J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 140, p.49 ∼ 50 (2018)

傾斜枠を用いた土壌流出の研究を続けながら
坂西研二 1

り，自分の思うような完全な形での観測データは得られはじめに土粒子への依頼を受け，なにを書くか悩んだが，定年ない．小生の経験は悪しき見本になってしまうが，傾斜前後を挟んで進めてきた最近の研究を振り返るにはいい

枠試験は不具合なことを多々含んでいることを自覚しつ機会だと思いつつ書いてみた．小生の場合は定年前からつ，よりましになるように工夫しながら新たな結果を示

応募による外部資金プロジェクトが継続していたため，していくことになる．しかし，どうしても考察する過程そのまま研究領域で研究支援を続けていくことになっでうそではないが仮定や推定に頼らざるを得なくなる．

た．業務内容は現地観測所から集水した水質の分析が主そのためデータ取得については極力仮定や推定を排除しではあるが，同プロジェクトを進めている現役研究員もて次の実験に備えたが，ままならないことも多かった．

日々雑用に忙しく，腰を落ち着けて実務をこなすことが傾斜枠への映像観測の導入できないでいる．そんな実状から代わりに学会発表や論小生が次に選んだのは，映像である。一般に流量は，文投稿を行う必要に迫られた．お陰様で瞬く間に過ぎて流量堰，貯留升と水位計，転倒升とパルスカウンターないく専門員の 5 年間であった．

どがあれば測れる．しかし，土砂が混入した流出水は，農村地域での研究様々に障害を起こすことになる．堰の底部や貯留升を埋研究は人と人とのつながりが重要で，ときに自分からめてしまう土砂はそれだけで測器自体が測定不能に陥る

助けを求めたり，求められたりだが，小生のような能力し，転倒升も土砂混入でバランスを失ったりする．そこの乏しい者にとっては求めていくことのほうが当然多くで，映像があればその流出状況がどのようになっているなる．そのときが研究発展のチャンスとなった．旧農業かが把握できる．以下の映像に関する装置の開発は，芝環境技術研究所（現農研機構農業環境変動研究センター）

山氏（鹿児島大）の手によるもので，これらなくして以土壌部門に所属できたことは幸運であった．所内をはじ後の研究はなかったといってよい，感謝に堪えない．

め県農試の方々と日頃の付き合いができ，これが研究応募の際に役立ち，共同で応募するまでになった．

商用電源もない畑地斜面で映像を使って観測するというのは，意外に難しい．このような観測システムには

はじめは農村地域の小河川で水文と河川水質を調査研

監視カメラを使えばよいとは思ったが，これらのシステ究することを目的に始まったが，次第に土壌表面のことムほとんどが商用電源仕様であり，ソーラーパネル付きをもっと知るべきだということになり，傾斜枠を作り，バッテリー電源で映像をとることは消費電力が大きく，周辺で作付けされている作物を植え，流出量とその水質すぐにバッテリーは空になる．そこで雨が降り，流出がを調査することになった．無論農村地域の河川水文量とあった直後にビデオカメラを動作させるために雨量計の水質（主に SS，TN，TP 濃度とその総量）に関する論文

パルスをカメラシステムの起動信号にした。また，ビデを共著（糟谷ら, 2010; 糟谷ら, 2013）および拙著（坂西オ映像ではやはり，消費電力が大きく長時間の観測はでら, 2007）で報告できたこともありがたかった．

きない．そこでデジタルカメラよるインターバル撮影に傾斜枠の流出測定を続けながら変更した結果，バッテリーの持ちは格段に延びることに実際の斜面の一部を切り取る傾斜枠とは，降雨があっなった．

た際に雨水の流れの量と質を観測するものであり，そ夜間に流出が起こっている場合も，記録されている数

れは見て分かるとおりの単純な実験系である．これを長値データから流量値を計算すれば把握できるが，流れの年、ほぼ 40 年にわたって続けてきた．それでもマンネ状況は想像するしかない．その夜間に照明装置をつけらリにはならず，その都度進展することになる．

れれば，全てではないがその一部は見られるし，映像に降雨，土壌と作物というように自然や作物が相手であ残すことができれば実態の解明につながる．言うはやす
いが照明もまた電力消費が大きいのでバッテリーの負

1 鹿児島大学農学部（元農業環境技術研究所）

2018 年 10 月 8 日受稿

2018 年 10 月 11 日受理荷も大きい．インターバル撮影であればカメラのシャッ50

土壌の物理性第 140 号(2018)

ター作動時のみ LED ライトを点灯することで電力消費

パーシャル内を自動撮影した映像を分析したところ，こは抑えられる．の差の原因は，水位計測槽内に堆積した土砂の影響で，映像観測システムを用いた現地実証

槽内水の排出が阻害されたためであるらしいこともわ

さて，この映像観測システムを用いて，人工傾斜枠実かってきた（坂西ら, 2017；横山ら, 2017）．さらには，水験と現地実証試験とを行った．まずは，つくばの農村工位増加時にあっても水位計の水位がパーシャル内の水位学研究所にある斜面流出実験施設で屋外実験を行い，そよりも常にわずかに高めに表示される．これは流れのエの流出状況のインターバル撮影を行った．このシステム

ネルギーが位置エネルギーに変わるためで，このようなが順調に稼働するまでにはやはり時間を要したが，なん簡易な装置でありながら，ベルヌーイの定理の現象に気とか流出を 1 分間隔のコマ撮り映像にすることができづかされることになった．

た。さらに，これを実際に作物が栽培されている斜面圃

おわりに場に設置して流出状況を把握してみることにした．最初

土粒子へ寄稿するにあたり何を書けばと考えたのでしの実施場所は種苗管理センターの嬬恋農場で，農場が栽たが，長年続けた自分の研究で反省含め振り返っておく培管理するキャベツ畑内に設置し稼働させてみた．快くことが一番かなと思い，恥を忍んで書き留めたところでキャベツ畑を貸していただき，さらに観測装置の維持管す．読者の皆さんには少しでも興味を持ってもらえれば理も引き受けてくださった嬬恋農場の職員諸氏の寄与が幸いです．ありがとうございました．

大きく，これらなくしては本試験の成功はなかったであ

引用文献

ろうと感謝している．上記の撮影システムと流出現象は
拙著（坂西ら, 2015），芝山ら（2012）の報告で詳しく述べているので参考にされたい．
傾斜枠の映像から流量推定
次に，傾斜枠での流出現象の 1 分間隔の映像からその実際の流出量の推定はできないものかと考えた．前述したように流量測定には，堰，パーシャルフルーム（以降パーシャル），転倒升とデータロガーを設置して測ればよいのだが，これらの装置は価格も高く，またどこにでも簡単に設置できるものではない．もっと簡単に測れれ糟谷真宏, 坂西研二, 板橋 直, 荻野和明, 廣戸誠一郎 (2010): 畜産
業を伴う赤黄色土野菜畑地帯の河川における窒素, リンの流出. 日本土壌肥料科学雑誌, 81: 481–488.
糟谷真宏, 坂西研二, 板橋 直, 阿部 薫, 鈴木良地 (2013): 傾斜畑からの亜鉛の流出に及ぼす家畜ふん堆肥施用の影響. 日本土壌肥料科学雑誌, 84: 71–79.
坂西研二, 中村 乾 (2007): 石垣島宮良川流域における懸濁性土壌, 窒素およびリンの推定流出量. 農業農村工学会誌, 75:

821–824.

ば，それも非接触な映像が使えればということへの思い

坂西研二, 芝山道郎, 中村 乾, 棹宏二郎, 板橋 直, 阿部 薫, 木村昭は募る．そこで，最初に考えたのが流出時斜面下流端で彦 (2015): 農地流出水のイベントベース画像キャプチャリン

広がる水溜まりの増減を数値化すれば，流出の増減とかグの試み. 農業農村工学会誌, 83: 101–104.

なり相関がとれるのではないかと考えた．水溜まりの面

芝山道郎, 坂西研二, 中村 乾, 木村昭彦 (2012): 傾斜畑の土壌お積や体積は映像からイメージソフトを用いて推定した。

よび栄養塩流出過程観測支援のための自動撮影装置 — 装

この結果は，後に下流端の水溜まり面積とその湛水深と置の概要と野菜畑における観測事例 —. システム農学, 28:から求めた水塊体積の経時的増減を既存の流量計データに加味した瞬時流出率の推定法として棹ら（2017）により報告された．
最近は，鹿児島大学農学部圃場に傾斜枠を造成し，自97–106.
棹宏二郎, 芝山道郎, 神田英司, 板橋 直, 坂西研二, 阿部 薫, 木村昭彦 (2016): 傾斜畑における降雨に伴う表面流出の画像計測法 — 流出動画自動撮影装置を用いた表面流出の観測 —. システム農学, 32: 81–89.

動動画撮影を主とする観測装置を設けて実験を進めてい棹宏二郎, 芝山道郎, 坂西研二, 神田英司, 板橋 直, 阿部 薫, 木村る．ここでは傾斜枠で撮影された流出動画から流水とと昭彦 (2017): 画像情報に基づく傾斜農地からの降雨流出計測

もに移動する浮遊物を捉えてその移動方向と速度を PIVの試み — インターバル撮影画像による滞留水定量化 —. シ（粒子画像流速測定法）で解析することを試みつつある（棹ら, 2016）。装置の製作と観測および解析は主として院生の横山さんが進めている．ここまでくるともはやサポート側であり，今後に期待するところである．
土壌堆積による水位変化と映像

ステム農学, 33: 11–21.
坂西研二, 荒木祐和, 横山明良, 芝山道郎, 神田英司, 阿部 薫, 木村昭彦 (2017): 傾斜枠末端パーシャルフルーム内の土壌堆積による水位増分と流出量の関係. 2017 年度土壌物理学会大会講演要旨集, 76–77.
横山明良, 荒木祐和, 坂西研二, 芝山道郎, 神田英司, 阿部 薫, 木村

この鹿大圃場の実験においては，パーシャルの水位を昭彦 (2017): 傾斜畑における降雨に伴う表面流出の画像計測測定して流量に換算している．この測定では水位増加

法 — 土壌堆積に起因する水位計観測値増分のカメラ画像に時には正確な値を示すが，水位の降下時は記録計に示さよる評価 —. システム農学会 2017 年度講演要旨集, 25–26.

れた水位とパーシャル内の水位との間に差が見られる．