技術資料

大区画泥炭水田圃場内における泥炭の収縮性の違いと不同沈下の要因
長竹新清水真理子

奥田涼太

横川仁伸

はハンノキ、ヨシを主な構成植物とする低位泥炭であ１．はじめにる。調査圃場は、2015年に国営農地再編整備事業によ
北海道の水田地帯では、食料生産の体質強化に向け、り約1.2ha（長辺方向に170m、短辺方向に70m）に拡担い手への農地集積と圃場の大区画化・汎用化が推進大されたものである。圃場には、長辺と平行に0.2%のされている。

下り勾配の暗渠（吸水渠）が10m間隔を基本として設北海道の主要な水田地帯である石狩川流域は日本最置されている。

大の泥炭分布地帯でもある。泥炭地域の農地では地下調査圃場では2016年から2018年までは移植、2019年

水位の低下がきっかけとなり圃場の沈下が生じやすは乾田直播による水稲栽培を行った。また、11月末かい。一筆圃場内において沈下量が面的にばらつく（不ら翌年4月初めまでの約4ヶ月間は、水位調整型水閘を同沈下する）ことで田面に標高差が発生すると、水田水閘内水位が圃場面から－40cmよりも高くなると排として利用する際は湛水深の均一な管理が難しくなっ水されるように設定した。

たり、畑利用する際は圃場表面の乾湿ムラが生じたり調査圃場を過去の土地利用と大区画化の際の切土・という営農上の問題が生じる。泥炭地域においては、盛土の違いによって次のA、Bの2つの区域に分けた。

営農の中で圃場面を均平にすることで不同沈下に対処

・A区：大区画化の際の切土区域で、大区画化までのできる区画の大きさという観点から、大区画圃場の適10年以上の間の土地利用が水田の区域。

正規模の検討 がなされている。このように、泥炭地

・B区：大区画化の際の盛土区域で、大区画化までの域の圃場の大区画化にあたっては、不同沈下が大きな10年以上の間の土地利用が畑の区域。

問題であり、早急にその要因を解明し、効果的な対策

以上のA、B区内に調査地点を3点ずつ設定し（図－に結び付けていくことが必要である。

1(a)）、後述の土壌試料採取、沈下量計測、地下水位

1)

既報 では大区画圃場内での沈下量が圃場内の地下計測を行った。なお、調査地点は吸水渠同士の中間水位勾配の影響を受けていることを示した。一方、泥地点（吸水渠から5m離れた地点）に設定した（図－炭の圧縮や圧密のされやすさは、過去の排水履歴の影

1(c)）。

2)

響 や撹乱の影響 等を受けることが報告されており、
3)4)

土地利用履歴や大区画化の際の切土・盛土が不同沈下

２．２

土壌の物理化学性と泥炭の収縮性に影響を及ぼしている可能性もある。本技術資料では調査開始前の2016年11月と2017年4月、調査終了後圧縮や圧密以外の沈下要因の一つである収縮についの2019年10月に各調査地点において深さ100cm程度のて、圃場の大区画化の前の土地利用や大区画化の際の作業坑の土壌断面から撹乱土壌試料と不撹乱土壌試料切土・盛土の影響を検討する。また、観測された圃場を採取した。不撹乱土壌試料の採取には100cm3と50内での沈下量の違いについて、地下水位と泥炭性状のcm3の試料円筒を用いた。土壌試料の採取は、表層の影響を考察する。

鉱質土層と、図－1(b)のようにH1～H3の3層に分けた泥炭層のそれぞれの中心付近から採取した。H1層は－40cm～－60cmまでとし、B区では盛土層がすべて２．調査地と方法含まれるようにした。H2層は－60cm～－80cmまでと２．１調査地と圃場の概要した。H3層は－80cm～－100cmまでで、ほとんどの調査は北海道美唄市に位置する一筆の水田におい期間において地下水面より下にあると考えられる層でて、2017年4月から2019年10月まで行った。調査圃場

ある。泥炭試料は、調査開始前ではH2とH3の2層から、の鉱質土層の厚さは約35cmであり、その下には約6m

調査終了後ではH1～H3の3層から採取した。不撹乱土の厚さの泥炭層がある。表層1m以内に出現する泥炭壌試料を乾燥密度、孔隙率、重量含水比の分析に用い、寒地土木研究所月報№813

2021年１月

13撹乱土壌試料を強熱減量の分析に用いた。

条件での試料体積と重量を測定した。なお、収縮とは、泥炭の収縮量の測定は、2019年10月に採取した50試料の含水比が低下した際に、水の表面張力により試cm の不撹乱試料を用いて行った。収縮量の測定では、料中の間隙が縮むことで試料体積が減少することを指

試料の水分条件を毛管飽和状態から土壌水分ポテンシし、試料に外力が加わることで体積が減少する圧縮や、ャルが－63、－316、－502cm（pF=1.8、2.5、2.7に相当）

その際に間隙水の排除を伴う圧密とは区別する。

3になるように段階的に脱水させながら調整し、各水分

図－1

14

調査圃場の(a)切り盛りと調査地点の俯瞰イメージ、(b)長辺方向の横断面イメージ、(c)調査地点の断面イメージ

寒地土木研究所月報№813

2021年１月

図－2 調査開始前および調査終了後に採取した泥炭の物理化学性の深度分布
マーカーとエラーバーはそれぞれ3反復の中央値と最大、最小値を表す。

２．３

３．結果と考察

沈下量計測

沈下量計測は、圃場面標高と泥炭層内の2深度（－60cmと－80cm）に設置した沈下板（図－1(c)）の標３．１

土壌の物理化学性高を2017年4月から2019年10月まで半年ごとに測定す

鉱質土の単位面積あたりの乾土量は、A区（0.36ることで行った。使用した沈下板は300mm×300mm±0.08 Mg m－2）とB区（0.42±0.06 Mg m－2）で有意×8mmの有孔の塩化ビニル板で、一辺を鋭角に処理な差は無かった。

した。調査開始前に各観測点で小坑を掘削し、撹乱さ泥炭の物理化学性は、調査前と調査後のどちらにおれていない断面に沈下板を水平に差し込んで設置しいても乾燥密度はB区がA区より大きく、孔隙率、強た。この時、沈下板周辺の泥炭を乱さないように、沈熱減量、重量含水比はA区がB区より大きい傾向であ下板の鋭角に処理した辺からゆっくり差し込んだ。沈った（図－2(a)～(h)）。また、各項目のA区とB区の下板の標高は、地表からゾンデ（長さ1mで先の尖っ差は深度が浅いほど大きく、深度が深いほど両区の差た棒）を垂直に差し、その頂部の標高を計測することは小さくなるか、もしくは地点間のばらつきが大きくで求めた。

両区の差が明瞭でなくなる傾向であった。B区では、盛土時の泥炭の撹乱（例えば練り返しや土砂の混入等）

２．４

地下水位と降水量計測の影響や過去に畑利用されていた時の排水に伴う収縮

地下水位の計測は、各調査地点の圃場面から約－や圧縮、圧密等の影響等により、A区に比べて泥炭の150cmに有孔の塩化ビニルケースに格納した圧力式水孔隙率と有機物含量、重量含水比が小さく、乾燥密度位計を埋設し（図－1(c)）、30分間隔で行った。降水が大きくなったと考えられる。

量は、調査圃場近傍で転倒マス式雨量計により測定した。

３．２

泥炭の収縮性A区の泥炭はB区の泥炭よりも脱水量ならびに脱水時の体積収縮が大きい傾向であった（図－3(a)、(b)）。B区の泥炭は盛土時の撹乱の影響や、過去の畑
寒地土木研究所月報№813

2021年１月

15

利用時における排水に伴う収縮や圧縮、圧密等の影響の沈下量はすべての深度でB区がA区よりも大きい傾を受け、A区の泥炭に比べて間隙からの水の排除が進向であった。これは、B区がA区よりも地下水位が低んでいたため、新たに収縮しにくかったと考えられる。

くなりやすいことが影響したと考えられる。

収縮の測定に供した試料は調査開始から2年半経過

圃場面と沈下板の各深度間の層厚変化をみると、ました時点で採取しているため、調査開始時から試料採ず圃場面と－60cmの沈下板の間の層厚は時間ととも取までの間の収縮や圧縮、圧密等の影響を受けている。に増減し、A区とB区の大小関係は一定ではなかった

しかし、泥炭の物理化学性のA区とB区との差の傾向（図－5(a)）。次に－60cmと－80cmの間の層厚、すなは調査開始前と終了時で同じであったことから、調査

わちH2層の層厚は、A、B両区とも緩やかに減少する

開始時点においてもB区の泥炭はA区の泥炭よりも収傾向であり、A区はB区よりも常に積算の層厚変化量縮を受けにくかったと考えられる。

が低い傾向であった（図－5(b)）。このH2層の層厚以上の結果と、排水履歴のある泥炭はそうでない泥変化におけるA区とB区の大小関係と、同じくH2層の炭よりも圧縮や圧密がされにくい ということ踏まえ収縮のしやすさにおけるA区とB区の大小関係（図－て、B区の泥炭はA区の泥炭よりも体積変化をしにく3(a), (b)）は一致する。３．２で述べたように、過い性質であった可能性が考えられる。

去の排水履歴が少ないA区のH2層はB区のH2層より3)も収縮しやすかった。圧縮や圧密のされやすさについ地下水位と沈下量、層厚の経時変化ても同様に、排水履歴が少ない方が圧縮や圧密をされ圃場の水位は－75cm～+10cmの間で変動し、A区

やすい3)とすると、A区とB区でのH2層の層厚変化のとB区の水位は同等か、もしくは水位が低下する時に違いは、調査期間中の地下水位の違いよりも泥炭の収B区の水位がA区の水位よりも低く推移する傾向であ

縮のしやすさ、圧縮や圧密のされやすさの違いに強くった（図－4(b)）。1年のうち最も水位が低くなる4月影響されたと考えられる。

３．３にA区とB区の水位差が最大となり、その差は最大で20cmであった。これは、吸水渠の設置勾配に従った地下水位の勾配が圃場内に生じたためだと考えられる。
圃場面と沈下板は2017年4月から2018年4月までの1年間では2.5cm以上沈下し、2018年4月以降では浮き沈みを繰り返した（図－4(c)、(d)、(e)）。また、積算

図－4
図－316 水過程における(a)試料中の水体積と(b)試料体脱積の変化
マーカーとエラーバーはそれぞれ3反復の中央値と最大、最小値を表す。

(a)降水量、(b)地下水位深、(c)圃場面の積算標高変化量、(d)－60cmの沈下板の積算標高変化量、(e)－80cmの積算標高変化量の経時変化
マーカーとエラーバーはそれぞれ3反復の中央値と最大、最小値を表す。
寒地土木研究所月報№813

2021年１月

下量は、圃場内での水位差の影響を受け、水位が低くなりやすい箇所ほど大きかった。一方で、個別の層厚の変化は、圃場の地下水位の違いよりも過去の排水履歴の違いの影響を受け、排水履歴が少なくて収縮しやすく圧縮や圧密のされやすい層は排水履歴が多い層よりも層厚が減少していた。
圃場内において、収縮しやすく圧縮や圧密のされやすい泥炭が分布する区域と地下水位が低下しやすい区域とが重なるような圃場では、今回示した以上に不同沈下の傾向が大きくなる可能性がある。そのため、圃場の不同沈下への対策を検討するうえでは、圃場内での水位勾配に加え、大区画化の前の土地利用履歴や大区画化の際の切土・盛土の違いによる沈下への影響を
図－5(a)圃場面と－60cmの沈下板の間、および(b)－60cmと－80cmの沈下板の間の積算層厚変化量
マーカーとエラーバーはそれぞれ3反復の中央値と最大、最小値を表す考慮することが重要である。
また、今後の研究の展開として、今回評価した泥炭の収縮や、これまで報告されてきた圧縮や圧密に加え、分解についても土地利用履歴や整備履歴の影響を明らかにし、大区画圃場の不同沈下要因の解明を進めてい

調査終了時におけるA区とB区での積算沈下量の差、く予定である。

および標高の差はどちらも1cm程度と大きくない。これは、調査圃場では地下水位が低くなりやすい区域（B謝辞：本研究の実施にあたり、美唄市の関係農家、国区）と縮みやすい泥炭の区域（A区）が重なっていな

土交通省北海道開発局札幌開発建設部岩見沢農業事務

いため、沈下量差が大きくならなかったと考えられる。

所の関係各位にご協力を賜った。ここに記して謝意をしかし、これらの区域が重なる圃場においては沈下量表する。の差が大きくなる可能性があり、田畑輪換し畑利用する場合ではさらにその差が大きくなる可能性がある。

参考文献

そのため、不同沈下への対策を検討するうえでは圃場の大区画化の前の土地利用や大区画化の際の切土・盛1)土の影響についても考慮することが重要である。

北川巌・竹内晴信・横井義雄：石狩川水系の泥炭分布地域における大区画圃場の適正規模，北農，
69(2)，pp.146-150，2002.

４．

2)

まとめ

長竹新・新津由紀・清水真理子・中山博敬：大区
画泥炭圃場における沈下実態―調査1年目営農期

本技術資料では、大区画化された一筆の圃場内におの結果，寒地土木研究所月報，No.788，pp.39-44，

ける泥炭の収縮のしやすさ、および沈下量の違いの要因を検討した。泥炭の収縮のしやすさは、大区画整備

2019.
3)

梅田安治・平岡秀展：泥炭の乾燥履歴と圧密特の際の切土・盛土や過去の土地利用の影響を受けてい性について，土質工学会北海道支部技術報告集，ると考えられた。圃場内の切土部かつ水田跡の区域の20，pp.37-44，1980.

泥炭は盛土部かつ畑跡の区域の泥炭よりも収縮しやす4)

小野寺康浩・小野学：農耕地泥炭の表層部の圧かった。この要因として過去の土地利用の違いによる縮性について，寒地土木研究所月報，No.614，

排水履歴の違いや、盛土区域の泥炭の撹乱（土砂混入pp.45-49，2004.

や練り返し等）が考えられた。圃場内における積算沈

寒地土木研究所月報№813

2021年１月



17

18

長竹 新
NAGATAKE Arata

清水 真理子SHIMIZU Mariko

奥田 涼太
OKUDA Ryota

横川 仁伸
YOKOKAWA Hironobu

寒地土木研究所
寒地農業基盤研究グループ
資源保全チーム
研究員

寒地土木研究所
寒地農業基盤研究グループ
資源保全チーム
研究員
博士（農学）

寒地土木研究所
寒地農業基盤研究グループ
資源保全チーム
研究員

寒地土木研究所
寒地農業基盤研究グループ
資源保全チーム
上席研究員技術士（農業）

寒地土木研究所月報№813

2021年１月