(10)農 業 と 科 学

第三種郵便物認可

平成 12年11月 1日

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地形・地目連鎖系における窒素動態と窒 素 流 出 負 荷 の 低 減 (2)静岡県農業試験場海岸砂地分場

主任研究員宮4楓水田・休耕田での水質浄化

道

地下水位は地表付近にあり，ほとんど地下浸透は静岡県では長年茶園の広がる台地からの湧水に由来の河川水が直地水田の潅減水として利用されてない。調査水田は約 40枚の水田群からなり，上流側の水田から下流側に田越し潅減が行われていきた。水田には脱窒により潅減水中の硝酸態窒素る。これらの水田ではひとめぼれ¥

あきたこを窒素ガスに変える水質浄化機能がある。脱窒は

まち' などが栽培され，3箇所 (Al， 2， 3)

土壌中の微生物(脱窒菌)が硝酸態窒素を亜硝酸から潅減水が流入して 2箇 所 (B1， 2) から流に変え，さらに亜酸化窒素を経て無害な窒素ガス出している。流入水中の窒素の大半は硝酸態窒素に変えることにより生じる。この脱窒による単位で亜硝酸やアンモニア態窒素はわずかだった。

時間あたりの窒素除去量は実際の水田での観測

水田への潅減水のうち河川水が直接水田に流入値やモデル試験の結果から流入水中の硝酸態窒している Al，2の無機態窒素濃度は平均 27.
7mgL‑1

素濃度が増加するのに比例して大きくなることがで，調査期間中の変動はわずかだった。いっぽう，知られている 1)。また，休耕田にも同様の水質浄別の水田を経由して調査水田に流入している A3化機能(窒素除去能)があることが明らかにされで 7月に一旦濃度が下がったでは平均 23.
0mg
L‑1ている 2)O後，次第に増加した。流出水 (B1， 2) の窒素

一方，水田・休耕田の窒素除去能は立地環境や濃度は 5月下旬の代かき直後は 10mg
L‑1を越えて土壌タイプにより異なる。例えば，地下水位が高いたが， 6月から 7月中旬は 10mgL‑1以下に低下

く地下浸透量の小さな谷津田の休耕田では冬期間した。しかし， 7月以降は次第に増加し，の窒素除去能は低下し，窒素除去能は時間の経過下旬には 20mgL‑l前後に達した(図 1。
)

8月中とともに低下する 3)。また、黒ボク士で還元層が発達していない乾田では窒素除去能が小さい 4)。これに対し，地下浸透量が図上グライ低地土の水田における流入水，流出水の窒素濃度の変化
Al~3 は流入水， B1，B2は流出水

大きく還元層が発達した灰色低地土の水田では潅湖水の地下浸透過程での脱十窒により顕著な窒素除去が行われる 5)O
ここでは，静岡県内で茶園排水由来の河川水を潅減利用している地下浸透水量の小さなグライ低地土と比較的大きな灰色台地土の水田・休耕田での窒素除去能に関する調査結果を紹介する。

4‑1 )グライ低地土の水田における水質浄化の例 6)
調査を行った約 2haの水田は台地に続く砂地の低地上に位置し，土壌は粗粒質グライ低地土である。潅減期間中，

40.

N村4‑N(mgL‑l)

鍛

機 30台
程

素 20t
康度 10011995/56ア3年/月

農 業 と 科 学

平成 12年11月 1日(11)第三種郵便物認可

吋川川 111 圃司 11111.11 ， 1. ，. 1111 ， 1..11 岡田・・， 11 ，， 11' 司司川1. 111 11 ....“1・ '11 11 1 ，. ...'1.11. 11 11.......' ， 1 川市・・・ 4 刊 11"11" "，‘ 1111 ・H ・"回lI. lll ・"・ H ・.....'，・ 11'11 ，， 11..川 1""川 .....'.I"" ， 'I...~II'''hll ， .....1・ .111~111...ll lI ldlll......llh Jl， lhll..... 川 111111'''' 四 11111..11' '9

図2

グ ラ イ 低 地 土 の 水 田 に お け る 潅 瀧 期 間 (99日 間 ) 中 の 窒 素 収 支窒素除去量

施肥・降雨Z
34kgNha‑1(流入水中の窒素の 75%)

流入水314kgNha‑1(27.3mgNL‑1)[1150mm]

潅 減 期 間 の99日 間 の 調 査 水 田 で の 1haあ た り の川水および湧水由来の潅減水は最上流部の水田の窒素収支は，流入水，降雨，施肥からの流入窒素

水 口 (R1) か ら 流 入 し

量 の 合 計 が 414kgNで ， 流 出 水 ， 水 稲 吸 収 に よ る

流 部 の 水 田 の 水 尻 (R2) か ら 流 出 す る 。 こ れ ら

流 出 窒 素 量 の 合 計 が 180kgNと な り ， 流 入 水 中 のの岡場では倒伏に強い

窒 素 量 の 75%にあたる 234kgN (窒素除去速度:が栽培され，元肥は施用されていない。流入水中

2.36kgNha‑'d‑の窒素の大半は硝酸態窒素で亜硝酸やアンモニア1)が 見 か け 上 除 去 さ れ た ( 図 2。
)

潅減期間中の調査水田における流出水中の硝酸

95年 6月15日1日
95年 8月1は 21.0mgL一 lで ， 濃 度 の 変 動 幅 は 小 さ か っ た 。 流出 水 の 無 機 態 窒 素 濃 度 の 平 均 値 は 17.9mgL‑ 1 で，濃度は特に 7 月中旬 ~8 月中旬にかけて低下する 。 濃 度 低 下 期 の 水 田 の 流 出 水 (R2) の 水 温 は流出水

B1B27.
0

14.
1412.

(29.
1)

(3.
1)

(8.
8)

7.
413.
49.
1(31.6)

(9.
5)

(22.
0)

5N値 は 脱 窒)
0 O1
べて増加した(表 1が生じると増加することが知られている。水稲による吸収によってもこの値は増加するが，その割合はごく小さいと言われている。このため，本調査水田 で の 234kgNの 見 か け の 窒 素 除 去 は主として水田土壌中での脱窒によると

調 査 水 田 は 6枚 の 水 田 群 か ら な り ， 河の 流 入 窒 素 量 の 合 計 が 1762kgNha一 lで流出水，浸透漏水，水稲吸収による流出窒素量の合計が903kgNha一 lで あ り ， 流 入 水 中 の 窒 素 の 50%にあた

30•

機態素で 日 浸 透 水 量 は 平 均 約 40mmと大きい。

査期間中の窒素収支は，流入水，降雨，穂肥から

盤4‑2) 灰 色 台 地 土 の 水 田 に お け る 水辺部に位置し，土壌は磯質灰色台地土0NOZ十 3+NH4‑N(mgじ 1)

3
室

調査を行った O.
lhaの水田は台地の縁30C以 上 で あ っ た ( 図 3)。調査水田における調図 3. 灰 色 台 地 土 の 水 田 に お け る 流 入 水 ， 流 出 水 の 窒 素濃度の変化
R1は流入水， R2は 流 出 水考えられる。
質浄化の例

ふじの舞'

6

調査期間中の流入水の無機態窒素濃度の平均値

表 1. 流 入 ・ 流 出 水 の 硝 酸 態 窒 素 の 安 定 同 位
5N値 ( 上 段 9体 比 : 51(0) と濃度(下段一 1)
括 弧 内 mgL
濯湖水黄金晴'や6態窒素はわずかだった。

態 窒 素 の 安 定 同 位 体 比 (δ15N値 ) は 流 入 水 に 比採水日

田越し潅減により最下

20m

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(12)

農 業 と 科 学

第三種郵便物認可

平成 12年11月 1日

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. 灰色台地土の水田における潅漉期間 (121日間)中の窒素収支

859kgNha‑1

窒素除去量

施肥・降雨(流入水中の窒素の 50%)I

水稲

139kgNha‑'
流入水

1723kgNha‑1(21.0mgNL‑1)[8199mm]

601kgNha'(
17，9mgNL‑1)[3350mm]

浸透氷
169kgNha'(3.0mgNL‑1)[5634mm]
る859kgNha‑1 (窒素除去速度:7，10kgNha‑1d‑1)上になる 4~9 月は流出水の窒素濃度は低かったの窒素が見かけ上除去された(図 4。
)が，水温が低下する 10~ 3月では高かった(図 5。
)

4~ 9月は地下水位が高いため浸透水量はまた，このようにグライ低地土，灰色台地土の水田と10~ 3月は地下水位が低く浸もに高い窒素除去能が確認された。グライ低地土

低く抑えられたがと灰色台地土の水田とでは試験面積や単位面積あ透水量は大きかった。浸透水の窒素濃度は両区とたりの流入水量などが異なるため直接的な比較はも通年 1mgL‑1以下であった。このため雑草区を困難だが，見かけ上，単位面積あたりの窒素除去

例に時期別の窒素除去量をみると 4~ 9月には流速度は灰色台地土の方が大きい。これは，灰色台入窒素の 94%にあたる 1120kgNha‑1が ，10~ 3月

地土ではグライ低地土に比べ潅減期間中の浸透水量が大きく，地下浸透過程での脱窒による窒素除には58%にあたる 1257kgNha‑ が除去された(図6)。なお，雑草による年間の窒素吸収量は 18kg去量が大きいためと推察される。

Nha‑1 とわずかであった。

15.休耕田の試験圃場における水質浄化の例

97年 10月から 98年 9月にかけての年間平均の見

前述のグライ低地土の水田に隣接した休耕田圃場に 2つの試験区を設け

か け の 窒 素 除 去 量 は ， 雑 草 区 で 2377kgNha‑I

通年河川水を潅減して(窒素除去速度:6，51kgNha
一 Id‑1)，稲ワラ区で窒素収支を調べた。試験区の一つはノビエ，ホタ

2174kgNha
一 1 (窒素除去速度:5，96kgNha‑1d‑I)

ルイなどの雑草が生えたまi48

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区とも日中の水温が 20C以。
J/ヴtに相違が見られた。両試験

度

GJの聞では水質・水量の変化

10J
康iQU

1年間の中でも 4~9 月の聞と 10~ 3月
その結果，

水水総食品る。

入おく内/﹂(幅2.5mX長さ 20m) であ••

ハU

各 試 験 区 の 面 積 は 50m23Tした区(稲ワラ区)である。

無機能︑一m‑2づっ 3回鋤込み代かき勺/﹂年半の問に稲ワラを 0，6kg

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川ハ U
ハU
4・ コ J

一つは雑草を抜き最初の 1

図 5圃グライ低地土の休耕田(雑草区、稲ワラ区) における流入水，流出水の窒素濃度の変化︒

まの区(雑草区)で，もう年/月(総ワラ[g)噌{総ワラ施期農 業 と 科 学

平成 12年11月 1日

第三種郵便物認可(13)

司1' 1"111" 園町1IIIIUIul ，， ~111・ 11..11 町四"， 11 ，， 1". 司川 111""... ， .111111" ，. ...11 川， 'IIJ'" 岨 \tlll ll "'.... 川 11'11'‘ー‘ 1111"1111.......1"11 ・ 11....... ， 1 .1 1' 11......1111"1111... 園川1 ・ 111111.......11 ・・，，，"， .....".11'1111 園町111 1I， d ，.."'''川 .dllh.... 川，， 1・.，，'''田川 11"11'.

(97年 10 月 ~98 年 9 月)

図 6周 休 耕 田 ( 雑 草 区 ) に お け る 時 期 別 の 窒 素 収 支
窒素除去量【4‑9月】

11120kgNha‑(流入水中の窒素の 94%)

流入水

phi‑

wid 盟洲m 日一K 5 ド九‑
4ZN・‑‑‑・︐︐︑水
出apa

I

￨12kg
N
ha‑，
(0.
8mgL1)，[1349mm]【10‑3月】

窒素除去量

一流

浸透水
111257kgNha‑(流入水中の窒素の 58%)

流入水

890kgNha1(20.
4mgし1)[4582mm]ha‑¥(O.
4mgL1)，[3686mm]￨15kgトJであり稲ワラ鋤込みによる窒素浄化能の強化は認I

6. 台 地 周 辺 域 に お け る 窒 素 収 支 の 試 算められなかった。両試験区における 97年 6月から

茶園から溶脱した窒素を含む河川水はその一部

99年 9月 ま で の 約 半 年 単 位 で の 見 か け の 窒 素 除 去が台地周辺の水田で潅減水として利用され，さら量 は 流 入 室 素 量 に ほ ぼ 比 例 す る ( 図 7)。一方，に下流側の砂地畑でも潅水として利用されてい流入窒素量に対する見かけの窒素除去量の割合はる。そして，このような水田や砂地畑で利用され

試 験 開 始 以 来 2年 以 上 に わ た り 6割 以 上 と 高 く 維

なかった茶園排水は河川を通じて直接海に流出す持された。なおこれらの試験区では短冊状の細る。以下に静岡県中部の牧ノ原台地周辺の水田に長い区に潅減水を一様に流したために水の流れがおける茶園排水中の余剰窒素の除去程度の試算結

均一で，流れが不均ーになる実際の休耕田岡場に果 6)を紹介する。ここでは牧ノ原台地の茶園面積比べて窒素除去効率は高いと思われる。

を 6540ha，台地周辺の水田面積を 3810haとし，こ図 7圃 休 耕 田 に お け る 流 入 窒 素 量 と 窒 素 除 去 量の関係のうち茶園排水を潅減利用している水田面積を1997年 ~99年までの約半年間ごとの比較

茶園からの年間の溶脱窒素量 を 284kgha‑ と 仮 定 し ， 牧 ノ 原 台 地 全 体 の 茶 園
1(kgN
ha‑d‑

か ら は 年 間 ，1.86X106kg (6540haX284kgha‑1)15の窒素が溶脱したと試算した。一方，水田での窒

1 1)

c9

窒素 10~
除1去I量1386haとした。また

5‑‑
1・‑・Q̲

み働いたとし，
0雑草区

0(s.

。
。

素 除 去 能 が 1年 間 の う ち 潅 滅 期 間 の 約 100日間の.稲ワラ区4‑1) で 示 し た グ ラ イ 土 の 水 田

での 1年 間 に 234kgha‑1の 窒 素 を 除 去 す る と の 値を 用 い る と ， 牧 ノ 原 台 地 周 辺 の 水 田 で は 1年 間 に0.
32X 106kg(1386haX234kgha‑1)の窒素が除去できると考えられる。すなわち現在，茶園からの溶下~流入窒素量

1 1‑)
5 10 15 20(kgNha‑d

脱 窒 素 の う ち の 約 17%が 周 辺 の 水 田 で 除 去 さ れ ていると試算される(図的。

(14)農 業 と 科 学

第三種郵便物認可

平成 12年11月 1日

町川川 1 ，，"司川 1111111-.'1111 1. .11 問問 h. ， IIIIII ，，_，川 1111111.....11111 11 ' ，.. ...'1111 11 ・ H ・"-;'_11 111 11 ・・・ 4 川 11'11 ・h ・ .11111 '1 11'.....111111..........111'..1111 ・ ""11 川川 ....'11 ・e・-・， 1....11 ・ II..U. .， ."IIIII.III 園町1 1 11・・ 11 1I 1 ，_ ..IIII~lllhll..lhl ・I・ 111~ ，.. lhll'l lI l~参 考 文 献

図 8.牧ノ原台地およびその周辺域における窒素の流れ除去

1)田淵俊雄・末正奈緒希・

0.32X106kg
l年 (17%)

高梨めぐみ:水田湛水による硝酸態窒素の除去試験.
溶脱河川

1.
86X 106kg
l年

海流出

農土誌55，761‑‑
766(1987)2)田淵俊雄・篠田鎮嗣・黒田1.54X 106kg
l年 (83%)

久雄:休耕田を活用した窒素除去の試み.農土誌61，1123‑‑1128 (1993)

このように，茶園排水中の余剰窒素の除去という観点から見ると現状では必ずしも水田が十分

3)田淵l俊雄・志村もと子・尾野充彦:に活用されているとはいえない。このため，茶園休耕田における窒素除去試験の結果と実用性

排水中の窒素をより積極的に除去するためには，

4，345‑‑350(1996)の検討.農土誌6

茶園排水を含まない農業用水に茶園排水を混合し4)小川吉雄・酒井て窒素除去に関わる水田面積を増やす，現在は潅減していない水稲非作付け期の水田にも茶園排水

6，1‑‑9(1985)
機能の解明.土肥誌55)糟谷真宏・小竹美恵子:地下水かんがいに由を含む水を入れて窒素除去期間を延長するなどの来する硝酸態窒素の水田における除去.

対策が有効である。また

未利用の休耕田も水質

8，651‑‑658 (1997)
土肥誌6

浄化の場であるとみなし通年潅滅することも考6) 戸 田 任 重 ・ 望 月 康 秀 ・ 川 西 琢 也 ・ 川 島 博 之 :えるべきであろう。ただし，水田，休耕固ともに

静岡県牧ノ原における茶園ー水田連鎖系によ水質浄化機能を高度に発現するための具体的な水る室素流出負荷低減効果の推定.

管理方法などは明かではなく，今後の重要な検討

土肥誌 68，369‑‑375 (1997)

課題である。

一:水田における水質浄化