地下水中硝酸態窒素浄化能からみた林地緩衝帯の必要幅

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要約

林地および草地-林地緩衝帯は硝酸態窒素浄化能を有する。しかし、その硝酸態窒素濃度低下の1/4～1/2は希釈に由来する。地下水中硝酸態窒素濃度を10mgN/L以下に維持するに必要な緩衝帯幅は約20mである。

キーワード:林地緩衝帯、地下水、硝酸態窒素、希釈
担当:北海道農研・畜産草地部・上席研究官
連絡先:電話 011-857-9237、電子メール hayakawa@affrc.go.jp
区分:北海道農業・畜産草地、共通基盤・土壌肥料
分類:科学・参考

背景・ねらい

農業由来と考えられる地下水の硝酸態窒素の汚染は北海道でも顕在化しつつある。一方、河畔林はこの様な汚染から河川水質を保全していると推定されるが、その程度は明確でない。そこで、林地緩衝帯の地下水浄化能を評価し、浄化に必要な緩衝帯幅を検討する。

成果の内容・特徴

本成果は以下の圃場条件で得られた。1994年に標準施肥量の倍量(260kgN/ha)施肥したトウモロコシ畑(畑地)の斜面(傾斜約2度)下方に約40m幅の草地緩衝帯と裸地緩衝帯を設置し、10年間管理した。一方、2000年に草地緩衝帯の一部を林地緩衝帯にするとともに、同様の畑地を拡張し、その斜面下方に草地-林地緩衝帯(15m幅草地と25m幅林地)を配置した。地下数mに存在する難透水層まで地下水採取管を埋設し(図1)、難透水層より地表までの土層に存在する地下水を採取した。2002年7月中旬より2003年10月まで、まとまった降雨後(地下水の大きな移動が起こる) に計15回、地下水位を計測し、試料採取および水質調査を実施した。更に、一部の地点では自動採水器による連続観測を行った。
林地の乾物生産量(試験前後の刈取で調査)はほぼ草地(刈取で調査)並かやや多い。窒素収支は、畑地では施与量が持ち出し量を上回り、草地では逆に持ち出し量が多く、林地も持ち出し量が多い。
地下水中硝酸態窒素濃度は畑地の境界で20数mgN/Lに達する。その後、裸地を流下してもその濃度はほとんど低下しないが、林地および草地-林地区を流下すると急速に低下し、約20mで飲料水の水質基準である10mgN/L以下になる。草地のみを流下する場合、裸地との中間の値を示す(図2)。
この濃度低下に占める希釈の割合を塩化物イオン(吸着されにくいため水の移動の指標に使われる)の濃度変化(図3)と比較すると、裸地および草地では硝酸態窒素濃度の低下度合いと塩化物イオンのそれは類似したことから、これらの区における硝酸態窒素の濃度低下は希釈で概ね説明できる(図4)。このことより10年程度負荷を与えた草地は見かけ上希釈以外の機能を示さないことになる。
林地および草地-林地区(図4)では35m流下に伴う硝酸態窒素濃度の低下は約80%に達するが、塩化物イオンでは20～40%程度に過ぎない。同様の傾向が草地-林地区の自動採水器による連続採水試料でも認められる(図5)。