| 研究課題/領域番号 |
22KJ0442
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| 補助金の研究課題番号 |
20J00757 (2020-2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2020-2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分41030:地域環境工学および農村計画学関連
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| 研究機関 | 宇都宮大学 |
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研究代表者 |
山口 敦史 宇都宮大学, 地域創生科学研究科, 特別研究員(PD)
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| 研究期間 (年度) |
2023-06-29 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 454千円 (直接経費: 349千円、間接経費: 104千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 土壌侵食 / 受食性 / せん断強度 / 粒子間相互作用 / リル侵食 / インターリル侵食 / 土壌改良 / コロイド / 水食 / 土壌の物理化学的性質 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
降雨や流水などの働きにより土壌が流される土壌侵食が起こると，農地から栄養分を多く含む土壌が失われるだけでなく，下流では河川や海が汚染される．そのため，土壌侵食の予測・防止技術の発展は農地や環境の保全につながる．土壌侵食の起こりやすさは，土の中に存在する微小な粒子（粘土や有機物など）が互いに集まって凝集しているのか，ばらばらに分散しているのかに大きく影響される．本研究では，土壌の凝集分散性を制御しながら侵食実験を行うことで，土壌の侵食されやすさと凝集分散性の関係を整理する．これにより，土壌侵食シミュレーションの精度および簡便さを向上させ，農地や環境保全技術の発展に寄与することを目指す．
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| 研究実績の概要 |
土壌侵食（水食）は，肥沃な表層土壌を削り取ることで地力の低下や下流域の水質汚染などの原因となるため，対策が必要である．このとき，侵食シミュレーションモデルを用いて適切な対策を提案し，実施することが有効である．しかしながら，侵食シミュレーションモデルで用いられる土壌の侵食されやすさ（受食性）を表すパラメータは，土壌の構成要素から経験的な式を用いて決められることが多く，土壌の物理化学性を十分に表現できていない．そこで，高分子を添加することで土壌の物理化学性を制御しつつ受食性パラメータと結びつけることで，土壌の物理化学性と受食性の関係を評価し，侵食シミュレーションの予測精度の向上および簡便化に取り組んだ．採用2年目にあたる令和3年度の主な成果は以下の通りである．
年度前半は，前年度に引き続き，流水による土壌の受食性と土粒子間の相互作用の関係を調べた．島尻マージにカチオン性高分子電解質であるポリジアリルジメチルアンモニウムクロリドを混和することで，土粒子間の引力を増加させながら受食性を評価した．これにより，高分子電解質の混和によるせん断強度の増加にともないリル受食係数が直線的に減少することを見出し，土壌侵食抑制対策の効果をせん断強度を用いて評価する方法を提案した．
年度後半は，高分子を添加することで土粒子間の相互作用を制御しつつ降雨実験を行う方法を確立し，降雨による土壌の受食性と土粒子間の相互作用の関係を調べた．ここでは，ノニオン性高分子であるポリビニルアルコールの混和によって島尻マージのせん断強度が増加したものの，インターリル受食係数に顕著な変化は見られなかった．ただし，土壌の透水性が向上したことから，侵食量の抑制効果は期待できる．
上記の研究の遂行に加えて，令和3年度以前の研究成果の取りまとめを行い，学会発表や国内部会誌への資料投稿，国際学術雑誌への論文投稿を行った．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究は，土壌侵食の予測および抑制技術の高度化に向けて，土壌の物理化学性と侵食されやすさ（受食性）の関係を明らかにすることを目的としている．採用2年目にあたる令和3年度前半は，前年度に引き続き，流水の掃流力が主な原因となるリル侵食に着目して，土壌の受食性と土粒子間の相互作用の関係を評価した．一連の研究を通して，土粒子間の引力の増加を起源とする土壌のせん断強度の増加にともなってリル受食係数が直線的に減少することを見出した．さらに，せん断強度を指標とした簡便な方法を用いて，土壌改良による侵食抑制効果を定量的に評価する方法を提案した．年度後半には，リル侵食の研究を取りまとめ国際学術雑誌に論文を投稿した．さらに，降雨が主な原因となり地表面で起こるインターリル侵食に関する実験方法を新たに確立し，実験を進めた．以上の成果は，研究実施計画と若干の差異はあるものの，おおよそ計画に沿って行われた研究によって得られた．具体的な研究実施計画との差異および進捗への影響は次の通りである．
研究計画では，令和3年度で室内実験を概ね完了し，令和4年度は主に侵食シミュレーションを行う予定であった．現状では，インターリル試験（降雨実験）の完了には至らなかったが，これはリル侵食の研究を先に取りまとめ論文を投稿することを優先したためであり，研究に大幅な遅れは生じていない．また，今後の実験計画は明確であり，侵食シミュレーションの実施に向けた技術の習得，およびシミュレーションに用いる圃場試験データの選定も順調に進んでいる．したがって，令和4年度に予定していた研究計画の遂行に支障はないと判断した．
以上の研究の進捗状況を鑑みて，当初予定していた研究計画とは順序や実験内容に変更はあるものの，研究はおおむね順調に進展していると判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
採用3年目であり最終年度にあたる令和4年度は，年度前半に精力的に実験を行い，土粒子間の相互作用と降雨による土壌の受食性の関係を明らかにする．年度後半にはこれまでの実験で得られた土壌の受食性と物理化学性の関係に基づいて土壌侵食シミュレーションを行うことで，シミュレーションモデルの簡便化かつ高精度化を図る．さらに，年度を通して，それまでに得られた研究成果を速やかに取りまとめ，学会講演や学術誌への論文投稿を通して随時発表する．具体的な研究計画は以下の通りである．
年度前半には，降雨実験およびスレーキング試験を行うことで，土粒子の凝集体（団粒構造）の破壊されやすさと降雨による土壌の受食性の関係を明らかにする．高分子を添加することで土壌の物理化学性を制御しつつ，水の浸入および機械的な力による団粒構造の破壊されやすさを評価可能なスレーキング試験，およびせん断強度の測定を行う．さらに，それらの結果と降雨実験の結果とを比較検討することで，土性の変化を非常に小さく抑えた条件で，凝集体のスレーキングへの耐性および土粒子間の相互作用と土壌の受食性の関係を評価する．
年度後半には，沖縄県石垣市を対象地として，GeoWEPP (Geo-spatial interface for the Water Erosion Prediction Project)を用いた侵食シミュレーションを行う．ここでは，土粒子間の相互作用と土壌の受食性の関係に基づいて，侵食シミュレーションの簡便化および高精度化を図る．さらに，それまでに行った実験の成果を応用することで，高分子の添加量に応じた侵食量の抑制効果を詳細に検討し，土壌侵食の抑制効果および経済的な側面から，高分子を用いた土壌改良の最適な条件を提案する．
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