関東森林研究 73 (2022)

論 文

利根源流の多雪森林地域における２年間の沈着量と流出負荷量
稲山賢信 1 ・瀧澤英紀 2 ・水野一平 1 ・風間聖史 1 ・小坂泉 2
１ 日本大学生物資源科学部
２ 日本大学大学院生物資源科学研究科
要旨：利根源流の多雪森林地域である水上演習林三つ又流域において，降水と渓流水の水量と溶存イオンについて2018/12/1~2020/11/30 の２年間にわたり調査し，沈着量と流出負荷量について 2019 年と 2020 年の年間の物質収支を明らかにした。両年の物質収支を比較した結果，沈着量に対する流出負荷量の割合(out/in 比率)は 1.2～3.5 で似た値を示した Cl⁻，K⁺，Na⁺，SO42⁻，大きな値を示した Si，HCO3⁻，Ca2⁺，Mg2⁺，1.0 を下回る値を示した N(NO3⁻ -N +NH4+ -N)の３つに分かれた。流出負荷量から沈着量を差し引いた差(Δout-in)は SO42⁻，Ca2⁺，Mg2⁺において，2019 年のΔout-in が 2020 年の５～７倍と大きく上回る値となり，他の物質が概ね近い値をとり、年により大きく異なった。
キーワード：森林流域，物質収支，多雪地

Deposition of rainfall and loads of runoff in Minakami university forest at snowy region in two years
Kenshin INAYAMA1, Hideki TAKIZAWA2, Ippei MIZUNO1, Masashi KAZAMA1, Izumi KOSAKA2
1 College of Bioresource Science, Nihon University
2 Graduate School of Bioresource Science, Nihon University
Abstract: We observed water chemistry of precipitation and runoff through on Mitsumata catchment in Minakami university forestat snowy region during two years from 2019 to 2020. Annual precipitation depositions and annual loads of runoff in 2019 and 2020
were calculated, respectively. Results showed the ratio between annual loads of runoff and annual precipitation in 2019 and 2020
were almost 1.2~3.5 in Cl⁻，K⁺，Na⁺ and SO42⁻. These ratios were high in Si，HCO3⁻，Ca2⁺ and Mg2⁺ in both year. These ratiosof N (NO3⁻ -N + NH4+ -N) were under 1.0 in both year. In the difference of annual precipitation depositions and annual loads ofrunoff in 2019 and in 2020, there was 5~7 times different in SO42⁻，Ca2⁺ and Mg2⁺. Other elements were similar value in both year.
Key-word: forest catchment, elemental budget, snowy region

Ⅰ はじめに

１．調査地 調査対象地は群馬県利根郡みなかみ町の山地森林斜面の降雨流出過程において，渓流水は斜面

日本大学演習林（面積 158 ha，標高 650～985 m）内に調土壌からの中間流と山体内の地下水流の混合と考えられ査流域を設けた（図-１）。本研究では三つ又沢流域 13.7ており，滞留時間により中間流と地下水流の水質形成はha の調査結果を示す。地質は，新第三紀デイサイト流紋大きく異なると考えられる（１，２）。降水から渓流水岩と黒色泥岩，新第三紀粟沢礫岩層を主体とし，ロームに至る流出過程で流出経路とその水質形成の研究を進めるため，日本大学水上演習林では継続的な水文量と水質調査が継続的に行われてきた（１，２，３）。本研究では奥利根源流域の三つ又流域において，2019 年と 2020年の沈着量と流出負荷量を比較して，流域規模における水質形成，特に土壌・山体にて付加されるいくつかの物
質の水質形成の特徴を気象・水文条件が異なる２年間分であるが明らかにすることを目的とする。
図-１. 調査対象流域

Ⅱ 調査地と方法

Fig.1. Experimental catchments－105－（受理日 2022 年 1 月 17 日）

堆積域も確認される。調査地周辺の年平均降水量は 1755となる。NH4+を除いた物質は，流出負荷量と流出の波形

mm，最大積雪深の平均は 2.1 m である(３)。植生は落葉が概ね似ている。両年の沈着量の違いをみると SO42⁻，広葉樹林が主体で，ブナ・ミズナラ・コナラ林が約７割，Ca2⁺以外の物質は 0.6~0.9 倍，流出負荷量は SO42⁻，Ca2⁺，カラマツ・スギ人工林が約３割分布する。

Mg2⁺以外の物質は 0.7~0.9 倍となり，年降水量と年流出２．調査項目 2018 年 12 月から 2019 年 11 月までを量の 0.84，0.81 とほぼ同じ値を示した。NH4+について，2019 年とし，２年間に渡り調査を行った。降水量の観測

2019 年７～８月と 11 月の流出負荷量に値がみられ，2020

は，上空の開けた露場（気象観測地）において，転倒マ年にはみられない。

ス式雨量計（大田計器製作所）を地上約１m に設置し，Cl⁻（図-２b），m））は，out/in 比率は両年で 1.2，1.3 と冬期は地上から約６m の高さにヒ－タ付き雨量計（52202近く，また Δout-in は 92.2 Eq/ha/yr.，94.1 Eq/ha/yr.と概ねR.M.Young），および不凍液プールを使用した転倒マス式同量となった。

雨量計（antifreeze CS705 with TE525 Campbell Sci.INC.）

K⁺（図-２c)，n））は，out/in 比率は両年で 1.4，1.5 と近を約４m に設置して計測し，欠測時には藤原の AMeDAS

く，また Δout-in は 42.9 Eq/ha/yr.，39.9 Eq/ha/yr.で概ね同デ－タを用いた．降水サンプルは地上１m にロート量となった。

（Φ21.2 cm）を設置し，ボトルに貯留し１ヶ月毎に採水

SO42⁻（図-２d），o））は，out/in 比率は 2.0，1.9 とほぼした。なお，冬期はコンテナ（61×41cm）上全部に堆積し同じ値を示したが，Δout-in は 2019 年が 319.5 Eq/ha/yr.，

た降雪水を切り出し，融かした後に採水した。積雪期の2020 年が 56.4 Eq/ha/yr.で約６倍の差となった。

測定間隔は概ね２週間毎に行った。三つ又沢では自動採Na⁺（図-２e），p））は，Na⁺は海塩由来として Cl⁻と同水装置（3700，ISCO）により 48 時間（冬季は 24 時間）調して沈着するとされる。out/in 比率は 3.5，3.1 で，Na⁺間隔で渓流水を採水した。測定項目は Na⁺，NH4+，K⁺，は土壌・山体内から付加される化学風化物質を多く含む

Ca2⁺，Mg2⁺，Cl⁻，NO3⁻，SO42⁻ ，HCO3⁻イオン濃度およびと考えられる。
Ca2⁺（図-２f），q））は，out/in 比率も 7.1，5.5 と異なり，Si 濃度である。
３．分析方法 Na⁺，NH4+，K⁺，Ca2⁺，Mg2⁺，Cl⁻，NO3⁻，

Δout-in は 2019 年が 3082.6 Eq/ha/yr.，2020 年が 623.6

SO42⁻の濃度について，イオンクロマトグラフィー（883Eq/ha/yr.で約５倍の差となった。

basic IC，メトローム）を用いて測定した。Si 濃度はマルMg2⁺（図-２g），r））は，out/in 比率も 9.5，2.7 で大きチタイプ発光分光分析装置（ICPE-9000，島津製作所）にく異なり，Δout-in は 2019 年が 572.3 Eq/ha/yr.，2020 年がより測定した。HCO3⁻濃度は硫酸滴定により測定した。

82.2 Eq/ha/yr.で約７倍の差となった。
Si（図-２h），s））は降水にはほとんど含まれず，化学Ⅲ 結果と考察

風化物として流出し，HCO3⁻（図-２i），t））は out/in 比率

１．両年の降水と流出量の比較 2019 年と 2020 年ので 8.5 と 9.3 と大きく増加し，両者ともに土壌・山体から年降水量は，それぞれ 2027 mm/yr.と 1704 mm/yr.となり，付加される化学風化由来の物質と考えられる。

比率は 0.84 であった。年流出量はそれぞれ 1285 mm/yr.

NO3⁻（図-２j），u））や NH4+（図-２k），v））の降水にと 1044 mm/yr.となり，比率は 0.81 であった。2019 年のよる沈着量は季節性を持たず供給されたが，10～11 月で最大積雪深は，１月 29 日で 1.98m であり，１月～２月のは観測されていない。そこで両イオンをあわせた N(NO3⁻積雪は１m を超えていた。2020 年の最大積雪深は，２月-N + NH4+ -N)として物質収支をみると out/in 比率は 0.9，11 日で 0.67 m であり，１月～２月の積雪は 0.5 m に満た0.5 で唯一流出負荷量が沈着量を下回った。
NH4+を除き両年の流出負荷量を比較すると，2019 年はなかった。
2019 年は多雪年で 2020 年は少雪年と言える。
２．両年の沈着量と流出負荷量の比較 図-２a)~ v)に融雪期の３月・４月，台風発生時期の７月・10 月でピー

採水ごとの水収支および物質収支の季節変化を示す。図クを形成するが，2020 年は融雪期にはわずかにピークが-２では，降水による沈着量を図中の下段に，流出負荷量あるが，一年を通して平均して流出している。

を上段に示し，2019 年を左側 a)~k)に，2020 年を右側 l)~v)

３．両年の沈着量と流出負荷量の大きな差異 2019，に示す。また，表-１に沈着量(input)と流出負荷量(output)，

2020 年では，out/in 比率が大きく３つに分かれ，①1.2~3.5沈着量に対する流出負荷量の割合(out/in 比率)と，流出負と両年ともにほぼ同じ値を示した Cl⁻，K⁺，Na⁺，SO42⁻，荷量から沈着量を差し引いた値(Δout-in)を年毎に示す。

②大きな値を示した Si，HCO3⁻，Ca2⁺，Mg2⁺，③1.0 を下

流出負荷量は流量に濃度を掛けて算出するが，濃度変回る値を示した N(NO3⁻ -N + NH4+ -N)に区分される。

化が大きくない場合は流出量の季節変化に対応した形状

－106－

Clー

K+Na+NH4+Eq/ha/day

NO3ーEq/ha/day

HCO3―Eq/ha/day

mol/ha/day

Mg2+

SiEq/ha/day

Ca2+Eq/ha/day

Eq/ha/daySO42ーEq/ha/day

Eq/ha/day

Eq/ha/day

水収支mm/day

関東森林研究 73 (2022)

12606
12
6
30
362
1012
630
3
6
10
50
51030
1501530
630
3
616
80816
10
50
510
4202
44202
4D20202019a)l)b)m)

c)n)d)o)e)p)f)q)g)r)h)

s)i)t)j)u)k)v)

JF M A M

JJASONDOutputJF M A M

JJAInputSO

図-２. 2019 年と 2020 年の三つ又流域における沈着量と流出負荷量の経時的変化a)～k)は 2019 年，l)〜v)は 2020 年のそれぞれ水収支，Cl⁻，K⁺， SO42⁻，Na⁺， Ca2⁺，Mg2⁺，Si，HCO3⁻，NO3⁻，NH4+の物質量であるFig.2. Elemental variations of deposition from rainfall and load of runoff at Mitsumata catchment in 2019 and 2020.
a) to k) are showed water budget, Cl⁻, K⁺, SO42⁻, Na⁺, Ca2⁺, Mg2⁺, Si, HCO3⁻, NO3⁻ and NH4+ in 2019, respectively.
l) to v) are showed in 2020.

－107－N

表-１. 2019 年・2020 年の年間の沈着量・流出負荷量と物質収支
Table 1 Annual deposition, annual load of runoff and annual elemental budgets in 2019 and 2020
Elements(Eq/ha/yr.)

Cl⁻

K⁺SO₄²⁻Na⁺Ca²⁺Mg²⁺Si(mol/ha/yr.)

HCO₃⁻N

沈着量

2019 年

521.5

100.5

313.9

333.9

504.3

67.10

1.4

134.0

220.4

input

2020 年

360.4

79.9

63.3

293.7

139.1

47.4

0.3

91.3

136.4

流出負荷量

2019 年

614.4

143.4

633.4

1163.93586.9639.4

1719.31141.2202.7

output2020 年

454.4

119.8

119.7916.3

762.7

129.6

1231.1

852.7

68.0

output/input *1
Δout-in *2

2019 年

1.2

1.4

2.0

3.5

7.1

9.5

1228

8.5

0.9

2020 年

1.3

1.5

1.9

3.1

5.5

2.7

4820

9.3

0.5

2019 年

92.2

42.9

319.5

830.0

3082.6

572.3

1718

1007.2-17.7

2020 年

94.1

39.9

56.4

622.6

623.6

82.2

1231

761.4

-68.5

＊１：沈着量に対する流出負荷量の割合 ＊２：流出負荷量から沈着量を差し引いた差*1: Ratio of load of runoff to deposition from rainfall. *2: Difference of subtracted load of runoff from deposition from rainfall.
①は沈着量がそのまま流出するあるいは少量が付加され大気からの硫黄，窒素酸化物など沈着物の変化は，森て流出するもの，②は土壌・山体内で大きく付加される林や土壌，山体風化にも影響する。山地森林利用が変化もの，③は土壌・山体内で吸着や消費されるものである。

し，土砂移動も周期的な小規模崩壊から深層崩壊へと変Δout-in では 2019 年の SO42⁻，Ca2⁺，Mg2⁺が 2020 年の５貌する危険性もある。多雪の山地森林域における山体内～７倍と大きく上回る値となるが，それ以外の物質は概部の水質形成研究は社会的意義が深く，年降水量が変わね近い値をとった。前者は年ごとの土壌・山体内で付加らないが物質毎に年間収支傾向が異なり，大規模イベンされる量が大きく異なり、後者はあまり変わらず，降水トなどの山体への影響を指摘した科学的意義は大きい。

量の増減量相当の物質が付加，または減少していると考えられる。
４．両年の沈着量と流出負荷量の差異 両年におけ表-２. 50mm を超えた日付と降水量

る多くの沈着量では 1.1~1.6 倍となったが，SO42⁻が 5.0

Table 2 Precipitation on the day over 50 mm倍，Ca2⁺が 3.6 倍と大きく異なった（表-１）。流出負荷量では概ね 1.2~1.4 倍となったが，SO42⁻が 5.3 倍，Ca2⁺が 4.7倍，Mg2⁺が 4.9 倍と大きく異なった。Δout-in では概ね1.0~1.4 倍となったが，SO42⁻が 5.7 倍，Ca2⁺が 4.9 倍，Mg2⁺が 7.0 倍と大きく異なった。両年の降水や流出の違いで

2019/10/12

156 mm/day

2020/9/9

110 mm/day

2019/5/21

53.5 mm/day

2020/4/18

53.5 mm/day

は，2019 年は多雪年で融雪出水が極めて大きかったが，2020 年は少雪年で融雪出水が小さかった。降水量につい引用文献て，表-２に降水量 50 mm/day 以上の大きい順に示す。２(１) 瀧澤英紀・風間聖史・小坂泉（2021）多雪域のみな年間で４回生じており，2019 年 10 月 12 日の 156 mm/day

かみ演習林森林流域の沈着量と流出負荷量の季節変化．の台風イベントが最も大きく，流出負荷量も大きく増加

関東森林研究 72(1):89-92

している。一方で，２番目に大きなイベントは 2020 年９(２) 瀧澤英紀・鈴木崚平・小坂泉（2020）山地森林流域

月９日の 110 mm/day で，その時の流出負荷量は極端に源頭部における湧水の水質特性．関東森林研究 71(1):113-増加していない。

116

SO42⁻，Ca2⁺の沈着量の差異もあるが，Mg2⁺も含めてこ(３) 豊泉恭平・前島健人・大類和希・小坂泉・長坂貞郎・れらは土壌・山体内で付加されてくる化学風化物質を多瀧澤英紀（2016）奥利根源流部の多雪地森林小流域におく含み，大きな融雪出水や上記の台風イベントのようなける融雪期の水質形成について. 関東森林研究 67(1): 93-

大きな水移動が山体内の地下水を押し出した影響により96物質が流出したと考えられる。

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