2021 Fiscal Year Annual Research Report
Reactive transport modeling with carbon and nitrogen cycling for micro-aggregate up to root-zone scales in paddy and upland fields
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20H03098
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
取出 伸夫 三重大学, 生物資源学研究科, 教授 (70212074)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡辺 晋生 三重大学, 生物資源学研究科, 教授 (10335151)
坂井 勝 三重大学, 生物資源学研究科, 講師 (70608934)
橋本 洋平 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (80436899)
徳本 家康 佐賀大学, 農学部, 助教 (80445858)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 土壌圏 / 窒素循環 / 炭素循環 / 水循環 / 重量ライシメータ / シミュレーション / 不飽和水分移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
佐賀大では高さ90 cm×2台のライシメータ，三重大では高さ30 cm×1台，高さ50 cm×2台のライシメータに対して実験室内で攪乱土を充填し，下端の圧力調整と給排水を制御するプログラムを作成し，圧力の変動に対する給排水の最適なタイミングを決めるための実証実験を行った．そして，ライシメータの長さ，土性に応じた調整方法を検討した．それにより，現場圃場に埋設した重量ライシメータの長期間にわたる安定した可鍛圧力の調整が可能となったと考える．
また，水分移動をともなう土中の有機態窒素の無機化と微生物活性を調べるカラム実験，水田圃場における実証試験では，米ぬか施肥から収穫までの水田土中における窒素の無機化量の推定を行った．
窒素・炭素循環モデルは，PHREEQCとHP1 プログラムのバージョンアップに伴うプログラムの変更が多岐にわたり，今年度は既存のプログラムの修正と改良の対応に追われた．バージョンアップによりプログラムの利用のしやすさは改善され，プログラムの公開に向けてはおおきな改善であったと考える．新バージョンに対応したマニュアルを作成中である．また，蒸発散にともなう根圏土中の水分・熱移動の予測のために，群落熱収支モデルを検討した．その際，地表面付近の水分移動予測に必要なクラスト層の水分移動特性を蒸発法により推定した，さらに，湿潤領域から乾燥領域にまでを適切に水分保持曲線と不飽和透水係数を表現できる水分移動特性関数が必要である．そのため，団粒構造を持つ土に対しても自由度が高く，毛管流れと吸着水流れを表現できる特性関数を提案した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
佐賀大では高さ90 cm×2台のライシメータ，三重大では高さ30 cm×1台，高さ50 cm×2台のライシメータに対して実験室内で攪乱土を充填し，下端の圧力調整と給排水を制御するプログラムを作成し，圧力の変動に対する給排水の最適なタイミングを決めるための実証実験を行った．そして，ライシメータの長さ，土性に応じた調整方法を検討した．それにより，現場圃場に埋設した重量ライシメータの長期間にわたる安定した可鍛圧力の調整が可能となったと考える．
PHREEQCとHP1 プログラムのバージョンアップに伴うプログラムの変更が多岐にわたり，今年度はその対応に追われた．ただし，バージョンアップによりプログラムの利用のしやすさは改善され，プログラムの公開に向けてはおおきな改善であったと考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
コロナ下で野外実験が遅れたが，佐賀大，三重大において重量ライシメータを現場圃場に埋設し，周囲の圃場と水分状態を比較することにより，下端の圧力調整の信頼性を検討する．その上で，ダイズなどの植生を与えた場合の蒸発散，水分・溶質のモニタリング実験を行う．水分移動に対しては，蒸発散速度，根の吸水強度分布に加えて，下層への水分フラックスの推定を行う．窒素・炭素循環モデルに関しては，新しいバージョンのPHREEQCとHP1 プログラムに対して，酸化還元反応を組み込み，水田における有機物分解過程における酸化還元電位，酸素濃度，鉄やマンガンの形態変化のモデル化を試みる．
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