古典を読む

J. Jpn. Soc. Soil Phys.

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土壌の物理性Lectures

No. 140, p.29 ∼ 34 (2018)

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粘土質水田の排水と暗渠に関する先駆的な 2 つの論文
長谷川周一 1
Reviewing classical studies in soil physics

Two pioneer studies on surface and subsurface drainage of clayey paddy fields
Shuichi HASEGAWA1

1. はじめに農業基本法が 1961 年に制定され，農業生産性の向上しなければいけない．さらには大型機械を入れるために区画を大きくすると，排水路までの地下浸透距離が長くなり排水不良になるので排水改良をしなければならないに水田農業の機械化が必要とされた．水を張り代掻きをといわれている．すなわち水田の排水改良は大型機械のして軟らかくした田んぼの中を収穫機が走行するために水田への導入にとって必要条件とされている．」と述べは，排水を強化し，田面を乾燥させて地耐力を高める技ている．さらに，「水分のコントロールに暗渠が本当に術が必要とされた．暗渠はこの排水強化の一つとして導必要なのか，排水路を効かせるためには区画はやはりあ入されており，畑の暗渠とは目的が全く異なる．そこで，る程度の大きさに留めておいた方が良いのか，とさらに1960 年代に行われた 2 つの先駆的な研究に着目した．1
つは，田淵俊雄著「粘土質水田の排水に関する研究（1）

突っ込まれると，自信を持った返答は出来なくなる．それは，水田における排水の実態を真に把握していないか粘土質水田の排水に関する問題点と仮説」である．このらである．」と続けている．このことから 1960 年代半ば

論文には 7 つの続報がある．これらの研究は水田の排水までは水田土中の水移動の調査研究は不十分であったこ

であり，暗渠を直接対象としていないが，排水に関してとが分かる．

貴重な成果を出している．一方，2 番目は根岸久雄ら著

続報の（2） ∼（6）までは（1）と同じ号に，（7）と（8）「重粘土地帯水田の土層改良と用排水組織に関する研究は農土論集 25 号（1968）に掲載されている．また，機（I）総括編」である．本論文では水田の排水機構に加え，械化と密接に関係する水田の地耐力と排水に関する研究“組み合わせ暗渠” 技術を発表している．この研究にも 3報の続報がある．ここでは，前者の（1）と後者の（I）のも同時期に行われている（多田ら, 1967）．

論文を主体に紹介し，続報で明らかにされたことも取り上げる．

2.2 従来の水田排水とそれに対する疑問
水田の排水には，土性によって排水路や暗渠の深さと間隔を変化させる地下排水が耕地内排水の奥の手として現在では水田に広く普及し，水田のみならず転換畑の考えられているが，著者はこの考えに間違えはないので農地の土壌水分を制御する手段として用いられている暗あろうかと疑問を投げかけ，以下の 5 項目に注目してい渠が，半世紀前に導入されるにあたり科学的に明らかにる．第 1 は，粘土の透水係数は 10−5 cm s−1 以下であり，された点に注目しながら 2 つの論文を紹介していく．な

排水路や暗渠への動水勾配が小さいことから，土中の水お，水田農業の機械化が始められた頃と現在とでは水田，移動は期待できないこと．一方では透水性の改良 ∼ 亀

コメを取り巻く状況は大きく異なるので Table 1 に簡単裂の重視 ∼ が指摘されていること．この点に関しては，にまとめた．

山崎ら（1963, 1964）の「粘土質水田や重粘土地の暗渠

2. 粘土質水田の排水に関する研究（1）

Table 1 水田の機械化が始まった頃と現在の稲作状況の違い．
Rice production and consumption in 1970 and 2012.（農水省）

2.1 研究の端緒
著者は，「ごく一般的には，大型機械を導入するためには水田の地耐力が必要で，そのために水田の排水を良く
1 Professor Emeritus Hokkaido University, Kita 9 Nishi 9, Sapporo, 0608589 Japan. Corresponding author: 長谷川周一，北海道大学名誉教授.
2018 年 7 月 3 日受稿 2018 年 8 月 24 日受理

水稲作付面積（万 ha）

10 a 当たり労働時間 （hr）
玄米平年収量（t ha−1 ）1 人当たりの消費量 （kg）

1970 年

2012 年

284

158

11025

4.3

5.3

9556

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いると考えられる．第 2 は，排水路や暗渠内の水位を低区画は，30 m × 110 m注 1）と大きい．この調査研究からは，浸透能の試験から地下浸透はない，亀裂の発達は下させようとも粘土は水で飽和されたままであり，土の微地形の影響を受ける，地表残水の消失日数は長いこと

乾燥は蒸発散を考えなくてはならないこと．第 3 は，地などを明らかにしており，地表排水の重要性を指摘して表残留水（地表残水）を残さないように地表排水を重視いる．第 3 報の大浜町の収穫期の調査からは，中干し期すること．第 4 は，気候，特に無降雨期間の頻度と排水にできた地表面の亀裂は再湛水により消失したが，地中の関係を考えておくこと．そして第 5 は，機械化のためには残存していること．そのため，湛水の落水は亀裂土の，田面を乾かし地耐力を確保するという排水は，従来（表層の亀裂）を通して行われるという仮説は成り立たの豪雨時の排水，適正浸透量の維持，裏作期の排水とはなかった．しかし，表層 5 cm より深い地中に残存して異なるということである．

いる亀裂は，落水期に作土に発生する亀裂と連続し，再排水における心土亀裂の役割」の研究成果が元になって2.3 粘土質水田の排水仮説とその検証び機能することを図示している．地表面の凹凸は排水に以上の疑問点を踏まえて著者は粘土質水田の排水仮説大きな影響を与えた．さらに，代掻きをした土が中干しを提案している．その要旨は，粘土質の水田では亀裂以期に乾燥収縮した影響（圧密による沈下圧縮）は再湛水

外の地肌（現在よく使われているマトリックスを意味す

しても戻らないことを指摘している．

る）の部分は水を通さないと仮定する．その結果，地下第 4 報の大浜町大区画無暗渠田の収穫期以降の排水に浸透に関しては，中干し期の排水は亀裂がないので地下おいては，亀裂が入るほどに乾燥した水田の降雨排水で浸透はゼロ．収穫期の落水は，中干し期に出来た田面のは，表層の土は透水性を有しているが，地下浸透はゼロ．

亀裂の有無により大きく変わる．そして裏作期間では，田面に亀裂があるので，水位差があれば横流れが生じる

暗渠や下層亀裂があれば，表層亀裂から地下への浸透がことを確認している．

行われるという仮説である．以上でこの論文は終わって

第 5 報は日本海側の長岡市の 10 m × 40 m の暗渠のいるが，続く（2）から（7）報で調査結果に基づき仮説ある水田の中干し期および収穫期の落水状態を調査してを検証している．

いる．中干し期は毎日のように雨があり，亀裂は発達しそこで，仮説の検証結果を簡単に紹介しておく．調査なかった．そして暗渠が地表残留水の排除に果たす役割を行ったのは，太平洋側（大浜）と日本海側（長岡，柏は大きくなかった．一方，収穫期には亀裂が認められ，崎）の粘土質水田である．

幅 15 mm 程度の亀裂に水性塗料を注入すると，5 ∼ 15

第 2 報では大浜町の大区画無暗渠水田において，中干cm の有機物層を横流れして暗渠溝に流れた．亀裂が入し期の田面状態を湛水域，水たまり域，水なし域およびるほどに乾かなくとも，田面の沈下圧縮を生じさせる中亀裂域に分けてほぼ毎日スケッチしている．Fig. 1 は移干しの効果は収穫期にも有効で，田面の沈下が 10 ∼ 20mm あるということは乾燥日数にして 2 ∼ 4 日短縮され植栽培水田における中干し期の田面状態の変化を示す．

Fig. 1 中干し期の田面状態変化．田淵（1966）の Fig. 5 を一部改変．
Changes of paddy surface conditions of paddy fields at mid-summer drainage.

講座：粘土質水田の排水と暗渠に関する先駆的な 2 つの論文

31るという結果となった．第 6 報では収穫期以降の非灌漑期の長岡市の水田を対象とした調査である．乾燥によってもたらされる表層の透水化が暗渠に至る水みちを形成

3. 重粘土地帯水田の土層改良と用排水組織に関する研究（I）した．Fig. 2 は白色ビニール塗料の浸入結果である．また，暗渠管埋め戻し部の透水性を大きくしておくことや

3.1 研究の背景地表流出を増大させること（均平精度）の必要性も指摘

農林省は水田農業の機械化に向けて複数の特別研究している．第 7 報では長岡市と柏崎市における暗渠の排（プロジェクト研究）を実施しており，「重粘土地帯水田水効果を調査した．暗渠が効果を発揮するには，代掻きの土層改良と用排水組織に関する研究」もその一つであ作土層が一度乾燥して亀裂が生じる必要がある．そのたり, 1968 年から 1970 年にかけて実施された．田淵の研めには，収穫期には 1 ヶ月以上の落水期間が必要であり，究が水田の排水に影響を与える要因の解明であり，暗渠かつ降雨日数が多くないこと，均平が良いことを挙げて機能は研究の直接の対象となっていないのに対し，このいる．また，暗渠は湛水を排除するのに効果があるので特別研究は，重粘土では浸透水は亀裂等の連続した粗孔あって，土壌水分の除去を直接行うものではないと指摘

隙を流れることの解明に加えて，水田の土層改良の目標している．そして最後に，水田地耐力に影響を及ぼす要まで考察した技術的な研究でもある．暗渠の第一の目的

因には暗渠，落水，均平，降雨の 4 つがあり，それらのは田淵と同様に，地耐力の確保であるが，本研究では多組み合わせで地耐力が決まること．0 ∼ 15 cm 層の最大毛作や水田転換畑まで対象を広げて暗渠の役割を論じて地耐力 1.0 ∼ 1.2 kg cm−2 （0.1 ∼ 0.12 MPa）以下の場合を耕起不能状態と判定すると結論づけている．最後の第8 報では水田の乾燥と気象の年次変動について考察している．

いる．田淵の研究と本研究に直接的な関連はないが，前者で得られた知見は活用されているはずである．
本研究の緒言は以下の文章で始まっている．「我が国の沖積平野や干拓地，一部の洪積台地などに分布する重以上が第 1 の論文の概要である．調査対象の水田は暗粘土地帯の水田は，土層の透水性が悪いため排水不良と渠が必ずしも入っていないので，暗渠のみに着目した調なり，また，湿潤状態での地耐力も弱いため，大型機械査ではなく，いかに地耐力を確保するかが研究の主体での走行や適正な水管理が難しく，田畑輪換などは一層困あった．なかでも，中干しによる田面沈下の効果が収穫難な場合が多く，土地利用を制約し，生産性の向上の障期にも認められるという発見は特筆すべきことだろう．

害となっている．
」さらに，研究成果を次のように端的に

また，暗渠がある場合には，亀裂が発達し，それが暗渠まとめている．「この研究によって，攪乱均質化された溝に連続したときにはじめて機能すること，暗渠は土壌土壌の透水係数は，一般に小さく，浸透は主として土壌水を脱水させる効果がないという重要な指摘も行って中の大きな連続した間隙によること．したがって水田でいる．の降下浸透の大小は，土壌粒度の細粗，密度の粗密だけでなく，この水みち的間隙の多寡によること．乾燥による土壌の変化，植物の蒸散による土層の乾燥効果等水み
ち的間隙の生成と保存，いわゆる土壌構造の発達など粘質土壌の透水性改良に関連する多くの事実と，その相互関係を明らかにした．」ここで，攪乱均質化されたとは，耕起 · 代掻き作業を受けた水田を示すと考えてよい．
本研究は重粘土水田土壌の物理的な特性から暗渠排水による土層改良法，排水組織の維持管理と基礎的研究から応用技術までを対象としているが，ここでは，土壌物理研究を主として取り上げた．続報の（II） ∼（IV）も同じく農業土木試験場（農土試）報告 10 号に掲載されている．

3.2 重粘土水田の物理性の特徴
ここでは重粘土水田を透水係数が 3 ×10−5 ∼ 5 × 10−5

cm s−1 以下と定義づけており，土性は HC とは限らない．また，重粘土として低平な沖積地に分布する密度の小さい重粘土（蒲原平野の潟東，頚城平野の高田）と地形的に高位にあり生成が古くて密度の大きな重粘土（福島Fig. 2 塗料浸入（非灌漑期 12 月）．田淵ら（1966）の Fig.
8 に一部加筆．
Entry of paint into soil at December.

県の安積地区）の 2 種の水田を調査研究の対象としている．対象とした水田は 10 ∼ 20 a が主で，より小さな水田もある．本研究で示す水田の透水係数とは，ダルシー式から得られる透水係数ではなく，田んぼの水甲を開放土壌の物理性

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したときの暗渠流出量を田んぼの面積で除した流束を示も約 1 t ha−1 少なく，食味よりも量が重視されたことをす．したがって，亀裂に加え心土破砕や弾丸暗渠により考えれば，重粘土水田に必要とされる降下（適正）浸透

人為的に作られた粗孔隙，暗渠疎水材の水移動も含むこ量についての検討は残されていると判断される．湛水期とになる．オーガーホール法や変水位法で得られたダルシー式に基づく透水係数は 10−6 cm s−1 以下が半数を超の減水深と降下浸透量の差は蒸発散量である．収穫期に必要とされる排水目標値は 25 ∼ 50 mm d−1 の値であり，えている．

この値が現在の暗渠排水量の目標値の元になったと考え

重粘土水田で重視されるのは蒸発散の利用と田面排水られる．また，本表で不思議なのは，降雨後 2 日目およ（地表残水の排除を示すと思われる）の強化であり，下層び 7 日目の地下水位（pF 値）が出ていることである．こ土の亀裂の発達とその安定性は pF1.5 ∼ 2.0 の乾燥状態の点に関しては論文中に詳細に触れられていない．本研が続くことを必要とする．また，代掻きにより作土の亀究の共同執筆者である多田敦氏（筑波大学名誉教授）の裂が失われても，安積や潟東では下層土の亀裂は残って私信によれば，浸透水が亀裂等の粗孔隙を流れるとしていることを指摘している．しかし，さらに排水を強化すも，圃場全体として正確に捉えられないことから，水位るには弾丸暗渠や心土破砕のような人工的な水みちを造計に現れた値から地下水位を表現するなどの方法で測定成する必要がある．

したということである．一方，（IV）報には，地表残水が消失して暗渠排水量がほとんどゼロになり，蒸発散量が3.3 重粘土水田の改良目標から検討している．支持力については走行する機械の種

6 mm d−1 のとき地下水位が 15cm 低下すると，土壌の間隙の 4% が水分を失ったことになり，pF 試験からは亀類や作業によっても異なるが，収穫をコンバインで行う裂の発生を促すという記述がある．したがって，本研究ときにはコーン支持力は作土では 0.15 MPa 以上，耕盤でいう地下水位は亀裂や粗孔隙内の水位に相当している

機械走行性（支持力）と圃場排水（土壌乾燥）の両面

では 0.25 MPa 以上必要としている．そして，収穫期のと考えられる．

排水条件として，湛水排除を 2 日，湛水消失後 2 日目のTable 2 の右の欄には参考として転換畑の目標値が示

地下水位を 40 cm としている．さらに，水稲移植栽培条されている．畑作物の根は酸素を吸収して二酸化炭素を件下の重粘土水田の排水に関する目標値を Table 2 のよ放出するため，根が窒息しないためには，土中空気と大うにまとめている．ここで，重粘土水田における浸透は気とのガス交換が保障されなければならない．そのため暗渠施工部分や亀裂等の粗孔隙を通して行われることかの気相率は作物によっても異なるが 15 ∼ 20 % は必要と

ら，土壌の透水係数は暗渠排水量等から算定される値でされる．しかし，重粘土水田の下層土のマトリックス部ある．10−5 cm s−1 は日単位に直せば，おおよそ 10 mm分は地下水位と無関係にほぼ飽和しているため，畑作物d−1 である．著者らは，降下浸透速度は中干し期までは稲の生理からは 0 であってもよいといわれるが，重粘の伸長は認められない．一方，亀裂や粗孔隙には根が集土水田では降下浸透がある方が有利であるとして適正浸発達を促進するための地下水位と亀裂内水位は別物であ透量を与えている．この点については，稲収量と浸透量ると考えるべきである．

中的に発達していることがある．しかし，畑作物の根のの議論が当時行われていたことが反映されている．しか3.4 圃場の排水性の改良し，適正浸透があるといわれた当時の稲収量は現在より本研究においても，排水を迅速に行って土壌表面を乾Table 2 重粘土水田の排水に関する目標値（水稲移植栽培）．根岸ら（1972）の Table 11 を複製．
Target figures for drainage in clayey paddy fields (in the case of transplanting culture).

HH
H
HH
時期別H
項目
HH
HH
減水深(タン水期
移植栽培

非タン水期)

中干し期まで(湿潤期
表日本刈取り期まで
裏日本秋冬期

10 ∼ 20 mm d−125 ∼ 50 mm d−1) (乾期
表日本秋–春期

参考)

（転換畑）

裏日本春期

—

—タン水 (降雨) 消失速度—

50 mm/2 日

60 mm/1 日

50 mm ∼ 100 mm/1 日

降下浸透速度

10 ∼ 15 mm d−1

25 ∼ 50 mm d−1

50 ∼ 60 mm d−1

50 ∼ 100 mm d−1

土壌透水係数10−5 cm s−1

5 × 10−5 cm s−1

10−4 cm s−1

10−4 cm s−1 <20 cm 土壌水分—pF 0.7pF 1.2—

地下水位

—

30 cm

40 cm

40 cm

20 cm 土壌水分—pF 1.5pF 1.7—

地下水位

—

50 cm

60 cm

60 cm

降雨後

2 日目の降雨後

7 日目の{{

講座：粘土質水田の排水と暗渠に関する先駆的な 2 つの論文

33

保され，本暗渠への迅速な排水が行われる．補助暗渠には弾丸暗渠，心土破砕等がある．さらに，弾丸暗渠などの補助暗渠は農家自身が任意の間隔で繰り返し施工できることから，“組み合わせ暗渠” は水田の排水改良工法の決定打となったといえよう．現在では西欧の排水関係の本にも弾丸暗渠と本暗渠の組み合わせは紹介されている（Smart and Herbertson, 1992）．しかし，半世紀も前に水田の地耐力を確保する目的で速やかな残水排除を “組み合わせ暗渠” で実施したことは，非常に高く評価される．

4. 終わりに
暗渠は畑地において地下水位を下げて根群域を拡大す
Fig. 3 本暗渠（吸水渠）の標準断面形状．根岸ら（1972）のFig. 7 を転載．
Standard section of a pipe drain.

る手段としてヨーロッパで開発された．140 年近く前の1877–1880 年に札幌農学校で農学の教鞭を執ったアメリ
カ人教師のブルックスの講義ノートが「ブルックス札幌農学校講義」（高井, 2004）として出版されており，畑の燥させ地耐力を上げるには，田面の均平精度を高め，排水量の大半を占める地表排水を迅速に行うことにより地表残水を少なくすることを指摘している．また，圃場の地下排水性を促進させるためには地表に乾燥亀裂を発達させ，下層の粗孔隙等と連続させる必要があると指摘している．比較的均平管理がなされた水田では地表残水は20 ∼ 30 mm 程度となる場合が多く，落水後の亀裂発生までの日数は各試験地の結果から 3 ∼ 4 日程度であり，田面残水消失後比較的短時間で亀裂が発生する．この成果は圃場試験の積み重ねから出てきた知見に基づいており，水田機械化農業に大きく前進させたと考えられる．

暗渠は 20 ページにわたって詳細に説明している．その考え方は現在でも通用する．一方，水田の暗渠の研究は1960 年代に開始されたが，その発想は土壌表面を早期に乾燥させて農業機械が導入できるように地表面を硬くするという点であり，畑の暗渠とは発想が全く異なる．田淵は田面の乾燥に着目し，地下浸透に期待できない点を強調している．一方，根岸らは田面の乾燥化のための土層改良，すなわち地下排水の迅速化をめざし，“組み合わせ暗渠” という新しい技術を開発した．2 つの論文とも
粘土質土壌の保水の特徴から，排水と地下水位は無関係であり，排水は気相率の増加に結びつかないことを指摘している．しかし，土壌物理学を学んできた人でさえ，3.5 籾殻の使用

水田暗渠に対する理解は不十分であり，水田転換畑の暗多田氏によれば，暗渠への籾殻の使用はこの特別研究

渠は，畑暗渠と同じく地下水位を低下させる手段だと理を契機に普及していった．しかし当初は，籾殻の作物へ解しているのは，何とも残念なことである．の影響や耐久性に懸念があったという．そして，Fig. 3に見るように，籾殻が暗渠埋め戻し部に厚く充填される謝辞ことになった．これが現在でも使われている本暗渠（吸水渠）の原型である．そして籾殻は従来の，管内への泥の侵入を防ぐ被覆材（filter や envelope）という概念から水みちの確保，保全という疎水材（permeable fill）の役割に変わった．見方を変えると，疎水材が充填された幅の狭い明渠と見ることも出来る．コメ生産農家が廃棄物として出す籾殻を疎水材として利用するという発想は，畑暗渠には見られない水田暗渠の特徴である．

3.6 組み合わせ暗渠
重粘土水田のマトリックス透水性の低さ，単独暗渠排水による土層改良の困難性を打破するため，耐久性の長い暗渠排水組織（本暗渠）と乾燥亀裂や機械的に造成さ原稿の執筆に当たり，特に農土試報告については，実際に研究を担当されていた多田敦氏から，半世紀前の研究を振り返り，本文に記述したように大変貴重な助言をいただいた．深く感謝いたします．私的なことではあるが，筆者が農土試に採用されたときの室長は多田敦氏，2代目の室長は故根岸久雄氏であり，お二人からは多くの現場技術を教えていただいた．
注 1）：当時の水田は 10 a が多く，30 a の水田を大区画水田と称していた．

れた水みちによって，地表残水および表層粗孔隙の排水の迅速化を図る目的で，浅く密に設ける耐久性を要しな引用文献

い補助暗渠から構成されるのが “組み合わせ暗渠”（技術普及の観点から，誰でも無料で使用できるように農土試

根岸久雄, 多田 敦, 古木敏也, 守谷 貢, 渋谷勤治郎, 菅原和夫, 上が特許を取得）である．補助暗渠は本暗渠埋め戻し部に村春美 (1972): 重粘土地帯水田の土層改良と用排水組織に関充填された疎水材と直交することで粗孔隙の連続性が確する研究 (I) 総括編. 農業土木試験場報告, 10: 43–94.

土壌の物理性

34Smart, P. and Herbertson, J.G. (Eds.) (1992): Drainage design, pp.

第 140 号(2018)

市). 農業土木学会論文集, 18: 39–47.
高井宗宏編 (2004): ブルックス札幌農学校講義，pp. 71–91. 北73–82. Blackie and Son Ltd., Glasgow.
多田 敦, 安富六郎, 堤 聡, 田淵俊雄 (1967): 粘土質水田の地耐力に関する研究 (II) — 地耐力と地表排水の関係 —. 農業土木学会論文集, 21: 29–35.

海道大学図書出版会.
山崎不二夫, 八幡敏雄, 竹中 肇, 田淵俊雄 (1963): 北海道小向の重粘土地の暗キョ排水における心土キ裂の役割. 農業土木研

田淵俊雄 (1966): 粘土質水田の排水に関する研究 (1) 粘土質水
田の排水に関する問題点と仮説. 農業土木学会論文集, 18:

究, 30(8): 1–8.
山崎不二夫, 竹中 肇, 田淵俊雄, 多田 敦 (1964): 粘土質の水田の暗キョ排水における心土キ裂の役割. 農業土木研究 32(3):

7–11.
田淵俊雄, 中野政詩, 住田 章, 丸田 勇 (1966): 粘土質水田の排水151–159.

に関する研究 (6) 小区画暗渠田の非カンガイ期の排水 (長岡要旨

粘土質水田の排水の研究は機械化農業の推進のために 1960 年代後半に行われた．田淵の論文は中干し期と刈り取り期の田面状況の詳細な観察に基づいて行われた．地耐力の増加に結びつく田面の乾燥は蒸発散によって行われること，浸透は粗孔隙を通して行われること，地表残水を少なくし乾燥を早めるには田面の均平が重要であること，代掻きを行った土の排水によって生じる沈下は刈り取り期の亀裂の発生を促進することなどを明らかにした．根岸らの研究でも田面の乾燥は蒸発散により生じることや浸透に寄与する粗孔隙の重要性を指摘している．そして，粗孔隙を人為的に作出し，保全することが排水改良に不可欠であるという考えを追求した結果が組み合わせ暗渠という排水技術に結びついた．
キーワード：水田，地表残水，均平，乾燥亀裂，組み合わせ暗渠