森林斜面の不飽和土層内における水分・エネルギー・溶質移動過程の同時計測とモデル化

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14760101
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 小杉 賢一朗 京都大学, 農学研究科, 助手 (30263130)
• Keywords: 不飽和浸透水 / 採水手法 / ライシメータ / 硝酸態窒素 / 溶質移動 / 数値シミュレーション

Research Abstract

土壌水を採取するための吸引圧制御型ライシメータを桐生森林水文試験地内のマツ沢流域に設置した。土壌水の採取深度は,50cmおよび100cmとした.おそよ2週間に1度の頻度で現地を訪れ,自動採水された土壌水サンプルの回収を行った。
2002年5月から2003年12月の浸透水量は深度50cm,100cmで降水量の各々60%,51%であった.桐生試験地の年平均降水量,流出量は1630.0mm,872.9mm(流出率53.6%)であるが2002年は渇水年であり,各々1179.3mm,405.3mm(流出率34.4%)であったことと比較して,ほぼ妥当な量の採水が行われたと考えられた。
採取された水のSiO2濃度は,地温の季節変動と高い相関を示していた。2002年5月から2003年10月までの平均濃度,積算移動量は深度50cmが12.6mg/l,555.7mg,深度100cmが16.9mg/l,711.3mgであった.自然濃縮だけでなく50cm以深からも供給されている結果は,不飽和水帯においては深く浸透するほど多く溶け出すという既存の知見に一致した。
深さ50cmで採水された浸透水の硝酸態窒素濃度が,2002年10月以降急激に上昇して12月始めにピークとなり,その後減少することがわかった。カルシウム,マグネシウム等のカチオンの濃度は硝酸態窒素濃度と非常に高い相関を持ち,硝酸濃度の増加に追随して,土壌溶液の電気的中性を維持するように土壌コロイドから引き出されたものと推察された。深さ100cmで採水された浸透水の硝酸態窒素やカチオンの濃度は,深さ50cmの浸透水と比べてほぼ一ヶ月後にピークを持つ変化を示し,溶質が下層土壌に徐々に移動していく様子が明らかとなった。ただし2003年の観測では,両深度とも硝酸態窒素濃度の増加が観測されず,採水機設置時の土壌や植生の撹乱が初年度の硝酸態窒素濃度の上昇に関係している可能性が指摘された。

Research Products

• [Publications] Kosugi, Uchida, Mizuyama: "Numerical calculation of soil pipe flow and its effect on water dynamics in a slope"Hydrol.Process.. 18. 777-789 (2004)
• [Publications] Kosugi, Katsuyama: "Controlled-Suction Period Lysimeter for Measuring Vertical Water Flux and Convective Chemical Fluxes"Soil Sci.Soc.Am.J.. 68. 371-382 (2004)