土壌の物理性 第 128 号 平成 26 年 12 月 20 日発行（年 3 回発行） 昭和 45 年 7 月 31 日 学術刊行物承認

ISSN 0387-6012

土壌の物理性Journal of the Japanese Society of Soil Physics

第 128 号2014 年 12 月

土壌物理学会Japanese Society of Soil Physics

土壌の物理性
第 128 号2014 年 12 月

目

次

巻頭言
登尾浩助

...

1

也寸志

...

3

Geostatistical modeling of the spatial distribution of surface soil arsenic
around a smelter
P. Goovaerts and G. Glass

...

5

...

11

...

23

...

33

拓

...

39

落合博之

...

47

岩田幸良

...

49

百瀬みずき

...

55

会務報告

........................................................................

57

編集後記

........................................................................

59

JpGU 特集2013 年度 JpGU 特集「物質移動と環境リスク評価」

斎藤広隆 · 森

熱応答試験実施時間の短縮がみかけ熱伝導率推定に与える影響:
数値的研究
斎藤広隆 · 斎藤健志 · 向後雄二 · 濱本昌一郎 · Per Moldrup ·
小松登志子

論

文
タイ王国の水田における CH4 フラックスの緩和渦集積（REA）法による測定
小宮秀治郎 · 登尾浩助 · 庄子侑希 · 矢崎友嗣 · Toojinda Theerayut

研究ノート
土壌ガス中 CO2 濃度の分析を想定した簡易分析系の構築
飯山一平 · 飯村大樹

古典を読む
R. J. Millington and J. P. Quirk 著 「多孔質媒体中の物質移動」
濱本昌一郎 · 西村

土粒子
粘り強さと負けない心

資料（滞在記）西北農林科学技術大学滞在記

資料（国際会議報告）
世界土壌科学会議（WCSS）に参加して表紙写真の説明タイ王国ナコンパトム県カンペンセン郡に位置するカセサート大学カンペンセン校キャンパス内の実験水
田での温室効果ガスフラックス測定風景．写真中央に見えるのは超音波風速計と測定システム収納小屋である．微気象学的手法の一つである緩和渦集積法を用いて温室効果ガスフラックス測定を行った．今号掲載の小宮らの論文「タイ王国の水田における CH4 フラックスの緩和渦集積（REA）法による測定」をご参照く
ださい．

第 12 回（ 2014 年度）土壌物理学会（論文賞）選考結果
土壌物理学会

学会賞選考委員会

委員長

波多野

隆介

学会賞選考委員会として下記の論文を論文賞としてふさわしいと決定しました．

1．加藤 千尋（東京大学大学院農学生命科学研究科）

井本博美（東京大学大学院農学生命科学研究科）

西村

拓（東京大学大学院農学生命科学研究科）

宮﨑毅（東京大学）

2．対象論文小型チューブ埋設型土壌ガスモニタリングシステムを用いた農地土壌中 CO2 ガス濃度変動の検討, 土壌の物理性, 第 124 号, p.25–33, 2013.

3．推薦理由本論文は，土壌中の CO2 濃度の連続測定のためのシステムの構築と，その畑地への適用を示したものである．システムは，プラスチック製メッシュパイプ（メッシュサイズ 2.5mm，内径 30 mm）を，ガス透過性樹脂であるシリコンのシート（厚さ 0.5 mm）で覆うことにより作成したシリコンチューブの両端をシリコン栓でフタをし，シリコン栓の片側に非分散型赤外線式 CO2 濃度センサーを装着し，CO2 濃度センサーの出力をデータロガーで記録する仕組みとなっている．加えて，反対側のシリコン栓にはガルバニ電池式の O2 濃度センサーと熱電対温度計が装着され，それらの出力も記録計に取り込まれるようになっている．このように作成した小型チューブ埋設型土壌ガスモニタリングシステムについて，まず，ガス濃度の変化に対する応答性，温度依存性について室内で試験し，応答性は
概ね 2 時間以内であり，温度依存性は補正可能であることを示している．ついで，畑圃場
で 1 年間以上の連続測定を行い，とくに降雨時の CO2 濃度の上昇，O2 濃度の低下といった，土壌中の微生物反応により生じるガス濃度の素早い変化を計測できることを示している．以上の研究成果は，温室効果ガスの発生源としての土壌におけるガス生産，排出のメ
カニズムの解明とそのモデル化に欠かせないより正確な土壌ガス濃度の長期モニタリングが可能なことを示したものであり，今後さまざまな温室効果ガスのモニタリングにも応用可能であることを期待させるものである．以上の理由から，対象論文は第 12 回土壌物理学会賞（論文賞）に値するものと認め，ここに推薦する次第である．
本結果は 2014 年 10 月 24 日に開催された評議員会ならびに 25 日に開催された総会にて全会一致で承認され，総会後に授賞式が開催されました．

第 12 回（ 2014 年度）土壌物理学会（ポスター賞）受賞者
土壌物理学会

学会賞選考委員会

委員長

波多野

開催日：2014 年 10 月 25 日
会

場：2014 年度土壌物理学会大会ポスターセッション会場（仙台市：宮城大学太白キャンパス講義棟 2 階）

以下の発表が会員および選考委員会による投票によりポスター賞に選ばれました．

⃝ 業 績：HYDRUS-2D を用いた人工マクロポアによる降雨浸透促進効果の評価
著 者：﨑川 和起 · 諸泉 利嗣 · 森 也寸志⃝ 業 績：凍土の透水係数に乾燥密度の違いが及ぼす影響
著 者：長田 友里恵 · 渡辺 晋生⃝ 業 績：土の凍結融解にマクロポアや土質が及ぼす影響
著 者：釘﨑 佑樹 · 渡辺 晋生⃝ 業 績：ダイズ根の生長にともなう蒸散量と水分分布の変化について
著 者：成毛 千尋 · 坂井 勝 · 取出 伸夫⃝ 業 績：重粘土水田における土壌水分モニタリング
著 者：吉田 莉惠 · 渡邊 真子 · 平嶋 雄太 · 宮本 英揮⃝ 業 績：土壌水分計測法としての TDR と TDT の比較
著 者：上村 将彰 · 宮本 英揮 · 登尾浩助
⃝ 業 績：エタノール水溶液の濃度増加が水平浸潤に与える影響
著 者：佐藤 直人 · 登尾 浩助

隆介

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 128, p.1 ∼ 2 (2014)

私が我が運命の支配者，私が我が魂の指揮官
登尾

浩助 1

何気なく土壌物理学会のホームページを見ていたら，学会員数の推移が目に止まった．過去 11 年間において減少
傾向は一貫して継続している．これは土壌物理学関連に興味を持つ研究者が減少しているのか，あるいは 18 歳人口減少による若手会員の補充が退会するシニア世代の会員数に追いついていないのか，ふと疑問に思った．少々強引だとは思ったが，会員数と 1 年のラグタイムを入れた 18 歳人口を 2002 年から重ねてみたのが Fig. 1 である．偶然の一致かどうかの検証は後日行うにしても，18 歳人口の減少がそのまま土壌物理学会会員数に反映しているように見え
る．減少率から見ると，学会員数の 30 % 減に対して 18 歳人口は 20 % 減であるので，学会員数の減少は人口減少以上であることがわかる．
アメリカ土壌科学会の土壌物理部門（S-1）でも，ここ 10 年間で学会での発表数が減少していることを感じている土壌物理学会員諸氏もおられることと思う．S-1 部門では ASA や CSSA を参考にして，ここ数年来の議論の末に各部門（division）を目的別にグループとして再集合した．さらに現在，部門名を soil physics から soil physics andhydrology へ変更に対する投票が行われている．今年のロングビーチ大会では，これらのグループ（あるいはコミュ
ニティとも呼ばれる）が学会期間中に特別セミナーや特別セッションを主催した．更に近年力点が置かれているのが，セミナーやセッションにおいて大学院生が行う口頭発表やポスター発表に対して様々な賞を設けていることである．
また，グループによっては，大学院生に対して学会発表のための旅費の補助を行っている．農業農村工学会や土壌肥料学会では，海外で開催される学会発表のための旅費の補助が行われている．土壌物理学会でも早くからポスター賞を設けている．今年の宮城大会では大学院生のみの受賞であったが，学生のみが対象の賞ではない．受賞した大学院生等の反応を見ると，確かにこの賞が良い研究への動機付けになっていることを実感した．学会参加に競争的な助成金制度を設置することは，大学院生の大きな動機付けになると思われる．助成金に対するスポンサー企業を見つけるなど検討の価値があるのではないだろうか．
学会員数の減少傾向に似たような統計が内閣府から発表されている．自然科学系の大学院博士後期課程への進学者
数は，2004 年をピークにしてそれ以降は減少傾向にある．さらに，大学教員の総数は増加しているにも関わらず 37
歳以下の教員割合が減少している．人類への貢献と学問の継続の為には，ポスドク 1 万人計画のような時限付きではなく，継続的な「若手」研究者の養成が必要である．そのためには，指導教員が獲得する研究費の他に，学生自身が準備しないといけない学費などの資金が必要となる．残念ながら我が国の大学院では，RA や TA に対して就学に十分な額の賃金が支払われないのが実情である．従って，大学院進学に際しては，先ず，独立行政法人日本学生支援機構の第 1 種奨学金を利用することを私の学生達には勧めている．この第 1 種奨学金には，貸与学生の所属する大学から奨学金返済免除候補者が支援機構に推薦され，支援機構が免除者を決定する仕組みがある．推薦順位付けの基準は大学によって異なるが，多くの大学院では在学中に出した学術論文の数を目安としていると思われる．在学中に少し頑張って「土壌の物理性」に研究成果を投稿すれば，返還免除へ一歩近づくし，業績も稼げると一石二鳥である．大学院進学のお金がないと諦める前に，この奨学金を申し込まれてはいかがだろうか．次に，近年ではどこの大学院でも社会人特別枠の入試制度を持っているので，社会人として働いて学費を稼
いでから進学するのも一案であろう．ストレー
トに大学院に進学するだけが研究者への道ではないし，後述するように案外寄り道が将来貴方
Fig. 1 学会員数と 18 歳人口の経年変化．
1 明治大学農学部を助けてくれることもある．更に，博士後期課

土壌の物理性

2

第 128 号(2014)

程に進学する学生には，日本学術振興会が支給する DC1 と DC2 と呼ばれる競争的な研究奨励金がある．この奨励金は，大学院修了後に返還の義務が一切発生しないばかりか，給与の他にかなりの額の研究費が大学院生個人に支給される．申請書に書かれた研究内容に対して支給の可否が決定されるので，極めて競争率の高い奨励金であるが，土壌の物理性の読者である学生諸氏の申請分野である地域環境工学 · 計画学 や植物栄養学 · 土壌学でも獲得が可能である．

DC1 の申請書は，M2 の 5 月に提出締切があるので，数ヶ月間の余裕を持って十分早めに研究計画を練る必要がある．
研究者は，自分の頭の中に湧き起こったあらゆる疑問に対して答えを見出すための時間に対して給料を貰う職業であり，ワクワクするやりがいのある職業である．しかし，少なくとも大学教員として研究者になるためには「博士号」が必ず要求される．ただ，博士号があるからといって必ず研究者になれる訳ではない．言ってみれば，なるためにかなり大きいリスクが伴う職業の部類に入るかもしれない．リスクを大きくしているのは，自分勝手な思い込みや非常に狭小な視野からしか物事を見ないポスドクをはじめ求職中の「若手」研究者が案外多いことも一因かもしれない．
今から約 140 年も前に福沢諭吉は，「学問のすゝめ」の中で既に「学問の生命は活用にある．活用できぬ学問は無学に等しい．
」と書いて，学者に知識の活用を強く求めている．現代でも，大学入試では知識が問われるが，その後の人生
では知識を如何に活用するかが最重要となる点において福沢諭吉の生きた時代と何ら変わることは無い．特に研究者を目指す学生諸君には，大学入試で使った偏差値を物差しにした世界観から 1 日も早く脱却して，自由な発想の世界に生きることを勧めたい．このことは，偏差値が高い大学に入学した学生にも，偏差値が比較的低い大学に入学した
学生にも言えることである．
先人達の言葉通り「光陰矢の如し」であるし，「少年老い易く学成り難し」である．年をとることはさほど問題ではない．問題なのは，先人達のこのような叡智が自身の臓物の細部にまで染み渡るように理解できるようになるのには時間がかかり，理解した頃には人生の残りが殆ど無くなっていることである．アップルの創業者である故スティーブ· ジョブズが 2005 年に米国スタンフォード大学の卒業式の祝辞で，① 人生の一つ一つの出来事が繋がっていることは過去を振り返って初めて分かるので，今はとにかく点と点が将来に繋がっていると信じてやること，②大好きな仕事を探しなさい，大好きであればどんなに困難でも乗り越えられる，③他人の人生ではなく自分の心に従って生きな
さい，あなたの心は自分が何をしたいか既に知っているはずだと述べている．20 歳そこそこの人生の極めて早い時期に大好きな仕事に出会えたのは幸運だったと振り返った．この祝辞の動画を祝辞が述べられたのとほぼ同時代に見つけた時には，彼の言葉に私自身の人生を重ね合わせて我が意を得たりと感動したのと同時に，若い時代に彼の言葉に出会っていたらもっと自信を持って生きられたのではないかと思った．それ以来，機会があるごとにこの祝辞のビデ
オを学生達に観せている．
ジョブズと同様に，私も学部生の頃は自分がどこに向かって進めば良いのか分からなかった．目標が定まらないから，当然のように学部 3 年生の時に登校拒否になった．そこから抜け出すために農業研修生としてアメリカで過ごした 2 年間の体験が，その後のキャリア形成に大いに影響を与えた．また，アマチュア無線にのめり込んでいた中高生の頃，成績が落ちるからと止められていた無線に関する雑学を母親の目を盗んで学習したことも，その後に出会った TDR（time domain reflectometry）に関する研究を大いに助けてくれた．私の人生においてもジョブズが１番目に指摘した通り，人生の時々の出来事はランダムに起こっているように見えるが，年月を経て過去を振り返ると全てが繋がって現在に至っていることをはっきりと見ることができる．このことはジョブズや私に特有の現象では無く，現在の貴方もこの現象の真っ只中に居ることが理解できるであろう．兎に角，自身の心を 100% 信頼して「前へ（進め）！」である．私が研究者になったのは，初めから計画してなったのでは無くて，大好きなことをやっていたら研究者という職業にたどり着いたと言った方が正確かもしれない．ジョブズと違って，人生の早い段階で大好きな仕事の内容が研究者の仕事だと示してくれる適切なメンターに出会えなかったことで，試行錯誤する段階に多くの時間を費やした．しかし，その後に出会ったメンターには，「研究者の身を助けるのは論文のみだ．」といった戦略を教わった．ジョブズが 2 番目に言ったように，確かに，大好きな研究をしていたからこそ，これまでの人生において遭遇した様々な困難に耐えられたと断言できる．ジョブズが若い学生達に伝えたかったのは，おそらく 3 番目に話した内容であろう．先生に言われたから，親に言われたから，上司に言われたからでは無く，自分自身がやりたいと思ってやる仕事でなければ，そもそも困難に直面した時に大好きな仕事をやり続けることなんてできない．研究をやりたいと貴方の心が叫んでいるにも関わらず，「私なんか . . .」と言って貴方の心の声をかき消さないでいただきたい．貴方の能力の高さは，先生にも，親にも，上司にも，友人にも，まして貴方自身にも規定できないと理解することが重要である．
土壌物理学の分野でも，研究者の新陳代謝は数年ごとに必ず行われる．“Invictus” という映画の中で紹介された 19
世紀末のイギリスの詩人ウィリアム · アーネスト · ヘンリーの詩の最後を引用して，研究職を目指すポスドクを含む学生諸君が希望を持って日々の研究に励まれることを期待する．

I am the master of my fate. 私が我が運命の支配者
I am the captain of my soul. 私が我が魂の指揮官

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 128, p.3 ∼ 4 (2014)2013 年度 JpGU 特集「物質移動と環境リスク評価」
斎藤広隆 1 · 森

也寸志 2

土壌の物理性 124 号より，日本地球惑星科学連合年次

壌物理学との接点を感じていただけるはずである．地球大会における「Subsurface Mass Transport, Material Cy-

統計学は様々な空間データを扱うことができ，研究から

cle, and Environmental Assessment.」セッションでの研究発表の中から，JpGU 特集として論文を掲載している（森 · 斎藤, 2013）．前回の特集では，2012 年度大会における 46 件の研究発表から 3 報の論文を掲載した（鴨志田ら, 2013; 宮本ら, 2013; 加藤ら, 2013）．今号では 2013年度地球惑星科学連合大会の 30 件の研究発表から，以下の 2 報の論文を掲載する．第 1 報は Goovaerts and Glass
による「Geostatistical modeling of the spatial distributionof surface soil arsenic around a smelter」で，地球統計学

実務まで幅広く応用が可能である．Goovaerts 博士の他的手法を用いた銅精錬所周辺の土壌ヒ素汚染マップの作

壌の温度変化を温度センサーに組み込まれたプローブに成に関する論文である．第 2 報は斎藤らによる「熱応より測定する．一方 TRT では，直径約 100 ミリメート

答試験実施時間の短縮がみかけ熱伝導率推定に与える影

ル，長さ数十メートルから百メートルのボーリング坑に

響: 数値的研究」で，熱応答試験（TRT）のみかけ熱伝導

熱媒体を循環させる熱交換器を設置し，熱媒体を加熱し率の推定について，現在の実施時間を短縮する妥当性にながら循環させ，熱媒体の温度変化を測定する．HPP もついて数値実験により論じた論文である．本セッション
は，土壌物理学会員がコンビーナとして参画し，土壌，TRT もケルビンの線源関数を用いて温度データの解析を行い，みかけの熱特性を求める点は同じである．第 1 報

地盤，環境工学などの各分野から幅広いテーマで発表をと比較して土壌の物理性の読者には親しみやすい内容で募集し，分野横断的な研究および人材交流を促すことをあると思われるが，数値計算において乱流となって移動目的の一つとしている（森 · 斎藤, 2013）．今回掲載する

している熱媒体による熱移動を一次元とみなすなど，工2 報の論文は，これまであまり土壌の物理性に掲載され学的な手法を用いている部分もある．この論文では，線てこなかったテーマではあるが，土壌物理学の今後の発源関数の漸近解を用いることで誤差を大きくせず TRT

展になり得る内容として，ぜひとも一読いただきたい．

試験実施時間を短縮できることを示したが，加熱用のプ

第 1 報の筆頭著者 Goovaerts 博士は，地球統計学分野

ローブと温度測定用のプローブが同じタイプの HPP にではベストセラーの一つ「Geostatistics for Natural Re-

対しても同様に，短時間で効率のよい熱伝導率の同定がsources Evaluation（Goovaerts, 1997）」の著者である．論可能となる．こうして加熱時間を最小限にすることで，文では，ヒ素による土壌汚染が問題となっている地区に現場でのモニタリングなどに適した方法となりうる．

の論文や教科書も一読を勧めたい．
第 2 報における地盤のみかけ熱伝導率を求める熱応答試験（TRT）は，土壌物理学分野ではよく知られているヒートパルスプローブ（HPP）とほぼ同じ原理に基づ
く． HPP と TRT の一番の違いは，対象とする媒体の大きさ（スケール）と媒体への熱の与え方にある．一般にHPP では，抵抗の組み込まれた長さ数センチメートルのプローブの一つに電流を流して熱パルスを与え，周辺土

おいて，地球統計学的な手法により土地区画ごとにヒ素

なお，2013 年度大会の本セッションでは，30 件の研濃度の不確実性を評価した．その際，土壌ヒ素濃度に対究発表のうち 10 件が口頭発表，20 件がポスター発表でして，汚染源である精錬所までの距離や風向などの二次あった．海外も含め様々な専門分野からの発表であり，情報を関連付け不確実性を求めた．地球統計学では，空分野横断的な人材交流への貢献はある程度達成できて間に分布する任意の属性について，それらの空間的な相いると考える．一方，新たな発表者の開拓やさらなる別関に基づきその分布を予測する．一方，その空間分布に分野へのアピールに関してはまだ十分でない点もある．

関わる物理的な過程を考慮しないことが多い．本論文で土壌の物理性における JpGU 特集から会員間，また分野

は，汚染源である製錬所の煙突から放出された汚染物質を超えた交流が広がり，最終的には共同研究という形での移動に関わる情報を考慮しており，物質移動を扱う土実を結ぶことを期待したい．日本地球惑星科学連合の本

1 Institute of Agriculture, Graduate School of Tokyo University of Agri-culture and Technology
2 Graduate school of Environmental and life science, Okayama University
2014 年 11 月 22 日受稿 2014 年 11 月 22 日受理

セッションと JpGU 特集は今後も継続する予定であり，土壌物理学会の皆さんには，研究発表と JpGU 特集への投稿を是非お願いしたい．

土壌の物理性

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第 128 号(2014)

引用文献
宮本珠未, 川原まどか, 森

Goovaerts, P. and Glass, G. (2014): Geostatistical modeling of the

絵里奈, 米康光, 末継也寸志, 宗村広昭, 井手淳一郎, 高橋
淳 (2013): 多周波数電磁探査法に

spatial distribution of surface soil arsenic around a smelter. 土

よる森林の管理が土壌環境に与える影響評価. 土壌の物理性,

壌の物理性, 128: 5–10.

124: 17–24.
毅 (2013): 小型チューブ

森也寸志, 斎藤広隆 (2013): JpGU 特集「物質移動と環境リスク

埋設型土壌ガスモニタリングシステムを用いた農地土壌中評価」への招待 ∼ 地球科学への土壌物理の貢献 ∼. 土壌の物

CO2 ガス濃度変動の検討. 土壌の物理性, 124: 25–33.

理性, 124: 3–9.

加藤千尋, 井本博美, 西村

拓, 宮 﨑

鴨志田剛久, 濱本昌一郎, 川本 健, 榊 利博, 小松登志子 (2013):

斎藤広隆, 斎藤健志, 向後雄二, 濱本昌一郎, Moldrup, P., 小松登

異なる水分条件を有する砂の熱特性: 粒子の粒径 形状, およ志子 (2014): 熱応答試験実施時間の短縮がみかけ熱伝導率推

び石英含有率の影響. 土壌の物理性, 124: 11–16.

定に与える影響: 数値的研究. 土壌の物理性, 128: 11–20.

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 128, p.5 ∼ 10 (2014)

Geostatistical modeling of the spatial distribution of surface soil
arsenic around a smelter
Pierre GOOVAERTS1 and Gregory GLASS2

Abstract: For almost 100 years, the Asarco Company operated a copper smelter in Tacoma, Washington State. Air
pollution from the smelter settled on the surface soil overmore than 2,600 square kilometers of the Puget Soundbasin. As part of the Tacoma Smelter Plume project,
there have been a number of studies looking at soil arsenic contamination, leading to the collection of more than
5,000 surface soil samples over the years. The present
study aimed to pool all of the sampling results to createa model that can be used to further prioritize areas for additional sampling and remediation since not enough money
is available to clean all residential parcels. This paper describes a geostatistical simulation-based approach to compute for each block-group the expected number of residential parcels where a given arsenic concentration thresholdis exceeded with a minimum probability. This information is being currently used to select widely contaminatedblock-groups where all residential parcels are systematically sampled and the ones exceeding a target threshold of
100 ppm are remediated.
Key Words : stochastic spatial simulation, remediation,
airbone contamination, soil sampling, wind direction

1. Introduction
Etymologically, the term “geostatistics” designates thestatistical study of natural phenomena. The early developments of geostatistics in the 1950’s and 1960’s aimed
to improve the evaluation of recoverable reserves in mining deposits (Journel and Huijbregts, 1978). Since then its
field of application has expanded considerably to include
most fields of geoscience (e.g. geology, geochemistry, geohydrology, soil science) as well as a vast array of disciplines that all deal with the analysis of spatial data, such as
oceanography, hydrogeology, remote sensing, agriculture,and environmental sciences. One of the main characteristics of the aforementioned data is their structured distribution in space which reflects the impact of various factors
1 BioMedware, Inc., 121 W. Washington St., 4th Floor-TBC, Ann Arbor,

MI 48104, U.S.A. Corresponding authour: Pierre Goovaerts.
2 Gregory Glass Environmental Consulting, 7558 Brooklyn Avenue NE,
Seattle, WA 98115, U.S.A.
2014 年 2 月 21 日受稿 2014 年 7 月 12 日受理(e.g. geology, weather, human activities, land cover) operating at different spatial scales. Geostatistics (Goovaerts,1998) provides a set of tools to model this spatial structure and interpolate scattered measurements to create spatially exhaustive layers of information and assess the corresponding accuracy and precision.
The cost of collecting field data is often prohibitive,
leading to targeted sampling and areas that might besparsely sampled. It is thus critical to incorporate any
source of information available in the interpolation of environmental attributes. For example, the information available for site characterization impacted by incinerators typically includes air and soil measurements collected near
the source, complemented by data about the source and its
environment — such as meteorological data, wind speed
and direction, the characteristics of the stack, and exhaustemissions. Geostatistics allows the combination of detailed process-based modeling of atmospheric deposition
and monitoring data within a probabilistic framework inorder to incorporate and propagate the uncertainty attachedto the different pieces of information (Goovaerts et al.,2008).
This paper illustrates the application of geostatistics tothe characterization of a large area including 583,291 residential and undeveloped parcels whose soil has been potentially contaminated with arsenic as the result of the 100yr operation of a copper smelter. Parcels are used for tax
assessment with an average size of 728 m2 in urban environment. Field data are combined with secondary information such as proximity to smelter and wind rose data tomodel the uncertainty about soil arsenic concentrations at
the parcel and block-group levels.

2. Material and methods
2.1 Study area and data available for spatialmodeling
The study area covers five counties of Washington Statecentered on the city of Tacoma where the Asarco Company
operated a copper smelter for over 100 years. Air pollution

6

土壌の物理性第 128 号(2014)

Fig. 1 Stratification of the study area into three zones (Stratum 1 & 2, Vashon Maury Island) that weremodeled separately using geostatistical analysis of residential and forest samples. The polygons in each
map correspond to block-groups.

from the smelter settled on the surface soil over more than
2,600 square kilometers of the Puget Sound basin. The
geospatial characterization of the area was based on thefollowing data:
1. Average arsenic concentrations measured in 4,654
residential and 630 undeveloped/forested parcels(Fig. 1). All measurements were standardized toa 0 to 15.24 cm depth for uniformity.
2. Separation distance and azimuth of each parcel withrespect to the location of the smelter. This infor-

mation was used as a proxy to capture the impactof atmospheric deposition on arsenic concentration.
A more rigorous approach would have required theuse of an air dispersion model to characterize thedifferent types of atmospheric deposition (e.g. wet
and dry depositions); yet such model was not available here. The reference point for the smelter was
the tall stack. This modeling effort did not attempt
to make any distinctions based on different locations for low-level fugitive emissions (e.g., at theconverter building) versus tall stack emissions.

論文：Geostatistical modeling of the spatial distribution of surface soil arsenic around a smelter7

2. The transformed arsenic values were regressedagainst covariates (explanatory variables) that werebased on separation distance and azimuth with respect to the location of the smelter, as well as DEMrelated attributes. This spatial trend model took theform:
Trend =Intercept + b1 ×Cos(Azimuth − θ1 )+ b2 × Log(Distance to smelter)× |Cos{Azimuth − θ2 )|(1)+ b3 × Log(Distance to smelter)+ b4 × Elevation

237
238
239

Fig. 2 Experimental semivariogram of regression residuals
with the model fitted for each of the three zones (Stratum 1 &2, Vashon Maury Island).

3. Digital Elevation Model (DEM) attributes, such as
elevation, slope and aspect.
2.2 Geostatistical analysis
The study area was stratified into three zones (Fig. 1)that were deemed more homogeneous than the entire study
area for modeling purposes: Stratum 1, Stratum 2, andVashon Maury Island (VMI). On VMI, the average single family parcel is much larger than in urban neighborhood (8,094 m2 versus 728 m2 ) and these parcels generally are more predominately forested. The wind rose for
the Tacoma Smelter has two dominant (seasonal) downwind directions: north-northeast and south-southwest axis,
which controlled to a large extent the distribution of thecontamination. The area usually gets south winds during
cloudy or rainy weather, while north winds usually comewith the sunny, dry weather. The division of the study
area into zones is consistent with a separation of primary
downwind areas according to the wind rose. The following methodology developed in Goovaerts et al. (2008) was
implemented for each of the three modeling zones:
1. All arsenic concentrations (forest and residential values) were first normal score transformed(Goovaerts, 1997) to correct for the strongly positively skewed sample histogram.

where the offset angles θ1 , θ2 and θ3 were selected
through a sensitivity analysis that aimed at maximizing the linear correlation between the covariate
and the transformed arsenic values. For all threezones and two types of land use stepwise linear
regression indicated that slope and aspect consistently did not contribute significantly to the regression model, hence they were not included in the
final model. For VMI, the trend model for residential parcels was fitted using the forest data because they were more numerous, covered the island
uniformly (Fig. 1) and reflect the undisturbed impact of the smelter on the soil in the island. For
the two other zones, the trend model for residential
parcels was fitted using the residential data. The R2of the regression model, which represents the percentage of the variance in arsenic values explainedby the covariates, ranged from 4 % for Stratum 2
to 63 % (VMI) and 66 % (Stratum 1). The low
R2 for Stratum 2 means that the secondary information explains little of the spatial variability of arsenic values and the interpolation will be based almost essentially on the field samples. This regression model was used to predict the arsenic concentration and standard error at each sampled location
and at the geographical centroid of each residential
parcel.
3. The spatial variability of regression residuals (i.e.
field data minus trend model) was characterizedusing the experimental semivariogram which describes how the average half squared difference between pairs of observations changes as a function of
the separation distance. Fig. 2 shows the omnidirectional residual semivariogram with the isotropic
model fitted for each of the three zones. The semivariogram is well structured for Stratum 1 which
has been sampled exhaustively (4,133 soil samples). Only 99 residential samples were available
for VMI, which explains the more erratic semivariogram; the value for the first lag was ignored during

8

土壌の物理性第 128 号(2014)
pected) number of residential parcels that exceeds athreshold of 100 ppm, and 3) the fraction of the residential parcels for which the threshold of 100 ppm
is exceeded with a minimum probability of 0.5.

3. Results and discussion
The end-result of the simulation procedure is a set of 999
maps of simulated parcel-level concentrations for each of
the three modeling zones. The most straightforward way tosummarize this information is to simply average the simulated arsenic values within each block-group and acrossall 999 simulations. These average block-group concentrations are mapped in Fig. 3A which illustrates the higher
arsenic concentrations observed closer to the smelter andalong the prevailing wind directions. There is however
some uncertainty attached to these average concentrations
which can be assessed empirically using the histogram of
999 simulated block-group values.

Fig. 3 Results of the geostatistical simulation approach: (A)Map of average block-group arsenic concentration, (B) Map of
the average number (expected value) of residential parcels per
block group that exceed an arsenic concentration of 100 ppm,
and (C) Map of the estimated fraction of residential parcels per
block group that exceed an arsenic concentration of 100 ppm withprobability above 0.50.

the modeling because if was based on only a few
data pairs.
4. Sequential Gaussian simulation (Goovaerts, 1997)
was used to simulate the spatial distribution of arsenic values conditionally to the sampled data, thetrend model inferred in step 2 and the pattern of correlation modeled in step 3. A set of 999 realizations
were generated over all 501,505 residential parcels
located in the study area.
5. Parcel-level simulated values were post-processedto compute for each of the 1,452 block-groups: 1)
the mean arsenic concentration, 2) the average (ex-In 2009, the State of Washington received a settlementfrom Asarco, including a lump sum to pay for partial
cleanup. The clean-up procedure requires the systematic
sampling of residential parcels suspected of being contaminated followed by the remediation of the ones exceedinga target threshold of 100 ppm. Since remediation involves
digging up contaminated soil and taking it to a landfill, it
is more efficient to conduct the cleaning one neighborhood
at a time to avoid moving heavy equipment around. Also,
because of the high sampling and analysis costs resulting
from the systematic investigation of all residential parcels
within a block group, it is desirable to start with neighborhoods where a large proportion of residential parcels arelikely contaminated to avoid a low “hit rate” (e.g. sampling 1,000 parcels to only find 5 contaminated) .
The simulation-based approach allowed the computationof different quantities that can guide the selection of neighborhoods where resources should be allocated first becauseof the extent and likelihood of the contamination. For example, Fig. 3B shows a map of the expected number of residential parcels per block group that exceed an arsenic concentration of 100 ppm. This map reflects the spatial distribution of the contamination displayed in Fig. 3A and the
population density: number of parcels is higher in downtown Tacoma in the vicinity of the smelter compared toinland VMI where residential lots are larger. Still this map
does not account for uncertainty in the prediction since it
is based on an average. Uncertainty assessment is tackled
by the map of Fig. 3C that shows for each block-groupthe estimated fraction of residential parcels that exceed anarsenic concentration of 100 ppm with a probability above
0.50.

論文：Geostatistical modeling of the spatial distribution of surface soil arsenic around a smelter

4. Conclusions
Any quantitative assessment of soil contamination is incomplete as long as it ignores the spatial coordinates ofobservations. Geostatistics allows one to capitalize on thefirst law of geography which states that “Everything is related to everything else, but near things are more related
than distant things” to estimate pollutant concentrations atunmonitored locations. Geostatistics offers a palette of algorithms to incorporate different types of information in
the interpolation process, such as wind direction and location of the point source of contamination in the present
case-study. Results can take the form of arsenic concentration maps or maps of the probability to exceed criticalvalues, such as regulatory thresholds. An additional difficulty is the need to upscale the modeling results for residential parcels to the level of block-groups which are thegeographical units considered for the prioritization of sampling and remediation sequence. This can be accomplishedusing stochastic simulation to generate many maps of residential parcel soil concentrations that all honor the data
and reproduce aspects of the patterns of spatial dependenceor other statistics deemed consequential for the problem athand. This ensemble of realizations enables the derivationof concentration estimates and answer complex questions,such as “What is the fraction of residential parcels exceeding a target threshold T with a minimum probability P?”,
over block-groups of different size and shape as requiredby the decision-making process. The use of this geostatistical model in the ongoing clean-up phase demonstrates
the applicability of the methodology for real-world environmental projects.
It is noteworthy that the model is known to be incomplete in some respects. First, the absence of air dispersion
model forced us to use an empirical modeling approach
where the impact of deposition was approximated on thebasis of the separation distance and azimuth of each parcel
with respect to the location of the smelter. However, thefact that the study area is highly urbanized and the smelter
stopped operating 30 years ago means that the site has been
greatly disturbed since the pollution event and the current
local distribution of contaminants might bear little relation-

9

ship to the original deposition pattern that would be predicted by an air dispersion model. On the other hand, theglobal trend of contamination level declining away fromthe smelter and at smaller pace in the downwind direction
can be easily captured by the large number of samples thatwere collected throughout the study area. Second, sinceage of residence was not available for many sampled properties it is not included in the model, but it is very likely
to be an important variable affecting soil arsenic concentration. A block group where a large fraction of residential
parcels are for homes built well after smelter operations
ended (1986), with few or no sampling results for thoseresidences in the modeling data set, may be overestimatedby model outputs. Some larger parcels characterized as
residential are known to have relatively small cleared anddeveloped areas within a largely forested or undevelopedarea (e.g., VMI). The undeveloped portions of such properties are likely to have higher soil arsenic concentrations
than shown by the residential models for the small developed portions of the parcels.

5. Acknowledgments
This research was funded by the Tacoma-Pierce County
Health department (contract # 2011-00000044). Data wereassembled by the Department of Ecology of the State ofWashington.

References
Goovaerts, P. (1997): Geostatistics for Natural Resources Evaluation. Oxford Univ. Press, New York.
Goovaerts, P. (1998): Geostatistical tools for characterizing the
spatial variability of microbiological and physico-chemicalsoil properties. Biology and Fertility of Soils 27: 315–334.
Goovaerts, P., Trinh, H.T., Demond, A.H., Franzblau, A.,
Garabrant, D., Gillespie, B., Lepkowski, J. and Adriaens, P.
(2008): Geostatistical modeling of the spatial distribution ofsoil dioxin in the vicinity of an incinerator. 1. Theory andApplication to Midland, Michigan. Environmental Science &Technology 42: 3648–3654.
Journel, A.G. and Huijbregts, C.J. (1978): Mining Geostatistics.
Academic Press, New York.

土壌の物理性10

要第 128 号(2014)

旨

米国ワシントン州タコマにおいて Asarco 社は，約 100 年にわたって銅精錬所を運転し，精錬所からの大気汚染物質が，Puget Sound 流域の 2600 平方キロメートル以上の表土に沈着した．タコマ精錬所汚染プロジェクトの一部として，多くの土壌ヒ素汚染の調査研究が行われ， 5000 以上の表層土壌試料が収集された．すべての住宅用土地に対して汚染物を除去する予算はなく，本研究は，これまでのデータから土壌試料の収集および修復が必要な土地について優先順位をつけるためのモデルを構築することを目的とした．本論文では，地球統計学的シミュレーションにより，地区ごとに平均でどれだけの土地がどのくらいの確率でヒ素濃度が閾値を超えるかを求めた．この情報は，汚染されている地区を選択し，地区内のすべての土地で土壌試料を収集し，設定された目標値の 100ppm を超える土地について修復を施すため，用いられている．
キーワード：確率論的空間シミュレーション，浄化，空中汚染物質，土壌サンプリング，風向J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 128, p.11∼20 (2014)

熱応答試験実施時間の短縮がみかけ熱伝導率推定に与える影響: 数値的研究
斎藤広隆 1,5 · 斎藤健志 2,5 · 向後雄二 1,5 · 濱本昌一郎 3,5 · Per MOLDRUP 4,5 · 小松登志子 2,5Effect of reducing the test period on estimating effective thermal conductivity
from Kelvin’s line source function in thermal response test: a numerical study
Hirotaka SAITO1,5 , Takeshi SAITO2,5 , Yuji KOHGO1,5 , Shoichiro HAMAMOTO3,5 , Per MOLDRUP4,5 and Toshiko KOMATSU2,5

Abstract: It has been recommended to carry out thermal response tests (TRT) for a period of minimum 48
hours when the measured data are used together with alinear approximation of Kelvin’s infinite line source function for heat transport in porous materials to estimate apparent thermal conductivity of the ground. Recently an
asymptotic solution of the line source function has been
proposed to reduce the estimation error. This study examined the potential of the new solution to also reduce theTRT period, as the new solution in principle can be applied to early (short-time) data. For this analysis, a onedimensional convective-conductive heat transport equation
was applied for the circulating fluid, and three-dimensional
conductive heat transport equations were applied for the
ground, the grout, and the heat exchangers, to simulate
heat transport and exchange between circulating fluid andthe ground during TRT. Fluid temperatures simulated under different conditions were then used to estimate apparent thermal conductivity using both the linear approximation and the asymptotic solution of the line source function.
Results showed that the TRT period can be reduced to lessthan 20 hours with an average error less than 5 % evenin case of extreme thermal conductivity of grout, which
can markedly affect early (short-time) TRT data. The conclusion was confirmed when also using actual TRT datacollected at ground source heat pump (GSHP) test sites
at Tokyo University of Agriculture and Technology andSaitama University.
Key Words : subsurface geothermal system, thermal response test (TRT), effective thermal conductivity, numerical model, grout thermal conductivity

1. はじめに
化石燃料のように枯渇性の一次エネルギーに依存した社会から，エネルギーを安定的かつ適切に供給可能な社会へと変革するためには，資源の枯渇のおそれが少なく，環境への負荷が少ない太陽光やバイオマスといった再生可能エネルギーの利用が不可欠である．近年日本で，再生可能エネルギーの一つとして「地中熱」に注目が集まっている（落藤, 2002; 柴, 2011）．ここで地中熱とは，
地下約 10 m から約 200 m までの地盤が持つ熱エネル
ギーのことで，通常大気温度によらずほぼ一定の温度を示すなどの特徴を持つ．アメリカやスウェーデンなど一部欧米諸国と比べて，日本の地中熱利用の普及は進んでいないが， H22 年の経済産業省によるエネルギー供給構
造高度化法の中で再生可能エネルギーの一つとして触れられており，今後その利用がますます増えていくことが予想される．
地中熱利用については，大きく二つに分類される（北海道大学地中熱利用システム工学講座, 2007）．一つは地下水を含む地盤を熱源として利用するもので，地中熱
ヒートポンプ（Ground Source Heat Pump; GSHP）シス
テムなどがある．もう一つは，地下水流動の遅いところなどで，人工的に熱エネルギーを地下に蓄え，必要に応じて取り出す蓄熱装置としての利用である．GSHP シス
テムはクローズド方式とオープン方式とに分けられ，前者は地中に埋設した熱交換器を通して熱利用し，後者は地下水を汲み上げて地上のヒートポンプの熱源として利用する（内田 · 桂木, 2011）．冷房利用の場合，クロー

1 Graduate School of Agriculture, Tokyo University of Agriculture and

ズド方式ではヒートポンプを介してでてきた建物や部屋

Technology, 3-5-8 Saiwai-cho, Fuchu-shi, Tokyo, 183-8509, Japan. Corresponding author: 斎藤広隆，東京農工大学大学院農学府
2 Graduate School of Science and Engineering, Saitama University, 255
Shimo-Okubo, Sakura-ku, Saitama, 338-8570, Japan.
3 Graduate School of Agricultural and Life Sciences, The University ofTokyo, 1-1-1 Yayoi, Bunkyo-ku, Tokyo, 113-8567, Japan.
4 Department of Civil Engineering, Aalborg University, Sofiendalsvej 11,9200 Aalborg SV, Denmark.
5 Core Research for Evolutionary Science and Technology, Japan Scienceand Technology Agency, 4-1-8 Honcho, Kawaguchi-shi, Saitama, 3320012, Japan.
2014 年 2 月 21 日受稿 2014 年 11 月 21 日受理

からの余熱を地中に設置した長さ数十 m から百 m の U
字型の熱交換器（U 字管）を通して地中に排熱する．一方，オープン方式では，汲みあげた地下水に排熱し，地下に戻す．クローズド方式については，日本地熱学会誌
で 2005 年から 2007 年にかけて講座「地中熱利用ヒート
ポンプシステム」（新堀, 2005）が連載され，オープン方式については 2011 年から 2012 年にかけて日本地下水学
会誌で連載された講座「地下熱利用技術」（藤縄, 2011）

土壌の物理性

12

第 128 号(2014)

どが中心となって国内の技術者や研究者に向けた情報発

γ はオイラー定数で，γ = 0.5772 を与える．t が大きく，
s が十分に小さいとき（s < 0.05），（3）式は（4）式を用信の取り組みが行われている．このように GSHP は，大いて次式で近似できる．

の中で取り上げられており（藤縄 · 富樫, 2012），学会な規模から小規模にいたるオープン，およびクローズド方式の利用がますます促進され，持続的な社会の構築に果たす役割が大きくなることが期待されているクローズド型 GSHP の性能を決定する地盤の熱交換能力を評価するため，一般には熱応答試験（Thermal

Response Test または TRT）より地盤のみかけ熱伝導率を求める（藤井 · 駒庭, 2011）．TRT では熱交換用の井戸（熱交換井）内に鉛直に設置した U 字管を用いるが，U
字管の管径（数十 mm）に比べ深さ方向に極端に長い形状となる．そのため，ケルビンの線源関数に基づく解析

(
)
Q′
r2
∆T = T (r,t) − Ti = −ln+ 0.5772
4πλ
4α t
(
)
Q′
Q′
r2
=
ln (t) −ln+ 0.5772
4πλ
4πλ
4α

(5)

= m ln (t) + b
m=

Q′
,
4πλ

b=−

Q′
4πλ

(
)
r2
ln
+ 0.5772
4α

解（Carslaw and Jaeger, 1959）や円筒熱源理論に基づく

TRT データ解析の一つである作図法では，U 字管内を解析解（Ingersoll et al., 1954）を用いたデータ解析が行循環する熱媒体平均温度 Tavg の変化量（∆Tavg = Tavg −Ti ）われている．ケルビンの線源関数は，無限に長い線熱源

を r = 0 における ∆T として，時間の自然対数との関係を中心とした円筒座標系を考え，熱特性が均一な媒体により（5）式の m から λ を得て，地盤のみかけ熱伝導率

おいて熱源からの熱量が時間や深さに関わらず一定とし

λe とする．このとき試験開始から十分な時間が経過した

た仮定の下で，初期温度および無限遠での温度が Ti で区間のデータを用いるが，線形近似が適用できるデータ

一定の条件で，次に示す熱伝導方程式を解いて得られる区間の選定が事前には不可能であるため，選定区間のば（Carslaw and Jaeger, 1959）．

らつきが大きく，必要以上に試験実施時間がかかるなどの問題がある．また，作図法では物質中の熱移動を特徴

∂T
=α
∂t

(

∂ 2T 1 ∂ T
+
∂ r2
r ∂r

づける体積熱容量 C（または比熱 c）を推定せず（Wagner)(1)and Clauser, 2005），必要な場合は別の方法で求めなければならない．

ここに，T は地中温度［K］，t は時間［s］，r は線熱

上原 · 藤縄（2013）は，作図法に伴う人為的な誤差を源からの距離［m］，α は媒体の熱拡散係数［m2 s−1 ］で少なくするために，（3）式の正確解に近い漸近解を用い

び体積熱容量 C［J m−3 K−1 ］，あるいは比熱 c［J kg−1

（2013）は，（3）式右辺のべき級数を第 30 項（k = 30）ある．なお，α は媒体の熱伝導率 λ ［W m−1 K−1 ］およ

K−1 ］，媒体の密度 ρ［kg m−3 ］を用いて次のように与え
られる．

α=

λ
λ
=
C
cρ

(2)

る手法を提案している（以降，漸近解法）．上原 · 藤縄まで考慮し，∆Tavg から（4）式の s に含まれる λ および
r2C を逆解析により推定した．TRT では ∆Tavg を r = 0
での値とするため，r は既知であり未知数にできないが，
r = 0 とすると s = 0 となり以降解析できない．そこで，
上原 · 藤縄（2013）は r と C を一体化した r2C を同定することで逆解析を可能とした．この方法の利点は，比較均一で無限に広い媒体中に無限に長い大きさのない線

的 TRT 初期の ∆Tavg を利用できること，任意の区間に熱源を仮定し，鉛直方向の熱移動を無視できるとすると，おける ∆Tavg から λe を推定することも可能であること，任意の時間 t ，距離 r における媒体中温度の変化 ∆T はまた，作図法では推定できない体積熱容量 C（= ρ c）を（1）式の解として積分指数関数 Ei を用いて以下のよう含むパラメータ r2C を推定できることである．しかし，に与えられる（Carslaw and Jaeger, 1959; Ingersoll et al.,r = 0 における推定値が 0 でない点の物理的解釈は困難

1954）．

である．したがって，漸近解法により得られる物理的意
味のあるパラメータとしては，作図法と同様に λe であQ′Ei (−s)∆T = T (r,t) − Ti = −
4πλ
(
)
∞
Q′
(−1)k−1 sk=−
γ + ln s − ∑4πλk · k!
k=1

る．（1）式は地下水流れによる熱移動（移流）を考慮していないが，作図法では試験実施時間が長く，地下水流れ(3)の影響が無視できない場合もある． 上原 · 藤縄（2013）
は，漸近解法で TRT 初期の伝導による熱移動が支配的な熱交換過程を解析することで，移流による熱移動の影
響を排除できるともしている．

s=

r2
r 2C
=
4α t
4λ t

このように，ケルビンの線源関数の漸近解を用いると，(4)，
ここに，Q′ は線熱源の単位長さ当たりの熱量［W m−1 ］

試験初期の ∆Tavg を利用することができるため，48 時
間以上の加熱が推奨されている TRT の実施時間（長野,2010）を大幅に削減できる可能性がある．しかし厳密に論文：熱応答試験実施時間の短縮がみかけ熱伝導率推定に与える影響: 数値的研究

13は U 字管は線源ではなく，TRT 初期には線源の仮定はする U 字管本体への熱移動，また U 字管からの熱移動

成立しない．また，TRT 初期の熱交換は熱交換井内のグについては，既往研究の中でいくつか異なる手法が用いラウトの影響を受ける（Sanner, et al., 2005）．したがっられてきた．田子ら（2004b）は，伝導により境界面を通て TRT 実施時間をどの程度短縮できるかを検討するた

過する熱量と熱伝達により供給される熱量が釣り合うま

めには，異なる熱特性をもつグラウトを用いて TRT をで繰り返し計算を行う方法を適用した．Schiavi（2009）

実施し，異なる区間の ∆Tavg から λe を推定することが求は，熱伝達による熱移動を熱フラックス境界条件としてめられる．しかし，熱交換井の掘削にかかるコスト等の適用した．いずれの方法も熱媒体と U 字管との境界を移問題から容易ではなく，適切な数値解析法を用いた検討

動する熱フラックスを用いる方法であるが，適切な境界が不可欠である．そこで本論文は，数値解析法を用いて条件の設定が容易ではない．一方 Christodoulides et al.

TRT 実施時間の短縮が λe の推定に与える影響を明らか（2012）は，熱媒体と U 字管本体間の熱移動が瞬時に起にすることを目的とした．

こり，それぞれの媒体内全体に瞬時に熱が伝導すると仮

本研究での数値解析では，U 字管の内径が U 字管長定し，吸込み · 湧出し項 S の中で熱移動を扱った．一般

さと比べて十分に小さく，U 字管内の熱媒体の流れをに TRT の場合，対象とする領域の大きさに比べて U 字すべて再現することは工学的な見地から過度であるとし

管の内径や厚さが十分に小さく，本研究でもこの仮定がて， U 字管内の熱移動を一次元の移流と伝導による熱移成立すると判断して Christodoulides et al.（2012）の手法

動とした（田子, 2004a, 2004b; 黄, 2006; Schiavi, 2009;

を用いた．

Christodoulides et al., 2012，斎藤ら, 2013）．そして，数値解析法により異なる熱伝導率 λg をもつグラウトを用いて TRT を実施し，∆Tavg の計算結果から λe を推定した．漸近解法では異なる区間の ∆Tavg を用いて λe を推定し，作図法による λe との比較から TRT 実施時間の短縮の影響を明らかにした．具体的には，U 字管の形状に伴う誤差とグラウトによる誤差について求めた．作図法

ニュートンの冷却則によると，温度 Tp の円管内を温度 Tf の流体が流れるとき，流体と円管の境界において流体から円管へ，あるいは逆の熱移動量はその温度差に比例し，その比例定数 h を熱伝達係数［W m−2 K−1 ］と呼ぶ．h は，流体の熱伝導率 λf との比を取って無次元化したヌッセルト数 Nu を用いて次式で与えられる（日本機械学会, 2005）．

では十分な時間経過後の ∆Tavg を用いるため，正確解とみなして比較対象とした．最後に，堆積構造の大きく異なる 2 地点で実際に実施した現場 TRT の ∆Tavg を用い

Nu =て λe を推定し，数値解析の結果と比較し，TRT 実施時

hLH
λf

(8)

ここに LH は流体代表長さ［m］であり，円管の場合は間短縮の妥当性について考察した．

内径 dp［m］が用いられる．Nu は境界の形状，流速や流2. 方法

体の熱特性によって決まり，滑らかな円管内の乱流の場
合，慣性力と粘性力の比を表すレイノルズ数 Re および

2.1 数値解析による λe の推定

流体の粘度と熱拡散率の比を表すプラントル数 Pr を用

本研究では， U 字管内を循環する熱媒体による熱移動

いて次の Dittus-Boelter 式で与えられる（日本機械学会,

については，以下に示す一次元の伝導および移流を考慮

2005）．

した基礎方程式を適用した．

(
)
∂ Tf
∂
∂ Tf
∂ Tf
Cf
=
λf
−Cf uf
+ Sf
∂t
∂z
∂z
∂z

Nu = 0.023 · Re0.8 Prn(6)

ここに，べき乗係数 n は流体の冷却時は 0.3，流体のここに uf は熱輸送に関わる流体，つまり熱媒体のフラックス［m s−1 ］，Sf は単位体積当たりの熱の吸込み ·
湧出し項［J m−3 s−1 ］， z は鉛直方向の座標［m］である．以降下付き文字 f は，熱媒体を表す．U 字管本体，
グラウト内，地盤内の熱移動については，三次元の伝導加熱時は 0.4 となる．以上より， Tf が Tp より高いとき，境界面を通過する全熱量 QH ［J s−1 ］は，境界面積 A を用いて次式で与えられる．

[]
QH = h · A Tf − Tp

による熱移動のみを考慮した次式を基礎方程式とした．

=

なお，地下水流れについては考慮しなかった．

∂ TiCi= ∇ · (λi ∇Ti ) + Si
∂t

(9)

[
]
λf · 0.023 · Re0.8 · Pr0.3· A · Tf − Tp
dp

(10)

U 字管内を流れる熱媒体と U 字管の間の熱移動を（6）(7)

式や（7）式の吸込み · 湧出し項 S で扱うために，全移下付き文字 i は地盤，グラウト，U 字管のいずれかをで，長さ dz，管内径 dp ，管厚さ Tp の U 字管を考える．

表し，以降それぞれ s，g，p を用いる．熱媒体から接触

熱媒体から U 字管への熱移動が生じる際には，単位体積

動熱量 QH を単位体積当たりの熱量として与える．ここ土壌の物理性

14

第 128 号

Cf

(2014)

(
)
]
∂T
∂
∂T
∂ T 4h [λf
Tp − Tf=−Cf uf
+
∂t
∂z
∂z
∂z
df

(16)

いずれの媒体においても，熱伝導率の異方性については無視できるものとした．これらの式は，汎用有限要素法
プログラムである FlexPDE ソフトウェア（PDE Solutions

Inc.）を用いて解いた．計算では，吸込み · 湧出し項以外に熱媒体から U 字管への熱伝達が起こらないように，熱媒体の基礎方程式（（16）式）に用いる未知数である温度
T と，地盤，グラウト，U 字管の基礎方程式（（13） ∼（15）式）に用いる未知数の温度 T は異なる未知数とし，熱媒体を他の計算領域から独立させた．
Fig. 1 地盤と U 字管に加えてグラウトを考慮した熱交換 ·熱移動の解析に用いた（a）三次元計算領域（b）上端面の有限要素メッシュ．

(a) Three dimensional domain for numerical analysis of heatexchange and heat transport when ground, grout and U-tube
were considered and (b) finite element mesh of the top surface.

当たりの熱交換量は熱媒体では吸込みとして，また U 字
管では湧出しとしてそれぞれ次式で与えられる．ただしtp は dp と比べて十分に小さいとする．
[]
A · h Tp − Tf
QH
=
Sf =
( )2
Vf
d
π 2p dz()[]]
π dp · dz · h Tp − Tf
4h [==Tp − Tf( )2dpdπ 2p dz

Fig. 1 に，解析対象の計算領域と上端面の有限要素
メッシュを示す．鉛直方向は U 字管長さの 50 m，x-y 平
面上では 5.0 m × 5.0 m を対象とし， U 字管以外は熱交換井を充填しているグラウトと均一な地盤のみ考慮した．後述する実際の TRT の結果，熱交換井から 1 m 離れた観測井での最大温度上昇が 0.32 ◦ C であったことから，平面上で 5.0 m 四方の計算領域で側面境界の影響は無視できるとした． U 字管は計算領域の中心に位置し，

U 字管間隔および内径 · 外径，熱交換井の径については
東京農工大学府中キャンパス（TAT）で実施した TRT を参考にした（Table 1）．有限要素メッシュは， U 字管の位置する中心付近では非常に小さく，境界に向かって大きくなる分布となっている．初期温度 Ti は，地盤 · U 字
管 · 熱媒体すべてにおいて，TAT での実測値より 17.0 ◦ C(11)とした．地盤の熱特性については TAT で実施した TRTの結果を参考にし，熱伝導率 λs を 2.22 W m−1 K−1 ，体積熱容量 Cs を 3.1 MJ m−3 K−1 とした（斎藤ら, 2013）．
地盤の上端，側面は Ti で一定の温度境界条件とし， U[]
A · h Tf − Tp
QH
)
Sp =
≈ (
Vp
π dp tp · dz
)
[
]
(
]
π dp · dz · h Tf − Tp
h[
(
)
=
=
Tf − Tp
tp
π dp tp · dz

(12)

TAT

U 字管の外壁が接している媒体であるグラウトについては，U 字管外壁からの熱移動が伝導により生じ，熱の吸込み · 湧出し項は 0 とする．以上より，本研究では，地盤，グラウト，U 字管本体，熱媒体に適用する熱移動の基礎方程式をそれぞれ次のように与えた．

Cp

Table 1 数値計算に用いた各パラメータ値．
Input parameters used in numerical simulation.

Cs∂T= ∇ · (λs ∇T )
∂t

(13)

Cg

(
)
∂T
= ∇ · λg ∇T
∂t

(14)

(
) h[
]
∂T
Tf − Tp= ∇ · λp ∇T +
∂t
tp

(15)

SU

0.026 0.037
Internal diameter of U-tube, dp ［m］
U-tube thickness, tp ［m］
0.003 0.003
U-tube separation distance, sp ［m］
0.052 0.058
U-tube length, lp ［m］
50
50
Fluid flow rate, Uf ［L m−1 ］
913.5
Fluid velocity, uf ［m s−1 ］
0.15 0.21
Heat transfer coefficient, h ［W m−2 K−1 ］
834.7 1038.1
Initial temperature, Ti ［K］
290.15 289.35
Inlet-outlet temperature difference, ∆To ［K］ 4.5
31000 1000
Fluid density, ρf ［kg m−3 ］
Fluid specific heat, cf ［J kg−1 K−1 ］
4182 4182
Fluid thermal conductivity, λf ［W m−1 K−1 ］ 0.58 0.58
HDPE density, ρp ［kg m−3 ］
950
950
HDPE specific heat, cp ［J kg−1 K−1 ］
1800 1800
HDPE thermal conductivity, λp ［W m−1 K−1 ］0.51 0.51
Diameter of heat exchange well ［m］
0.178 0.178

論文：熱応答試験実施時間の短縮がみかけ熱伝導率推定に与える影響: 数値的研究

15

用いたパラメータは，Table 1 の TAT 欄に示す通りである．熱媒体と U 字管本体（高密度ポリエチレン）の熱伝導率，比熱，密度などの熱特性については文献値を用いた（Christodoulides et al., 2012 など）．なお，熱媒体については，汎用的に用いられるプロピレングリコールの場
合でも濃度が薄い場合，水と同じ熱特性をもつとみなせ
るため，水の熱特性を用いて解析した．
上記数値解析法を用いて異なる λg の下で ∆Tavg を求め，作図法および漸近解法より λe を推定した．作図法
では ∆Tavg を時間の自然対数でプロットし，直線となる
領域の傾きから λe を得て，漸近解法では任意の区間の∆Tavg に対して（3）式の第 30 項まで考慮した漸近解を一般化簡約勾配法で回帰し λe を得た．通常，熱交換井はTRT 実施後に GSHP の熱交換井として利用される．し
たがって，グラウトが熱抵抗とならないように，熱伝導率が高い材質が使われることが望ましい．しかし，本研
究では λg は λs よりも大きな値に加えて，λs より小さな値についても検討を行った．

2.2 現場熱応答試験（TRT）
東京農工大学府中キャンパス（TAT）および埼玉大学（SU）構内で実施した TRT データを用いて，線源関数より λe を推定し，前述の数値実験の結果と比較した．Fig.

2 に，TAT および SU の TRT 実施地点にて採取したボー
リングコア試料に基づく土質柱状図および粒度分布，含水比，乾燥密度の分布を示す（Saito et al., 2014）．なお粒度分布については，有効粒径 2 mm 以上の礫分を除外した試料より得られた分布を示した．標高約 60 m の TATは武蔵野段丘立川面に位置し，深さ 5 m ∼ 11 m， 32 m

∼ 34 m， 43 m ∼ 45 m の 3 カ所に明瞭な砂礫層が存在する．これら砂礫層の平均礫含有率は，それぞれ 0.785
kg kg−1 ，0.848 kg kg−1 ，0.808 kg kg−1 である．なお，
Fig. 2 の含水比分布では砂礫層において含水比の値が小Fig. 2 （a）東京農工大学（TAT）および（b）埼玉大学（SU）

さい．これは，ボーリングコア試料採取時に砂礫層からでの地質柱状図および，粒度，含水比，乾燥密度の分布．

は間隙水の大部分が排水したたためであり，いずれも地

Observed particle size distributions, water contents, and dry
bulk densities from geological columns sampled at Tokyo
University of Agriculture and Technology (TAT), and Saitama
University (SU).

下帯水層である．沖積低地に位置する SU では，厚さ約5 m の基底砂礫層が深さ 40 m に存在し，その上に砂層やシルト層が交互に堆積する構造となっている．不圧地
下水の自由地下水面は TAT では地表面下 12 m，SU で字管本体の上端についても Ti で一定の温度境界条件とした．下端の境界条件については，地盤および U 字管
本体ともに断熱とした．熱媒体については，TRT を模すために，各時間ステップで U 字管入口温度 Tin が出口温度 Tout に一定加熱分の ∆To を加えた温度 Tout + ∆To となる温度境界条件とした．∆To の値は， TAT で実施したTRT に倣って 4.5 ◦ C とした．U 字管出口の熱媒体については，温度勾配ゼロ（ ∂ Tout /∂ z = 0）とした．計算時
間は，TRT と同じ 48 時間（172,800 秒）とした．また，U 字管の下端は接続せず 2 本の鉛直な円管とし，U 字管は 1 m に位置する．TAT における深度 33 m と 43 m に位置する帯水層内の地下水は深度 19 m から 28 m のシルト層で被圧されているが，この帯水層に接続した井戸内の水位は地表面下 25 m 付近であり，地表面には達していない．

TRT に用いた熱交換井は内径約 180 mm で深さ 50 mのボーリング抗で，坑内に厚さ 3 mm の高密度ポリエチ
レン（HDPE）からなる内径 26 mm の U 字管を設置した． 熱交換井はケーシング仕上げをせずに，U 字管を設
置後，石英を主成分とする硅砂からなるグラウト材で隙を模すために，下端では両円管内の熱媒体の温度を同じ間を充てんした．両地点ともに，U 字管を熱交換井内にとする温度境界条件を設定した．そのとき，U 字管下端

二本直行させ挿入するクロス形式のダブル U 字管方式をの横方向の熱損失は無視できるとした．そのほか計算に採用した（田子, 2004b）．なお， TAT ではダブル U 字管

土壌の物理性

16

第 128 号

Fig. 3 地盤の熱伝導率 λs を 2.22 W m−1 K−1 とし，任意のグラウトの熱伝導率 λg を与え，数値解析より求めた∆Tavg から作図法および漸近解法により推定された λe とλg の関係．漸近解法は TRT 全区間，開始 30,000 秒まで，
開始 30,000 以降の ∆Tavg に対して適用した．
Estimated λe from numerically obtained ∆Tavg with 2.22 W
m−1 K−1 ground thermal conductivity λs and a given grout
thermal thermal conductivity λg as a function of λg . λe wasestimated using a linear approximate solution and an asymptotic solution of Kelvin’s line source function. The asymptotic solution was used to the entire ∆Tavg , to the first 30,000
sec ∆Tavg , and to ∆Tavg obtained after 30,000 sec.

(2014)

Fig. 4 λs と λg を同じとした場合と λg > λs とした場合それぞれについて，数値解析より求めた ∆Tavg に対して，任意の時間 te までの ∆Tavg から漸近解法により推定された λe と te との関係，および λg > λs とした場合に任意の
時間 te 以降の ∆Tavg から漸近解法により推定された λe とte との関係．
Estimated λe as function of a given time te at which simulated ∆Tavg prior to this time were used to estimate λefrom the asymptotic solution of Kelvin’s line source function. ∆Tavg were obtained with numerical simulation under
two different conditions: λg = λs and λg > λs . λe were also
estimated with ∆Tavg obtained after te for the case λg > λs .

Table 2 熱応答試験の実験条件．
Parameters for the thermal response test.

のうち一方のみを，SU では両 U 字管を用いて TRT を実施した．熱媒体としては，TAT ではプロピレングリコー
ルを濃度約 20 % に調整した不凍液を用い，SU では水を用いた．
本研究では，加熱器（容量 2.5 kW）により一定熱量でHeating power［kW］
Flow rate［L min−1 ］
Operation time ［h］
Average heat exchange rate ［W m−1 ］

TAT

SU

2.5
4.5
48
28.2

2.5
13.5
48
56.4

加熱した熱媒体を U 字管内に循環ポンプを用いて一定時間，一定流量で循環させ，Tin と Tout を観測した．そして，∆Tavg に対してケルビンの線源関数を適用して λe を求めた． TAT および SU での試験条件は，Table 2 にまとめた．

3. 結果と考察

た．30,000 秒までの ∆Tavg に漸近解を適用した場合，λgの影響を大きく受け，λg と λs の差が大きくなるにつれて，作図法による λe の推定値との差が大きくなった．
30,000 秒以降の ∆Tavg を用いた場合，作図法と漸近解法
で λg に関わらず λe に大きな違いは生じなかった．そのとき λe は λg と共に大きくなり，λg の影響を含んだみか3.1 ∆Tavg の区間が λe の推定に与える影響：数値実験

け熱伝導率が正確に評価できたと考えられる．全区間のここでは，異なる λg に対して 2.1 節で示した数値実∆Tavg に対して漸近解を適用した場合は，λg を大幅に小さくした場合（= 1.5 W m−1 K−1 ）を除き， 30,000 秒以
降の ∆Tavg を用いた場合と大きな差はなかった．このように試験初期の ∆Tavg のみを用いて λe を推定する場合，
一定時間経過後の ∆Tavg を含む場合と比較して λg によ験を行い，様々な区間の ∆Tavg から λe を推定した結果を示す．Fig. 3 は，作図法および漸近解法より推定した λeと λg の関係である．図中の破線は，計算に用いた λs の値（= 2.22 W m−1 K−1 ）を示す．作図法では試験開始後

30,000 秒以降の ∆Tavg を用い，漸近解法では，全区間，
30,000 秒まで，30,000 秒以降の 3 区間の ∆Tavg を用いる影響を大きく受ける．したがって，短縮可能な試験時間は，用いるグラウトに依存する．

論文：熱応答試験実施時間の短縮がみかけ熱伝導率推定に与える影響: 数値的研究

17秒までの ∆Tavg を含めても誤差は 15.2 % であった．これは，30,000 秒までの ∆Tavg であれば十分線源とみなせても，グラウトの影響により誤差が大きくなっていることを示している．このように λg と λs に大きな違いがある場合は，より長い試験実施区間が必要となる．この例の場合，作図法との誤差を 5 % 以内とするためには，

70,000 秒までの ∆Tavg を含める必要があった．Fig. 4 に比較のため，λg > λs のとき te から TRT 終了時（172,800秒）までの ∆Tavg に対して漸近解法より λe を推定した結果も示す．TRT 開始後から te までの ∆Tavg を用いた場合と比較して，用いる ∆Tavg 区間の影響は小さく，TRT 初期のデータを多少含んでいても te によらずほぼ同じ λeが得られ，作図法の結果と一致した．
以上より，グラウトと地盤がほぼ同じ熱特性を持つ均一な媒体であっても TRT 初期は U 字管の形状により U
字管を線源とはみなせず，λe を過大評価することが示された．一方，λg > λs のときは，均一な媒体の場合と比べて長時間経過した ∆Tavg を用いることが必要である．しかし，熱伝導率が極端に大きなグラウトの場合であっても，少なくとも 70,000 秒までの ∆Tavg を含めることで，均一な媒体とみなすことができて作図法と比較して誤差
Fig. 5 （a）TAT および SU で TRT 実施期間中に測定された熱媒体平均温度 Tavg の変化量 ∆Tavg （b）TAT での∆Tavg と時間の自然対数の関係．（a）の図中に示す矢印は，SU において ∆Tavg が急激に上昇する時間を示す．
(a) Changes in average fluid temperature ∆Tavg at inlet (Tin )and outlet (Tout ) of the U-tube during thermal response test
(TRT) at TAT and SU. (b) Changes in average temperature∆Tavg versus natural logarithmic to of time for TAT. An arrow shown in (a) points the time at which ∆Tavg suddenly
increased.

一方，漸近解法で試験初期の ∆Tavg を含む場合，λe の推定に与える影響がどの程度 U 字管の形状に由来する
ものなのか，あるいはグラウトの存在によるものなのか
明らかでない．そこで，λs を 2.2 W m−1 K−1 ，λg を λsと同じ 2.2 W m−1 K−1 としたとき（λg = λs ）と，石英含有率の高い Accusand 飽和試料の熱伝導率（約 2.8 W

m−1 K−1 ; 鴨志田ら, 2013）よりも大きな 3.0 W m−1 K−1としたとき（λg > λs ）について，∆Tavg を数値解析より求めた．Fig. 4 は，漸近解法により任意の時間 te までの∆Tavg を用いて推定した λe と te の関係をである．いずれの場合も，TRT の非常に初期の ∆Tavg を用いると，λe は大きく推定される傾向があった．λg = λs のときの結果
から，TRT 開始後 10,000 秒までの ∆Tavg を用いた場合，漸近法による推定では作図法と比べて誤差が 15.9 % と大きくなった．これは U 字管の形状に由来する誤差で，5 % 以内とすることができた．これは TRT での実施時
間を 70,000 秒，すなわち 19.4 時間とすれば十分であり，これまでの推奨加熱期間である 48 時間や 72 時間より大きく削減することが可能であることを示している．

3.2 現場 TRT データ解析
ここでは，実際に TAT および SU で実施した現場 TRT
試験の ∆Tavg を用いた解析結果を示す．Fig. 5（a）にTAT および SU での ∆Tavg の時間変化を示す．熱媒体
は地表の加熱器で一定加熱されているが，U 字管循環中に地盤に熱移動が生じ，∆Tavg の上昇が抑制されている．Fig. 5（b）に TAT での ∆Tavg を時間の自然対数を用いて示す．ln(t) が 8 から 12 まではほぼ直線の関係が得られており，この傾き m から TAT での λe として 2.22
W m−1 K−1 が得られた．同様に，SU での λe は 1.71 W
m−1 K−1 となった．Fig. 6 に，TAT および SU で ∆Tavg
に対して（3）式の第 30 項まで考慮した漸近解を回帰した結果を示す．全区間の ∆Tavg に加えて， TRT 開始後
30,000 秒までの ∆Tavg と，TRT 開始 30,000 秒経過後の∆Tavg に対して回帰した．Table 3 に，それぞれ回帰による λe および r2C をまとめた．r2C については， TAT，
SU ともに上原 · 藤縄（2013）による値と比較して 1 ∼ 2
オーダー小さくなったが，前述の通りその物理的解釈は難しく，本論文ではその詳細な議論は行わない．TAT お
よび SU において全区間および 30,000 秒以降の ∆Tavg か

試験初期には線源の仮定から大きく逸脱していることが

ら得られた λe は，前節の数値実験で示した通り，作図法示された．一方 30,000 秒までの ∆Tavg を用いた場合，誤より得られた λe に対する誤差は 5 % 以内となった．一差は 3.2 % と十分小さくなり，50,000 秒までの ∆Tavg を方 TRT 開始 30,000 秒までの ∆Tavg を用いた場合，TAT

含めた場合は作図法の結果とほぼ一致し，線源の仮定がでは作図法とほぼ同じ結果となったが，SU では λe が妥当と判断できた．

λg > λs のときは，10,000 秒までの ∆Tavg からの推定では，作図法と比べて誤差は大きく 36.1 % となり，30,000

2.28 W m−1 K−1 と作図法よりも大きな値となった．これは，TAT では λg と λs がほぼ同じ値なのに対して，SUでは λg が λs より大きいことを示している．

土壌の物理性

18

第 128 号(2014)

Table 3 ケルビンの線源関数の漸近解を用いた逆解析による最適値．
Optimized thermal properties using an asymptotic solution of Kelvin’s line source function.

Effective thermal conductivity, λe , when the entire data were used ［W m−1 K−1 ］
r2C when the entire data were used ［W s m−1 K−1 ］
Effective thermal conductivity, λe , when first 30,000 sec data were used［W m−1 K−1 ］
r2C when first 30,000 sec data were used ［W s m−1 K−1 ］
Effective thermal conductivity, λe , when data from 30,000 sec were used ［W m−1 K−1 ］
r2C when data from 30,000 sec were used ［W s m−1 K−1 ］

TAT

SU

2.28
15.15
2.27
15.05
2.20
16.9

1.83
78.62
2.28
65.40
1.64
81.59

TAT および SU で得られた結果を検証するために，2.1に示した数値解法を用いて，TRT の順解析を行った．計算に用いたパラメータは TAT，SU それぞれ Table 1 に示す．両地点にて地下水流速は 10−5 cm s−1 のオーダー
で，実施時間が 48 時間の TRT では移流による熱移動は無視できると仮定した．Fig. 8 に，TAT および SU で

λg と λs のいずれにも作図法による λe を適用したとき（λg = λs ）の Tout の計算値（実践）を，実測値（シンボル）とともに示す．Cs（（14）式）には，TAT，SU ともに熱交換井掘削時に採取した不かく乱試料より探針型熱パルスプローブ（デカゴン社 KD2Pro）を用いて得られた平均値の 3.1 MJ m−3 K−1 を用いた．グラウトの体積
熱容量 Cg は，地盤の Cs を参考に 3.0 MJ m−3 K−1 を与えた．TAT において計算値と実測値はよく一致し，λg と

λs はほぼ同じとした本節の解析結果は妥当であるといえる（Fig. 8（a））．一方，SU では Tout を過大評価し，結果として TRT 時の正味熱交換量を過小評価した（Fig. 8（b））．先の解析より，SU では λg > λs である可能性が示された．SU では地下水面が地表面下 1m に位置し，熱交換井内グラウトは全層でほぼ飽和している．そこで λgを鴨志田ら（2013）による飽和 Accusand の熱伝導率とFig. 6 （a）TAT および（b）SU で TRT 時の流出熱媒体
温度の実測値と，ケルビンの熱源関数の漸近解により同定された有効熱伝導率 λe および r2C による計算値．全区間のデータ（実線）および TRT 開始後 30,000 秒（破線）まで，と 30,000 秒（一点鎖線）以降のデータを用いて同定を行った．

Observed fluid temperature at outlet of the U-tube at (a) TATand (b) SU fit with a recently developed, asymptotic solution
to Kelvin’s line source theory. In addition to the full data(solid line), data collected during the first 30,000 sec (dashedline) of TRT and those after 30,000 sec (dot dashed line)
were used.

同じ 2.8 W m−1 K−1 とし，λs については作図法による

λe と同じ値とした．この条件による計算の結果，TRT 初期も一定時間経過後も Tout の再現性が飛躍的に向上した（Fig （8），破線）．このように漸近解法の結果に基づいた順解析から，TAT および SU で Tout を再現することができた．これは，本論文での TRT データの解析に一定の信頼性を与えるものであり，今後試験時間の短縮を検討する際に参考とすることができる．なお，実際の地盤は堆積構造をなし，本解析のような均一な地盤ではない．
今後は堆積構造の影響や地下水流れの影響について同様の解析をする必要がある．

SU では，前節数値実験では誤差が十分に小さくなった 70,000 秒までの ∆Tavg に対して漸近解法を適用しても，λe は 2.13 W m−1 K−1 となり，作図法との誤差が十分小さくならなかった．Fig. 7 に SU での λe と te の関係を示す．SU では，Fig. 3 に示すように λe が te とともに滑らかに減少するのではなく，70,000 秒以降急激に減少した．これは SU で Fig. 5（a）の矢印で示す時間付近
で ∆Tavg が一段と上昇することに由来すると考えられる関数の漸近解を適用することで，TRT 実施時間を大幅が，この温度上昇の原因は不明であり，今後さらに解析

け熱伝導率に与える影響を明らかにした．本論文の数値が必要である．

解析では U 字管内の熱媒体の流れを一次元とみなし，U

4. まとめ本研究では上原 · 藤縄（2013）によるケルビンの線源に削減できる可能性について，数値実験を通して検討することを目的とした．そこで，異なる条件下で TRT を模し，解析に用いるデータ区間が推定される地盤のみか論文：熱応答試験実施時間の短縮がみかけ熱伝導率推定に与える影響: 数値的研究

19

字管内については移流による熱移動を考慮し，それ以外の U 字管本体，地盤，熱交換井内グラウトについては，移流を考慮せず三次元の伝導のみで熱移動が起こるとした．熱媒体から U 字管本体への熱移動については，U 字
管が非常に薄いため各時間ステップで瞬時に起こると仮定し，設定の容易さから吸込み · 湧出し項の中で扱った．
実施時間を短縮すると，U 字管を線源とはみなせず，
グラウトにより均一な媒体とみなせないため，実施時間が長く線源と十分みなせる条件下での作図法と比べて誤差が大きくなる．そこで，様々な λg に対して TRT 時の∆Tavg を数値解析法より求め，作図法や漸近解法を適用
し λe を推定し比較した．漸近解法で，λg と λs に大きな違いがない場合（λg = λs ），上原 · 藤縄（2013）により提案されている TRT 開始 30,000 秒までの ∆Tavg を用いれば，作図法と比べて誤差 5 % 以内で λe を評価できることが分かった．一方 λg と λs が大きく異なる場合（λg > λs ）でも，70,000 秒までの ∆Tavg を含めれば誤差が十分小さくなり，均一な媒体とみなせ，試験実施時間を推奨の 48 時間から大幅に削減可能であることが示しされた．
また，実際に TAT および SU で実施した現場 TRT の∆Tavg を用いて，漸近法により λe を評価した．その結果，
TAT では 30,000 秒までの ∆Tavg で推定した λe は作図法と変わらず，λg と λs がほぼ同じであることが示された．
一方 SU では λg と λs が大きく異なることが示めされ，

Fig. 7 SU において実測の ∆Tavg に対して，任意の時間
te までの ∆Tavg から漸近解法により推定された λe と te との関係．

Estimated λe as function of a given time te at which observed∆Tavg prior to this time were used to estimate λe from theasymptotic solution of Kelvin’s line source function at SU.

数値解法を用いた順解析でも同様の結果が示された．
本研究では，漸近解法を用いることで，TRT 試験実施
時間を 20 時間以内に大幅に削減しても，48 時間以上の試験時間が必要とされる作図法と比較して誤差 5 % 以内
でみかけ熱伝導率を評価できることが分かった．一方，
本研究では地盤の堆積構造や地下水流れなど今回考慮しなかったが，今後はこれらの影響を考慮した解析も必要となる．

謝辞
本研究は科学技術振興機構の CREST 研究課題「地圏
熱エネルギー利用を考慮した地下水管理手法の開発（代表：小松登志子）」の一環として行った研究である．本
研究の実施に当たっては，森谷滋宙氏（現弘前大学）にご協力頂いた．謝意を表します．熱応答試験の際には，（株）アグリクラスターの山下栄二氏にご協力いただいた．深く感謝いたします．また，閲読者，千葉克己編集委員，取出伸夫編集委員長には建設的な指摘を多くいた
だいた．深く感謝いたします．

Fig. 8 （a）TAT および（b）SU において TRT 時の流出
熱媒体温度 tout の実測値と（13）式から（16）式による計
算値．

Observed and simulated (using Eq. (13) – (16)) Tout during
TRT at (a) TAT and (b) SU.

土壌の物理性

20

第 128 号

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356.

旨

地盤熱応答試験（TRT）で，ケルビンの線源関数の近似解からみかけ熱伝導率 λe を推定する場合， 48
時間以上の試験時間が推奨されている．近年線源関数の漸近解を用いて試験初期のデータを用いた解析が提案され，試験時間の大幅な短縮の可能性が示された．本研究では数値解析を用いて，解析に用いる
データ区間が λe の推定に与える影響明らかにし，試験時間短縮の可能性について検討した．三次元の熱伝導方程式に一次元の移流熱移動方程式を組み合わせ，熱媒体から U 字管本体への熱移動について
は吸込み · 湧出し項の中で扱った．異なる条件下で熱媒体温度を求め，線源関数の近似解と漸近解を用い，みかけ熱伝導率を推定した．漸近解を用いることで，グラウトの熱特性が地盤と大きく異なる場合
でも，誤差 5 % 以内で試験時間を 20 時間以内に短縮できた．また，現場 TRT データの解析により，上記結果の正当性が評価できた．
キーワード：熱移動，地中熱利用，熱応答試験，みかけ熱伝導率，数値解析，グラウト熱伝導率

44 つ
の連
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コア
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が採
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土壌の物理性No. 128, p.23∼31 (2014)

タイ王国の水田におけるCH4 フラックスの緩和渦集積（REA）法による測定
小宮秀治郎 1 · 登尾浩助 2 · 庄子侑希 3 · 矢崎友嗣 4 · Toojinda Theerayut5

Measuring CH4 flux in a rice paddy field in Thailandusing relaxed eddy accumulation (REA) method
Shujiro KOMIYA1 , Kosuke NOBORIO2 , Yuki SHOJI3 , Tomotsugu YAZAKI4 and Theerayut TOOJINDA5

Abstract: Rice paddy fields are a major anthropogenic
source for methane (CH4 ), one of the dominant greenhouse gases (GHGs). Recently, micrometeorological techniques for measuring GHG flux in a field scale have beendeveloped. We evaluated a relaxed eddy accumulation(REA) method, a micrometeorological technique, to measure methane (CH4 ) flux in a rice paddy field during a flowering stage in Thailand. CH4 flux at the paddy water surface was also measured using the closed chambers installed
where no rice plant was grown. The CH4 fluxes with the
REA and closed chamber methods ranged between 1.9 mg
m−2 h−1 and 43.6 mg m−2 h−1 , agreed well with those previously reported in Southeast Asia. The exchange rates ofCH4 between the atmosphere and the rice canopy tended
to get higher during the daytime, and seemed to be regulated by the diurnal variations of horizontal wind speed
and soil temperature. In addition, temporal changes in CH4fluxes at the water surface might be affected by soil temperature. The CH4 fluxes measured with the REA method
were higher than those with the closed chamber method.
It appears that the REA method measured CH4 fluxes overrice plant canopy and the water surface whereas the closed
chamber method did only over the water surface.
Key Words : closed chamber method, horizontal windspeed, methane (CH4 ), relaxed eddy accumulation (REA)
method, rice paddy field, soil temperature

1. はじめにコメを主食とする東南アジア諸国では，水稲栽培面積が全世界の約 31 % を占めている（Redfern et al., 2012）．
1 Graduate School of Agriculture, Meiji University, Kawasaki, Kanagawa,Japan. Corresponding author: 小宮秀治郎，明治大学大学院農学研究科
2 School of Agriculture, Meiji University, Kawasaki, Kanagawa, Japan.
3 Formerly Graduate School of Agriculture, Meiji University, Kawasaki,
Kanagawa, Japan.
4 Research Faculty of Agriculture, Hokkaido University, Sapporo,
Hokkaido, Japan.
5 Rice Gene Discovery Unit, National Center for Genetic Engineeringand Biotechnology (BIOTEC), Kasetsart University, Kamphaengsaen,
Nakhonpathom, Thailand.
2014 年 6 月 19 日受稿 2014 年 10 月 21 日受理

その中でタイ王国は，世界 5 位の水稲栽培面積を有し，世界有数のコメの輸出国となっている（Baldwin et al.,2012）．このように，水田は主要穀物のコメを生産する
重要な農地である一方，温室効果ガスであるメタンの人
為起源発生量の約 29 % を占めている（IPCC, 2001）．水田からの CH4 発生量は水稲栽培期間中に多いことが報告されている（Buendia et al., 1997）．水稲栽培期間中は湛水条件になることが多いので，土壌は還元状態となりやすい．そのため，CH4 生成菌の活動が活発となることで，CH4 の生成 · 放出が促進される．土壌中で生成された CH4 の大気中への放出は，（1）イネの通気組織を経由した経路，（2）田面水中に溶解した CH4 濃度と大気中の CH4 濃度の濃度勾配による経路，（3）CH4 を含
んだ気泡の解放による経路を通して行われる（Schütz etal., 1989; 八木, 2004）．イネの通気組織を経由した経路
は水田からの全 CH4 放出量の 48 % から 85 % を占める
（Wassmann and Aulakh, 2000）．また，稲わらを多く鋤き込んだ水田では気泡の解放による CH4 放出の割合が全CH4 放出量の 35 % から 62 % を占めている（Wassmann
et al., 1996）．そのため，気泡解放による CH4 放出量を測定することが必要である（Green, 2013）．水田からのCH4 放出量は，土壌の物理化学性，圃場管理方法のみならず，刻々と変化する気象条件によっても変動する（八木, 2004）．水田圃場からの CH4 放出量の全容を把握するためには，CH4 フラックスを連続的に測定することが必要である（Yagi et al., 1996）．

1980 年代から世界各国において水田からの CH4 放出量を把握するために，CH4 フラックス測定が行われてきた（Cicerone and Shetter, 1981; Seiler et al., 1984; Yagi
et al., 1990, 1996; Wassmann et al., 2000; Towprayoon etal., 2005; Xie et al., 2010）．フラックス測定には一般にチャンバー法と微気象学的方法が使われるが，タイ王国
を含め，世界各国の水田における CH4 フラックス測定
ではチャンバー法が多く用いられてきた（Cicerone andShetter, 1981; Seiler et al., 1984; Yagi et al., 1990, 1996;
Wassmann et al., 2000; Towprayoon et al., 2005; Xie et al.,

土壌の物理性

24

第 128 号

Table 1 実験水田の圃場管理．
Field management for the experimental rice paddy
field.
Management practice

Date

Plowing
Applying rice straws
Transplanting
Flooding
First top dressing
Second top dressing
Flowering
Drainage
HarvestJune 26
June 26
July 1
July 5
July 20
August 19
September 9
September 26
October 20(2014)

2001）．
Businger and Oncley（1990）は，渦相関法と同様に1 高度で測定した風速とガス濃度を使うが，高速なガス濃度分析を必要としない緩和渦集積（Relaxed Eddy
Accumulation, 以下 REA と記す）法を開発した．REA
法は，鉛直風速（w）が正の時（上向きの風）と負の時（下向きの風）に応じて別々に大気を採取して一定時間貯留し，それぞれの貯留した大気試料中のガス濃度の差からフラックスを測定する方法である．Beverland etal.（1996）は，REA 法と渦相関法によって測定した湿原における CH4 フラックスが良好に一致したと報告している．
本研究では，REA 法を用いて水稲栽培期における水田
全体の CH4 フラックスと，イネのない場所に設置したTable 2 １回目と 2 回目の追肥の施与量．
The amount of topdressing fertilizer applicationin the study field.

チャンバーを用いて，水面から放出される CH4 フラック
スとを測定した．イネの通気組織と水面を経由した CH4フラックスと環境条件の関連について考察した．

Application rate (kg ha−1 )Fertilizer

First

Second

N
P2 O5
K2 O

9.2
0
0

10
7.5
5

2. 実験方法
2.1 調査地と圃場管理
実験はタイ王国ナコンパトム県カンペンセン郡に位置するカセサート大学カンペンセン校キャンパス内の実験

2010）．しかし，チャンバー法は測定範囲がチャンバーの底面に限定されるため，空間代表性が乏しい（Simpson
et al., 1995; Miyata et al., 2000）．また，チャンバーで水田（14◦ 02’ 14” N，99◦ 58’ 05” E）において行なった．
調査対象地は中部地帯に位置し，タイ王国の主要な稲作地帯の１つで（FAO, 2002），ケッペン気候区分の熱帯サバナ気候帯に属している．実験地の南 2,900 m にある気地表面を覆うことでチャンバー内の大気の流れや気圧

象台における 2009 年の年平均気温，年間降雨量は，そを乱し，気温 · 日射量 · ガス濃度を変化させるので，フれぞれ 27.6◦ C，1.184 m であった（TMD, 2009）．実験地

ラックス測定値が影響を受ける懸念が報告されているは平坦で，水田土壌の土性は埴壌土（砂: 43 %, シルト:

（Simpson et al., 1995; 平野, 2001）．

41 %, 粘土: 16 %）であった．

一方，微気象学的方法（傾度法，渦相関法，緩和渦集積

実験水田は稚苗移植の 5 日前に耕起され，耕起の際に法など）を使ったフラックス測定は，連続的な測定が出

稲わらが鋤き込まれた．湛水処理は稚苗移植後 4 日目に来る上に，測定対象面の環境をほとんど乱さない．さら行われ，最終落水日まで水田の湛水深は 0.05 m から 0.1に，得られるフラックス測定値は風上側の比較的広い面

m の範囲で維持された．実験水田の圃場管理を Table 1積における平均値であるので，微気象学的手法は対象地に示す．水稲栽培期間中は雨季であり，実験水田にはカの代表値を得るのに適している（平野, 2001）．これらのセサート大学イネ研究所の開発したインディカ種である

ことから，近年，微気象学的方法を用いて広域の水田にの風速とガス濃度の測定のみを必要とする渦相関法は，Sinlek を栽培した．2009 年 7 月 2 日に 1 株あたり 1 本
を 0.25 m × 0.25 m の間隔で移植した．基肥は施用せず，追肥を移植 19 日後（1 回目）と移植 49 日後（2 回目）に施用した．それぞれの追肥の内訳を Table 2 に示す．
2009 年 10 月 6 日に稲刈りを行い，籾の収量は 1,565 kg
ha−1 であった．これはタイ王国ナコンパトム県カンペ
ンセン郡で栽培される代表的な品種である Pathum Thani
1 の平均収量 3,938 kg ha−1（Siangliw, 私信）に比べて半分以下であった．これは，栽培した Sinlek 種が収量目的

大気中の乱流によるガス輸送量を直接測定するので，最ではなく，高機能性米として改良された品種であるためも信頼性の高い微気象学的フラックス測定法とされていである．

おける CH4 フラックスを評価する研究が多くなっている（Kanemasu et al., 1995; Miyata et al., 2000; Werle andKormann, 2001; Kim et al., 2005; 滝本ら, 2010）．
微気象学的方法を用いた CH4 フラックス観測に関する既往の研究では，多点の高度における風速とガス濃度の測定が必要な傾度法が用いられてきた（Denmead,

1991; Miyata et al., 2000; 滝本ら, 2010）．1 つの高度でる（原薗ら, 1996）．しかし，風速とガス濃度を 10 Hz 以

水田における CH4 フラックスと環境条件の測定は，上の高速度で測定する必要があり，応答速度の速い CH4
濃度分析計は極めて高価であるので，渦相関法による2009 年 9 月 5 日から 9 月 12 日にかけて行った．この期
間はイネの出穂開花期にあたっており，稲丈は約 1.2 m

CH4 フラックス測定は広く普及していない（宮田 · 原薗,程度であった．

論文：タイ王国の水田における CH4 フラックスの緩和渦集積（REA）法による測定

25

Fig. 1 REA 法による測定システムの模式図 （庄子, 2009 改変図）．
Schematic diagram of an REA system (Shoji, 2009 diagram modified).

2.2 CH4 フラックス計の測定点と空気取り込み口の西南西側の圃場はイネが2.2.1 REA 法

栽培されており，圃場の大きさは 50 m × 50 m であっイネの通気組織経由と田面経由を含んだ，圃場からのた（Fig. 2）．Harazono et al.（1998）は，水田における平均的な CH4 フラックスを測定するために，REA 法を

フットプリント解析により，ゼロ面変位から測定高度の使用した．Fig. 1 は REA 法による測定システムの模式

距離が 1.7 m ，大気の安定度が中立の条件では，風上側図である．3 成分超音波風速計（SAT540, KAIJO 社）と50 m 以内の範囲が全フラックスの 64 % に寄与している

データロガー（CR1000, Campbell Scientific 社）を用いと報告した．本実験では，群落高の 0.64 倍（Campbell,て，地上 2 m の高さにおける鉛直風速 w（m s−1 ）を 10

1986）と仮定したゼロ面変位（0.7 m）から測定高度（1.9m）の距離が 1.2 m であったので，風上側約 50 m 以内のHz で測定し，w の値が正の時は上向きの風に，w の値が負の時は下向きの風に分類した．w の正負に応じてデータロガー（CR1000）により電磁弁の切り替えを制

範囲が全フラックスに大きく寄与していると考えた．また，風速測定位置から北側へ 2 m 離れた位置にある測定御して，上向き風を検知した時には上向き風用の空気をシステムの収納小屋（縦 2 m × 横 2 m × 高さ 2 m）の影

2 L 空気タンクに，下向き風を検知した時には下向き風用の 2 L 空気タンクに空気を貯留した．それぞれの空気
タンク内に貯留した空気の CH4 濃度は光音響ガスモニ
タ（1412, INNOVA 社）を用いて 20 分毎に測定して，1

響を避けるために，主風向が北北東から北北西の時は，CH4 フラックスの算出は行わなかった．さらに，降雨中のデータも使用しなかった．
本実験で使用した光音響ガスモニタは，CH4 濃度出力

時間平均値を求めた．本光音響ガスモニタの制御とデー

値が水蒸気濃度に依存するので，CH4 濃度，即ち，CH4

タ保存は CR1000 で行った．REA 法による CH4 フラッフラックスを精度良く測定できないことが報告されてクス JREA (mg m−2 h−1 ) は（1）式で算出した（McInnes

いる（庄子, 2009）．そこで，水田において空気タンクに貯留した空気の CH4 濃度を FID 付ガスクロマトグラフ

and Heilman, 2005）．

（6890N, アジレント社製）と光音響ガスモニタの両方で

JREA = Bσw (Cu −Cd ) × 3600(1)測定を行い，重回帰分析により光音響ガスモニタの較正を行った．

ここで，JREA

はガスフラックス（mg m−2 h−1 ），B は実験値（= 0.4 ∼ 0.7）（Ammann and Meixner, 2002），σw

は鉛直方向風速の標準偏差（m s−1 ），Cu と Cd はそれぞれ上向きと下向きのタンク内の CH4 濃度の 1 時間の平均値（mg m−3 ）である．

B の値は通常，渦相関法と REA 法による顕熱フラッ
クスを比較して決定される（鱧谷ら, 2001）．既往の研究により，B は 0.56 を中心に 0.4 ∼ 0.7 の範囲で変動することが報告されている（Ammann and Meixner, 2002;
McInnes and Heilman, 2005）．さらに，水田や湿地において，B の中央値は 0.55 ∼ 0.57 の範囲で変動するとされている（Tsai et al., 2012）．そのため，本研究では
B = 0.56 とした．
実験期間中の卓越風向は西南西で，3 次元超音波風速

Ccali = 4.2 × 10−2 ×CINNOVA − 10−2 × esat
−10−5 ×WVINNOVA + 1.7(2)

ここで，Ccali は較正式から得られた CH4 濃度（mg m−3 ），CINNOVA はガスモニタが測定した CH4 濃度（mg m−3 ），esat は大気の飽和水蒸気圧（hPa），WVINNOVA はガスモニタが測定した水蒸気濃度（mg m−3 ）である．ガスク
ロマトグラフで測定した CH4 濃度と較正式から得られた CH4 濃度（Ccali ）との関係を Fig. 3 に示す．サンプル数は n = 147，Ccali の 2 乗平均平方根誤差（RMSE）は0.04 mg m−3 であった．従って，（2）式の適用範囲は 1.1−3∼ 1.5 mg m 程度が妥当である．

土壌の物理性

26

第 128 号(2014)

Fig. 2 観測サイト及び REA システムの収納小屋 · チャンバーの配置図と卓越風向．
Site diagram of the study field, showing locations of the container for REA system, chambers,
ultrasonic anemometer, air inlet and prevail wind direction.

2.2.2 チャンバー法

過時間（h），C(t) は時間 t におけるガス濃度（mg m−3 ）密閉式チャンバー法を用いて，大気と水面間の濃度勾である．この際，人為的な撹乱による影響を受けたと考配と気泡の解放による水面経由の CH4 フラックスを測定した．無底のブリキ製円筒（直径 28.8 cm，高さ 23.5cm）を使って密閉式チャンバーを自作した．円筒の上蓋を貫通させて，採気口と温度計を取り付けた．また，上蓋内側には，調圧袋とチャンバー内空気を撹拌するための電動ファンを取り付けた．

2009 年 9 月 5 日に，REA 法測定位置に対し西側の水田のイネと畦の間にチャンバーを 2 個，東側の水田のイ
ネと畦の間にチャンバーを 1 個設置した．チャンバーの下端を 3.5 cm 地中に挿入し，ガスサンプリング毎に水面から上蓋までの高さを 4 点測定し，内容積を求めた．また，2009 年 9 月 11 日に，東側の水田の水位が上昇した

えられるガスフラックスについては，除外した．
チャンバー内のガス濃度の時間変化は次式に従うと仮定した（de Mello and Hines, 1994）．

[

]
dC(t)
= k(Cmax −C(t))
dt

ここで，Cmax は最大ガス濃度（mg m−3 ），k は実験定数である．初期ガス濃度を C0 とすると，（4）式の解析解は次式で与えられる（de Mello and Hines, 1994）．

ため，東側水田のチャンバーを西側の水田に移設した．
チャンバーの設置位置の詳細を Fig. 2 に示す．上蓋をかぶせてチャンバーを密封した直後を 0 分として，0，10，

20，30 分後にチャンバー内の気体をシリンジでそれぞれ
40 ml 採取した．採取した気体は真空にした 20 ml のバ
イアル瓶に封入した．気体を封入したバイアル瓶は保冷剤を入れたクーラーボックスに保管して，採気終了後に実験室に運んで FID 付ガスクロマトグラフを用いて分析した．2009 年 9 月 12 日まで約 7 時間ごとに採気した．
チャンバー法によるガスフラックスは次式で求めた（de Mello and Hines, 1994）．

[]
V dC(t)
Jch =
A
dt

(3)

ここで，Jch はガスフラックス（mg m−2 h−1 ），V はチャ
ンバー容積（m3 ），A はチャンバー断面積（m2 ），t は経(4)Fig. 3 較正式から得られた CH4 濃度と GC/FID で測定した CH4 濃度（mg m−3 ）の関係．
Relationship between CH4 concentration calibrated andCH4 concentration by GC/FID.

論文：タイ王国の水田における CH4 フラックスの緩和渦集積（REA）法による測定

27

Table 3 東南アジア各国の出穂開花期の水田で測定された CH4 フラックスと本研究結果との比較．
Comparison of CH4 fluxes in rice paddy fields in Southeast Asia during heading and flowering stages.
LocationCH4 flux(mg CH4 m−2 h−1 )SeasonIrrigation
condition

Application oforganic matter

Measuring
methodIndonesia

19.5 – 44.8

Dry and
Rainy

FloodedRice straw

Chamber

Philippines

9.7 – 37.4

Dry

Floodedand drainage

Organic matter

Micrometeorology

Thailand6.7 – 23.4

Rainy

FloodedRice straw or
rice straw compost

ChamberThailand3.4 – 55.6

Rainy

FloodedNo data

Chamber

Nugroho et al.
(1996)
Simpson et al.
(1995)
Jermsawatdipong et al.
(1994)
Towprayoon et al.
(2005)

This study

1.9 – 43.6

Rainy

FloodedRice straw

Micrometeorology

This study

References

通風した温湿度センサー（HMP45A, Vaisala）で地上生成菌による CH4 生成速度が上がるので（Westermann,
1993），夜間に比べて地温が上昇する日中に CH4 フラッ
クスが大きくなったと考えられる（Wang et al., 1997）．
田面水を経由して大気中へ放出される CH4 は，主に気泡による放出であると報告されている（Wassmann et al.,
1993, 1996）．本実験水田における気泡中の CH4 濃度は，
Uzaki et al.（1991）の報告値（1 – 59 %）と同様に 31.4
% と極めて高かった（小宮, 2012）．気泡は稲わら等の作

高 2 m の気温 · 相対湿度を，T 型熱電対で深度 0.05 m

物残渣が鋤き込まれた水田土壌において形成されやすいの土壌温度を 10 秒間隔で測定した．測定したデータはので（Watanabe and Kimura, 1995），稲わらが土壌に鋤

データロガー（CR23X, Campbell Scientific 社）を用いてき込まれている本実験水田においても，CH4 気泡が形成

5 分毎に平均値を記録した．大気圧は気圧計（RS-12P,
ESPEC 社）を用いて 30 分間隔で測定して記録した．

されやすい条件であった．実際に土壌温度が上昇した 7

C(t) = Cmax − (Cmax −C0 ) exp(−kt)(5)

測定したガス濃度に対して解析解をマイクロソフトエ
クセルのソルバー機能を用いて適合し，k と Cmax の値を決定した．

2.3 環境条件

時頃から 15 時頃にかけて，気泡が湛水下の表面土壌から噴出する様子を目視により観察した．土壌の温度の上3. 結果および考察

昇により気泡が膨張して，浮力が大きくなることで地表面から水中を上昇した後，大気へ解放されて，水面経由

出穂開花期の本実験水田において，REA 法とチャンバー法で測定した CH4 フラックスは 1.9 mg m−2 h−1 から 43.6 mg m−2 h−1 の範囲で変動した（Fig. 4a）．この変動は，他の研究者によって東南アジア各国の出穂開花期の水田で測定された 3.4 mg m−2 h−1 から 55.6 mg m−2

h−1 と同程度であった（Table 3）．

の CH4 フラックスが上昇したと考えられる（Kellner etal., 2006）．
気泡の体積は気圧の低下によっても増加する（Fechner-

Levy and Hemond, 1996; Kellner et al., 2006; Tokida et al.,2007）．Tokida et al.（2007）により，16 hPa 程度の大きな気圧の低下に伴い，気泡による突発的な CH4 放出が測定期間中，水平風速は 6 時頃から増加し，12 時頃か生じたことが報告されている．本測定期間中では，気圧ら 16 時頃にかけて極大となり，その後，夜間にかけてが低下した 9 時から 15 時にかけて，CH4 フラックスは減少した（Fig. 4b）．REA 法による CH4 フラックスは 6

上昇し，極大となった（Fig. 4 a, d）が，気圧の低下は最時頃から 12 時頃にかけて上昇し，12 時頃から 16 時頃に大で 4 hPa 程度であった．そのため，気圧低下は CH4 フ

かけて極大となった（Fig. 4a）．そのため，水平風速の日

ラックスの上昇に寄与した可能性はあるが，その寄与の周変動は REA 法による CH4 フラックスの日周変動に寄度合い等は今後の更なる研究を待つ必要がある．

与したと推察される（Fig. 4a, b）．水稲群落内の CH4 濃

測定期間を通じて REA 法による水田全体からの CH4

度は大気中に比べて通常高いので（Miyata et al., 2000），

フラックスはイネのない場所に設置したチャンバーによ

水平風速の大きい時間帯では，水稲群落内へ侵入する風

る測定値の平均と比べて大きい傾向にあった（Fig. 5）．

により，水稲群落と大気間の CH4 交換が促進されると考また，REA 法による CH4 フラックスが 1 : 1 直線の上えられている（原薗ら, 1996）．また，水平風速が大きくなるとより多くの乱流渦が形成されるので，鉛直方向風
速の標準偏差 σw が大きくなり，（1）式からも分かるよ
うに夜間に比べて日中にフラックスが大きくなった一因と考えられる．
また，土壌の温度が高いときも CH4 フラックスが増加した（Fig. 4a, c）．土壌温度の上昇に伴って土壌中の CH4側にある時，REA 法とチャンバー法の CH4 フラックスの間には有意な線形関係が認められ（傾き 1.06, 相関係
数 r = 0.976, p < 0.001, n = 10），切片は 0 でなかった（ p < 0.001）．REA 法による CH4 フラックスはチャン
バー法のイネのない場所のフラックスより平均で約 6.4

mg m−2 h−1 大きかった．これは，イネのない場所のフラックスは水面経由のみであるのに対し，REA 法による

土壌の物理性

28

第 128 号(2014)

Fig. 4 (a) REA 法とチャンバー法による CH4 フラックス，(b) 水平風速，(c) 深度 5cm の土壌温度，(d) 気圧の経時変化
Temporal changes in (a) CH4 flux by REA and chamber methods, (b) horizontal wind velocity,(c) soil temperature at 5 cm deep, and (d) atmospheric pressure.

水田全体からのフラックスはイネの通気組織経由と水面ラックスが REA 法に比べて大きくなったと考えられる．

経由の両方であるためと考えられた．
しかし，9 月 7 日と 9 月 11 日夜間には，チャンバー法

4. まとめによる CH4 フラックスの平均値が REA 法の値を上回った（Fig. 5）．チャンバーは 3 地点に設置したので，いず

本研究では，REA 法とチャンバー法を用いて，タイ王

れかのチャンバーが気泡の噴出による急激な CH4 放出

国の水田における CH4 フラックスを測定した．両手法を測定したことで，チャンバー法による CH4 フラックで測定した CH4 フラックスの値（1.9 mg m−2 h−1 からスの平均値が大きくなったと考えられる．それに対し，

43.6 mg m−2 h−1 ）は東南アジアの既往の報告値（3.4 mg
m−2 h−1 から 55.6 mg m−2 h−1 ）と同程度であった．さらに，CH4 フラックス · 水平風速 · 土壌温度は朝方からREA 法は風上側の大気中の平均的な CH4 濃度を測定するので，チャンバー法の様に特定箇所での急激な CH4 濃
度上昇を検出しにくい性質がある．そのため，9 月 7 日と 9 月 11 日夜間において，チャンバー法による CH4 フ

日中にかけて増加し，夜間にかけて減少した．このことから，CH4 フラックスの日周変動は，既往の報告例と同

論文：タイ王国の水田における CH4 フラックスの緩和渦集積（REA）法による測定

29

Fig. 5 REA 法による水稲群落上及び田面水上の CH4 フラックスとチャンバー法による田面水上の CH4 フラックスの比較（エラーバーは ±1SD を示す, n = 3）．
Comparison of CH4 fluxes over rice canopy and the water surface measured by REA andat the water surface measured by chamber methods. Bars indicate one standard deviation
with n = 3.

様に，水平風速と土壌温度の影響を受けたと考えられた．

quantities. J. Geopys. Res., 107(D8): 4071.

測定期間を通じて，REA 法による水田全体からの CH4

Baldwin, K., Childs, N., Dyck, J. and Hansen, J. (2012): South-

フラックスはイネのない場所に設置したチャンバーの平east Asia’s Rice Surplus. A Report from the Economic Re-

フラックスに比べて約 6.4 mg m−2 h−1 大きかっsearch Service, Outlook No. (RCS-12l-01): 1–38, USDA,均 CH4

た．これは，イネのない場所の CH4 フラックスは田面Washington, DC.

水経由であるのに対し，REA 法による水田全体からのBeverland, I.J., Oneill, D.H., Scott, S.L. and Moncrieff, J.B.

CH4 フラックスはイネ通気組織経由と田面水経由の両方(1996): Design, construction and operation of flux measure-であるためと考えられた．

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本研究の一部は（財）日本学術振興会科学研究費補助金（基盤研究（A）課題番号 18208021），文部科学省平成

21 年度私立大学戦略的研究基盤形成支援事業（事業番号:
S0901028），日本学術振興会特別研究員科学研究費の助成を受けて行った．タイ王国イネ科学研究所の MeechaiSiangliw 博士にはシステムの維持管理をして頂いた．農業環境技術研究所の小野圭介博士には微気象学的手法のsion from rice ecosystems as basis of mitigation strategies. Applied Energy, 56: 433–444.
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博士には論文を執筆する上で御助言を頂いた．ここに記

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して謝意を表する．

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要

旨水田は，温室効果ガスである CH4 （メタン）に対する主要な人為的発生源のひとつである．近年，広域な測定範囲からの CH4 フラックスを測定するために微気象学的手法が開発されている．本研究では，微気象学的手法の一つである緩和渦集積（REA）法を用いて，タイ王国の水田において出穂開花期の CH4
フラックスを測定した．また，チャンバーをイネのない場所に設置して，田面水からの CH4 フラックスを測定した．REA 法とチャンバー法で測定した CH4 フラックスの観測値（1.9 mg m−2 h−1 から 43.6

mg m−2 h−1 ）は既往研究で報告された値と同程度であった．水稲群落と大気間の CH4 交換量は日中に大きい傾向があり，水平風速と土壌温度に依存した日周変動を観測した．田面水からの CH4 フラックスも同様に，土壌温度上昇に伴って大きくなった．REA 法によって観測された CH4 フラックスは測定期間を通じてチャンバー法による値に比べて大きい傾向にあった．これはチャンバー法によるイネのない場所からの CH4 フラックスは田面水経由であるのに対し，REA 法による水田全体からの CH4 フラックスはイネ通気組織経由と田面水経由の両方であるためと考えられた．
キーワード：密閉式チャンバー法，水平風速，メタン（CH4 ），緩和渦集積（REA）法，水田，土壌温度

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J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 128, p.33 ∼ 38 (2014)

土壌ガス中 CO2 濃度の分析を想定した簡易分析系の構築
飯山一平 1 · 飯村大樹 2

A simple CO2 gas analyzing system for soil gas samples
Ippei IIYAMA1 and Daiki IIMURA1

Abstract: This study proposed a simple CO2 gas analyzing system for soil gas samples. The system consisted of a
portable infrared-sensing CO2 probe with an RS232C-type
interface and a personal computer. A free-software wasused to collect signal outputs from the probe and store theoutput data in the computer. The calibration of the systemgave a definite linear relationship between the outputs fromthe system and the actual CO2 concentrations of gas samples. The calibration did not depend on temperature. Effects of the sampling time on the CO2 concentrations werealso quantified. Although the measured values linearly decreased 1 to 2 % due to time-lag between gas sampling andgas analysis, it is possible to correct the measured values if
the linear reduction was evaluated in advance.
Key Words : calibaration, CO2 concentration, simple gas
analyzing system

られるが，埋設時に管の途中部分の潰れによる閉塞に留意を必要とする．これらの資材の内部に土壌ガスを確保する上で，硬質資材の埋設端に 5 ∼ 10cm の長さに渡って細孔を多数設ける方法（Davidson and Trumbore, 1995;

Pendall et al., 2003; Fierer et al., 2005）や，ポリエチレン
等の材質の多孔質フィルターを別途装着する方法（森本ら, 2009）がある．また，資材自体を，ポリプロピレン（Flechard et al., 2007）やシリコン（柳井 · 常田, 2009; 遠藤ら, 2010; 加藤ら, 2013）等のガス透過性多孔質材とする場合もある．以上，土壌ガスへの接近法はいずれも，採取器材埋設による方法として実質的に同等であり，特段の不都合は見出しにくい．
一方，埋設資材からの土壌ガスの採取，およびその後の輸送に係る手順や器材に関しては，シリンジ等により採取した土壌ガスを，予め実験室で真空にしたバイアル

1. はじめに瓶に注入し保存 · 輸送した例（Risk et al., 2002; 井本ら,

土壌気相中の CO2 濃度の深度分布は，土壌における炭2003; 森本ら, 2009）と，ガス採取とその後の輸送用の双方にシリンジを用いた例（Suarez and Šimůnek 1993;
Davidson and Trumbore, 1995; Pendall et al., 2003）に大素固定 · 放出機構の解明の上で最も基本的な情報の一つである．その観測頻度については，生物呼吸活動，土壌別される．

ガス輸送性の両者が共に土壌水分条件へ依存することか

分析供試用のガス体積については，10 ml 程度（井本ら，土壌水分変化の追跡に応じた回数が必要となる．まら, 2003; Fierer et al., 2005）の他，5 ml 未満（Suarez andた，土壌中 CO2 ガスフラックスを評価する場合，ガス濃る．さらに，圃場規模 · 地域規模での変動傾向を把握すŠimůnek, 1993; Davidson and Trumbore, 1995; Risk et al.,
2002; 森本ら, 2009）が多い．よって，実用的なガス試料の採取 · 輸送量は数 ml 程度と考えられる．

る場合，多数の観測地点を必要とする．以上より，土壌

バイアル瓶を輸送容器として使用する場合，土壌中か

気相中 CO2 濃度を対象とした観測は多供試数となる傾らのガス試料採取 → ガス試料の輸送容器への封入 → ガ

度勾配の把握のために，土壌層位毎に観測点を必要とす

向が強く，よって，分析に係る器材や手順を簡易なもの

ス試料の輸送容器からの取り出し → ガス試料の分析器としたい．

への投入，等の手順となり，異なる容器間でガスを出し土壌ガスへの接近法としては，ガス採取のための管状入れする機会が多くなる．輸送容器の真空脱気等，付随資材を埋設する方法が多い．管状資材には，金属管あるする手続きや機器を要する点も，手順簡易化の検討余地

いは塩化ビニール（PVC）管等の硬質資材が多く用いらとなる．

れる（Davidson and Trumbore, 1995; Pendall et al., 2003;

これに関する課題提起の例として，加藤ら（2013）は，

Fierer et al., 2005; 森本ら, 2009）．ナイロンチューブ等

ガスクロマトグラフによる定量結果が土壌中埋設赤外線の軟質資材を用いた例（Suarez and Šimůnek,1993）も見

分析器（Infrared Gas Analyzer, 以下, IRGA）による定量
結果を大きく下回ったデータを報告した．その原因とし

1 Faculty of Agriculture, Utsunomiya University, 350 Mine, Utsunomiya,Tochigi, 321-8505, Japan. Corresponding author : 飯山一平, 宇都宮大学
農学部.
2014 年 4 月 3 日受稿 2014 年 11 月 16 日受理て，加藤ら（2013）は，ガス試料輸送容器であるバイアル
瓶を真空脱気して用意する際の真空度の不足を挙げた．
よって，土壌ガス試料採取から分析供試までのガス試料

土壌の物理性

34

第 128 号(2014)

Fig. 1 CO2 濃度分析系の構成機器類．
The schematic diagram of the components of the CO2 gas analyzing system and their configuration.

の保持作法をできる限り単純なものとすることもまた，有用となる．
輸送容器の持つガス試料密封 · 保持性能については，輸送容器の種類にかかわらず，検証を必要とする．一量化，データロガーや外気吸引ポンプの無用化，について工夫の余地を求めた．

2. 分析系の概要

方，こうした検証については，既往事例の多くにおいて，Fig. 1 に CO2 濃度分析系の概要を示した．分析系は，説明が省略されているか，十分に試みられていない．ガ「パソコン · USB-RS232C ケーブル · CO2 分析器」の通ス試料の密封 · 保持に関連して，ガス試料採取から分析供試までの時間についても，限られた研究事例の中に，

信系と，「N2 ガスボンベ · 供試ガス注入口 · CO2 分析器」の通気系とから構成した．CO2 分析器として GMP343「速やかに」（Suarez and Šimůnek, 1993），「24 時間以内」 （Vaisala 社, Helsinki, Finland）を用いた．GMP343 につ（Pendall et al., 2003），「10 時間以内」（森本ら, 2009），「4
いては拡散型またはフロースルー型の 2 種類の仕様か時間以内」（Fierer et al., 2005）等が見られ，数時間からら後者を選んだ．理由として，分析器内への供試ガス

1 日程度での実践事例が多い．以上より，ガス試料採取

導入と分析後のガスの廃棄とに係る随意性を考慮した．

以降の数時間におけるガス試料の保全性の検証もまた，土壌ガス試料中の CO2 ガス濃度の定量用分析器とし

GMP343 のその他の仕様を Table 1 に載せた．三方栓に TS-TR1K（テルモ株式会社, 東京）を，シリンジに
SS-05SZ（テルモ株式会社, 東京）を，用いた．

ては，ガスクロマトグラフを使用した事例が多い（Risk et

GMP343 は，測定結果を RS232C 規格でのデジタル

al., 2002; 井本ら, 2003; Fierer et al., 2005; 森本ら, 2009）．

信号として出力する．その測定結果のパソコンへの記録

ガスクロマトグラフを中心とした分析系は，汎用実験系に，フリーソフトウェア（232 エクセルロガー; 株式会社

有用である．

である一方，初期投資や設置スペース等，相応の導入障C2 D2 ; 名古屋市）および Microsoft Excel を用い，デー壁が存在する．

タロガーを必要としない分析系とした．232 エクセルロ

一方，ガスクロマトグラフに次ぐ分析器として，IRGA

ガーは，Windows95/98/Me/NT4.0/2000/XP 上での動が挙げられる．IRGA へのガス試料の供試法や IRGA の作が確認されており，Windows7（Service Pack 1）上で較正方法に関し，IRGA に脱 CO2 のキャリアガスを流しも動作可能であった．

て供試ガスを乗せ，IRGA からの出力を時間–濃度曲線

した分析系の特徴として，多量のキャリアガス，データ

GMP343 に付属の RS232C 規格のケーブルとパソコン
側の USB ポートとの接続には，USB-シリアル変換ケーブル（UC-SGT; エレコム株式会社; 大阪）を用いた．Fig.
1 の通信系の配線に係る設定項目は，COM ポート番号，

ロガー，外気吸引ポンプ等の必要性が挙げられ，これら

通信速度，フロー制御，データビット，パリティ，ストッ

もまた簡易化の対象となる．

プビットであった．いずれの項目も，パソコンのデバイのピーク面積として記録する方法がある（Davidson andTrumbore, 1995; Iiyama and Hasegawa, 2009）．これに類以上より，本研究では，携行型赤外線 CO2 分析器を用

スマネージャーとソフトウェアとの双方で設定した．

いた簡易 CO2 濃度分析系の構築事例を示した．そして，計測データ記載用として，空の Excel ファイルを用意

土壌ガス試料の確保作業の単純化および供試までの保全した．また，通信手順を記したテキストファイルを，ソ性の検証の他，既報の分析系に対し，キャリアガスの少フトウェアの仕様に従った書式で作成した．

研究ノート：土壌ガス中 CO2 濃度の分析を想定した簡易分析系の構築

35

Table 1 携行赤外線型 CO2 濃度分析器「GMP343」の仕様．
The specification of the portable infrared-sensing type CO2 gas analyzer “GMP343”.
本体サイズ

長さ 180 mm, 直径 55 mm, 質量 360g

測定原理

単光源二波長 NDIR (Nondispersive Infrared Detector) 方式

測定範囲
精度 (25 ◦ C, 1013 hPa)
温度依存性 (−40 ∼ 60 ◦ C)
ノイズ
反応時間
動作環境温度
電源, 消費電力
アナログ出力デジタル出力0 ∼ 1000, 0 ∼ 2000, 0 ∼ 3000, 0 ∼ 4000,
0 ∼ 5000, 0 ∼ 20000 ppm から出荷時選択
0 ∼ 1000 ppm : ± 3 ppm + 読み値の 1 %0 ∼ 2000 ppm 以上 : ± 5 ppm + 読み値の 2 %500 ppm 未満 : ± 3 %, 500 ppm 超 : ± 5 %350 ppm において, ± 3 ppm
ガス流量 1.2l/min で 8 秒, 0.3l/min. で 26 秒
−40 ∼ +60◦ C, 気圧 0 ∼ 5bar
11 ∼ 36 VDC, 1 W 未満
4 ∼ 20 mA, 0 ∼ 2.5 V, 0 ∼ 5 V から出荷時選択
RS232 または RS485*）選択可能項目については，本研究で用いた仕様を太字とした．

気から孤立させる．初めに二方栓を閉じ，次に，

3. 分析系の操作手順

分析系内圧力が大気圧であることを確認し，三方栓③の L のみを閉じる．

分析系（Fig. 1）の操作手順を下記した．1 供試体あたりの分析所要時間は 1 分程度であった．
（i）通信系の起動
分析系内の CO2 濃度のパソコン上への表示を開始する．また，三方栓②に圧力計（PG-100-102GP,

NIDEC COPAL ELECTRONICS Corp., 東京）を取り付け，三方栓②は三方全開とする．
（ii）分析系内ガスの N2 ガスによる置換（パージ）への準備
三方栓①を，供試ガスシリンジ側（Fig. 1 中で Sと付した．「ガスの流向に対する側面部 （Side）」の意）のみを閉じ，N2 ガスの上流側および下流側（Fig. 1 中でそれぞれ U および L の符号を付した．それぞれ「上流側（Upper stream）」，「下流側（Lower stream）」の意）の二方を開けた状態とする．次に，撹拌用シリンジを S 側に取り付けた三方栓③について，S のみ閉じ，U および L を開く．
撹拌用シリンジの内容積は 0 ml としておく．
（iii）分析系内ガスの N2 ガスによる置換
供試ガスの分析系への投入以前に，分析系内の余
分な CO2 を，N2 ガスの通気によって全て追い出
す．まず，二方栓を開け，N2 ボンベから三方栓③まで N2 ガスを緩く流す．パージの間，分析系内部に高圧が掛からない様，二方栓の開閉を調節し，圧力計の表示を用いて分析系内圧を 2 kPa 程度に保つ．分析系内部の CO2 濃度が，N2 ガスの通気によって実質的に 0 ppm（0 ± 3 ppm 程度でドリフトした状態）となったことを，パソコン上で確認する．
（iv）分析系内への供試ガス導入の準備
分析系の内，二方栓から三方栓③の間の部分を外（v）供試ガスシリンジの分析系への接続
供試ガスシリンジには予め 4 ml 程度を供試ガスとして封入しておく．封入にあたり，シリンジ先
端には，ストップコックとして三方栓を用いる．
ストップコック用三方栓を付けた供試ガスシリン
ジを，三方栓①の S へ取り付ける．取り付け動作の間，ストップコック用シリンジを開栓の上，供試ガスの内の 1 ml 程度を緩く放出しながら，三方
栓①の S の内側を共洗いする．供試ガスシリンジが三方栓①の S に取り付けられた時点で供試ガス
体積が 3 ml となるようにし，三方栓①の U 側を閉じる．
（vi）供試ガスの分析系内への導入
供試ガスシリンジと撹拌用シリンジとを両手に持ち，供試ガスシリンジのピストンを押し込んで供
試ガス 3 ml を分析系内に送る．同時に，撹拌用シ
リンジ内体積を供試ガス体積と等分だけ増やすよ
うにし，分析系内圧をできる限り一定に保つ．
（vii）分析系内の CO2 濃度の均一化
供試ガスシリンジと撹拌用シリンジのピストンを両手で操作し，分析系内のガスを 2，3 度，往復撹拌する．これにより，供試ガス 3 ml は，分析系内を占めていた N2 ガスにより満遍なく希釈され，分析結果が安定する．
（viii）分析系から出力される CO2 濃度値の確保
分析系を静置し，分析系内の CO2 濃度の安定をパ
ソコンの画面上で確認する．分析系からの出力値
は，GMP343 とパソコンとの間を取り持つ通信ソ
フトによってパソコン内に確保される．その後，供試ガスシリンジを取り外して（ii）に戻り，次の供試ガスの分析に移る．

土壌の物理性

36

第 128 号

以上の分析系における利点として，N2 ガスを必要とする手順が上述の（iii）に限られ，少量の N2 ガスで分(2014)

結果を得た．よって，分析室温が較正曲線に与える影響は小さいと判断した．

析を実施できる点，および，N2 ガスの導入に際し，吸引ポンプや流量調節器等の付帯設備を要しない点が挙げられる．

4. 較正曲線の作成とその温度依存性
分析系からデジタル出力される CO2 濃度 x（ppm 値）と供試ガス中の CO2 濃度値 y（ppm 値）との関係を表す較正曲線を，標準 CO2 ガスを供試して「3．分析系の操作手順」を実践して，得た．用いた標準 CO2 ガスは1480，4980 および 50600 ppm の 3 種類とした． その結果，x と y とは
y = a0 + a1 x(1)の線形関係を示した（Fig. 2）．
分析室温が較正曲線に与える影響を検討するために，
較正曲線を，18，20，22，24，26◦ C の 5 水準の分析室温の下で，各標準 CO2 ガスにつき 3 反復で作成した（Fig.

3（a））．その結果，分析室温と a0 および a1 との間の相関係数は，それぞれ −0.041 および 0.029 であった．これらの相関係数に基づく t 検定により，分析室温と a0 ，あるいは a1 とは有意水準 1 %（両側確率）で相関なしのFig. 2 分析系からの出力 x と供試ガス中 CO2 濃度 y の関係．回帰直線 y = a0 + a1 x は，a0 = −144.53 [ppm]，
a1 = 21.436 [-]．供試標準 CO2 ガスの濃度は 1480，4980，
50600 [ppm] ．各濃度における反復数は 2．
The actual CO2 concentrations of the analyzed gas samples yvs. the signal outputs x from the CO2 probe. The regression
line y = a0 + a1 x has a0 = −144.53 [ppm] and a1 = 21.436 [-]．
The CO2 gas concentrations used were of 1480, 4980 and
50600 [ppm] with duplicate samples each.

Fig. 3 (a) 較正曲線 y = a0 + a1 x の a1 (○) と a0 の温度依存性 (△) および (b) a0 と a1 の関係．
(a) Temperature dependence of a1 (○) and a0 (△) of the calibration curve y = a0 + a1 x.

研究ノート：土壌ガス中 CO2 濃度の分析を想定した簡易分析系の構築

37

式（2），（3），（4）より，本分析系では，ガス採取時点
から 1 時間経過するごとに，シリンジ内の供試ガス中の

CO2 濃度が，採取直後の値に対して 1 ∼ 2 % 程度ずつ低下する，と定量された．これらの濃度低下曲線は，用いるシリンジや三方栓の種類により異なることが予想される．よって，採取封入から分析供試までの経過時間を抑えつつ，式（2），（3），（4）の様な濃度低下曲線を用意し，分析結果を補正することが可能と判断した．

謝辞
Fig. 4 シリンジへの供試ガス封入後の経過時間が CO2 ，評
価濃度に与える影響．供試ガス濃度は○：1480，△：4980，2：
50600 ppm．縦軸は，シリンジ封入直後に得た初期濃度値に対するそれぞれの経過時間における評価濃度の相対値．
Observed CO2 concentration of gas samples as a function oftime stored in a syringe. The CO2 concentrations were ○:1480,△: 4980, and 2: 50600 ppm. The observed CO2 concentration
was normalized with the initial value.

本研究で示した分析系の開発にあたり，和田侑真氏（2012 年度宇都宮大学農学部卒業，現，小山市役所）に，
卒業研究活動を通じた貢献を頂いた．また，本研究の一部は，JST, CREST（2011 年度）の助成を受けて実施した．ここに記して，感謝致します．

引用文献
Davidson, E.A., Trumbore, S.E. (1995): Gas diffusivity and pro-

5. 用いたシリンジのduction of CO2 in deep soils of the eastern Amazon. Tellus,

供試ガス密封保持性能の評価

47B: 550–565.
遠藤敏史, 常田岳志, 井本博美, 西村拓, 宮﨑毅 (2010): 埋設

シリンジ内の供試ガスは，採取封入から分析供試まで型ガスモニタリングシステムを用いた降雨時の不飽和黒ボの時間が長い程，分析系による評価結果の実際濃度値

ク土壌中 CO2 ガス濃度変化の検討. 農業農村工学会論文集,からの乖離が懸念される．この，評価濃度の時間依存性

78(5): 317–323.

を定量するために，標準 CO2 ガス（1480，4980 および

Fierer, N., Chadwick, O.A. and Trumbore, S.E. (2005): Produc-

50600 ppm）をシリンジへ封入し，密封直後および封入
後 1，2，4，8 時間の，合計 5 種類の経過時間の下で分析系へ供試した．供試ガスの保管 · 分析時の室温は 25◦ C
であり，いずれの条件についても 2 反復で実施した．

tion of CO2 in soil profiles of a California annual grassland.

Fig. 4 に，供試ガス中 CO2 濃度の時間に対する低下挙動を示した．縦軸は，シリンジ封入直後の分析値に対す

Ecosystems, 8: 412–429.
Flechard, C.R., Jocher, A.N.M., Ammann, C., Leifeld, J. andFuhrer, J. (2007): Temporal changes in soil pore space CO2
concentration and storage under permanent grassland. Agric.
For. Meteorol., 142: 66–84.

る，各経過時間における評価濃度の相対値とした．評価

Iiyama, I. and Hasegawa, S. (2009): In-situ CO2 profiles with

濃度は，いずれの供試ガス濃度についても，経過時間に

complementary monitoring of O2 in a drained peat layer. Soil

対してほぼ線形に低下した．また，供試ガスの CO2 濃度が高い程，曲線の傾きが強くなる傾向が認められた．各
供試ガス濃度について，経過時間 t [hour] と相対評価濃度 r [-] との関係に対する線形回帰曲線として，以下を得た．

Sci. Plant Nutr., 55: 26–34
井本博美, 藤川智紀, 溝口勝, 宮 﨑毅 (2003): 土壌中のガス採取装置の改良とガス採取方法. 土壌の物理性, 93: 51–55.
加藤千尋, 井本博美, 西村

拓, 宮 﨑毅 (2013): 小型チューブ

埋設型土壌ガスモニタリングシステムを用いた農地土壌中

CO2 ガス濃度変動の検討. 土壌の物理性, 124: 25–33.

1480 ppm :r = −0.0115t + 1

森本 聡, 永田 修, 川本 健, 長谷川周一 (2009): 泥炭林土壌の( 2)
R = 0.9591

温室効果ガスの生成と消失. 土壌の物理性, 113: 3–12.

(2)

Pendall, E., Grosso, S.D., King, J.Y., LeCain, D.R., Milchunas,
D.G., Morgan, J.A., Mosier, A.R., Ojima, D.S., Parton, W.A.,

4980 ppm :r = −0.0180t + 1( 2)
R = 0.9482

Tans, P.P. and White, J.W.C. (2003): Elevated atmospheric(3)

CO2 effects and soil water feedbacks on soil respiration components in a Colorado grassland. Global Biogeochem. Cycles,

50600 ppm :r = −0.0202t + 1( 2)
R = 0.9366

17(2): 1046(15-1–15-13).

(4)

Risk, D., Kellman, L. and Beltrami, H. (2002): Soil CO2 production and surface flux at four climate observatories in eastern

土壌の物理性

38

Canada. Global Biogeochem. Cycles, 16(4): 1122(69-1–6912).

第 128 号(2014)

tivity analysis, and comparison of model predictions to fielddata. Water Resour. Res., 29(2): 499–513.

Suarez, D.L. and Šimůnek, J. (1993): Modeling of carbon dioxide

柳井洋介, 常田岳志 (2009):ガス透過膜を用いた土壌ガス採取

transport and production in soil 2. Parameter selection, sensi-

による土壌微生物活性の原位置計測の可能性. 土と微生物,

63(1): 26–31.

要旨

本研究では，土壌ガス中 CO2 濃度の分析を想定した簡易分析系の構築を試みた．分析系は，RS232C 規
格でのデジタル出力機能を持つ携行型赤外線 CO2 分析器，およびノートパソコンで構成した．CO2 分
析器–パソコン間の制御にフリーソフトウェアを用い，パソコンにロガー機能を持たせた．分析系からの出力と供試ガス中 CO2 濃度値との間の較正曲線は線形であった．較正曲線作成に対する分析室温の影響は小さかった．また，ガス試料を輸送 · 分析供試用シリンジへ封入した後，シリンジ内 CO2 濃度の分析供試までの所要時間に対する依存性を定量した．その結果，分析系による CO2 評価濃度が，1 時間経過毎に 1 ∼ 2 %，ガス封入直後の値に対して低下することを考慮し，分析結果を補正することが可能，と判断した．
キーワード：簡易分析系，較正，CO2 濃度

古典を読むJ. Jpn. Soc. Soil Phys.

ㅮᗙ

土壌の物理性LecturesNo. 128, p.39 ∼ 46 (2014)

古典を読む

R.J. Millington and J.P. Quirk 著「多孔質媒体中の物質移動」
濱本昌一郎 1 · 西村

拓1

Reviewing classical studies in soil physics“Transport in Porous Media” by R.J. Millington and J.P. Quirk,
p. 97–106. In F.A.Van Beren et al. (ed.) Trans. Int. Congr. Soil Sci.,
7th, Madison, WI.14–21 Aug. 1960. Vol.1.Elsevier, Amsterdam.
Shoichiro HAMAMOTO1 and Taku NISHIMURA1

1. はじめにM & Q の固有透過度モデルに加え拡散係数モデルを初めて定式化した論文は M & Q（1960）であり，論文中で土壌中の物質（水 · ガス · 溶質）移動を理解 · 予測す

拡散係数モデルの検証に加え，検証結果をもとに修正さる上で，土壌の物質輸送係数（例えば透水係数，拡散係

れた拡散係数モデルが提案されていることはあまり知ら数など）の把握および正確な予測モデルの存在は必要不れていないように思う．実際，Millington 氏が関わった可欠である．Millington and Quirk（以後 M & Q）モデル

論文，例えば Whisler et al.（1970）（Millington 氏が共著として名高い拡散係数モデルは，発表されて 50 年以上経った現在でも様々な分野で広く利用されている．国内者の一人）では，M & Q の拡散係数モデルの引用先論文
として M & Q（1960）が挙げられている．ただ M & Q

や欧米で開発されたいくつかの土壌環境影響評価モデル（1960）は，国際土壌科学会議（7th International Congressにはガス態および溶質態汚染物質の拡散移動を予測する

of Soil Science，現在は World Congress of Soil Science）の Transaction であることや，M & Q の拡散係数モデル

パラメータとして，M & Q モデルが推奨されている（例えば，ASTM（米国材料試験協会）の「リスクに基づく修復措置のための規格ガイド（RBCA）」，産業総合技術研究所の「Risk Learning」など）．また同様に，HYDRUS，の軸となる間隙構造モデルや固有透過度モデルについて
は，M & Q（1960）と同様の記述が M & Q（1961）内で記述されていることから，M & Q（1961）が引用されて

UNSATH，TOUGH2 などの土壌中の物質移動解析ソフ
トにもデフォルトのオプションとして M & Q モデルがきたのではないかと筆者は考える．

組み込まれている．

に注目し，1959 年から 1964 年までの M & Q の研究業

M & Q は ，Childs and Collis-George（1950），Fatt（1956），Marshall（1958）の間隙構造モデルを発展させ，多孔質媒体の流体透過性を表す固有透過度（permeability）および拡散係数の予測モデルを提案した．一連の研究成果は，Millington（1959），M & Q（1959, 1960,
1961, 1964）として発表されている．後述する M & Q の拡散係数モデルは，M & Q（1961）が引用論文として良く用いられる．しかし，実際 M & Q（1961）では，仮定と以上の理由から，本稿では M & Q の拡散係数モデル
績の中で，特に M & Q（1960）を取り上げる．M & Q（1960）は，後述する間隙構造モデルを基に固有透過度
モデルを導き，その派生モデルとして拡散係数モデルを導いた．そこで本稿でも，M & Q が導いた固有透過度モ
デルについて説明した後に，拡散係数モデルの導出とその性質を述べ，さらに M & Q 以降の拡散係数モデルについても紹介したい．
論文の紹介に入る前に，簡単に Millington 氏と Quirk

する間隙構造モデルとそれに基づく固有透過度モデルの氏の個人史を紹介したい．Dr. Richard James Millington

導出およびその検証は詳細に記述されているものの，拡（1926 ∼ 2007）はメルボルン生まれのオーストラリア人

散係数に関してはわずかに考察されているのに留まる．

である．1952 年から約 15 年間アデレード大学ウェイト
農業研究所で講師の職に就いた後，1965 年から 1971 年

1 Graduate School of Agricultural and Life Sciences, The University ofTokyo, 1-1-1 Yayoi, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8567, Japan. Corresponding
author: 濱本昌一郎, 東京大学 大学院農学生命科学研究科.
2014 年 9 月 22 日受稿 2014 年 11 月 4 日受理

までイリノイ大学アーバナ · シャンペーン校の教授職とUSDA-ARS（アメリカ農務省農業研究局）の研究員を兼任した．その後，オーストラリアに帰国した Millington

土壌の物理性

40

第 128 号(2014)

氏は，キャンベラにあるオーストラリア連邦科学産業研

た場合，x は 0.6 から 0.7 の範囲となる．M & Q（1960）

究機構（CSIRO）に在職し，1973 年には土地利用研究部

では x = 2/3（ = 0.67）とした．x = 2/3 に関する補足門の部門長となり，その後 1970 年代および 1980 年代の解釈として，単位体積当たりに n3 個の球状の間隙がにわたり CSIRO にて要職を歴任した．Millington 氏は，存在し空間内に均一に分布していると仮定すれば，単位

特に水–土壌–植物の相互作用の理解に関して研究業績を面積当たりに n2 個の間隙が存在する．つまり，任意の残し，オーストラリアおよび世界の土壌科学分野に多大

断面で流れに寄与可能な間隙面積は Φ2/3 と考えられるに貢献した．

（Millington, 1959; M & Q, 1959）．

一方，Dr. James Patrick Quirk（1924 ∼ ）もまたシ

次に，ポアジューユ則に従い，水分飽和状態における

ドニー生まれのオーストラリア人である．1947 年から

固有透過度 K のモデル化を試みる．ここで固有透過度

1956 年まで CSIRO の土壌部門（Division of Soils）に研究員として在職し，1956 年から 1962 年までアデレード大学ウェイト農業研究所に在職した．その後 1974 年

は，流体の粘性係数と密度に依存しない多孔質媒体の構まで西オーストラリア大学で教授職及び土壌肥料科学部

密度 ρ（kg m−3 ）と重力加速度 g（m s−2 ）の積で除した部長の職に就いた．1974 年から 1990 年までは再度アデものである（K = kη /ρ g）．今，半径 r1 , r2 , r3 ,. . ., rm を

レード大学で教授職に就き，1991 年以降は再び西オース

有する m 個の間隙群を考える（r1 > r2 > . . . > rm ）．各

トラリア大学に在職した．Quirk 氏は，土壌科学，土壌物

間隙群は間隙率 Φ に対して等しい体積割合を有してい理学，土壌化学，粘土科学，コロイド表面科学等多くのると仮定する．ある任意断面 A において，間隙径 r1 を分野で研究業績を残している．筆者が Web of Science で有する間隙に注目した場合，流れに寄与可能な間隙面積

Quirk 氏を検索したところ，2013 年に European Journalof Soil Science において本人の過去の論文をレビューした記事を発表していた．Millington 氏と Quirk 氏は共割合は Φx /m で表される．異なる径を有する間隙が接すにオーストラリアの誇る土壌科学者と言うことができ

A と隣り合う断面 B 中の間隙群（r1 , r2 , r3 ,. . .,rm ）との2r 2,
ネック間隙面積は，それぞれ（Φx /m）2 r1 2 ,（Φx /m）
2
x
2
2
x
2
2
（Φ /m）r3 ,. . .,（Φ /m）rm となる．ここで異なる径間での連結確率が，（Φx /m）2 として表されている．同様に
断面 A 中の間隙（r = r2 ）と断面 A と断面 B 中の間隙群（r1 , r2 , r3 ,. . .,rm ）とのネック間隙面積は，それぞれ
2 r 2 ,（Φx /m）
2 r 2 ,（Φx /m）
2 r 2 , . . .,（Φx /m）2r 2（Φx /m）
m
2
2
3となる．x = 2/3 とし，断面 A における全ての間隙群にる．1959 年から 1964 年の間，両名はともにアデレード
大学ウェイト農業研究所（Department of Agronomy andAgricultural Chemistry）に在籍しており交流があったものと思われる．

2. 論文の紹介造に由来する流体透過性を表すパラメータであり，透水係数 k（m s−1 ）を水の動粘性係数 η（Pa s）で乗し，水のる場合，接合部のネック間隙径は小さな間隙径によって決定されるとすると，断面 A 中の間隙（r = r1 ）と断面

2.1 固有透過度モデル

対して上記操作を行うと，水分飽和状態における固有透

M & Q（1960）は球状の間隙がランダムに分布する間過度 Ksat （cm2 ）は次式で表される（原著（1）式）．

隙モデルを基に，固有透過度および拡散係数のモデル化を行った．多孔質媒体中の物質移動を考える場合，流れに寄与する有効間隙面積をどう扱うかは重要な問題であ(1
Ksat =
8

る．間隙率 Φ（cm3 cm−3 ）の等方多孔質媒体の場合，任意断面における間隙面積割合は Φ（cm2 cm−2 ）となる．
ただし実際，この断面に含まれる間隙全てが流れに寄与するわけでは無い．この断面に存在する流れに寄与可能

=

)2
(
)
Φ2/3
{ r1 2 + r2 2 + · · · + rm 2m()
+ 2r2 2 + · · · + rm 2 + · · · + mr2 2 }(2)}
1 Φ4/3 { 2r1 + 3r2 2 + 5r3 2 + · · · + (2m − 1) rm 228 m

な有効間隙面積割合（Effective area of pores available for

Marshall（1958）は，M & Q と同様に間隙径間の連結確flow）を間隙面積割合のべき乗 Φx と仮定した場合，こ率を考慮し，固有透過度モデルを導出している．しかしの断面と隣り合う断面に存在する間隙との連結確率を考ながら，流れに寄与可能な有効間隙面積割合を，間隙面慮すると，流れに寄与する有効間隙面積割合（Operative

積割合に等しい（すなわち Φ）と考えた点が（2）式と異flow area per unit area）は Φ2x として表される（Childs

なる点であり，Marshall モデルの場合，（2）式中の Φ4/3

and Collis-George, 1950）．ここで Φ2x （cm2 cm−2 ）は，は Φ2 で置き換えられる．M & Q は，自身が提案した任意断面における最小の有効間隙面積割合を示す．この固有透過度モデルの新規性を強調するための比較モデル

とき，固相部は最大の面積割合となり，その面積割合を（として，一連の M & Q 論文中で Marshall モデルを常に

1 − Φ）x で表すことができると考えると（M & Q, 1960），

取り上げている．特に，M & Q（1964）では，Marshall

次式が成り立つ．

（1962）で取り上げられた M & Q の固有透過度モデルの解釈に不足があるとし，彼らのモデルの特徴や優位性にx

Φ + (1 − Φ) − 1 = 0
2x(1)

ついて詳細に記述している．M & Q は同時期に固有透過度のモデリングに取り組んだ同じオーストラリア人で（1）式において，間隙率 Φ を 0.1 から 0.6 の範囲としある Marshall 氏の研究を相当意識していたと思われる．

講座：Millington and Quirk 著「多孔質媒体中の物質移動」

41

Fig. 1 固有透過度の実測値と計算値（Millington and Quirk, 1960; Childs and Collis-George,1950）の比較．（a）スレート粉，（b）細砂，（c）粗砂．（Millington and Quirk, 1960, Fig. 1
を改変）．

Comparison of measured and predicted permeabilities proposed by Millington and Quirk (1960)
and Childs and Collis-George (1950). (a) Slate dust, (b) Fine sand, (c) Coarse sand. (modified
from Millington and Quirk, 1960, Figure 1)

次に，m 個の間隙群の内，半径 rm−n+1 , rm−n+2 , . . ., rm（rm−n+1 > rm−n+2 > . . . > rm ）を有する n 個の間隙群が場合，（2）式と（3）式中の中括弧内はそれぞれ m2 r2 ，

n2 r2 として置き換えられ，次式で表すことができる．

水で満たされた状態，すなわち水分不飽和状態を考える．
この時，（2）式中の Φ は体積含水率 θ （= nΦ/m）で置Ksat =

き換えられ，さらに間隙径の項は水で満たされた間隙径

1 Φ4/3 2 2
m r
8 m2

(4)

1 θ 4/3 2 2
n r
8 m2

(5)

（rm−n+1 , rm−n+2 , . . .,rm ）についてのみ考慮される．すな
わち，水分不飽和状態における固有透過度 Kunsat は次式

Kunsat =で表される（原著（2）式改変）．

1 θ 4/3 {Kunsat =rm-n+1 2 + 3rm-n+2 2
8 m2}+5rm-n+3 2 + · · · + (2n − 1) rm 2

上式から，相対固有透過度は次式で表される（原著（3）
式）．

(3)

Fig. 1 に、Childs and Collis-George（1950）が測定した
固有透過度に対する（3）式の適合性を示す．図中の破線は Childs and Collis-George（1950）による予測値を示しており，（3）式は既往のモデルに比べて良い適合性を示している．これは，Childs and Collis-George（1950）はMarshall（1958）と同様に間隙径間の連結確率を考慮しているが，M & Q モデルと異なり流れに寄与可能な有効間隙面積を考慮していないためと考えられる．

Kunsat
=
Ksat

(

θ
Φ

)4/3 (

n )2
=
m

(

θ
Φ

)10/3
(6)

砂岩や石灰岩といった固結した多孔質媒体は未固結の多孔質媒体（すなわち一般土壌）と異なる間隙ネットワー
クを有すると考えられる．しかし，Wyllie and Spangler（1952）は，異なる試料サイズの岩石試料を用いた固有透過度の測定から，固結多孔質媒体において卓越した間隙
径分布の空間変動性（固有透過度のスケール依存性）は見られないとしている．M & Q（1960）は，Wyllie and砂など狭い間隙径分布を有する多孔質媒体の間隙径分

Spangler（1952）の結果に基づき，試料の固結化は堆積物

布は，単一の間隙径 r で構成されると仮定できる．このの重力方向への圧縮と同時に生じるため，顕著な間隙の土壌の物理性

42

第 128 号(2014)

Fig. 2 固有透過度の実測値と計算値の比較（a）砂岩，（b）石灰岩．（Millington and Quirk,
1960, Fig. 2 を改変）．
Comparison of measured and predicted permeabilities for (a) sandstones and (b) limestones.
(modified from Millington and Quirk, 1960, Figure 2)

ここで，mc は閉塞後の間隙群数である．（7）式から，例
えば半分の間隙群が閉塞した場合，固有透過度は四分の一になると言える．このように，固結試料の場合では，閉塞間隙の存在（m → mc ）や間隙の連結性の仮定 (すなわち Φ4/3 ) が成り立たないといった理由から，砂岩で実測値をモデルが過大評価した理由として考察している．

2.2 拡散係数モデル
M & Q は上述した固有透過度モデルをよりシンプルな移動現象としての拡散現象に対して適用し，拡散係数のモデル化を行った．多孔質媒体内のガス拡散や溶質
拡散現象を考える場合，通常拡散分子の平均自由行程は間隙径に比べ非常に小さいことから，拡散現象は間隙径には依存しない．一方，有効間隙面積と間隙径間の連結確率に依存する点については，圧力勾配による移流現象
Fig. 3 乾燥試料におけるガス拡散係数と間隙率の関係．
（Millington and Quirk, 1960, Fig. 3a を改変）．
Relationship between relative gas diffusion coefficientand total porosity for dry materials. (modified from
Millington and Quirk, 1960, Figure 3a)（固有透過度）と類似の移動現象として扱った（M & Q,

1960）．従って拡散係数の場合，間隙径の効果（r2 ）を無視することで（2）式中の中括弧内の総和が m2 となり，
流体飽和時のガスまたは溶質拡散係数に関して次式が得られる．

不均一性を生み出さないと仮定し，固結した多孔質媒体について（2）式の適用性を調べた（M & Q, 1960, 1961）．

D1= Φ4/3 =D0
F(8)Fig. 2 に砂岩と石灰岩に対して得られた固有透過度の実測値と（2）式による予測値との比較を示す．砂岩，石

ここで，D は多孔質媒体中のガス拡散係数（Dg ）または灰岩ともに比較的良好な適合性を示すが，特に砂岩にお数（D0,g ）または水中における溶質拡散係数（D0,s ）を示

いて予測値は実測値を過大評価した．その理由として M

す．また，F は形状因子（Formation factor）である．Fig.
3 に乾燥土壌を用いて得られたガス拡散係数の文献値に対する（8）式の適合性を示す．低気相率条件（ε < 0.4）

& Q（1960, 1961）は次のように考察している．すなわ
ち，固結作用によって固結前に存在していた m 個の間隙群（同一の間隙径 r を有する）のうち一部の間隙群が閉

溶質拡散係数（Ds ）であり，D0 は空気中のガス拡散係では適合性は良いものの，高気相率条件では予測値は実塞した場合，水分不飽和状態における固有透過度と同様

測値を過大評価している．M & Q（1960）では，乗数のの考え方で，固結試料の固有透過度は次式で表すことが4/3 を Marshall（1959）が提案した 3/2 に置き換えることで予測精度が向上することを述べている．m 個の間隙群のうち n 個の間隙群が水で満たされた場合の相対溶質できる（原著（4）式，M & Q（1961））．

Ksat =

1 Φ4/3 2 2
mc r
8 m2

(7)

拡散係数，あるいは空気で満たされた場合の相対ガス拡散係数も，水分不飽和状態における（3）式の固有透過度

講座：Millington and Quirk 著「多孔質媒体中の物質移動」

43

上式が，相対拡散係数の予測モデルとして良く知られている M & Q モデルである．Fig. 4 に Taylor（1949）で得られたガス拡散係数の測定値に対する（9b）式の適合性を示す．図中の破線は，Penman（1940）により提案された予測式（Dg /D0,g = 0.66ε ）である．Fig. 4 に示すよ
うに予測モデルは実測値を大きく過小評価した．M & Q（1960）は，次式に示すように（9b）式中の ε 4/3 を Φ4/3と置き換えることで，に予測精度が増すことを示している（原著（6）式）（Fig. 4）．

( ε )2Dg= Φ4/3D0,gΦ

Fig. 4 湿 潤 試 料 に お け る ガ ス 拡 散 係 数 と 間 隙 率 の 関 係 ．
（Millington and Quirk, 1960, Fig. 3b を改変）
Relationship between relative gas diffusion coefficient and total
porosity for wet materials. (modified from Millington and Quirk,
1960, Figure 3b)(10)

M & Q（1960）では，任意の水分飽和度における形状因子（F ）が水分飽和度の −2 乗で表されるという結果を示した Wyllie and Spangler（1952）の文献を引用し，理論的な根拠は示さないものの上式の妥当性を述べている．（10）式は，（9）式に比べ拡散係数の予測モデルとしては広くは引用されていないものの，Jin and Jury（1996）
では，異なる土性を有する土壌に対して得られたガス拡散係数の文献値に対して（9）式と（10）式の適合性を調べ，（9）式よりも（10）式の予測精度が高いことを報告している．しかし，ガス拡散係数に関するその後の多くの研究では，（10）式は実測値を過大評価することが報告されている（例えば，Kawamoto et al., 2006; Chamindu

Deepagoda et al., 2011）．
2.3 固有透過度，拡散係数，平均間隙径
M & Q（1964）では，固有透過度および拡散係数の予測モデルに関する一連研究の最後として両パラメータを結びつける試みを行った．（2）式を次式のように書き直す（原著（2）式，M & Q（1964））．

1
Ksat = Ae r2
8(11)

ここで，Ae は流れに寄与する有効間隙割合（= Φ4/3 ），r2 は平均間隙径（= r1 2 + 3r2 2 ＋ . . . ＋（2m − 1）rm 2 /m2 ）である．（11）式に，（8）式を代入すると次式が得られる（原著（5）式，M & Q（1964））．
Fig. 5 固結試料における固有透過度の実測値と計算値の比較．
（Millington and Quirk, 1964, Fig. 3 を改変）
Comparison of measured and predicted permeabilities for consolidated materials. (modified from Millington and Quirk, 1964,
Figure 3)

Ksat =

11 2 1 D 2
r =
r
8F
8 D0
√

r=
に関するモデルと同様な考えで，次式を導くことができる（原著（4）式，（5）式）．

( )2( n )2θθ 10/3Ds= θ 4/3= θ 4/3
=
D0,s
m
Φ
Φ2

8Ksat
/
D D0

(12a)

(12b)

ガス移動に寄与する平均間隙径 r を与える（12）式は，Ball（1981）によっても別のアプローチから同一式が導かれている．筆者の理解では，M & Q（1964）が固有透過度，拡散係数，平均間隙径を結びつけた最初の論文で(9a)あると思われる．M & Q（1964）では，（11）式と（12a）式を岩石（固結）試料の固有透過度データ（Faris et al.,( ε )2Dg= ε 4/3
D0,gΦ

=

ε 10/3
Φ2(9b)1954）に対して適用した．Fig. 5 に示すように，（12a）式は（11）式に比べ高い適合性が得られた．低間隙率を土壌の物理性

44

第 128 号有する固結試料では，間隙分布の等方性および間隙の連(2014)

続性に関する仮定が成り立たないことから，Ae の予測値

る（Werner et al., 2004; Tick et al., 2007）．この WLRMarshall モデルは，解析ソフト HYDRUS-1D のガス拡としては Φ4/3 よりも形状因子（拡散係数）の実測値を

散係数の予測モデルとして Milligton and Quirk モデルと用いることでより正確に固有透過度を予測できるとしてともに用いられている．

いる．

Moldrup et al.（2000）以降，（13）式を軸に拡散係数
予測モデルは多くの改良がなされた．例えば Hamamoto
et al.（2009）は，ガス拡散係数予測モデルに対して，xおよび N を乾燥密度および土粒子の平均粒径の関数として表した．さらに，Hamamoto et al.（2012）ではガス拡
散係数と溶質拡散係数モデルにおける N の違いについて検討し，ガス拡散拡散係数の場合，N = 1，溶質拡散係数の場合，N は粘土分（細粒分）含有率の関数として表されることを示した．近年 Moldrup et al.（2013）は，
WLR タイプモデルをさらに改良し，Structure dependent
WLR（SWLR）モデルを提案した．SWLR モデルでは，
x = 1 +Cm Φ（ここで Cm は media complexity factor）として表された．このように，Millington and Quirk により

3. その後の拡散係数モデル
M & Q（1959, 1960, 1961, 1964），Childs and CollisGeorge（1950），Marshall（1957, 1958）らによって 1950
年代，1960 年代に開発された固有透過度に関するモデル
は，Campbell（1974）， Mualem（1976）， van Genuchten（1980），Alexander and Skaggs（1986）などの多くの研究によってさらに進化を遂げた．特に，近年では水分
特性曲線-不飽和透水係数連結モデルとして，Mualem-van Genuchten モデルが広く普及している．Mualem-van
Genuchten モデルについては，同じく土壌の物理性の「古典を読む」で詳細に紹介されている（小杉, 2007）．一方，
M & Q の拡散係数モデル（（9）式）は現在でも広く利用されている．しかし，特にガス拡散係数に関する既往の提案された拡散係数予測モデルは，その後のモデル改良のプラットフォームとなっていることからも，その功績は非常に大きいと言える．

研究成果から，上記 M & Q の拡散係数モデルは，砂質土

4. おわりにでは適合性が高いものの，シルト質土や粘質土では適合性が低いことが報告されている（例えば，Moldrup et al.,
2000; Resurreccion et al., 2008; Hamamoto et al., 2012）．
これは，M & Q の拡散係数モデルでは，等しい径を有する球型の間隙がランダムに分布しつつ，各間隙が連結している間隙モデルを仮定していることから，比較的均一な間隙径分布で間隙間の連結性が高い粗大な間隙を有する砂質土では適合性が高い一方で，微細な間隙構造を有し間隙の連結性が低いシルト質，粘土質の土壌では適合性が低いという理由が考えられる．M & Q 拡散係数モデルの一般形は次式で表される（Moldrup et al., 2001）．

( κ )NDjj= κj xD0,jΦM & Q は，球状の間隙がランダムに分布する間隙モデ
ルに基づき，流れに寄与する有効間隙割合と異なる間隙径間での連結確率を考慮して固有透過度モデルを構築した．さらに，モデルをより単純な移動現象としての拡散現象に応用し，多孔質媒体中の拡散係数に関するシンプ
ルな理論モデルを構築した．流れに寄与する有効間隙割合を Φ4/3 として表した点については，同時期に発表された Marshall（1959）や Childs and Collis-George（1950）のモデルと比較して異なる点である．この点について
は，M & Q（1959, 1960, 1961, 1964）にて強調されて
いる．

(13)

M & Q が導出した固有透過度と拡散係数予測モデルの内，拡散係数の予測モデルは現在でも広く利用されてここで，添字 j はガス（g）または溶質（s）を意味する．

いる．このことは，M & Q 以降の拡散係数予測モデルの

κ は流体含有率（κg：気相率 ε ，κs：体積含水率 θ ），x お
よび N は間隙の屈曲度を表すパラメータおよび土壌水ま

多くが，経験則の域を脱しておらず，M & Q モデルのよ

たは空気の存在による拡散阻害効果を表すパラメータでのみを関数とする扱いやすい理論モデルが未だ存在しなある．M & Q モデルの内，（9）式では x = 4/3, N = 2 といことが一番の理由に思われる．Web of Science で検索なり，（10）式では x = 4/3，N = 2/3 となる．

したところ，M & Q（1961）の被引用回数は 2014 年時

うな全間隙率と流体含有率（気相率または体積含水率）

Moldrup et al.（2000）は，N = 1 とし，Marshall（1959）

点で 840 回であることからもこのモデルが如何に広く普および Millington（1959）によって提案された拡散係数予及しているかが分かる．M & Q の拡散係数モデルの引測モデルを組み合わせた Water-induced Linear Reduction

用先は，土壌物理学分野だけでなく，地球科学分野，土（WLR）モデルを提案した．WLR-Marshall モデルの場

木工学分野，環境工学分野など多岐にわたっており，土合，x = 3/2，N = 1 となり，WLR-Millington モデルの壌物理学分野が誇れるモデルの一つと言える．ただ，あ場合，x = 4/3，N = 1 となる．WLR タイプモデルの中らゆる土性の土壌に対して，M & Q モデルが高い適用

で，WLR-Marshall モデルは，かく乱後再充填した試料性を示すわけではないことが既往の研究で報告されていに対して得られたガス拡散係数に対し高い適合性を示るのも事実であり，モデルが提案されて半世紀たった現し（Moldrup et al., 2000），その後のガス拡散係数に関代，M & Q モデルに代わる新しい理論モデルもまた望まする研究の中でもモデルの高い適用性が述べられていれているのではないかと思う．

講座：Millington and Quirk 著「多孔質媒体中の物質移動」

45

Marshall, T.J. (1959): The diffusion of gases through porous me-

謝辞
本稿の執筆にあたり，オルボー大学の Moldrup 博士から多くの貴重なコメントを頂きました．ここに記し，謝意を表します．

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土壌の物理性

46

第 128 号(2014)

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要旨

土壌中の物質移動を理解 · 予測する上で，土壌の物質輸送係数の把握および正確な予測モデルの存在は必要不可欠である．本報では，土壌の拡散係数予測モデルとして有名な Millington and Quirk モデルを取り上げ，Millington and Quirk（1960）を中心にモデルの導出過程，その性質を紹介した．彼らは，球状の間隙がランダムに分布する間隙モデルに基づき，流れに寄与する有効間隙割合と，異なる間隙径間での連結確率を考慮して固有透過度と拡散係数に関する理論モデルを構築した．Millington and Quirk
モデルをベースに拡散係数予測モデルの改良は進んでいるものの，彼らのモデルのようにシンプルで扱いやすい理論モデルは未だ存在しない．
キーワード：固有透過度，ガス拡散係数，溶質拡散係数，間隙モデル

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 128, p.47 ∼ 48 (2014)

粘り強さと負けない心
落合

博之 1

大学生時代から漠然と研究者になりたいという目標はがあったのでここで触れておこうと思う．「水田や畑であったものの，英語力があまりにも低かったため，どう実験をするなら，まず農家の方々に話を聞け．
」というこ

していいものか悩んだ時期がある．修士に上がるとさらとである．熱水土壌消毒の研究を行っている間に何度もに英語に接する機会が増え，研究だけできれば良いわけ

農家の方と話す機会があり，その際に農家の方々が「なではないということを実感させられた．そんな折に当時んとなく」で行っていた経験的なことが，正しいことがの担当教員で恩師でもある登尾浩助先生がカナダに半年多かったからである．彼らの「なんとなく」は，決して間研究でいなくなることを告げられた．これは，チャン

曖昧なものではなく，生活のかかった状態の研ぎ澄まさスと思い，修士 2 年の前期の大半をカナダで暮らすことれた感覚により導き出された「なんとなく」であり，最に決めた．カナダに行っては見たものの英語が全く通じ新鋭のセンサーにも負けない毎日の経験という実績からず午前中は英語学校に通い，午後は登尾先生の研究室で導き出された「もの」なのである．この「なんとなく」の修士論文に向けデータの解析を行っていた．英語も少しおかげでパラメータの設定が，短縮され，さらにいくつずつ通じるようになり少し自信をつけて日本に帰ることかの研究成果につながったことを付け加えておく（落合となった．

ら, 2009; 2011）．

修士終了後，博士課程で選んだのはカナダであった

博士後期課程を修了したのち，明治大学で特任研究員

が，ここで大きな挫折を味わうこととなる．アメリカをとして 1 年間お世話になるが，その後，次の職が見つか

はじめ海外の大学は大学院を含めて授業料がべらぼうにらず本当に困ったことを記憶している．この時は，学会高い．そのため奨学金制度を使って大学（大学院）に通の懇親会で諸先生方にポスドクのポストはないかと聞いう学生も少なくない．私もその一人であったが，ここでて回ったほどである．結局，最終的には，全く違う分野

も英語の壁にぶつかり，結果として成績不振で奨学金がの理学系研究科で特任研究員となれるのだが，学会時のなくなり退学を余儀なくされる．退学が決まり，大学院

職探しが結果として自分のアピールとなり，名前を諸先に推薦していただいた登尾先生に退学する旨をカナダか生方に覚えていただけたように思える．これにより，何らの国際電話で伝えると，明治大学に移るので一緒に来が何でも研究者になってやるという気持ちが強くなり，ないかと誘っていただけた．この時は，完全なる挫折で

私のターニングポイントであったのは間違いない．

かなりまいっていたので本当にうれしかったことを今で東京大学大学院理学系研究科の特任研究員が決まったも鮮明に記憶している．日本に戻り，微小重力化下におのは，年の明けた 2 月終わりになってからで，主な内ける水分 · 熱 · 溶質の移動に関する研究をカラム実験で

容は，「海底土壌でのガス量の推定」であった（落合ら,始めたが，博士 2 年の時に私とほぼ同じ内容の研究成果

2013）．もともと，TDR 法を用いて高塩濃度の土壌水分がアメリカで発表されてしまい，研究テーマを一から考量測定を行っていたので，方向性は簡単に決まった．こえ直すことを余儀なくされた．新しいテーマを考えていの研究では様々な分野の研究者が同じ船に乗り，互いのた矢先に神奈川県農業技術センターとの共同研究の話が研究をサポートしながらそれぞれの研究を進めていく．

舞い込んできた．これは面白いと思い，新たなテーマをそのため，新たな発見ができ，研究に幅ができたのは言熱水土壌消毒時の土壌中の水分 · 溶質 · 熱の移動と変え，

うまでもないが，分野の違いによって，実験の精度がこ

ひたすら研究に没頭する毎日となった．土壌物理学の分こまで違うのかということも思い知らされた．セミナー

野でも珍しい熱水を用いた研究であったためパラメータでの発表では，これまで考えもしなかった質問が様々なの設定や現象に対する要因の追及に四苦八苦しながらど研究者から出てきたことで，土壌物理について深く考え

うにかこうにか博士論文をまとめたわけだが，この時のる機会となった．全く異なる分野の研究に加わることで経験が今も役に立っている．この研究中特に感じたこと

結果として土壌物理についてより深く考えることができたと思う．

1 北里大学2014 年 9 月 30 日受稿

2014 年 10 月 1 日受理

現在は，北里大学で職を得ているが，ここまでの道の48

土壌の物理性第 128 号(2014)

りは，決して楽な一本道ではなく，様々な寄り道と挫折

引用文献を繰り返してきたことは先に述べたとおりである．私がこれから研究者を目指す方々に言いたいことは，今後
きっとどこかでぶち当たる大きな壁も粘り強さと強い心をもって乗り越えてもらいたいということである．可能性は無限大なのだから，若いうちは限界を自分で決める
ことなく頑張ってもらいたい．謙虚な気持ちと広い視野を持ち，すべての力を研究に注いでいれば，どこかに必ず突破口が開けるものであると私は考えている．最後に落合博之 · 弘松峰雄 · 町山栄章 · 松本

良 · 登尾浩助 (2013):

TDR 法を用いた深海での堆積物中の水分測定法. 石油技術
業界誌, 77: 370–373.
落合博之 · 登尾浩助 · 北宜裕 · 加藤高寛 (2009): 熱水土壌消毒時及びその後の土壌中における溶質動態. 土壌の物理性,

112: 9–12.
落合博之 · 登尾浩助 · 太田和宏 · 北浦健生 · 北宜裕 · 加藤高寛

このような機会を与えてくださった編集委員の方々並び(2011): 熱水土壌消毒におけるサーモグラフィーを用いた地に私をこれまで支えてくださった諸先輩方に深くお礼を表面温度分布の評価. 土壌の物理性, 118: 13–17.

申し上げ結びの言葉としたいと思う．

㈨ࠉᩱ

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性

Miscellaneous

No. 128, p.49 ∼ 54 (2014)

西北農林科学技術大学滞在記
岩田幸良 1

1. はじめに2014 年 7 月 28 日 ∼ 8 月 8 日の 12 日間，西北農林科学技術大学環境資源学院の Ying Zhao 准教授（以下，Zhao 博士）のところに，Visiting Professor として滞在した．外国で仕事をする機会がほとんど無かった筆者は，仕事内容について良くわからず，渡航前に不安だった．
事前にもう少し情報があれば心の準備ができたかもしれないと思う．そこで，一例にすぎないが，今回の私の体
験と，中国の研究事情について感じたことを報告させていただく．

Zhao 博士とはじめて会ったのは，2010 年にオーストラリアのブリスベンで開催された World Congress ofSoil Science だった．その後，同氏が東京大学の地水研にJSPS のポスドクとして滞在した時，論文の別刷り送付の絡がつかず，2 時間以上待たせてしまった．空港から宿泊先の大学のゲストハウスまで，車で 1 時間 30 分程度であった．フロントは英語が通じなかったので，Zhao 博士がチェックインの手続きをしてくれて助かった．

7 月 29 日（火）
大学の試験圃場を見学．Zhao 博士が試験を実施している畑地灌漑圃場では，土壌水分量の測定をしていた（Photo 1）．バイオ炭の投入やマルチによる灌漑効果の違いを調べる試験は，気候帯の異なる他の大学と連携し，同時に複数地点のデータをとっているとのことだった．
各プロットはそれほど大きくはないが，各処理で反復をとって試験しており，圃場での試験結果として貴重なデータが得られると思った．土壌水分の測定には，デカゴンのセンサーとデータロガーが使われていた．また，問い合わせがあった．論文別刷を送付したところ，筆者らの観測サイトを見学したいとの申し出があり，2011 年

Inner Mongolia Grasslandの 8 月に十勝と札幌を案内した．その後，あまり連絡を

Ecosystem Research Station

とってはいなかったが，2013 年の 9 月から何度かメールでやりとりをし，Zhao 博士が日本滞在後，アメリカ合衆
国でポスドクをした後，母国の西北農林科学技術大学に

Zhao ༤ኈ䛸 Yi ༤ኈ䛾ほ 䝃䜲䝖

就職したことを知った．一度，大学に来てみないかと誘໭ி

われたが，筆者は北海道からつくばに異動し，土壌凍結の研究テーマから少し距離を置いていたので，旅費の捻出が難しいことを伝えたところ，渡航費を出してもらえす໭㎰ᯘ⛉Ꮫᢏ⾡኱Ꮫᡂ㒔すᏳ䠄ර㤿ಎ䠅

ることになり，せっかくの機会なので行ってみることにした．以下に，中国で行なったことについて，日を追って記述する．

2. 滞在記Fig. 1 本報告に出てくる土地や施設の位置．

7 月 28 日（月）成田空港を 8 時 50 分発の飛行機（中国国際航空）で出発．北京首都国際空港で下ろされ，入国審査を受ける．
入国審査後，同じ飛行機に乗り，四川省の成都咸陽国際
航空を経由し，西安咸陽国際航空に到着（Fig. 1）．成都で出発が 2 時間遅れ，西安に到着したのは午後 10 時過
ぎだった．Zhao 博士が空港に迎えに来てくれることになっていたので，何とか連絡をとろうとしたが，結局連
1 農業 · 食品産業技術総合研究機構

2014 年 11 月 11 日受稿

農村工学研究所2014 年 11 月 16 日受理

Photo 1 西安農林技術大学の灌水試験圃場．

土壌の物理性

50

Photo 2 ライシメータ地下部の採水施設．

Photo 3 見学した土壌断面の一つ．

渦相関法やボーエン比法により蒸発散量を測定している

第 128 号(2014)

Photo 4 露頭周辺の田園風景．

Photo 5 農業の神、后稷氏が農業を教えたとされる地（左：Zhao 博士，右：Si 教授，奥が后稷氏の石像）．

のが印象に残った．その他，ライシメータ施設（Photo

ようだ，と Zhao 博士が説明してくれた．
大学に戻る途中で集落に寄り，中国の農業の祖（農業2）や植物の水ストレスを測定する試験などを見学した．

の神）とされる后稷（Hou Ji）氏が農業を教えたとされる

圃場見学後，試験農場内の建物にあるカフェで，カナダ記念の地を見学した（Photo 5）．その後，Si 教授と Zhaoの Saskatchewan 大学の Bing Cheng Si 教授と会った．Si

博士と選択流についてのディスカッションをおこない，教授はサバティカルで西北農林科学技術大学に滞在中と日本で行われた選択流の研究を紹介した．

のことで，Si 教授のところに滞在していた Saskatchewan

大 学 に 戻 っ た 後 ，Zhao 博 士 の 同 僚 の Jiang 博 士 と大学の学生さん 2 名と共に話をした．Saskatchewan 大Zhang 博士，Zhao 博士のポスドクの Yi 博士，ならび

学は 1980 年代に凍土への融雪水の浸透の研究が盛んにに Zhao 博士の学生さん 10 名程度に対し，著者らが北海行われていた．そのためか，Si 教授も筆者らの研究を道で行った研究について 1 時間程度のプレゼンテーショ

知っており，凍土研究や土壌水分移動の話をした．

ンを実施した．Jiang 博士は北海道大学の波多野教授の7 月 30 日（水）お弟子さんで，以前 Zhao 博士と共に札幌の北海道農業

Zhao 博士と Si 教授と共に，大学から車で 1 時間ほどのところにある露頭を見学した（Photo 3）．風食により研究センターを案内したが，西北農林科学技術大学に就運ばれてきた土壌が厚く堆積してできたとのことで，こ著者の説明の後，質疑応答が行われたが，学生さんからのような土壌が大学を含むこの地域一帯に広く分布しの質問はほとんど無く，このあたりは日本とあまり変わているとのことだった．露頭の近くにはいくつか農地がらないと感じた．著者の発表の後，ポスドクの Yi 博士

職したとは知らず，思わぬ所で再会できて嬉しかった．

あったが，一筆が狭く，見るからに生育不良の畑もみらが，中国内陸の甘粛省北部（Fig. 1）で実施している沙漠れた（Photo 4）．このあたりはキウイやトウモロコシをと農地のインタラクションの試験に関するプレゼンテー

作っているが，灌漑設備も無く，あまり収量が高くない

ションを行なった．興味深い野外調査を実施しており，
著者もいくつか質問やアドバイスをした．

資料：西北農林科学技術大学滞在記

7 月 31 日（木）51

イトの他の試験圃場を見学した．草地からの温室効果ガ

Zhao 博士と，その同僚の Zhang 博士と共に，西安市

スの排出量の測定や降水量を変化させたときの牧草の生の郊外にある兵馬俑に行った．兵馬俑は，その近くにあ育を調査する試験など，広い面積の草地で様々な試験をる始皇帝陵と共に世界遺産に指定されており，人や馬のしていた．二酸化炭素フラックス測定のための自動計測形をした，ほぼ等身大のたくさんの精巧な陶器が陳列さ

チャンバーがたくさん設置されていたのが印象に残った．ここには数名の学生が自炊しながらキャンプれていた．本来，地下に埋まっていたものを掘り起こし， （Photo 7）
しているとのことで，Research Station の建物に帰る前
屋根をかけて展示しているが（Photo 6），蒸発する一方なので土壌表面に塩類が集積し，崩れやすくなっているに，そのうちの一人が土壌水分の測定に出かけるところとのことであった．Zhang 博士は塩類集積が専門で，数に出くわした．この学生さんは，毎日決まった時刻に観年前から兵馬俑の壁面保護のための研究プロジェクト

測エリア内の数地点の土壌水分量を測定しているとのこに参画しており，その一環として数値シミュレーションとだった．自動計測に頼らず，実際に様子を見ながら土が得意な Zhao 博士にも協力してもらっているとのこと壌水分量を測定するのは，とても良い経験になるのではだった．兵馬俑を見学後，博物館の職員と合流し，話しないかと思った．

合った．明治大学の登尾教授や東京都文化財研究所の石崎博士らのグループが，文化財保護のためにレンガの不飽和透水係数を測定していたことを思い出し（登尾ら,2002），日本でも土壌物理を文化財保護に役立てる研究
事例あることを紹介した．
その後，Zhao 博士と Zhang 博士と共に西安市内を歩いた．西安は京都のモデルとなった都市（旧名は長安）だが，京都のような古都の趣はあまり感じられず，発展している中国の地方都市という印象が強かった．街の中心部にある大きな寺院と，そこに建つ西遊記の三蔵法師の銅像だけが，その歴史を感じさせた．

8 月 1 日（金）ポスドクの Yi 博士と Zhao 博士が共著の，査読中の論

Photo 6 兵馬俑．

文について，Zhao 博士からアドバイスを求められたた
め，原稿を読み，式の導出の一部についての不備や，英文の表現についていくつかコメントした．前日 Jun 博士が説明した観測サイトにおいて TDR 土壌水分計と中性子水分計を用いて凍土の不凍水量と氷の量を野外で測定した結果をまとめたもので，フィールド主体で凍土を研究してきた者としては大変興味深い内容だった．この論文
は，Journal of Hydrology に掲載された（Yi et al., 2014）．

8 月 2 日（土）Zhao 博士と共に早朝に大学を出て，西安咸陽国際航空から内モンゴルの首都にある呼和浩特白塔国際空港
を経由し，シリンホト市郊外の空港に到着．そこから車で 1 時間ほどかけて，Zhao 博士の観測サイトの一つ

Photo 7 自動開閉チャンバーで二酸化炭素フラックスを測定している圃場．

である， Inner Mongolia Grassland Ecosystem Research

Station（Fig. 1）に移動．前日の夜から下痢の症状があり，熱もあるようだったので，移動が辛かった．Zhao
博士と，現地でドライバーを担当した羊農家のジンさんが心配してくれ，シリンホト市で薬を買うことを何度も勧めてくれたが，食べなければ回復すると思い，薬は買わなかった．到着して少し休憩した後，そこから車で20 分程度の所にある Research Station の試験圃場に行った．Zhao 博士が土壌水分データを回収するのを見学した．放牧地のため計測機器全体を土壌中に埋設していたのと，大学の農場で実施している畑地灌漑試験での観測と同様に，ここでもデカゴンのセンサーとデータロガーを使っているのが印象的だった．データ回収後，このサPhoto 8 高濃度二酸化炭素施用試験．

52

土壌の物理性第 128 号(2014)

8 月 3 日（日）ゆっくり寝たら，体調がだいぶ回復した．前日は一日中，何も食べなかったが，この日はいくらか朝食を食べることができた．
朝食後，Research Station 周辺の施設を見学した．高濃度二酸化炭素条件で牧草の生育等を調査する施設（Photo8）や，この地域の代表的な牧草を育てている試験圃場を見学した．気象観測露場では Research Station ができてからずっと気象データをとり続けており，気象データの整理や露場の管理を担当している専門の職員が気温と地温をマニュアルで測定しているのが印象的だった（Photo9）．地温を測定している気象観測露場は，今の日本ではほとんど無いが，気温計測もほとんどの露場で自動化されている．計測機器が変わると測定値が厳密には変化することがあるので，温暖化のようにわずかな気温の変化
Photo 9 気象観測露場のタワーと気温・地温のマニュを調べるときには，可能であれば同じ方法で調べたデー

アル測定地点．

タが望ましい．人件費が安いこともあると思うが，このようなデータセットがあることは，この研究施設の一つの強みだと感じた．
午前中に再び昨日の観測サイトに行き，1979 年から放牧せずに管理している別の圃場（Photo 10）に設置した土壌水分計のデータを回収した．この試験地には 1999 年から放牧していない圃場もあるとのことであった．宿泊
した Research Station のゲストハウス内には，Nature な
どの有名な雑誌に掲載された，ここで実施された代表的な研究の紹介のパネルがいくつか展示されていたが，こういった他ではなかなか真似のできない長期的に管理された圃場があることが，ここでインパクトの高い研究をするための土壌になっていると思った．その他，クローPhoto 10 1979 年から放牧せずに管理している圃場．

ズドチャンバー法で土壌ガスフラックスを測定している
現場や，表面流出量を測定する計測機器を見学した．この観測サイトにおいて Zhao 博士は表面流出量や温室効
果ガスフラックスの総合的なモニタリングを計画しているとのことで，これらの測定方法について議論した．

Research Station に戻り昼食をとった後，車で 1 時間
ほど南にあるジオパークを見学した．草原にある湖で，いくつかの川が流れ込んでおり，こうした川が草原の地形や植生に大きな影響を与えているとのことだった．
夜は，モンゴルの移動式住居のゲルに宿泊した（Photo
Photo 11 筆者らが宿泊したゲル．

11）．値段が安かったからか，トイレが無く，部屋の中には虫が多くいたが，寝床は暖かく，快適だった．夜に雨が降り，雨音が気になった．2 家族ほど農家がそこで生活しており，現地の人と同じ生活を体験していると感じた．

8 月 4 日（月）
朝には雨が止み，草原の美しい景色を堪能した．朝食をゲルの中でとった．鶏の卵とミルクティと揚げパンの朝食で，揚げパンがおいしかったが，中に虫が入っているパンがあった．トイレが無いことも含め，なかなかワ
イルドな体験ができた．朝食後，昔の人が描いた馬や人
Photo 12 丘の上からの景色．

の絵が残っている小高い丘に登り，周辺の地形を眺めた

資料：西北農林科学技術大学滞在記

53

Photo 13 西北農林科学技術大学に隣接する農業の博物館．

（Photo 12）．この場所は宗教的な意味のある場所で，同じような景色が拡がる草原でよく待ち合わせにも使われ

らい，大学の近くの農業博物館を見学した（Photo 13）．
中国の土壌や動物，世界各地の昆虫の標本がいくつかのていた，とのことだった．筆者は高所恐怖症なので，か建物に展示されており，その規模の大きさと展示の質のなり急な斜面を登るのが怖かったが，Zhao 博士は笑いな高さに驚いた．

がらスイスイと登っていた．
その後，2 時間ほどかけてシリンホト市郊外の空港に行き，来たとき同様，呼和浩特白塔国際空港を経由して

午後，筆者が共著になっている温室効果ガスに関する論文について，Zhao 博士と議論した．

8 月 7 日（木）西安に戻った．

Zhao 博士が投稿を予定している論文を読み，これに

8 月 5 日（火）

ついて議論した．また，筆者が現在研究している地中熱

Zhao 博士の同僚の Zhang 博士が投稿を予定している，
タクラマカン砂漠を通る高速道路を保護するために設置

ヒートポンプに関する試験について，その内容を紹介した．

した防砂林の塩類集積のメカニズムを解明するための論

夜，大学の土壌物理の研究者数名と共に，Zhao 博士の文を読み，Zhang 博士と内容についてディスカッション

誕生日を祝う夕食会に参加した．集まった研究者はそれをおこなった．

ぞれ学部や学科が異なり，専門分野が同じ研究者同士の8 月 6 日（水）つながりが，学部や学科を超えて存在していることがわ

西北農林科学技術大学の職員や学生さんと，来てすぐに会ったサスカチュアン大学の学生達を相手に，筆者がかった．

8 月 8 日（金）北海道で実施した試験結果を中心にプレゼンテーション

早朝，西北農林科学技術大学を出て，西安咸陽国際航を行なった．肯定的な意見や質問が多く，おおむね好評

空に車で移動．中国の土壌科学に関する学会があるとので安心した．

ことで，Zhao 博士やその他数名の研究者とワンボックス

セミナーの後，Zhao 教授の学生さん数名に案内してもカーで空港に行った．

土壌の物理性

54

第 128 号(2014)

帰りは北京首都国際空港で乗り継いだ．インターネッ

た．こうしたことも，実際に行かなければずっと誤解しトで事前に調べたところ，空港が広くて乗り継ぎにとたままだったに違いない．いろいろな研究者と話しがでても時間がかかるとのことだったが，空港内をモノレーきたことも，良い刺激になった．

ルが走っていて，スムーズに乗り継ぎができ，拍子抜けだった．

内モンゴルに行く直前に調子が悪くなった胃腸は，結局帰国まで良くはならなかった．2 日ほどは食べられな3. おわりに
こうして改めて振り返ってみると，滞在期間中にいろ
いろな経験ができたと思う．今回行なった作業をまとめると，セミナー 2 回，執筆中の論文に関するディスカッション 3 件，フィールドの見学 4 件ということになる．
事前の打ち合わせでは，セミナーと内モンゴルの観測サ
イトの見学のみを伝えられていたので，12 日間の滞在中に暇をもてあますのではないかと思ったが，毎日やることがあり，充実していた．短い滞在期間ではあったが，かったが，それ以降，下痢は続いたが普通に食べられたので，苦痛ではなかった．外国に行くと下痢をするということは良く聞いていたが，自分で体験してようやくこういうことか，ということがわかった．体重が 3 kg ほど減ったのでダイエットには良いと思うが，もしまた外国に滞在する機会があれば，今度は下痢止めを持参したい．
最後に，私を招聘してくれた Zhao 博士とご家族，ならびに中国でお世話になった全ての方々に感謝いたし
ます．

引用文献

内モンゴルの長期的な試験や各地で実施している灌水試
験の様子など，組織的に取り組んでいる中国の研究の一

登尾浩助, 鈴木葉子, 石崎武志 (2002): 遺跡レンガの物理性の測端を垣間見ることができ，良い経験になった．中国の農定: II. サーモ TDR プローブによる熱 · 誘電特性の同時測定.

業は広大な面積を大きなコンバインで耕作するような，考古学と自然科学, 44: 33–44.

アメリカやロシアと似た農業を筆者は想像していた．しYi, J., Zhao, Y., Shao, M., Zhang, J., Cui, L. and Si, B. (2014):

かし，実際に西安付近で行なわれている農業は，耕地面

Soil freezing and thawing processes affected by the differ-

積もそれほど大きくなく，いろいろな作物を栽培しておent landscapes in the middle researches of Heihe River Basin,り，日本の都市近郊の農業とあまり変わらないようだっ

Gansu, China. J. Hydrol., 519: 1328–1338.

㈨ࠉᩱ

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性

Miscellaneous

No. 128, p.55 ∼ 56 (2014)

世界土壌科学会議（ WCSS ）に参加して
百瀬みずき 12014 年 6 月 8 日 ∼ 13 日にかけて韓国の済州島で開催された World Congress of Soil Science（WCSS，世界土

るく，活気が溢れており，とても圧倒されました．ポス

壌科学会議）に，6 月 11 日 ∼ 13 日の 3 日間参加しましについてお話をさせてもらうことができ，学会で発表した．私は 12 日の Soils, Land Use and Heat セッションにている実感が湧いてきたと同時に緊張も高まってきまして，「Effect of land use change on soil physical properties

た．その後口頭発表を聞きましたが，ポスターセッショ

of disadvantageous cultivated areas」というタイトルでポンのことで頭がいっぱいで，内容があまり頭に入ってき

スター発表をしてきました．

ませんでした．

ターを設置した直後から数人の参加者の方と研究内容

発表内容は，耕作放棄が深刻な問題となっている長野

ポスターセッションの時間となり，ポスター会場へ行

県富士見町神戸集落の中山間地域の農地を対象に，維持

くと，なんと，私のポスターにベストポスター賞に選ば

管理形態の違いが土壌の物理性に与える影響をまとめたれたことを示すステッカーが貼られていました．間もなものです．対象地域では維持管理形態には大きく分けてく，喜びに浸る余裕もなく，ステッカーの効果もあり，三つの形態があり，水田や畑といった，耕作を行ってい

多くの来場者の方が私のポスターの前に集まり，質疑応る耕作地，草刈りや簡単な耕起のみを景観保全等を目的答に追われましたが，日本人をはじめ，多くの外国の方に定期的に行っている，管理のみ農地，そして，全く人にも研究の成果を伝えることができ，様々な意見やコメの手が加えられていない耕作放棄地があります．2012

ントを頂くことが出来ました．その中で，日本では多く

年から，これらの農地において土壌の物理性について調の中山間地域で小規模な農業が行われていますが，海外査を実施しています．これまでの調査の結果，人為の加では平地での大規模な農業が行われている地域も多いた

えられていない「耕作放棄地」では団粒構造が発達してめ，中山間地での農業について疑問を持つ外国の方が多おり，透水性が増し，土壌硬度が比較的低くなる一方で，かったのが印象的でした．なぜ，中山間のような傾斜が「管理のみ農地」では定期的に草刈り等の人為が加えらあり，条件が不利な場所で，しかも小規模に農業をやっれていることで，土壌が締め固められ，土壌硬度が比較ているのか，そして，そこを保全していく意味とは何か的高く，団粒構造の発達が妨げられ，透水性が低くなっという根本的な問題を改めて考えさせられました．一方ているなど，土壌の物理性の観点からは好ましくないこで，そんな条件不利な場所でも農業が行われ，ある程度とがわかりました．しかし，耕作放棄をすることで近隣の収穫を得ることが出来るのは，世界的に見ても日本のの耕作地に獣害や病虫害を誘発する恐れがあるため，こ

土壌や水環境が豊かであるためということを再認識しまれらを防ぐために，耕作者の高齢化などにより耕作を行した．日本の方々にも，景観保全のために多くの地域でえない農地では管理のみ実施する必要性もあります．そのため，今後の対策として，中山間地域での土地利用計
画を農地一筆ごとではなく，集落単位で実施し，耕作放棄地を山側に集めるなどの対策が必要ではないかと考えます．
国際学会は初めての参加ということもあり，とても緊張しながら現地へ赴きましたが，到着した 11 日は学会主催の済州島観光ツアーが催されており，会場は薄暗く，
受付さえ実施されていない状況で出鼻をくじかれてしまいました．次の日，ポスター設置のため，朝一で会場入りすると，前日の薄暗かった雰囲気とは全く異なり，明1 東京農工大学大学院農学研究院

2014 年 10 月 30 日受稿

2014 年 11 月 4 日受理

Photo. 1 ベストポスター賞 受賞ステッカー．

56

土壌の物理性第 128 号(2014)

実施されている草刈り等の管理のみを行う農地保全が土諾していただくために，各農地の利用者の方々に依頼を壌の物理性に悪影響を及ぼす可能性があるということをしに行くところから始まり，思い通りにいかないことも伝えることで，今まで，問題視されていなかった管理の多かったですが，現場の農家さんの意見や考えを直接聞

み農地の維持管理の方法について知ってもらうことが出

くことができ，学内ではなかなかできない貴重な体験を来ました．

することができました．

全てのセッションが終了した後は，日本から来ていた最後になりますが，調査に協力いただいた富士見町神

同じ土壌物理を専門とする他大学の教授や学生の方と夕戸集落の皆さん，調査にあたって様々なアドバイスや地食を食べに行きました．日本での学会等でお会いしたこ

域住民の方を紹介していただいた小林市子さん · 寛人さとがある方もいらっしゃいましたが，ゆっくりとお話をんご夫婦，土壌試料採取を手伝ってくれた研究室の先輩する機会は初めてだったので，とても新鮮でした．特に，同じ専門分野を学ぶ女学生と研究のことや，研究室生活· 後輩の皆さん，それから国際学会発表の後押しをしてくれた東京農工大学の斎藤 · 中島両先生に心より感謝いのことなどを話すことで，刺激を受けると同時に，仲をたします．

深めることができ，とても実りある時間となりました．
韓国料理は私自身辛いものが苦手なので食べられない物も多かったのが残念ですが，韓国風のお刺身がとても気に入りました．何より，キムチなどの無料で付いている
お惣菜の品数の多さに驚きました．
最終日は会場付近を散策してから会場に向かいました．滝を三つ見学できる散策ルートを歩いたのですが，途中で道を間違え，一番小さい滝を一つしか見ることが出来ず残念な結果となりました．会場へ戻って後に，空港に向かう時間となり，私の初の国際学会は幕を閉じました．
今回，WCSS に参加し，ポスター発表をしたことで，国内の学会とはまた一味違う環境で研究発表を行うことができ，新たな課題や，多くの刺激を得ることができ，さらにはベストポスター賞をいただいたことにより，研究に対する意欲が増すと同時に責任感や自信も増しました．地域に入っての調査では，農地に入っての調査を承Photo. 2 ポスター前にて．

会 務 報 告I. 2014（H26）年度 第 2 回事務局会議日時：10 月 2 日（木）17:00 ∼III. 2014（H26）年度 通常総会日時：2014 年 10 月 25 日土）12:00 ∼ 12:30

場

所：東京大学大学院農学生命科学研究科

場

所：仙台市

（三重大学との間は電子会議）

議

題：

出

1. 2014 年度事業計画（案）2. 2013 年度会計決算（案）· 監査報告
3. 2014 年度会計予算（案）4. 2014 年度 土壌物理学会大会（プログラム）
5. 2014 年度学会賞（論文賞）
6. 学会サービスの電子化の進展について

席：溝口（会長），吉川（副会長），取出（編集委員長），吉田（庶務幹事），西田（会計幹事），
渡辺（編集幹事），濱本（庶務幹事補佐）

議事：
1. 大会講演会 · エクスカーションの準備 · 当日の運営について

2. 2013 年度決算案，2014 年度予算案の確認
3. 次期事務局メンバーの確認
4. 評議員選挙の経過報告
5. 編集委員会関係案件（1）128 号発行計画と原稿収集状況について（2）閲読報告書の変更について（3）次期体制に向けて
6. 電子化・オンライン化についての方針の確認
7. 評議員会および総会の議事，作成資料の確認（1）評議員会議事案（2）総会議案
8. その他

宮城大学食産業学部

IV. 2014（H26）年度 第 2 回編集委員会
開催形式：電子会議
日時：質疑応答 · 討論2014 年 11 月 22 日 ∼ 12 月 1 日
採決

2014 年 12 月 2 日 ∼ 12 月 5 日
出席委員：取出伸夫，江口定夫，小杉賢一朗，齊藤忠臣，
千葉克己，釣田竜也，中川 啓，中野恵子，橋本洋平，宮本輝仁（委員 10 名中 10 名参加：成立）
議事内容
1. 議題

II. 2014（H26）年度 第 1 回評議員会
時：2014 年 10 月 24 日（金）18:30 ∼ 20:30（1）編集委員長より提案のあった「土壌の物理性

場

2. 報告
（1）編集幹事より，現在の閲読の進行状況が報告

日

所：東京エレクトローンホール宮城

603 会議室
出席：溝口（会長），吉川（副会長），石黒，岩田，柏木，西村，吉田，取出，成岡，中村，諸泉，森，中野，小林，武藤，渡辺（編集幹事），
西田（会計），長（オブザーバ参加）（委任状）加藤，江口，山口，原口，千葉議

128 号」の発行計画が全会一致で承認された．

された．

3. その他（1）129 号のシンポジウム特集について（2）「研究ノート」「研究紹介」「資料」「書評」投稿の呼びかけについて

題：
1. 審議事項（1）2014 年度事業計画（案）VII. 会員消息（2014 年 11 月 21 日まで，敬称略）（2）2013 年度会計決算（案）入会 正 会 員

石崎武志（4）総会および総会議長について

正 会 員

佐野

修司

（5）2014 年度学会賞（論文賞）

正 会 員

山口

敏朗

（6）その他

学生会員

佐々木

喜市

学生会員

牧野

弘樹

学生会員

渡邊

真子

退会 正 会 員

野口

正二

正 会 員

高松

善博

（3）2014 年度会計予算（案）⃝ 学会誌の電子ジャーナル化に関する
今後の方針⃝ シニア会員入会承認⃝ セッションの協賛について
2. 報告事項（1）会員動向（2）編集委員会報告（3）その他⃝ 評議員選挙結果

土壌の物理性58

現在会員数（2014 年 11 月 21 日現在）
正会員（国内）：278

正会員（海外）

：

シニア会員

： 13

学生会員（国内）： 51

学生会員（海外）

：

6

1

賛助
： 8
—————————————小 計
：357
購読会員数
： 40
—————————————合 計：397

第 128 号(2014)

59—編 集 後 記—
先日，土壌物理学会大会が宮城大学で開催されました．

よって 8 割以上の農地が復旧していますが，まだこうし太平洋が展望できる眺めのよさが自慢のキャンパスです

た農地はたくさん残されています．また，「スニーカー

が，交通事情が悪いのがたまにきず．土曜日は仙台駅かでできる米づくり」を実践している 3.4 ha の巨大水田もら開会式に間に合うバスはたった 1 本．それにもかかわ

印象に残ったのではないかと思います．

らず，北海道から九州まで，全国から総勢 80 名以上の大会の後，視察に同行してくれた日本総合地質の宮内方が参加してくれました．感激でした．ありがとうござさんにお会いする機会がありました．「あんなに気さくいました．

な学会は初めて．センサの情報もすぐにもらいました．」

2 日目は石巻市長面地区，名取市閖上地区，同耕谷地と感激している様子でした．

区の視察．未復旧の津波被災農地と復旧後の農地を見て

最近，学会誌への論文投稿が少なくこちらは寂しい限

もらいました．仮堤防を走行中のバスの中で車窓に広がりですが，大会はこれからも盛り上げていきたいものでる海を指し，「この海の下に昔の田んぼがあり，これからす．年に一度，同志がどこかで集い，またそれぞれの職

水を吐き出して復旧するのです．
」と説明すると，車内が場に戻っていく．とても大切なことだと思います．

一瞬どよめきました．私は皆さんにこの光景を見てもらうだけで十分でした．宮城県では国や県の懸命の努力に

千葉克己（編集委員）

土壌物理学会
事務局構成

会
長
副 会 長
庶務幹事
会計幹事
編集幹事
会計監査

編集委員会

委 員 長
員
委

溝口
勝
吉川
省子
吉田 修一郎
拓
西村
西田
和弘
渡辺
晋生
吉迫
宏
亀山
幸司
取出
伸夫
江口
定夫
小杉 賢一朗
齊藤
忠臣
千葉
克己
釣田
竜也
中川
啓
恵子
中野
橋本
洋平
宮本
輝仁

（東京大学）（（独）農業環境技術研究所）（東京大学）（東京大学）（東京大学）（三重大学）（（独）農業 · 食品産業技術総合研究機構）（（独）農業 · 食品産業技術総合研究機構）（三重大学）（（独）農業環境技術研究所）（京都大学）（鳥取大学）（宮城大学）（（独）森林総合研究所）（長崎大学）（（独）農業 · 食品産業技術総合研究機構）（東京農工大学）（（独）農業 · 食品産業技術総合研究機構）

HYPROP ⽔水分特性曲線・不飽和透⽔水係数測定装置
HYPROPは蒸発法で試料中の２点のサクションを計測して⽔水分特性曲線と不飽和透⽔水係数を決定する装置です．サン
プリングした試料をセンサーヘッドにはめ込み，天秤に載せてPCと接続すれば数⽇日間で⽔水分特性曲線と不飽和透⽔水係数が求められます．
■ 技術仕様
測定範囲	

20	
  ~−	
  1200	
  hPa/−	
  2500	
  hPa	

分 解 能	

0.01	  hPa	  	精1.5	  hPa	  (0~800	
  hPa)	

度	

電子天秤	

0	
  ~2.2	
  kg	

分 解 能	

0.01	
  g	

精

0.1	
  g	

度	

● データ解析ソフトHYPROP Fitが付属しています．

T5,T5x テンシオメータ
T5テンシオメータのセラ
ミックチップの直径は5mm，表⾯面積は0.5m2です．⼟土壌の攪乱を最⼩小限に抑えるため微⼩小領域の測定に適してます．
■ 技術仕様
測定範囲	

+100	
  ~−	
  85	
  kPa	  
	  (T5x:	
  ~−	
  200	
  kPa)	

出力信号	

+100	
  ~−	
  85	
  mV	
  	

精

±	
  0.5	
  kPa	

度	

供給電圧	

10.6	
  VDC/	
  1.3	  mA	KSAT 飽和透⽔水係数測定装置
KSATは低⽔水位法および変⽔水位⽅方で250cm3⼟土壌サンプル（HYPROP兼⽤用）の飽和透⽔水係数を測定する装置です．
● 透⽔水係数の測定範囲は10000cm/ 　 dから0.1cm/d● 完全⾃自動測定● GUIソフトウェアKSAT VIEW1.0 　 がデータの可視化と飽和透⽔水係数 　 を迅速に計算● リアルタイムでデータの可視化， 　 評価と保存が可能● ⽔水の粘性の温度依存性を考慮して 　 基準温度のKsに再計算

アイネクス株式会社(⽇日本総代理店)〒144-0035 　東京都⼤大⽥田区南蒲⽥田2-16-1 　 　 　NOFテクノポートカマタセンタービル
TEL：03-5713-0388 　 　FAX：03-5713-1388
Web site：www.ai-nex.co.jp

土壌物理学会会則

年度から適応するが，当該年度中に有資格となった場合
は，次年度から適応する．
第 1 条 本学会は土壌物理学会（Japanese Society of Soil Physics） 3）シニア会員の権利は正会員に準ずる．ただし，会則第 6と称する．
条で定める役員および第 9 条で定める委員会委員に就く
第 2 条 本学会は土壌物理に関する研究の進歩と普及を図り，農業ことはできない．
（2011.10.28 制定）
技術および環境科学の発展に貢献することを目的とする．
第 3 条 本学会はその目的を達成するために次の事業を行う.
「土壌の物理性」投稿規定（1）研究発表会，討論会および見学会などの開催（2）学会誌「土壌の物理性（Journal of the Japanese Society
1. 筆頭著者は本学会会員であること．
of Soil Physics）」並びにその他の印刷物の発行
2. 投稿原稿の区分と規定ページは下記による．
（3）内外の研究，技術の交流および他の学会，諸団体との協力
1）「論文」（Original papers）：独創性があり，土壌（4）優れた論文に対する表彰の物理性に関する研究および技術の進歩に寄与する（5）その他，本学会の目的を達成するために必要な事業と見なされるもの．一編ごとに論文としての構成を
第 4 条 本学会の会員は，正会員，シニア会員（これまで正会員整えていて，他誌に未発表のものに限る．規定ペーであって 60 歳以上の常勤職に就いていない者），学生会
ジを刷り上がり 6 ページ以内とする．
員および賛助会員，購読会員の 5 種とする．学会への入2）「研究ノート」（Notes）：土壌の物理性に関する新会または退会の際は，本学会に届け出なければならない．
しい事実や研究方法の改良などの短い報告で，独創
第 5 条 会員は次の会費を所定の期日までに納めるものとする．
性があり他誌に未発表のもの．規定ページを刷り上がり 4 ページ以内とする．
正会員
年額
5,500 円3）「総説」（Reviews）：土壌の物理性に関する主題に
シニア会員
年額
3,000 円ついて，それまでの研究を総括し，今後の発展方向
学生会員
年額
3,000 円を展望するもの．規定ページを刷り上がり 6 ページ（大学院生を含む）
以内とする．
賛助会員
一口年額
22,500 円
4）「解説」（Lectures）：土壌の物理性に関する諸事項
購読会員
会誌年額
7,500 円の理解を計るための平易な解説，ならびに研究技術
広告料賛助会員
15,000 円の普及交換を進めるための紹介など．規定ページを賛助会員以外22,500 円
刷り上がり 6 ページ以内とする．
5）「研究紹介」（My research）：現在行っている研究，
第 6 条 本学会に次の役員をおく．任期は 2 年とする．ただし，他の学会誌等に掲載された論文，研究上の工夫など
3 期連続の重任は認めない．選出方法は次による．
についての平易な紹介．規定ページを刷り上がり 6（1）会長 1 名，副会長 1 名，編集委員長 1 名
ページ以内とする．
正会員の中から評議員会によって選出される．
6）「資料」（Miscellaneous）：広く会員の参考となる（2）評議員
報告や情報．規定ページを刷り上がり 6 ページ以内
イ 15 名 正会員の中から選挙によって選出される．
とする．
ロ 3 名以内を会長が正会員の中から委嘱する．
7）「土粒子」（Readers’ column）：「土壌の物理性」（3）会計監査 2 名
周辺のことについての随想や意見など．規定ページ
正会員の中から評議員会によって選出される．
を刷り上がり 2 ページ以内とする．
（4）幹事若干名
8）「講座」（Lecture series）：「解説」と本質的な違い
若干名の庶務，会計，編集の幹事を会長が委嘱する．
はないが，特に編集委員会が企画して複数回にわ
第 7 条 会長は毎年 1 回以上総会並びに評議員会を招集する．
たって行うものを指す．規定ページを刷り上がり 6（1）総会は本学会の最高議決機関であって，事業計画，予算 ·ページ以内とする．
決算，会則の変更等を決定する．総会は正会員，シニア
9）「特集」（Topics）
：
「解説」
，
「総説」
，
「論文」
，
「研究
会員および学生会員で構成される．
ノート」が混在したもので，特に編集委員会が企画（2）評議員会は，会員の選挙によらない役員の選出，総会議
して複数回にわたって行うものを指す．規定ページ
案，その他の重要事項を検討する．評議員会の議長は会を刷り上がり 6 ページ以内（「研究ノート」では 4長がこれにあたる．
ページ以内）とする．
（3）総会および評議員会の議決は委任状を含む多数決とする．
10）「書評」（Book reviews）：規定ページを刷り上がただし，会則の変更は，総会出席者の 3 分の 2 以上の賛
り 2 ページ以内とする．
成を要する．
11）「巻頭言」（Foreword）：規定ページを刷り上がり
第 8 条 本学会の会務は，評議員会および総会の議を経て，会長，
2 ページ以内とする．
副会長，編集委員長および幹事がこれを執行する．会務
なお，上記区分において，編集委員会が会員または執行に必要な規程は別に定める．
会員以外に投稿依頼することがある．
第 9 条 本学会に次の委員会をおく．
3. 原稿の採否は編集委員会が決定する．編集委員会は，「論（1）選挙管理委員会
文」および「研究ノート」については 2 名，その他の投稿
正会員の中から評議員会によって選出され，本学会の評原稿には 1 名の閲読者を選んで閲読を依頼する．ただし，議員選挙を管理する．
「土粒子」
，
「書評」
，
「巻頭言」については，この限りでない．
（2）編集委員会
4. 投稿原稿が 2．に記す規定ページを越える場合には，1
正会員の中から評議員会によって選出される委員によっページあたり 15,000 円を著者負担とする．ただし，編て構成され，学会誌その他の印刷物の編集に当たる．
集委員会が会員または会員以外に投稿依頼した原稿の場（3）学会賞選考委員会
合はこの限りでない．また，カラー印刷の場合は実費を
正会員の中から評議員会によって選出される委員によっ著者負担とする．
て構成され，学会賞を選考する．
5. 投稿する場合は、投稿原稿（本文，図表含む）および原
第 10 条 本学会の経費は会費その他の収入を持ってあてる．本学稿送り状（別紙書式）の PDF ファイルを編集委員長宛会の会計年度は毎年 4 月 1 日に始まり翌年 3 月 31 日に提出する．ただし、編集委員会が別途指示した場合はに終わる．
この限りではない．
附則
6. 投稿原稿を受け付けた場合，編集委員会は速やかに受付番（1）本学会の連絡先は，これを当分の間次に置く．
号と受付日付を明示した電子メールまたは書状を投稿者に〒113-8657 東京都文京区弥生 1-1-1
送る．また，投稿原稿の掲載を決定した場合，最終原稿を東京大学大学院農学生命科学研究科 内受領したのちに受理日付を明示した書状を著者に送付する．
（2）本会則は，2011 年 4 月 1 日より施行する．
（2011.10.28 改正） 7. 著者に対して修正を求めた原稿が，特別な事情なく 6 ヶ月以内に再提出されないときは取り下げと見なす．
細則
8. 著者校正は初校のみとする．また，特に申し出がない限（1）シニア会員
り印刷ずみの原稿は返さない．
1）シニア会員は，これまで正会員であって 60 歳以上の常9. 掲載された原稿の PDF ファイルを著者に贈呈する．ま勤職に就いていない者
た，著者は別刷りを印刷業者から購入することができる．
2）シニア会員への変更は，資格を有する会員からの申告を受け，評議員会の承認を受ける．原則として申告された 10. 本誌に掲載された原稿の著作権は土壌物理学会に帰属する．
（2012.12. 20 改正）

「土壌の物理性」原稿執筆要領
全般的事項

1. 原稿は，日本語または英語で執筆する．
2. 日本語の原稿は，A4 判，25 字，26 行とし，上下左右に 30 mm 以上の余白をとる（4 枚で 1 ページになる）．
3. 日本語の投稿原稿（ただし，書評は除く）は，はじめに

26. 引用文献の書き方は以下のようにする．
< 雑誌 >
森本 聡, 永田 修, 川本 健, 長谷川周一 (2009): 泥炭
林土壌の温室効果ガスの生成と消失．土壌の物理性，

113: 3-12.
Fujimaki, H., Ando, Y., Cui, Y. and Inoue, M. (2008):
Parameter estimation of root water uptake model
under salinity stress. Vadose Zone Journal, 7: 3138.
Millington, R.J. and Quirk, J.P. (1959): Permeability of porous media. Nature, 183: 387-388, doi:
10.1038/183387a0.
Bitteli, M., Flury, M. and Campbell, G.S. (2003): A
thermo dielectric analyzer to measure the freezing and moisture characteristic of porous media. Water Resour. Res., 39(2): W1041, doi:
10.1029/2001WR000930.
< 単行本 >
Tinker, P.B. and Nye, P.H. (2000): Solute movementin the rhizosphere, p.308. Oxford University Press,
New York.
土壌環境分析法編集委員会編 (1997): 土壌環境分析法,
pp.129-138. 博友社, 東京.
松森堅治 (2005): 地理情報システムを用いた窒素負荷予測モデル. 波夛野隆介 · 犬伏和之編 続 · 環境負荷を予測する, pp. 60-79. 博友社, 東京.
Jury, W.A. (1996): Stochastic solute transport modeling trends and their potential compatibility with
GIS. In Corwin, D.L. and Loague, K. (ed.) Application of GIS to the modeling of non-point source
pollutants in the vadose zone, pp.57-67. SSSA Special Publication No. 48, Madison.
<Web ページ >FAO-AGL (2000): Global extent and location of sodic
soils. Available at http://www.fao.org/ag/AGL/agll/prosoil/sodic.html.（確認年月日）
野菜茶業研究所 (2006): 野菜の硝酸イオン低減化マ
ニュアル. http://vegetea.naro.affrc.go.jp/joho/manual/shousan/index.html.（確認年月日）（雑誌のページには p. や pp. をつけない．本の単数ページを示す場合には p.，複数ページを示す場合にはpp. をつける）

日本語で表題，著者名を書き，そのあとに英語で表題と著者名（フルネーム）を書いてから本文を書き始める．
英語の表題は，冒頭の単語の頭文字のみを大文字とし，それ以降は固有名詞等，特に大文字が必要な場合を除き，全て小文字とする．英語の著者名は名の 1 文字目および姓の全てを大文字で記す．また，第 1 ページ下の脚注に，著者の所属機関と所在地を英語で，Corresponding
Author とする著者の氏名と所属を日本語で記す．
4. 日本語の論文および研究ノートは，英語による表題 · 著
者名と本文との間に英語で 300 words 程度の Abstractと 5 個以内の Key words を入れる．
5. 日本語の投稿原稿（ただし，資料と土粒子，書評を除く）
は，引用文献の後に日本語で 350 字程度の要旨，および5 個以内のキーワードを書く．
6. 英語の原稿は，A4 判，ダブルスペースで作成する（約600 words で 1 ページになる）．
7. 英語の投稿原稿（ただし，書評は除く）は，Manuscript
title，Full name of authors を書いてから本文を書き始める．著者名は First name の 1 文字目および Familyname の全てを大文字で記す．また，第 1 ページ下の脚注に，Address of institutions of authors および
Corresponding author を記す．
8. 英語の論文および研究ノートは，Full name of authorsと本文の間に 300 words 以内の英文 Abstract と 5 個以内の英語の Key words を入れる．
9. 英語の投稿原稿（ただし，資料と土粒子，書評は除く）
は，引用文献の後に，日本語で表題と著者名，所属機関，
所在地，350 字程度の要旨，5 個以内のキーワードをつける．なお，著者が外国人のみのために日本語部分の作成が困難な場合，英語部分からの和訳により，編集委員会の責任でこれらを作成する．
10. 英語の適正化はすべて著者の責任において行うこと．自然科学論文の執筆や校正に経験のある英語のネイティブスピーカーによってチェックされている事が望ましい．
11. 閲読終了後に最終原稿を提出するときには，編集委員会が指示する形式の電子ファイルを送付する．
その他
本文
27.
本要項のほか，科学技術情報流通技術基準（
SIST）に準
12. 原稿には，閲読作業の効率化を図るため，本文に行番号拠する．
を 5 行毎に書き入れる．
（2012.12.20 改正）
13. 章の見出しは 1.，2.，3.，節の見出しは 1.1，1.2，1.3，
項の見出しは 1.1.1，1.1.2，1.1.3 のようにし，字体は[土壌物理分野の SI 使用例]
ゴシック体とする．
国際単位系（SI）については多くの出版物で解説されて
14. 略語，略号を使うときには，はじめにそれが出たときに正いるので，ここには，土壌物理に特に関連の深い単位の使式名称とともに示す（例：陽イオン交換容量（CEC））．
用例を示す．
15. 単位の使い方は，国際単位系（SI）による．
推奨される単位認められる単位
図表
−1
含水比
kg kg
*
16. 日本語および英語の原稿ともに，図または写真の番号は
体積含水率
m3 m−3Fig. 1，表は Table 2 のように書く．
体積m3
L, cm3 , mL
17. 日本語の論文，研究ノートの場合，図，表，写真の題名
密度
kg m3 , Mg m−3には英語を併記する．
濃度kg m−3 , Mg m−3
g L−1 , mg L−1
18. 図，表，写真は必要最小限度とし，同一事項を表と図に
モル濃度
mol m−3
mol L−1
重複して表示する事は避ける．
力N
19. 図，表，写真は 1 ページに 1 つずつ貼り付け，余白に図水分ポテンシャル J kg−1
kPa, m, cm, **
透水係数
m s−1
cm s−1
表等の番号を記す．
−1−1
c kg , cmolc kg
20. 図と写真はそのまま製版されるので，鮮明なものを提出する． イオン交換容量 mol
−1
回転数
s
min−1
21. 図は 1/2 倍などとおよその縮小率を指定し，2 倍くらい
収量kg m−2kg ha−1, Mg ha−1, t ha−1に大きく書く．図の線の太さや文字の大きさは，刷り上*%表示は，原則として分母と分子の内容が同じものの場
がりの大きさを考慮して決める．
合にだけ用いる．
22. 地図や顕微鏡写真には定尺をつけ，縮尺や倍率はつけない．
23. 図，表，写真の番号と題名は，別紙にまとめて一覧表とする． ** cm H2 O は使わない．
その他，疑問のあるものについては意見を聞いて編集委
引用文献
員会で検討する．
24. 本文中で文献を引用する場合は，著者名（西暦），ま（2000. 3.10 改正）
たは（著者名，西暦）とする（例：Tanaka（1994），（Nakamura and Suzuki, 1981））．著者が 3 名以上の場「土壌の物理性」投稿案内
合は第 1 著者名のあとに—ら，または et al. をつける
（例：山田ら（1978），（Tayler et al., 1945））．
1. 投稿原稿に対する基本方針
25. 引用文献は，本文のあとに著者名の ABC 順に書く．未編集委員会は常に会員からの自主投稿を歓迎すると共発表，私信は引用文献として記載しない．
に，投稿された原稿をなるべく早く，できるだけ掲載する方向で処理したいと考えています．ただし，「土壌の物

理性」に掲載する原稿は読者にとって有益かつ完成したものであることが必要です．編集委員会は，投稿原稿が「土壌の物理性」に掲載するのにふさわしい内容を持つ原稿であるかどうかを基準として，掲載の可否を判断します．なお，他誌との二重投稿は認められません．
2. 投稿原稿に求められるもの
投稿に当たっては，「投稿案内」と共に「投稿規定」「原稿執筆要領」をよく読んでそれに従うと共に，閲読者が多忙な中で時間を割くことをよく理解して最大限に努力して完成した原稿としてから投稿して下さい．投稿原稿に求められるものは下の通りです．
（1） 内容について
1）オリジナリティーがあること（論文，研究ノートの場合）．
2）本誌の読者にとって有益であること．
3）導入，研究手法から結論に至る過程に論理性がある
こと．
（2） 表現について
1）原稿全体の構成が整っていること．
2）表題が適切であること．
3）文章表現が適切であること．
4）英文アブストラクトや和文要旨が適切であること．
5）SI 単位や記号の使い方が適切であること．
6）キーワードが適切であること．
7）英語の表現が適切であること．
3. 投稿原稿の受付
編集委員会は投稿原稿が体裁上最小限必要とする条件を満たしていることを確認した後，原稿を受け付けます．
条件を満たしていない場合には，著者への問い合わせ，もしくは原稿を受け付けずそのまま返稿する場合があります．
4. 閲読の目的と姿勢
編集委員会は受け付けた投稿原稿が「土壌の物理性」
へ掲載するのにふさわしいかどうかを判定する資料を得るために閲読を行います．編集委員会は適任の閲読者を選定し，閲読を依頼します． 編集委員会は閲読者に対して特に次の点について注意をお願いしています．
1）原稿の内容に対する責任は著者にあること．また，原稿の価値は読者が判断するものであること．
2）閲読は内容の批判や討議を行うものではないこと．
従って，見解の相違は掲載不適の理由にならないこと．
3）閲読者は投稿者に対して研究指導する立場にないこと．従って，新たな実験や計算の追加要求などは極力避けること．
4）閲読依頼期限を厳守すること．
閲読者から出された問題点について，編集委員会
は原稿が投稿原稿に求められるものを満たすために
必要に応じて著者に修正を求めます．ただし，これは著者に対する指導や助言ではありません．原稿の内容に対する責任はあくまで著者にあります．
5. 閲読の手順と投稿原稿の採否（1） 編集委員会は論文，研究ノートについては 2 人，その他の区分の投稿原稿については 1 人の適任者へ閲読を依頼します．
（2） 閲読者は「2」の投稿原稿に求められる各項目について投稿原稿を評価し，閲読結果を全体意見および個別指摘事項と共に編集委員会へ報告します．
（3） 編集委員会は閲読結果を審議し，投稿原稿の採否を決定します．この際，論文・研究ノートについては原則として下のように取り扱います．
1）閲読者 2 名とも総合判定が A（このまま掲載可）の場合には，閲読結果を受け取った日付で原稿を受理（掲載決定）します．
2）1 名の総合判定は A ，もう 1 名は B（指摘の点が修正されれば掲載可）の場合，または 2 名とも Bの場合には，指摘事項について著者に比較的小さな修正を求めます．修正原稿が提出され，編集委員会
が修正内容を確認した時点で受理します．
3）1 名の総合判定は B ，もう 1 名は C（指摘の点が修正された後，再閲読する必要あり）の場合，または 2 名とも C の場合には，指摘事項について著者にやや大きな修正を求めます．提出された修正原稿
は再び閲読を行います．
4）1 名の総合判定が D（掲載不適）の場合には，第 3の閲読者に判定を依頼することを含め，編集委員会
が対応を判断します．
5）2 名の総合判定とも D の場合には，その理由を付けて著者へ返稿します．

6）閲読は 2 回までとし，再閲読においても C または
D の判定がある場合には，編集委員会が対応を判断します．
（4）閲読結果の総合判定を D とする理由は次のようなものです．
1）既発表とみなされるもの．
2）重要な部分に根本的な誤りがあるもの．
3）事実に基づいた内容ではなく，単なる主観が述べられているに過ぎないもの（論文，研究ノートの場合）．
4）通説が述べられているだけで，新しい知見が全くな
いもの（論文，研究ノートの場合）．
5）修正を要する根本的な指摘事項を多く含んでいるもの．
6）連載形式で構成されており，1 編ごとに独立したものと認めがたいもの．
7）全体構成や文章が粗雑で，内容の判定ができないもの．
8）内容が本誌の趣旨に合わないもの．
9）その他，本誌に掲載する原稿としてふさわしくない
もの．
6. その他
1）共著者は全員が原稿に責任を負って下さい．共著者がいるにもかかわらず，その共著者が原稿を読んでないと判断されるような基本的なミスがある場合には，閲読を中止して返稿することがあります．
2）修正原稿を返送する場合には，修正結果がすぐに分かるような回答書（指摘事項に対応した修正箇所・内容一覧）を作成し，添付して下さい．
3）原稿は一度印刷公表されると末永く評価と批判の対象になります．閲読意見に対しては極力冷静かつ慎重に対処して下さい．誤解があった場合には，その誤解を解くだけでなく，誤解を受けないような書き方に改める努力が求められます．
4）「掲載不適」で返稿された原稿を再投稿する場合は新規投稿扱いとなります．「掲載不適」とした理由を十分に確認・検討の上，再投稿して下さい．
（2004. 6.29 改正）「土壌の物理性」閲読の手引き

1. 閲読依頼期限の厳守をお願い致します．万一，期限内に閲読が困難な場合には，速やかに編集委員会事務局へ連絡して下さい．
2. 「投稿案内」において，下のものを投稿原稿に求めています．閲読においても，これらをその基準とします．
（1）内容について
1）オリジナリティーがあること（論文，研究ノートの場合）．
2）本誌の読者にとって有益であること．
3）導入，研究手法から結論に至る過程に論理性がある
こと．
（2）表現について
1）原稿全体の構成が整っていること．
2）文章表現が適切であること．
3）表題が適切であること．
4）英文アブストラクトや和文要旨が適切であること．
5）SI 単位や記号の使い方が適切であること．
6）キーワードが適切であること．
7）英語の表現が適切であること．
3. 「掲載不適」とする理由としては，下のようなものが挙げられます．
1）既発表とみなされるもの．
2）重要な部分に根本的な誤りがあるもの．
3）事実に基づいた内容ではなく，単なる主観が述べられているに過ぎないもの（論文，研究ノートの場合）．
4）通説が述べられているだけで，新しい知見が全くな
いもの（論文，研究ノートの場合）．
5）修正を要する根本的な指摘事項を多く含んでいるもの．
6）連載形式で構成されており，1 編ごとに独立したものと認めがたいもの．
7）全体構成や文章が粗雑で，内容の判定ができないもの．
8）内容が本誌の趣旨に合わないもの．
9）その他，本誌に掲載する原稿としてふさわしくない
もの．
4. 原稿の内容に対する責任はあくまで著者にあります．また，原稿の価値は読者が判断するものです．
5. 閲読は内容の批判や討議を行うものではありません．
従って，見解の相違は掲載不適の理由にはなりません．

6. 閲読者は投稿者に対して研究指導する立場にありません．

よって，新たな実験や計算の追加要求などは極力避けて下さい．
7. 閲読者は著者と直接折衝をしないで下さい．著者との交渉はすべて編集委員会の責任で行います．
8. 閲読者として知り得た印刷前の原稿の内容はいかなる形でも利用・引用等出来ません．厳にご注意下さい．
9. 著者に修正を求めた後に再閲読で総合判定を D（掲載不適）とすることは，閲読者にとっても著者にとっても非生産的です．完成度の低い原稿などにおいては，修正を求め再閲読を行うよりも「掲載不適」として練り直してから新たに投稿するよう促した方がよい場合があります．
その場合には，「掲載不適」の理由（「3」参照）を明示して下さい．個別指摘事項への意見は不要です．
10. 閲読者から編集委員会へ意見等がある場合は，必ず「編集委員会への意見」として別紙への記入をお願いします．
（2003. 5.28 改正）

3. 優秀ポスター賞の選考

優秀ポスター賞（以下，ポスター賞）は年 1 回，以下の手順により決定する．
（1）選考の対象は，当該年度の土壌物理学会大会において発表されたポスターであって，筆頭者は会員とする．
ただし，ポスターの筆頭者が学生の場合に限り，会員外であっても選考の対象に含める．
（2）ポスター賞は（1）に該当するポスターの中から，選考委員会および会員の投票により選考する．（5 件以下）
4. 表彰
（1）論文賞は，通常総会において表彰を行う．また会誌上に公表する．
（2）ポスター賞は，土壌物理学会大会において表彰を行う．また，会誌上に公表する．
（2002.11.23 制定 2013.10.26 改正）
土壌物理学会学会賞選考委員会規定

土壌物理学会学会賞規定

1. 種類

学会賞に論文賞と優秀ポスター賞をおく．
2. 論文賞の選考
論文賞は，年 1 回、以下の手順により論文賞選考委員会「以下，選考委員会」で審査し，評議員会で決定する．
（1）賞の対象とする論文は，「土壌の物理性」に，原則として前年度（前年 4 月 1 日から翌年の 3 月 31 日まで）に掲載された原著「論文」とする．
（2）正会員（1 名以上）は, 学会賞受賞候補として（1）に該当する論文を自薦もしくは他薦することができる.
（3）（2）に記す論文の推薦は，学会誌「土壌の物理性」に公示された募集を受け，所定の書類を必要部数揃え，
期日までに学会事務局に提出しなければならない．
（4）選考委員会では，（1）に該当する論文の中から，（2）の推薦も考慮して受賞候補論文（以下，候補論文）を審査 · 選考し，評議員会へ付議する．
（5）評議員会では，候補論文が受賞に適格かどうかを判
定する．

1. 目的

学会賞選考委員会（以下委員会という）は，論文賞および優秀ポスター賞の選考を行うことを目的とする．
2. 業務
委員会はつぎの業務を行う．
（1）学会賞規定に基づく論文賞および優秀ポスター賞の選考．
（2）土壌物理学会学会賞選考に関するその他の事項．
3. 構成
委員会は委員長 1 名および委員 5 程度を持って構成する．
（1）委員会は正会員より構成される．
（2）委員は評議員会の推薦に基づき総会で決定する．
（3）任期は 2 年とする．ただし，再任はさまたげない．
（4）委員長は委員の互選により選出する．
（5）若干名の専門委員をおくことを認める．
4. 開催
委員会は年 3 回程度開催する．
（2002.11.23 制定 2003.11.22 改正）

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受付年月日（本会で記入）

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資料

年

研究紹介

土粒子

月

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表題（和文）

表題（英文）

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著者名 2
ローマ字
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ローマ字

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付記：投稿の宛先は土壌物理学会ホームページを参照のこと（http://js-soilphysics.com/）枚土壌物理学会会員登録用紙 [入会 · 退会 · 登録事項変更]
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Fax. 03-5841-8169
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FAX：81-3-3475-5619

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土壌の物理性 第 128 号（会員配布）
発行 土 壌 物 理 学 会

2014 年 12 月 20 日発行〒 113-8657

東京都文京区弥生 1-1-1
東京大学大学院農学生命科学研究科農地環境工学研究室内

電03-5841-5344
FAX
spsyomu ＠ ml.affrc.go.jp
http://js-soilphysics.com/ent

話

E-mailURL吉田03-5841-8169

銀行口座

みずほ銀行 根津支店（店番号 235）
普通 1153264 土壌物理学会 会計 西田和弘
郵便振替
口座番号：01350-2-40943
加入者名：土壌物理学会
編集委員会事務局（投稿原稿送付先）
所在地はホームページ（http://js-soilphysics.com/ent）で最新の物を確認して下さい．

E-mail印

kibyosi@ml.affrc.go.jp
刷

創文印刷工業株式会社〒 116-0011 東京都荒川区西尾久 7-12-16

ISSN 0387-6012

Journal of the Japanese Society of Soil Physics
No. 128

December, 2014

Contents..................................................................

K. NOBORIO...

1

H. SAITO and Y. MORI

...

3

...

5

...

11

...

23

I. IIYAMA and D. IIMURA

...

33

S. HAMAMOTO and T. NISHIMURA

...

39

H. OCHIAI...

47

Y. IWATA...

49

M. MOMOSE...

55

Announcements........................................................................................

57

Editor’s Postscript........................................................................................

59

Foreword
Special Section for JpGU
Preface.........................................................

Geostatistical modeling of the spatial distribution of surface soil arsenic around a smelter.................................................

P. GOOVAERTS and G. GLASS

Effect of reducing the test period on estimating effective thermal conductivity from Kelvin’s line
source function in thermal response test: a numerical study. . . . . . . . . . . . . . . . H. SAITO, T. SAITO, Y. KOHGO, S. HAMAMOTO, P. MOLDRUP
and T. KOMATSU
Original Papers
Measuring CH4 flux in a rice paddy field in Thailand using relaxed eddy accumulation (REA) method..............

S. KOMIYA, K. NOBORIO, Y. SHOJI, T. YAZAKI and T. TOOJINDA

Notes
A simple CO2 gas analyzing system for soil gas samples.....................................................
Lectures
Reviewing classical studies in soil physics“Transport in Porous Media” by R.J. Millington and J.P. Quirk...........................................
Readers’ column....................................................................

Miscellaneous
Visiting report of Northwest A & F University......................................................................
Attending 20th World Congress of Soil Science..................................................................

Published by

Japanese Society of Soil Physics
Graduate School of Agricultural and Life Sciences, The University of Tokyo
1-1-1 Yayoi, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8657 Japan

http://js-soilphysics.com/