北部九州の森林土壌中における選択流の発現と水質特性
Chemical properties of preferential flow emerged in a forest soil in northern Kyushu
釣田竜也 1・大貫靖浩 2・壁谷直記 1
1 森林総合研究所九州支所・2 森林総合研究所

要旨(Abstract)
北部九州の森林斜面において，ゼロテンションライシメータ（ZTL）とテンションライシメータ（TL）を用いて土壌水の水質を調べた．表層土壌では特に斜面上部でマトリックス流とは水質が異なる，A0 層通過水の水質を比較的保った選択流の存在が ZTL で確認され，夏期に集中的に供給される降雨条件と表層土壌の撥水性が関与していると推察された．一方下層土壌では選択流の発生回数が低下するとともにその水質もマトリックス流との差が小さくなった．
テーマ：土壌物理研究の最前線 Trend in Soil Physics
キーワード：森林土壌，土壌水水質，選択流，マトリックス流，ライシメータ
Key words: forest soil, soil water chemistry, preferential flow, matrix flow, lysimeter
1.はじめに構造の発達した森林土壌では，土壌中を比較等が混在している．
(2) 採水方法

的均一に降下浸透するマトリックス流のみで３号沢の源頭部斜面の上部地点（U 地点）となく，粗大間隙や亀裂などを重力で移動する選下部地点（L 地点）において土壌水を採取した。

択流が存在することが明らかになってきていU，L 地点の A0 層直下（深さ 0cm）にチリトる． Marques et al. (1996) は森林土壌においリ型のライシメータを，表層土壌（深さ 20cm）て，ゼロテンションライシメータでは滞留時間と下層土壌（U 地点は深さ 60cm，L 地点は深が比較的短く土壌中を主として重力移動するさ 40 cm）にゼロテンションライシメータ（以水を採水し，テンションライシメータでは滞留下 ZTL）とテンションライシメータ（以下 TL）

時間が比較的長く土壌との吸着程度が強いマを設置した．地下水は，３号沢源頭部にあるコトリックス流を採水していると報告している．

ンクリート製の遮水壁の底部の穴（深さ 3 m）

しかし採水手法間での水質の違いやその移動から塩ビ管を通って流下する水を採水した．湧経路についての検討事例は少ない．本研究では， 水は L 地点下方の湧水点において，渓流水は九州の森林小流域を対象に，異なる採水手法で量水堰のやや上流において，降水は３号沢近傍土壌水を採水するとともに雨水，地下水，湧水，の露場において採取した．原則２週間に１回の渓流水を採水し，土壌から渓流の間の水質変化頻度で採水した．観測期間は 2009 年１月８日

を水移動経路とともに検討する．

から 2013 年 12 月 24 日までの約５年間である．

２．方法

なお，地下水の採水開始は 2011 年５月，A0(1) 調査地

層直下の土壌水の採水開始は 2012 年１月と遅熊本県北部にある鹿北流域試験地３号沢を調査地とした．地質は黒色片岩で，土壌は褐色れたため，欠測期間がある．
(3) 水質分析

森林土が分布している。植生は，斜面上部がpH をガラス電極法で測定した．0.45 μm の39～58 年生のヒノキ人工林，下部が 58 年生

メンブレンフィルターでろ過した後，溶存無機のスギ人工林が主体で，アラカシ，ツブラジイ

イオン濃度をイオンクロマト法により，SiO2

濃度を ICP 発光分析法により測定した．

る状況が度々発生することにより選択流が発３．結果現しやすいと考えられる．深さ 20 cm の ZTL(1) 調査地の降雨特性による選択流の採水回数は，U 地点（101 回）採水期間毎の雨量をおおよそ月別に集計すの方が L 地点（15 回）より約７倍多かった．

ると，夏期に一山型のピークを持つ規則的な分

本調査地では，U 地点のある BD(d)型土壌の分布を毎年示し，６～９月の４ヶ月間に年降水量

布域の表層土壌の撥水性が L 地点のある BD 型の５～７割の雨が集中的に降った．

土壌の分布域の撥水性より強いことが分かっ(2) 雨水から渓流水の間の水質の変化ており（小林, 2007)，撥水性による表層土壌観測期間中の溶存成分濃度の算術平均値をのマトリックスの吸水性の低下が選択流の発算出し，降水から渓流水への水質変化を見ると，生をさらに促進させたと考えられる．一方下層

pH は最小値の降水から A0 層通過水にかけて土壌では，TL より ZTL で SiO2 濃度が高い場大きく値が増加し，土壌水では低下してその状合も混在しており，下層土壌中の ZTL で採水態を維持し，地下水で再び大きく増加して湧水，された土壌水は，A0 層通過水が直接到達した渓流水でさら微増した．また土壌水について採というよりは，降雨時に表層土壌で発生した選水手法間の違いを見ると，U 地点，L 地点の表

択流に起因する下層土壌への素早い圧力の伝層，下層土壌とも TL よりも ZTL の pH 値が播により，一時的に正圧状態になって下層土壌

大きく A0 層通過水の値により近かった．SiO2のマトリックスから押し出された水であると濃度は雨水，A0 層通過水ではゼロに近い低濃推察される． しかし， TL より ZTL の方 SiO2度であり，土壌水で増加し，地下水で大きく増濃度が低い場合も夏期に散見されており，降雨加して湧水，渓流水でさらに微増した．また土条件や土壌の撥水性の発現状況によっては，壌水について採水手法間の違いを見ると，U 地

A0 層通過水の性質を比較的保存した選択流が点，L 地点とも表層土壌では TL よりも ZTL下層土壌にも達していると推察される．の SiO2 濃度が低く A0 層通過水の値により近(2) 選択流的水移動の渓流水水質への寄与かった．一方下層土壌では，TL と ZTL の SiO2選択流の発生は河道域から離れた斜面上部

濃度に U 地点ではほとんど差がなく，L 地点の比較的乾燥した土壌で多かった．また，本試

では TL より ZTL の SiO2 濃度が高かった．

験地では土壌層から地下水，湧水にいたる間で４．考察

pH，SiO2 濃度が大きく増加しており，選択流(1) 土壌水水質の採水手法間での違いの，湧水や渓流水水質への直接的影響は認めら表層土壌では，U 地点，L 地点とも ZTL とれない．したがって，本流域では，地下水や渓TL で採水された土壌水の水質は異なり，TL流水の水質形成への選択流の寄与は小さいとより ZTL の方がより A0 層通過水の水質を反映推察された．

して，pH が高く，SiO2 濃度が低かった．これ

謝辞

は， Marques et al. (1996) の結果を支持する

本研究の一部は，文部科学省科学研究費（課題番号結果であり，土壌との反応が乏しいまま A0 層24780162）によって行われた．

通過水の水質を比較的保った状態で重力移動

参考文献等

する選択流の実態を水質の面から裏付けたと

Marques R., Ranger J., Gelhaye D., Pollier Q. and Gœdert

言える．本試験地は毎年夏期に一山型の分布でO. (1996): European Journal of Soil Science, 47, 407-417.

集中的に雨が降る．この条件下では，雨水の供小林政広 (2007) 撥水性が森林土壌中の水の移動と貯留に及給速度が土壌マトリックスの吸水速度を上回

ぼす影響に関する研究：東京大学学位論文, 31-33.