学内競争的研究経費【個人研究助成】41福島大学研究年報 第16号
2020年11月.

令和元年度「学内競争的研究経費」【個人研究助成】
No

所属学系

代表者

研究(事業)課題

1 人間・生活大関彰久

特別支援学校に在籍している発達障害児の一般就労に向けた効果的な教育環境

2 心理

片寄

一

手書き文字の評価に使用する筆記装置の開発

3 文学・芸術半沢康

福島県方言の言語地理学的研究

4 法律・政治阪本尚文

歴史家の国際交流と戦後西洋学の形成――高橋幸八郎の未公開書簡を活用して

5 法律・政治林

6 社会・歴史西﨑伸子

原発災害による「トチノミ利用問題」の解明と解決過程に関する人類学的研究

7 経済

荒井

聡

営農組織の再編による農家所得の向上とコミュニティの活性化に果たすJAの役
割に関する研究

8 経済

小山

良太

食品中放射性物質検査に対する費用便益分析を通した食の安全性と風評被害対策に関する研究

9 経済

藤原

遥

福島原発事故対応の財政制度分析手法の研究

10 経営

原田

英美

福島県における地産地消の動向と地域内流通による農業活性化の可能性

11 数理・情報内海哲史

無線マルチホップネットワークNerveNetにおける高性能・低遅延輻輳制御の性
能評価

12 数理・情報笠井博則

拘束条件下での時間発展関数方程式に対する処罰関数法による近似理論の構築

13 数理・情報中川和重

偏微分方程式の新たな弱解によるアプローチ

14 数理・情報

三浦一之平面グラフの外ｋ角格子凸描画アルゴリズムの一般化に関する研究

15 機械・電子島田邦雄

新しい複合材料を使った電磁波シールド及び電磁波加熱に関する研究

16 機械・電子田中明

皮膚動画による映像脈波抽出とポーズの変化を利用した局所血行動態解析法の開発

17 機械・電子馬塲一晴

拡張テレパラレル重力理論での宇宙膨張の加速機構と三大物質組成の起源に関する研究

18 物質・エネルギー 浅田

隆志

Cu−Mn複合酸化物担持スギ炭の調製と一酸化炭素酸化触媒としての性能

19 物質・エネルギー 大橋弘範

牛乳の美味しさ変動分析のための福島発デファクト・スタンダードの創出と牛
乳変動分析

20 物質・エネルギー 大山

大

色素材料の化学的改良による太陽電池の高性能化

21 物質・エネルギー 杉森大助

細胞（ミトコンドリア）の元気度を測る酵素の研究※特許出願中のため、公開は差し控える

22 物質・エネルギー 中村

和正

カーボンナノファイバー強化炭素複合材料のマイクロ領域における摩擦特性

23 生命・環境

石川大太郎

振動分光法を用いた塩添加による水の構造化把握に関する基礎的研究

24 生命・環境

川﨑興太

特定復興再生拠点区域制度による帰還困難区域における復興まちづくりに関する研究

25 生命・環境黒沢高秀

福島県内の旧制中等学校の博物に用いられた植物標本の整理および分析

嶺那

混合研究法を用いた公務員就業意図に影響を及ぼす要因に関する研究42福島大学研究年報 第16号
2020年11月.

27 生命・環境

申文浩

時系列衛星データを用いた西アフリカの水管理状況の推定に関する調査研究

28 生命・環境平

修イメージング質量分析によるパーキンソン病の原因解明

29 生命・環境中村洋介

東京都心における、激震発生予測ゾーンの避難条件に関する研究

30 生命・環境

永幡

幸司「生きものの奏でる音」のマルチメディア学習教材の作成

31 生命・環境西村

順子

菌体外多糖生産能を有するLactobacillus reuteriの単離同定

32 生命・環境藤井力

清酒の貯蔵劣化臭老香（ひねか）生成機構の解析と抑制による高付加価値化法の開発

33 生命・環境横尾善之

データ不足流域における流況曲線の推定法の確立

34 生命・環境吉田龍平

過去発生した世界の農業気象災害は気候変動が原因か？

35 生命・環境吉永和明

福島県産なたね油の美味しさの評価

36 生命・環境

升本

早枝子

果実由来成分が老化モデルマウスの腸内細菌叢および生体調節機能に及ぼす影
響の検討

37 生命・環境和田敏裕

野外調査及び飼育試験による魚類の放射性セシウム汚染メカニズムの総合的解明43福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研究代表者

所属学系・職名 人間・生活学系・特任教授
氏

研 究 課 題名大関 彰久

特別支援学校に在籍している発達障害児の一般就労に向けた効果的な教育環境
An Effective Educational Environment for General Employment of Children with

成果の概要

Developmental Disabilities enrolled in Special Needs Schools.
1 研究背景少子化の中，知的障害特別支援学校の在籍者数は年々増加傾向にある。とりわけ高等部生徒の増加が顕著である｡福島県内の知的障害特別支援学校も同様の傾向にある。また，中学校の特別支援学級や通常の学級から高等部へ入学してくる生徒が多くなってきている。
中学校から高等部に進学してくる生徒たちの中には，知的障害の程度が極めて軽度である発達障害のある生徒が知的障害特別支援学校高等部に在籍しているケースが多くなってきている。このような発達障害のある生徒が高等部入学後，自己を見つめ，否定的な自分から肯定的な自分に成長していく中で自分に自信を持ち，一般就労につながっていった生徒たちがいる。
2 研究目的知的障害の程度が極めて軽度である発達障害のある生徒たちが学校生活を送る中でどのようにして一般就労につながっていったのか，生徒たちを取り巻く教育環境要因を整理・分析し，より効果的な教育環境を明らかにしていくことで，このような発達障害のある生徒の進路指導に貢献できると考える。また，
この知見は知的障害特別支援学校に在籍している生徒たちの進路指導にも活かすことができると考える。
3 研究方法
福島県内の知的障害特別支援学校 3 校にアンケート調査及び担当している教員へのインタビュー形式での聞き取り調査を実施した。調査内容は，発達障
害のある生徒の実態把握と進路状況，進路指導にかかる学習上の課題と支援，
生徒指導上の課題と支援等である。
4 調査結果と分析(1)知的障害の程度が軽度の発達障害生徒数

協力校の発達障害のある生徒の実態
150
100
50

101

86

79

67
31

25

8

21

9

0
A支援学校
高等部生徒数B支援学校
発達障害生徒数

C支援学校

知的障害が軽度の発達障害生徒数

グラフに示したとおり，協力校の高等部生徒の中には，知的障害の程度が軽度の発達障害のある生徒が一定数在籍している。また，診断名がついている生徒やその疑いのある発達障害生徒の在籍が多いことが分かる。

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福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

以下の(2)〜(5)の記述は，協力校 3 校のアンケート調査等から共通する課題
成果の概要

要

因を抽出し，それらに対しての支援について整理したものである。
(2)進路学習を進める上での課題【教師側の要因】
指導計画・指導内容等の見直し
・指導内容の系統性，学習内容の具体的な題材・時間数，3 年間を見通した年
間計画，各教科等との関連付け
専門性の確保・専門的な知識・技能，実態や目標の把握，教科間や学年間の共通理解
指導場面の設定◯実態差に応じた個別の対応，達成感や成就感を持たせる指導，作業能力の向上や集中力を高める指導，家庭との連携【生徒側の要因】
コミュニケーション◯コミュニケーションの取り方，他人の気持ちが分からない
意欲の欠如◯働く意欲が乏しい，学習意欲が乏しい，知識不足，経験不足，あきやすい，
やる気の欠如
自己理解不足◯将来像が描けない，素直な受け止めができない，見通しが持てない，不安感が強い，自己否定的，自己肯定感が低い，将来のイメージがもちにくい，現実と理想のすり合わせが難しい，自己中心的，理想や夢だけが先走り，現実感に乏しい(3)進路学習を進める上での支援
指導内容・指導計画の見直しや指導の工夫◯年間計画の作成，実態に配慮した課題設定・課題解決学習，体験的な学習，
他教科等との関連付け，職種・仕事内容（知識），目的や意義の理解，興味・関心のある題材・内容（生徒の実態把握），できたと感じる学習，横断的・系統的な年間計画，先の見通しを持たせる学習
意欲促進のための手だて◯気分転換の方法，休憩時間の過ごし方，楽しい経験，明るい雰囲気づくり，
安心して学校生活を送れる支援，集団の雰囲気づくり，自分の得意・不得意の理解，できるものから取り組む，自信をつけさせる，できた経験の積み上げ，得意な面を伸ばす，体験の重視
自己理解促進のための評価や振返り◯気づきなどを振り返る時間の確保，客観的な評価，自己の振返り，モチベー
ションの向上客観的観点での自己評価，他者評価の意識化，自己評価を高める（自己肯定感の向上），振返りと自己評価
学校全体での取組みの工夫◯年間指導計画の作成，過去の年間指導計画・単元展開集・ワークシート等を45福島大学研究年報 第 16 号
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参考にした年間計画の作成，個別のハンドブック作成，年間指導計画の一覧
成果の概要

表作成と各教科等とのつながりの確認，指導グループの細分化，ケース会議の実施，体験発表会の実施，実態に応じた指導の実施，進路セミナー，進路研修会の実施，実習先でのアドバイスや課題の共有，就労・生活支援センタ
ー担当者との巡回指導，進路先企業との顔合わせや生徒の実態の共有化(4)生徒指導上の課題
SNS◯SNS 関係のトラブル，LINE やオンラインゲーム等のトラブル，リスクマネジ
メントの意識が低い，インターネット等の利用方法
コミュニケーション◯異性に対してのコミュニケーションや距離感などの適切なかかわり方が難しい，自分の思いや考えをうまく表現できない，相手の気持ちを考えずに発言しトラブルになる，自分の気持ちを優先しその場で求められている言動ができない，先輩や先生に対して適切な言葉遣いができない
自己理解不足◯自己肯定感が低い，自分の将来のことが考えられない，自分のしたことが周囲にどんな影響を及ぼしているか分からない，人との距離感（特に女子生徒との距離感が分からない）(5)生徒指導上の支援
SNS 等への対応◯朝のスポーツタイムの時間を利用しての情報モラル指導，LINE・スマートホ
ンの正しい使い方，グループでの話し合い，外部講師の講話，本人が理解できる説明・具体的な説明，生活ノートの活用，視覚的な教材の活用
基本的生活習慣の形成◯異性に対してのコミュニケーションや距離感，時間を意識させる工夫，ルー
ルやマナーの共通認識，「あいさつの日」の設定，マナー教室の実施
自信をつけさせる工夫◯楽しい経験，明るい雰囲気づくり，多様な経験の機会の設定，活躍できる場の設定，繰り返しできる課題の設定（クラス当番・委員会）
5 今後の取組み
今後は，協力校における具体的な進路学習等の授業見学や生徒とのかかわりの実態，一般就労に結びついた生徒への指導と支援についての聞き取りなど，担当教員等との話合いを通してより効果的な教育環境要因を探っていく。
また，発達障害のある生徒たちの「困り感」や「生きづらさ」の見える化をどのようにしていくか，生徒たちの心のレジリエンスを育てるためにエビデンスに基づく学校での取組みをどのように構築していけばよいかなどについて探っていきたい。

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研究代表者

所属学系・職名 心理学系・特任教授
氏

研 究 課 題名

片寄 一

手書き文字の評価に使用する筆記装置の開発
Development of a writing device used for evaluation of handwritten characters.

成果の概要

1 研究の背景
教育の情報化に対応して、授業における ICT の活用が推進されタブレット端
末や電子黒板等の利用が進んできている。さらに、デジタル教科書の使用を可能とする学校教育法の一部改正（平成 31 年 4 月 1 日施行）や児童生徒が教科
内容のより深い理解や技能の習熟を図る際に ICT を活用することによって、より深い学びを促すことが新学習指導要領にも示されている。一方、特別支援学
校を含む学校の授業場面においては、教師が板書を行い、児童生徒にノートをとらせる学習スタイルも一般的に行われており、学習内容の理解と定着を図る
上では効果的な指導法であるとの指摘もある。授業場面での ICT の活用が進んでいる中で、板書を書き写すなどの手書き文字が、学習活動にどのように影響を与えるのかを、障がいのある子どもの手書き文字に視点をあてて研究を進めたい。
2 研究の目的
学習場面において、ノートをとる活動は日常的に行われているが、手書き文
字を定量的に評価する研究は少ない。本研究では、「大学生の手書き行動を測定する小型装置の開発」（吉岡・藤,2018）の先行研究を参考に、知的障がいや肢体不自由のある子どもが書く手書き文字を評価するための筆記装置の試作と改良、筆記反応の確認方法の検討を行うことを目的としている。
3 研究方法と内容(1) 手書き文字の筆記反応を確認するための検出装置の試作と改良装置の製作にあたっては次の 3 つの条件を基本とした。
① 材料の調達が容易なこと② 材料費が安価であること③ 製作が比較的簡単であること
これらのことから、検出部については、先行研究を参考にして「超小型高精度 PT-タッチスイッチ」PT5M3WB(Metrol)NC,参考価格¥5570 を使用した。接点
回路形式は NC 型を採用した。また、検出信号は「ワイヤレス BlueLED マウス」
M-BL20DB(ELECOM),参考価格¥1280 に取り込み、スマウスの左クリック部の
2 つの接点に入力されるように電子基盤に半田付けし、入力信号を 2.4GHz ワ
イヤレス通信により PC の USB ポートに送信する仕組みとした。さらに、検出部を埋め込む筆記装置は市販のボールペンの内部を改造し、ペン先に力が加わると検出部のスイッチが作動するよう改造を行った。
(2) 装置の動作確認や性能・特性を評価するための方法の検討
動作や性能・特性を評価するための方法は、PC プログラムの開発を伴わない
簡易な方法とすることを条件とした。そのため、今回は筆記反応の検出のみに特化して検討を行い、Windows10 のアクセサリ機能にある「ステップ記録ツール」を使って検出を確認する方法とした。この機能は PC に多く採用されている基本ソフトの Microsoft Windows であるため、一般的な取扱いが容易であり、操作も非常に簡単である。
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福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

成果の概要

4 研究成果(1) 検出装置の試作と改良について筆記反応を検出する検出部【写真 1】については、PT-タッチスイッチ NC 型（常時閉）を使用したが、接点の接触力が 0.5N でタッ
チが軽く正確であることから、検出部としては極めて有効であった。
写真 1: 検出部（PT,SW）
検出信号の入力及び送信部【写真 2】については、ワイヤレスマウスを改造して使用した。信号入力にはマウスの左クリック部
分の 2 つの接点を見つける必要があるが、テスターを使用して簡単に取り出すことができた。
写真 2: 信号入力部
検出部を埋め込んだ筆記装置【写真 3】については、市販されているボールペンの改造を前提として、さまざまな製品を使って試作を試み、安定した動作が可能となるよう調整を行い、小型で安価なものを製作できた。
写真 3: 筆記装置

全体的な装置【写真 4】は、筆記反応の検出部と検出信号の入力及び PC へのワイヤレ
ス送信部の 2 つの装置を組み合わせた簡単な構成となった。装置を動かすための電源
は 1.5V の単 3 電池を使用している。
写真 4: 装置の全体構成
手書き文字の筆記反応を確認するための検出装置の試作では、検出部の PTタッチスイッチの選定（できるだけ安価で入手が簡単であること）に苦労した。
また、ワイヤレスマウスの選定においても、今回は 2 種類のマウスを使って試作を行ったが、一つはうまく信号が取り出せない状況が発生し、最終的には動作確認ができた M-BL20DB(ELECOM)を使用することにした。筆記用具については、どこでも入手可能な市販のボールペンを使った筆記装置としたが、知的障がいや肢体不自由のある子どもが書く手書き文字の評価を行うためには、個々の障がいの状態や特性に合わせた筆記用具の形状や選択の工夫が必要であると思われる。

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(2) 動作や性能・特性を評価するための方法について
成果の概要

Fig.1 PC のステップ記録
試作した筆記装置の動作確認にあたっては、Windows10 のアクセサリ機能にある「ステップ記録ツール」【Fig.1 参照】を使用した。この記録ツールは筆記反応に対して、筆記反応の開始時間と終了時間、筆記反応の回数などが PC に記録されるため、動作確認のみであれば簡易な方法として有効であった。
5 研究のまとめ
本研究は、知的障がいや肢体不自由のある子どもが書く手書き文字を評価するための筆記装置の試作と改良、筆記反応の確認方法の検討を目的として実施した。筆記装置の試作と評価については、開発についての計画と装置の製作、評価のための動作確認を実施して、一定の成果を得ることができた。障がいのある子どもの手書き文字の評価については、その障がいの状態や特性により難しい側面もあると思われるが、客観的な評価を行うための一つのツールとしてさらに研究を深めていきたい。

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研究代 表者

所属学系・職名 文学・芸術学系・教授
氏

研 究 課 題名半沢 康

福島県方言の言語地理学的研究
Geolinguistic Study of Fukushima Dialect

成果の 概要[研究の背景と目的]
現在進行中の言語変化をとらえる手法として，従来の年齢差を手がかりとした「見かけ時間調査」に対し，実際の時系列に即した「実時間調査」の必要性が指摘されてきた。日本では国語研究所による「鶴岡調査」において，20 年
ごとに戦後 4 回の経年調査が行われ，世界的にも類を見ない貴重なデータが蓄積されている。こうした状況を受け，2010〜2015 年に国語研究所共同研究
プロジェクト「方言の形成過程解明のための全国方言調査」(以下 FPJD)が行
われ，『新日本言語地図』(以下 N-LAJ)として結実した。FPJD は『日本言語地図』(以下 LAJ；1950〜60 年代調査・作成)および『方言文法全国地図』(以下 GAJ；1970〜80 年代調査・作成)の追跡調査であり，30 ないし 50 年間の方
言変化，分布変動の状況を把握することを企図したものであった。
本研究では福島県内の FPJD 未調査地点において補完調査を実施する。これにより県内方言分布の現況を把握するとともに，FPJD では果たしえなかった「狭域における微視的な方言変動の実時間比較」を行う。
FPJD は全国 500 地点以上を対象として実施され，畿内や江戸・東京など全国的な中心地域からの方言伝播や，広域での新形発生・普及といった大規模な分布変動を把握することができたが，都道府県内の変化など狭域での方言動態を把握するには調査密度が小さすぎた(後掲図 1 参照)。福島県は県内に複数の「中心地」が存在するため，方言の相互伝播や干渉，混淆による新形の発生など，方言形成論的にも興味深い現象が認められる。こうした地域の詳細な
実時間データを収集し，方言の伝播，形成にかかわる理論構築のための一助となす。福島県を含む各地の方言は共通語の普及により危機言語化が進んでおり，記録，保存を急がなければならない。戦後生まれの方が 70 歳を超え始めた現在，データ収集の最後のチャンスであり，調査は喫緊の課題である。
[研究の方法]
県内の調査地点は LAJ 約 80 地点，GAJ 約 31 地点に対し，FPJD では 18 地
点にとどまる。FPJD の調査空白地域である会津北部，奥会津地域，中通り中南部，双葉郡南部を重点地域とし，さらに福島市など都市部においても複数地点を設定して調査を実施する。
方言研究では具体的な方言音声の把握のため，実際に現地を訪れての臨地面接調査が不可欠である(先行調査もすべて面接質問法による)。いずれの地
点も公的機関等の協力を得て，現地生え抜きの高年層話者(1940 年以前生)を紹介いただき，調査を実施する。
調査票は当然 FPJD に準ずることになるが，県内での地域差がほぼ認められないことが明白な項目(拍意識項目，アスペクト項目，一部語彙項目など)については削除し，代表者らがこれまでに県内で実施したグロットグラム調査項
目等を比較のために追加する。
[研究の成果]申請額が大幅に削減されたため，予定していた 60 地点の調査は不可能であったものの，それでも FPJD の未調査地点を中心にデータの補完を行うことができた。
50

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成果の 概要下記図 1 は GAJ38 図から福島県のデータを抜き出し，「けれども」にあた
る県内の俚言形分布を再描画したものである。GAJ 調査の福島県内のインフォーマントはおおよそ 1900〜10 年代生まれの方々である。当時，後接子音が口蓋化した r 脱落形ゲンチョモ類の使用はおおよそ県西部と中通り北部に限られていた。
この分布がどのように変化したか。今回の調査データに，一部他のデータを含めた図 2(1930〜40 年代生まれ)を図 1 と比較すると，この間急速に r 脱落形
が県内に普及したことがわかる。

《凡例》

《凡例》

□ ゲントモ□ ゲントモ○ ゲットモ○ ゲットモ▼ ゲンチョモ

▼ ゲンチョモ

◆ ゲンジョモ

◆ ゲンジョモ

● ゲッチョモ

● ゲッチョモ

・

・

ケド

ケド

図 1 けれども(1900~10 年代生世代) 図 2 けれども(1930~40 年代生世代)
他の項目についても同様に地図化作業を行って分析を進める。現在語彙項目に関する学術論文を執筆中である。なお既述の通り，現時点で予定全地点の調査が完了していないため，次年度に向けて，共同研究者を代表とした新たな科研費申請の準備を進めている。
[既発表論文]半沢康「福島県における r 脱落現象の伝播と変化」『国語学研究』59，2020.3，
pp.1-15[研究組織]
研究代表者 半沢 康(福島大学・人間発達文化学類・教授)
共同研究者 本多真史(奥羽大学・歯学部・講師)

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研 究 代 表 者

所属学系・職名

法律・政治学系・准教授

氏

阪本 尚文

名

歴史家の国際交流と戦後西洋史学の形成――高橋幸八郎の未公開書簡を活用し研 究 課 題てStudy on the formation of postwar Western history research through the letters of

成 果 の 概 要

Kohachiro Takahashi【背景】
20 世紀日本を代表するフランス革命史家である高橋幸八郎（1912-82）は、
東京帝国大学文学部を卒業して戦時下を京城帝国大学（現ソウル大学）の法文
学部で過ごし、敗戦後は東京大学社会科学研究所で多くの後進を育て、大塚久雄と並んで戦後西洋史学の立役者と評される。が、現在も新たな著作が捧げられる大塚とは異なり、高橋の足跡をまとめた論考は少なく著作集が編まれることもなかった（高澤紀恵「高橋・ルフェーヴル・二宮」（『思想』1048 号、2011年）。戦後憲法学の主権論に強い影響を与えた高橋のフランス革命史学は史学史上の空白域となり、その成立過程の研究は立ち遅れている。その中で 1930-50 年
代に高橋が送受信した未公開書簡（高橋書簡）が、近年古書店で発見された。
【目的】
高橋が 1950 年代前半のフランス留学中に親族に宛てた書簡を購入し、高橋がいかにフランス革命史研究の泰斗、ルフェーヴルやその弟子らと交流しながら
戦後西洋史学の基礎理論を練り上げ、歴史家の国際交流が乏しかった敗戦直後にわが国の西洋史学の基礎を築いたのかを実証的に解明することを目的とした。書簡の整理については、大塚久雄の高弟であり、2019 年 3 月まで本学経済経営学類で経済学史を担当されていた菊池壮藏氏にご協力いただいた。
【方法】①これ以上の劣化を防ぐために、高橋書簡を資料保存用封筒に入れ、整理番号を付したうえで、整理番号、表題、作成年、差出人、差出人住所、受取人が記載された目録を作成した。
②高橋の兄弟子である大塚久雄の経済思想研究の専門家で、高橋書簡の分析を行っている齊藤英里武蔵野大学教授と情報を共有した。
【成果】①阪本尚文「協働・忘却・想起――経済史学と憲法学」左近幸村・恒木健太郎
編『歴史学の縁取り方――フレームワークの史学史』（東京大学出版会、2020年刊行予定）。
②齊藤英里・阪本尚文・須永隆・長谷川貴彦「比較経済史学の思想と実践――
高橋幸八郎関連未公開書簡を中心に」、2020 年度政治経済学・経済史学会秋季学術大会、2020 年 10 月（報告予定）。
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2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名 法律・政治学系・准教授
氏

研 究 課 題名

林 嶺那

混合研究法を用いた公務員就業意図に影響を及ぼす要因に関する研究
本研究の目的は、①公務員への就業意図がどのような要因に影響を受けてい成 果 の 概 要

るのか、②そうした影響はどのようなメカニズムで生じているのか、を明らかにすること、ないしその解明に向けた準備作業を進めることである。第一の目
的（①）を達するために、①-a 大学生を対象としたアンケート調査をもとにどういった要因が公務員の就業意図と相関を有しているのかを分析し、①-b コン
ジョイント実験によって因果的な推論を行うための研究デザインを具体化した。①-a でデータとして用いたのは、明治安田生活福祉研究所が 2010 年に行った「大学生に関する意識調査」である。分析の結果、以下のことが明らかになった。公務員志望者が他の業種を志望する者に対して就職する組織に対して望むことは、安定性、労働時間の短さ、福利厚生の水準の高さ、男女格差の小ささ、社会貢献ができること、仕事の負担が軽いこと、転勤が求められないことなどである。逆に、組織の知名度、能力やスキルを発揮する機会に恵まれていること、仕事が面白いことなどは、他の業種を志望する者よりも重視していない。次に、仕事内容について公務員志望者が他の業種の志望者よりも望んでいることは、仕事の影響力の大きさ、社会貢献が可能なこと、チームで仕事を行うことなどである。逆に他の業種の志望者よりも重視していなかったことは、興味をそそるものであること、創造性を有すること、正しく公平な評価が得られることなどであった。ただし、こうした差異は観察されたものの、公務員志望者と他の業種志望者で、組織や仕事に求める内容には大きな違いはなかった。
こうした知見をもとにコンジョイント実験（①-b）のデザインを行った。コンジョイント実験とは、いくつかの属性において異なる特徴を持つ複数のプロファイルを実験参加者に提示し、その選択を求めることによって、それぞれの属性が参加者の選択に及ぼした影響を、統計的因果推論の枠組みで正確に推定することのできる手法である。コンジョイント実験を行うためには、意思決定に影響を及ぼす属性を適切に特定しておく必要がある。①-a で得られた知見をもとに、公務員の志望動機に影響を及ぼしうる組織、仕事内容に関する属性を特定し、具体的なプロファイルの設計を行った。こうしてコンジョイント実験を実施するための準備を完了した。
第二の目的（②）を達するために、公務員への就業意図に関する Q 方法論を用いた研究の準備作業を行った。Q 方法論とは、人々が有する主観的な考え方（subjectivity）に焦点を当てて、その中から主要な視点を抽出することを目的に考案された、定性・定量の両面を加味した研究手法である。公務員志望者と民間企業志望者の二つの群に対して、職業選択において重視するものに関する
Q 方法論調査を行う準備を筆者は行った。具体的には、①-a の結果をもとに Q
セットと呼ばれる、人々の考え方を総体的に明らかにするためのアイテムの束を作成した。この Q セットを一定の分布に従って並べる作業を Q 分類と呼ぶ。
この Q 分類を通じて定量的なデータを収集するとともに、調査協力者に対して53福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

インタビューも行う。インタビューにおいては、Q 分類データをもとに、どう
成 果 の 概 要

してある要因を重視するのか、逆に、なぜある要因をあまり重要であるとは考えないのか、という人々の認識の細かな部分に踏み込んで調査を行う。こうして定性・定量の両面から、公務員志望者と民間企業志望者の認識の差異と、そうした認識が生み出されるメカニズムを精彩に明らかにする。こうした準備作業を整えることができた。

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福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名

社会・歴史学系・教授

氏

西﨑 伸子

名

原発災害による「トチノミ利用問題」の解明と解決過程に関する人類学的研究
研 究 課 題成 果 の 概 要

Anthropological Study on the Use of Horse chestnut after the Fukushima Nuclear
Disaster【本研究の背景】
本研究で対象とするトチノキ(Aesculus turbinata)は北海道から九州・四国まで広く分布し、東北地方には群生を含め多数存在することが知られている。材は建材として利用され、果実（トチノミ）はサポニンやタンニンを含むため、
水さらしや加灰によるアク抜き処理をした後にトチ餅などが生産され、家族や地域内で消費されたり、土産物として販売・流通してきた。
トチノミ、キノコ、山菜などは、「マイナーサブシステンス」と名付けられ（松井，1998）、農山村地域に暮らす人々に非経済/経済的利益を生み出し、生活に欠かせない重要な生業として認識されてきた。近年は、農村地域での高齢化の進行、担い手不足、消費者の嗜好の変化や多様化により、トチノミ利用は減少傾向にあるが、観光地の土産物として再脚光をあつめている地域もある（八塚，2018）。
2011 年 3 月 11 日の東日本大震災および原発災害により、森林産物利用が全国的に困難な状況にある。2018 年 11 月に下郷町大内宿で販売された「とち餅」から国の基準（100Bq/kg）を上回る放射性セシウムが検出され、その原因があく抜きに利用された木灰にあると推測された。本研究の共同研究者である八塚と藤岡は滋賀県朽木村におけるトチノミのあく抜きで利用される木灰が福島県由来の木材にあり、生産現場で検査の必要性が生じるなどの混乱が生じていることを報告している（藤岡・八塚・飯田，2015）。
【本研究の目的】
本研究では、原発災害の影響を受け続けている森林由来産物の「トチノミ利用に関する問題」に焦点をあて、その全体像の把握と問題解決に向けた提言をおこなうための基礎的資料を得ることを目的に生態人類学的調査をおこなうことを目的として実施した。
【本研究の方法】
共同研究者 2 名（八塚春名（津田塾大学：生態人類学）、藤岡悠一郎（九州
大学：人文地理学）とともに、これまでに研究をおこなってきた福島県内のト
チノミ利用地域を対象に生態人類学的調査をおこなうとともに、研究会を実施して県内外の状況を共有し、あく抜き実験に向けた灰の入手を開始した。
【本研究の成果】
1）福島県内のトチ餅の販売とトチノミ利用に関する調査2019 年 11 月に福島県内のトチノミの利用と在来知識の継承に関する情報を収集するために、会津地域および県北地域での販売状況の調査をおこなった。県内の「道の駅」および農産物直売所でのトチノミ加工品の販売を調査し、工場製品と手作りのトチ餅の両方が広範囲で販売されていること、大内宿では手作りをしている生産者および飲食店が数軒あることが明らかになった。
2）研究会の実施
元福島県博物館学芸員の佐治靖氏を招聘し、福島県および新潟県のトチノ
55福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

成 果 の 概 要

ミ利用について、詳細な話を伺った。福島県だけでなく、新潟県や山形県など
広域にわたる調査を実施する必要があること、観光地でのトチ餅生産の特異性については、観光地化の歴史的背景をふまえる必要があることなどを確認した。
3）東日本大震災後の木灰利用と流通に関して、福島県庁および民間の放射能測定所（いわき市）で聞き取りをおこなった。木灰については林野庁が定めた指標値があり、汚染度が高い薪等の流通の自粛が現在も要請されていること、
薪ストーブ等の燃料についての測定依頼は僅かながら続いていて、高い数値が出ている事等の情報を得た。
【今後の課題】
今年度は、アンケート調査などの研究計画をたてていたが、十分な資金がなく実施できなかったため、さらなる資金獲得等を共同研究者らと試みた。木灰の広域流通の実態把握と木灰実験を次年度に進める予定である。

【成果報告】
西﨑伸子 2020「原子力災害後 9 年の薪と木灰をめぐって」『Biostory（生き物
文化誌学会』Vol.33, 60−61.
【参考文献】
藤岡悠一郎, 八塚春名, 飯田義彦 (2015)「滋賀県高島市朽木地域におけるトチモチの商品化」Jimburn Chiri/Human Geography, 67(4) 40-55.
八塚春名（2018）「おみやげをつくる資源の越境―滋賀県高島市におけるトチ
餅づくりを事例として」『観光学評論』6 巻 2 号 179−190.

56福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研究代表者

所属学系・職名 経済学系・教授
氏

名

荒井 聡

営農組織の再編による農家所得の向上とコミュニティの活性化に果たすＪＡの役割に関
研 究 課 題する研究Study on the role of JA in improving farmer income by reorganizing farming organizations andactivating the community
荒井聡「集落域を超えた集落型農業法人の形成条件と機能 ―福島・岐阜・熊本の成果の概要

3 事例の比較研究―」『福島大学地域創造』、31(1)5-18、2019 年に成果の一部を公表した。概要は以下の通りである。
既存の集落営農の再編や統合により、集落の領域を越えた集落営農が形成されてきている。単一集落を基礎とする集落営農の、規模の制約を補い、「規模の経済」の発揮により農用機械と農地の効率的利用が可能となってきている。これ加え、新作物の導入、新たな輪作体系の確立など「範囲の経済」も発揮されることで、新たな営農システムを形成して担い手を安定的に確保しようとしている。これと並行して、一部非農家をも取り込ん
で、農地の維持管理体制が作られてきている。対象とした集落の領域を越え広域的に展開する 3 集落営農法人の事例概要は表の通りである。

表

対象とした広域型集落営農法人の概要比較

集落営農名称

ほりこしフォーライフ

ファーム佐見

ネットワーク大津

福島県田村市

岐阜県加茂郡白川町

熊本県菊池郡大津町

旧七郷村大字堀越

旧佐見村大字上佐見

旧大津町＋３旧村

４集落

５集落

12集落

継承・改組

統合

統合

設立年

2017年

2019年

2013年

類型

2階建オペ型

ぐるみ型

ぐるみ型＋担い手

農業経営、作業実行組織

株式会社

農事組合法人

株式会社

構成員数

7

198

288

経営面積

36ha

49ha

323ha

一般社団法人

同法人・集落組織

同会社・集落組織

211

(198)

(288)

所在自治体
基礎とする領域

ほりこし創生会

構成集落数
従前組織との関連

土地利用調整組織
構成員数

資料:各集落営農組織資料等から作成

57福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

成果の概要

福島県田村市堀越地区の事例は、同地区を対象とする圃場整備の実施が集落営農作りの起点となった。事業の終了とともに、当初から大字・4 集落を対象とする土地利用調整
組織、受託組織が形成された。土地利用組織は非農家をもとりこんだものに展開し、一般社団法人化する。2 階部分は、生産組合を改組して個人担い手グループを組織したものとなった。4 集落の領域で担い手が複数確保されることにより、受託システムが安定化する。新規就農の受け皿としての機能も期待されている。
岐阜県白川町上佐見地区の事例では、大字・5 集落で 3 つの集落営農法人が合併、任意組織の構成員も取り込んで新たな集落営農法人が形成された。集落間の機械の共同利用の取り組みから出発し、さらに農地の再整備という地域農業振興の課題を共通に実現するために組織が作られた。新作物栽培、新規就農者の育成も射程に入れている。畦畔・水管理は構成員が行うが、これに対応できない場合、班組織等で対応していく。地域資源の維持管理は集落が継続して行っていく。
熊本県大津町の事例は、旧村領域を越える広域で集落営農が合併して 12 集落で構成される超広域的な集落営農法人である。(株)J 法人が存続法人となり、他の集落営農がこれに参加して組織化された。本社が参加集落の意向をふまえ作付計画し、集落単位で効率的に生産が行われる。構成員が圃場の管理作業に従事し、圃場管理料を受け取ることで農業への参画を確保している。集落農業を維持することと、地域の新規就農者を育成す
るという二つミッションを同時に実現している。JA、自治体も資本参加する地域営農法
人という新しい形態での経営である。
集落を基礎とすることが農地の分散を回避し、効率性を担保するうえでも重要となる。
3 事例研究を通じ、それが集落の領域を越えて大字・旧村領域を範囲とするところまでに広がる論理を抽出した。農地基盤整備による区画拡大、それにともなう農業機械の大型化・高性能化、さらにスマート農業への展開など農業技術への対応という面からも、今後
こうした動きは継続するものと想定できる。
集落域をこえた営農組織の再編により、農地の集約化が進み、経営規模が拡大し、規模の経済の発揮により農業所得は向上した。これに農協が主導的に関わることで、営農組織の再編が進み、この過程で集落域を超えた新たなネットワーク型コミュニティーが形成され、地域が活性化された。3 事例とも農協を主軸として営農組織再編を通じた農山村
地域の活性化モデルとして位置付けることができる。

58

福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名氏

経済学系・教授

名 小山 良太

食品中放射性物質検査に対する費用便益分析を通した食の安全性と風評被害対研 究 課 題策に関する研究
Study on Food Safety and Reputation Damage Countermeasure through Cost Benefit

成 果 の 概 要

Analysis for Food and Radioactive Substance Inspection.
1.研究課題原子力災害発災 10 年を機に復興庁の廃止や、福島県産米全量全袋検査からモ
ニタリング検査への移行が検討されている。旧避難地域である双葉８町村も帰村・営農を再開している。原子力災害政策の転換に対し、放射能汚染における4 段階のリスク管理工程を認証し、新たな産地形成に繋げる仕組みの検討が必要である。4 段階の放射能汚染リスクとその対策は、①農地の汚染実態とそれに基づく除染対策、②作物の移行係数の相違と吸収抑制対策、③作物ごとの放射性物質移行リスクに基づく検査体制、④検査漏れリスクの懸念に対応した検査情報（分散の大きい米は全量、移行係数に従う他作物はサンプル）の開示である。
本研究では、この間の「風評被害」状況及び流通構造の変化を踏まえた新たな検査体制として 4 段階のリスク管理工程の認証制度を提示し、それに基づく産地形成の在り方を検証した。震災前には戻れない福島の産地において新しい産地と流通システムを構築することが求められていることを示した。
2.福島県農業の現状
事故後 9 年間、福島県産農産物に関して、米は毎年約 35 万トン、1000 万袋を全量検査し、米以外の果樹、野菜、畜産物等は毎年 2 万検体を超えるモニタ
リング検査を実施してきた。その結果、山菜、きのこなど野生物を除く作物では、放射性物質の基準値を超えるものはなくなり、検出限界を超えるものもほぼみられなくなった。これは農地の除染、カリウムの施肥などの吸収抑制対策、移行係数の高い作物から作付転換、過去に放射性物質の検出された農地などにおける作付自粛など、結果として総合的な対策が福島県において自主的に実施されてきた成果である。
3. 放射能汚染対策とその成果
米は水田を利用する作物であり、2011 年の事故初年度は様々な要素の影響を受け作物中の放射性物質濃度の分散が大きかったこととその要因が明らかになっていなかったため、全農地、全農家、全玄米を検査することとなった。事故
当時の農業用水の影響や土壌中カリウムの欠乏がセシウムの吸収を促すことな
ど様々な試験研究の成果が蓄積され、作付制限、農地の除染、カリウム散布（標準施肥量）による吸収抑制策など、生産面での対策が強化された。その結果、栽培レベルで安全性を確保することが可能になった。つまり、福島県産米は「入口」の段階で安全性を担保し、流通経路にのる「出口」段階でさらに全量全袋検査を行い、安全と安心を担保するという 2 段階の仕組みとなっているのである。本来、消費者、流通業者としては米に放射性物質が混入していないという安全性の担保を求めており、それは「入口」で確実に実施されるものである。
その実効性をモニタリング検査（サンプル方式）で確認するのが安全性確保の考え方である。入口における生産段階での対策が確立していなかった当時、やむなく出口において全量全袋検査を実施し、検査漏れを防ぐ対策を施してきた。
4. 結論
生産面における放射能汚染対策が実施されている現在、流通段階における全59

福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

成 果 の 概 要量全袋という検査方式を見直すことは理にかなっている。問題は、生産面での対策が実施されていることが多くの流通業者、消費者に周知されていないことである。周知のための期間の確保と啓発の取り組みが必要である。

60

福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究代表 者

所属学系・職名 経済学系・准教授
氏

研 究 課 題

成 果の概 要名藤原 遥

福島原発事故対応の財政制度分析手法の研究【背景と目的】
これまでの研究から、被災地域において復興の不均等が生じている実態が明らかとなった。その背景には、国と被災自治体との構造的な財政関係における課題があり、被災地域の復興のあり方を検討するためには国の復興財政制度の検証が必要であると考えた。そうした研究背景から、本研究では、福島原発事故の被災者・地域が被った被害に対して、国の復興財政制度がどのような対応をしてきたかを解明することを目的とした。
【方法】
その目的を果たすための前段階として、今年度は、国の復興財政関連資料を収集するとともに、環境問題に関する先行研究を調べ、財政制度分析の方法を確立することにつとめた。
表 1 東日本大震災復興特別会計からの支出内訳【成果】
国の東日本大震災復興特別会計（以下、復興特会）の予算・決算資料については、
情報公開請求などを行い、2011〜
2017 年度までのデータを入手した（復興特会は2012 年度に創設されたため、2011 年度は補正予算および予備費からの支出分）。復興特会は、地震・津波の自然災害と原子力災害に対応するために創設された会計制度であるため、入手したデータから「福島原発事故関連」を抽出して分析をした。表1 は、2011〜
2016 年度までのデータを「福島原発事故関連」と「復興特会全体」に分けて整理したものである。2017 年度分のデータについては先月入手したため、表 1 には反映できていない。
福島原発事故関連の支出項目は、国の政策に関連させて分類したものである。表 1 から明らかになったことは、福島原発事故関連の支出項目の中で、除染等対策支出と被災地域対策支出が高い割合を占めていることである。被災
地域対策支出に着目してみると、生産資本の二次・三次産業や社会資本のハード面への支出が大半を占め、他方で、文化資本や社会関係資本への支出が極めて少ないことがわかる。これらのことから、被災者・地域の被害への対応は、生産資本や社会資本のハード面に偏っていたと捉えることができる。
上記の成果については、2017 年度分のデータを加え、さらに詳細な財政制
度分析を行ったうえで、2020 年 10 月頃に開催予定の日本財政学会第 77 回大会で報告することを考えている。
【発表論文など】
今年度は、福島原発事故関連財政支出のうち、生産資本に関連する財政制度に焦点をあてて下記の学会報告および論文投稿を行った。
藤原遥「福島原発事故被災自治体に対応する復興財政政策の論理と実態−産業立地政策を中心に」『環境経済・政策学会』福島大学、2019 年 9 月 29 日。
藤原遥(2020)「企業誘致をめぐる国と原発事故被災自治体の行財政」『環境と公害』49 巻 4 号、pp.57-62（4 月 25 日発行予定）。

61福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名 経営学系 准教授
氏

名

原田 英美

福島県における地産地消の動向と地域内流通による農業活性化の可能性
研 究 課 題A study of trends in agricultural production for local consumption in Fukushima
prefecture - seeking further promotion of local agriculture.

成 果 の 概 要

1．背景
福島県では東日本大震災後、原子力発電所事故の影響もあり、県内産野菜の大消費地における販売量や販売単価は震災前の水準を回復できていない（「福島県農林水産物販売促進基本方針（第 3 次）」、2015）。一方、県内の農産物直売所では販売金額は回復の兆しが見えているものの、直売所での販売や県内の食品事業者による県産農産物の利用促進の取り組みは始まったばかりである。福島県における野菜生産は、いくつかの品目において販売単価の高い首都圏への出荷を中心とする産地形成がなされてきたため、県内の需要を意識した
野菜生産は伸びる余地があるとみられる。ただし、一般に直売所では安売り競争が起こるなどの問題も起きており、持続可能なモデルにならないケースも多く、流通事業者や生産者がどのように地産地消の仕組みを作り活用していくかが重要になる。地域内流通が活発になれば、飲食店などで特徴ある鮮度の良い野菜を利用して地域性を打ち出せるようになり、野菜の地域内流通を核にした農業経営のモデルを示せれば若者の新規参入にもつながると考えられる。
2．研究の目的
本研究の目的は、福島県における社会的連帯経済としての青果物の地産地消の可能性を検討することである。
社会的連帯経済とは「市場原理よりも人と人とのつながりを重視する経済。
生産者、労働者、消費者、市民らの連帯に基づく集合的行動が重なった、社会的な目的あるいは環境的な目的にプライオリティをおいた経済活動」と定義される（Utting, 2015）。その事例の１つとして、京都生協（京都市）が地域内でお金を循環させる目的で実施して成果を上げている地産地消事業（生協店舗における地場野菜コーナーの設置・運営）を位置づけて調査してきたが、本研究では、消費地で展開される京都生協の事例との比較を念頭に置いて、生産地である福島県内における地産地消の実態を探り、地産地消の推進による生産者と消費者とのつながりの構築や農業の活性化の可能性と課題を明らかにする注１。
3．課題と方法
福島県内の青果物の地産地消の実態を把握し、地産地消による地域の農業振興の可能性と課題を探るため、各種データの収集のほか、県内の流通事業者（卸売市場、生協、スーパーなど）への聞き取り調査と参与観察を行った。なお、
地産地消とは「県内産の県内事業者への販売または県内店舗での販売」とした。
聞き取り調査の対象は、福島市公設地方卸売市場（福島中央青果卸売）、コープあいづ、ヨークベニマル、ホームベーカリーコビヤマ、喜多方市学校教育課のほか、県内の農産物直売所（主に中通り、会津）である。ホームベーカリ
ーコビヤマは、原料野菜の一部を地元農家と契約している。喜多方市学校教育課は、学校給食に市内産食材を利用している。生産者側への調査は、次年度に62福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

成 果 の 概 要

行うこととし、今年度は見送った。
調査項目は、各事業者の地産地消に対する意識、県内産青果物の取り扱いの実態と県内産へのニーズや取り扱いの意向、県内の産地や生産者との関係、直売コーナーの仕組みや消費者の利用実態などである。
4．結果と考察
本研究の調査は予備的なものであったが、以下の 4 点が確認された。
第 1 に、生産地といっても生産量が多いのは限られた品目であり、地元の需要には応えられていないこと。その結果、福島県の食料自給率は高いが、スーパーの野菜売場には、その時期に福島県でも栽培できる他県産の野菜が多く並んでいる。
第 2 に、生産地であるがゆえに、地元で生産されている旬のものは、多くの家庭で自家消費用に栽培されているため、店頭に並べてもあまり売れないこと。
これは県内でも地域によって異なることも考えられる。
第 3 に、学校給食や地域の食品製造業者に、地元産の食材を使いたいといい
うニーズはあるが、応えられる生産者が少ないこと。学校給食に関しては、生産者の高齢化が進み、後継者不足が見られた。若手生産者は、学校向けの多品
目生産に取り組む人が少ないという。喜多方市では学校給食の主要 3 品目（タ
マネギ、ニンジン、ジャガイモ）の市内産の利用は 4 割未満で、増やす取り組
みを進めているという。
第 4 に、生協やスーパーには、農産物直売所方式の産直コーナーが設けられているが、京都生協に見られるような産直コーナーの野菜を積極的に売って行こうという動き（生産者との密な連携、一般の野菜売場の仕入れとの調整など）はないこと。コープあいづでは、地産地消の重視を明文化したものはなかった。
京都生協でも、産直コーナーで地元の青果物の販売を増やすには労力がかかる
ため限界があるとしており、理念だけではなく店舗のオペレーションの問題もある。また、労力をかけただけ売れるのかどうかという点に、京都ほど消費者が多くない生産地の難しさもあると考えられる。
調査結果からは地産地消を推進する余地はあるが、それには生産と流通・消費の連携を図ることが必要である。生協と農協、学校教育課と農業振興課などの連携もなく、連携の機運を作ることから始めるべきだろう。そのために、具体的な品目の需要を把握して持続可能な連携モデルを提示できると良いのではないか。今年度調査できなかった生産者・農協や食品事業者も含め、より踏み込んだ調査を進めていきたい。

注 1：福島県の食料自給率は供給熱量ベースで 75％、生産額ベースで 89％（いずれも 2016 年度概算値）と比較的高く、京都府はそれぞれ 12％と 22％である。福島県を生産地、京都府を消費地として良いだろう（福島県農林水産部、2019）。
【引用文献】
Utting, Peter “Introduction: The challenge of scaling up social and solidarity,” Utting,Peter ed., Social and solidarity economy: Beyond the fringe, 2015, Zed Books,
London.
福島県農林水産部「福島県農林水産業の現状（令和元年７月）」2019。
63福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名 数理・情報学系・准教授
氏

名

内海 哲史

無線マルチホップネットワーク NerveNet における高性能・低遅延輻輳制御の研 究 課 題

性能評価
Performance Evaluation of High-Performance Low-Latency Congestion Control over

NerveNet.
【背景】
成 果 の 概 要 2016 年 9 月 Google 社によって、BBR(Bottleneck Bandwidth and RTT)が発表された。BBR はスループットを最大化し、待ち行列遅延時間を最小化する新しい輻
輳制御方法である。2019 年度から、研究代表者（内海）は、国立研究開発法人
情報通信研究機構（NICT）と「NerveNet の社会実装に向けた共同研究」を実施している。NerveNet とは、Wi-Fi など無線回線を利用した無線マルチホップ
ネットワークである。特に、NerveNet における「ネットワーク通信時の遅延の解消等」に関する研究開発を進める。共同研究契約においては、NerveNet 端末
を 4 式 NICT より借用している。本研究は、NICT との共同研究を発展的に展開するための追加的な研究として位置づけられる。
【目的】
有線ネットワークや一般的な無線ネットワークにおいて、高性能（高スループ
ット・低遅延）で機能する画期的な輻輳制御方法である TCP BBR について、
耐災害ネットワークとして機能する無線マルチホップネットワーク NerveNetで用いられる場合の性能（スループットと待ち行列遅延時間）を明らかにすることによって、NerveNet での BBR の利用可能性とその性能改善の手がかりを探る。本研究では、以下のことを明らかにする。
・無線マルチホップネットワーク NerveNet における従来型輻輳制御 TCP
CUBIC の性能評価
・無線マルチホップネットワーク NerveNet における新型輻輳制御 TCP BBR の
性能評価
【方法】
本研究は、以下の手法によって実施された。
ノート PC（Linux 端末）2 台を端末とする。
ノート PC 間に NerveNet 端末（ノード）を 1 台設置し、2 ホップ無線ネッ
トワークを構成する。
端末間のスループット及び通信遅延時間を測定する。
【成果】
NerveNet 環境においては、現在主流のインターネット輻輳制御である TCP
CUBIC がスループット、RTT ともに優れた性能を示した。
NerveNet のような Wi-Fi 環境では、遅延時間の変動が大きく、BBR はその変動に追従するようにウィンドウサイズを大きくするので、RTT が大きくなる傾向があることが分かった。
【主な発表論文】[1] 加賀慎也，佐藤剛至，内海哲史， NerveNet 環境における TCP 輻輳制御の性能評価， 2019 年電子情報通信学会ソサイエティ大会，大阪大学，2019 年 9月．
[2] 佐藤佑哉，内海哲史， CUBIC と共存時の BBR スループットの改善と性能評価， 2019 年電子情報通信学会ソサイエティ大会，大阪大学，2019 年 9月．
【組織】研究代表者：内海 哲史
64福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名

数理情報学系・准教授

氏

笠井 博則

名

拘束条件下での時間発展関数方程式に対する処罰関数法による近似理論の構築
研 究 課 題On study of an approximation theory with penalty method for evolution equations
under constraint.

成 果 の 概 要

なんらかの問題を考える場合，独立変数を設定した上で目的関数を定め，拘束条件の下で目的関数を最大化する，ということはよく行われていて，一般的に （拘束条件付き）最適化問題 と呼ばれる。また，最適化問題は 拘束条件を満たしながら目的関数を最小化する といった時間的に変動する問題に拡張され，一般に 拘束条件下での時間発展問題 といわれる。このような問題は数学的な興味を超えて工学・理学の各分野で研究されている。
拘束条件付き最適化問題の近似解法の一つとして，処罰関数法が知られている。処罰関数法の基本的な考え方は、与えられた目的関数に対して「拘束条件から離れた状況では大きな値をとる処罰関数」を付加し、その新たな目的関数を最小化することによって拘束条件を近似的に満たした最適解が求められるというものである。この考え方を援用し、拘束条件下での時間発展問題を解く際にも近似解法として処罰関数法が使われている。
ところが、申請者らは時間発展問題では処罰関数法による近似解で処罰関数
を十分大きくした極限が拘束条件を厳密に満たした解に一致しない例があることが確認した。このことは，時間依存の問題に処罰関数法を適応する際の適応限界を調べる必要があること、また与えた処罰関数による挙動の変化を調べる必要があることを強く示唆している。
我々はこの問題意識のもとで、で各種の処罰関数や時間発展問題の研究を行った。
本研究の成果の一部について、2019 年 7 月にスペイン・バレンシアで開催された応用数理の世界規模の国際学会、The 9th International Congress on Industrial
and Applied Mathematics (ICIAM 2019)の Contributed Lecture のセッションの一
つ[Mathematical Topics and their Applications III]において、 Some notes for a
gradient flow of energy functional with penalty term というタイトルで講演を行い、また同セッションの座長を務めた。この研究会に参加することで国内外の様々な分野の応用数学分野の研究者と交流をすることができた。
関連講演：
Hironori Kasai: Some notes for a gradient flow of energy functional with penalty
term, The 9th International Congress on Industrial and Applied Mathematics in
Varencia, July 17th, 201965

福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研究代表者

所属学系・職名

数理・情報学系・准教授

氏

中川 和重

名

研 究 課 題成果の概要

66

福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名

数理情報学系・准教授

氏

三浦 一之

名

平面グラフの外 k 角格子凸描画アルゴリズムの一般化に関する研究
研 究 課 題Study on generalization of outer k-gonal convex grid drawing algorithms of planegraphs
いくつかの点とそれらを結ぶ辺の集合により構成されるものをグラフとい成 果 の 概 要い，様々な関係や構造を抽象的に表現するために広く使われている．グラフ，
特に平面グラフを， 構造が理解しやすく かつ きれいに 描画する問題をグラフ描画問題といい，コンピューターネットワーク，VLSI フロアプラン，
ビジュアル計算機言語等の様々な分野で極めて重要な役割を果たしている．
そのため，様々な評価基準の下で適切にグラフを描画するアルゴリズムと，その基となる理論の研究が多数行われている．
平面グラフ G の描画で，G の各辺が交差の無い直線分として描かれたもの
を直線描画という．G の直線描画で，G の各点が整数座標を持つものを格子直線描画という．G の格子直線描画で，各面が全て凸多角形で描かれたものを Gの格子凸描画といい，面の形が見やすい描画法の１つとして広く研究されている．与えられたグラフが格子凸描画できるかどうかは，外面の多角形の描き方に依存することが知られている．G の格子凸描画で外面が k 角形であるものを外 k 角格子凸描画という．外 k 角格子凸描画は，外形が定められた，極めて面積の小さい基板上への VLSI フロアプラン設計等において非常に重要な役割を持つ．そのため，可能な限り小さな面積の格子内に G を外 k 角格子凸
描画する問題は理論的にも応用的にも極めて興味深く，そのような描画を求めるアルゴリズムの構築が強く求められている．
グラフ G が 3 連結であるか，あるいは G の 3 連結成分分解木 T(G)の葉の数が 3 枚以下ならば，G は大きさ n×n の整数格子内に外 3 角格子凸描画できることが知られており，T(G)に葉がちょうど 4 枚あるときには，G は大きさ2n×2n の整数格子内に外 4 角格子凸描画できることが知られている．さらに，T(G)に葉がちょうど 5 枚あるいは 6 枚あるときには，G は大きさ 6n×n2の整数格子内にそれぞれ外 5 角格子凸描画および外 6 角格子凸描画できることが知られている．また，T(G)の葉の数がちょうど 7 枚あるいは 8 枚であり，G がある条件を満足するならば，G は大きさ 6n×2n2 の整数格子内にそれぞれ外 7 角格子凸描画および外 8 角格子凸描画できることが知られている．更に，T(G)の葉の数がちょうど 9 枚であり，G がある条件を満足するな
らば，G は大きさ 23n×2n2 の整数格子内に外 9 角格子凸描画できる．しかし，T(G)の葉の数が 7 枚以上のときには入力グラフに制約が必要となり，全てのグラフが外 k 角格子凸描画できるとは限らない． また，T(G)の葉の数
が 5 枚以上のときに，O(n2) の面積の格子内に外 k 角格子凸描画できるかど

67福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

うかも知られていない．
成 果 の 概 要

本研究では，k≧5 なる各 k に対して，G の 3 連結成分分解木 T(G)の葉の数がちょうど k 枚ならば，G を高々{3k-4×6(k-3)}n×{3k-4×4(k-3)}n の大きさの格子内に外 k 角格子凸描画できることを示すとともに，そのような描画を求める線
形時間アルゴリズムを与えた．k は定数とみなせるので，描画に必要な格子の面積は高々O(n)×O(n)であることがいえる．従って，本論文の結果は，k≧5 な
る一般的な k に対して，外 k 角格子凸描画に必要な格子の面積が高々O(n2) であることを初めて証明したものとなる．
また，直線描画や格子直線描画に更なる制約を加えたより見やすい描画法の研究も多数行われている．G の格子直線描画における各辺 e に対して，e を対角線とする軸平行な長方形の内部を e の開矩形勢力と呼ぶ．G の格子直線描画で，任意の辺の開矩形勢力内に点が存在しない描画を G の開矩形勢力描画と呼ぶ．開矩形勢力描画では，各辺の近傍にその辺の端点以外の点が配置されないので，単なる格子直線描画よりも見やすい場合が多い．
内部三角化平面グラフ G が開矩形勢力描画を持つための十分条件は知られており，G がその条件を満たすならば，G を(n-1)×(n-1) の格子内に G を開矩形勢力描画する線形時間アルゴリズムも知られている．しかし，G が開矩形勢
力描画を持つための必要十分条件は知られていない．
本研究では，従来知られていた十分条件を改良した．即ち，内部三角化グラ
フ G が開矩形勢力描画を持つための十分条件を拡張するとともに，G がその条件を満たすならば，G を(n-1)×(n-1) の格子内に G を開矩形勢力描画する線
形時間アルゴリズムを与えた．
学会発表
三浦 一之,
内部三角化平面グラフの開矩形勢力描画アルゴリズム,
Forum on Information Technology (FIT2019), Vol.1, No 1, pp.71-72, (2019).
佐藤 慧, 三浦 一之,“平面グラフの外 k 角格子凸描画アルゴリズム,”IPSJ Tohoku Branch SIG Technical Report, Vol.1, No 1，pp3-3-1-3-3-10,(2020).

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2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名

機械・電子学系・教授

氏

島田 邦雄

名

新しい複合材料を使った電磁波シールド及び電磁波加熱に関する研究
研 究 課 題Study on electromagnetic wave shielding and heating with utilizing novel composite
material

成 果 の 概 要

1．研究目的現在，電磁波が我々の生活空間を縦横無尽に飛び交っており，それによる通信障害の他に，人体に対して深刻な悪影響も起こしている．そうした中で，電磁波を遮蔽する新しい素材の開発が行われている一方で，電磁波を積極的に利用しようとする新技術も挑戦されてきており，例えば，電磁波により微小ながらでも発電して電気として利用しようとすることが行われており，一般にスマート発電と称されている．その際にも，これに対応でき得るための新素材が開発されつつある．こうした動きは国内外で最近起こってきているが，携帯電話やスマホが流行り始めた頃に追随して研究が国内外で行われてきているという背景もあることから，研究の歴史は浅く，未解明な点や，十分な新素材が開発されていない等の諸問題がある．こうした中で，電磁波を遮蔽したり，それを利用する新しい手法
として加熱できる新素材を開発し，新素材を提案することを本研究では行う．こうすることにより，これらが求められている産業界に新提案するものである．
また，本研究者がこれまで開発してきた磁性粒子を含むゴムは，本研究における新素材に応えるのに十分な複合素材である．しかしながら，電磁波がどこまで遮蔽できるのか，また，電磁波によりどこまで加熱可能かな
ど，不明な点が多く，また，それらのためには，どのような材料を使ってどのようにゴムを作成すべきかが，不明確である．そこで，本研究ではこれらについて明らかにする．
ここで，携帯電話やスマホが流行り始めた頃に追随して研究が国内外で行われてきているという背景もあることから，研究の歴史は浅く，未解明な点や，十分な新素材が開発されていない等の諸問題がある．したがって，本研究で得られた成果は，電磁波関係や複合材料の学会に新しい知見を提供するのみならず，国内外的に抱える問題であることから，国内外の産業界にブレークスルーを与えるものでもある．
2．研究結果まず始めに，本研究者がこれまで開発してきた磁性粒子を含むゴムは，センサーなど他の研究内容にてこれまで使ってきており，作成手法についても実績がある．これらをベースに，ゴム作成手法を改良することによって，本研究を達成する．また，本研究に先行して，電子レンジ内に簡易的に作成したゴムを入れて電磁波照射した時の電圧・電流特性を試験的に測定してみてデータを 1 つ取得している．これを参考にして，成果を得ることとする．
具体的な研究手法についは，電磁波がどこまで遮蔽できるのか，電磁波によりどこまで加熱可能か，どのような材料を使ってどのようにゴムを作成すべきかについてであり，実験を通して行った．すなわち，本研究者がこれまで開発してきた磁性粒子を含むゴムについて，ドーパント（ゴムに混合する試薬）を種々変えてゴムを作成した．具体的には，
69福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

成 果 の 概 要1)本研究者がこれまで開発してきた磁性粒子を含むゴムの NR-latex 等ゴ
ムの種類（非ジエン系ゴムを含む），磁性流体の種類（主にベース液の種類），ドーパントの種類（二酸化チタンなど）を種々に変えて，空気乾燥法や電解重合法によりゴム化し，測定対象とするゴムを作成した．
2) 電磁波照射装置は高額なため，2.45GHz の一定の電磁波照射による実験を行った．すなわち，電子レンジを用い，その中に 1)で作成したゴムを入れて，電磁波照射によるゴム中を流れる発生電圧・電流特性を測定した．その結果，電磁波照射により，電圧や電流が十分発生することが判明した．
3) 2)の電磁波照射について，電圧・電流を測定する導線をゴムにより被覆し，電磁波照射による導線中を流れる発生電圧・電流特性を測定した．2)と 3)を比較することにより，ゴムにより遮蔽された電圧・電流の変化分を算定した．その結果，MCF ゴムにより遮蔽され，電圧や電流の発生が抑制されることが判明した．
また，1)〜3)について，種々の作成したゴム（ジエン系ゴムと非ジエン系
ゴムのそれぞれについて）により繰り返し行い，同様の結果を得た．

70福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研究代 表者

研 究 課 題

成果の 概要所属学系・職名

機械・電子学系・教授

氏

田中 明

名

皮膚動画による映像脈波抽出とポーズの変化を利用した局所血行動態解析法の開発
Development of pulse wave extraction method from skin surface image and noncontact evaluation of local hemodynamics[背景および目的]
近年，顔や掌などの毛細血管の多い部位を撮影し，皮膚の色変化の解析によって脈波成分（映像脈波; Video Plethysmography (VPG)）を抽出し，そこから心拍数や脈波伝播時間などの生理指標を得る手法が提案され，様々な応用が期待されている．これは，皮下の血液による光の吸収量の変化を利用したものであり，特にヘモグロビンによる吸収量が多い緑成分(G)は血液容積の変化の影
響を強く受け，顔では緑成分の時間変化に対して簡単なバンドパスフィルタを適用するだけで平均心拍数などの情報を得ることが可能である．
一方で，多くの部位の脈波が同時に得られれば，心拍数だけでなく，複数の関心領域（ROI）間の脈波の伝播特性や脈波形状の違いといった血行動態に関する新たな情報が抽出できる可能性がある．しかし，背中や腕などの比較的毛細血管の走行が少ない部位では映像脈波を抽出することが困難であり，本来の脈波形状を維持した安定的な抽出法の開発が必要である．
我々はこれまでに，周期成分分析の手法を応用した，顔よりも毛細血管の走行の少ない部位にも応用可能な映像脈波抽出方法を提案し，背中を対象とした場合，得られた映像脈波の伝播時間は場所によって異なること，局所的な加温によって伝播時間が変化することなどを明らかにした．しかし，心拍数の算
出精度は従来法よりも優位に向上したものの十分な精度ではないこと，加速度脈波解析などの脈波形状の特徴を利用した解析を安定的に行うことは困難であることなどの課題が残されている．
本研究では，周期成分分析を利用した脈波抽出アルゴリズムのさらなる改良を行うとともに，映像脈波による血行動態解析の可能性を検討した．
[方法](1)周期成分分析を利用した VPG 抽出
脈波成分の抽出において RGB 各チャンネルを利用して多変量間の独立性に着目した信号分離法は有効ではあるが，信号が周期性を有する場合，その情報を取り入れて解析するほうが適切な信号処理を行える可能性がある．周期成
分分析(PiCA)とは同時に記録された多チャンネルの信号から，位相情報を基に想定される擬似周期信号に近い周期成分を持つ信号から順に分離する手法である．本研究では映像中の解析対象となる ROI の中をさらに細分化した複数の subROI を設定し，各 subROI の緑信号に対して狭帯域のバンドパスフィル
タ（BPF）をかけて算出した瞬時心拍間隔（RRI）を推定 RRI の初期値とした．
この情報を用いて ROI 内で PiCA を適用し，その結果抽出された脈波信号から RRI を再度計算更新し，これを用いて再度 PiCA により脈波信号を算出した．これを複数回繰り返して脈波信号を更新し，最終的な VPG 信号を算出した．このとき，PiCA における共分散行列の計算では位相変化を一定とせず，
より脈波形状を考慮して位相変化を決定した．
本アルゴリズムの評価を行うため，手腕部の映像に対して本手法を適用し，VPG から得られた RRI を心電図から得られた RRI と比較した．具体的には，得られた VPG から各拍の脈の立ち上がりから次の立ち上がりまで（foot-tofoot）の時間差を RRI として算出し，心電図から算出した RRI との 2 乗平均平71

福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

成果の 概要方根誤差（RMSE）を算出した．また，精度比較のため，狭帯域バンドパスフ
ィルタ（BPF）および JADE によって得られた VPG と指尖容積脈波 PPG から算出した RRI についても RMSE を算出した．
(2)手腕部 VPG を利用した血行動態の評価
本評価では，手腕部を対象とした．その理由は以下である．
①心臓からの距離が比較的あり，脈波伝播時間が算出し易い．
②手の位置を上下に動かすことで血行動態の変化が容易に生じる．
③接触式の容積指尖脈波 PPG と比較できる．
提案手法で得られた VPG の形状からも血行動態に関する情報が得られるかを確認するために，手掌部の映像と PPG を同時に計測した．この時，脈波形状を変化させるために,各被験者に対して手の位置の高さを水平，心臓より上，
心臓より下の 3 段階に変えて計測を行った．得られた PPG と VPG から，一拍波形における，最初の極大点と反射波と見られる 2 番目の極大点の波高比（Reflection Index, RI）および脈波の 2 階微分波形（加速度脈波）の一心拍内の極の波高比から算出される-d/a を算出して比較した．-d/a は脈波の反射波に影響されることから局所的な血行動態を反映すると考えられる．
[結果](1)周期成分分析を利用した脈波抽出
Fig.1 に手腕部背の映像脈波から算出した RRI の RMSE の結果を他の抽出方法および PPG と比較して示す．他の映像脈波抽出法と比べて提案手法は誤差が有意に小さいものの誤差の平均値は約 50ms であり，心拍変動解析を行うた
めには十分な精度とは言えない．脈波の形状や伝播時間は部位によって異なっていると考えられるが，心拍間隔は等しいことを考慮すると，複数部位の情報を用いることで心拍間隔の精度を向上できる可能性がある．
(2)映像脈波から算出した血行動態指標
Fig.2 に VPG と PPG から算出した RIを比較した結果を示す．PPG で 2 例，
VPG で 2 例において RI が正しく算出できなかったが，両者の間には正の強い相関が得られた．Fig.3 に同じく PPGと VPG から算出した-d/a の結果を示
す．d/a の値についても全ての被験者において正の相関が見られた．すなわち，提案方法によって抽出された映像脈波に血行動態に関する情報が映像脈含ま Fig.1 手腕部の映像から算出した瞬時れており，指尖容積脈波と同様の解析
心拍間隔の誤差の比較

Fig.2 映像脈波と指尖脈波から算出した RI の比較

72

Fig.3 映像脈波と指尖脈波から算出した d/a の比較

福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

成果の 概要ができる可能性が示唆された．しかし，RI および d/a の絶対値は PPG のそれと異なること，回帰直線も個人毎に異なっていることなどから，現時点では絶対値の評価は困難であると考えられる．d/a の値は脈波に含まれる倍音成分に大きく影響を受けることから，本結果は抽出された映像脈波の倍音成分に血行動態に関する情報が含まれていることを示唆している．しかし，倍音成分はフィルタによって容易に歪むため，被験者の脈波の基本周波数である心拍数や真の脈波に含まれる倍音成分の量などの影響を受けると考えられる．したがって，単一部位の脈波形状による血行動態の評価ではなく，複数個所から得られた脈波の相対的な変化を利用するなどして，個人差が少なく再現性の高い血行動態の特徴量の提案が必要である．
本評価では，血行動態の変化を生じさせるために手の昇降を利用した．手の昇降において高さ変化を映像から計測できるとすると，一定の外乱に対する脈波の特徴量の変化を評価することによって新たな血行動態指標を得られる可能性がある．
[まとめ]
本研究では皮下組織に走行している毛細血管や細動脈が少なく映像脈波の抽出が比較的困難である部位を対象として，周期成分分析（PiCA）を利用した，より安定的かつ高精度の映像脈波抽出法を提案し，心拍間隔および加速度
脈波解析によって有効性を評価した．その結果，従来法と比較して RRI の誤差が有意に小さいこと，脈波の反射波指数 RI および加速度脈波解析におけるd/a において PPG と VPG との間に正の相関があったことから，映像脈波解析が非接触血行動態評価に利用できる可能性があることが示唆された．しかし，安定性や信頼性については更なる改善が必要であることも明らかとなった．
今後は抽出精度の向上を図るとともに，複数点から得られる脈波を利用し，脈の伝播モデルを考慮した解析法の検討をおこなう予定である．さらに，生体の循環動態の推定や疾患との関係についても検討する予定である．
<口頭発表>
1) 熊谷 岬，田中 明，吉澤 誠，周期成分分析を利用した手腕部における映像脈波（VPG）抽出と血行動態解析，第 58 回日本生体医工学会大会，2019.6
2) A. TANAKA, M. KUMAGAI, M. YOSHIZAWA, Non-contact Assessment of
Peripheral Hemodynamics by Using Video Plethysmography, IEEE 8th Global
Conference on Consumer Electronics (GCCE 2019), 2019.10.

73

福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名 機械・電子学系・准教授
氏

名

馬塲 一晴

拡張テレパラレル重力理論での宇宙膨張の加速機構と三大物質組成の起源に関
研 究 課 題する研究（Study on the acceleration mechanism of the cosmic expansion and theorigin of three compositions of matter in extended teleparallel gravity.）【研究の背景】

成 果 の 概 要

近年の宇宙マイクロ波背景輻射の超精密観測から、インフレーションという初期宇宙での加速的宇宙膨張の詳細な性質が明らかにされた。一方、近年の Ia 型
超新星の観測から、現在の宇宙も加速膨張していることが発見され、「ダークエ
ネルギー問題」と呼ばれている。
【研究目的】
本研究の目的は、現在の宇宙の加速膨張を説明でき、かつプランク衛星の最新の観測結果と整合する初期宇宙でのインフレーションをも実現し得る拡張重力理論を構築することである。
【研究方法】
ダークエネルギー問題の研究方法は、大きく二つに分類される。一つは、一般
相対性理論の枠内で宇宙項に代表されるダークエネルギーと呼ばれる負の圧力を持った未知の新物質を導入する方法である。もう一つは、長いスケールで重力理論を拡張する方法である。後者の方法の一つとして、近年、捩れ率 T を用いて記述される F（T)重力理論（拡張テレパラレル重力理論）が提唱されている。本研究では、拡張重力理論の枠組みにおいて宇宙論的及び宇宙物理学的研究を遂行した。
【研究成果】
以上の目的を遂行し、下記の 1 編の著書（編著）及び 17 編の学術論文（査読有り）を発表した。また、国際会議での 1 度の口頭発表と 1 度のポスター発表、2度の国内学会での口頭発表を行った。
Ⅰ．著書[1] 著書名：Cosmological Inflation, Dark Matter and Dark Energy
著者名：Kazuharu Bamba（編集）
出版社：MDPI、出版年：2019 年、ISBN：978-3-03921-764-9
Ⅱ．学術論文（査読有り）[1] 題名：Cosmological Consequences of New Dark Energy Models in
Einstein-Aether Gravity
著者名：Shamaila Rani, Abdul Jawad, Kazuharu Bamba and Irfan Ullah Malik
掲載学術誌名：Symmetry 11 (2019), 509[2] 題名：Effect of Quantum Gravity on the Stability of Black Holes
著者名： Riasat Ali, Kazuharu Bamba and Syed Asif Ali Shah
掲載学術誌名：Symmetry 11 (2019), 631[3] 題名：Axially magnetized dark energy cosmological model74

福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

著者名：B. Mishra, Pratik P. Ray, S.K. Tripathy and Kazuharu Bamba
成 果 の 概 要

掲載学術誌名：Modern Physics Letters A 34 (2019), 1950217[4] 題名：The arbitrariness of potentials in interacting quintessence models
著者名：Nandan Roy and Kazuharu Bamba
掲載学術誌名：Physical Review D 99, 123520 (2019)[5] 題名：On reconstruction of extended teleparallel gravity from the cosmologicaljerk parameter
著者名：Soumya Chakrabarti, Jackson Levi Said and Kazuharu Bamba
掲載学術誌名：The European Physical Journal C 79 (2019), 454[6] 題名：`Hidden' symmetry of linearized gravity in de Sitter space
著者名：Hamed Pejhan, Surena Rahbardehghan, Mohammad Enayati,
Kazuharu Bamba and Anzhong Wang
掲載学術誌名：Physics Letters B 795 (2019), 220−224[7] 題名：Charged Gravastars in Modified Gravity
著者名：Z. Yousaf, Kazuharu Bamba, M. Z. Bhatti and U. Ghafoor
掲載学術誌名：Physical Review D 100, 024062 (2019)[8] 題名：Cosmological Consequences of Parameterized Equation of State
著者名：Abdul Jawad, Shamaila Rani, Sidra Saleem, Kazuharu Bamba andRiffat Jabeen
掲載学術誌名：Symmetry 11 (2019), 1009
[9] 題名：Dissipative Self-Gravitating Systems in Modified Gravity
著者名：M. Z. Bhatti, Kazuharu Bamba, Z. Yousaf and M. Nawaz
掲載学術誌名：Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 09 (2019) 011[10] 題名：Parametrizations of dark energy models in the background of general
non-canonical scalar field in D-dimensional fractal universe
著者名：Ujjal Debnath and Kazuharu Bamba
掲載学術誌名：The European Physical Journal C 79 (2019), 722[11] 題名：Thermodynamic Implications of Multiquintessence Scenario
著者名：Abdul Jawad, Zoya Khan, Shamaila Rani and Kazuharu Bamba
掲載学術誌名：Entropy 21 (2019), 851[12] 題名：The Lambert W function: A newcomer in the Cosmology class?
著者名：Subhajit Saha and Kazuharu Bamba
掲載学術誌名：Zeitschrift für Naturforschung A - A Journal of Physical Sciences A
75, 23 (2019)[13] 題名：Effects of Anisotropy on the Sign-Changeable Interacting Tsallis
Holographic Dark Energy
著者名：M. Abdollahi Zadeh, A. Sheykh, H. Moradpour and Kazuharu Bamba
掲載学術誌名：Modern Physics Letters A 33, 2050053 (2020)[14] 題名：Reconstruction of f(R) Lagrangian from a massive scalar field
著者名：Soumya Chakrabarti, Kazuharu Bamba and Jackson Levi Said
掲載学術誌名：General Relativity and Gravitation 52, number: 7 (2020)75福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

[15] 題名：Hairy black holes and holographic heat engine
成 果 の 概 要

著者名：Hossein Ghaffarnejad, Emad Yaraie, Mohammad Farsam andKazuharu Bamba
掲載学術誌名：Nuclear Physics B 952 (2020), 114941[16] 題名：Charged (A)dS black hole solutions in conformal teleparallel equivalent ofgeneral relativit
著者名：G.G.L. Nashed and Kazuharu Bamba
掲載学術誌名：Physical Review D 101 (2020), 044029[17] 題名：Charged spherically symmetric Taub-NUT black hole solutions in f(R)gravity
著者名：G.G.L. Nashed and Kazuharu Bamba
掲載学術誌名：Progress of Theoretical and Experimental Physics（印刷中）
Ⅲ．国際会議での発表[1]（ポスター発表と 1 分間の口頭発表）
題名：Infoationary cosmology in modified teleparallel gravity with the unimodular
condition
講演者氏名：Kazuharu Bamba
会議名：第 29 回「一般相対論と重力」研究会
開催場所：神戸大学 百年記念館、開催日程：2019 年 11 月 25 日−29 日[2]（口頭発表）
講演題目：Uniqueness of spherically symmetric black holes in f(R)
講演者氏名：G.G.L. Nashed* and Kazuharu Bamba（共同研究者）
会議名：VI Cosmology and the Quantum Vacuum, In Honor of Professor Emilio
Elizalde’s 70th Birthday
開催場所：Barcelona, Spain、開催日程：2020 年 3 月 5 日−8 日*：発表者
Ⅳ．国内学会での口頭発表[1]（口頭発表）
講演題目：拡張テレパラレル重力理論でのユニモジュラー条件下におけるイン
フレーション宇宙論
講演者氏名：馬塲 一晴，Sergei D. Odintsov，Emmanuel N. Saridakis
学会名：日本物理学会 2019 年秋季大会
開催場所：山形大学 小白川キャンパス、開催日程：2019 年 9 月 17 日−20 日[2]（口頭発表）
講演題目：ダークマターとの相互作用を考慮したクインテッセンスモデルの観測的制限
講演者氏名：Nandan Roy，馬塲 一晴
学会名：日本物理学会第 75 回年次大会（2020 年）
開催場所：名古屋大学 東山キャンパス、開催日程：2020 年 3 月 16 日−19 日76福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名 物質・エネルギー学系・准教授
氏

名

浅田 隆志

Cu-Mn 複合酸化物担持スギ炭の調製と一酸化炭素酸化触媒としての性能
研 究 課 題Preparation of Japanese cedar char loaded with Cu-Mn oxide and application for CO
oxidation catalysis.
緒言
燃料電池用の水素(H2)燃料は、主に化石資源の改質により製造されており、一酸化炭素（CO）が微量含まれる。H2 燃料中の CO は燃料電池の電極を被毒す
るため、触媒を用いて CO を二酸化炭素(CO2)に酸化して燃料電池に供給される。一般的には CO の酸化触媒として白金(Pt)のような貴金属が使用される。これに対して銅(Cu)-マンガン(Mn) 複合酸化物(CMO)も CO 酸化触媒として知られているが、Pt に比べて低温での CO 酸化性能が低いことが問題となっている。
本研究においては、Pt に比べ安価で資源量も多い Cu と Mn からなる CMO を
CO 酸化性能の向上を目的としてスギ炭に担持し、燃料電池用の CO 酸化触媒として活用できる触媒を開発することを目的としている。本研究においては、
ボールミル(BM)を用いて調製した CMO を BM 処理によりスギおが屑に担持した後、木炭化することにより、CMO 担持スギ炭(CMC)を簡便に調製する方法を検討し、H2 リッチガス中の CO 酸化性能を評価した。
実験方法
酸化銅(II)と酸化マンガン(IV)を遊星 BM で 1 時間混合し、さらに乾燥スギおが屑を加え、再び遊星 BM を用いて 20 分間処理した。得られた CMO 担持スギ
おが屑を、電気炉内で 1 時間炭素化し、CMC を得た。比較のため、共沈法で調製した CMO を用いて同様に CMC を調製した。また、後処理として過マンガン
酸カリウム(KMnO4)溶液あるいは精製水中における加熱処理の影響を検討した。調製した CMC の CO 酸化性能は、固定床流通型反応器を用いて評価した。
反応器への流入および流出ガス中の CO および CO2 濃度をガスクロマトグラフ
ィーにより測定し CO 転化率(%)を算出した。
結果と考察調製した CMC 中の Cu および Mn 含有量を蛍光 X 線分析により測定した結果、添加した Cu と Mn の比を維持したままスギ炭に担持されたことが分かった。
また、後処理として KMnO4 溶液処理では Cu 量が減少し、Mn 量が増加した。
精製水処理では Cu と Mn の比は維持された。粉末Ｘ線回折法による分析の結果、CMO を BM 法で調製した場合と共沈法で調製した場合、いずれも同じ回折ピークが得られた。CO 酸化性能については、特に KMnO4 処理により CO 転化率が向上した。共沈法で調製した場合、初期の CO 転化率が高かったが、時間経過により CO 転化率が低下する傾向がみられた。BM 法で調製した場合は、初期の CO 転化率が低い傾向であったが、時間経過による転化率の低下は小さ
く、300 分経過後は共沈法と同程度の CO 転化率であった。まだ実用化に向け十分な CO 転化率が得られていないが、調製条件の検討により転化率を改善できれば簡便に CO 酸化触媒を調製する方法として期待できることが分かった。
本研究成果の一部は、以下に示す学会および学術論文で発表した。
1. 齋藤悠貴、浅田隆志、銅亜鉛系触媒担持スギ炭素化物の水性ガスシフト反
応触媒性能評価、第 46 回炭素材料学会（岡山大学）
2. 宮内啓太、浅田隆志、ボールミル法を用いた Cu-Mn 酸化物担持スギ炭素化物の調製と CO 酸化性能、第 10 回福島地区 CE セミナー（日本大学工学部）
3. 藤田雄、高瀬つぎ子、浅田隆志、ボールミルを用いて Cu-Mn 酸化物を担持したスギ炭素化物の CO 酸化性能、木材学会誌、66 (2) 67-75 (2020）77福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名

物質・エネルギー学系・准教授

氏

大橋 弘範

名

牛乳の美味しさ変動分析のための福島発デファクト・スタンダードの創出と牛研 究 課 題

乳変動分析
Study on lusciousness of milk using chemical-anlalytical method and construction ofits de facto standard.

成 果 の 概 要

【本研究の目的】
福島県の農業及び畜産業は、福島第一原子力発電所の事故以降、風評被害が続き、農産物の市場価格の低下や本県産の農産物の買い控えなど、9 年目を迎える今日でも未だに解決しているとは言い難い。地元産の牛乳に対する放射能の影響を心配する声は震災直後に比べ沈静化していると言えるが、消費量は伸び悩んでいる。
一方で牛乳嫌いの児童・生徒は一定数いると言われている。子供の時の忌避感は、大人になっても引きずることが容易に想定される。これを回避するには、嫌いと言われる牛乳を科学的に解明し、それを打破する出荷前処理方法を考案することが必要である。本研究では、生徒の牛乳嫌いの原因を官能試験と味覚センサーによって科学的に解明した上で、「嫌い」の原因を考察することを目的とした。これまでの研究から、官能試験と味覚センサーの CPA 値の旨味や旨
味コク、苦味雑味などと相関があるのではと仮説を立てている。
【研究の成果】
研究の前段階での官能試験による調査において、大人と生徒での味覚のズレがあることが定性的にわかった。具体的には、地方の小規模の牧場直送の牛乳と、給食で提供されている牛乳の両方で比較すると、大人は前者を、生徒は後者を選ぶ人が多かった。これは大人になるにつれて、味蕾の数が徐々に減っていくことと矛盾がない。一方で、美味しさの要因の一つに挙げられている「習慣による影響」についても考慮すべきであることがわかった。
このように、大人と生徒との違いが出ることは、一部で指摘されていたことであったが、今回改めて理解することができた。味覚調査（官能試験）は、実
際には主に官能試験用に「訓練された」熟練者が行うことがほとんどであり、熟練者と決してならない生徒の評価は反映されない。このことからも、生徒を対象とする本研究の重要性が改めて認識された。さらに現在、アンケート調査
を通常のアンケートで用いる尺度法（例：リッカード形式）ではなく、連続尺度を用いた手法でアンケートをやり直しており、解析を進めているところである。
大人と生徒で美味しさの感じ方に違いがあるものを、絶対的な基準にて表現
することは非常に重要である。今回は、いくつかある美味しさを数値化する機78福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

械の中で、分析化学的に多くの発表がある「味覚センサー TS-5000Z」を用い
成 果 の 概 要ることとした。
一般に「美味しさ」の定量化は非常に困難であるが、同じ飲み物・食べ物の間での比較は可能である。TS-5000Z を用いたこの美味しさ（味覚）の研究は多くあり、9 種のセンサー（酸味, 苦味雑味, 渋味刺激, 旨味, 塩味, 苦味, 渋味, 旨味コク, 甘味）の中から特徴的な 2 種を割り出し、2 軸のグラフとし、プロットすることで評価している。ここで、重要なことはその 2 軸は食品によって異なり、分析する側が決定する、ということである。しかしながら牛乳に対して明確な基準はなかった。さらに、これらの値はすべて基準に対する相対値である。これまでに、牛乳に関する味覚センサーの分析はいくつか行われているが、牛乳の加工（小規模な変更）に対するものが多く、基準を元の牛乳にすることがほとんどであった。今回、牛乳そのものを対象にするため、基準が必要となった。

図 1 牛乳に含まれる無脂乳固形分と乳脂肪分の月変動のイメージ.
図 1 には、牛乳に含まれる無脂乳固形分と乳脂肪分の月変動のイメージを載せている。図 1 に示されるように、一般的に牛乳の成分は季節によって変動する。またその時の気候も変動要因である。変動するものの分析をするのに、変動するものそのものを基準にはできない。また。味覚センサーの仕様上、測定するときに基準が必要であるため、数ヶ月前の牛乳を保存してそれを基準にする、ということはできない。したがって、季節変動しない、「試薬のようなもの」を選定することとなった。 具体的には、脱脂粉乳や全脂粉乳が考えられた。各社の粉乳について牛乳との比較を念頭に分析を行った結果、A 社の全脂
粉乳を基準として用いることとした。全脂粉乳は、水に溶いて用いるため、次に濃度について検討を行った。
図 2 には、A 社の全脂粉乳と水との比率を変化させて味覚センサーの測定を行った結果である。通常、全脂粉乳と水を 1:10 の割合で混合することが推奨されているが、濃度変化とともに、数値が変化することがわかった。さらに濃度による変化のばらつきや逆走はないことも確認した。したがって、基準とし79福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月て全脂粉乳は有効であると結論づけた。その上で、味覚センサーを用いた牛乳
成 果 の 概 要の分析を行った。その結果、中規模・大規模乳牛業者数社の牛乳間に大きな違
いはないことがわかった。しかしながら、小規模で地域に提供される牛乳は大きな違いが出た。これらの多くの分析から、測定指標 9 軸から特徴的な 2 軸を抽出することもできた。また散発的ではあるが季節変動調査も行い、変動があることを確認した。

図 2 全脂粉乳（A 社）と水の比率を変化させた場合の味覚センサーの測定結果（内側から、1:60, 1:30, 1:10, 1:5, 1:3.33）.
上記のことから、牛乳のいわゆる「テイストマップ」を作成するためには、それぞれの牛乳の季節変動を押さえた上での平均値、もしくは季節値で出すべきである、ということがわかった。ただし、変動幅からそのときの牛乳を表す指標としては平均値をだすことが必ずしも正しくないこともわかった。
アンケート調査では、牛乳の好き嫌いについて、嫌いが中学生 64 名中 4 名と極めて少なく、嫌いな理由を既存の牛乳のアンケートから推察するには非常に難しいことがわかった。子供の牛乳嫌いを是正することを美味しさの概念から解決するためには、大規模な調査群の創出および牛乳嫌いの理由の聞き取りが不可欠であることがわかった。
最後に、本研究結果を「超異分野学会」で発表する予定であったが、新型コロナウイルスによる会議開催延期が繰り返されたことで、発表を断念した。今後、当初発表予定であった「超異分野学会」を含めしかるべき場所にて学会発表を行った上で、論文作成する予定である。
【研究組織】
大橋 弘範（代表者）役割：文献調査、牛乳の分析、全体の取りまとめ
菅野俊幸（学外分担者）役割：生徒たちの官能試験と牛乳の分析
原田大輔（学外分担者）役割：他地域の原乳の調達

80福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

研 究 課 題所属学系・職名

物質・エネルギー学系 教授

氏

大山 大

名

色素材料の化学的改良による太陽電池の高性能化
A highly efficient solar cell based on chemical improvements of dye-materials

成 果 の 概 要

【研究目的】
温室効果ガス削減を目指す政府方針のもと，再生可能エネルギーの需要が増加し続けている。その中で最も期待されているのは太陽電池であり，低コストで高耐久性の次世代型太陽電池の開発が望まれる。太陽電池の高性能化を目指すには，太陽が発する可視〜赤外光を効率的に捕集する色素材料の創出が必要不可欠である。そこで，(1)所望の色素分子構造を理論計算により導出し，それを設計図として高性能色素分子を化学合成する，(2)合成した色素分子の性能を実験的に評価する，という二点の達成を目標として本研究を推進した。
【方法】
上記(1)については，量子化学計算を基に通常の化学合成を行い，合成した化合物について各種分光測定ならびに X 線回折実験により同定した。(2)について
は，化合物に対して光物性，酸化還元特性を評価した。さらに導電性ガラス基
板上に半導体と色素分子を塗布した模擬電極を作成して過渡吸収分光測定を行い，得られたデータより色素分子から半導体への電子注入効率を算出した。(1)に関する一連の実験は福島大学で実施し，(2)は日本大学工学部で行った。
【成果】
最初に，量子化学計算を行って色素として理想的な分子構造をいくつか導出
し，その構造を目標に化学合成を行った。その結果，中心金属をルテニウム（Ru）とした一連の無機・有機複合体分子の合成に成功した（図 1）。
次に，合成した複合体の光物性X+を明らかにするため，吸収分光測定および電気化学測定を行った。
R
1 (R=OH, X=H)
N
合成した一連の複合体は，いずれ2 (R=OH, X=Me)N
N
3 (R=COOH, X=H)
N
Ru
も目的とする可視から近赤外領
N
4 (R=COOH, X=Me)
NCS
N
域の光を効率良く吸収すること，N
5 (R=OH, X=NMe2)
6 (R=COOH, X=NMe2)
重要な役割を担うフロンティア
軌道のエネルギー準位が色素とXして機能する位置にあることを
図 1. 1-6 の化学構造.
確認した。
続いて，今回合成した複合体が色素分子として機能することを確認するため，
日本大学工学部において過渡吸収分光測定を実施した。その結果，532 nm の可視光に対して半導体への電子注入が起こることを確認した。しかしながら，注入効率が数パーセント程度と低いことから，条件の最適化を試みたところ，リチウムイオンを添加することにより，電子注入効率が 2〜10 倍程度向上することが分かった。今後，さらなる条件の最適化を行ったのち，実際に太陽電池を構築して電池性能を総合的に評価する予定である。
以上の成果を下記の学会において発表した。
1) 中村，高瀬，大山「配位モード制御型光増感分子の改良：ルテニウム錯体の構造および電子状態の最適化」錯体化学会第 69 回討論会（2019. 9，名古屋市）.
2) 中村，高瀬，大山，和久井，加藤「電子状態の最適化を志向した配位モード
制御ルテニウム光増感剤：色素分子からチタニアへの電子注入効率の評価」
日本化学会第 100 春季年会（2020. 3，野田市）.
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2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名 物質・エネルギー学系・准教授
氏

名

中村 和正

カーボンナノファイバー強化炭素複合材料のマイクロ領域における摩擦特性
研 究 課 題Micro-tribological property of carbon composite materials reinforced by carbon
nanofiber.
【背景と目的】成 果 の 概 要

ガラス状炭素は、一般的に高強度、耐摩耗性、耐熱性、耐熱衝撃性のような優れた特性をもつ。この炭素材料をより高強度化させた材料が、強化材として炭素繊維(CF：Carbon Fiber)を加えた炭素繊維強化炭素複合材料(C/C composite：
Carbon Fiber Reinforced Carbon Composite)である。もし、強化材の CF がナノレ
ベルのカーボンナノファイバー(CNF：Carbon Nanofiber)であれば、低添加量で更なる高強度化が期待できる。今回着目した摩擦摩耗特性は、通常マクロ領域での試験でマトリックスと強化材と一体として考慮されており、マトリックスに対して CNF やその周辺領域の摩擦摩耗特性がマクロ領域にどのような影響を与えているか精査されていない。つまり、この材料に対しミクロ領域での摩擦現象を調査する必要がある。
本研究では、原子間力顕微鏡(AFM：Atomic Force Microscope)と摩擦力顕微
鏡(FFM：Friction Force Microscope)を用いて、C/C composite のマトリックスおよびそれと CNF 界面のミクロ領域の動摩擦係数を計測することにより、それがマクロ視領域の摩擦摩耗現象へ与える影響を検討した。このとき、CNF 添
加量を変化させ、その添加量の影響も検討した。
【実験】
樹脂前駆溶液とそれに対し 1 から 5 wt.%と添加量を変化させた CNF を混合し、混合溶液内に直接超音波照射することで、CNF を十分分散させた。その後、混合溶液を硬化させ CNF 強化プラスチックとし、それをアルゴン雰囲気
中 1000oC で熱処理することにより、C/C composite を作製した。C/C compositeを劈開した後、鏡面研磨し CNF を露出させた上で、マトリックス上およびそれと CNF 界面の摩擦係数と表面粗さを AFM と FFM にて測定した。
【成果】
CNF 添加量が増加するにつれて、平均表面粗さが増加する傾向にあった。
また、CNF 添加量が増加するにつれて、マトリックス上の動摩擦係数も増加する傾向にあり、平均表面粗さとマトリックス上の動摩擦係数は対応していることが分かった。一方、CNF 添加量が増加するにつれて、マトリックスとCNF 界面の動摩擦係数はほぼ一定であった。今回作製した C/C composite のマクロ領域の動摩擦係数はほぼ一定であることが分かっているので、マクロ領域の動摩擦係数はマトリックスと CNF 界面のそれを反映しているのではないかと推察される。

82福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名 生命・環境学系・准教授
氏

研 究 課 題成 果 の 概 要

名石川 大太郎振動分光法を用いた塩添加による水の構造化把握に関する基礎的研究
Fundamental study on the evaluation of water structure induced by addition of salt
using spectroscopy【背景】
塩を水溶液に添加することで生成するイオンが、水の水素結合に影響し、水の構造に変化を与えることがこれまでの研究で報告されてきた。振動分光法
は水素結合状態に鋭敏であることから、ラマンスペクトルや赤外スペクトルを用いて塩添加による水の構造化を評価しようとする試みは古くからなされているが、いまだに不明瞭な部分が多い。特に低波数赤外からテラヘルツ帯に至る 1000cm-1 以下のバンドは領域では、分子振動に加えて、束縛回転が観測されるが、イオンによる水の構造化がこの領域のスペクトルに与える影響や、
より高波数赤外域に観測される水分子の伸縮振動スペクトルとの関連性はい
まだ解明されていない。
【目的】
本研究は、低波数領域のスペクトルと水構造の関係を評価するための基礎的データとして、中赤外域のスペクトル、低波数域のスペクトルを取得し、それぞれの濃度依存性やイオンによる変化を調査し、中赤外と低波数域のピー
クの対応関係を明確化することを目的として実施した。
【方法】
カチオンのイオン半径によって、LiCl、NaCl、KCl、CsCl および、CaCl2 とBaCl2 をそれぞれ 2％から 20％から 2％刻みで調製した。赤外・テラヘルツ領
域では、赤外分光光度計で各サンプルの 4000-100cm-1 付近のスペクトル赤外
測定は、ATR 法(ATR-ProOne、ダイヤモンドプリズム、1 回反射)で実施した。
スペクトル解析は、スペクトルの強度および波数シフト挙動を追跡することで実施する。得られたスペクトルは二次微分を行ことで波長の抽出を行う。
また、バンドのカーブフィッティングを実施する。これまでの研究をもとに、水中の結合状態を 5 段階に分け、ピーク波数位置、強度比と水分活性との関係を調べることで、塩添加が水の状態に与える影響について検討を行う。
【結果】
中赤外域の 3200cm-1 から 3000cm-1 付近には、伸縮振動のピークが観測され、また 1640cm 付近には、OH の変角振動に由来するピークが認められた。そのうち、3200cm-1 から 3000cm-1 のスペクトルのカーブフィットでは、塩濃度が増加すると増減するピークが認められた。低波数側は、構造化した水に由来していると考えられ、Na＋、K＋添加の場合、強度の減少が大きかった。この傾向
は、ラマン分光においても確認されており、塩添加によって水分子同士のネッ
トワークが切断されイオンに水和していることが確かめられた。ここで、本研
究では、溶液が 2 状態であると仮定して解析したが、希薄系の場合、3600cm1 に小さな肩バンドの存在を確認した。
低波数 100cm-1 までのスペクトルでは、1000-200cm-1 にわたるブロードなバンドが確認され、このバンド内には、今回用いたすべての塩で isosbestic pointが確認された。またこの領域も 2 状態モデルにてカーブフィットすると高波数帯のバンドが減少する結果となった。高波数帯が構造化した水由来であると考えると、バンドの強度の濃度にともなる変化は、おおむねイオン半径に対応した変化であった。しかし、リチウムではその傾向とはずれた。これまでの結果は、アニオンの影響や低波数帯の並進(156cm-1 付近)の影響などさらに詳
しく調査する必要があると考えられる。本研究の知見に基づき、ソルト・サイ
エンス財団 2020 年研究助成金に応募し採択されたことから、
本研究を拡張し、問題点の解決をはかっていく予定である。
【体制】
本研究は東北大学大学院農学研究科藤井智幸教授との協力体制のもと実施した。
83福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名

生命・環境学系・准教授

氏

川崎 興太

名

特定復興再生拠点区域制度による帰還困難区域における復興まちづくりに関
研 究 課 題する研究
A Study of on revitalization of “Difficult-return zone” by Special zone for reconstruction
and revitalization system

成 果 の 概 要

1．研究の背景と目的
福島県は、2011 年 3 月 11 日の東日本大震災に伴って発生した東京電力福島
第一原子力発電所事故によって、深刻かつ重大な放射能被害を受けることになった。特に被害が大きかった 11 市町村には避難指示が発令され、住民は避難を余儀なくされた。避難指示区域は、2012 年 4 月から、放射線量に応じて、
避難指示解除準備区域、居住制限区域、帰還困難区域に再編されることにな
り、避難指示解除準備区域と居住制限区域では、除染とインフラ復旧・再生が進められてきた。そして、双葉町と大熊町を除く市町村では、2017 年 4 月までに、両区域の避難指示が解除されることになった。
その一方で、帰還困難区域は、その放射線量の高さから、福島原発事故が発生してから手つかずのままにされてきた。しかし、2016 年 8 月に公表された「帰還困難区域の取扱いに関する考え方」では、除染とインフラ整備を行うことで、5 年を目途に、避難指示を解除し、居住を可能とすることをめざす「復興拠点」を設定し、整備するとの方針が示された。これを受けて、2017 年 5 月には福島復興再生特別措置法が改正され、特定復興再生拠点区域復興再生計
画制度（以下「特定復興再生拠点区域制度」）が創設されることになった。
帰還困難区域が指定されているのは、双葉町、大熊町、浪江町、富岡町、葛尾村、飯舘村、南相馬市の 7 市町村であり、面積は合計で 33,700ha（福島県の2％）であるが、これまでに、南相馬市を除く 6 市町村では特定復興再生拠点計画が認定されている。南相馬市では、帰還困難区域内で暮らしていた 2 人が移住したため、計画を策定しない予定であるので、この 6 市町村で特定復興再生拠点計画は出そろったことになる。
本研究は、こうした状況にある特定復興再生拠点区域制度による帰還困難区域における復興まちづくりの実態と課題を分析・考察することを目的とするものである。現在、帰還困難区域の避難指示の解除や復興・再生は、福島県の復興に関する最優先課題となっていることから、本研究は、学術的にも実務的にも重要な意義を有するものと考えられる。
2．研究の成果
本研究では、以下の調査を実施した。
①帰還困難区域が指定されている 7 市町村に対するアンケート調査とヒアリング調査②特定復興再生拠点区域の現地調査と住民アンケート調査
84福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

③復興庁や専門家に対するヒアリング調査④福島復興や拠点整備に関する文献調査⑤研究成果の発表
本研究を通じて明らかになった帰還困難区域における避難指示解除と復興に関する問題と課題については、以下の通りである。
第一に、帰還困難区域における避難指示を解除する制度として特定復興再生拠点計画制度が創設されたが、その特定復興再生拠点区域は、市町村によって程度の差はあるものの、全体としては、帰還困難区域の 1 割に満たない地
域にしか指定されていないという問題がある。国は、2017 年 6 月に改定した
福島復興再生基本方針において、「たとえ長い年月を要するとしても、将来的に帰還困難区域の全てを避難指示解除し、復興・再生に責任を持って取り組むとの決意の下、放射線量をはじめ多くの課題があることも踏まえ、可能なところから着実かつ段階的に、政府一丸となって、帰還困難区域の一日も早い復興を目指して取り組んでいくこととする」との方針を示しているが、これ以上の具体的な方針は示されていない。このため、帰還困難区域が指定されている市
町村の多くは、国は特定復興再生拠点区域外の避難指示解除に向けた具体的な方針を示し、早急に除染や被災家屋等の解体、インフラの復旧・再生を実施すべきだと認識している。国は、少なくとも原子力政策を推進してきたことに伴う社会的責任を負い、原子力災害からの福島の復興及び再生に関する施策を総合的に策定し、継続的かつ迅速に実施する責務を有しているのであるから、帰還困難区域全域の避難指示解除に向けた具体的な方針を早急に示す必要があると考えられる。
第二に、帰還困難区域における避難指示が特定復興再生拠点計画制度などを通じて解除されたとしても、帰還する住民は限られるという問題がある。長期にわたる避難を余儀なくされた自治体が、将来的な帰還に向けた中間段階として、町としてのかたちを維持するための場として構想し整備した「仮の町」で暮らす住民でさえ、帰還する意向があるのは 1 割程度であり、今後、帰還困難区域において避難指示が解除されたとしても、被災家屋等の解体に伴って空き地ばかりが目立つ地域になることが懸念される。つまり、「避難指示の解除＝復興」ではない、言い換えれば、避難指示の解除は、復興の前提条件
ではあっても、復興そのものを意味するものではないということであり、自治体の存続という観点からは、避難指示の解除に先立って、帰還する住民の増加
や新たな住民の転入に資する医療、商業、介護・福祉などの生活環境の整備・充実を図る必要があり、同時に、被災者の生活再建という観点からは、避難指示の解除後にも帰還しないのは理由があってのことなので、避難を続ける住民に対して、避難先での生活環境の整備・充実を含め、長期にわたって、被害の実態を踏まえた支援を継続することが必要だと考えられる。

85福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名 生命・環境学系・教授
氏

名

黒沢 高秀

福島県内の旧制中等学校の博物に用いられた植物標本の整理および分析
研 究 課 題成 果 の 概 要

Study on herbarium specimens deposited in junior high schools in Fukushima
Prefecture before World War II.
【研究の背景，目的】
1886（明治 19）年の文部省令「尋常中学ノ学科及其程度」により，現在の理科にあたる科目として博物，植物，動物，物理，化学が定められた。それ以降，1947（昭和 22）年の学制改革により理科に組み込まれて消失するまでの間，旧制中等教育学校の学科目には博物があり，各学校には動物，植物，鉱物の標本が集められた。学制改革後の高等学校で博物の科目がなくなったこと
により，これらの標本は学校教育に使われる機会がほとんどなくなった。多くの学校では当初理科室などに保管されている場合が多かったようであるが，改築や部屋の移動，担当教諭の転出や退職などにより，次第に廃棄され，ある
いは散逸してきた。
旧制中等学校の博物に用いられた標本類は，戦前・戦中の教育史の資料として重要である。また，特に動物と植物に関しては，戦後の急激な環境変化により失われた当時の生物多様性を知る資料としても貴重なものである。愛媛県立今治南高等学校の愛媛県産の昭和初期の鳥類標本の中には，四国での観察例が希であるコクガンが含まれていた（稲葉 2017）。また，高田・白井（2016）は，武蔵高等学校中学校の鳥類剥製標本に基づき，1924〜
1926 年当時の東京都練馬区の鳥類 12 種類のリストをまとめている。しかし，このような例は希で，この 2 例以外に旧制中等教育学校の動植物標本を整理・分析し，論文として公表された例はほとんどない。今治南高等学校の標本は地元の博物館が旧制中等学校の標本を積極的に収集したものであり，武蔵高等学校中学校の標
本は学校内に設けられた標本庫で保管されているが，これらは例外的である。
前述のように，旧制中等学校の博物に用いられた標本は，教育史としての資料としての重要性や，過去の生物多様性の資料としての貴重性が認識されない
まま，消失しているのが現状である。
本研究開始以前に，福島女子高等学校（現橘高等学校），梁川高等学校，保原高等学校の植物標本が共生システム理工学類生物多様性保全研究室に寄贈されていた。これらは，いずれもこれまで残っていたものであるが，良好でない保管状態で劣化するおそれや，廃棄されるおそれがあったとのことである。
本研究は，1,000 点ほどと見積もられるこれらの植物標本のラベル作成や標本台紙貼付などの学術標本化を行い，目録を作成し，由来（学校周辺で採集，遠方で採集，標本業者から購入など）を特定し，戦前・戦中の教育史の資料として利用可能な状態に整理することを目標とした。また，学校周辺で採集したものについては，現在の植物の分布状況と比較して，当時の植物の種多様性の解明も試みることとした。自然史博物館や博物館自然史系部門，自然保護セン
ター等がある他の都道府県とは状況が異なり，福島県では戦前の生物多様性についての実証的資料は，平成 30 年度の本助成で整理し，福島大学貴重資料
保管室植物標本室 FKSE に保管されている田口コレクション以外にほとんどない。

86福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

成 果 の 概 要

【方法】
福島女子高等学校（現橘高等学校），梁川高等学校，保原高等学校の植物標本の整理を行い，植物目録を作成し，学校周辺で採集したものについては，現在の植物の分布状況と比較して，当時の植物の種多様性の解明を試みた。上述の田口コレクションの解析でいわき市周辺，福島市渡利や信夫山，および猪苗代湖で明らかになったように，現在はほとんど見られなくなったり，絶滅した
りした草原生植物・湿地生植物や，良好な水質に生育する水生植物を多く含
み，そのような植物が多く生育していたことを示唆するかどうかを確認した。
【成果】
福島女子高等学校の標本は戦後の標本と，戦前の福島高等女学校の標本が含まれていた。戦前の標本には，教師か生徒により採集されたと思われる標本と標本業者から購入した標本が含まれていた。教師か生徒により採集されたと思われる標本は，1880 年
代〜
1910 年代に福島市内等で採集された標本 250枚ほどで，現在では見られなくなったヤナギスブタ，サンショウモ，トチカガ
ミなどの水生植物や，マツバニンジンなどの草原生植物が含まれていた。標本業者から購入した標本は，島津製作所標本部，教育品製造合名会社，東京機械製造株式会社のもので，合計 100 枚ほどであった。島津製作所標本部のもの
は，東京他で 1900 年代に採集されたもので，千葉県で採集されたムジナモなど極めて貴重な植物を含んでいた。教育品製造合名会社の標本には採集した年月日が記されていないが，この標本販売業者が存在した 1880 年
代〜
1910 年代に採集されたものと考えられる。東京機械製造株式会社の標本にも採集した年月日が記されていないが，この標本販売業者がその社名を用いていた
1880 年代〜
1910 年代に採集されたものと考えられる。戦後の標本は 1950 年
代〜
1960 年代に福島市内などで，および 1970 年代に山形県内などで教師か生
徒により採集されたと思われる標本が 100 枚ほど確認された。
保原高等学校の標本は，すべて戦前の旧制保原中学校時代の標本で，ラベル等に業者名が記されていないが標本業者から購入したと思われる標本であった。採集場所は東京近郊を中心に各地であった。
梁川高等学校の標本は，すべて戦後の標本で，1940 年
代〜1950 年代に梁川近辺で採集されたものがほとんどであった。様々な形状のラベルが付されていて中にはラベルがなく台紙に直接情報が書かれているものもあった。採集者も多様で，夏季休業中に採集されたものがほとんどであった。また，同定を赤鉛筆等で直すなどの書き込みが台紙になされているものが多かった。
本研究により，初めて県内（おそらく東北地方でも）の旧制中等学校の博物に用いられた標本類が整備され，それに基づいて調査，研究がおこなわれた。
標本業者による植物標本の研究例は今のところ全くなく，本研究によって採
集時期や採集場所が特定され，その活動の一端が初めて明らかとなった。
梁川高等学校の標本は，様々な形状のラベルが付されていて，採集者も多様
で，夏季休業中に採集されたものがほとんどであったことから，夏休みの課題として提出された可能性が高いと考えられる。また，同定の訂正などのラベルや台紙への赤鉛筆での書き込みは，教師の確認時によるものと思われる。これ
らは，新制高等学校発足直後の理科教育の状況を知る上でも貴重な資料と考えられる。
本研究で整理された標本も附属図書館新館にある福島大学貴重資料保管室に収められる。福島大学が社会にアピールできるような貴重資料を増やすことにもつながる見込みである。

87福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名 生命・環境学系・准教授
氏

名

申 文浩

時系列衛星データを用いた西アフリカの水管理状況の推定に関する調査研究
研 究 課 題Study on estimation of irrigation management situation in West Africa using timeseries satellite data

成 果 の 概 要

[研究の背景・目的]
アジア等の米麦の緑の革命の成功を受けて、サブサハラアフリカ（SSA）でも同様の成果を実現すべく国際機関 AfricaRice（アフリカ稲センター）等は、品種改良を中心に活動を開始してから 50 年が経過したが、SSA 全体としては
緑の革命は実現していない。一方、FAO（国連食料農業機関）統計によれば、
2010〜2016 年の国別平均籾収量は、Madagascar (4.0t/ha)を先頭に、Senegal(3.9t/ha)、Mali (3.0t/ha)と収量は向上しており、アジア諸国においつく雁行型発展が認められる。
しかし、何故近年籾生産性が向上し始めたかについて実証的学術研究は少ない。とりわけ国際協力機関 JICA が 2008 年に開始した CARD（アフリカ稲作進行のための共同体）の目標達成（2018 年までに SSA の年間籾生産を 1400 万 ton
から 2800 万 ton に倍増）に最大の貢献をしている Nigeria の Kebbi 州の稲作は、2008 年平均籾収量 2t/ha で 10 万 ton の籾生産から、2017 年時点で平均収量 5t/ha
で 200 万 ton が生産された(NAERLS & FDAF, Michigan State Univ, USAID,IFPRRI, GEMS4, 2017 年の報告）。しかし、この 10 年間 Kebbi 州でどのような革命が起きたのか明らかになっていない。
そこで本研究では、灌漑水田の開発と農業用水の管理技術の発展の関係に着目し、現地調査の協力が得られるナイジェリア Kebbi 州の稲作地域を対象に、農業用水の管理状況が西アフリカの籾が生産量に及ぼす影響を明らかにすることを目的として、西アフリカ諸国の米麦の緑の革命に貢献する。
[研究方法]
本研究では、ナイジェリアの灌漑水田開発の水収支計算・用水管理計画に必要となる土地被覆分類図・作期・水田分布に関する情報を提供するため、複数の水田に水位計を設置するとともに、聞き取り調査を行い、地区内の灌漑水田開発や、農業用水の管理状況を調べる。
また、Google Earth Engine から現地調査時期の衛星データを用いて、水管理状況を推定し、現地調査の結果と比較検討を行い、判別手法を検討する。
具体時には、以下の検討を行う。
①水田進化の評価：Google Earth Engine の時系列衛星データを比較解読して、Kebbi 州を中心に水田進化（a.陸稲、b.自然灌漑氾濫原稲作、c.灌漑非水田稲作、d.灌漑水田稲作等）を評価する。
②管理状況の推定：衛星データの波長を利用して、作期や、水田 1 枚ごとの灌漑管理状況（取水の有無）を調べ、灌漑期間中の農業用水管理状況を推定する。
③現地調査：対象水田地域を選定して一部の水田内に水位計を設置して、水管理状況の実測データを観測する。また、NCAM の研究協力者にスマートフォ
88福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

ンを利用した現地水田の写真データを提供してもらうとともに、農業者の水管成果の概要

理状況について聞き取り調査を行う。
④上記の推定結果や、実測データ、聞き取り調査結果を比較検討し、湛水面の分光反射特性に依存しない灌漑管理状況の推定手法を検討する。
⑤NCAM の研究協力者から現地調査時期の籾生産量を提供してもらい、灌漑
管理状況との因果関係を明らかにするとともに、上記の手法を広域において活用し、西アフリカを対象とした水田判別の可能性を検討する。
[成果]
新型コロナの影響により、2 回目の現地調査が中止となったため、現地水位
データや写真データが収集できていないが、Google Earth の時系列画像を用いて、水田進化を確認（図 1）し、灌漑水田の開発と、農業者による農業用水の管理技術の発展による可能性が示唆された。
今後、現地調査を通じた複数の試験地において検証できれば、湛水面の分光
反射特性に依存しない灌漑管理状況の推定手法が可能となることから、より広域での調査研究が示されると考えられる。
さらに、Google Earth Engine の衛星データを用いて、水田の灌漑状況の推定が可能であれば、籾生産量との関係を比較することで、日本からも、近年西ア
フリカの籾生産性が何故向上したかについての学術研究も可能と考えられた。
[主な発表論文]
現地調査データの解析後、発表予定[組織]
本研究は以下の体制で遂行した。
・申文浩（総括、灌漑管理状況の推定）・渡邊芳倫（現地調査研究）
・若月利之（島根大学、現地調査研究等のアドバイス）
・Ademiluyi Yinka Segun（National Centre for Agricultural Mechanization, Nigeria,
NCAM, 現地調査時の同行および資料提供）

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2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名 生命・環境学系 教授
氏

研 究 課 題名平 修

イメージング質量分析によるパーキンソン病の原因解明
Reveal pathology of Parkinson’s disease by imaging mass spectrometry
本研究は、イメージング質量分析法により、脳神経疾患であるパーキンソン

成 果 の 概 要病がなぜ起きるのか？その症状緩和には何が大事なのかを明らかにするものである。
結果として、脳内カテコールアミンの網羅的検出に成功した（表）誘導体化試薬（PyI）を使用することで、脳内カテコールアミン群の検出感度を向上（100 倍以上）し、網羅的に検出できた。
脳内カテコールアミンイメージング

図 脳内の K_DOPA とその代謝物のドーパミン（DA）のイメージング MS 像と予想される経路

90福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

パーキンソン病は、脳内のドーパミン量が極端に減少することで発症する。
成 果 の 概 要

L-DOPA はド−パミンの原料（前駆体）でありパーキンソン病の症状緩和薬剤
だがその効果は短期である。L-DOPA→ドーパミンの生合成がなぜ止まるのか、
そもそも、L-DOPA が脳のどこに局在し、いつドーパミンに生合成されるのかも未解明であった。図のように世界で初めて L-DOPA の局在を可視化し、代謝物のドーパミンの局在も同時にとらえた。黒質（SN）でドーパミンが産生され、腹側被蓋野（VTA）を経由して、側坐核（ACB）と被殻尾状核（CP）に輸送される経路自体は既知であるが、その前段階の L-DOPA が橋（Pons）と延髄（MY）に局在していることをイメージングできた。
本成果は、2019 年 10 月より開始した、JST A-Step 育成ステージ（1 億円/2.5
年）プロジェクトにつなげることができた。
本助成金の採択に感謝する。

91福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名 生命・環境学系 准教授
氏

名

中村 洋介

東京都心における、激震発生予測ゾーンの避難条件に関する研究
研 究 課 題成 果 の 概 要

Evacuation conditions of the severe earthquake Occurrence prediction zone in theTokyo downtown area .
1．はじめに
内閣府によると、首都直下地震が発生する確率は今後 30 年以内に 70％とされている。この『今後 30 年以内に 70％』という数値は現在も公表されているものであるが、首都圏における過去の大地震の発生時期やそれらの間隔などに基づき、2011 年の東日本大震災の発生前に既に公表されていたものである。一方、東日本大震災の発生によって首都圏の地殻は刺激され地震活動が活性化し、現在も茨城県や千葉県などを中心に有感地震が相次いで発生している。これまでの大地震の発生の記録なども考慮しても、Ⅿ7 クラスの首都直下地震の近い
将来の発生は避けられないものと考えられる。
地震が発生した際の震度は、震源からの距離の他に観測地点の地盤の強さなども加味されて決定される。例えば軟らかい沖積層が厚く（最大で 70m 以上）
堆積する東
京都江東区
は地盤が悪
く、例えば
1923 年 に
発生した関
東大震災の
際に複数の
地点で震度
7 を計測した（図 1 の
地図の墨田
川よりも東
側が江戸川
区）。
図 1 関東大震災の震度分布。武村(2003)の図を一部抜粋し河川名を加筆）
また、2011 年に発生した東日本大震災の際の東京都内の最大震度は震度 5 強であるが、東日本大震災の際には、江東区内の 3 地点でも震度 5 強を計測した。
このことは、遠方で発生した巨大地震であっても地盤が良くない場所は揺れやすいことを示し、このことは今後発生が予測される首都直下地震においても江東区は激しい揺れに見舞われることが予想される。そこで本研究では、武村（2003）によって示されている 1923 年に発生した関東大震災(M7.9)において現在の江東区内で震度 7 相当の揺れを計測した地点が現在どのような土地利用になっており、今後首都直下地震が発生した際の避難経路など、どのような課題があるかについての調査を行った。
2．調査方法まず、武村（2003）によって示されている関東大震災において江東区内で震度 7 を計測した場所 8 ヶ所を調査対象地域とし（図 2 の 1〜8 の位置）、これ
92

福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

成 果 の 概 要

ら 8 か所の位置を現代の地図に書き写した。
続いて、国土地理院の過去の空
中写真や地形図を確認し、江東区内の関東大震災以降の土地利用についての変遷を調べた。その後、Google Map を用いて現在の土地利用に関する概査を行った
のち、徒歩で現在の土地利用や避難条件に関する現地調査を行った。なお、現地で写真を撮影したが、個人宅などが特定される可能性があるため現地の写真は本報
告には掲載しない。
図 2 2006 年 撮 影 の 空 中 写 真 と 調 査 地 点 （ 国 土 地 理 院 撮 影 空 中 写 真
CKT20064X-C6-6 に調査地点の 1〜8 を加筆）
3．調査結果
調査地点は関東大震災で震度 7 相当の揺れに見舞われた江東区内の 8 ヶ所であるが、以下のポイント 1〜ポイント 8 はそれぞれ図 2 の 1〜8 に該当する。なお、既述の通り調査時には現地で写真を撮影したが、個人宅や建築物の特定につながる可能性があるため、本報告では写真の掲載は行わない。
ポイント 1 の場所には現在、江東区立 A 小学校（A は小学校の頭文字のイニ
シャルではない）と併設の幼稚園が建っているが、A 小学校は関東大震災以前に設立され、関東大震災の際には火災で焼失している。関東大震災の発生当時とは建物の耐震強度や周辺の建築物の燃焼強度が異なるため単純に比較はできないが、関東大震災時に激震に見舞われた場所に現在も小学校が建っていることは事実であり、首都直下地震の際にも大きな揺れに見舞われる可能性が非常に高い。また、A 小学校も含む江東区内の公立の小中学校は区の拠点避難所に指定されており、地震などの災害発生時には避難所が最優先に開設されることになっている。しかしながら、A 小学校は首都直下地震の発生時に大きな揺れに見舞われることが予想され、火災の可能性も考慮すると A 小学校は首都直下地震の発生時に避難所として機能しないことも想定される。A 小学校の周辺には大きな公園等はないが大型の商業施設があり、A 小学校周辺の住民は大きな揺れを感じた場合には火災も考慮しつつ商業施設の比較的空間に余裕がある場
所に一時避難として移動するのが妥当であると考えられる。
ポイント 2 の場所には現在、築年数が古いと思われる住宅や現地の町会の会
館などが立地している。町会の会館は昭和年代に建設されたと考えられ老朽化が進行していることから、首都直下地震の発生時に大きな被害を受けることが予想される。また、ポイント 2 にはマンションが建設中であった。ポイント 2の地点から 500m 程の距離に清澄公園があり、ポイント 2 周辺の住民の避難場所として適していると考えられるが、ポイント 2 周辺から清澄公園に向かうには大きな道路や運河を横断する必要があり、避難の際には注意が必要である。
ポイント 3 の場所には現在 C 神社
（C は神社の頭文字のイニシャルではない）と神社の敷地内にある併設の幼稚園が建っているが、C 神社は関東大震災以前に設立され、関東大震災の際には一部を火災で焼失した。ポイント 3 から徒歩
2〜3 分の場所には区の拠点避難所に指定されている江東区立 D 小学校（D は小学校の頭文字のイニシャルではない）が立地するが、D 小学校も関東大震災の際に焼失しているが、D 小学校はポイント 3 から近い場所にあり、地盤条件に93福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

成 果 の 概 要

大きな差はないことから、首都直下地震の発生時にはポイント 3 とさほど変わらない揺れに見舞われる可能性があるのと、ポイント 3 や D 小学校の周辺はコンクリート造りではあるものの比較的建築年代が古い建物が密集しており、火災が発生することも想定される。これらを考慮した場合、ポイント 3 や D 小学校周辺の住民が大きな揺れを感じた場合には、まず一時避難先として清澄公園に避難するのが妥当と考えられる。
ポイント 4 は大通りに面していて飲食店などが立ち並ぶ。また、大通りから一本入ると消防車や救急車が立ち入ることが困難な細い路地があり、さらにこの路地には木造住宅が密集している。故にポイント 4 は食事を用意する時間帯などを中心に、地震の揺れによる被害と同様に火災に特に注意が必要である。
ポイント 4 の周辺には大きな公園等はないため、やや距離はあるものの清澄公園まで避難するのがベターであると考える。
ポイント 5 はスーパーマーケットやマンションといった大型の建物がある一
方、道路を一本挟むと木造住宅が立ち並ぶ。特にスーパーマーケットは品物が大量に陳列されており、仮に開店時間中に首都直下地震が発生した場合には品物が棚からあふれ客や従業員に大きな被害が出る恐れがある。ポイント 2 の地点から 600m ほどの距離に猿江恩賜公園があり、ポイント 5 周辺の住民の避難場所として適していると考えられる。
ポイント 6 は飲食店の配送センターのほか、一戸建ての住宅が比較的密集して立地する。ポイント 6 からは徒歩 2〜3 分の所に区の拠点避難所に指定されている江東区立 E 小学校（E は小学校の頭文字のイニシャルではない）が立地する。E 小学校は昭和以降に現在の場所に建設されたが、移転前は現在と近隣した場所に建っており、関東大震災の際には火災で全焼している。したがって、
首都直下地震の発生時には E 小学校も大きな被害を受ける可能性が高く、ポイ
ント 6 周辺の住民は木場公園の多目的広場に避難するのが妥当と考える。
ポイント 7 は再開発によって建設された大型商業施設やホテルなどが立地している場所である。再開発が行われたのは 30 年近く前であるものの、建物の地
震対策は行われており地震への耐久性に優れていると考えられる。実際にポイ
ント 7 に立地する F ホテル（F はホテル名のイニシャルではない）は江東区の避難所に指定されている。F ホテル周辺は建物が密集しておらず比較的空間に余裕があるため、首都直下地震発生時に F ホテル自体が火災で焼失しなければその後避難所として機能するが、まずは豊住公園に一時避難すべきである。
ポイント 8 は江東区役所とその周辺地域である。言うまでもなく区役所は区の行政を司る施設であるのみならず、災害発生時の対応やその後の復旧・復興を行う上で中心的な役割を果たすが、関東大震災時に震度 7 相当の揺れに見舞われたことから首都直下地震の発生時にも大きな揺れに見舞われる可能性が非常に高い。もっとも区役所の耐震強度は高いと考えられるが、それでも区役所が地震で被災して災害対応の拠点としての機能を果たせなくなった場合の代替案は今のうちから作成しておくべきである。
4．まとめ
本研究では、1923 年に発生した関東大震災の際に現在の江東区内で震度 7 相
当の揺れを計測した場所の現在における土地利用ならびに今後首都直下地震が発生した際の避難経路などに関する調査を行った。調査地点は江東区内の 8 ヶ所であるが、これらの場所は現在、住宅、学校、区役所など多岐に渡って利用されている。区役所をはじめ災害対策の重要施設も多いほか、災害発生時の拠点避難所に指定されている学校施設なども存在し、迫りくる首都直下地震の発
生前に避難所の機能や避難経路に関する見直しが必要であると考える。

94福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名 生命環境学系・教授
氏

研 究 課 題名永幡 幸司

「生きものの奏でる音」のマルチメディア学習教材の作成
Creation of multimedia educational tools regarding living creature sounds

成 果 の 概 要

【背景】仙台市による市内中学生を対象とした継続的な調査によれば，カエルやカッコウのような身近な生きものの鳴き声であっても，それが何の声であるのかわからないと回答するものの割合が，年々増加しているという。このようなことが起こっている理由の 1 つは，子供たちとその親の両者共に，生きものに接する機会が減少しているからではないかと考えられている。身近な生きものの鳴き声であっても親が子に教えることが難しくなってきている現状においては，身近な生きものの鳴き声について，それが何の鳴き声であるのかを自習できるような教材が必要であると考えた。
【目的】生きものの奏でる音について，それが何の鳴き声であるのか自己学習できるようなマルチメディアコンテンツを開発することを目的とした。
【方法】マルチメディアコンテンツを作成するにあたり，そこに収録する音素材の収集が必要である。そこで，本研究費の助成を受けて購入した PCM レコーダを用いて，海岸公園冒険広場（本研究の共同研究の相手先である）を中心とする仙台市沿岸部において，野鳥や虫の鳴き声等の生きものが奏でる音を継続的に収録した。
また，創造工房ゼミ（共生システム理工学類人間支援システム専攻の 2 年生
必修の実習科目）を「生き物の奏でる音を用いた生物多様性保全の啓発教材の試作」という課題で実施し，生き物の鳴き声を再生して，それが何の声なのかをあてるクイズアプリ(android 用)の作成を試みた。
【主な成果】 仙台市沿岸部における音の収録では，図 1 に示した野鳥を含む，様々な鳥や虫の鳴き声を録音した。ここで録音した音は，せんだい環境学習館
たまきさんサロンでのサロン講座「耳の記憶／音の記録」（仙台市環境共生課
主催）の中で紹介したとともに，これらの音を用いたサウンドインスタレーシ
ョンを製作し，講座の関連企画として開催された「海辺の写真展 山へ行く」と題する展覧会に展示した。

(a)カルガモ(b)ホオジロ(c)シジュウカラ
図 1 仙台市沿岸部で鳴き声を収録した野鳥の例

また，クイズアプリとして，アプリが設問としてランダムに選択した音声フ
ァイルを，回答者は何度でも繰り返し再生することができ，回答者がアプリの提示する選択肢の中から回答を選ぶと，それが正解か否かを表示するという基本的なプログラムが完成した。沿岸部で収録した音の中から，クイズに用いた
い音を切り出せば，本研究の目的は達成する。なお，上述の共同研究の研究機
関は来年度までであり，クイズには四季の生きものをバランスよく選択したいので，プログラムの完成は，来年度の予定である。

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福島大学研究年報 第 16 号
2020 年11月

研 究 代 表 者

所 属 学 系 ・ 職 名 生命・環境学系・教授
氏

研

究

課

題

名 西村 順子

菌体外多糖生産能を有する Lactobacillus reuteri の単離同定
Isolation and determination of Lactobacillus reuteri with exopolysaccharide production.

成 果 の 概 要

＜目的＞
プロバイオティック乳酸菌のひとつである Lactobacillus reuteri は、ヒトをはじめ動物の腸管から高頻度で分離され、本菌種が有する生理効果が明らかになっている。いくつかの菌株では菌体外多糖を生産することが判明しており、生理機能との関連性が指摘されている。L. reuteri DSM 17938 は生理機能が明らかとなっている菌
体外多糖生産株であり、本菌株を用いたプロバイオティック製剤が販売されている
1-4）。
本研究では菌体外多糖生産性の L. reuteri の単離同定を行い、基礎知見を蓄積して L. reuteri のもつ新たな機能性を模索することを最終目的としている。今年度は上述の製剤から L. reuteri ２菌株の分離を試み、陽性対照として保存することとし
た。
＜方法＞
R
for GI tract (Biogaia Co., Stockholm, Sweden) は iHerb から購入した。
Gastrus○
MRS broth 5ml に 1 錠を溶解し、MRS broth で段階希釈した菌液を MRS Agar に塗抹したのち、嫌気ジャーで培養した(37℃, 24 時間)。出現したコロニーは目視で判別を行い、形状が異なるコロニーを釣菌して MRS broth で静置培養した(37℃, 24 時間)。培養終了後、遠心分離（3,000 rpm, 10 分, 室温）で沈殿した菌体を回収し、10%
還元脱脂乳培地に懸濁して-20℃下で保存した。
＜結果＞
本錠剤に含まれる L. reuteri は 1 錠あたり 108 CFU (colony forming unit)と設定されており、高率で生残していることがわかった（図１（A））。コロニーは、大きく光沢があり縁が不明瞭なものと、小さく光沢があり縁が比較的明瞭なものの２パターンが検出され、前者を 1、後者を 2 とした（図１（B））。これらを各々釣菌して、
MRS broth で培養したところ、液体培地での生育性に違いが見られた
（図１
（C）
）
。
すなわち、1 は培地上部まで菌体が広がり下部にあまり沈殿しなかったが、2 は菌Rは DSM 17938 の他に体が下部に集積し培地上部への拡散が少なかった。Gastrus○
ATCC PTA 6475 を含んでいるため、1 と 2 のいずれかは判明できなかったが、コロ
(A)

(B)

(C)
2
1

1

図1

L. reuteri含有製剤からの菌株分離培養の様⼦

962福島大学研究年報 第 16 号
2020 年11月

ニー形状や液体培地の生育状況から、１が DSM 17938 と考えられた。なお、今回
成 果 の 概 要の培養ではコロニーや液体培地の粘稠性が確認できなかったが、48 時間以降に菌体
外多糖生産力が増加することから、今回は菌の生育性に重点を置いたため、菌体外多糖生産には不十分であったと考えられる。今後は、培養時間をより長くして菌体
外多糖の合成を確認する必要があるだろう。
以上より、これからの実験遂行での陽性対照には 1 を用い、菌体外多糖生産性 L.
reuteri の機能特性解析の際の参照にしていきたいと考えている。
＜参考文献＞
1) Senatore, G., Mastroleo, F., Leys, N., Mauriello, G.:
Growth of Lactobacillus reuteri DSM17938 under two simulated microgravity systems:changes in reuterin production, gastrointestinal passage resistance, and stress genes
expression response. Astrobiology, 20(1), 1-14 (2020)
2) Savino, F., Galliano, I., Garro, M., Savino, A., Daprà, V., Montanari, P., Bergallo, M.:
Regulatory T cells and Toll-like receptor 2 and 4 mRNA expression in infants with colictreated with Lactobacillus reuteri DSM17938. Benef. Microbes, 9(6), 917-925 (2018)
3) Kšonžeková, P., Bystrický, P., Vlčková, S., Pätoprstý, V., Pulzová, L., Mudroňová,D., Kubašková, T., Csank, T., Tkáčiková, Ľ. : Exopolysaccharides of Lactobacillus
reuteri: Their influence on adherence of E. coli to epithelial cells and inflammatory
response. Carbohydr. Polym., 141, 2016, 10-19 (2016)4) Savino, F., Fornasero, S., Ceratto, S., De Marco, A., Mandras, N., Roana, J., Tullio,
V., and Amisano, G.: Probiotics and gut health in infants: A preliminary case-control
observational study about early treatment with Lactobacillus reuteri DSM 17938.
Clin.Chim. Acta, 451, 82-87 (2015)＜補足＞
今回のテーマに関して総説を執筆した（Milk Science, in press）。概要を以下に示す。
L. reuteri の生理的特性および炭水化物代謝について、これまで判明していることをまとめた。
L. reuteri は糖を絶対ヘテロ発酵で糖を資化するため、これまで乳業業界をはじめ、食品産業で利用されることが少なかった。しかし近年の報告により、一部の菌株では菌体外多糖（ホモ多糖）を合成するのが分かり、新たな産業への切り口が生まれた。L. reuteri の作り出す多糖はロイテラン（(α1¦4) 結合と (α1¦6) 結合で構成）、マルトオリゴ糖、レバン （(β2¦6) 結合と (β2¦1) 結合で構成）、イヌリン
様オリゴマーなどである。これらのポリマーは、菌体外もしくは細胞膜に付着したグルカンスクラーゼおよびフルクトスクラーゼから合成される。L. reuteri が合成す
る多糖は収量が多く、化学構造的にも消化性が高いことから、食品素材としての利用拡大が推測できる。

97

福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名 生命・環境学系・教授
氏

名

藤井 力

清酒の貯蔵劣化臭老香（ひねか）生成機構の解析と抑制による高付加価値化法
研 究 課 題成 果 の 概 要の開発
Study on mechanisms of the major off flavor, hineka, formation in sake during storage【背景・目的】
清酒の貯蔵劣化臭老香（ひねか）は流通等で発生するオフフレーバーで、清酒の商品価値を著しく毀損する。好調な輸出でも船便輸送等赤道を通過する輸送で発生の危険があり、老香抑制法の開発が求められている。
これまで、老香の主体がジメチルトリスルフィド（DMTS）であること、主要な前駆体は酵母のメチオニン再生経路の遺伝子 MRI1 や MDE1 を機能不全にすると生成されず、貯蔵後の DMTS も大幅に抑制されることが明らかになった。
一方、上槽から加熱処理（火入れ）までの期間（生酒期間）にも DMTS 前駆体
生成機構（酵素反応）が知られ、二遺伝子の機能不全株での抑制が明らかになったが、その機構はほとんど解析されていない。本課題では、二遺伝子がどのような機構で酵素反応と関与しているのか明らかにすることを目的とした。
【方法】
生酒期間の反応が抑制される遺伝子機能不全株製成酒の基質画分と酵素画分を分け、親株の基質画分と酵素画分と混合し、反応が進むのか解析した。酵素
反応は、生酒期間前の DMTS 生成ポテンシャルと生酒期間後の DMTS 生成ポ
テンシャルの差で見積もった。なお、DMTS 生成ポテンシャルは 70℃7 日間反応後の DMTS 濃度。将来の老香の生成しやすさの指標となる。
各製成酒を限外濾過により「酵素を含む高分子画分」と「酵素を含まず基質を含む低分子画分」に分画した。各画分は「親株どうし」、「遺伝子機能不全株
どうし」、「高分子画分は親株で低分子画分は遺伝子機能不全株」、「高分子画分は遺伝子機能不全株で低分子画分は親株」等組み合わせを変えて混合し、生酒期間前後の DMTS 生成ポテンシャルの差分から酵素反応が進んだのか推
定した。
【結果】
予想どおり、親株どうしの組み合わせでは酵素反応が進み、遺伝子機能不全株
どうしの組み合わせでは著しく抑制された。一方、高分子画分が親株で低分子画分が遺伝子機能不全株の場合、反応が抑制された。これらの結果は、遺伝子機能不全株で基質生成能がない、すなわち「遺伝子は基質生成に関与している」
ことを示唆する結果であった。
なお、反応前と反応後の DMTS 生成ポテンシャルの差から反応を推測することから、「反応前の DMTS 生成ポテンシャルが高い場合」や「測定に用いたLC-MS の調子が悪い場合」、誤差が大きい時があった。今後、反応前の DMTS
生成ポテンシャルを抑えた仕込みを行い、精度の高いデータを取得するとともに、酵素反応の基礎的な解析を行い、論文化を目指す。
【学外共同研究者】
磯谷敦子（酒類総合研究所）98福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究 代 表 者

所属学系・職名 生命・環境学系 准教授
氏

研 究 課 題名横尾 善之

データ不足流域における流況曲線の推定法の確立
Estimating flow duration curves in ungauged basins

成 果 の 概 要

背景と目的
世界のほとんどの流域では必要最低限の観測地点における河川水位を常時観測しており，我が国のように河川流量を常時観測し，流量観測データを利用した治水・利水計画を立案できる国は一部の先進国に限定されている．ここに，観測データが不足する流域における河川流況の推定手法を開発する必要性がある．国際水文科学協会 (IAHS) を代表して Sivapalan et al. (2003, HP) がこの問題を提起して以来，10 年間にわたる国際的な研究が精力的に進められた．しかし，水文モデルは構造やパラメータの不確実性が大きい上に，観測の時空間的解像度に限界がある人工衛星データを水文モデルに入力して河川流量を推定しようとする研究が多く，問題の本質的な解決には至っていない(Hrachowitz et al., 2013, HP)．申請者は，世界中で入手可能な月平均流量および日降水量を使って治水・利水計画の立案に必要な流況曲線を推定する経験的手法を開発してきた (Leong and Yokoo, 2017, HRL) ものの，これらの手法が成立する物理的根拠が乏しかった．
そこで本研究は，研究対象流域のデータに Yokoo et al. (2017)の手法を用いて降雨流出過程を逆推定することにより，気候条件によって流況曲線形状が大きく異なる物理的根拠を解明することを目的として実施する．
方法
本研究は，気候条件の違いによって流況曲線形状が大きく異なるハワイ諸島やオーストラリアの流域を対象として，低流量部の流況推定を行い，その支配的要因を特定する．その上で，降水量および河川流量の観測値に Yokoo etal. (2017)の手法を適用し，流域固有の降雨流雨出過程を逆推定する．さらに，その結果に基づいて，流域固有の流況曲線形状が形成される要因を特定する．
成果
ハワイ諸島やオーストラリアの流域データを解析した結果，流況曲線形状の低流量部は気候条件の一つである降水頻度によって決定されている可能性が高いことが分かった (Leong and Yokoo, 2019, HRL)．
Yokoo et al. (2017, HRL)の手法を用いて降雨流出過程を逆推定し，流況曲線
形状と降雨流出過程の関係を調べた結果，湿潤気候下では降水が流域深部まで浸透することによって雨水貯留量が増え，降雨に対する応答の遅い成分が次々と形成されることが分かった．これは，河川流量が 1 年を通じて平均化される傾向を生み，時間的に平均化された流況曲線を形成する要因となっていた．一方，乾燥気候下の流域では，降水の量と頻度が少ないため，降水は地表付近に貯留された後はほとんど浸透せずにすぐ河川に流出するため，深部への浸透量はほとんど発生しないことが分かった．これにより，河川流量は降雨
日付近のみに発生し，流況曲線も時間的に集中した形状になることが分かった (Leong and Yokoo, 2019, HRL)．
以上の知見は，観測データに基づいて逆推定されたものであるため，従来型の前提条件が多い従来手法に比べて格段に信頼性が高いものと期待される．
99

福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

成 果 の 概 要

このため，本研究の成果は今後の河川流量の予測精度の向上に貢献できると言える．
主な発表論文Leong, C., Yokoo, Y. (2019) An interpretation of the relationship between dominant
rainfall-runoff processes and the shape of flow duration curve by using databased modeling approach, Hydrological Research Letters, 13, 62-68. DOI:
10.3178/hrl.13.62.
Leong, C., Yokoo, Y. (2019) Estimating flow duration curves in perennial andephemeral catchments by using a disaggregated approach, HydrologicalResearch Letters, 13, 14-19. DOI: 10.3178/hrl.13.14.
組織
本研究は以下の体制で行った．
横尾善之（研究代表者）
Chris Leong (博士後期課程指導学生)

100福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

研 究代表 者

所属学系・職名 生命・環境学系 准教授
氏

研 究 課 題名吉田 龍平

過去発生した世界の農業気象災害は気候変動が原因か？
Historical crop production under climate change

成 果の概 要【背景】食糧安全保障には 4 つの要素（供給，アクセス，利用，安定）を満たしていることが求められる（国際連合食糧農業機関：FAO）．そのうち安定面は気象条件の変化に敏感で，2003 年にヨーロッパで発生した熱波はコムギの収量を 11%低下させ、2006-2007 年に 2 年連続で発生したオーストラリアの干ばつはコムギの収量を平年より 40%低下させた（Garcia-Herrera et al. 2010）．
こうした厳しい気象条件の発生とそれに伴う減収は人為起源による気候変動が原因だろうか．気候は、人為的な温室効果ガス（GHG）の排出だけではなくエルニーニョやラニーニャといった自然起源の要素によっても変動している．過去起こった農業気象災害に対する人間活動の影響を見積もることができれば，気候変動の進行に伴う今後のリスクを推定することが可能となる．
【目的】過去発生した収量変動に対して温暖化が与えた影響を推定する．特に，温暖化が高温の発生時に収量をより低下させていたのかを明らかにする．
【方法】Iizumi et al. (2018)で公開されている主要穀物の大規模アンサンブルシミュ
レーション結果を用いた．産業革命前で二酸化炭素濃度が固定されたシナリオ（NAT 実験）と，実際の二酸化炭素濃度
変化のシナリオ（ALL 実験）の 2 種類を用い，両者の差を用いることで収量変動を解析した．アンサンブル数は 100，対象
期間は 1971–2009 年の 39 年でサンプル数は 3900 である．比較に用いる観測値には，気温は気候研究ユニットの公開デー
タ,収量は国連食糧農業機関の国別統計値を用いた．収量偏差に着目するため，技術進歩による長期トレンドは lowess 平滑化を用いて除去した．対象作物はトウ
モロコシとし，Ray et al. (2012)に記載されている主要生産国を解析した．
【成果】主要生産国で平均すると，高温の発生時には収量は低下し，この傾向は観測されたものと同様であった（図 1）．
特に，NAT 実験と比較して ALL 実験では同じ高温発生時でも 5%程度収量の低下が起こっていた．ALL 実験では二酸化炭素の施肥効果がより強いため，高温に101

図 1. 生育期間の気温の変化に対する主要生産国のトウモロコ
シ収量の応答．横軸は CRU 観測（1971-2009 年）の年々変動に対する各年気温の比，縦軸は収量
偏差．黒は観測，赤は歴史実験（ ALL ） ， 青 は 非 温 暖 化 実 験（NAT）．上から全球平均，アメリカ，中国，ブラジル，メキシコ
に対する結果．

福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

成 果の概 要よる収量低下を緩和すると期待されるが，本解析から得られた結果では少な
くとも施肥効果は高温による収量低下をオフセットできないことが明らかになった．今後，将来予測データを用いてこの傾向が続くのか，あるいはさらに拡大するのかについて調べていくことが必要である．
【主な成果】得られた成果をまとめ，以下の学会発表を行った．
吉田龍平．気象・気候データの農業分野における利活用．農業学習カレッ
ジ 農業経営後援会，2020 年 2 月，福島県福島市．（招待講演）
小野崎大武，嶋田進，吉田龍平．マルチモデルアンサンブルによる我が国の洋上風力資源の将来予測．第 41 回風力エネルギー利用シンポジウム，
2019 年 12 月，東京都千代田区．
吉田龍平，飯泉仁之直（2019）極端な高温による不作の発生に温暖化が与えた影響．第 16 回ヤマセ研究会，2019 年 11 月，山形県新庄市．
小野崎大武，嶋田進，吉田龍平（2019）全球モデルアンサンブルによる日本の洋上風力資源の気候変動リスク評価．
日本気象学会 2019 年秋季大会，
2019 年 10 月，福岡県福岡市．
吉田龍平，飯泉仁之直．過去の気候変動が世界の穀物生産に与えた影響．
日本気象学会 2019 年秋季大会，2019 年 10 月，福岡県福岡市．

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2020 年 11 月

研 究 代 表 者

研 究 課 題所属学系・職名

生命・環境学系・准教授

氏

吉永 和明

名

福島県産なたね油の美味しさの評価
Flavor Characteristics of Canola Oil in Fukushima.

成 果 の 概 要

【背景・目的】現在までに行われてきた植物油に関する研究は、植物油の劣化臭に寄与する成分を精査したものがほとんどである。そのため、一般的な植物油の精製工程
では、油脂中の香気成分をすべて除去することが目的とされる。近年では、ある種の香気成分が油脂の美味しさに寄与することが明らかとなってきた。福島
県産なたね油は、市販のなたね油と比べ豊かな風味を有している。しかし、この油脂の美味しさを客観的に評価する技術は存在しない。そこで本研究では、
トリプル四重極型ガスクロマトグラフ質量分析計（GCMSMS）を用いて福島県産なたね油の美味しさを証明することを目的とした。

【方法】
サンプルとして、福島県産のなたね油 1 種とスーパーマーケットで市販されているなたね油 3 種を用い、SPME ファイバー法にて揮発成分を捕集し、GCMSMS に供した。

【成果】
なたね油の香気成分の分析の結果を図 1 に示した。図より、福島県産のなたね油は、市販のなたね油 3 種と比べ、豊富な香気成分を有していることが判明した。官能評価の結果からも、福島県産のなたね油は、生食として使用しても高評価が得られた。以上の結果から、福島県産のなたね油の豊富な香気成分がその美味しさに寄与している可能性が示唆された。
（ppm）
600

500

400

300

200

100

0

市販品A

市販品B

市販品C

福島県産

図 1. なたね油の香気成分

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2020 年 11 月

成 果 の 概 要

また、今回の分析結果から、福島県産のなたね油には、イソチオシアネートという化合物が多く含まれていることが判明した（図 2）。イソチオシアネー
トは、アブラナ科の野菜に含まれる成分で、マスタードのような辛味を呈する。
近年の研究によると、イソチオシアネートには抗がん機能を示すことが報告されており、福島県産のなたね油は、美味しいだけではなく、健康機能を有することが示唆された。

図 2. なたね油中のイソチオシアネート
福島県産のなたね油にイソチオシアネートが豊富に含まれる理由としては、その製造工程に起因すると考えられる。一般的な植物油の製造工程では、脱臭を行うことで悪臭成分を除去している（図 3）。一方、福島県産のなたね油は、脱臭を行わないため、イソチオシアネートが残存していたと考えられる。今後
は、油脂中の機能性成分と製造工程との関係を精査する予定である。

図 3. 植物油の精製工程

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研 究 代 表 者

所属学系・職名 生命・環境学系・准教授
氏
名 升本 早枝子

研 究 課 題果実由来成分が老化モデルマウスの腸内細菌叢および生体調節機能に及ぼす影響の検討
Effects of fruit components on gut miceobiota and bioregulatory function in aging
model mice.

成 果 の 概 要

[背景]
近年、多くの疫学研究や介入試験によって、野菜や果実の摂取が肥満や糖尿病などの生活習慣病発症の発症リスクを下げ、それに含まれるポリフェノー
ルなどの『ファイトケミカル』が活性成分であることが報告されている。申請者は、これまでに果実由来ポリフェノール摂取が腸内細菌叢を介して腸管バリア機能を向上させ生体調節機能に寄与する事を報告している。食品中のポリフェノール類は強い抗酸化作用を持つことからアミロイド β 蓄積抑制や認知症の予防について報告されてきた。また、腸内環境と老化について相関があることが明らかになりつつあるが、果実摂取による生体調節機能についての詳細な報告はない。果実にはポリフェノール類や水溶性食物繊維など、腸内環境に寄与する成分が多く含まれており、果実摂取による慢性炎症や脳内のア
ミロイド β の蓄積抑制や認知症の予防について検討することとした。
[目的]
本研究では、果実に含まれるファイトケミカル（ポリフェノール類、カロテ
ノイド類、水溶性多糖類）が老化促進モデルマウス（SAMP8）において認知機能低下抑制効果を示したことに着目し、このマウスの腸内細菌叢の解析およ
び腸管および脳組織におけるバリア機能関連因子の解析、ならびに各臓器における代謝機能の解析を行うことにより、果実由来成分による腸内細菌を介した老化予防効果およびその作用機序を解明することを目的とした。
[方法]① 果実摂取（りんご由来ポリフェノール）が老化促進モデルマウス（SAMP8）の老化・認知機能などの生体調節機能に与える影響の検討
投与サンプルはリンゴ由来ポリフェノール（ACT）を用いた。４週齢の雄性
SAMP8 マウスを①普通食群：R、②高脂肪高ショ糖食群：P、③高脂肪高ショ
糖食＋ACT 群：PA の４群に分け、48 週間飼育したマウスの盲腸内容物、血清、各種臓器などのサンプルを用いて各種分析を行った。
A. 盲腸内容物による腸内細菌叢の解析
飼育 48 週目の解剖時採取した盲腸内容物から DNA を抽出する。解剖時採取した盲腸内容物から Power Fecal® DNA Isolation Kit（MO BIO Laboratorys）を用いて DNA を抽出する。盲腸内容物から抽出された DNA を鋳型とし、16S
rRNA 遺伝子領域を PCR にて増幅し、得られた精製 DNA を用いて次世代シー
クエンサーにより腸内細菌叢の解析を行った。
B. 腸管および脳組織の遺伝子発現解析
摘出した腸管、肝臓組織および脳組織から total RNA を抽出し、cDNA を合105

福島大学研究年報 第 16 号
2020 年 11 月

R

Deferribacteres
Firmicutes
Proteobacteria
Saccharibacteria_TM7
Tenericutes

P PA

P

PA

Actinobacteria

20000

##

R

P

*

10000

0

PA

Deferribacteres

Abundance

400

P

##

R

P

*

R

R

P

PA

P

PA

Proteobacteria

*

20000

20

0

PA

5000

0

PA

40

R

Bacteroidetes

10000

Tenericutes

800

0

15000

Abundance

1000Firmicutes##**

Abundance

Abundance

200

Abundance(B)

Abundance

成 果 の 概 要

成する。得られた cDNA を SYBR Green を用いた定量 Real-time PCR に供し、遺伝子発現解析を行う。腸管においては炎症性サイトカイン(TNF-α、IL-6)、腸管バリア機能制御因子（Occulidin、ZO-1）などの遺伝子解析を行った。
[結果]
Actinobacteria(A)
Bacteroidetes
R

#
10000

0

R

P

PA

＜図 1＞ 腸内細菌叢解析結果（門レベル）（A）各群のマウスの門レベルでの存在割合（B）各群における各門の存在量*：p<0.05 vs R, **：p<0.01 vs R#：p<0.05 vs P, ##：p<0.01 vs P、###：p<0.001
vs P
(A)

(B)

＜図 2＞ 小腸、大腸、脳におけるバリア機能関連因子遺伝子発現
小腸、大腸、脳における（A）Zo-1、（B）Occuldin の遺伝子発現
Means ± SE、n=10, *：p<0.05 vs R, #：p<0.05 vs P
本研究により、リンゴ由来ポリフェノール摂取により老化モデルマウスにおいて Bacteroidetes 門の割合が増加し、Firmicutes 門の割合が減少した。また、腸管および脳組織におけるバリア機能関連因子(ZO-1)の遺伝子発現が増加することが分かった。これらのことから、リンゴ由来ポリフェノールは腸内細菌

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2020 年 11 月

成 果 の 概 要叢の変動を介して、バリア機能向上、炎症抑制することにより認知機能低下を抑制する可能性が示された。今後は詳細なメカニズム解明のため、神経栄養因
子やセロトニン、GABA といった内在性因子への影響について検討を進めて
いく。

107

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研 究 代 表 者

所属学系・職名 生命・環境学系・准教授
氏

名

和田 敏裕

野外調査及び飼育試験による魚類の放射性セシウム汚染メカニズムの総合的研 究 課 題解明
Elucidation of radiocesium contamination mechanisms of fish by field surveys andlaboratory experiments

成 果 の 概 要

【背景と目的】福島第一原子力発電所の事故により、福島県の陸水域には大量の放射性物質が沈着した。特に放射性セシウム（134Cs, 137Cs, 以下 Cs）の影響は長期化しており、現在においても福島県の内水面漁業は、一級河川・阿武隈川をはじめとして一部を除き操業休止を余儀なくされている。特に、帰還困難区域の河川・湖沼では、Cs の基準値（100 Bq/kg）を大幅に上回る 10,000 Bq/kg を超える淡水魚類が未だに散見されており（Wada et al. 2019）、Cs 濃度の将来予測
や漁業再開の時期を検討する上で、魚類の放射性セシウム蓄積・排出のメカニ
ズムの解明が強く求められている。
以上の背景のもと、本研究では、1) 野外調査（帰還困難区域内の水域）と
2) 飼育試験（ウグイおよびウナギ）を行い、得られた結果をもとに、河川や湖沼に生息する淡水魚の Cs 濃度の将来予測や漁業再開の時期の推定に役立てることを目的として、調査研究を行った。
【方法と結果】
1）野外調査帰還困難区域内に位置する浪江町の請戸川水系 3 地点（大柿下、赤宇木川、
高瀬川）、双葉町の前田川および下深沢ため池、ならびに大熊町の夫沢川および鮒沢ため池にて電気ショッカーや竿釣り、さし網による魚類の採集調査を行った。すべての地点から国の Cs の基準値 100 Bq/kg を上回るサンプルが確認され、特に、原発事故直後の初期沈着量が多かった大柿下および、下深沢ため池では、Cs 濃度が 10,000 Bq/kg を上回る魚類が採集された。大柿下で採集されたヤマメとイワナの主な餌生物は昆虫類（水生および陸生）であり、Cs の再循環が報告されている森林生態系に生息する昆虫類を介した Cs の取込みが継続していることが窺えた。一方、下深沢ため池で採集されたコイ、フナ類、
オオクチバスのうち、最も Cs 濃度が高かったのは魚食性のオオクチバスであり、池内での Cs 濃縮により、食地位の高いオオクチバスで Cs 濃度が高くなったことが窺えた。
以上のように、帰還困難区域内では淡水魚の Cs 汚染が依然として深刻であり、長期的な調査が求められることや、各水域の特徴に応じた Cs 汚染メカニズムが存在することが明らかにされた。
2）飼育試験
淡水魚の Cs 濃度の将来予測を行う上で、魚類の非汚染条件下での Cs 濃度の低下速度、特に濃度が半分になる日数である 生物学的半減期 を明らかにすることが重要となる。本研究では、帰還困難区域内で採集されたリター（落ち葉）由来の 137Cs 取込試験を隔離するとともに、ウグイおよびウナギの生物学的半減期を明らかにした。
まず、リター由来の 137Cs を含有する飼育水（約 20〜40 Bq/L）にウグイおよびウナギを数週間畜養することで、体内の 137Cs 濃度を比較的短期間に上昇させ得ることを確認した。塩分 16psu 条件下において、飼育水に対する魚体内
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2020 年 11 月

成 果 の 概 要の Cs 濃度の比（濃度比）の極限値は、ウグイで 15.8、ウナギで 1.4 となり、ウグイの方が飼育水に溶存する Cs を取込やすいことが明らかとなった。
次に、Cs 濃度を高めたウグイおよびウナギを非汚染の飼育水に移し、Cs 濃度の減衰速度を明らかにした。その結果、塩分 0psu 条件下におけるウグイおよびウナギの生物学的半減期はそれぞれ 172 日、481 日と推定された。
以上のように、魚種により Cs の取込・排出速度が異なることが明らかとなった。なお、前田川上流部のウグイの 137Cs 濃度の半減期（生態学的半減期）
は、およそ 670 日と推定され、非汚染条件下での生物学的半減期よりも長いことが確認された。この要因として、天然水域では餌生物を介して Cs の取込みが継続していることが考えられた。今後、さらなる天然水域における調査と、魚種内・魚種間での条件別の飼育試験を行い、得られたパラメータを Cs
濃度の将来予測に役立てる必要があると考えられた。

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