0.08
b57.9 ± 13.5
463
a34.0 ± 2.3
40 cm 区
a99.8 ± 3.9
b6.8 ± 1.2
b10.7 ± 0.9
b1.92 ± 0.11
c124.5 ± 18.3
996
a36.0 ± 2.1
10 cm 区
a86.4 ± 4.9
a4.8 ± 1.6
a9.8 ± 1.4
a2.00 ± 0.05
a65.3 ± 16.2
522
a39.6 ± 0.9
2009 40-10-40 cm 区
b105.1 ± 3.5
a5.4 ± 1.1
b12.2 ± 1.7
a1.95 ± 0.07
a74.1 ± 6.2
593
b37.5 ± 2.1
40 cm 区
b104.6 ± 4.8
a6.3 ± 1.4
a10.5 ± 0.9
a1.94 ± 0.09
b120.1 ± 20.4
961
a40.8 ± 0.9
危険率 5 % で Tukey 検定を行い，表中の異なる英小文字の符号は各年度試験区間に有意差があることを示す．
各試料数は 4 株の合計 8 個体の平均である．但し，2008 年の 10 cm 区のみ 7 個体の平均である．±の数値は標準偏差を示す．
総莢数および総子実重は，8 個体の合計である．但し、2008 年の 10 cm 区については 7 個体の合計である．
百粒重，子実重および子実重は，15 % 水分換算値である．

年

作付

表４ 収量および収量構成要素
Table 4 Growth ，yield and yield component

子実重a36.8 ± 6.6
b59.0 ± 11.6
c71.1 ± 9.3
a45.0 ± 6.0
b39.7 ± 9.5
c83.2 ± 14.4
a51.1 ± 12.5
a53.8 ± 4.7
b91.8 ± 16.2

（g 個体−1）
294
472
569
315
318
660
409
430
734

（g）

総子実重

同左比
62
（100）
121
99
（100）
208
95
（100）
171

（％）

36

土壌の物理性 第 119 号（2011）
どが還元状態であり，40 cm 区は，期間をとおして Eh が酸化状態を示した．これらに対して，10 cm 区の Eh は300 mV から 400 mV と酸化状態であった期間が長かった．

このことが原因で 40 cm 区と 10 cm 区で同じカドミウム

含有率となったものと推測された．
水稲ではカドミウムの吸収抑制技術として，土壌中のEh を−130 mV ないし−160 mV 以上に管理することでカドミウムが難溶化することから（伊藤 ･ 飯村，1975），出穂の前後 3 週間のカドミウムが吸収されやすい期間に圃場を湛水状態として還元状態に維持することが指導されている（秋田県農林水産技術開発推進会議，2003）．
Pongpattanasiri ら（2005）は、地下水位に違いはあっても，水稲根は深部まで伸びて深さごとの根重分布には差がないことから，酸化還元状態の相違によるカドミウ

ムの難溶化が吸収量の差をもたらしていると考察している．

によりカドミウムの吸収抑制がもたされる可能性があり，ダイズの場合は，深部への根の伸長は制御され，これダイズのカドミウム吸収を抑制させるためには、水稲の吸収抑制とは異なる方法が必要であると考えられた．すなわち，ダイズにおいては，開花期から最大繁茂期は多量の水分を必要とする時期であることから，カドミウムが吸収されやすい時期である（織田ら，2004 ; 箭田ら，

2004）
．この開花期以降の地表面下 10 cm の土壌 Eh が，300 mV 未満から 0 mV もしくはそれよりも低い値の還元状態であれば，カドミウム吸収が抑制されると推測された．また，武田ら（2010）は客土法と遮根シートを用いて根域制限することで，葉菜類の収量を確保し，カドミ

ウムの吸収は抑制できることを報告している．よって，地下水位の変化に対し土壌 Eh はすみやかに反応することから，地下水位制御により開花期以降に土壌を還元状態にすることは，ダイズのカドミウム吸収を抑えられる技術であると考えられた．

今後は，カドミウム含有量が高い土壌での地下水位制

御による土壌の酸化還元状態や深度別の根の生理的な役割に着目したカドミウム吸収抑制技術の検討が必要であ

る．

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図５ ダイズ子実のカドミウム含有率
Fig. 5 Cadmium concentration of the soybeans grain

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論文：地下水位制御による土壌の酸化還元がダイズの生育収量およびカドミウム吸収におよぼす影響

4. まとめ37

う面からは，有用な技術であることが推測された．地下
水位制御による土壌の酸化還元状態や深度別の根の生理

本研究は，地下水位制御によるダイズ栽培で土壌の酸的な役割に着目したカドミウム吸収抑制と収量を維持す

化還元層が生育収量および子実中のカドミウム吸収におる栽培技術には多くの検討事項があることがわかった．

よぼす影響について明らかにすることを目的にモデル栽

謝辞

培試験を行った．モデル栽培試験は，砕土率 80 % の水田土壌を用いて，これまでの研究で不明確であった根の Eh

本研究を遂行するにあたり，栽培管理では弘前大学農環境を明確にしつつ，栽培に良好とされる地下水位 40

学生命科学部地域環境工学科学生の斉藤拓生さん並びに

cm 区，根域のほとんどが飽和状態となる地下水位 10 cm

林えりかさんには多大の協力を受けた．また，秋田県農区および生育時期に応じて地下水位制御する 40−10−40

林水産技術センター農業試験場生産環境部の職員には試cm 区について，栽培試験を 3 カ年行った．

料分析にあたり多大の協力を受けた．記して各位に謝意

地表面下 5 cm の Eh は，作付け期間をとおして 3 試験を表します．

区ともに酸化的に推移した．10 cm 区では，地表面下 10

引用文献

cm より下部は作付け期間をとおして還元状態となった．
40 cm 区は，作付け期間をとおして地下水面より上部が

阿江教治 , 仁紫宏保（1983）: ダイズ根系の酸素要求特性および酸化状態で下部が還元状態となった．40−10−40 cm 区で水田転換畑における意義 . 土肥誌 , 54: 453-459.

は，10 cm，20 cm，30 cm 深の測定値は地下水位の下降

秋田県農林水産部（2004）: 大豆指導指針 . pp. 113-115.

上昇で酸化還元状態が大きく変わるが，40 cm と 50 cm

秋田県農林水産技術開発推進会議（2003）: カドミウムの吸収深の値は測定開始約 20 日目より還元状態となった．本試

抑制に対する湛水管理の効果 . 平成 14 年度秋田県実用化

験は，地下水位制御による酸化状態や還元状態を明らかにしつつ栽培実験ができたと判断された．
10 cm 区は，40 cm 区に比べ全期間をとおして主茎長や葉色で劣り，子実収量が低くなった．40−10−40 cm 区
は，開花期から子実肥大期にかけて地下水位を 10 cm にできる試験研究成果 , 21-22.
秋田県植物防疫協会（2007）: 秋田県農作物病害虫・雑草防除基
準 . pp. 41-47.
有原丈二（2000）:ダイズ安定多収の革新技術 . pp. 1-235, 農文協 ,東京 .

上げたことで，地下水位より下部の土壌の還元により生

藤森新作（2003）: 低コスト地下灌漑システム「FOEAS」. 農業

育不良となり，開花期以前の生育状態を維持できなかっ技術体系 , 作物編 8, 追録 25, pp. 技 1028 の 2-1028 の 7, 農

た．

文協 , 東京 .

収穫期の根量割合は，各試験区ともに地表面下 0 cm から 10 cm の区間で根重割合が最も多く，深くなるにつれ割合が減少した．40 cm 区では太い根が地下水位 40 cmまで伸びていた．40−10−40 cm 区は深さ 10 cm までの根がマット状に広がり，さらに根跡も初期の設定地下水位である深さ 40 cm まで見られた．10 cm 区は，地表面
下 20 cm までに根跡が見られるが，根重割合の 99 % 以
上が 0 cm から 10 cm の区間に存在し，かつ，マット状に広がった細い根であった．40−10−40 cm 区の根は，40
cm 区と 10 cm 区の両方の特徴を併せ持った形態をしていた．
40 cm 区は，3 カ年ともに 1 個体当たりの莢数と子実重

藤森新作（2005）: 低コストで操作が容易な地表・地下水位制御システムの開発 . 圃場と土壌 , 37: 20-24.
汎用耕地化のための技術指針編集委員会（1979）: 汎用耕地化のための技術指針 （. 社）農業土木学会 , pp. 1-120.
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で 40−10−40 cm 区と 10 cm 区に比べ有意に多く，ダイ

村上章 , 佐々木長市 , 安中武幸（2007）: 汎用水田におけるダイズ栽培模型当たりの総莢数や総子実重でも増収となった．

ズ多収を目指した地下水位制御の試み . 土壌の物理性 ,10 cm 区は 3 試験区で最も生育が劣った．40−10−40 cm

107: 45-55.

区は，地下水位を 10 cm に上げる開花期前の生育により中島征志郎 , 石橋祐二 , 松原徳行 , 陣野久好（1983）: 転換畑の10 cm 区より総莢数および総子実重では多い傾向であっ地下水位が作物の生育および土壌の理化学性におよぼす

た．

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収穫時の子実の 40−10−40 cm 区並びに 10 cm 区のカド
ミウム含有率は，40 cm 区に比べ低い傾向であった．

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40−10−40 cm 区のダイズは，地下水位の変化に対し

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Eh はすみやかに反応し，生育期間中の地下水位の過度なhttp://www.s.aﬀrc.go.jp/docs/pdf/2008.pdf

上昇は，根の多くを枯死させたため，40 cm 区よりも収

織田久男 , 箭田（蕪木）佐衣子 , 川崎晃（2004）: 水耕栽培ダイズ

量は劣った．しかし，地下水位制御により開花期以降にの生育時期別に曝露したカドミウムの子実への移行特性 .

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要旨

地下水位制御によるダイズ栽培で土壌の酸化還元層が生育収量および子実中のカドミウム吸収におよぼす影響について明らかにすることを目的とした．水位を制御できる 3 試験装備を設けて大豆を栽培した．
試験装備は，それぞれ地下水位を 10 cm と 40 cm で固定した試験区および開花後約 50 日間のみ地下水
位を 40 cm から 10 cm に上昇固定した試験区（40−10−40 cm 区）で行った . これらの試験装備は同じ
砕土率 80 % の水田土壌を用い，試験は 2007 から 2009 までの 3 カ年行った．
１）3 試験区は，作付け期間をとおして設定した地下水位の上部土壌は酸化状態で，地下水位の下部土壌は，還元状態であった．40−10−40 cm 区は，設定した地下水位の上下により短期間で酸化状態や還元状態に変化した．
２）3 試験区の根重は，酸化状態である 0 cm から 10 cm の区間で最も多く，深度方向に減少した．40−10−40 cm 区と 10 cm 区は，深さ 10 cm まで根毛状の細根がマット状に広がっていた．40 cm 区は太い根が 40 cm 深まで認められた．40−10−40 cm 区は，深さ 10 cm 以下に根は少なかったが，40 cm 深まで存在が確認された．
３）10 cm 区の収量は，40−10−40 cm 区や 40 cm 区に比べ低くなった．40−10−40 cm 区と 40 cm 区は，開花前までは同様な生育あったが，40−10−40 cm 区は，40 cm 区より生育が劣り減収した．
４）収穫時の子実のカドミウム含有率は，10 cm 区と 40−10−40 cm 区は，
40 cm 区に比べ低い傾向であった．
５）地下水位制御により開花期以降に土壌を還元状態にすることは，カドミウムの吸収抑制に有効であることが示唆された．
キーワード：ダイズ，伸縮性越流水閘，地下水位制御，酸化還元電位（Eh），カドミウム吸収抑制