COSMOS を利用した粘質土の土壌水分観測 Soil moisture observation in a clayey soil using the COSMOS 平嶋雄太 1・牧野弘樹 2・宮本英揮 2 1 佐賀大学大学院農学研究科・2 佐賀大学農学部 要旨 COSMOS (COsmic-ray Soil Moisture Observing System)を用いて諫早湾干拓地の高速中性子数の 経時変化を観測し，粘質土の表層土壌水分計測に対する同法の有効性を検討した。高速中性子数 は，併設した TDT センサーによる見かけの誘電率と連動し，水分量の変化を効果的に捉えること が出来た。ただし，COSMOS の広大な観測領域内の水分動態は必ずしも均一ではないため，その 測定値と任意の点で取得した TDT センサーの観測値との間には，挙動の差異が認められた。 キーワード：COSMOS, 高速中性子, 土壌水分 Key words: COSMOS, Fast neutron, Soil moisture TDT センサーで見かけの誘電率(TDT)とバルク 1.はじめに 表層土壌水分量の非破壊探査手法として， EC，雨量計で雨量をそれぞれ 10 分間隔で測定し COSMOS (COsmic-ray Soil Moisture Observing た。2015 年 7 月 6 日(DOY187)から同年 8 月 20 System)の利用が検討されている。COSMOS は， 日(DOY232)の間を，解析対象とした。 地表面近傍の中性子数を測定することにより，そ ３.結果と考察 れと負の相関を示す半径約 300 m 以内の表層土 1) 長崎地方気象台による梅雨明け宣言 壌水分量を測定する技術である 。既に，イリジウ (DOY210)の前後に，気象データと土壌水分量の ム衛星を介した国際観測網が形成されつつある 変化パターンに差異が認められた。梅雨明け前 が 2) ，我が国での適用事例はない。本研究では， の観測期間前半では，Patm および T は降雨時に 適 用 事 例 の ない 粘 質 土 の 水 分 計 測 に 対 す る 大きく変動した(Fig.2)。TDT センサーで測定した- COSMOS の有効性を検討するために，諫早湾干 25 cm 以深のTDT は概ね一定で，高水分状態が 拓地において高速中性子数を観測した。 維持されたが，それより浅い-5 および-15 cm のそ ２.方法 れは降雨と連動して増減を繰り返した(Fig.3)。一 2015 年 6 月 12 日(DOY163)に，観測装置一式 (Fig.1)を長崎県農林技術開発センター・干拓営 農研究部門内の圃場に設置した。高度 1.5 m に 設置した高速中性子の検出器(Hydroinnova)と， 大気圧・気温センサーを搭載した Q-DL-2100 デ ー タ ロ ガ ー (Hydroinnova) と を 接 続 し ， そ れ を RS-232 を介して CR-1000 データロガー(Campbell sci.)に接続した。6 深度(-5，-15，-25，-45，-70， -100 cm)×2 地点に水平に埋設した計 12 個の SDI-12 型 TDT センサー(Acclima)と，高度 1.5 m に設置した雨量計とを CR-1000 に接続した。 COSMOS で高速中性子，大気圧(Patm)，気温(T)， Fig.1 観測装置の模式図 Fig.2 大気圧(Patm)と気温(T)の経日変化 Fig.3 #1～#6 の TDT センサーを用いて測定した見かけの誘電率(TDT)の経日変化 Fig.4 高速中性子の 1 時間積算値()およびそれに基づき算出した各時間の移動平均値(’)の経時変化 方，梅雨明け宣言直前の DOY205 から DOY223 た，DOY211 以降では，-45 および-70 cm のTDT までの間，T は概ね 30℃前後で推移した(Fig.2)。 が漸減し，土層全体の乾燥が進行したが， ’の 高 EC 土壌特有の信号減衰問題が原因でTDT 値 変動が軽微であった。’値に及ぼす下層土の影 を得ることができなかった-100 cm 地点を除き，こ 響は軽微であることが，表層土壌水分量を効果的 の間のTDT は上層から順に低下し，下層土も含め に捉えられる COSMOS の特徴であろう。 た土層全体に乾燥の兆候が認められた(Fig.3)。 ４.おわりに DOY223 以降は，-45～-5 cm のTDT 値が降雨と 連動した増減を反復した(Fig.3)。 梅雨を挟んだ野外観測実験より，粘質土の表 層土壌水分計測に対する COSMOS の有効性を 高速中性子の時間積算値()の移動平均値 明らかにすることができた。ただし，観測面内の局 (’)は，表層近傍のTDT 値と連動した(Fig.4)。数 所的な水分状態の変化が測定値に影響を及ぼ 値のばらつきが大きいと違い，そのh，12h，24h す COSMOS は，土壌水分センサーによる測定結 の移動平均値の応答はやや遅れるものの，ばら 果と異なる挙動を示すことが判明した。不均一場 つきは小さかった(Fig.4)。-5 および-15 cm のTDT における COSMOS の利用法を検討するためには， が増加する期間では ’は低下し，逆に低下する 観測面内に土壌水分センサー観測網を構築し， 期間では増加した点は，既往の報告 2) と一致した 両者の挙動の差異を明らかにする必要がある。 (Fig.4)。ただし，DOY198 から 200 までの’の低 謝辞: 本研究は長崎県農林技術開発センター・干拓営農 下は，先述の傾向とは異なる(Fig.4)。観測領域内 研究部門および佐賀大学農学部・弓削こずえ准教授の助 の作目や灌水・排水条件は面的に不均一であり， 力を得て実施した。ここに記して謝意を表す。 参考文献: 1)Zreda et al. (2008): Geophys. Res. Lett., 35, TDT センサー埋設点との水分環境の差異が， L21402., 2)Zreda et al. (2012): Hydrol. Earth Syst. Sci., 16, TDT と’との変化傾向の違いの原因であろう。ま 4079-4099.
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