こうえいフォーラム第 15 号 / 2007.2

土壌微生物を応用した土砂流出防止技術の開発
EXPERIMENTAL STUDIES ON THE EFFECTIVENESS OF NATURAL MICROORGANISMS ON
THE GROUND SURFACE AT CONTROLLING EROSION

下村幸男*・冨坂峰人**・島田政好*・小林 豊***・藤澤久子*
栗原淳一****・桜井 亘****・田方 智*********小澤 聖 ・南雲不二男*****・干川 明*****・中野武登******
Sachio SHIMOMURA, Mineto TOMISAKA, Masayoshi SHIMADA, Yutaka KOBAYASHI, Hisako FUJISAWA
Jun’ichi KURIHARA, Wataru SAKURAI, Satoshi TAGATA
Kiyoshi OZAWA, Fujio NAGUMO, Akira HOSHIKAWA and Taketo NAKANOThe purpose of this study was to evaluate the erosion control properties of biological soil
crusts formed from fungi and algae on the soil surface. Field observations and experiments
were carried out, and the results subjected to quantitative analysis. Microorganism growth
was expressed by the level of resistance to removal of a rod/lattice arrangement, and soil
microorganism growth was translated into an expression of erosion rate based on erosion rates
from hydraulic experiments.
With the right combination of temperature, humidity, and nutrient conditions, soilmicroorganisms can grow very quickly. This study demonstrated that soil microorganisms canprovide effective temporary erosion control until such time as plants are able to take hold.

Key Words： experimental study, erosion control, biological soil crust, erosion model

1．研究開発の背景と目的

おいては、苗の植え付け後、作物が生長して地表面を覆う

沖縄県本島を中心とする南西諸島では、降雨時の赤土流までには半年程度を要する。また、山地における治山緑化

出が河川や沿岸のサンゴ礁内の生物の死滅、生態系破壊を工においては耐侵食効果を得るまでには播種後 4 ヶ月かか引き起こし、利水阻害と水産業（沿岸漁業、養殖業）や観るという報告がある 2)。このように、農地および山地斜面

光産業の障害になっている。沖縄県以外でも、ダム貯水池

ともに、土壌侵食に対する暫定的な対策として即効性をもへの濁水流入による利水阻害や発電施設に与える悪影響がつ適切な手法が望まれている。

しばしば問題になる。沖縄県では、開発工事に対して具体筆者らはこれまでの研究により、藻類や菌類などの土壌的な基準を定めた土砂流出規制条例を施行（1995 年）して微生物に肥料やバガス（サトウキビから砂糖を抽出した絞から、工事現場からの赤土流出は減少した 1)。しかし、農りかす）を投与すると、地表面の菌類などの繁茂が旺盛に地・山地における改善は進んでいない。農地における土砂なることを確認している３） 。現地観測においても、菌類や流出は、労力と施肥コストを投入した肥沃な耕土の流亡を藻類が繁茂した状態では、流出土砂量が裸地状態に比べて意味し、農家においては重大な損失である。しかしながら10％以下に減少することを確認した 4)､5)。糸状菌類、藍藻

ビニールシートマルチや敷草対策は、コストおよび労力の類、緑藻類、地衣類および苔が地表面の土粒子（土塊）を負担が大きく、工事対策工のアスファルト乳剤や土壌固化

絡めて形成す る土壌微生物 のコロニー（Biological Soil

剤などによる対策工もあるが、面的対策としては高コストCrust）の耐侵食性についてはすでに認識され多くの研究で、植生や農作物への影響もあり、普及していない。一方があり、Technical Reference（U.S.D.I, 2001）6)などに纏

農地や山地斜面では、地表面が植生に覆われると、土壌侵められている。しかし、これらの研究では、土壌微生物に食が抑制されるという経験的認識がある。しかし、農地による侵食抑制効果の定量的評価には至っていなかった。

＊1:
＊2:
＊3:
＊4:
＊5:
＊6:

中央研究所 総合技術開発部
コンサルタント国内事業本部 福岡支店 沖縄事務所
コンサルタント国内事業本部 福岡支店 技術部(独)土木研究所 土砂管理研究グループ火山・土石流チーム(独)国際農林水産業研究センター沖縄支所島嶼環境管理研究室
広島工業大学 環境学部

そこで本研究では、土壌中に生在する微生物の繁茂による土砂の侵食抑制効果を対策工の計画・設計に資するため、その効果の定量的評価方法について、実験を主体とした手121土壌微生物を応用した土砂流出防止技術の開発法で開発するとともに、土壌の種類毎に、当対策法の適用(2) 現地侵食実験性について実験的検討を行った。

1) 実験方法
試験は（独）国際農林水産業研究センター（JIRCAS）

2．実験方法と結果

沖縄支所（石垣市）にある土砂溜枡および転倒枡式流量計(1) 実験の対象土と土壌微生物の繁茂促進材が設置された赤土を耕土とする試験圃場（1 圃場：2.5×

土砂流出抑止効果に関する定量評価に関して検討の対象10.0m：写真－1）を用い、土壌微生物を人為的に早期形成にした土壌は、沖縄などの現地土壌（赤土など）である。

した農地（2 圃場）と、通常の状態の農地（2 圃場）からその他の土壌における当対策工の適応性について、観察との流出土砂量を比較することにより行った。各試験圃場の室内侵食実験を主体とし、山地斜面土壌（早明浦ダム湖周条件設定などの詳細は、表－1 に示すとおりである。それ

辺斜面）および火山灰土（桜島）を対象とした。図－1 はぞれの圃場を No.1～No.4 に分け、概略的には No.1 および各土壌の土粒子密度および粒度分布を示す。また、土壌微No.4 が土壌微生物の早期形成をしないケースであり、No.2生物の繁茂を促進するために土壌に混合した材料は、バガおよび No.3 が土壌微生物の早期形成を行ったケースであスおよびワラとし、ワラは長さ 2～3cm に砕断して用いた。

る。試験農地の作付けは、南西島嶼地域で作付面積が最もバガスには残留糖分があり、土壌微生物に養分補給する。

多いサトウキビとし、平成 16 年度に作付けしたものを株

ワラは後述するように無菌の標準砂でも菌糸の繁茂があるだし更新を行って初期状態とした。土壌微生物の早期形成ことから、いわゆる納豆菌などの生育条件を土壌に与える方法は、これまでの成果を参考に、観測開始前に自生藻類効果がある。土壌に糖分を添加する方法については、バガなどを風乾したものを少量（約 25g/圃場）散布して、地表スに限らず農産廃棄物の有効活用が期待できる。

面をビニールシートで覆って水分蒸発を防止する養生（20日間程度）とした。

土 粒子 の密 度
ρ s (g/c m 3)

100
90

杉林 表土
檜林 表土
広葉 樹表 土草地 表土
火山 灰
赤土 砂

通過質量百分率（％）

8070

2 .67 7
2 .48 6
2 .66 4
2 .56 5
2 .67 52 .71 5

マイクロスコープ
カメラ設置用台座

60
杉林（早明浦ダム近傍）

50

檜林（早明浦ダム近傍）

40

広葉樹（早明浦ダム近傍）

30

No.4 圃場

草地（早明浦ダム近傍）
20

No.3 圃場

火山灰（桜島野尻川）

10No.2 圃場
No.1 圃場

赤土砂（沖縄県東村）

00.0010.010.1
粒図－1

1径（mm）

10100

転倒枡型
流量計

1000

対象土の土粒子密度および粒度分布
写真－1
表－1項

実験 条件お よび 作 成 方法（）

圃場条件目

実施日

作付からの経過日数（日）

観測方法設定（継続）－

土砂溜枡＋転倒枡式流量計（JIRCAS施設）

作物設定

H17.10.3

0

サトウキビ（株だし）

肥料設定

H17.10.4

1

混和

表面混和

表面

混和：肥料を撒いてから培土
表面：培土してから表面散布※散布量10kg/10a＝10g/m2

対策資材設定自生藻株
H17.10.11（風乾試料）

8

なし

自生藻類
（少量）

自生藻類
（少量）

なし

JIRCAS内（南雲氏試験圃場）で10月26日に採取し、風乾した藻類を適当に砕き散布した。
※散布量は少量（アクシデントにより計量なし）。

なし

あり

あり

なし

マルチの実施により、地表面からの水分の蒸散を抑止することを想定したが、キビガラマルチ部で藻類等の明瞭な繁茂確認できず。

裸地

裸地

裸地

裸地

雑草の成長が目立つようになってきたため、雑草除去、除草剤散布を実施。

なし

あり

あり

なし

参考圃場（No.5）の一部に試験的に実施したビニールマルチ下で、藻類の明瞭な繁茂が目視確認できたため、マルチ資材をビニールシートに変更。その結果、目視で藻類等の繁茂が確認できる状態となった。

H17.10.11
キビガラ
Biological～
マルチSoil
H17.10.18
Crust のH17.10.19
形成対策 水分条件設定～の概要 ※地表面への水分 （除草作業）
供給方法設定H17.10.24)

ビニール
マルチ222

降雨を受ける JIRCAS 試験圃場

試験圃場の条件設定
圃 場 No.
1234

H17.10.25～
H17.11.168～
8～15
1516～
16～212112～
12～4444

備考

昨年度設置したものを継続使用

従前に生育していたキビを根元から切って、各圃場の被覆状況を同程度とした。

(実験条件
作成
方法

沈砂土砂回収容器こうえいフォーラム第 15 号 / 2007.22) 観測結果

だし更新直後にビニールシート養生を行う方法によった①が、早期形成を行った No.2 および No.3 圃場と、早期形成

土壌微生物の形成状況

土壌微生物の早期形成を行った No.2 および No.3 圃場面を行わなかった No.1 および No.4 とでサトウキビの生育ににおける土壌微生物の繁茂状況を写真－2 に示す。事前にあまり差が見られず、土壌微生物を人為的に早期形成して行ったビニールシート被覆を行わないケースとビニールシも、サトウキビの生育などに与える影響はほとんどないとート被覆を行ったケースとの現地比較試験によると、20 日考えられる。

間程度の養生では、ビニールシート被覆を行わないケース③

では雨が少なかったため、土壌微生物の繁茂はほとんどな

圃場からの土砂流出は、更新作業以降の数ヶ月～半年程かったが、ビニールシート被覆を行ったケースでは良好な度が顕著であるとされているが、時間の経過に伴い無対策繁茂状況が得られた。この結果は、ビニールシート被覆をでも、適当な降雨があり土壌水分が保持されれば自然に土行うことによる土壌表面の水分保持が効果的であることを壌微生物が形成され、土砂流出が抑えられることがこれま示唆している。別途行った室内における養生中の観察によでの成果などによって明らかになっている。したがって、ると、土壌の含水比 10％程度が土壌微生物繁茂の下限と判

今回の観測では圃場更新直後の期間（平成 17 年 11 月中旬断され、短期間に土壌微生物を形成させるためには対策初～平成 18 年 2 月中旬）における対策効果に着目した。

期の水分保持が重要である。
②

土壌微生物の早期形成による土砂流出防止効果

観測の結果は図－3 に示すとおり、単位面積当たりの流土壌微生物の早期形成が作物に与える影響

出土砂量は大きく異なり、土壌微生物を早期形成させた

観測期間中の各圃場のサトウキビの生育状況（被覆率）

No.2 と No.3 の圃場からの流出土砂量は、無対策の No.1を整理した結果を図－2 に示す。被覆率は圃場の下流端付および No.4 圃場の約 1/10 以下となっている。このとき、近を上空（約 3m）から撮影し、画像処理によって算定し同時に観測した各圃場の転倒枡式流量計による流出量はいた。

ずれも同等である。また、図－4 に示す侵食に関する降雨

土壌微生物の早期形成にあたっては、上記のとおり、株エネルギーの評価指標（降雨係数：土壌流亡予測式（USLE）
35.0
第1回

第2回

第3回

■観測１回目■：１回目観測＊流出量は激減（裸地圃場の4.5～8.0％）

30.0

28.6 0.0＊地形（畝間の凹）の違いは、1/20の写真では明確ではない。
＊被覆状況の影響を確認する要あり。
＊肥料散布方法（混和、表面）の影響は不明瞭■：２回目観測■観測２回目■：３回目観測

流出土砂量（ｔ/ha）

25.0■観測３回目

20.0
17.1 0.4

10.0(1)養生 21 日の No.1 圃場(2)養生 21 日の No.2 圃場（無処理の No.1 圃場では藻類の繁茂が僅かであるが、対策後のNo.2 圃場では繁茂した藻類および菌類が土塊を連結している）

写真－224.2

15.0

14.2

5.0
2.40.80.40.0No1圃場No.1 圃場

試験圃場土壌における土壌微生物の形成状況

図－3（マイクロスコープ写真の例）

1.3 0.1

No.2No2圃場圃場0.50.3

4.4

1.3 0.5

No3圃場
No.3
圃場

No4圃場No.4 圃場

単位面積当たり流出土砂量

No.1

No.2

No.3

No.4

0.530.0(t/ha)

0.6

0.40.3

被0.2
0.1
0.0
H17.11 H17.11 H17.12 H17.12 H17.12 H18.1. H18.1. H18.1. H18.2. H18.2.
.18.28.8.18.28
71727616●No.1 圃場▲No.2 圃場△No.３圃場
○No.４圃場25.0

1ha 当たりの流出土砂量ha当たり流出土砂量（ｔ/ha）

被 覆率（×100%）率
覆0.720.0

y = 0.3203x
2R = 0.9368

15.0
y = 0.1892x
R2 = 0.9553
10.0

5.0

y = 0.0117x
R2 = 0.7307

y = 0.0081x
R2 = -5.1615

0.00.0

10.0

20.0

30.0
No1圃場

40.0

50.0

60.0

70.0

80.

降雨係数
No2圃場 No3圃場

降 雨 係 数No4圃場

観観 測
測 月月日 日図－2

試験農地における被覆率の推移

図－4

降雨係数と単位面積当たり流出土砂量323土壌微生物を応用した土砂流出防止技術の開発におけるパラメータ）との関係を見ても、No.1 および No.4に貯留した全流出水および土砂を乾燥して土砂の重量を計

は降雨係数が大きくなる程、単位面積当たりの流出土砂量測した。

が大きくなるのに対し、No.2 および No.3 は降雨係数が大2) 実験結果きくなっても単位面積あたりの流出土砂量は大きな変化はない。このように、土壌微生物による侵食抑制効果は明らかであり、これまでに確認してきた室内試験、小規模の野外試験などの結果を追証するデータが得られた。また観測結果によると、肥料の散布方法（混和、表面散布）などによる違いは見られていない。
④赤土、山地斜面土、桜島火山灰を対象として、バガスを混合した場合と無混合の場合における回転流型による実験結果を図－6 に示す。実験に用いた試料はそれぞれ養生 14日後のものである。早明浦ダム周辺の広葉樹林の山地斜面の土壌を除いて、バガスを混合したケースの方が土砂流出が始まる流速が大きくなっている。これは、バガスを混合現地における実験結果まとめすることで土壌微生物が形成され（写真－2、3、4被覆率の違いを考慮しても、上記のとおり土壌微生物の早期形成が、土砂流出防止に対して高い対策効果を有することは明らかである。また、ビニールシート被覆による水分蒸発防止を行うと土壌微生物の早期形成が促進されること、土壌微生物の早期形成が作物などの生育に影響を与えないことが確認でき、本対策の妥当性が認められた。

参照）、侵食し始める限界の流速が大きくなっていることを示す。
早明浦ダム周辺の広葉樹林土において無混合とバガス混合にこの流速の差がないのは、すでに現地で微生物の栄養源である腐食物が富んでいたため、土壌微生物の土砂流出抑止効果が顕著に現れないと推察される。
次に、赤土におけるバガス混合効果に関して、矩形水路を用いた実験を行った。水路勾配 3％におけるバガス混合比(3) 室内侵食実験

0.2％（乾燥重量比）の養生日数別結果（図－7）のように養1) 実験方法

生日数の増加に伴って流出土砂量は明らかに低減している。

現地での実証実験は沖縄県石垣島で実施したが、室内実4,500

験により当対策工の適応性を検証するために、他の土壌（早4,000

明浦ダム周辺の山地斜面の土壌および桜島火山灰）を対象3,500置を用いた。回転流型（図－5）は、2 重円筒内に一定水位3,000を保持しつつ上部で羽付き円板を回転させ、内部の水に回転流を起こす構造である。回転速度は 35～130rpm の 5、6 段階とし、各 10 分間回転させた。実測によると、地表面近傍約 2mm の流速は回転数の 0.76 倍 cm/min である。流

累計流出土砂量 Wdt(g)とした。室内実験では、回転流型および通常の水路型の装広葉樹+ﾊﾞｶﾞｽ0.5%

草地+無混合草地+ﾊﾞｶﾞｽ0.5%

杉林+無混合②

杉林+ﾊﾞｶﾞｽ0.5%②

檜林+無混合②

檜林+バガス0.5%②

野尻川・無混合

野尻川+バガス0.5%

赤土+無処理赤土+バカス0.3％混入

2,500
無混合とバガス混合（養生14日）

2,000
1,500
1,000

出土砂は地表面近傍の吐出口から全量を受け、乾燥重量を500計測した。また、赤土（国頭マージ）に対しては実際と同00様の薄層流における流れと流出土砂量との関係を定量化す

20406080100120140

平均流速 V(cm/s)

るため、水路を用いた侵食実験を行った。実験は勾配 3％に設定した水路（幅 0.3m、延長 3m）に、対象土を入れた広葉樹林+無混合

図－6

土砂流出量と平均流速の関係（回転流型）容器（幅 0.3m、長さ 1m）を設置し、水深 0、2、4、6、8、5000

10mm の薄層流を各 10 分間流した。流出土砂量は、流末養生日数 Tc=0日
養生日数 Tc=7日
養生日数 Tc=14日
無処理 Tc=0日

累計流出土砂量 WdT(g)4500
Speed Counter
Motor

Water Level

6cm

Rotary Plate

Outer Cell
φ300mmInnerCell
φ140mmRotary Edge

Drainage

4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500

Width: 8cm00Ground
Cutoff Wedge
Fig-2 Round Water Type Erosion Tester

図－5424

回転流式侵食試験装置

204060平均流速 Vm(cm/s)

図－7

水路実験による平均流速と流出土砂量の関係（混合率 0.2％）

こうえいフォーラム第 15 号 / 2007.2

一方、赤土のように細粒分を多く含む材料では、地表面に粘着力が働くことで耐侵食性が増すことが考えられる

養生 0 日間の約 1/10 に低減するなど、侵食速度を指標とする効果の評価が可能である。

7)、 8)。そこで、地表面のごく薄い層（地表から 3mm）の粘着力を計測できるように新たに作製した表層せん断試験機（土木研究所と日本工営による特許登録済）を用いて、
h≒2mm
h≒6mm
h≒10mm

赤土試料のもつ表層粘着力 C0s と水路実験の結果から求めた侵食速度 E との関係を求めた（図－8）。表層粘着力は、土壌の含水比とほぼ比例関係があり、飽和状態にある地表面の密度が低いほど粘着力は小さい 9)。実験上の侵食速度
図－8 より侵食速度は、表層粘着力の増加に伴って減少すRる。また、図－9 は赤土にバガスを混合した場合の混合比

侵食速度低減率

は、流出土砂の体積を暴露面積と通水時間で除して求めた。

および養生日数をパラメータとする一連の実験結果に基づいて、侵食速度低減率（養生日数 0 日間の場合を 1）と養生日数の関係を示す。水深 h が 4～10mm では水深に関係なく、侵食速度は養生日数に比例して減少し、14 日経過で

h≒4mm
h≒8mm
Average（except h=2mm）

1.0

水路勾配：3%
バガス混合率 P=0.2%0.8

ｈ：水深(mm)0.6
0.4
0.2y(ave) = -0.0685x + 1.0802
R2 = 0.9982

0.005

1015

養生日数 Tc(days)

単位長さ当りの増加抵抗力 Tu (g/cm)

図－9

侵食速度低減率と養生日数の関係

10東村赤土(新）・バガス0.5％（単棒・平均）

9東村赤土(新）・バガス0.5％（単棒）8石垣赤土（新）・バガス・糖蜜各0.5％（格子平均）
石垣赤土（新）・バガス・糖蜜各0.5％（格子）76543210-10714212835

養生日数 (日)図－8

侵食速度と表層粘着力の関係

標準砂にワラ 0.5％混合後の養生中
写真－3(1)ステンレス格子の地表面敷設状況

図－10

格子の引上げ抵抗力と養生日数の関係

同左の 28 日養生後の引上げ試験状況
写真－3(2)

格子を引上げた状況（地表面に敷設した格子には養生中に土壌微生物が格子間に繁茂するため、格子を水面上に引上げても自重では崩壊しない程度に土粒子が連結した膜を形成している）

525

土壌微生物を応用した土砂流出防止技術の開発(4) 土壌微生物繁茂による侵食抵抗に関する定量評価が増加したとみなせる。この見かけの粘着力の増加量と侵1) 試験の目的および方法

食速度低減率の関係を図－11 に示す。

土壌微生物繁茂により表層のせん断抵抗力が増加すると侵食速度低減率は見かけ粘着力の増加量の対数と直線関考えられるが、試験結果によると試験機の構造的理由（せ係が見られ、初期の僅かな粘着力の増加（引張抵抗力の増ん断前にせん断刃が微生物を切断する）のため、明確な差加）でも侵食速度低減効果があることを示している。

異を捉え得なかった。そこで土壌微生物の繁茂度の指標と

3) 土壌微生物の土砂流出抑止効果の定量評価して、生体繊維群の引張り抵抗力に着目した。φ2.5mm の次に、降雨時の表面流に対する菌類などの緊縛による土ステンレス単棒もしくは格子を地表面に敷設しておき、養壌の侵食抑制効果を定量的に把握するため、侵食実験と引生後（土壌微生物の繁茂後）に静かに引上げると、棒を跨き上げ試験結果を基に、この効果を侵食速度として評価すいで繁茂した微生物による引上げ抵抗力が生じる。抵抗力ることとした。侵食速度は土壌表面に与えられる外力としのピーク値と微生物が破断した後の死荷重との差を、土壌ての薄層流に起因する掃流力に比例し、土壌の強さに反比微生物繁茂による引張抵抗力としてみなすことができる。

例するとした考えに基づいて算出している 10)。

そのため、養生の経過に伴う微生物の繁茂度は、引張抵抗

ここでは、筆者らがすでに提案している 11)、12)、13)無処理の増加として評価できる。この実験では長さ 10cm の単棒、状態の赤土に関して、土壌の強さとしての表層粘着力に着もしくは 7×7cm を 9 分割する格子（棒の延長は約 70cm）目した式を基本形とした。養生によって格子周辺で繁茂すを用いた（写真－3）。

る土壌微生物の影響を受けて増加する引上げ抵抗力を見か

2) 試験結果

け粘着力の増加分として補正係数（β；β=1 のときは無対

図－10 に、赤土（国頭マージ）にバガスを混合した場合策状態を示す）を求めた。これらを用いて、以下の侵食速の単位長さ当りの抵抗力と養生日数の関係を示す。土壌微度式を導いた。

生物は数日間で急速に繁茂し、14 日間で約 3.5gf/cm の引⎞⎛ C
E = 4 × 10 (U * − U *c ) ⋅ ⎜⎜ 0 sc ⎟⎟⎝ β ⋅ C0 s ⎠−14β =RR = −21 × Δτ T + 1
Δτ T = 0.013Ln(T ) + 0.0013

4(1)

−7

張抵抗力の増加が見られる。写真－3 は無菌状態の標準砂にワラを混合し、下部を水浸した状態で養生した後、格子を引上げている状況である。繁茂した土壌微生物は土粒子を連結して膜を形成し、写真－3(2)のように水面上に持ち上げた状態でも形成された膜の自重による崩落がない程度

(2)
(3)
(4)

ここに、の強さを持っていることが分かる。
ここでは、対策・養生後の侵食実験により得られた侵食

E：侵食速度（cm/s）、U*：摩擦速度（cm/s）、U*c：限速度を用いて、無対策で得られている表層粘着力と侵食速界摩擦速度（cm/s）、C0s：表層粘着力（N/cm2）、C0sc：度の関係（図－8 に基づいてベキ関数で近似）から土壌微限界表層粘着力（N/cm2）、β：菌類の繁茂による C0s の生物繁茂後の表層粘着力を逆算により求めた。この逆算し補正係数（みかけ上の粘着力）、 R：侵食速度低減割合、た粘着力と地盤本来のもつ粘着力との差は、微生物の繁殖

τ T ：引き上げ抵抗力の増加分（N/cm）、T：養生期間（室によって増加した引張抵抗力によって、見かけ上、粘着力内）（日）

P=0.2%,h≒2mm
P=0.2%、h≒6mm
P=0.2%、h≒10mm

2.00E-02

P=0.2%,h≒4mm
P=0.2%、h≒8mm
P=0.2%平均（h=2mm除く）

1.00

侵食速度 E(cm/min)

侵食速度低減率 R

1.60E-02ｈ：水深(mm)
養生0.5日
養生7日養生14日
計算値（7日養生）
計算値（14日養生）
計算値（21日養生）
計算値（0.5日養生）

1.40E-020.80

ｈ：水深(mm)

0.70
0.60
0.50
0.40
y = -0.1753Ln(x) - 0.4309
R2 = 0.979

0.30

1.20E-02
1.00E-02
8.00E-03
6.00E-03

0.20

4.00E-03

0.10

2.00E-03

0.00
0.00010.0010土壌の表層粘着力の増加量

626

流路勾配：３％
バガス混合率 P=0.2%

流路勾配：３％

0.90

図－11

1.80E-02

0.01000.10000.00E+00
02⊿ CDs(kgf/cm )見かけ表層粘着力の増加と侵食速度の関係

123456摩擦速度 U＊(ｃｍ/ｓ)

図－12

侵食速度と表流水による摩擦速度の関係における計算値と実験値の比較

こうえいフォーラム第 15 号 / 2007.2

上式に実験で得られた U*c=3.0cm/s、限界表層粘着力C0sc=1.0N/cm2、表層粘着力 C0sc=0.25N/cm2

を代入し、

ルマ：ツチアオカビ）、Cladosporium（クラドスポリウム：クロカビ）、 Alternaria （アルタナリア：ススカビ）、

図－12 に示すように実験値との適合をみると、養生 14 日

Penicillium （ペニシリウム：アオカビ）などである。ま

間で計算値の方がやや大きめになるが、概ね実験値に整合た、写真－4 の赤土試料では藻類は見られないが、現地にする結果を得た。

自 生 し て い る 藻 類 に は Cyanophyceae （ 藍 藻 類 ） 、
Chlorophycea（緑藻類）などが確認されている。

(5) 実体顕微鏡による繁茂状況の観察

3．土壌微生物の強さに関する若干の考察

1) 観察方法
観察はデジタルマイクロスコープを用い、200 倍で観察

土壌菌糸・藻類の一本の太さは数μm でしかない。このを行なった。対象土と繁茂促進材（バガス・ワラと土の乾ような微弱な生体の強さについて若干の考察を以下に行っ

燥重量比＝0、0.2、0.5、1.0％）の混合試料をシャーレにた。格子引上げ試験によると、引上げ抵抗力は図－10 に示入れ、養生箱内（相対湿度約 100％、温度 20±2℃）で 0、すように、14 日養生時で 2～8gf/cm である。赤土（国頭マ

7、14、28 日経過毎に定点観察した。

ージ）は膨潤性があり、水浸後の地表面は指に抵抗をほと2) 観察結果

んど感じないほどに軟弱化している。このときの土壌の強写真－4 は赤土（国頭マージ）、早明浦ダム周辺の山地

さは、せん断粘着力が 10～20gf/cm2、また同じ状態での引斜面の土壌（杉林）および火山灰土（桜島）の土壌微生物

張り粘着力（図－14 に示す方法で求めた）が、0.2～2gf/cm2の繁茂状況である。どの土壌においても観察開始時には微であった。

生物は確認されてないが、14 日間の養生でかなりの繁茂が流水下の地表面における応力状態は図－13 が想定される確認できる。繁茂している土壌微生物を概略的に同定するが、非粘着性の砂礫とは異なり、粘着性土壌の侵食メカニズと、赤土に繁茂している糸状菌は Trichoderma（トリコデムにおける物理モデルはまだ明確になっていない。しかしながら、水深 1cm の勾配 3％程度の薄層流（水路実験による実測の平均流速は 40～60cm/s で土壌微生物の繁茂程度で流速は異なる）であり、土砂ブロック下面の流速を０とすると、2
単純にベルヌーイの定理により揚力として 0.7～2gf/cm（揚力係数 0.5）が推定できる。このように揚力と引張り粘着力とは、ほぼ釣合い状態にあるが、これに土壌微生物の引張り抵抗力が作用したときに、土壌の流出を防止する機能が十分に発揮されるとの推察が可能である。

図－13

表流水と土砂ブロックに発生する応力状態

養生
開始時

杉林山林表層土＋バガス0.5 %桜島火山灰＋ワラ0 .5 %

杉林山林表層土＋バガス0 .5 %桜島火山灰＋ワラ0.5 %赤土＋バガス0 .3 %養生
十四日時
赤土＋バガス0 .3 %写真－4

養生前および養生 14 日の顕微鏡観察結果の比較
727

土壌微生物を応用した土砂流出防止技術の開発

Pm2＝Pd＋Wsu’
D～E 間は上部土壌のせん断と滑落が並行作用している過程

図－14

超軟弱粘性土の引張り粘着力測定方法ٛ

4．まとめと今後の課題
土壌微生物の早期導入が、農地などの面的発生源に対しよび吉田重信研究官に多大な協力をいただきました。ここに深く謝意を表します。て環境や営農へのリスクが少なく、適用性の高い対策手法になることが概ね確認できた。これらの成果は土木研究所

参考文献と日本工営との共同で特許申請しており、バガスなど農産

1)

南哲行、小山内信智、山田孝、黒崎靖介、仲村勝正、与那嶺

廃棄物を有効活用して土壌菌類を活性化する方法が公開中

淳（2001）：沖縄島における流域単位での赤土砂の流出特性であり、乾燥して粉体にした藻株を散布する方法はすでにについて、砂防学会誌、Vol.54、No.3、p.39－46

登録済みである。土壌微生物の早期繁茂には、対策後の初2)

3)

桜井亘、徳永敏朗、南哲行、山田孝、下村幸男（2002）：バ
ガス混入による赤土砂の耐侵食性の向上について、平成 14ストの面で問題があるため、より簡便な対策を開発する必年度砂防学会研究発表会

要がある。
また、粘性土の侵食メカニズムについては未解明領域にあ曜：「森林が表面侵食を防ぐ」、森林科学、1998.2、

pp16～22期（約 1～2 週間）の土壌水分の維持（含水比として約 10％以上）が必要である。しかし、ビニールマルチは労力、コ北原

4)

小山内信智、田中秀基、桜井亘、下村幸男（2004）：菌類等

るが、赤土における侵食速度式（経験式）を用いて、土壌微を利用した侵食対策手法に関する研究、平成 16 年度砂防学

生物による侵食抑制効果を見かけ表層粘着力の増加として

会研究発表会、P067、pp.376-377

評価することにより、対策効果を定量評価する目途が得られ

5)

溝渕綾、中野武登、下村幸男、冨坂峰人、長谷川啓介（2004）：

た。さらに、粘性土の侵食メカニズムとして、土壌ブロック

ラン藻を利用した土壌微粒子流出防止に関する研究：土木学と流水における力の釣り合いを詳細に考察することにより、

会第 59 回年次学術講演会、7-157、pp.313-314

粘性土の侵食メカニズムの解明と並行して土壌微生物の効6)

果を力学的に説明することが発展的課題である。

U.S.D.I.

Bureauof(2001):BIOLOGICAL

SOIL

Land

Management

CRUST:ECOLOGYANDMANAGEMENT, Technical Reference 1730-2

謝辞：菌種の同定については、(独)農業環境技術研究所微生物分類研究室の對馬誠也室長、小板橋基夫主任研究官お8287)

日下達郎、田中宏平、藤田則之、四ヶ所四男美（1980）：粘着性のある土壌の剥離・移動限界についてー雨水流による土こうえいフォーラム第 15 号 / 2007.2
壌の浸食特性（Ⅰ）－、農業土木学会論文集、第 90 号、p.9－168)

関根正人、熊谷利彦、尾藤文人（1999）：粘着性土の侵食機構に関する基礎的研究、水工学論文集、第 43 巻、p.747-762

9)

南哲行、仲野公章、山田孝、下村幸男、小野寺勝（2002）：
沖縄島の圃場地表面に形成される過飽和層での赤土侵食機構、砂防学会誌、Vol.55、No.3、p.3－1110) 欧 国 強 、 石 川 芳 治 、 前 田 昭 浩 、 草 野 慎 一 （ 1994 ）：Ground-erosion Resistance Property of Kanto Loam、新砂防、砂防学会誌、Vol.47、No.3（194）、p.11－17
11) 桜井亘、仲野公章、南哲行、山田孝、下村幸男、菊地英明（2003）：赤土砂の侵食速度式を考慮した赤土砂流出予測手法、平成 15 年度砂防学会研究発表会
12) S. Tagata, J. Kurihara, T. Yamakoshi,S. Shimomura, M.
Tomisaka, Y. Kobayashi (2006):Experimental Study onErosion Control Using Natural Soil Microorganisms,
14th International Soil Conservation

Organization

Conference, Morocco,13) Nyoman

Suwartha,

SHIMOMURA

Takashi(2006):AnYAMADA

Experimental

andSachio

StudyonCohesive Soil Erosion due to Overland Flow at the Steep
SlopeFieldintheMrica

Watershed,Indonesia,

INTERPRAEVENT International Symposium, Niigata929