浅層地下水位変動の解析による水と硝酸イオンの移動経路・フラックスの推定

［要　約］: 　浅層地下水位と硝酸イオン濃度の面的分布を通年観測し，難透水層深度分布，土層別の間隙率および飽和透水係数を考慮した数値解析により，水平方向の水と硝酸イオンのフラックスが推定できる。その結果に基づき，深さ1mから難透水層までの下層土における物質収支をとると，難透水層以深への鉛直方向の水と硝酸イオンのフラックスおよび脱窒量が推定できる。

[担当研究単位]　農業環境技術研究所　化学環境部　栄養塩類研究グループ　土壌物理ユニット
[分　類]　学術

［背景・ねらい］: 　畑作物の根群域から溶脱する硝酸イオン(NO₃^-)は浅層地下水に達した後，鉛直方向または水平方向に移動し，その過程で一部は脱窒される。流域スケールでのNO₃^-濃度変化を予測するためには，まず圃場スケールでの水とNO₃^-の物質収支を精度良く把握することが必要である。本研究では，難透水層を有する黒ボク土畑を対象に年間を通して浅層地下水位とNO₃^-濃度を実測し，土層中の水移動に関わる土壌物理性因子（難透水層深度分布，土層の間隙率，飽和透水係数）を考慮した数値解析により，水平方向の水とNO₃^-のフラックスを算出する手法を開発する。また，これらの結果に基づいて下層土（深さ1 m～難透水層）における水とNO₃^-の物質収支をとることにより，難透水層以深への鉛直方向フラックスおよび下層土での脱窒量を推定する手法を開発する。

［成果の内容・特徴］

難透水性の常総粘土層を有する黒ボク土畑（農環研D1圃場）における浅層地下水位の面的分布は，高水位時，低水位時，降雨後の水位上昇過程ではそれぞれ異なり(図1)，複雑に変動する。浅層地下水位の面的分布を通年観測し，難透水層深度分布（図1）と土層別の間隙率および飽和透水係数を考慮した数値解析を行うことにより，水平方向の水フラックスを推定できる（図2）。
浅層地下水面へ供給される鉛直浸透水量から，水平方向の地下水流出量と土層水分変化量を差し引けば，難透水層からの漏水量が求められる。2001年11月25日～2002年10月11日では，深さ1 mにおける浸透水量が222 mmであるのに対して水平方向の地下水流出量は28 mmに過ぎなかった(表1)。これより，常総粘土層を通じた漏水量は従来の報告より1桁大きな値(188 mm)となり，より深層への鉛直浸透が浅層地下水流出経路の主体であることが明らかとなった（表1）。
水平・鉛直方向の水移動による流入・流出および陰イオン吸着を考慮し，下層土（深さ1 m～難透水層）のNO₃^-収支をとると，対象期間における脱窒量は4.6 kg ha^-1と推定された(表1)。ただし，下層土における正味の窒素有機化・無機化量 ≈ 0を仮定した。

［成果の活用面・留意点］

黒ボク土畑から溶脱した硝酸性窒素の浅層地下水を通じた水平流出量およびより深い帯水層への流出量の予測に用いることができる。
対象とした地下水位観測期間は降水量が比較的少なかった。多雨年では浅層地下水の水平流出量は推定例より増加すると予想される。

[その他]
 研究課題名 ： 畑地土壌における硝酸性窒素の地下水到達経路と到達率の解明
 　　　　　　　（硝酸性窒素等の土層内移動の解明）
 予算区分　 ： 環境研究［自然循環］
 研究期間　 ： 2002年度（2000～2002年度）
 研究担当者 ： 江口定夫
 発表論文等 ： 1) Hasegawa and Eguchi, Soil Sci. Plant Nutr., 48(2), 227-236（2002）
               2) Eguchi and Hasegawa, Abstracts of the 1th World Congress of Soil Science,
                 Thailand, Vol. 1, 14（2002）

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