hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シリコン結晶基板の新しい微細加工技術の開発:内部・三次元・任意形状除去加工

研究代表者らは,超短パルスレーザーの集光照射とエッチングとによる透明固体材料基板の内部・三次元・任意形状除去加工に関する研究を行ってきた。本研究では,可視光に対しては不透明だが波長がおよそ1.1 μm以上の赤外光に対しては透明なシリコン結晶基板の加工に取り組んだ。種々のエッチング液を試みた結果,フッ硝酸水溶液でエッチングを行うことにより,基板裏面で照射部位をある程度選択的に除去することに成功した。前年度までの研究結果を踏まえて,透過照明と反射照明との両方が可能な赤外顕微鏡を購入した。これに赤外カメラを取り付けることにより,試料であるシリコン基板に1.5ミクロン帯のレーザーを照射しながら照射部位の変化をその場観察できるようになった。そして,顕微鏡にレーザー光を導入する光学系を構築し,実際にフェムト秒レーザーパルスの照射を行った。その結果,20倍および50倍の対物レンズを用いたときには,平均パワー100mW以上で試料表面(入射面)の形状変化(アブレーション)が観察できた。しかし,試料内部における変化(改質)は,光学顕微鏡による観察ではよくわからなかった。試料表面の照射中心部の周辺に,堆積物が観察された。ラマン散乱スペクトルから,この堆積物はSiO2であると結論した。SiO2はフッ酸によるエッチングによって除去することができたが,照射中心部の周辺にはエッチング後も盛り上がりが見られた。ラマン散乱スペクトルからこれはアモルファス化したシリコンだと推察した。焦点を基板の裏面から表面まで掃引した試料をエッチングし,選択的なエッチングが起こるかどうかを観察した。エッチングには,KOH水溶液,フッ酸水溶液,フッ硝酸水溶液によるウエットエッチングと,CF4によるドライエッチング(RIE)を試みた。特筆すべき結果として,フッ硝酸水溶液を用いたときには,基板の裏面において選択的なエッチング(照射部位が選択的にエッチングされる)が観察された。本研究の目標である,シリコン内部において任意の三次元形状を持つ除去加工を行うことができる可能性を示している。さらに,長時間のエッチングを行ったところ,照射部位には通常のシリコン結晶以上にエッチングされにくい物質も生成していることが明らかになった。レーザー照射による改質+エッチングとによりシリコンの内部除去加工を行うことを目指し,まず,改質することの可否を調べる実験を行った。発振波長1.5ミクロン帯のナノ秒レーザーとフェムト秒レーザーを用い,シリコン結晶基板に集光照射した。その結果,(本研究費で購入できる程度の)ナノ秒レーザーではシリコン結晶を改質(加工)することができなかった。これに対し,学内等で借用したフェムト秒レーザーを用いると,シリコン基板の内部に何らかの変化をもたらすことや,表面アブレーションが可能だった。このため,今後はフェムト秒レーザーを用いて研究を進めることとした。また,この照射および改質の確認を行う過程で,結晶基板の内部の様子をその場観察しながら実験することが決定的に重要であることがわかった。そのため,赤外光波長での観察が可能な光学顕微鏡を購入し,研究を進めることとした。これに加えて,フェムト秒パルスをシリコン結晶基板に照射した後,それをエッチングすることによる照射部周辺の変化を観察した。今年度はその場観察ができなかったため,やや過剰なエネルギーのパルスを照射して表面アブレーションが起こっているような条件での実験を行った。KOH水溶液を用いてウエットエッチングを行った結果,アブレーション孔がやや深くなっている様子が観察された。これは,レーザー照射による改質+エッチングとによる内部除去加工の可能性を示唆する結果である。当初,研究費の配分が30%削減され,計画が立てづらかったこと。また,シリコンを対象として内部加工の研究を行うのは初めてのことで,「何に注意して研究を進めればいいか」「何が必要で,何が必ずしも必要ではないか」の把握に時間を要したこと。研究を進めるうえでカギとなる赤外光学顕微鏡は発注済みである。これが到着次第,これに適したレーザー照射光学系を構築し,研究を推進する。当初,研究費の配分が30%削減され,物品購入計画が立てづらかったため,多額の繰り越しが生じた。次年度は,赤外光学顕微鏡と,それに関連する光学部品を中心に支出する。
蛍光物質と微量元素を用いた貝類の年齢査定法の開発

貝類の貝殻や魚類の耳石などの硬組織は、近年、成長解析や生活履歴の解明、生息環境情報の解析に用いられている。貝類の年齢査定や成長履歴解析のためのツールの開発は、水産サイドはもちろん、生態学や貝塚から出土した貝などを扱う考古学などさまざまな分野から要望が出されており、その開発は緊急の課題であると考えられる。そこで本研究では、蛍光物質や微量元素を指標として、その貝の成長量の把握や年齢が査定できる方法を開発することを目的とした。1.蛍光物質およびストロンチウムによる貝殻への標識法の開発河口域に生息するヤマトシジミ、浅海に生息するアサリ、マガキ、アコヤガイ、南極に生息するオキナガイ科の二枚貝、深海に生息するシンカイヒバリガイ類について、蛍光物質のテトラサイクリン、アリザリン・コンプレクソン、カルセイン、元素標識用には塩化ストロンチウムを用いて標識する方法を開発した。深海に生息する二枚貝の一部を除き好適な標識条件を確立した。ストロンチウム標識法ではこれまで不可能であったミクロンレベルでの微量な成長量を計測することにはじめて成功した。2.成長解析上法を用いて実試料を用いて成長解析を試みた。アサリやヤマトシジミでは成長縞と対応させた解析が可能となり、取り込まれた蛍光色素やストロンチウムの部分から貝殻の縁辺部までの長さを測定することにより一定期間の成長量を算出することが可能となった。貝殻の肥厚成長についても同様の解析が可能となった。ただ、成長縞との対比により年齢や日齢などを算出することは、とくにヤマトシジミでは困難であった。はっきりとした成長縞の見られないマガキでは貝殻の部分や右殻と左殻の成長量の違いなどを解析することができた。アコヤガイでは貝殻の成長と挿核後に真珠袋内で形成された真珠の真珠層の単位時間あたりの成長、時期による成長の違いなどを解析することが可能となり、実際に解析を行った例を示した(研究発表の項参照)。貝類の貝殻や魚類の耳石などの硬組織は近年,成長解析や生活履歴の解明,生息環境情報の解析に用いらている。しかし,貝類の場合は年齢査定もままならない状況にある。貝類の年齢査定の要望は水産サイドはもちろん,生態学や貝塚などを扱う考古学などさまざまな分野から出されており,新しい年齢査定法の開発は緊急の課題であると考えられる。そこで,本研究では蛍光物質や微量元素を標識として貝の種類や成長縞の有無にかかわらず,その貝の年齢を査定できる新しい貝類の年齢査定法を開発することを目的とした。材料には海産二枚貝を用いた。これまでの報告や申請者の予備実験から成長縞の有無,生息域の違い,水産重要種などを考慮して成長縞のあるアサリ,成長縞のはっきりしないイガイ類,極域に生息するソトオリガイの仲間,深海に生息するシロウリガイとシンカイヒバリガイを実験材料とした。(1)成長縞の有無の検討と構造観察従来法である酸による貝殼エッチング法により成長縞の有無,成長縞のある場合にはその特性を検討した。ダイヤモンドカッターによる貝殻断面を3%酢酸やEDTAによりエッチングして,金属顕微鏡および走査型電子顕微鏡により成長縞の直接観察を行なった結果,極域および深海に生息する貝類にも成長縞様の凹凸が形成されることを確認した。成長縞の微細構造は凹部と凸部で明瞭な違いは見られなかった。(2)蛍光物質およびストロンチウムによる貝殻への標識法の検討

テトラサイクリン(TC)などの蛍光物質および塩化ストロンチウムの貝殻への取り込みと蓄積条件の検討を行なった。TCでは200mg/lで明瞭な標識が可能であることがわかった。南極に生息する貝への標は成功したが,深海性二枚貝への標識は困難で,次年度改良し再挑戦することにした。貝類の貝殻や魚類の耳石などの硬組織は近年、成長解析や生活履歴の解明、生息環境情報の解析に用いられている。しかし、貝類の場合には年齢査定もままならない状況にある。貝類の年齢査定の要望は水産サイドはもちろん、生態学や貝塚などを扱う考古学などさまざまな分野から出されており、新しい年齢査定法の開発は緊急の課題であると考えられる。そこで、本研究は蛍光物質や微量元素を標識として貝の種類や成長縞の有無に関わらず、その貝の年齢を査定できる新しい貝類の年齢査定法を開発することを目的とした。(1)成長縞の検討酸に強いといわれる成長線の部分と弱いといわれる成長輪の部分の微細構造を走査型電子顕微鏡で検討した。基本的な構造に違いはみとめられず、エッチングした場合にも凹凸はできるが酸によって溶解した部分の微細構造に大きな違いはみとめられなかった。それぞれの部分の有機マトリックスを採取しようと試みたが両者を完全に分離して採取することができなかった。したがって、両者を構成する有機マトリックスの異同を分子レベルで解析することはできなかった。(2)蛍光物質およびストロンチウムによる貝殻への標識法の検討浅海種および深海種について蛍光物質であるテトラサイクリンと元素のストロンチウムによる標識を行った。実験に使用した貝類では深海種は標識中は生存していたが深海に再放流して回収した個体はほとんどが死亡しており成長解析を行うことができなかった。一方、それ以外の二枚貝では標識がすべて成功し、ミクロンレベルの微量な成長を解析できるストロンチウム標識法を確立し報告した(研究発表の項参照)。貝類の貝殻や魚類の耳石などの硬組織は、近年、成長解析や生活履歴の解明、生息環境情報の解析に用いられている。貝類の年齢査定や成長履歴解析のためのツールの開発は、水産サイドはもちろん、生態学や貝塚から出土した貝などを扱う考古学などさまざまな分野から要望が出されており、その開発は緊急の課題であると考えられる。そこで研究では、蛍光物質や微量元素を指標として、その貝の成長量の把握や年齢が査定できる方法を開発することを目的とした。(1)蛍光物質およびストロンチウムによる貝殻への標識法の開発河口域に生息するヤマトシジミ、浅海に生息するアサリ、マガキ、アコヤガイ、南極に生息するオキナガイ科の二枚貝、深海に生息するシンカイヒバリガイ類について、蛍光物質のテトラサイクリン、アリザリン・コンプレクソン、カルセイン、元素標識用には塩化ストロンチウムを用いて標識する方法を開発した。深海に生息する二枚貝の一部を除き好適な標識条件を確立した。ストロンチウム標識法ではこれまで不可能であったミクロンレベルでの微量な成長量を計測することにはじめて成功した。(2)上法を用いて実試料を用いて成長解析を試みた。アサリやヤマトシジミでは成長縞と対応させた解析が可能となり、取り込まれた蛍光色素やストロンチウムの部分から貝殻の縁辺部までの長さを測定することにより一定期間の成長量を算出することが可能となった。貝殻の肥厚成長についても同様の解析が可能となった。
神経膠腫におけるテロメラーゼ活性の発現とその制御機構:抗腫瘍療法としての検討

神経膠腫に対するInterferon-β(IFN)の有効性は確立されている。特にIFNとニトロソウレア系抗癌剤であるACNU、そして放射線療法を組み合わせたIAR療法は悪性神経膠腫に対する最もスタンダードな術後療法である。しかし、IFNの抗腫瘍効果については不明な点が多い。近年、免疫能を介した間接作用ばかりでなく直接作用も確認されてきている。そこで、脳腫瘍培養細胞を用いてIFNの直接効果とともに、細胞増殖と不死化の鍵を握るテロメラーゼ活性に対する作用について検討を進めた。1、悪性神経膠腫細胞の検討(1)検討に用いる悪性神経膠腫培養細胞の選出:テロメラーゼ活性の違いならびにIFN-α/βreceptor*の違いにより、U-87MG(テロメラーゼ活性:弱発現、receptor:強発現)、T98G(強、強発現)、A172(強、弱発現)の3種類の培養細胞を選びだした。*IFNはIFN-α/βreceptorを介して効果を発現するとされている。2、IFNの効果の検討(2)テロメラーゼ活性(PCR-ELISAによる定量):IFN投与後、テロメラーゼ活性の低下をすべての細胞に認めた。また、テロメラーゼ活性値と増殖細胞数は相関した。今後、さらなるcascadeの検討を行い、IFNの悪性神経膠腫細胞に対する直接を解明していきたい。そのことがテロメラーゼ活性の発現と制御機構の解明にもつながるものと考えている。各種脳腫瘍におけるテロメラーゼ活性とその他の因子の関係(1)テロメラーゼ活性との関係[定性:TRAP法.定量:PCR-ELISA法](2)テロメラーゼ活性と増殖能(proliferative cell index : PCI)神経膠腫に対するInterferon-β(IFN)の有効性は確立されている。
健康寿命延伸のための新規健康指標創出に関する研究

健診レベルで適用可能な健康寿命延伸のための新たな簡易健康指標を見出すべく,無侵襲心拍出量計測装置を用いて3種類(一定・多段階増加・Ramp)のエルゴメータ負荷に対する循環機能の応答を計測し,運動者と非運動者の違いを検討した.その結果, Ramp負荷に対する「最大心拍数に対する心拍数の割合(% HRmax)と「規格化一回拍出量(nSV)」の関係から心予備力を心機能の二つの側面、即ち変時作用(Chronotropic state : CS)と変力作用(Inotropic state : IS)の側面から定量評価可能と考えられた.また呼気ガス分析装置との同時計測実験の結果、負荷強度に対するnSVの変曲点と嫌気的代謝閾値: ATとの間に相関が見られ、ATの代替指標としてのnSVの有用性を示唆する結果が得られた.健診レベルで適用可能な健康寿命延伸のための新たな簡易健康指標を見出すべく,無侵襲心拍出量計測装置を用いて3種類(一定・多段階増加・Ramp)のエルゴメータ負荷に対する循環機能の応答を計測し,運動者と非運動者の違いを検討した.その結果, Ramp負荷に対する「最大心拍数に対する心拍数の割合(% HRmax)と「規格化一回拍出量(nSV)」の関係から心予備力を心機能の二つの側面、即ち変時作用(Chronotropic state : CS)と変力作用(Inotropic state : IS)の側面から定量評価可能と考えられた.また呼気ガス分析装置との同時計測実験の結果、負荷強度に対するnSVの変曲点と嫌気的代謝閾値: ATとの間に相関が見られ、ATの代替指標としてのnSVの有用性を示唆する結果が得られた.健康・QOLを維持するために有用となる新たな健康指標を見出すべく,特に「循環予備力」に着目し以下に示す実験的検討を行った.被験者は健常成人男性12名で、このうち日常的に運動を行っている者(運動者)及び運動していない者(非運動者)はそれぞれ5名及び7名である。また年齢・身長・体重の平均値±標準偏差は運動者で35.2±16.0歳、170.8±2.9cm、64.5±3.8kg、非運動者で21.1±0.4歳、171.4±4.5cm、59.3±4.1kgであった。これら被験者に対して全長:約500m,平均斜度:約5%,高低差:約25mのほぼ直線の舗装傾斜路をマウンテンバイクで可能な限り短時間で登るよう指示を与え、登坂中の位置情報、標高、心拍数及び登坂に要した時間をGPS機能付き無拘束心拍数計(EDGE 705,Garrmin)により計測した.登坂時間及び体重,自転車重量,高低差から仕事率を算出したところ、運動者で201.2±10.7wattであったのに対して非運動者では177.7±19.2wattとなり、運動者の方が大きな仕事率を発生できることが確認できた(t<0.05)。次に上記で得た仕事率とほぼ等しい負荷を自転車エルゴメータにより加え、心拍数(HR)、心拍出量(CO)、一回拍出量(SV)を循環動態モニタ装置く自作品)により無侵襲計測した。なお負荷時間は上記の「登坂時間」に設定した。その結果、HRを横軸に、COを縦軸にとった場合は運動者・非運動者共に、その傾きに若干の違いは見られるものの、いずれの場合でも右肩上がりの特性、すなわちHRの増加に伴いCQが増加する傾向がみられた。これに対してHRを横軸、SVを縦軸にとった場合、非運動者では安静時の1.1倍程度までの低HR領域でSV増加しそれ以上では若干低下したのに対して、運動者では低HR領域ではSVがほとんど変化しないものの、1.3倍程度以上になるとSVは増加し始め1.6倍以上になっても増加し続ける例もみられた。これらの結果より、運動負荷に対する循環応答を「HR-CO平面」ではなく「HR-SV平面」で表すことにより、各被験者の心収縮特性の違い、特に心筋収縮能力の『予備力』に関する違いを評価可能であることが示唆された。本研究では「健康・QOLを維持するために有用となる新たな健康指標」を見出すことを目的とし,昨年度は健常成人男性12名を対象に無侵襲心拍出量(CO)計測装置による循環機能計測実験を行い,エルゴメータ負荷に対する心拍数(HR)と一回拍出量(SV)の関係から心臓の予備力を評価可能であることを示唆する結果を得た.この知見に基づき,今年度は中高年及び高齢被験者を対象とした循環応答計測実験を当初実施する予定であった.一方において呼気ガス分析装置により得られる「嫌気的代謝閾値:AT」は,アスリートの体力評価のみならず心臓リハにおける適正負荷評価などにも用いられており,ATを評価可能な簡易指標が得られればその有用性は極めて高い.そこで今年度は,昨年度の実験的検討により「心予備力評価指標」としての有用性が示された「SVの負荷応答」について,新たに「呼吸機能」との関連性を調べることでATの代替となり得る簡易指標が得られるかどうか予備的実験を行った.

具体的には,健常成人12名(男性及び女性の運動者・非運動者各3名,合計12名,平均年齢20歳±0.57)を被験者として,エルゴメータによるRamp負荷に対するHR,CO,SVの応答を計測すると共に,呼気ガス分析装置を用いて酸素摂取量(VO_2)及び二酸化炭素排出量(VCO_2)を同時計測した.Ramp負荷法は2分間の安静後,1分間に30Wの割合で各被験者の最大負荷まで直線的に負荷を増加した.その結果,循環機能に関しては男性・女性どちらにおいても昨年度と同様の傾向,即ち運動者は最大心拍数(HRmax)に近いHRにおいてもSVを増加できるのに対して,非運動者ではSVはほとんど増加せず,逆にHRmax付近では減少する例も見られた.また,運動者ではSVの最大値は安静時の1.52.5倍に達し高い心予備力を有していた.一方呼吸機能との関係については負荷量を横軸に,SV及びガス交換比R(R=VCO_2/VO_2)を縦軸にとり負荷に対するSV及びRの変化を検討した.その結果,Rの変曲点(ATに相当)における負荷値がSVの変曲点(下降から上昇に変る点)付近にあり,Ramp負荷に対するSVの変化からATを推定可能であることを示唆する結果が得られた.
ポリコム群による抑制ドメインの複製機構の解明

ポリコム群による抑制が、分裂後の細胞へ伝達されるメカニズムは今も未知である。ポリコム群のひとつEPCが、DNA複製メカニズムとカップルし、DNAメチル化維持、複製後ヌクレオソーム再構築メカニズムとリンクすることを見出し、この問題解決へのひとつの入り口を与えた。一方、DNA複製とカップルするDNAメチル化維持メカニズムとポリコム群による抑制がリンクすることも明らかにしてきた。本研究では、DNAメチル化維持メカニズムとポリコム群の再構築過程はどのように機能的にリンクするのか?、及び、ヌクレオソーム再構築メカニズムとポリコム群再構築過程の間の機能的にリンクするのか?という問いに挑戦する。
距離空間における次元の研究

研究計画書の研究目的にまとめた課題に関連して、二、三の成果が得られたので報告する。1)代表者Gotoが1991年の雑誌Top.Proc.において発表したEuclid空間内の有界点に対するmetricdimensionの特徴付けを、有界とは限らない一般の点集合の場合に拡張することに成功した。この結果は雑誌Comment. Math. Univ. Calorinaeに掲載予定である。2)研究目的に掲げた距離に依存する次元件数d_2μdimの独立生については、見るべき成果はなかった。しかしながらこの問題の研究の副産物として次の興味のある結果が得られた:n次元Euclid空間の任意の超平面Hに対しとなる点集合Xが最も一般的な条件下で存在するというものである。この結果はGotoを代表者とする、京大数理研の研究集会(H8.2.283.1)において報告された。3)その他、研究分担者KimuraはBorstの導入した超限被覆次元trdimについて、可分距離空間に対し次元を保つcompact化が存在することを示した。この結果は、与えられた可分距離空間からHilbert cubeへのembedding全体からなる関数空間において、像の閉包のtrdimが上がらないものが十分に(residualに)あるという定理の系として導かれたもので注目すべき結果である。
新生産フラックスと植物プランクトンの硝酸同化制御機構

化学発光法による海水中の硝酸態・亜硝酸態窒素の分析システムを構成した。この分析システムについて、分析条件、分析精度、分析確度、試料の取り扱い方法などについて検討した。これらの検討をふまえ、分析システムを1993年10月14日から12月3日まで行われた東京大学海洋研究所白鳳丸KH-93-4次航海に塔載した。亜熱帯外洋域に属する観測点B(24゚35'N、170゚00'E)、C(22゚45'N、158゚05'W)において、1)有光層内の硝酸態または硝酸態プラス亜硝酸態窒素の鉛直分布の測定、2)現場法による^<15>NO_3^-取り込み実験(Bのみ)、3)船上インキュベーターでの^<15>NO_3^-取り込み速度の時間変化の測定、を行った。化学発光法による鉛直分布の測定結果から、両測点ともに有光層内の硝酸態窒素濃度は10nM以下であり、100から110mの間の数mで濃度が急激に上昇し始めることがわかった。いずれの場合でも、硝酸態窒素濃度が立ち上がる深さはクロロフィル極大の約5m上、相対光量子束0.5-1.0%に相当した。超微量分析による亜熱帯外洋域での有光層内の硝酸濃度の鉛直分布は従来測定された例がなかった。本研究で得られた不連続な濃度分布は、ある特定の深度を境に硝酸態窒素の消費速度が大きく異なっていることを示唆する。一方、化学発光法による分析から^<15>N取り込み実験における硝酸トレーサーの希釈が正確に算出でき、従って現場での硝酸同化速度が初めて算出できた。これらの結果を総合することにより、硝酸の供給と消費の動態を議論するために基礎となる情報が得られた。
次世代電波望遠鏡用周波数解析装置の研究開発

電波望遠鏡で受信する天体からの電波は弱いので,積算処理は数分から数時間行っている.つまり,ノイズを除去する時間が支配的である.Xilinx社の合成ツールであるVivado 2014.3を用いた計算機上での仮設計の結果, CASPERで公開している分光器と比較してFPGAの組込みメモリ量を92.3%, LUT数を33%削減する事ができた.その結果,帯域を12.5倍拡大でき,分解能を128倍増やす事ができることを予備実験で確認した.RNSとはNビットの信号をL組の整数のベクトル{m1,m2,...,mL}に対する剰余で表現するシステムである.RNSを用いる事により,各桁で独立して加減乗算を行える.即ち, FFT計算の入力データをL個に分割することができる.Xilinx社の合成ツールであるVivado 2014.3を用いた計算機上での仮設計の結果, Xilinx社FFT IPと比較してFPGAのLUT数を42%削減する事ができ,高分解能なFFTを実装できる事を確認した.2015年に剰余数系を発展したネスト式剰余数系に基づくCNN、2016年に世界初となる2値CNN, 2017年にグローバルプーリングを用いた中間フル結合層除去CNNとフルパイプライン化CNNによる物体認識, 2018年に混合精度型CNNの専用ハードウェア化をFPGA上に実現してきた。これらはカスタムCNNを学習するための専用学習方式を含む。特に、2018年にFPGAのトップ国際会議であるISFPGA2018において、深層学習のセッションで日本人初のフルペーパー採録され、国際的に評価された。これらの手法を電波天文観測の識別で用いられているAstroNet-K2に適用し, Xilinx社Virtex7 VC707 FPGAボード上に実現可能なサイズまで削減することに成功した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。今年度では剰余数系(Residue Number System: RNS)の改良であるNested RNS (NRNS)を用いたFFT回路のLUT数を削減する手法について研究した.一般的にはNRNSは入力数nを分割できるため演算用のLUT数を削減できるが,ダイナミックレンジの制約のためnが小さい場合,分割してもLUT数を削減できない.本研究ではRNSとNRNSの解析を行い, n = 15という特異点を除けばn=8においてNRNSを適用するとLUT数が削減できることを明らかにした.NRNS FFTをXilinx社Virtex7FPGA上に実装した.NRNS FFTを用いる事でFFTを分解できるためXilinx社が提供するBinaryFFTと比較してLUT数を42.4%47.8%削減できた.また,従来のRNS FFTと比較してLUT数を9.4%20.5%削減できた.NRNSFFTはビット精度よりも大きいダイナミックレンジを設定しないといけないため,転置メモリのビット幅が増加する.その結果, Xilinx社が提供するBinary FFTと比較してBRAM数が20.0%156.5%増加した.一方,従来のRNS FFTと比較すると同等34.1%増加した.NRNSFFTはLUT数を大幅に削減でき配置配線の面積に余裕ができるため,クリティカルパスも短くなる.従って,提案手法は動作周波数を9.3%41.7%改善できた.当初の予定であった開発環境の構築を行い、ソフトウェアの導入と試作を含めて全て目標を達成した。また、初年度の目標であったRNSの改良に取り組み、研究成果を国際会議に発表することができたため、研究成果も目標を達成したといえる。電波望遠鏡で受信する天体からの電波は弱いので,積算処理は数分数時間行っている.つまり,ノイズを除去する時間が支配的である.本年度は以下の手法を実装して検討を行った.まず,積算処理から行いノイズを除去してからFFTを行う.つまり,計算順序を入換えることで, FFTをかける時間を十分確保し,単一のFFT回路で行うのがポイントである.Xilinx社の合成ツールであるVivado 2016.1を用いた計算機上での仮設計の結果, CASPERで公開している分光器と比較してFPGAの組込みメモリ量を92.3%, LUT数を33%削減する事ができた.その結果,帯域を12.5倍拡大でき,分解能を128倍増やす事ができることを実験で確認した.RNSとはNビットの信号をL組の整数のベクトル{m1,m2,...,mL}に対する剰余で表現するシステムである.RNSを用いる事により,各桁で独立して加減乗算を行える.即ち, FFT計算の入力データをL個に分割することができる.FPGAのLUTでFFT回路を構成するとき,面積の指標であるLUT数は入力データのビット数nに対して指数関数オーダO(2n)に比例する.即ち,入力データをRNSを用いて分割すると指数関数的にLUT数を削減できることを確認した.Xilinx社の合成ツールであるVivado 2016.1を用いた計算機上での仮設計の結果, Xilinx社FFT IPと比較してFPGAのLUT数を42%削減する事ができ,高分解能なFFTを実装できる事を確認した.以上のことから, FPGAボード上に実装をする目途を立てることができた.

申請時の研究計画の通りに推移しており、特に問題となる部分は見受けられなかったため.剰余数系(RNS)を再帰的に繰り返し適用するNested RNS(NRNS)を考案し,積和演算器の分割手法に適用する設計手法を考案した.また, NRNSに適した素数の組み合わせを発見した.提案手法をROACH2 FPGAボードに実装し,テスト信号器を用いて評価する.動作可能を確認した.既存のハイエンドFPGAボード(Xilinx社VC707)にAD変換器を接続するボードを外注により開発し,実装を行い,提案手法の有効性を確認した.また,観測補助システムとして深層学習のFPGA実装に適した2値化Convolutional Neural Network (CNN)の学習方法と推論に適したハードウェア構成を研究開発し, Xilinx社Zynq UltraScale+MPSoCボードに実装した. GPUと比較して電力性能効率に関して10倍優れていることを明らかにした.申請書と同程度の開発状況に達しており、観測補助システムに適した深層学習手法の開発に成功しているため。電波望遠鏡で受信する天体からの電波は弱いので,積算処理は数分から数時間行っている.つまり,ノイズを除去する時間が支配的である.Xilinx社の合成ツールであるVivado 2014.3を用いた計算機上での仮設計の結果, CASPERで公開している分光器と比較してFPGAの組込みメモリ量を92.3%, LUT数を33%削減する事ができた.その結果,帯域を12.5倍拡大でき,分解能を128倍増やす事ができることを予備実験で確認した.RNSとはNビットの信号をL組の整数のベクトル{m1,m2,...,mL}に対する剰余で表現するシステムである.RNSを用いる事により,各桁で独立して加減乗算を行える.即ち, FFT計算の入力データをL個に分割することができる.Xilinx社の合成ツールであるVivado 2014.3を用いた計算機上での仮設計の結果, Xilinx社FFT IPと比較してFPGAのLUT数を42%削減する事ができ,高分解能なFFTを実装できる事を確認した.2015年に剰余数系を発展したネスト式剰余数系に基づくCNN、2016年に世界初となる2値CNN, 2017年にグローバルプーリングを用いた中間フル結合層除去CNNとフルパイプライン化CNNによる物体認識, 2018年に混合精度型CNNの専用ハードウェア化をFPGA上に実現してきた。これらはカスタムCNNを学習するための専用学習方式を含む。特に、2018年にFPGAのトップ国際会議であるISFPGA2018において、深層学習のセッションで日本人初のフルペーパー採録され、国際的に評価された。これらの手法を電波天文観測の識別で用いられているAstroNet-K2に適用し, Xilinx社Virtex7 VC707 FPGAボード上に実現可能なサイズまで削減することに成功した。FFTは複素信号に対する積和演算を行っている.
大学基礎化学教育におけるモデル・コア・カリキュラムの作成と教育方法の改革

1.中等理科教員養成における化学教育モデル・コア・カリキュラムの開発中等理科教員養成におけるモデル・コア・カリキュラム案を提案し,これをもとにして講義,実験,および演習科目の授業内容案を作成した。また,授業計画案を作成するとともに,各授業科目および各授業時間における到達目標を設定した。さらに,各授業内容について,関連する教材を説明・指導する能力の観点を重視して到達レベルの指標を示した。2.大学における基礎化学教育のための教材開発「化学と社会の係わり」を今後の科学教育において重視されるべき教育内容として捉え,環境教育およびエネルギー教育の視点からの教材開発に取り組んだ。特に,グリーンケミストリーの視点を育成するための教材開発を行った。3.インターネットの活用と授業実践従来講義形式で行ってきた授業に化学実験を導入し,問題解決型の授業展開を取り入れた学習指導を行った。アンケートと到達度評価のための試験をもとにして,化学実験を導入した授業展開とそれを基点とした課題学習による学習方法を導入したことによる学習効果について分析評価を行った。また,授業内容に関する基礎的事項の確認と既習事項との関連づけを目的とした予習システムと授業内容の発展的事項に関する復習システムからなるWebページを開発した。さらに,学習者が各授業時の到達目標に対する到達レベルを自己評価できるシステムを構築した。本研究で開発した教材およびWebページを活用して,平成16年度前期に各2時間15回の授業実践を行い,その教育効果を分析評価した。1.中等理科教員養成における化学教育モデル・コア・カリキュラムの開発化学の学問体系及び中学校「理科」・高等学校「化学」における教育体系の詳細な比較検討と諸外国の教員養成についての資料分析をもとにして,中等理科教員養成における化学分野の教育内容の領域分けと教育項目を提案した。また,各教育内容領域における全般的な教育目標を,理科教員に求められる基本的能力を考慮した一般目標として設定した。さらに,各教育項目について,関連する教材を説明・指導する能力の観点を重視して到達目標を設定し,到達レベルの指標を示した。これらをモデル・コア・カリキュラム案として提案した。2.大学における基礎化学教育のための実験教材の開発と教育実践的研究(1)本学部開設授業科目のうち,平成15年度前期「初等理科」(1セメスター)及び「ラボラトリーデモンストレーション」(3セメスター)を教育実践的研究のための授業として設定し,モデル・コア・カリキュラム案をもとにして各30時間の授業内容と構成について検討した。各授業時に導入実験として用いる実験教材の開発に取り組み,水溶液の酸性度と酸塩基指示薬,気体の溶解度,簡易可視分光法による定量分析,電子レンジを用いた化学実験について新たな実験教材を開発した。(2)従来講義形式で行ってきた授業に化学実験を導入し,問題解決型の授業展開を取り入れた学習指導を行った。授業内容についての受講生の評価および化学実験や課題学習を通じた受講生の学習状況についてのアンケートと到達度評価のための試験をもとにして,化学実験を導入した授業展開とそれを基点とした課題学習による学習方法を導入したことによる学習効果について分析評価を行った。1.中等理科教員養成における化学教育モデル・コア・カリキュラムの開発前年度に提案した中等理科教員養成におけるモデル・コア・カリキュラム案をもとにして,講義4科目(各2単位),実験2科目(1単位+2単位),および演習1科目(2単位)の授業内容案を作成した。授業1科目および実験1科目(1単位)を例として,授業計画案を作成するとともに,各授業科目および各授業時間における到達目標を設定した。3.インターネットの活用と授業実践講義1科目(2単位)を例として,授業内容に関する基礎的事項の確認と既習事項との関連づけを目的とした予習システムと授業内容の発展的事項に関する復習システムからなるWebページを開発した。

また,設定した到達目標を指標として,学習者を主体とした到達目標と到達レベル項目を設定し,学習者が各授業時の到達目標に対する到達レベルを自己評価できるシステムを構築した。本研究で開発した教材およびWebページを活用して,平成16年度前期に各2時間15回の授業実践を行い,その教育効果を分析評価した。
CYP1A1遺伝子の発現に関与するCREM2遺伝子の役割

新しいCYP1A1誘導機構に関与している遺伝子CREMが我々のグループによって同定された。その役割を明らかにするため、CYP1A1遺伝子の発現調節領域にCREMが関与する配列を、リポーター遺伝子による転写活性化を指標にして同定した。この配列にはBTE(basic transcripton element)が含まれていることが明らかとなった。そこで、BTBに結合する因子として同定されているSp1の結合に関与するヌクレオチドに変異をいれて、リポーター遺伝子アッセイを行ったところ、顕著な転写活性化の減少が認められる変異配列が存在した。さらに、この配列に結合する因子が存在するかどうかをEMSA(electromobility shift assay)法により検討した。HepG2細胞の核から抽出してきた蛋白質を、^<32>P標識したオリゴヌクレオチドとインキュベートした後、非変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行い、ラジオオートグラフィーによって検出した。明らかなバンドが複数本認められ、^<32>P標識されていない大過剰のプローブを加えることによって消失したことから、特異的なバンドであることが確認された。また、このバンドは、定常状態の細胞から抽出した核蛋白質にも認められるが、オメプラゾール処理をした細胞では強いバンドとして認められた。このことから、CREMはSp1を含む複合体を形成して転写の活性化に関与している可能性が考えられた。現在CREMのsiRNAを用いてHepG2細胞でgene silencingを誘導し、CYP1A1の誘導発現へのCREMの関与をin vivoで確認する実験を行っている。我々のグループは、CYP1A1の誘導機構のひとつとして、リガンド非依存性のAhレセプター活性化による新しい機構を見い出し報告してきた。この新しいCYP1A1の誘導機構は、チロシンキナーゼの阻害剤によりブロックされるが、Ahレセプターのアンタゴニストでは阻害されない性質を持っていた。さらに、ベンズイミダゾール化合物によるCYP1A1誘導発現における、マウスとヒトの種差を利用して、ヒトの責任遺伝子のひとつをクローニングした。同定された遺伝子はCREM2(cAMP responsive element modulator2)であった。しかしながら、CYP1A1遺伝子のプロモーター領域には、CRE配列が存在していなかった。そこで、CYP1A1の調節領域のシスエレメントを同定するために、ルシフェラーゼの発現をCYP1A1プロモターで調節できるレポーター遺伝子を作製し、マウスHepa1c1c7細胞にトランスフェクションすることを行った。プロモーター領域を狭めいくことにより、最終的に8ヌクレオチドに集約される配列を決定することができた。この配列は、CREではなく、いままでに報告されていない新しいシスエレメントであることから、未知の因子が結合し、さらにその因子がCREM2.と複合体を形成している可能性が考えられる。来年度の実験計画としては、この新しいシスエレメントに結合する因子が存在する可能性を検討するために、EMSA法を用いて調べていく。そこで、BTBに結合する因子として同定されているBTEBP(BTE binding protein)の結合に関与するヌクレオチドを変えて、リポーター遺伝子アッセイを行ったところ、顕著な転写活性化の減少が認められる変異配列が存在した。明らかなバンドが複数本認められ、^<32>

P標識されていない大過剰のプローブを加えることによって消失したことから、特異的なバンドであることが確認された。また、このバンドは、定常状態の細胞核抽出蛋白質にも認められるが、オメプラゾール処理をした細胞では強いバンドとして認められた。このことから、CREMはBTEBPを含む複合体を形成して転写の活性化に関与している可能性が考えられた。CYP1A1の発現誘導にはArylhydrocarbon receptor(Ahレセプター)を、リガンド依存性に活性化する経路と、リガンド非依存性に活性な転写因子に変換するシグナル伝達機構が存在する。このうち、オメプラゾールに代表されるベンズイミダゾール構造を持つ化合物が、Ahレセプターを活性化する機構が我々によって明らかにされてきた。このシグナル伝達系に関与する遺伝子として同定されたものがCREM(cAMP responsible element modulator)である。CYP1A1の転写活性を検出するレポーター遺伝子のアッセイ系に、CREMを同時に発現させると転写活性が上昇することから同定されたので、CREMが関与する配列を狭めていくことによりCREM responsible elementを決定することができた。この配列は、CREMが結合すると報告されているコンセンサスの配列はなく、GATA配列とBTE配列が存在した。各々の配列に塩基置換させる実験により、BTE配列が重要であることが明らかとなった。ヒトHepG2細胞の核抽出物を調製し、EMSA(Electro-mobility shift assay)法によってBTE配列に結合する因子を同定した。そこで、BTE配列に結合することが報告されているBTEB(BTE binding protein-1)とSp1の可能性を検討した。各々の抗体を処理することによって特異的バンドがスーパーシフトすることは観察されなかったが、Sp1抗体を前処理することにより、特異的バンドが消失することから、この配列に結合する主要な因子はSp1であることが推定された。新しいCYP1A1誘導機構に関与している遺伝子CREMが我々のグループによって同定された。その役割を明らかにするため、CYP1A1遺伝子の発現調節領域にCREMが関与する配列を、リポーター遺伝子による転写活性化を指標にして同定した。この配列にはBTE(basic transcripton element)が含まれていることが明らかとなった。そこで、BTBに結合する因子として同定されているSp1の結合に関与するヌクレオチドに変異をいれて、リポーター遺伝子アッセイを行ったところ、顕著な転写活性化の減少が認められる変異配列が存在した。
短時間グリッド計算のための遊休計算資源の管理手法

本研究の目的は,短時間グリッド計算のための計算資源管理手法を開発し,計算グリッドによる外科手術の支援を世界に先駆けて実現することである.平成18年度は,前年度までに開発を終えている計算資源管理手法を基に,数十秒以下の応答時間を要求する実用的な医用画像処理ソフトウェアを計算グリッド上に開発・評価し,その実現可能性を実環境上で示した.具体的には,標準メッセージ通信仕様MPI(Message Passing Interface)を用いた並列計算により,外科手術のための2次元/3次元剛体位置合わせを高速化した.評価では,グリッド上の計算資源(CPU100個)を用い,術中用途に耐えうる20秒弱程度の応答時間を実現した.これまでによく用いられてきたグリッドミドルウェアGlobusおよびMPIの実装MPICH-G2を組み合わせた従来のグリッド環境では,応答時間が100秒強であったが,プログラム起動時間の短いMPICH-VPGを用いることにより40秒弱,さらにGlobusと互換性のある提案手法により資源選択処理を高速化し,20秒弱に削減できた.2次元/3次元剛体位置合わせは,外科手術における基盤技術として注目されつつある.例えば,手術の進行状況を術前計画に基づいてリアルタイムに検証することにより,ロボットによる外科手術を実現でき,手術の正確さや安全性の向上に寄与する.したがって,数十秒以下の応答時間に対処できる提案手法は,これまで単一大規模計算の高速化を対象としてきたグリッドの適用範囲を広げることができ,グリッドの新しい応用分野を開拓できたと考える.平成17年度の研究計画は,計算グリッド上で短時間処理を実現することを目的として,1)短時間処理のための計算資源管理手法の提案,および2)既存のグリッドミドルウェアと互換性のある実装の開発に取り組むことである.この計画を遂行するために,本年度は500台規模の計算グリッドに対し,1秒以内に適切な計算資源を選択できる手法を提案した.さらに,ミドルウェアの業界標準として広く用いられているGlobus Toolkit 2(GT2)と互換性のある実装を開発した.1)に対しては,GT2に対する性能評価を基に,短時間処理のためには資源管理サーバにおける通信量および計算負荷の削減が必要であることを確認し,これらを削減できる手法を提案した.提案手法の主なアイデアは,計算ジョブに対する計算資源の適切さの度合いを計算資源自身が判定することにより,大量の監視データが通信されることを回避するとともに,分散計算によりサーバの計算負荷を軽減する点にある.2)に対しては,上記の提案手法をGT2に組み込んだ実装を開発した.この実装では,GT2を構成する資源監視システムMonitoring and Discovery System(MDS)に着目し,MDSに対して資源情報を提供するコンポーネントの一つとして提案手法を実現する.この実現方法は,MDSの環境設定を変更しコンポーネントを計算資源に放送するだけでよく,MDSそのものの実装を修正する必要はない.したがって,GT2を用いる既存のグリッドシステムに対して提案手法を組み込む際の手間はさほど大きくない.上記の成果を基に,来年度はグリッドアプリケーションの具体的な応用として医用画像処理ソフトウェアに着目し,実際のグリッドを用いた短時間処理を実現する.本研究の目的は,短時間グリッド計算のための計算資源管理手法を開発し,計算グリッドによる外科手術の支援を世界に先駆けて実現することである.平成18年度は,前年度までに開発を終えている計算資源管理手法を基に,数十秒以下の応答時間を要求する実用的な医用画像処理ソフトウェアを計算グリッド上に開発・評価し,その実現可能性を実環境上で示した.具体的には,標準メッセージ通信仕様MPI(Message Passing Interface)を用いた並列計算により,外科手術のための2次元/3次元剛体位置合わせを高速化した.評価では,グリッド上の計算資源(CPU100個)を用い,術中用途に耐えうる20秒弱程度の応答時間を実現した.これまでによく用いられてきたグリッドミドルウェアGlobusおよびMPIの実装MPICH-G2を組み合わせた従来のグリッド環境では,応答時間が100秒強であったが,プログラム起動時間の短いMPICH-VPGを用いることにより40秒弱,さらにGlobusと互換性のある提案手法により資源選択処理を高速化し,20秒弱に削減できた.2次元/3次元剛体位置合わせは,外科手術における基盤技術として注目されつつある.例えば,手術の進行状況を術前計画に基づいてリアルタイムに検証することにより,ロボットによる外科手術を実現でき,手術の正確さや安全性の向上に寄与する.したがって,数十秒以下の応答時間に対処できる提案手法は,これまで単一大規模計算の高速化を対象としてきたグリッドの適用範囲を広げることができ,グリッドの新しい応用分野を開拓できたと考える.
相転移現象に見られる記憶作用の微視的機構を解明する研究ーー計算機実験

63年度実施計画を作成するに当って、相転移過程にみられるメモリー、ヒステレシス現象は、試料中の不純物とか、過程中の偶発的なゆらぎによって生じるものではなく、臨界現象そのものに関わるものであることの確証を得ることを最重要課題と考え、その方法論として、フラストレーションのある系ーしかし純粋な単純な系として三角格子反強磁性体とDLA構造上のスピン系についてのそのゆらぎとメモリー、ヒステレシスの関連を調べること。また、秩序パターンの出来やすさ、くずれにくさに注目して、著しい異方性のある二次元格子系上の臨界点を横切る過程におけるゆらぎの性質を調べることにした。計算機実験によって得られた結果は、以下の学会などで報告発表した。*ゆらぎスペクトルの色とスピン相関1988年3月日本物理学会*アグリケート内粒子移動を含むDLAモデル1988年10月同上*発達した短距離秩序状態からの秩序相の成長1989年3月同上*DLAパターン上に配列したイジングスピン系の動的性質同上(小澤、小林、鎌田・長谷田)以上の結果はメモリーの発生の様相を一般的に把えるには至っていないが、臨界点を横切ることがメモリーの様相に大きな影響を与えることを明かにした。また、ゆらぎのスペクトルとフラストレーションの相関の存在を把えた。*また小澤は共同研究者の樋口と共にに日本の"書"毛筆の美の解析を試み新しい展開を行っている。鎌田、小林は現実の物質中におけるノイズの研究として金属体中の電気抵抗の精密測定の予備的段階を開始した。本年度研究実施計画の(1)(5)に力点を置いてゆらぎの色とパターンの相関について研究を行い,以下の学会報告および講演を行った.62年秋日本物理学会(仙台)・異方的二次元正方格子上のイジングスピン系のミクロタターンと磁化のゆらぎ小澤,鎌田,小林,長谷田・強磁性体における不純物による空間的相関の歪みにみられるパターンの特徴奥田,鎌田,小林,小澤,長谷田63年1月29日理研シンポジウム・「大規模科学技術計算-過去,現在,未来」において「相転移現象の近似解と厳密解と計算機実験と」(招待講演)長谷田63年日本物理会(郡山)・ゆらぎのスペキトルの色とスピン相関長谷田,小澤,鎌田,小林また, 63年度より桐蔭学園横浜大学において開始するゆらぎについての実験研究-金属試料中の抵抗ノイズ,磁性体中の温度バルクハウゼンノイズの測定-の準備を整えた.以上の研究成果は63年8月京都大学基研で行われる第2回国際セミナーYKIS-88で発表する予定である.63年度実施計画を作成するに当って、相転移過程にみられるメモリー、ヒステレシス現象は、試料中の不純物とか、過程中の偶発的なゆらぎによって生じるものではなく、臨界現象そのものに関わるものであることの確証を得ることを最重要課題と考え、その方法論として、フラストレーションのある系ーしかし純粋な単純な系として三角格子反強磁性体とDLA構造上のスピン系についてのそのゆらぎとメモリー、ヒステレシスの関連を調べること。
地形情報を用いた広域塩動態モデルによる潅漑流域土地利用適正化への提言

1)中央アジアの異なる地域(カザフスタン・ウズベキスタン)において、特に深層土壌中の塩濃度に留意して広域調査を行うと共に、既存のデータを解析した。その結果100-200cm深土壌中の塩含量に関して、以下のような明瞭な地域的な傾向が見られた。1)イリ川流域では、可溶性陽イオン含量は低い傾向にあった。2)フェルガナ地域において可溶性陽イオン含量およびナトリウム吸着比が比較的低いのに対して、シル・ダリア川下流域ではこれらはいずれも増大した。Na+やCl-という可動性の高いイオンが、河川上流部から除かれ下流域に濃縮されていると考えられる。3)カザフスタン北部においては、深層土における可溶性陽イオンが通常高く、Naの割合も高い。これらの塩類は母材である堆積物起源と考えられる。このように深層土壌の塩含量は、第一義的には地球化学的要因によって規定されていた。2)次に圃場スケールにおける塩集積規定要因を解析するために、シル・ダリア川下流域の2農場において現地調査を行った。農場内の計95の調査地点でDifferential-GPSにより測量を行うとともに、表層土・下層土・地下水をそれぞれ採取し、土壌の水抽出液および地下水の電気伝導度(EC)と、土壌の粒径組成について分析した。測量の結果、農場全体の傾斜は0.05%程度であった。両農場とも緩やかな傾斜部と平坦部を有し、局部的には窪地を含んでいた。非灌漑期における水田の塩濃度は、表層土・下層土ともに、窪地以外ではある程度低く抑えられていた。灌漑期の水田では、表層の塩類はほぼ洗い流されていたが、イネの生育は塩濃度の比較的高い地点で悪くなる傾向にあった。一方、灌漑期の畑作地では、地下水位が塩類の表層集積量を大きく規定していた。水位は主に標高が低い地点で高くなっていた。このように農場スケールでは、土壌塩性化の程度は地形によって大きく影響されることが明らかとなった。カザフスタン国クジルオルダ州のSG・SM農場を調査対象とした。両農場ともシルダリア川を灌漑水源とし、SGは左岸水系上流部に、SMは右岸水系下流部の湿地帯に位置する。一般に塩類集積には地形が影響する場合が多いため、本研究では農場内の計95の調査地点でDifferential-GPSにより測量を行った。同時に下層土・地下水をそれぞれ採取し、塩濃度の指標となる土壌の水抽出液および地下水のECと土壌の粒径組成について分析した。また2004年8月には水田中に50cm×50cmのプロットを設け、稲の収量と、同地点の湛水深を測定した。農場全体の傾斜は0.05%程度であった。両農場とも緩やかな傾斜部と平坦部を有し、SGの低地は局部的に窪地を含んでいた。非灌漑期の水田条件下での塩濃度は、表層土・下層土ともに、窪地以外ではある程度低く抑えられていた。傾斜部では相対標高と粘土含量が下層土の塩濃度と相関を持っていた。これらの条件が排水を規定し、下層土の塩類残存量に影響していると考えられる。また平坦部では、粘土含量が多いほど表層土への塩類の再集積が起こりやすい傾向にあった。灌漑期には、水田条件下では表層の塩類はほぼ洗い流されていたが、イネの生育(一穂粒数)は塩濃度の比較的高い地点で悪くなる傾向にあった。さらに、湛水の深い地点や低標高部では生育が悪くなっていた。

過剰な灌漑が排水不良をもたらし、結果的に収量を低下させていると考えられる。一方、灌漑期の畑作条件下では、地下水位が塩類の表層集積量を大きく規定していた。水位は主に標高が低い地点で高くなっていた。塩濃度の高い農地では塩害が起こっており、まったく収穫が得られない場合が多い。今後これらの知見に基づいて、当該地域における持続的な農業生産の条件を、衛星写真なども併用して検討していきたい。カザフスタン国クジルオルダ州のShagan農場・Shamenov農場(以下、SG・SM)を対象とした現地調査を行った。両農場ともシルダリア川を灌漑水源とし、SGは左岸水系上流部に、SMは右岸水系下流部の湿地帯に位置する。純用水量は約2,400mmである。作付方式は水田8年輪作で、水稲と畑作物(主にアルファルファ)の作付が各3,4年行われる。まず農場内の計95の調査地点でDifferential-GPSにより測量を行った結果、農場全体の傾斜は0.05%程度であった。両農場とも緩やかな傾斜部と平坦部を有し、SGの低地は局所的に窪地を含んでいた。そこで、これらの傾斜部と平坦部をそれぞれSlope・Flatとして区別した。非灌漑期の水田における塩濃度は、表層土・下層土ともに、窪地以外ではある程度低く抑えられていた。Slopeでは相対標高と粘土含量が下層土の塩濃度と相関を持っていた。よって、これらが排水を規定し、下層土の塩類残存量に影響していると考えられる。また、Flatでは、粘土含量が多いほど表層土への塩類の再集積が起こりやすい傾向にあった。一方灌漑期の畑地では、地下水位が塩類の表層集積量を大きく規定していた。これらの結果から、今後の当地域での持続的な農業生産には、基本的な排水改良に加え以下の対策が有効であると考えられる。・窪地などのもともと作付に適していない排水が困難な場所での作付を行わない。・十分に排水性の良い地点以外では、地下水位を引き上げる原因となる水稲作と、畑作とを混在させない。具体的には傾斜部では畑作、平坦部では水稲作に統一する、逆に排水性の良い傾斜部で集約的な水稲作を行う、等である。1)中央アジアの異なる地域(カザフスタン・ウズベキスタン)において、特に深層土壌中の塩濃度に留意して広域調査を行うと共に、既存のデータを解析した。その結果100-200cm深土壌中の塩含量に関して、以下のような明瞭な地域的な傾向が見られた。1)イリ川流域では、可溶性陽イオン含量は低い傾向にあった。2)フェルガナ地域において可溶性陽イオン含量およびナトリウム吸着比が比較的低いのに対して、シル・ダリア川下流域ではこれらはいずれも増大した。Na^+やCl^-という可動性の高いイオンが、河川上流部から除かれ下流域に濃縮されていると考えられる。3)カザフスタン北部においては、深層土における可溶性陽イオンが通常高く、Naの割合も高い。これらの塩類は母材である堆積物起源と考えられる。このように深層土壌の塩含量は、第一義的には地球化学的要因によって規定されていた。2)次に圃場スケールにおける塩集積規定要因を解析するために、シル・ダリア川下流域の2農場において現地調査を行った。