水田高度利用技術による人為的地下水位変動が流域の栄養塩類流出に及ぼす影響の解明

通过先进稻田利用技术阐明人为地下水位波动对流域养分径流的影响

基本信息

批准号：
13J07499
负责人：
清水裕太
金额：
$ 2.53万
依托单位：
National Agriculture and Food Research Organization
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は水田高度利用技術導入が流域の水・物質循環へ与える影響を解明するため、地下水位制御システム（FOEAS）が設置されたライシメーターを用いてダイズ及び冬コムギを作付けし、環境中への水・物質流出量を測定し、水文流出モデルによって評価を行った。ダイズ作付期間中は地下水位を①-60cm区、②-30㎝区（FOEAS標準）、③水位変動区の2反復3パターンに区分し、冬コムギ作付期間中は全て-60cmとした。観測の結果、地下水位を高く設定した②の条件において排水中の硝酸濃度は低くなった。地下水中の酸化還元電位、重炭酸イオン濃度、硝酸の窒素・酸素安定同位体比分析の分析結果が脱窒反応を支持したことから、溶脱した施肥窒素が地下水面近傍で脱窒したことが硝酸濃度低下の要因と考えられた。窒素濃度に排水量を乗じた窒素流出量は、ダイズ作付期間中は③＞①＞②の順番で多い結果となった。③は最も多い結果となり、地下水位の変動に伴って土壌中での有機物分解が促進された可能性を示した。冬コムギ作付け時では、給水量および降水量が少ないため窒素流出量はダイズ作付け時よりも少なかった。以上の結果から、水田を畑地として利用した時に一般的な暗渠が設置された水田に近い地下水位に比べて、FOEASによって地下水位を高く保つことで、窒素流出量を抑制できることが確認された。そして、FOEASの地下水位制御機能を模したサブモデルを導入したSWATモデルを用いて流域スケールでの影響評価を行った結果、流域内の水田（単作）全てにFOEAS（標準地下水位設定-30cmを適用）を導入した場合、流域からの栄養塩流出量は輪作の導入に伴って6～9%の増加傾向を示した一方で、農作物収穫量は大きく増加した。

在本研究中，为了阐明先进稻田利用技术的引入对流域水和物质循环的影响，我们使用配备地下水位控制系统（FOEAS）的蒸渗仪种植大豆和冬小麦，并使用水文径流模型测量和评估将其释放到环境中的水量和物质径流。大豆种植期地下水位分为①-60cm区域、②-30cm区域（FOEAS标准）、③水位波动区域三种重复模式，冬小麦种植期均设置为-60厘米。观察的结果是，在地下水位设定较高的条件②下，废水中的硝酸浓度较低。地下水中硝酸的氧化还原电位、碳酸氢根离子浓度和氮/氧稳定同位素比分析结果支持反硝化反应，这被认为是浓度降低的原因。大豆种植期间氮径流量（氮素浓度乘以排水量计算）较高，顺序为③>①>②。 ③是最常见的结果，表明地下水位波动可能导致土壤中有机物分解加速。种植冬小麦时，由于供水和降水较少，氮径流量比种植大豆时要少。从以上结果可以确认，当稻田用作农田时，与安装了普通涵洞的稻田附近的地下水位相比，FOEAS 使地下水位保持在较高水平，可以抑制氮径流。通过使用 SWAT 模型（该模型包含模拟 FOEAS 地下水位控制功能的子模型）进行流域规模的影响评估，我们发现流域内所有水田（单季）均受到 FOEAS（标准实行轮作后，流域养分径流量呈增加趋势，增加了6%~9%，同时作物产量也显着增加。

项目成果

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专利数量（0）

水理生態系モデルを用いた河道上小規模貯水池での栄養塩トラップ量推定と栄養塩貯留―放出を制御する水深・流速の評価

使用水文生态系统模型估算河道小型水库的营养物捕集量和营养物储存量 - 评估水深和流速以控制释放

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hosono;T.;Lorphensriand;O.;Onodera;S.;Okawa;H.;Nakano;T.;Yamanaka;T.;Tsujimura;M.;Taniguchi;M.;嶋田隆広;清水裕太・小野寺真一・齋藤光代
通讯作者：
清水裕太・小野寺真一・齋藤光代

Effect of climate change on flood events as a major driver of nutrient transport in western Japan

气候变化对洪水事件的影响是日本西部养分输送的主要驱动因素

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
IAHS Publication
影响因子：
0
作者：
Shimizu;Y. and Oonodera;S.
通讯作者：
S.

Effects of dam construction on sediment phosphorus variation in a semi-enclosed bay of the Seto Inland Sea, Japan

DOI：
10.1016/j.ecss.2013.10.009
发表时间：
2013-12
期刊：
Estuarine Coastal and Shelf Science
影响因子：
2.8
作者：
G. Jin;S. Onodera;Atsuko Amano;M. Saito;Y. Shimizu;Takaharu Satou
通讯作者：
G. Jin;S. Onodera;Atsuko Amano;M. Saito;Y. Shimizu;Takaharu Satou

地下水位制御システム設置枠圃場におけるダイズとコムギ作期間中の水収支

安装地下水位控制系统的田间大豆和小麦种植期水平衡

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
齊藤由倫;田子博;笠原賢明・清水裕太・松森堅治・望月秀俊・竹田博之・石川直幸・奥野林太郎
通讯作者：
笠原賢明・清水裕太・松森堅治・望月秀俊・竹田博之・石川直幸・奥野林太郎

地下水位制御システム設置枠圃場におけるダイズ・コムギ作付け時の窒素流出特性

地下水位控制系统田间大豆、小麦种植过程中氮素径流特征

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takahashi;H.;Ban;M.;Osawa;H.;Nakanishi;J.;Sumioka;H.;& Ishiguro;H.;清水裕太・笠原賢明・松森堅治・望月秀俊・松森堅治・竹田博之・石川直幸・奥野林太郎
通讯作者：
清水裕太・笠原賢明・松森堅治・望月秀俊・松森堅治・竹田博之・石川直幸・奥野林太郎