| 研究課題/領域番号 |
20J00757
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| 配分区分 | 補助金 |
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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) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| キーワード | 土壌侵食 / 水食 / 土壌の物理化学的性質 / 受食性 / せん断強度 / コロイド / 粒子間相互作用 / 土壌改良 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，降雨や流水の働きで土壌が削り取られる土壌侵食（水食）の予測・抑制技術の高度化に向けて，土壌の凝集分散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する．また，これにより農地・環境保全技術の発展に資することを目指す．
採用初年度にあたる令和2年度には，土壌の凝集分散性と小流路における土壌侵食量（リル侵食量）の関係を調べた．具体的には，沖縄県石垣市の島尻マージに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ライド（PDADMAC）を混和することで，土粒子間の相互作用を変化させながらリル侵食実験を行った．さらに，リル侵食実験と比較可能な条件で，せん断強度と電気泳動移動度の測定および凝集沈降挙動の観察を行うことで，土粒子の凝集分散挙動を定量的に評価し，粒子間相互作用のメカニズムを検討した．一連の実験を通して，土壌侵食シミュレーションの一つであるWEPP (Water Erosion Prediction Project)で用いられる受食性パラメータと土壌の凝集分散性を関連付けた．主な成果は次の通りである．
電気泳動移動度と凝集沈降挙動からは，中性付近で負に帯電した島尻マージに正に帯電したPDADMACが吸着することで，電荷が打ち消される荷電中和によって凝集する様子と，過度なPDADMACの吸着による荷電反転によって再分散する様子が観察された．一方で，実験条件の範囲では，PDADMACの添加量が増加するにつれてせん断強度が増加したことから，荷電中和だけでなく架橋作用も働くものと考えられる．リル侵食実験では，せん断強度の増加にともなってリル受食係数が減少することが示された．これは土粒子間に引力が働くことで流水の掃流力による土粒子の剥離が減少したためだと考えられる．このことから，土粒子間の相互作用がリル受食係数を決める要因の一つであると結論付けた．
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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，土壌の凝集分散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．令和2年度は，流水の掃流力が主な原因となる小流路におけるリル侵食に着目して，土壌の受食性と土壌の凝集分散挙動を評価した．一連の研究を通して，土壌のせん断強度の増加にともなってWEPPにおけるリル受食係数が減少することを見出し，土粒子間の相互作用がリル侵食量を決める重要な要因の一つであるとの結論を得た．この成果は，研究実施計画と若干の差異はあるものの，おおよそ実施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．
研究実施計画においては，土壌の凝集分散性を評価するために，流動曲線を取得することを計画していた．しかしながら，流動曲線を取得するためには外部研究機関に長期的に滞在する必要があるため，移動が困難であった社会情勢を鑑みて延期とした．その代替案として，既往研究において土壌の受食性との関係を示す報告例があり，所属研究機関でも測定可能なせん断強度を取得するに至った．また，当初は採用から2年間かけてリル侵食実験（流水実験）とインターリル侵食実験（降雨実験）を並行して行うこと予定していたが，一方に絞って実験を進めた方が研究が速やかに進むと判断したこと，両者を並行して行うと必要土量が膨大になり土が不足する可能性があったことから，令和2年度はリル侵食実験に絞って実験を行った．令和2年度でリル侵食実験が概ね完了したことから，進捗に遅れは出ていない．ただし，新型コロナウイルスの影響によって実験などが制限された期間が発生したため，研究を前倒しして進めることは叶わなかった．
以上の進捗状況から，本研究は概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2年目にあたる令和3年度前半では，前年度である令和2年度に行ったリル侵食に関わる実験の追試および追加実験を行う．とくに，PDADMACを添加した島尻マージ懸濁液の上澄みの透過率を測定することで，凝集分散挙動を定量的に評価する．
令和2年度は主に，小流路におけるリル侵食に着目して研究を行った．実際の土壌侵食においては，流水の掃流力が主な原因となるリル侵食のみではなく，降雨などの影響によって面状におこるインターリル侵食も主要な侵食形態である．そこで，令和3年度後半には，インターリル侵食における土壌の受食性に対する土壌の凝集分散性の影響を検討する．具体的な研究の手法として，島尻マージにポリビニルアルコール（PVA）またはポリアクリルアミド（PAM）を添加することで土粒子間の相互作用を変化させながら降雨実験を行う．降雨実験では降雨強度や土壌槽の角度を変化させることで降雨の侵食性を制御しながら侵食量を測定し，土壌の受食性を評価する．これによりWEPPにおけるインターリル受食係数を求める．さらに，同様の土壌に対してせん断強度測定および三軸圧縮試験を行うことで，土壌のせん断強度および内部摩擦角を得る．その結果を降水実験の結果と比較検討することで，土壌の凝集分散性および雨滴の衝撃による土壌の圧縮の影響をインターリル受食係数と結び付ける．
令和3年度には前年度と同様に，新型コロナウイルスの影響で実験などの研究活動が制限される可能性がある．そこで，実験などの所属研究室や外部研究施設でしか行えない研究活動を可能な限り優先して行い，研究活動が制限される期間が発生した場合にもその期間を実験結果の解析などに充てることで，研究が滞りなく進められるように努める．
以上の研究により得られた成果は順次速やかに取りまとめ，国内外の学会での講演や学術雑誌への投稿を通して適宜発表する．
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