土壌凍結深制御の拡張に関する基礎的研究

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K14831
• 研究機関: 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構
• 研究代表者: 廣田 知良 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 北海道農業研究センター 生産環境研究領域, グループ長 (20343949)
• 研究分担者: 柳井 洋介 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 本部 経営戦略室, 主任研究員 (00596455) [辞退] ; 中村 卓司 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 北海道農業研究センター 水田作研究領域, グループ長 (60399425) ; 下田 星児 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 北海道農業研究センター 大規模畑作研究領域, 上級研究員 (80425587) ; 岩田 幸良 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農村工学研究部門農地基盤工学研究領域, 上級研究員 (70370591)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 土壌凍結 / 環境制御 / 積雪 / 農業技術

研究実績の概要

土壌凍結深制御手法での凍結手段の拡張として雪割り（除雪）に加えて、雪を踏みつぶして熱伝導効果を高め、凍結を促進させる圧雪手法を検討した。北海道芽室町の実験圃場では、2013-2014年は、平均気温が－15度を下回る日が２日しかない温暖な冬であったが、3回の圧雪実施により最大凍結深33cm、5回で50cmに達した。2014年-2015年は平均気温が－15度を下回る日が９日あり、圧雪実施回数1回で凍結深37cm、3回で56cmに達した。2014年-2015年は12月中に積雪深が50cmを超えたが、このような初冬に積雪が多い年でも、圧雪により積雪の熱伝導を変化させることで土壌凍結深を制御可能であることを実証できた。圧雪における積雪過程を再現する積雪深推定モデルを新たに開発した。これは自然状態の積雪深、積雪水量と降雪水量を用いて、圧雪した場合、積雪深は異なるが積雪水量は自然状態と同量であるという条件が成立することで、水収支的も圧雪時の積雪深推定する手法である。観測との比較検証結果も良好であった。また、北海道農業研究センターにおける火山灰土壌の畑で自ら蓄積したデータを統合的に精査することで、農業生産性を高めつつ環境負荷が小さく抑える土壌凍結深制御の目標値を探った。その結果、年最大凍結深が28cmより深ければ野良イモの発生はほぼ抑制できることが確認され、また、土壌凍結深が深くなることにより融雪水が浸透しにくくなる効果が強くなることと硝酸態窒素が融雪水に流されず土に残りやすくなることとがバランスする年最大凍結深が33cmであることが見いだした。一酸化二窒素の排出リスクは年最大凍結深が深いほどそのリスクは高まる傾向があったことも勘案し、農業生産性の向上と環境負荷の低減を両立する土壌凍結深制御の目標値として新たに、年最大凍結深約30cm（28～33cm）を提案した。

研究成果

• [雑誌論文] Optimum soil frost depth to alleviate climate change effects in cold region agriculture. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yanai, Y. Iwata, Y. Hirota,T
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: - ページ: -
  • DOI: doi:10.1038/srep44860
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Winter nocturnal air temperature distribution for a mesoscale plain of a snow-covered region -field meteorological observations and numerical simulations- (2017)
  • 著者名/発表者名: Yazaki, T. Fukushima, H. Hirota, T. Iwata, Y. Wajima,A. Yokota, A.
  • 雑誌名: Journal of Applied Meteorology and Climatology 巻: 56 ページ: 519,533
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1175/JAMC-D-16-0133.1
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Recent potato yield alternation induced by negative correlation of spring and summer temperatures and shallow soil frost in eastern Hokkaido (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimoda, S. Kannno,H. Hirota, T.
  • 学会等名: ISAM2017
  • 発表場所: 青森県十和田市北里大学
  • 年月日: 2017-03-30
  • 国際学会
• [学会発表] 圧雪（雪踏み）処理による土壌凍結深推定モデルの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 廣田知良・小南靖弘・下田星児
  • 学会等名: 2016年度日本農業気象学会北海道支部大会
  • 発表場所: 北海道大学農学部（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-12-09
• [学会発表] Method of controlling soil freezing and Developing the Applications of Cold Damages of Potatoes (2016)
  • 著者名/発表者名: 廣田 知良
  • 学会等名: The Prevention and Utilization of the Low Temperature on Agricultural Crops
  • 発表場所: 台湾、台南市 台南農業試験場
  • 年月日: 2016-10-28
  • 国際学会 / 招待講演