農業環境技術研究所刊行物研究成果情報平成19年度 (第24集)

主要研究成果 19

台地に隣接した水田下の浅層地下水中における脱窒の定量化

[要約]
茶栽培の盛んな洪積台地に隣接した水田下の浅層地下水中では、脱窒活性が局所的に高い場所が存在し、その脱窒速度は32.6mgNm-2d-1と大きいことが明らかになりました。これより、水田下の浅層地下水中における脱窒が農業集水域からの硝酸性窒素除去に大きく寄与していることが初めて定量的に示されました。
[背景と目的]
農業集水域からの硝酸性窒素除去に対して、水田土壌の表層または田面水中における脱窒が役立つことは、多くの研究により明らかにされています。一方、水田下の浅層地下水中における脱窒については、定性的な知見は得られているものの、脱窒反応が水質浄化にどれだけ寄与しているかを判断するための定量的な知見は得られていません。本研究では、愛知県内の茶栽培の盛んな洪積台地に隣接した水田群を対象として、浅層地下水中における脱窒反応を定量的に評価しました。
[成果の内容]
 茶栽培の盛んな洪積台地と沖積水田群の境界に位置する地点P4(図1)の深さ2.5〜2.8m付近の砂質の洪積帯水層中では、茶園の施肥に由来する硝酸イオン(NO3-)を高濃度で含む被圧地下水(静水圧より圧力が高い)が流れています(図23a)。この被圧地下水は鉛直上向きへも流れ、沖積帯水層中へ流入します(図2)。地下水の水素及び酸素の安定同位体比(δD-H2O及びδ18O-H2O)の鉛直分布(図2bと2c)から、深さ2mの地下水は、深さ2.5mの被圧地下水と深さ1.5mの不圧地下水(圧力が静水圧にほぼ等しい)が約2:1で混合したものとみなすことができます。
 深さ2m付近におけるNO3-除去(図3a)速度は、NO3-濃度分布と地下水流速から、物質収支に基づき32.6mgNm-2d-1(119kgNha-1yr-1)と推定しました。一般に、脱窒過程では動的同位体分別効果によりNO3-の窒素安定同位体比(δ15N-NO3-)の値が上昇しますが、この深さでも同様の結果が得られました(図3b)。また、この深さの重炭酸イオン濃度上昇(図3c)は、従属栄養型脱窒反応の二酸化炭素生成に由来する(図3の式)と考えることにより、見かけ上、ほぼ定量的に説明することが出来ました。
 以上の結果より、茶栽培の盛んな洪積台地に隣接した沖積水田下の浅層地下水を対象として、水田下の浅層地下水中における脱窒が農業集水域からの硝酸性窒素除去に大きく寄与していることが初めて定量的に示されました。
本研究の一部は、科学技術振興機構の戦略的国際科学技術協力推進事業による成果です。
リサーチプロジェクト名:栄養塩類リスク評価リサーチプロジェクト
研究担当者:物質循環研究領域 江口定夫、中島泰弘、藪崎志穂(筑波大、現:立正大)、糟谷真宏・柴山浩子・恒川歩・今井克彦(愛知県農総試)
発表論文等:1) 恒川ら、日本土壌肥料学雑誌、77(2): 207-211 (2006)
      2) 江口、日本土壌肥料学雑誌、79(2): 213-227 (2008)

図表

図表

図表

目次へ戻る このページのPDF版へ