ヒマワリとビートの根域の影響を考慮した土中水分移動解析 Soil-water Simulation with Different Root Zone of Sunflower and Beet 中村 亮 1・長 裕幸 2・田川 堅太 2・徳本 家康 2・王 維真 3 1 佐賀大学大学院農学研究科・2 佐賀大学農学部・3 寒区旱区環境工程研究所,中国 Abstract 根の伸長や吸水は土壌構造を変化させるために、根域における土壌の水分保持特性や透水性に 影響を及ぼすと推察される。本研究では、鉛直方向に均質な土性をもつ中国乾燥地畑地圃場にお いて、ヒマワリとビートを栽培した。作物ごとの根分布をもとに異なる水分保持特性の土層を設 定し、HYDRUS-1D を用いて土中水分移動解析を実施した。根域が分布する層は保水性が低下す る傾向にあることが明らかになり、異なる作物でも根域層を考慮した方に良い結果が見られた。 キーワード：根域,土壌水分,Hydrus-1D Key words: Root Zone, Soil-Water, Hydrus-1D 1．はじめに 3．根域の決定 圃場における土中水分の移動では，作土層に 根域は地表面を上端とし，下端を別途実施し 形成される根分布により，根の吸水量を考慮し た栽培試験の結果から決定した。ヒマワリは深 た水分移動解析が行われる。しかし，根の伸長 さ 15 cm まで，ビートは深さ 50 cm までの領 や吸水は土壌構造を変化させるために，根域に 域で根の相対乾物重の 80 ％以上が分布した おける土壌の水分保持特性や透水性に影響を (Fig.1)。そこでこの深度を境界とし，黄土層の 及ぼすと推察される。本研究では，鉛直方向に みの土層を根域層と黄土層の 2 つの層にわけ 均質な土性をもつ中国乾燥地の畑地圃場にお た(Fig.2)。 いて，ヒマワリとビートを栽培し，栽培区にお ける土中水分移動観測を実施した。作物の根域 には，根分布をもとに異なる水分保持特性の土 層をそれぞれ設定し，水分移動解析を行うこと により,植物根が及ぼす土中水分移動への影響 を検証した。 2．実験圃場 実験圃場は，中国の甘粛省平堡郷(N36°25.5′， E104°25.4′，1461ASL)に設置した。黄土が厚 さおよそ 100 cm にわたって均質に堆積してお り，その下には砂質土層が存在する。圃場内に ヒマワリ栽培区とビート栽培区を設定し，栽培 区内の観測点で TDT センサーを利用した土壌 水分・EC 計測を行った。圃場内のウェザース テーションにおいて，温湿度，降水量，風速， 純放射などの気象要素や地下水位を測定した。 Fig.1 植物根の分布 4．水分移動解析 水分移動解析は， HYDRUS-1D(Šimůnek ら, 2005)を利用した鉛直一次元で行った。水分特 性モデルは Van Genuchten モデルを適用した。 地表面から深さ 200 cm を解析の対象とし， 地表面から根域層，黄土層，砂質層を分布させ た。各土層の水分特性および透水係数を，黄土 層は室内実験から，砂質層は土性と乾燥密度か ら推定し，根域層は逆解析によるパラメータフ ィッティングを行った。初期水分分布は，実測 値をもとに与えた。境界条件として，上端境界 に降雨，土壌面蒸発フラックスを，下端境界に 地下水位を与えた。蒸散フラックスを土中の吸 Fig.2 土層の設定 引項として与えた。蒸発・蒸散フラックスは， FAO Penman–Monteith 式と FAO Dual crop coefficient 法を適用し，気象観測データから計 算して与えた。実測値を基にパラメータフィッ ティングを行い，その検証方法として解析値と 実測値間の RMSE で評価を実施した。 5．結果と考察 Fig.3 にヒマワリの根域層を考慮しない場合 の土中水分移動の解析結果と実測値を示す。そ Fig.3 ヒマワリの根域層を想定しない の結果，深さ 5 cm における解析値は実測値に 解析結果と実測値 対し過大評価している。そこで，Fig.4 に根域 層を考慮して解析した結果を示す。その結果， 深さ 5 cm における実測値と解析値はよく一致 した。実測値と解析値の RMSE は，根域の考 慮の有無により，0.068 cm3cm-3 と 0.036 cm3cm-3 となり，根域層を考慮した場合により 良い一致が見られた。同様に，根域層を考慮し てビートの解析を行った結果を Fig.5 に示す。 RMSE は 0.043 cm3cm-3 と良好な結果を示し Fig.4 ヒマワリ解析結果と実測値 た。 本研究では植物根が最大まで伸長したデー タを基に根域層を設定しているが，Fig.4 と Fig.5 両者とも計測初期から良好な一致を見せ いている。これは，表層では耕起や植物根の吸 水での乾燥によって亀裂や間隙の発生の影響 が考えられる。また，深層においては前年に栽 培されて残った植物根の履歴によって，透水性 が減少していることが考えられる。今後は植物 根の履歴がどれほどの影響を及ぼすか検証す る必要がある。 Fig.5 ビートの解析結果と実測値
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