シンポジウム特集

J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性No. 144 p.9 ∼ 16 (2020)ゎࠉㄝ
Lectures

多雪重粘土地帯の水田転換畑における懸濁物質およびリンの暗渠流出
鈴木克拓 1

Suspended substance and phosphorus discharge via subsurface drainsfrom converted ex-paddy ﬁelds with clayey soil in a heavy snowfall region
Katsuhiro SUZUKI1

1. はじめに

2. 転換畑からの懸濁物質 · リンの暗渠流出

農耕地からのリンの流出は，閉鎖系水域における富栄養化の主因の一つに挙げられている（例えば，海老瀬, 1984）．我が国では，リンは一般に土壌粒子に吸着されやすく，比較的溶解度が低いため，農耕地からの浸透流出は極めて少ないと見られてきた（竹内, 1997）．
しかし，リンを含む難溶性物質が土壌粒子などに収着されたまま懸濁態として土層内を輸送される現象（コ
ロイド担体輸送；Colloid-facilitated transport）が報告されている．野外においてコロイドが環境負荷物質の輸送に果たす役割が初めて指摘されたのは 35 年ほど前とされている（Coles and Ramspott, 1982）が，21 世紀に入り，これをテーマにしたワークショップが開催されるなど，重要性が広く認識されつつある（McCarthy
and McKay, 2004）．

わが国の粘土質転換畑では，排水性を改善するために亀裂を生成させることが推奨されてきた（例えば，吉田ら, 1997）ことから，亀裂を通じた懸濁態リンの下方移動と暗渠への流出が懸念される．しかしながら，転換畑からの懸濁態を含むリンの流出実態はほとんど明らかにされていなかった．そこで，亀裂の発達した転換畑において，降雨時の暗渠および表面流出水量を測定するとともに，流出水中の懸濁物質濃度および溶存態 · 懸濁態リン濃度の測定を行い，リンの暗渠流出の実態を調査した（鈴木ら, 2005）．

北陸地方では水田の 3 分の 1 が重粘土壌であり，この地方の強グライ土壌水田は全国平均の 17 % を大きく上回る 48 % に達する（野田, 1979）．重粘土壌の水田を畑転換すると，乾燥により下層に収縮亀裂等の粗孔隙が発達する．このような状況では，水は透水性の低い土壌マトリクスを迂回し，バイパス流として粗孔隙を流れやすい（Beven and Germann, 1982）．そのため，懸濁物質が土層によってろ過されずに下方に移動し，それに伴いリンもコロイド担体輸送によって移動し，暗渠に流出する可能性がある．ここでは，北陸地方の多雪重粘土地帯の水田転換畑に特有の懸濁物質およびリンの暗渠流出の実態を紹介する．
1 Central Region Agricultural Research Center, National Agriculture andFood Research Organization (NARO), 1–2–1 Inada, Joetsu 943–0193,
Japan. Corresponding author: 鈴木克拓，農研機構 中央農業研究センター．
2019 年 12 月 23 日受稿 2020 年 1 月 27 日受理

測定は，新潟県上越市の農研機構中央農業研究セン
ター北陸研究拠点の転換畑圃場（100 m × 30 m，1996
年に畑転換）において 2003 年 7 月 1 日から 11 月 30 日まで行った．同拠点の圃場の土壌は細粒質斑鉄型グラ
イ低地土に分類され，粘土鉱物はスメクタイトを主体とし，イライトおよびカオリナイトを随伴する（中野,1978）．調査圃場では深さ 65 cm に暗渠が 5 m 間隔で施工されている．5 月下旬に大豆（品種 エンレイ）を播種し，10 月中旬に収穫した．リン施用量は 16 kg-P
ha−1 で，大豆残渣以外の有機資材は施用しなかった．
作土 – 耕盤層境界の土壌水のポテンシャルを，測定位置および大気圧を基準として測定した．さらに，作土– 耕盤層境界付近および耕盤層以深の土壌水分状態をTDR 式土壌水分計で測定した．暗渠流出流量を電磁流量計で，表面流出水量を三角堰で測定するとともに，
降雨時に数時間間隔で流出水を採取した．流出水の一部を孔径 0.1 µm のメンブレンフィルタでろ過し，ろ液を溶存態試料とした．懸濁物質濃度は原液とろ液の蒸発乾固物濃度の差とした．原液とろ液の全リン濃度を測定し，懸濁態リン濃度は全リン濃度から溶存態試料の全リン濃度を差し引いて求めた．

30
(cm)

降雨により作土 – 耕盤層境界の圧力ポテンシャルが上昇し，土壌水のポテンシャルが 0 または正の値になると暗渠から急激な水の流出が始まった（Fig. 1）．
このとき，耕盤層以深の土壌の体積含水率には暗渠流出の開始前後でほとんど変化が見られなかった．これは，浸透水が耕盤層 · 下層土中の亀裂などを通じてバ
イパス流として流下し，暗渠に流出したことを強く示
唆する．

(2020)
10

土壌水のポテンシャル

20

8

10

降雨強度

0

6

-10

4

-20

降雨強度および暗渠流出流量（mm h-1）

土壌の物理性 第 144 号

土壌水のポテンシャル

10

測定期間の積算流出水量は，暗渠からは 462 mm，表面からは 269 mm で，暗渠流出が優勢であった．懸濁
物質流出量は，全流出量 0.79 Mg ha−1 の 67 % にあた
る 0.53 Mg ha−1 が暗渠を通じて流出したと見積もられた．また，全リンは 0.82 kg ha−1 が圃場から流出し，
このうち 60 % の 0.49 kg ha−1 は暗渠を通じた流出であった．さらに，暗渠から流出したリンの 9 割にあた
る 0.45 kg ha−1 が懸濁態であったと推定された．
我が国の畑圃場では，リンは浸透流出しにくいとされてきたが，亀裂の発達した転換畑では，リンがコロ
イド担体輸送で下層の粗孔隙を移動することによる懸濁態での暗渠流出が表面流出を上回る流出経路である
ことが明らかになった．

0.4

14
12
10

懸濁物質（暗渠流出）
懸濁物質（表面流出）

0.3

降雨強度

8

0.2

6

暗渠流出
流量

4 表面
流出
2 流量

0
17日0時

0.0
20日0時

19日0時

18日0時

0.1

懸濁物質濃度 (g L-1)

暗渠流出水中の全リン濃度は表面流出水中の濃度を大きく上回ることがあり，最高で 0.59 mg L−1 に達した（Fig. 3）．表面流出水試料中のリンのうち懸濁態の割合はさまざまであったが，暗渠流出水試料の大部分
では，リンの 80 % 以上が懸濁態として存在した．

降雨強度および暗渠・表面流出流量(mm h-1)

2
暗渠流出流量は表面流出流量を終始上回った（Fig.
-30 暗渠流出流量2）．流出水中の懸濁物質濃度は表面流出および暗渠へ-400の急激な流出の開始時期に高く，その後，流量が時間
17日0時
18日0時
17日12時的に漸減するにつれて懸濁物質濃度も徐々に減少する
2003年8月傾向があった．暗渠流出水中の懸濁物質濃度は表面流
出水より高いことが多く，最高 0.37 g L−1 であった． Fig. 1 降雨時における作土 – 耕盤層境界付近の土壌水
全リン濃度は懸濁物質濃度が高いときに概して高い傾のポテンシャル（左軸）と暗渠流出流量（右軸）．鈴木ら（
2005）図 1 を一部改変の上，転載．
向を示した．

2003年8月

Fig. 2 降雨時における暗渠および表面流出流量（左軸）と流出水の懸濁物質濃度（右軸）．鈴木ら（2005）図 2 を一部改変の上，転載．

3. 懸濁物質濃度と導電率 · イオン濃度との関係
暗渠流出水中の懸濁物質濃度を決める要因は多岐にわたる．その中で，粘土粒子の分散 · 凝集に関連する界面電気現象は要因として寄与しているのであろうか．
これに関連して，圃場スケールでも電解質濃度が懸濁
物質濃度に影響を与えることが知られており，水田における代かき時の濁水をカルシウム資材で凝集させ，流出を低減する技術が開発されている（赤江, 1998）．
一方，畑条件において，電解質濃度が懸濁物質の暗渠流出に及ぼす影響については，著者の知る限り，ほとんど検討されていない．そこで，暗渠流出水の懸濁物
質濃度と導電率およびイオン濃度との関係から，流出
水中懸濁物質濃度を決める要因を明らかにしようとした（鈴木, 2016）．

全リンに占める懸濁態リンの割合

1.0
0.8
0.6
暗渠流出水
表面流出水

0.4
0.2
0.0
0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

-1

全リン濃度 (mg L )Fig. 3 暗渠および表面流出水の全リン濃度および懸濁態
リンの占める割合．鈴木ら（2005）図 3 を転載．

解説：多雪重粘土地帯の水田転換畑における懸濁物質およびリンの暗渠流出

懸濁物質濃度（g L-1）

0.7

2004~2007, 2014~2016年

0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

導電率（dS m-1）
Fig. 4 大豆単作圃場における暗渠流出水中懸濁物質濃度と導電率の関係．点の形状の違いは年次が異なることを示す．

懸濁物質濃度（g L-1）

0.6

臨界凝集濃度
0.13~0.5 mM

2004~2007年

0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

カルシウムイオン濃度 (mM)

Fig. 5 大豆単作圃場における暗渠流出水中懸濁物質濃度とカルシウムイオン濃度の関係．点の形状の違いは年次が異なることを示す．

導電率 (dS m-1)
-0.10 (n = 159)
0.10-0.15 (n = 241)0.15-0.20 (n = 88)
0.20-0.25 (n = 53)
0.25-0.30 (n = 42)
0.30- (n = 32)

0.6
0.5

相対度数

測定は，前項と同じく，大豆を 2002 年から同じ肥培管理で継続的に栽培している農研機構中央農業研究センター北陸研究拠点の転換畑圃場で行った．この圃場において大豆作付期間に暗渠流出流量を測定するとともに，降雨時に暗渠流出水を経時的に採取し，懸濁
物質濃度および導電率を測定した．一部の試料についてはイオン濃度も測定した．測定は 2004 ∼ 2007 年と2014 ∼ 2016 年に行った．
約 0.2 dS m−1 の導電率を閾値として，高い懸濁物
質濃度の暗渠流出水が現れる傾向があった（Fig. 4）．
DLVO 理論（Derjaguin and Landau, 1941; Verwey andOverbeek, 1948）によると，負に帯電した粒子の凝集には，溶液中に存在する価数の高い陽イオンが大きな役割を果たす．測定圃場の土壌において優勢な粘土鉱物であるモンモリロナイトについては，塩化カルシウムの臨界凝集濃度は 0.13 ∼ 0.5 mM であるとされている（取出 · 西村, 2003）．暗渠流出水では，カルシウムイオン（Ca2+ ）濃度 0.4 mM 付近を閾値として，濃度が高い懸濁物質の流出が生じる傾向にあり（Fig. 5），取出· 西村（2003）の結果と大きくは乖離していなかった．
暗渠流出水中の Ca2+ 濃度と導電率の間には有意な正の相関関係があり，Ca2+ 濃度 0.13 ∼ 0.5 mM は導電率
0.1 ∼ 0.2 dS m−1 に対応する．導電率で区分した懸濁物
質濃度の相対度数分布においても，臨界凝集濃度を下回る導電率では，懸濁物質濃度の最頻値が他と比べて高かった（Fig. 6）．このように，粘土質転換畑圃場における懸濁物質の暗渠流出では，懸濁物質濃度が高くなる条件に界面電気現象が関わっている，すなわち，
暗渠流出水に含まれる土壌粒子の分散が DLVO 理論に従っている可能性のあることが明らかになった．そして，導電率は高濃度の懸濁物質の暗渠流出の有無を決定付ける，ある程度の指標となり得ると考えられる．

4. 積雪期における流出

0.7

0.4
0.3
0.2
0.1

0 .6
-

-0 .
6

5

0 .5

4

-0 .

-0 .

3

0 .4

0 .3

2

-0 .

.1

-0 .

0 .2

0 .1

0 -0

0

0.0

11

懸濁物質濃度（g L-1）
Fig. 6 大豆単作圃場における暗渠流出水の導電率ごとの懸濁物質濃度の相対度数分布．

北陸地方は世界有数の豪雪地帯である（菅谷, 1990）．
新潟県上越市の高田特別地域気象観測所における平年の 12 ∼ 3 月の降水量は 1298.4 mm と多く，最深積雪
量は 122 cm に達する（気象庁, 2019）．積雪地における水系への懸濁物質およびリンの流出については，北陸地方に比べ寒冷な地域における測定例が多く，これ
らでは融雪期の流出が重要であるとの指摘がされている（Lapp et al., 1998; 大村 · 黒川, 1991 など）．これに対し，北陸地方平野部は，12 ∼ 3 月の平年の月平均気温が 2 ∼ 5 ◦ C と高く，降水量が非常に多いなど，既存の報告地域とは気象条件が大きく異なる．このような特徴のある北陸地方平野部の積雪期における農耕地からの栄養塩類の流出実態はほとんど明らかにされていなかった．そこで，積雪期における懸濁物質およびリンの流出実態を明らかにするために，暗渠および表面流出を調査した（鈴木ら, 2012）．

土壌の物理性 第 144 号

12(2020)

Table 1 測定期間（2003 年 8 月 ∼ 2006 年 11 月）の積雪期および非積雪期における暗渠
および表面流出水中の懸濁物質およびリンの平均濃度と標準偏差．鈴木ら（2012）表 1 を
一部改変の上，転載．
懸濁物質（g L−1 ）全リン（mg-P L−1 ）懸濁態リン（mg-P L−1 ）

積雪期
暗渠流出（n = 102）
表面流出（n = 39）

0.022 ± 0.020
0.032 ± 0.050

0.055 ± 0.026∗∗∗
0.024 ± 0.008

0.052 ± 0.026∗∗∗
0.014 ± 0.007

非積雪期
暗渠流出（n = 261）
表面流出（n = 112）

0.118 ± 0.092∗∗
0.158 ± 0.142

0.247 ± 0.295∗∗
0.152 ± 0.091

0.235 ± 0.294∗∗∗
0.098 ± 0.089

表面流出水の採取および測定は 2005 年 3 月まで行った．∗∗ は 1 %，∗∗∗ は 0.1 % 水準で暗渠流出水と表面流出水の間に有意差があることを示す．積雪期と非積雪期の間には，いずれの成分 · 流出経路においても 0.1 % 水準で有意差があった．

Table 2 2003 年 9 月 ∼ 2005 年 3 月における粘土質転換畑からの水，懸濁物質およびリン
流出量．鈴木ら（2012）表 2 を一部改変の上，転載．
流出水量
懸濁物質
全リン
懸濁態リン
（mm） （Mg ha−1 ） （kg-P ha−1 ） （kg-P ha−1 ）04 ∼ 05 年積雪期（91 日） 暗渠（降水量 954 mm）
表面
04 年夏作期（146 日）（降水量 828mm）

暗渠
表面

983
606

0.21
0.19

0.54
0.14

0.51
0.08

300
163

0.33
0.24

0.57
0.27

0.51
0.21

積雪期の欠測期間（2004 年 12 月 29 日 ∼ 2005 年 1 月 19 日）は計算から除外した．

1200

800

100

600
400

50

積雪深（cm）

積算流出水量（mm）

1000

150

暗渠流出水量
表面流出水量
積雪深

2004~5年

200
0
1/18
15 1/18
12/112/1512/29

2/1

2/15

3/1

3/15

0
3/29

Fig. 7 積雪期における暗渠および表面流出水量（左軸）ならびに積雪深（右軸）．鈴木ら（2012）図 1 を一部改変の上，転載．

測定は，前項までと同じ中央農研北陸研究拠点の大
豆単作の転換畑圃場において行った．5 月下旬から 10
月中旬まで大豆を栽培し，冬季は休閑とした．この圃場において積雪期の暗渠および表面流出水の流量を測定するとともに，2 週間間隔を目途に採水し，懸濁物
質濃度，全リン濃度および懸濁態リン濃度を測定した．
測定期間は 2003 年 8 月から 2006 年 11 月までとした．
積雪期には，暗渠および表面からは水がほぼ連続的に流出し，暗渠流出流量は，表面流出に比べて積雪深
および時期の違いによる変化が小さかった（Fig. 7）．

積雪期における成分の平均濃度は非積雪期の 3 分の 1 から 6 分の 1 で，積雪期と非積雪期の間にはい
ずれの成分 · 流出経路においても 0.1 % 水準で有意差があった（Table 1）．また，積雪期の懸濁物質を除き，
表面流出水と暗渠流出水との間に有意差があった．一方，積雪期間内の濃度には時期の違いによる大きな変動は認められなかった．

4 ヶ月近くにわたって積雪が継続し，高田特別地域
気象観測所における最深積雪が 126 cm（気象庁, 2019）と，平年値に近かった 2004 ∼ 2005 年の積雪期では，
22 日間の欠測期間を計算に入れていないにもかかわらず，暗渠と表面からの合計流出量が，懸濁物質では 2004 年夏作期の 70 %，リンでは 81 % に相当した（Table 2）．積雪期における全流出量に占める暗渠流出の割合は，懸濁物質は 49 % と，表面流出とほぼ同じであったが，リンは 77 % と，暗渠が主要な流出経路であった．また，暗渠流出では 95 %，表面流出では 55% のリンが懸濁態であった．
以上から，北陸地方平野部の粘土質転換畑では，積
雪期には降水量が多く，積雪地の割に気温が高いため，大量の水が継続的に浸入し，流出することにより，積雪期における懸濁物質およびリンの流出は，濃度は低いものの，その量は，懸濁物質では夏作期の 7 割，リ
ンでは 8 割以上と，休閑であっても夏作期に匹敵する場合のあることが明らかになった．

解説：多雪重粘土地帯の水田転換畑における懸濁物質およびリンの暗渠流出

わが国では，自給率向上のために麦 · 大豆等の作付
け拡大や生産性向上の取り組みが行われている（農林水産省, 2019a）．これに対応するため，北陸地方でも水田に稲 – 麦 – 大豆の 2 年 3 作体系を導入するための研究が行われてきた．この 2 年 3 作体系では，冬作の麦の収穫後に夏作の大豆を栽培するため，麦は世界の品種の中で最も早生であるとされている（岩間, 2004）
日本の大麦品種を導入する必要がある．しかし，大麦
は小麦に比べて湿害に弱いとされている（石居, 1987）
ため，十分な排水対策が求められる．同時に，易有効
水分孔隙が少ないため，乾燥する時期には干ばつになりやすい（土壌物理学会, 2002）．日本海側特有の事情として，フェーン現象により極端に乾燥する場合がある．これらのことから，安定多収の 2 年 3 作体系を確立するためには，圃場は高い排水性と灌漑機能の両方を有することが望ましい．水田の高度利用を可能にする地下水位制御システム（Farm-oriented enhancing
aquatic system，FOEAS）が開発されている（小野寺 ·藤森, 2005）．これは，圃場に暗渠およびそれに直交する 1 m 間隔の弾丸暗渠を施工し，排水性を向上させるとともに，暗渠内の水位を自動的に制御するもので，
圃場内の地下水位を作物の生育に好適な状態に保つことが出来るとされている．稲 – 麦 – 大豆 2 年 3 作体系のような土地利用型農業では，作業競合を軽減するための省力化技術の導入が必要である．水稲不耕起 V 溝
直播栽培（濱田ら, 2007；以下 V 直水稲）は，作業速度が高い，倒伏が少ないなどの利点があり，北陸地方にも導入が進みつつある．そこで，北陸地方の粘土質
土壌の地下水位制御システム圃場において V 直水稲 –大麦 – 大豆の 2 年 3 作を実施し，リンおよび懸濁物質の流出実態および地下水位制御が流出に及ぼす影響を検討した（鈴木ら, 2014）．
測定は，農研機構中央農業研究センター北陸研究拠点に設けた隣接する 2 筆の地下水位制御システム圃場（それぞれ 100 m × 20 m）で行った．2009 年に代かき移植水稲の均一栽培を行い，稲わら残渣を持ち出した後の 2009 年 10 月にシステムを施工した．翌年 2010
年の夏作にシステム施工後の初作として大豆を栽培した．翌 2011 年からの V 直水稲，冬作の大麦および2012 年の大豆の 2 年 3 作を測定期間とした．地下水
位制御システム圃場 2 筆のうち，一方では水稲入水期間以外は暗渠を開放し（以下，開放区），他方では灌漑による増収効果が認められるとされる，大麦の節間伸長期以降や大豆の開花期以降に当たる時期を中心に地下水位を深さ 12 ∼ 30 cm に制御した（以下，制御区）．
これらの圃場において，土壌水分状態，流出水量，流出水中の懸濁物質およびリン濃度を測定した．

システム施工後初作の 2010 年大豆期には，開放区と制御区のいずれも約 500 mm の流出水の 99 % 以上
が暗渠から流出し，高い暗渠排水性を示した．地下水位制御に関連して，作土下部（深さ約 15 cm）の体積含水率は，制御区が開放区に比べて高く推移した．このことから，不飽和透水係数が低い粘土質土壌であっても，乾燥時には作土下部まで水位制御の効果がある
ことが分かった．

2 年 3 作期間の流出水量を Fig. 8 に示す．2011 年の水稲播種から入水前までの期間は，水の流出経路が開放区では 99 % が暗渠であったのに対し，制御区では55 % にとどまるとともに，鋤床上に長時間にわたって水が停滞するなど，初作大豆期に比べて制御区の暗渠排水性が低下した．その後の大麦期では，2 年 3 作
期間の全流出量の約 7 割が流出し，その大部分が積雪前と積雪期に流出した．積雪期のうち融雪の進んだ時期には，開放区の暗渠流出流量は上昇したが，制御区では変化せず，同時期に表面流出が継続的に生じた．
このことから，制御区では暗渠排水性が低下し，融雪水を暗渠だけでは排水し切れなくなったことがうかがえる．その後の大豆期は，2010 年の施工後初作の大豆期と同様に，両区とも水のほとんどが暗渠から流出した．2 年 3 作の全期間では，暗渠排水性が比較的高く維持された開放区では全流出水量の 94 % が暗渠流出だったのに対し，制御区では 68 % にとどまった．これについて，水稲期の前後における土層内の粗孔隙率
は，システム施工直後では，深さ 20 cm から弾丸暗渠の深さにあたる 30 cm までは両区間の違いは小さかった（Fig. 9）．しかし，制御区では V 直水稲期前には，深さ 20 ∼ 30 cm の粗孔隙はほとんど消失し，30 ∼ 50
cm では半減した．これに対し，開放区では，V 直水稲期後であっても 20 ∼ 30 cm では施工直後の 2 割，30 ∼50 cm では 7 割の粗孔隙が残存した．開放区では乾燥した時期に湿潤状態を経ても安定な粗孔隙が形成した流出水量・降水量・灌漑水量（mm）

5. 稲 – 大麦 – 大豆 2 年 3 作における地下水位制御が流出に与える影響

13

4000
3000

大豆合計
大麦消雪後
大麦積雪期
大麦積雪前
水稲合計

2000
※開放区は
水稲期に
424 mm
灌漑した

1000
0

暗渠
表面
開放区

暗渠
表面
制御区

降水量 制御区
灌漑水量

Fig. 8 2 年 3 作期間における流出水量，灌漑水量および降水量．鈴木ら（2014）Table 1 および Fig. 5 から作成．

土壌の物理性 第 144 号

14

Table 3 2 年 3 作期間の同時刻に採取した開放区と制御区からの暗渠流出水中懸濁物質およびリン濃度の差．鈴木ら（2014）Table 2 を一部改変の上，転載．

深さ20~30 cm

FOEAS施工直後
V直水稲作付前
V直水稲作付後

深さ30~50 cm（b） 制御区（a） 開放区
0.00

0.02

0.04

0.06

0.00
3

0.02

0.04

-3

粗孔隙率（m m ）0.06

Fig. 9 土層内の粗孔隙率の推移．鈴木ら（2014）Fig. 7 を
転載．

水稲

大麦

大豆

水稲

3.0

(a) 懸濁物質

0.5
0.4

開放区暗渠
表面
制御区暗渠
表面

0.3
0.2
0.1
0.0
5/1 9/1
2011年

1/1

5/1 9/1
2012年

全リン濃度（mg-P L-1）

懸濁物質濃度（g L-1）

0.6

大麦

大豆

(b) 全リン

2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
5/1 9/1
2011年

1/1

5/1 9/1
2012年

Fig. 10 2 年 3 作期間における流出水中懸濁物質およびリン濃度．鈴木ら（2014）Fig. 8 を一部改変の上，転載．

2.0
1.5

大豆合計
大麦消雪後
大麦積雪期
大麦積雪前
水稲合計

1.0
0.5
0.0

8

(a) 懸濁物質

暗渠 表面 暗渠 表面
開放区
制御区

全リン（kg-P ha-1）

懸濁物質（Mg ha-1）

2.5(2020)(b) 全リン

6

4

2

0

暗渠 表面 暗渠 表面
制御区
開放区

Fig. 11 2 年 3 作期間における懸濁物質およびリン流出量．
鈴木ら（2014）Fig. 10 を一部改変の上，転載．

のに対し，制御区では乾燥した時期に地下水位を設定したため，下層が十分に乾燥せず，安定した構造が発達しなかったために排水経路が限定され，湿潤時の暗渠排水性が低下したと推察される．

2 年 3 作期間における流出水中の懸濁物質および全

V 直水稲

大麦

大豆 大麦積雪前

試料対の数

13

49

23

懸濁物質（g L−1 ）−0.04・ −0.05 ∗∗ −0.01

全リン（mg-P L−1 ） −0.00+0.13・ −0.02

39−0.06∗∗∗+0.09∗∗∗

正は制御区の方が濃度が高く，負は制御区の方が低いことを，数値右側の・は 10 %，∗∗ は 1 %，∗∗∗ は 0.1 % の危険率で同時刻に採取した開放区と制御区の試料の濃度に有意差があることを示す．

リン濃度（Fig. 10）について，同時刻に開放区と制御区で採取した暗渠流出水中の懸濁物質濃度は，大麦期
は危険率 1 %，水稲期は危険率 10 % で開放区に比べて制御区の方が有意に低かった（Table 3）．これらの時期は，制御区の暗渠排水性が低下した時期でもあった．一方，制御区の暗渠排水性が改善した 2012 年大豆期に有意な差がなかったことから，大麦期と V 直水
稲期には水や懸濁物質が暗渠まで移動する経路となり得る粗孔隙が減少したことが影響したと推定される．
その後，2012 年大豆期には制御区でも鋤床が乾燥することにより粗孔隙が形成し，それを通じて懸濁物質も流出したことが示唆される．これに対し，全リン濃度は，大麦期は 10 %，このうち積雪前は 0.1 % の危
険率で，懸濁物質濃度とは逆に制御区の方が有意に高かった．地下水位制御がリンの流出に与える影響について，Stämpﬂi and Madramootoo（2006）は，地下水位制御を行うと，暗渠流出水中の全溶存態リン濃度が有意に高くなり，これを還元状態になることにより土壌のリン収着容量が低下し，リンの溶解性が上がったためと考察した．制御区では，大麦期に帯水が長時間続いたことから，作土下部においても還元状態が継続したと考えられ，より多くの可溶化したリンが溶存態で土層内を下方移動した可能性がある．

2 年 3 作期間における懸濁物質および全リンの流出
量は，いずれも大麦期の流出が 2 年 3 作期間の全流出量の 8 ∼ 9 割を占めた（Fig. 11）．また，開放区は両
成分とも全流出量の 95 % 以上が暗渠流出であったのに対し，大麦期や V 直水稲期入水前の表面流出水量が多かった制御区では懸濁物質の 17 % が表面流出した．成分流出量は流出水量の大小関係とおおよそ対応した．流出水量が多い大麦期における処理区間の濃度差を反映して，全リンは制御区，懸濁物質は開放区からの流出量が多かった．
多雪重粘土地帯の地下水位制御圃場における 2 年 3
作では，地下水位制御によって暗渠排水性が低下するとともに，懸濁物質流出量は減少，全リン流出量は増加した．これは，水位制御による下層の粗孔隙の減少
およびそれに伴う還元状態の発達が水の流出経路に加え，成分濃度にも影響を与えたためと考えられる．

解説：多雪重粘土地帯の水田転換畑における懸濁物質およびリンの暗渠流出

6. おわりに

15

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ここでは，北陸地方の多雪重粘土地帯の大豆転換畑
圃場および稲 – 大麦 – 大豆 2 年 3 作体系の地下水位制
御システム圃場における懸濁物質およびリンの暗渠流出の実態を紹介した．大豆圃場では，リンの流出はコ
ロイド担体輸送による懸濁態での暗渠流出が優勢であり，懸濁物質濃度が電解質濃度の影響を受けており，
暗渠流出水中で優勢な陽イオンであるカルシウムイオンについての DLVO 理論に符合している可能性が示された．積雪期には，積雪地の割に気温が高く，降水量が多いため，休閑であっても夏作期に匹敵する量の流出があることが明らかになった．水稲 – 大麦 – 大豆 2
年 3 作圃場では，冬作の大麦期の流出量が大部分を占めることが明らかになった．すなわち，転換畑からの養分流出がこの地方特有の土壌および気象条件に影響されていることが分かった．
政府は，畑作物の栽培に水田を利用する施策を継続して進めており，2017 年の夏には我が国の田の 18 %には水稲以外の作物が作付けされている（農林水産省,
2019b）．さらに，近年は水田における野菜作を推奨している（農林水産省, 2019a）．野菜作の導入により，土づくり資材や肥料の投入量が稲 – 麦 – 大豆体系に比べて多くなると予想されることから，これに伴う土壌溶
液のイオン組成や孔隙特性の変化の影響で，懸濁物質の流出特性が変化する可能性がある．また，地下水位制御システムにおける水位制御の影響の知見から，野菜作における灌漑などに因る土壌水分状態の変化も養分流出特性に影響を与える可能性がある．変貌するこの地方の水田農業における懸濁物質 · リンを含む養分流出実態に引き続き注目する必要がある．

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謝辞
粘土質転換畑における研究の実施にあたっては，農研機構中央農研北陸研究拠点および農研機構農業環境
変動研究センター各位からご助言，ご支援をいただいている．
内容の一部は，農林水産省委託プロジェクト「水田の潜在能力発揮等による農地周年有効活用技術の開発」
3 系「土壌養水分制御技術を活用した水田高度化技術の開発」および科学研究費補助金 基盤 A（25252042，
土粒子界面電気現象を応用した土壌 · 水 · 大気環境保全技術の確立）により行われた．ここに記して謝意を表す．

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要旨

北陸地方の多雪重粘土地帯の水田転換畑における懸濁物質 · リンの流出実態を調査した．大豆単作
圃場では，懸濁物質は 67 %，全リンは 60 % が暗渠から流出し，暗渠流出したリンの 9 割が懸濁態
で，コロイド担体輸送の重要性が明らかになった．暗渠流出水中懸濁物質はカルシウムイオンの臨
界凝集濃度相当の導電率を閾値として高濃度の流出が生じ，DLVO 理論に従う可能性が示された．
積雪期の休閑圃場からは，濃度は低いものの，懸濁物質は夏作期の 7 割，リンは 8 割相当量が流出した．地下水位制御システムでの稲 – 大麦 – 大豆 2 年 3 作では，大麦期に全期間の 7 ∼ 9 割相当量の水，懸濁物質，リンが流出した．水位制御により暗渠流出水量，懸濁物質流出量は減少，リン流出量は増加し，水位制御が水の流出経路と成分濃度に影響を与えたと考えられた．
キーワード：粘土質土壌，多雪地帯，水田転換畑，コロイド担体輸送，暗渠