茶園地域の硝酸汚染と酸性化に関する研究
Nitrate pollution and acidiﬁcation in the area of tea garden
神谷 昭吾 ・佐竹 研一＊＊

Shogo KAMIYA and Kenichi SATAKE
立正大学地球環境科学部
Faculty of Geo-environmental Science, Rissho University

摘要

茶園は窒素肥料の施肥量が多く、窒素汚染の進んでいることで知られている。本研
究では、その実態と茶園地域の井戸水、湧水、河川水への影響を明らかにするために
静岡県の典型的な茶園地域で調査を行った。また、硝酸態窒素による汚染からの回復過程について知見を得ることを目的として、耕作放棄茶園土壌の調査を行った。
調査を行った茶園周辺の井戸水、湧水の pH は 4～5 を示し、硝酸態窒素濃度は環境基準の 10 mgN l－1を大きく上回った。一方、畑地周辺の湧水の pH は 6～7 を示し、硝酸態窒素濃度は 10 mgN l－1を下回った。茶園周辺で酸性化と硝酸汚染が起きていることが明らかとなった。河川水は硝酸イオン濃度および硫酸イオン濃度が 100 mg l

－1を上回る値を示したが、pH は 7 を示した。これは酸性の湧水が河川に流入する際に中和反応を起こしたためであった。施肥茶園土壌の土壌 pH は 3～4 を示したが、耕作放棄茶園土壌の土壌 pH は 4～5 を示した。また、耕作放棄茶園土壌の土壌水抽出
液中の硝酸イオン濃度や硫酸イオン濃度は大きく減少していることが明らかとなった。

キーワード：酸性化，硝酸汚染，硝酸態窒素，窒素肥料，茶園Key words：acidiﬁcation, nitrate pollution, nitrate-N, nitrogen fertilizer, tea garden

1．はじめに
窒素成分含量の高い茶は遊離アミノ酸などが多1）, 2）
く、良質とされている。このため、これらの窒素成分含量を高めることが品質の向上につながると3）考えられている 。
茶園に施用される窒素肥料は、明治以前においては人糞尿や刈り草などが中心であった。それが1890 年代になると油かすや魚かすなどの利用が増－1－1
え、施用量は 100 kgN ha
y 程度になった。
1900 年代になると硫酸アンモニウムが多少施されるようになった。さらに硝石（NaNO3）が発見されると貴重な窒素肥料として利用されるようになった。
大正時代に入ると無機質肥料が増加し、1917 年の－1－1
窒素肥料の施用量は 270 kgN ha y 程度になった。さらに施肥量は徐々に増加し続け、1947 年に－1－1は 300 kgN ha y 台に達した。その後 1960 年代になると品質重視により窒素の多施用が一般化し、－1－1
施用量は 500 ～ 1,000 kgN ha y と著しく増加した。肥料の形態は、当初は菜種かす、大豆油かす、魚かすなどの有機質肥料や硫酸アンモンニウム、尿素などの配合肥料が中心であったが、徐々に有機質肥料が減少し、1960 年代に入ると化学肥料が中心
4）, 5）となった。また、世界全体の窒素肥料の消費量
6）も 1960 年代以降増加してきた 。
現在の茶の主要生産府県における窒素肥料の施用－1－17）－ 15）量は 450 ～ 700 kgN ha y であり、施用形
態は硫酸アンモニウムや硝酸アンモニウムなどの化学肥料と菜種かすや魚かすなどの有機肥料が中心である。茶の栽培面積と生産量で国内 1 位の静岡県の
－1
－1
16）
窒素肥料施用量は 540 kgN ha y である 。これは主要生産府県の平均値とほぼ等しい。この窒素施肥量を上回る農作物は、静岡県が定める施肥基準
17）の中にはほとんどない 。またこの窒素施用量は、大気からの窒素降下量が多い首都圏（群馬県高崎市）－1－1に降雨によって供給される窒素量 30 kgN ha y
5）の約 20 倍に相当する 。
施用された硫酸アンモニウムや有機肥料の分解によって生じたアンモニウムイオンは、土壌中で硝化細菌によって亜硝酸イオンを経て硝酸イオンに変化する。硝酸イオンは負の電荷を帯びているため、土壌には吸着しにくい。そのため、茶樹に吸収されな

受付；2010 年 3 月 30 日，受理：2010 年 4 月 12 日＊
〒 360-0194 埼玉県熊谷市万吉 1700，e-mail：shogo_kamiya@msn.com
2010 AIRIES

161

神谷・佐竹：茶園地域の硝酸汚染と酸性化に関する研究

かったり、脱窒反応に利用されなかった硝酸イオン
は、雨水や散水などで土壌から流出したり、地下へ浸透する。地下へ浸透した硝酸イオンはやがて地下水に浸透する。その硝酸態窒素濃度はしばしば水道－1
水基準の 10 mgN l を越え、周辺の井戸水、湧水、河川水が汚染されるようになるのである。
窒素肥料が大量に施用されるようになった 1970
年代の静岡県西部の茶園の深井戸の硝酸態窒素濃度－1－1は 1 mgN l であったが、1980 年代には 10 mgN l－1を上回った。さらにその後 5 年間で 20 mgN l を上回り、茶園における硝酸汚染が深刻化したことが17）
明らかとなった 。茶園以外でも、岐阜県の各務原
市のニンジン畑や沖縄県宮古島のサトウキビ畑など
18）で硝酸態窒素による地下水汚染が引き起こされた 。
このような農業地帯の地下水の硝酸態窒素濃度は、水田地帯では低いのに対して、畜産地帯、野菜・果樹生産地帯、茶栽培地帯で高いことが明らかとされ
19）
てきた 。
さらに、硝酸態窒素濃度の増加に伴い環境水の20）
pH が低下し、酸性化を招くことが知られている 。
環境の酸性化を引き起こす酸性物質は、亜硫酸ガス
21）や硫酸などの硫黄酸化物と窒素酸化物である 。このような酸性物質の放出に伴う環境水の酸性化によって様々な現象が起こることが知られている。静岡
県中部地方の茶園周辺の地下水では、pH が低い地
下水ほどアルミニウムイオンやマンガンイオンなど
20）の重金属濃度が高い 。茶樹はこのアルミニウムを吸収蓄積するが、茶葉中タンパク質と強く結合し飲用に際しては問題がないのは幸いである。
一方近年、農業従事者の高齢化などによって耕作放棄された茶園が増加している（以下、耕作放棄茶園とする）。耕作放棄茶園は機械化が進みにくく、

図1

162

茶園の整備が行いにくい山間地の斜面などで多く見受けられる。耕作放棄茶園では耕作放棄とともに窒素肥料の供給が停止する。しかし、耕作放棄によって土壌の窒素含量がどのように減少していくかについてはまだ研究例がない。
静岡県の主要な茶栽培地域は、県中部に位置する
牧之原台地とその周辺である。牧之原台地は静岡県の中部を流れる大井川下流の西岸に位置する洪積台地であり、南端は御前崎にまで伸びる。御前崎は茶の典型的な栽培地の一つであるが、これまで茶栽培
地域における硝酸態窒素の汚染を考慮した水質の経年的な研究は行われていない。このような典型的な茶栽培地において、現在の井戸水や湧水の水質や土
壌の窒素含量について知ることは、今後の茶栽培地
域の環境水の水質の変化を知る上で重要である。また、茶栽培地域以外の窒素肥料施用量が多い農耕地の環境水の水質を考える上でも重要なデータになると考える。
そこで本研究では、茶園周辺の井戸水、湧水、中西川の酸性化と硝酸汚染の実態および耕作放棄に伴う土壌中の硝酸イオンの減少量について知見を得ることを目的とし、静岡県御前崎市を調査地として研究を行った。
2．調査地域の概要
2.1 調査地域の地形と地質
御前崎は静岡県の最南端に位置しており、駿河湾の湾口西側と遠州灘の間に南東方向に突き出た半島である。静岡県の中部を流れる大井川下流の西岸には牧之原台地と呼ばれる洪積台地が発達しており、御前崎はその南端に位置する（図 1）。台地の高度は調査地域の位置および茶園と畑地の分布．

地球環境 Vol.15 No.2

表1

採取地点の緯度・経度および概要．

採取地点

北緯

東経

概要

St.1-134°37′14″ 138°11′51″

湧水

St.1-234°37′12″ 138°11′48″

渓流水

St.1-334°37′15″ 138°11′29″

渓流水

St.2-134°37′15″ 138°11′28″

河川水St.2-234°37′01″ 138°11′20″

河川水St.2-334°36′41″ 138°11′56″

河川水St.2-434°36′29″ 138°11′50″

河川水

St.3

34°37′02″ 138°11′12″

井戸水

St.4

34°37′02″ 138°11′14″

井戸水

St.5

34°36′53″ 138°11′59″

湧水

St.6

34°43′02″ 138°11′37″

湧水

St.7

34°36′30″ 138°11′44″

湧水

St.8

34°37′03″ 138°11′15″

施肥茶園土壌

St.9

34°37′02″ 138°11′15″ 耕作放棄茶園土壌

St.10

34°36′30″ 138°11′00″

畑地土壌

St.11

34°35′47″ 138°13′16″

湧水

St.12

34°35′02″ 138°13′33″

湧水

St.13

34°36′23″ 138°12′53″

湧水

図2

 園周辺の井戸水，湧水，河川水・渓流水，土壌
茶の採取地点．

図3

161－170（2010）

台地北端で標高 280 m に達し、南に向かって徐々に低下し、南端の御前崎では 30～50 m 程度となる。
御前崎台地の頂面は、最終間氷期以降に形成された堆積段丘面からなっている。この面は段丘面全体として見たときには 5‰～20‰の勾配で南西方向に傾斜している。段丘堆積物の下位には、第三紀の相良
22）層群（泥岩）が広く存在している 。
2.2 茶園の分布
御前崎台地を形成する堆積段丘面の西側には
23）
200 ha の茶園が分布している 。段丘面東側の御前崎地区では、茶がほとんど栽培されておらず、主に畑地が広がっている。
2.3 河川・井戸水・湧水・渓流
本調査を行った河川・井戸水・湧水・渓流の位置
を表 1 および図 2、図 3 に示す。
St. 2-1 ～St. 2-4 は茶園周辺を流下する中西川の採取地点である。中西川は御前崎市と牧之原市の境界付近の標高約 40 m を源流部とする 2 級河川であ24）
り、北北東～南南西方向に走る白羽断層 に沿って流下する。茶園地域を流下する中西川の左岸には谷が形成されており、谷頭湧水が 4 ヵ所
（St. 1-1、St. 5、
St. 6、St. 7）が分布する。
このうち St. 1-1 から St. 1-3 は中西川の源流の一つである。St. 1-1（湧水）は渓流となって 500 m に渡り谷を流下し、St. 2-1 で中西川に合流する。この谷は St. 1-1 から約 200 m に渡って堆積物で埋没している。渓流水は St. 1-2 を通過してこの堆積物中を伏流後、再び湧出して St. 1-3 を通過している。なおこの堆積物は、御前崎市内の浜岡原子力発電所を建設する際に廃棄された土砂であることが聞き取り調査から明らかとなっている。
2.4 土壌
25）
St. 8 および St. 9 付近の土壌は黒ボク土である 。
St. 8 は現在耕作と施肥が行われている茶園（以下施
肥茶園とする）であり、耕作開始から 40 年が経過していることが農家への聞き取り調査から明らかとなっている（図 4a, b, c）。St. 9 はかつて耕作が行われていた茶園であるが、現在は耕作放棄されている（以下耕作放棄茶園とする）。この耕作放棄茶園は放棄
後 15 ～ 20 年経過していることが明らかとなっている（図 4d, e）。St. 10 は畑地である（図 4f）。St. 10 が位置する中西川下流には海岸へかけて砂地の畑地が広く分布している。この海岸沿いの畑地地帯には茶園はほとんど分布していない。

畑地周辺の湧水の採取地点．

163

神谷・佐竹：茶園地域の硝酸汚染と酸性化に関する研究

図4

施肥茶園の景観と施肥の様子（a，b，c），耕作放棄茶園の景観（d，e），
畑地の景観
（f）
．

3．サンプリングおよび分析方法
3.1 水試料のサンプリング
2007 年 6 月から 2009 年 9 月にかけて 2 カ月おきに St. 3（井戸水）及び St. 5、St. 6、St. 7、St. 11、St.
12、St. 13（湧水）の採水を行った。試水は 0.45 μm
メンブレンフィルターでろ過し、ろ液を 100 ml ポ
リプロピレンビン（和歌山 CIC 研究所製）に入れ、－30℃で凍結保存した。St. 2-1 ～St. 2-4（中西川）は2007 年 9 月、11 月に採水した。St. 1-1 ～St. 1-3 は2009 年 9 月と 11 月に採取した。
3.2 土壌試料のサンプリング
土壌試料は、St. 8（施肥茶園）、St. 9（耕作放棄茶園）
および St. 10（畑地）
において採取した。St. 8 は 2007
年 11 月、2008 年 3 月、7 月、2009 年 3 月に採取した。
St. 8 は 2007 年 11 月及び 2009 年 3 月に採取した。
St. 10 は 2007 年 11 月に採取した。採取は茶樹の畝間において 30 cm 土壌コアサンプラー（大起理化工業、DIK－110B）を用いて行った。試料は 4℃の冷蔵庫で保存した。
3.3 pH、電気伝導度、土壌 pH
水試料の採取に際して現地で pH と電気伝導度をpH メーター及び電気伝導度計（HORIBA、pH/
COND METER D－54）を用いて測定した。土壌 pH
測定試料は、30 cm 土壌コアから 2 cm ごとに分けた未風乾新鮮土 10 g に対し、純水 30 ml を 100 ml
ポリビンに入れ、振とう機（TAITEC, SR－2S）で 1
時間振とうして抽出した。振とう後、抽出液の上澄
み液の pH を pH メーターを用いて測定した。
3.4 溶存イオン濃度の分析
実験室にて試水を解凍した後、試水中の溶存イオ
＋
＋
＋
2＋
2＋
－
－
ン濃度
（Na 、NH4 、K 、Mg 、Ca 、Cl 、NO3 、
2－
SO 4 ）をイオンクロマトグラフ（DIONEX、DX－120）を用いて測定した。土壌水抽出液中の溶存イオ
ン濃度は、土壌 pH の測定と同様の方法で土壌を抽164出した後、抽出液の上澄みを 0.45 μm フィルタでろ過し、イオンクロマトグラフを用いて測定した。
Al、Mn 濃度は ICP（Nippon Jarrell-Ash, ICAP－750）
を用いて測定した。
4．結果
4.1 井戸水・湧水・中西川の pH の経年変化
茶園周辺の井戸水、湧水及び畑地周辺の湧水のpH の時系列変化を図 5 に示す。
St. 3（井戸水）の pH は 4.2 ～ 4.9 を示した。2007
年 9 月に pH4.2 と最も低い値を示し、2008 年 5 月には pH4.8 まで上昇した。その後 pH4.4 を示したが、2008 年 5 月以降は再び上昇して pH4.7 ～ 4.9 を示した。このように St. 3 は pH4 ～ 5 を示し、酸性化していることが明らかとなった。St. 5（ 湧水）のpH は 3.9 ～ 5.1 を示した。St. 5 では、2007 年 11 月に pH5.0 を示した後低下し、pH4.5 付近を推移した。
St. 6（湧水）の pH は 4.7 ～ 5.8 を示した。St. 6 では
2007 年 11 月までは pH が上昇傾向にあったが、それ以降は低下し、pH5.0 付近を推移した。St. 7（湧水）の pH は 3.7 ～ 6.0 を示し、茶園周辺の湧水におい図5

茶園周辺の井戸水，湧水および畑地周辺の湧水のpH の経年変化．

地球環境 Vol.15 No.2

表2161－170（2010）

中西川（St.2-1 ～St.2-4）の pH，EC，Mg ，Ca ，SO4 ，NO3 ，NO3-N 濃度
2＋

2＋

2－

2＋

採取地点

採取日

pH

EC
－1
（mSm ）

Mg

St.2-1

2007 年 9 月 21 日

－

2＋

Ca

2－

SO4
mgl

NO3

－

NO3-N

－1

7.2

43

12.2

39.5

99.6

84.1

19.0

St.2-2

7.4

86

17.6

60.1

131

89.8

20.3

St.2-3

7.3

55

14.4

41.8

110

92.2

20.8

St.2-4

7.5

78

13.0

35.6

97.2

77.8

17.6

St.2-1

2007 年 11 月 6 日

7.2

53

11.2

35.2

90.4

66.1

14.9

St.2-2

7.2

63

16.8

59.6

122

56.1

12.7

St.2-3

7.4

49

12.2

36.7

91.5

57.3

12.9

St.2-4

7.6

51

12.5

31.6

81.0

47.2

10.7

て唯一上昇を続ける傾向にあった。2007 年 6 月には pH3.7 と最も低い値を示したものの、同年 11 月から上昇し続け、2009 年 9 月には pH6.0 を示した。
このように茶園周辺の湧水の pH は St. 3（井戸水）と比較して大きく変動したが、pH4 ～ 5 を示す場合がほとんどであり、酸性化していることが明らかとなった。
一方、畑地周辺の湧水は St. 11 では pH6.0 ～ 6.9を示し、St. 12 では pH6.5 ～ 7.7、St. 13 では pH5.4～ 6.9 を示した。このように畑地周辺の湧水は
pH6.0 ～ 7.7 のほぼ中性付近の範囲で推移しており、茶園周辺の湧水と比較しても pH が高く、酸性化していないことが明らかとなった。
中西川（St. 2-1、St. 2-2、St. 2-3、St. 2-4）の pH 及
び EC、カルシウムイオン濃度、マグネシウムイオン濃度を表 2 に示す。
St. 2-1 において 2007 年 9 月及び 11 月に pH7.2 を示した。St. 2-2 においては、2007 年 9 月に pH7.4を示し、同年 11 月には pH7.2 を示した。St. 2-3 では 2007 年 9 月に pH7.3 を示し、同年 11 月に pH7.4を示した。St. 2-4 では、2007 年 9 月に pH7.5 を示し、同年 11 月に pH7.6 を示した。このように河川水はpH7 付近であるにもかかわらず、硝酸イオン濃度が－1－190 mgl 、硫酸イオン濃度が 100 mgl を超える値
を示す地点もあった。この結果は、中西川の水源である St. 5 や St. 6 のように酸性化した湧水が、流入するまでに中和したことを示していた。
4.2 硝酸態窒素濃度の経年変化
茶園周辺の井戸水、湧水及び茶園地域外の畑地の湧水の硝酸態窒素濃度の時系列変化を図 6 に示す。
－1
St. 3
（井戸水）
では 12.9 ～ 29.7 mgN l を示した。
－1
St. 3 では 15 mgN l 付近を示したが、最も高い値－1で 29.7 mgN l を示した。これは水道水基準の約 3倍の値であり、本調査の中で最も高い硝酸態窒素濃度であった。
－1
St. 5（湧水）では 11.6 ～ 22.1 mgN l を示した。
－1
St. 5 では 20 mgN l を上回る場合が多く、茶園周辺の湧水の中で最も高い値を示した。St. 6（湧水）に－1
おいては 6.6 ～ 18.6 mgN l を示した。St. 6 では

図6

 園周辺の井戸水，湧水および畑地周辺の湧水の茶
硝酸態窒素濃度の経年変化．

2009 年 1 月に 10 mgN l を下回る値を示したこと－1を除き、15 mgN l を上回る値を示した。St. 7（湧－1水）においては 10.1 ～ 19.8 mgN l を示した。St. 7の硝酸態窒素濃度は茶園周辺の湧水の中で最も低い－1値を示したが、10 mgN l を下回ることはなかった。
また表 2 に示すように中西川（St. 2-1、St. 2-2、St.
2-3、St. 2-4）の硝酸態窒素濃度は 2007 年 9 月におい－1て 17.6 ～ 20.8 mgN l を示した。また、同年 11 月
－1には 10.7 ～ 14.9 mgN l を示し、環境基準を上回った。
このように茶園周辺の井戸水、湧水、中西川は環－1
境基準である 10 mgN l を下回ることはほとんどなく、硝酸態窒素によって汚染されていることが明らかとなった。硝酸態窒素濃度の時系列変化の傾向
は St. 6 と St. 7 において類似していたが、その他の地点では共通する季節変化は認められなかった。
一方、茶園地域外の湧水では、St. 11
（湧水）
で 4.3
－1
～11.9 mgN l を示した。2007 年 6 月、9 月、11 月－1において 10 mgN l を上回る値を示したが、それ－1
以降は 10 mgN l 以下を推移した。St. 12
（湧水）
で
－1
は 4.3～9.8 mgN l を示した。2007 年 9 月および 11－1
月において 10 mgN l を近くの値を示したものの、－1
5 mgN l 前後を推移し、本調査の中では最も低い－1値を示した。St. 13（湧水）
では 6.8～12.6 mgN l を－1示した。この地点では 10 mgN l を付近を推移す－1

165

神谷・佐竹：茶園地域の硝酸汚染と酸性化に関する研究
St.3（井戸水）

図7

St. 3
（井戸水）
の溶存イオン濃度の経年変化．
St.5（湧水）

図8

St. 5
（湧水）
の溶存イオン濃度の経年変化．

ることが多く、畑地周辺の湧水のうちで最も高い値を示した。
このように茶園地域外の湧水 St. 11～St. 13 の硝－1
酸態窒素濃度は 6～12 mgN l の範囲で推移した。
－1
環境基準である 10 mgN l をわずかに上回ってはいるものの、茶園周辺と比較して低い値を示し、硝酸態窒素による汚染の程度が小さいことが明らかとなった。
4.3 溶存陽イオンおよび陰イオン濃度
溶存陽イオンおよび陰イオン濃度の時系列変化を
図 7、図 8 に示す。
－1
St. 3（井戸水）では、硫酸イオン濃度が 100 mg l
－1を上回る高い値を推移し、2008 年 11 月には 194 mg lと最も高い値を示した。また、硝酸イオン濃度の時
系列変化は硫酸イオン濃度の変化と類似していた。
－1
陽イオンでは、カルシウムイオン濃度は 30～40 mg lの範囲で推移し、ナトリウムイオン濃度は 20～－130 mg l の範囲にあった。
St. 5（湧水）では、硫酸イオン濃度が 2007 年 8 月－1に 100 mg l を上回り、同年 11 月に減少した後再－1
び 100 mg l を上回った。その後減少を続け、－12008 年 11 月に 58 mg l と最も低い値を示した。
－1
2009 年 3 月以降は 100 mg l 付近を示した。St. 5の硫酸イオン濃度は茶園地域内の湧水の中で最も高い値を示した。また、St. 3 同様に硫酸イオン濃度と硝酸イオンの時系列変化が同様の傾向を示した。
166

図9 井
 戸水および湧水の水素イオン濃度と硝酸
イオン濃度の関係．

図 10 井 戸水および湧水の水素イオン濃度と硫酸イオン濃度の関係．

陽イオンではカルシウムイオン濃度が 20～30 mg l
－1を推移し、2009 年 3 月には 40 mg l と最も高い値を示した。
井戸水、湧水（St. 3、St. 5 ～St. 7）では硝酸イオン
濃度と硫酸イオン濃度が高い値を示した。さらに両イオン濃度の経年変化の傾向は類似していることが明らかとなった。特に茶園地域内の井戸水や湧水ほど顕著であった。
また、水素イオン濃度と硝酸イオン濃度、硫酸イ
オン濃度の関係を図 9 および図 10 に示す。硝酸イオンがすべて硝酸として存在すると仮定すると、硝酸イオン濃度が対応する水素イオン濃度よりも大幅に上回ることが明らかとなった。この傾向は、茶園
地域内の井戸水と湧水で顕著であった。硫酸イオン
濃度についても同様の結果を示した。したがって、
井戸水や湧水に含まれる硝酸イオンや硫酸イオンの内、硝酸や硫酸として寄与しているものは少なく、硝酸塩や硫酸塩として存在しているものが多いことが明らかとなった。
4.4 アルミニウムおよびマンガン濃度
アルミニウム濃度およびマンガン濃度を表 3 に示す。
－1
アルミニウム濃度は、St. 1-1（湧水）で 11.3 mg l
－1と高い値を示したほか、St. （4 井戸水）
で 11.3 mg l 、－1

地球環境 Vol.15 No.2

表3

井戸水および湧水の pH，Al 濃度，Mn 濃度．

採取地点

採取日

St.1-1（湧水）2009 年 9 月 19 日

pH

Al
mgl

Mn
－1

4.3

11.3

0.87

St.1-2（渓流水）

4.8

6.86

1.53

St.1-3（渓流水）

7.1＜ 0.020.01

St.4 （井戸水）

4.4

11.3

1.88

St.3 （井戸水） 2009 年 1 月 3 日

4.9

0.55

0.25

St.5 （湧水）

3.9

3.62

0.62

St.6 （湧水）

4.8

0.04

0.07

St.7 （湧水）5.6＜ 0.02＜ 0.01

St.11 （湧水）6.0

＜ 0.02＜ 0.01

St.12 （湧水）7.0

＜ 0.02＜ 0.01

St.13 （湧水）6.0

＜ 0.02＜ 0.01

図 11

161－170（2010）

 t. 1-1
S（湧水）の流下に伴う pH，Ca ，NO3 ，Al 濃度の変化．
2＋－

St. 5（湧水）で 3.6 mg l と高い値を示した。一方、畑地周辺の湧水では検出限界以下であった。
－1
マンガン濃度は、St. 1-2（渓流水）
で 1.53 mg l を－1
示し、St. 4（井戸水）で 1.88 mg l 、St. 5（湧水）で－1
0.62 mg l と高い値を示した。
アルミニウムとマンガンの濃度は pH が低い茶園
周辺の井戸水や湧水（St. 1-1 ～St. 6）で高く、pH が高い畑地周辺の湧水（St. 11 ～ 13）ではほとんど検出されなかった。
4.5 湧水の中和
St. 1-1（湧水）の流下に伴う pH、溶存イオン濃度の測定結果を図 11 に示す。
St. 1-1 は湧出部であり、pH4.3 を示した。pH は渓流となって流下するに伴って上昇し、St. 1-2 では
pH4.8 を示した。この渓流水は堆積物中を 200 m に渡り伏流し、湧出した。湧出後に再び谷を流下し、
St. 1-3 では pH7.1 を示し、湧水が完全に中和されて－1いた。EC は、St. 1-1 では 53 mS m を示し、St.
－1－11-2 では 54 mS m を示し、St. 1-3 では 70 mS mを示し流下に伴って増加した。溶存イオン濃度はカ－1
ルシウムイオン濃度が St. 1-1 で 41.3 mgN l を示
－1
したが St. 1-3 では 80.4 mgN l と 2 倍に増加した。
－1
一方アルミニウム濃度は St. 1-1 で 11.3 mg l を示
－1

図 12 土壌 pH の鉛直分布（左：水抽出，右：KCl 抽出）．

したが、St. 1-3 では検出限界以下まで減少した。硝－1酸イオン濃度は St. 1-1 では 118 mgN l を示した
－1
が、St. 1-3 では 44 mgN l と 3 分の 1 に減少した。
4.6 茶園土壌
施肥茶園土壌、耕作放棄茶園土壌、砂地畑地の土壌 pH を図 12 に示した。
施肥茶園土壌は水抽出では、土壌 pH2.9 ～ 4.0 という非常に低い値を示した。表層付近では pH3.3 であったが、深度 10 cm より下になると徐々に下がり始め、深度 25 cm では pH3.0 を示し、30 cm では
pH2.9 にまで低下した。KCl 抽出では、土壌 pH2.5～ 3.0 を示した。KCl 抽出においても、深度が大きくなるにつれて pH が低下する傾向にあった。この
施肥茶園は茶の耕作開始から約 40 年間絶えず施肥を続けてきた土壌であるため、窒素肥料に含まれる
アンモニアの酸化に伴う酸性化が起きていると考えられる。耕作放棄茶園土壌は、水抽出で土壌 pH4～ 5 を示した。これは施肥茶園の土壌 pH よりも 1高かった。深度 15 cm まで減少し pH3.8 を示し、その後わずかに上昇して pH4.0 を示した。KCl による抽出でも同様の傾向を示した。畑地土壌は水抽出で pH5 ～ 6 を示し、茶園土壌のいずれと比較しても高い値を示した。
施肥茶園および耕作放棄茶園土壌の水抽出液中のアンモニウムイオン濃度、硝酸イオン濃度、硫酸イ
オン濃度を図 13 に示す。
2009 年 3 月の耕作放棄茶園土壌の深度 0～2 cm－1におけるアンモニウムイオン濃度は 1.6 mg l を示し、深度 30 cm まではほぼ一定であった。これは施肥直後（2008 年 3 月、施肥 1 週間後）の深度 0～
2 cm におけるアンモニウムイオン濃度の 100 分の
1 で あ っ た 。 硝 酸 イ オ ン 濃 度 は 深 度 0 ～2 c m で－1
25.7 mg l を示した。これは施肥直後の硝酸イオ
ン濃度の 30 分の 1 であった。硫酸イオン濃度は深－1
度 0～2 cm で 22.3 mg l を示した。これは施肥直後の深度 0～2 cm の 30 分の 1 であった。このように耕作放棄茶園土壌のアンモニウムイオン濃度、硝酸イオン濃度、硫酸イオン濃度は施肥茶園土壌より167

神谷・佐竹：茶園地域の硝酸汚染と酸性化に関する研究

図 13

施肥茶園および耕作放棄茶園土壌の水抽出液中のアンモニウムイオン，硝酸イオン，硫酸イオン濃度の経年変化．

も大きく減少していることが明らかとなった。
5．考察
茶園には大量の硫酸アンモニウムが投入され、この大量投入の影響が危惧される。本調査の結果、茶園周辺の井戸水や湧水の水質には共通する特徴が見られた。その特色とは、（1）pH が 4～5 の範囲にあ
－1
った。
（2）
硝酸態窒素濃度が水道水基準の 10 mgN lを上回った。土壌の特色は、施肥茶園土壌の施肥 1
週間後の土壌 pH は 3 ～ 4 を示し、強酸性であった。
酸性物質が土壌に供給されても、中和剤、土壌、砂礫層によって中和される。しかし、井戸水や湧水の pH は 5 以下の場合がほとんどであった。これは、茶園から浸透した酸性水が中和剤、土壌、砂礫層で中和されなかったことを示していた。土壌や砂礫層の酸緩衝機能が大きく低下し、茶園土壌から供給された硝酸や硫酸が地下水に浸透し、井戸水および湧水が酸性化していると考えられる。
中西川や渓流水の下流では pH7 を示し、酸性水の中和反応が見られた。本研究では St. 1-1（湧水）～St. 1-3（渓流水）で確認された。この渓流水は流下す
るに従いカルシウムイオン濃度が大きく上昇した。
これはカルシウムイオンの溶出が中和に寄与したことを示していた。一方、硝酸イオンは流下に伴って減少した。これは、谷が堆積物で埋没し、渓流水が伏流していたことから、脱窒によって減少したためと考えられる。しかし、硝酸イオン濃度の減少については、脱窒量の測定など詳細な調査を行う必要がある。このような中和反応や脱窒反応の事例は牧之168

原台地の北部の水田で報告されてきた。
茶園周辺の井戸水や湧水では、St. 1-1、St. 1-2、St. 4 などの pH が低い地点ほどアルミニウムイオン
やマンガンイオン濃度が高い値を示した。牧之原台地の地下水の調査において、pH が低い地下水では、
アルミニウムイオンやマンガンイオン濃度が高くな
20）ることが報告されている 。本調査でも同様の結果が得られた。しかし、St. 3 のように pH が低い地点
でもアルミニウムイオンが低濃度を示したことからも、アルミニウムなどの溶出は地点によって異なる
ことが明らかとなった。
前述したように、茶園周辺の井戸水や湧水の酸性化をもたらすのは茶園から浸透した硝酸や硫酸であると考えられる。茶園周辺の井戸水、湧水、河川水－1の硝酸態窒素濃度は環境基準である 10 mgN l を下回ることはほとんどなく、井戸水で最大で－1－130 mgN l 、湧水で最大 22 mgN l と高い値を示した。これは酸性化と同時に茶園周辺の井戸水や湧水が硝酸態窒素によって汚染されていることを示していた。
井戸水（St. 3 および St. 4）は周囲を茶園に囲まれた場所に位置する。また、湧水は St. 7 を除き、茶園が分布する御前崎段丘面から中西川に向かって形成された谷の谷頭湧水である。さらに御前崎段丘面は南西方向に傾斜しており、段丘面を構成する上部礫層
22）には同方向に傾斜する平行層理が発達している 。
したがって、段丘面下の浅層地下水の流動方向はこれとほぼ一致すると考えられる。茶園周辺の井戸水や湧水において硝酸イオン濃度が高い値を示したことからも、井戸水や湧水の硝酸態窒素は、茶園に供
26）, 27）

地球環境 Vol.15 No.2

給された窒素肥料の分解に伴って生じる硝酸イオン
が地下水に浸透、流動し、湧出しているものと考えられる。
施肥茶園では土壌は pH3 ～ 4 を示し、茶園土壌が酸性化していることが明らかとなった。土壌を採取した茶園は耕作開始から 40 年以上経過しており、施肥が行われ続けていることから、酸性化が定常状態にあると考えられる。耕作放棄茶園土壌の土壌
pH は 4 ～ 5 を示した。また、水抽出液中のアンモニウムイオン濃度、硝酸イオン濃度、硫酸イオン濃度は施肥茶園と比較して大きく減少していることが明らかとなった。これは耕作放棄によって窒素肥料の供給が停止し、降雨、地下への浸透、茶樹による吸収、表面流出、硝酸イオンやアンモニウムイオン
は脱窒、揮散によって土壌から減少したためと考えられる。その結果、pH が上昇したと考えられる。
一方、畑地周辺の湧水の硝酸態窒素濃度が茶園周辺と比較して低かった。畑地周辺は砂地畑が多く、栽培作物は主にダイコン、タマネギ、カンショ、ネギなどである。これらは茶のように多量の窒素肥料16）を必要としない 。したがって、窒素肥料の分解に伴う硝酸イオンや硫酸イオンの土壌および地下水への供給量が少なく、地下水や湧水の硝酸態窒素濃度が低い値を示したと考えられる。さらに、海岸砂地
畑地帯の浅層地下水においては脱窒が起こりやすい28）
ことが明らかとなっている 。これらによって畑地
周辺の湧水の硝酸態窒素濃度が低くなっていると考えられる。また、St. 10（畑地土壌）では土壌 pH5 ～
6 を示し、施肥茶園土壌のように酸性化していなかった。これは、前述のように、窒素肥料の施用量が少なく、土壌中の硝酸イオンや硫酸イオン濃度が低くなっているためと考えられる。さらに、海岸砂地
畑では降水によって肥料成分が地下へ速やかに浸透
29）
する ことから、土壌表層から硝酸イオンや硫酸イオンが下層へ浸透することで表層が酸性化していなかったと考えられる。
これら畑地の状況は、大量の窒素肥料の施用によって酸性化と硝酸態窒素汚染が引き起こされている
茶園と対称的であった。

161－170（2010）

2） 森田明雄・田中辰明・原野雅子・横田博実（2004）
水耕栽培条件下でのチャにおけるアミノ酸吸収．
日本土壌肥料学雑誌，75，679-684.
3） 森田明雄・小西茂毅・中村順行・清水絹恵・横田博実（2004）チャ品種の育成年度に応じた茶葉中の各種成分含量の変化．育種学研究，6，1-4.
4） 武田善行（2008）農山漁村文化協会（編），茶大百科
Ⅰ，189-190.
5） 河川環境管理財団（2009）大気由来窒素に着目した流域の窒素収支に関する研究，1-15，31-35.
6） Fixen, P. E. and F. B. West
（2002）
Nitrogen fertilizers:
Meeting contemporar y challenges. Ambio, 31,
169-176.
7） 福岡県農政部農業技術課（2000）福岡県茶施肥基
準，3-4.
8） 鹿児島県農政部（2003）土壌改良及び施肥改善指針，115-117.
9） 熊本県（2000）農作物施肥基準，90.
10）京都府農林水産部（2000）環境にやさしい農業推進のための技術指針，153-155.
11）宮崎県農政水産部営農指導課（1999）主要作物の施肥基準，70-71.
12）奈良県（2002）農作物の施肥基準，36.
13）三重県（2005）主要作物の施肥基準，38.
14）佐賀県（2004）施肥・病害虫防除・雑草防除のてび
き，67-69.
15）埼 玉 県 農 林 総 合 研 究 セ ン タ ー 茶 業 特 産 研 究 所（2003）茶栽培法，21-22.
16）静 岡 県（ 2 0 0 5 ）静 岡 県 土 壌 肥 料 ハ ン ド ブ ッ ク ，
161-166.
17）永井 茂（1992）地下水の無機汚染の実態と問題点．
地質ニュース，451，20-28.
18）田瀬則雄（2004）硝酸・亜硝酸性窒素による地下水
汚染の現状と動向．環境管理，40，255-263.
19）熊澤喜久雄（1999）地下水の硝酸態窒素汚染の現況．
日本土壌肥料学雑誌，70，207-213.
20）田中豊和・井伊博行・平田健正・西川雅高・中島二夫・梅原鎬一・小川裕美（2001）静岡県中部地方の茶畑周辺の地下水について．水工学論文集，
45，355-360.

謝辞21）佐竹研一（2004）環境水－酸汚染の歴史と課題．ぶんせき，7，415-418.

本研究は茶園農家の神谷綾乃、神谷暢吉、神谷美
鈴の皆様にフィールドの御提供ならびに調査・研究に御協力をいただきました。また元素分析について
国立環境研究所の伊藤裕康、大川雅代、佐藤理恵子、
熊田玲子の皆様に御協力をいただきました。感謝いたします。

22）杉山雄一・寒川 旭・下川浩一・水野清秀（1987）静岡県御前崎地域の段丘堆積物（上部更新統）と更新
世後期における地殻変動．地質調査所月報，8，443-472.
23）農林水産省（2008）統計情報わがマチわがムラ．
http://www.tdb.maff.go.jp/machimura/24）桂島 茂・寒川 旭・橋本知昌・宮崎純一・渡辺和

引用文献

男・斉藤英二（1987）静岡県御前崎地域の活構造．
地質調査所月報，38，319-330.

1） 村松敬一郎（編）（1991）茶の科学，107-115.

25）静岡県（1974）土じょう図，掛川・御前崎．

169

神谷・佐竹：茶園地域の硝酸汚染と酸性化に関する研究

26）松尾喜義（2000）牧之原台地周辺の棚田における酸性茶園流出水に対する中和効果の調査事例．日作

神谷昭吾

東海支部報，130，23-26.
27）戸田任重・望月康秀・川西琢也・川島博之（1997）
静岡県牧ノ原における茶園－水田連鎖系による窒素流出負荷低減効果の推定．日本土壌肥料学雑誌，
68，369-375.
28）Toda, H., Y. Mochizuki, T. Kawanishi and H. Kawashima（2002）Denitriﬁcation in shallow groundwater in a coastal agricultural area in Japan. Nutrient
Cycling in Agroecosystem, 63, 167-173.
29）望月康秀・戸田任重・川島博之（1999）暗きょ排水組織を敷設した海岸砂地畑における窒素溶脱量の推定．日本土壌肥料学雑誌，71，512-519.

170

Shogo KAMIYA

立正大学にて地球環境について学ぶ。
修士論文では「茶園地域の硝酸汚染と酸性化」についての研究成果をまとめた。
静岡県の茶園及び耕作放棄茶園ならびに茶園近くの湧水の硝酸汚染と酸性化を取りまとめた本稿はこの修士論文をもとに作成したものである。

佐竹

研一

Kenichi SATAKE

専門は生物地球化学、陸水学。湧水、渓流・河川、湖沼、森林、樹木、環境汚染の指標植物などの研究を行っている。
また、環境汚染史解明の新しい研究手法「入皮法（いりかわほう）」を創始し、入皮法による各国の汚染史解明研究を指導している。1999 年 3月より編集委員。主な編著書：『自然観察と発見』（イセブ印刷）、『酸性環境の生態学』（編）（愛智出版）、『酸性雨研究と環境試料分析』（編）（愛智出版）、『新しい地球環境学』（西岡秀三
編，古今書院）（分担執筆）、‘Acid rain 2000－Special issue ofwater air and soil pollution’（K. Satake, Editor in Chief, Kluwer
Academic Publishers, 1854p.）、‘Metals in the Environment’（M.N.V. Prasad Editor, Marcel Deller Inc.）（分担執筆）など。
立正大学地球環境科学部環境システム学科・教授、理学博士。