　Kobe University Repository : Kernel Title 湿田土壌の物理的性質の研究 2 : 排水における土壌水分系のエネルギー特性について Author(s) 後藤, 定年 / 小林, 潤 Citation 兵庫農科大學研究報告. 農学編, 5(1): 25-30 Issue date 1961 Resource Type Departmental Bulletin Paper / 紀要論文 Resource Version publisher URL http://www.lib.kobe-u.ac.jp/handle_kernel/81006611 Create Date: 2015-02-01 湿田土壌の物理的性質の研究 2 . 排水における土壌水分系のエネ Jレギー特性について後藤定年・小林潤 Studiesonthe P r o p e r t i e so fSwawpy R i c e f i e l dS o i l s 2 . Energyc h a r a c t e r i s t i c so ft h es o i lw a t e rsystemu n d e rd r a i n i n gc o n d i t i o n s S a d a t o s h iGOTO， J u nKOBAYASHI てp F -水分曲線および 1 . まえがき p F -水分分布曲線を検討した. ただこの場合，脱水系の研究対象をー般に行われる排水筆者らは前報により湿田の形態およびその改良に関すにおいたため最も問題となる過箆和水，重力水の保水領る施策について論じてきたが，さらにわれわれが湿田を域と重力水・毛管水の共存部分までとし，もっぱらその排水して畑として利用する場合，あるいは，水田におい範囲の脱水エネルギーと保水機構について研究したて裏作栽培を実施する場合には，排水時における土境水 ( 2 ) 供試土壊分に関する充分な基礎的知識を得ていなければならない. いわゆる湿田土壌が脱水系においていかなる諸特性を地下水位の降下量，地表部の水分状態および有効水分の示すかを哀作可能回と比較検討するため，第 1報に掲げ変化にともなう排水に必要なエネルギーも異るから，排た湿田すなわち，兵庫県多紀郡丹南町初回(記号 H)，水計画に当り，科学的根拠を与えるためには土と水の普同郡篠山町西岡屋(記号 N) の水田とさらに乾田として遍的関係を見出すことが必要でその土の水に対する特性哀作可能回の同郡篠山町吹上(記号 K)，同郡丹南町杉すなわち，土粒子と水の結合力をしらべる必要がある. (記号 S)，また非カンガイ期においてその中間的外観このような動的な概念は排水計画において土議水の構造を呈する同郡丹南町黒田(記号 B)，同郡丹南町岩崎をより正確に表現し得るし，また作物生育に対する有効 (記号 G) の各 2箇所を採用し，層!立は 10cm毎に 6 0 性を明らかにすることができ，ひいては実際的な水分管 cmまで 6部分について採土し，各記号に対し小文字を理に対しても重要な意義を有する，この問題を解明する以てその場所における採土部分を表現した，またタン水目的をもって土壌水分系を排水という実際目的に側した中の採土を容易ならしめ円形遮水板を地中にそう入し，水分範囲すなわち，過飽和水，霊力水およひ.毛管水の一 ~水板内の排水を行って後，ハンドオーガを用い，採土部を対象として，これらの水分量と pFの関係を知り，したものは直ちにポリエチレン袋に納めた. 湿国土塩基の土中における水の存在様式，変化の客観的動 ( 3 ) 実験方法向および形態を主として排水に要するエネルギーの面より明らかにしようとしてこの実験を行ったものである. pF0は全容積 lOOcm'の試料の全間ゲキはすべてあ S L z pFの概導入され，土壊水分系の pFと水分の関係曲線 VF-watercuwe)によって表わす方法が行われている.また pFの変化に対する水分の微少変化量を考え， ρF -水分分布曲線 ( p F w a t e rd i s t r i b u t i o nc u r v e ) を求め，土嬢水分系の特長土壌の水分系に pF値 ρF測定には次の方法を採用した. I I . 実験 ( 1 )方針 F-水分曲線を求めるため，それぞれの先ず ρ とそれに対する水分量を求めたが，そので飽和した状態とし，pF0-2.5までは ksmARAO の吸引法を採用し， p F 2 . o .-3 .5は遠心法によった. 特長をこの場合の計算法はあらかじめ種々の pFの値からおよその回転数を次式で決定しておいて n= ;~ を追求する方法もすでに明らかにされている.ここにおをもとにして ~手石PF pFの値を次式から求めた. 壬(~:O~y いても土擦の脱水系において土壌水分にどのような変化 p F = l o g l を生ずるか，またその変動の様相を明らかにし，それがただしいかなる意味をもつものであるかを知る主要な手段とし 2 5 " r :回転中心から試料の重心までの距離兵庫農科大学研究報告第 5巻第 1号 w: ' 重力の加速度 n :r .p .r n . 次に p F-水分分布曲線を求めるため pF-水分曲線に微分操作を加え，これらを矩形図表に表わしたのち，幽線下の面積が等しいように矩は形次図式表を平滑にした. また非毛管間ゲキ量 ( po ) によった議芸 ; 吉元三 " 八 . ..1 ( • S ) s po= p一命(1-ρ ただし，ここに sは土の比重，却は温度 2 5・ C，相対 4 . 3%の条件下で 1 0% H2S O.に平衡する水分量湿度 9 すなわち，吸湿度の 2倍に相当するものであり，pは全 ' I d lゲキ量である. E . ' " 実験結果および考察第 1図は供試土獲の機械的組成を三角座標法で示したものであるが，乾湿の程度の外観的相異により，第 l図い)には K および S，第 l図伺には Bおよび G，第 l図刊には N および H と 2箇所毎に区別し，各層位についてプロットした .第 1図的では K の表土は粘土質刻、土で心土は砂土となっており， sではロオムおよび粘土質ロオムにわたっている.第 1 図(ロ)では G はロオムと E 品質ロオムの境界都分にまとまり， Bはロオムと粘土質ロオムになっている.第 l図刊の Nおよび Hはさらに粘土側に傾き層位による組成の変化は少し N， Hともに粘土合有量が 60-70%で.極めて微細な均一粒子の集合体である次に pF0-3.5の水分曲線を求めるため吸引法と遠心法を併用したが，この場合 ρFの範囲は先に述べた理由からこの範聞の領域にとどめ ρF 3 . 5以上のものの追跡は行わなかった. 第2 図では pF-水分曲線を示したが，この pF -水分第 1図わ)三角座標法による分頬曲線ではその形状について概ね 3型式に分類でき，それぞれがその特長を示している.すなわち， S， Kは縦型 . ・ 1 ・で ρF Oにおける水分量は比較的少し各層位についてもその差は小さい .かつ水分の減少傾向が緩慢であり，特に心土では ρF-水分曲線の徽係数が最小を示す変曲点、は比較的小さい水分量で現われている. これに反して N， Hの普遍的特性として pFOの水分量が一般に高く，その曲線の形状は張力の低い部分において水分量の大きい台形であり， ρF1 .5 -2.. 0にいたり急激減少を示し，その減少量は土擁深さとほぼ逆比例している .変曲点は毛管水の上限において認められ，かっその水分量は S， Kに比べ大きく，土壊水分の存在形態はこの変曲点を境として著しい変化を生じているものと思われる .また B， Gは 2者の中間的形状を示し Baのみ張力の低い部分において減少傾向が若干湿田土壊に類似してい第 1図判三角座標法による分類る. 2 6 B 聖 Xl I . 1961 編学 pF2.7以下の水はいわゆる過飽水，重力水の領域で J . ' あるから，この重力に抵抗して長時間土境に止まること，. -" F Aur -' g s は土壌空気を減少せしめ，かつその移動が困難となる場ル " i ¥ ¥ S ー ' ' 1 : . 。事証言以込つ・ ' “ 2 " .， . ' ，，，-u・ー 7 面e >1 代アN一一一寸二 f卜一一ー "巧司、三ミ ??¥ . . ¥¥ ベ毛 2. ' 引い一一言「守、れで ~ f e ， . \ 守~ H 寸二 i 卜一一時 Eじ第 2図 ( ロ ) ・ 10$ ¥¥¥ 、¥ 、 1¥ 入¥ ; 1 : ¥ 十 1 ; 1M "; ;丸、 ¥¥ . : .$ 線 . .。。 . . . . . . . l よ品L一一一』 a a A e ' K " ・ ' " " ， ) ・・・ " ‘.，' ， " .ー t l う F 水第 2図ト) I M 3 tt ・， ¥ ¥¥¥¥ 10 (%) pF 7 . K分曲 ‘ ¥ ¥ ¥ 〉、 " 川，苦 N---- 分 . . oot ・， 7 面。.- t . L . . . . : . ー」ミごと¥ 2 pF 、、いヘお二 fI T¥¥ ミ " 0 . 5 書面曲線第 2図嗣シ.マル Tン・ • •• 。，官合ホ. pF' . 5 . . . " ‘' ‘ " 色 r一一一 . . ' 8苦立。 • MU ' U うが 3. 0 • ¥t pF 7. K 分曲線 pF o 曲線 H 3 . S 。 """ I f " ‘ . i 1 . 三主持畠f 4 7ン一第 2図的 . . E面 7. . ， e ' ' . - 士第 2図比分シ . . " 'レ令、 . . 1 。，~' M . . " 一一一一斗デ " • 苦合) や ρF " u E X入・ 2 . . . " ・￡、・ . . a ふとう出事計も u らすものである.このような水分が多量に存在するとき合は作物の生育に好ましくない状態を呈するものである. . " ; と・ a のできない水分は実際の排水に際して重要な影響をもた事曲品 N， Hはこの過飽和水と重力水が多く，しかもそれに要 . " 幸する脱水エネルギ一価は変曲点まで比較的大きいことを特徴としている.また土壌が飽和するときの水分にはか PF AS なりの差異があるが，これは保水力によるものであって， . . . . 粘土含有量，，， . ・・ ‘，，，' 粘土鉱物の種類，有機物の量，閲ゲキ量によって左右されるが，この湿田土壌の場合は飽和状態 ( p F0 ) より圏場容水量 (pF2.0) までの水分量と粘万る土含有量とほぼ比例的関係をもつことがうかがわれ，非第 2団ヤ可 pF 7 . K分曲線毛管間ゲキ量の多いことも一応うなずけるのであって， 2 7 第 5巻第 1号兵庫農科大学研究報告それらの相互関係によって保水性を高め，また容気量を低下せしめている. 以上の諸点の外， H ρF 水分当量 ( 勤し得る水と毛管力と重力の両作用を受ける水との変移変帯としての意義をあわせ荷っているのであって. p F2.7 化以下の余剰水も排水に関して重要な影響を及ぼすことは量 z ，分 a a ' e a -- 水 .• S (M N) N . H の各層伎における水分量が大きいことも見逃がせない . pF2 . 7は毛管力のみによって移 2 .7 ) としての言をまたないが. pF2.7において N. H が高い水分量を示すことは，前述の過飽和水，重力水の場合と同様，同じ脱水条件のもとにおいても N . Hは S .K .B . Gに比べ脱水エネルギーの大きいことを示し，毛管水を第 3図的 pF pFと水分変化量との関係、多量に残存せしめていることを物語るものである. 水分変化量以上考察してきた pF 水分曲線から総括的に湿国土壌のもつ特性として述べられることは変曲点以下の水分量すなわち，過飽和水，重力水を含めた非毛管問ゲキ水 (MP) も多い反面，変移帯以上の ρFすなわち，毛管水として t くの水分量も一般に多いことであって，すでに前第 1報で述べてきた湿国土壊はその湿潤密度が極めて小さいこと pF とよく一致する. 第 3図伊) pFと水分変化量の関係 F-水第 3図は ρF 水分曲線に擬微分措置を施した p 分分布曲線を示したが，これは土簸水分系の水分の分布の水分変化量の極大値が 10%前後であるのに対して， N. H ではその極大値は 30%前後と這かに大であり，この極小値は土壌水分の変化における変曲点を示すものであって，・ 3 ~. . . . エ : l ( %) pF 水分曲線の変曲点たる ρF 】水分分布曲線の最小なる極小値は S . Kでは比較的 ρFの低い点で現われ. N， Hでは大なる部分で現われている .pF ー水分分布曲線の水分変化状態を示すものであって，図からわかるように. S .K それが高い pF値で現われることはその ρF までの水分の存在は比較的自由度の大きいことを示し，円 "頁 i pF 脱水系の全エヰルギー価も大きいことをも意味する.ま第 3図判 S . Kの極小の生ずる部分において N . Hおよび Bでは極大が生じ. S . Kの心土でた形状による特徴としては pFと水分変化量との関係・ 2 実極大が pF1 .2-1.8に現われるのに対し. N. H では重力水の下限すなわち . pF1 .8- 2 .2において極大が C 十表土において現われる. (MF) いままた ρ FOの合水量と変曲点における合水量の差に対する変曲点における pFの比を間ゲキ量係数と呼称すれば，間ゲキ量係数は pF Vo-y 0 " . : J #ーであり第 3図 L ニ) pFと水分変化量の関係、 t ' ρF~ Hは確然と上位に分布している.しかも S . K. G .B これと変移帯 ( ρF 2 . 7 ) としての単位張力に対するではかなり点のちらばりがあるが水分当量の比の関係を示したのが第 4図であるが，この図において G. Bの 1 6に位し， W竺ー値は概ね全体の中央値， 8p F 2・7 それを境として S . Kは低イ立に属し. N . N. H では直線的傾向を示した.これは上述した脱水系における変曲点が ρF の高い点に存在し，各層位について整ーであること . Hの示す直線のこう配が小さいことはを示し，また N 28 X， I l 1 9 6 1 農編学 " r，間ゲキ盈係数水分変化量 " • ‘ -Q . ::~ l 図 " ・ 2 ・ . . ー、、 s vo-Vz (MN) PF 、、省・A . - . 4 •• . o ゆ明ゆ悼む・" . ρF 第 3図附 4.z 4T 畢 ~ IJ ~JI J . l 6 亨 f ' . ， IJ I~ " ， . 1I '" ~1 We ・ 7 pF，，・ J : t J ~ 4 図的五二五と W~ との関係 ρFz pFと水分変化量との関係間ゲキ量係数・ 3 ~ pF ，・ 7 ，水分変化国ごー守 . . ーー、 v o-V. pF z (MF ﹀ ¥ー / - . r . ー ρF 立~ 4 図伊) 第 3図ト ) pFと水分変化量との関係 . . 各位層における非毛管問ゲキ量の増加率よりも水分当量子五， . ー亨. ・・ー ‘ 和与 1 We pF ，・， - Vz 1. J v グ o 一一一一三と . vve との関係 - pE pE ，・ 7 z の増加率の方が大きいことを示し，有効水分の上限がか $. なり高いところに存在することを意味する. 間ゲまたいま pF-水分曲線において変曲点までに失う水 * ' τ ・分量を W，変曲点における張力を ρF とすれば，この曲 " ， . . 線の占める面積はその積 pF .W として表わし，プラ数 " ， 3. ヘ Vo-v. 水のため変曲点まで費す全エネルギーと非毛管関ゲキ量一一一 ρF. との関係を示したのが第 5図である ' - - ' " 'O ~ この図からわかるように概してそれぞれ直線的傾向をニメータで求積したものすなわち， 100grの土粒子が排 f とったが N，Hはそのこう配が著しく小さ <，その分布一ーーー r. ア有1 . 1. . N1 。ト--1:十一，- は pF ..W{ 則に広範囲に分布した.このこう配が小さいことは非毛管関ゲキ水の変化量に対する脱水エネルギーの変化量が大きいことを示し，土媛の深さによる - a { 主系主 l ? 1 4図例 p oの・， . a 孟瓦一一て両 We pF，・ 7 V o -V " ' L 一一一. . . . ! 2 と ←WE との関係 pF" ~ ， l o ow . -殉X! d " ' 1 p F， 7 ・変化の少いことを示している.またこの直線の延長は B， pF -水分の動態を正確には援し，実際の排水処理を合理 Gにおいてはほぼ原点を通るのに対し， N，Hでは縦軸的かっ効果的にするための有力な手段であることを知ると交わるようであるが，これは排水にほとんどエネルギーを要しない水分があることを示唆するものと思われる. ことができた.本実験より考察し得た結論を列挙すれば次のとおりである. W むすび ( 1 ) 乾田，半湿田，湿田の各土漉の ρF-水分曲線は 3 型式に分類でき，概して湿国土焼は台形で ρFの増加と以上における湿国土綾脱水系の考察も極めて数少い試ともに急減する. 料によるものであるが，排水問題のための一応の傾向を ( 2 ) pF-水分曲線における湿国土績の変曲点は毛管うかがし、知ることができる .また今後排水計画にあたり 2 9 兵庫農科大学研究報告 401 (5) 一一 _r~~ーと ←ーーとの関係、においては，湿国土 •• •• 。 . 図 to 布 C 積宰三 ~O Vo-， Y p F . . I - pF ，・ ' ιf 直の上位に分布壌では直線的傾向を示し，特に←空 pF，・ 7 V しそのこう配は小さく， ←Vo一三の変化量に比し p ， F 指 wそ・ーの変化量が大である. ρF， " . % 10 I 第 5巻第 2号 7 ( 6 ) 非毛管閣ゲキ量 ( ρ。)と全エネルギー (p ， Fρ W ) との関係においては直線的傾向を示し，湿国土壊におい、./ 市は半湿田および乾田に比較して非毛管問ゲキ水の排水。。に多量のエネルギーを要し，そのこう配が小さく，PF . . 。 $A 0・ 'X(O ld 20 (0 ' W 側に比較的広範囲に分布する. J 冨 p oと p F . .. W との関係参考文献固第 5図的 (農業工学講座，昭 3 6.8.3 1受理) ~ PF . . .W( 全エネルギー〉 (l)後藤定年・小林潤:湿国土壊の物理的性質の研究( 1 ) 兵庫農科大学研究報告， 4 ( 2 ) :1 3 1-1 3 5，1 9 6 0. 40 . ， andJ .V.B.DACOSTA: The ( 2 )SCHOFIELD，R，K d e t e r m i n a t i o no ft h epFa tpermanentw i l t i n gand ρ。 30 J a tt h em o i s t u r e equi v a l e n t by t h ef r e e z i n g p o i n t 。長 method.T r a n s .3 dI n t e r n .Congr ・ .S oi l1: 6-10，1 9 3 5 . 。 o 。。 ( 3 )山根義敏.美園繁 :2，3の土擦の pF水分曲線と % その容積法による表示について。日土肥誌， 3 0 ( 5 ) :211-214，1 9 5 9 . ( 4 )山崎不二夫.古屋千在.相馬恒一:泥炭土の pF曲 01 ， 0"7 8 ' r lø ~- " 線農土研， 2 5 ( 4 ) :1 0-13， 1 9 5 7. 12 0 / ' r - IS /.〆 ( 5 )K.SUBBARAOandP .T . RAMACHARLU pF - p ，匁 F ・W ( 全エネノレギー) ~5 図(ロ) かと ρ F . .・W との関係 waterr e l a t i o n s h i pi nt y p i c a li n d i a ns oi 1s .S o i lS c i e - 国 n c e .87 9 5 9 . 174-179，1 ( 6 )東大農学部土地改良研究室:研究の資料と記録 : 56-57，1 9 5 7 . (容積 I うo ，・ ( 7 )BAVER，L .D .: S o i lp h y s i c s，p.2 4 2，1 9 4 8. M戸 ) Sum mary . t イI J / . I r ， . '7 " l' . J . 21 : U R e s i s t a n c et ot h ewaterunderd r a i n i n gc o n d i t i o n s oag r e a t extent，on t h e water h o l d i n g depends，t c a p a s i t yo fs o il sbearing ave r yc l o s er e l a t i o nt o pF o f theωilw a t e r . . JJ . J 4 < ~I .J~ ヲヤ寸首τ下すZτ， PF . . 'W( 全エネJレギー) ρ。と ρF . .・W との関係第 5図例 Thea u t h o r ss t u d i e dpFw a t e rcurve，pFd i s t r i b u t i o n curve and energy c h a r a c t e r i s t i c so f theωil water system under d r a i n i n gc o n d i t i o n st h r o u g h t h e measurement o f pF from0t o3 . 5o ft h es o i l water . 水の上限において認められ，脱水全エネルギーは比較的大きく，また過飽和水，重力水の絶対量は大きく，深さによる変化量も大きい. ( 3 ) 湿田土擦の変移帯 (pF2. 7 ) 以上の pFすなわ Thispapershowst h a tt h e r ei snea r 1y d i r e c tp r o' p o r t i o n a lr e l a t i on bet weent h epo r o s i t yf a c t o rand h a tt heenergyr e q u ' t h emoistureequiva l ent，andt i r e df o rd r a i n i n gwateri n swampy r i c e f i e l d ω i l s i sl a r ge rt hani no r d i n a r yr i c e f i e l ds o i l s. ち，毛管水としての水分量も一般に多く，これの排水に要するエネルギーもまた大きい ( 4 ) 湿田土壌は pF -水分分布曲線において水分変化量の極大値が 30%以上にもなるものがあり，その極小値は他の土壊に比べ一般に pF値が大である. 3 0