プレスリリース
電磁探査法により海水浸水農地の塩分濃度把握を迅速化

研究の経緯

2011年3月の東日本大震災により、2万haを超える農地が浸水等の被害を受けました。海水が浸水した農地で営農を再開するには、農地に流入した過剰な塩分を取り除く除塩作業が必要となります。除塩作業では、作業前と作業後の圃場の塩分濃度を把握しなければなりません。除塩作業の現場では、圃場の塩分濃度を、土壌中の電気伝導度(EC)を測定することにより把握しています。

これまでの土壌電気伝導度測定(慣行法)では、1圃場から土壌を採取、2土壌の水分を測定、3容器内で土壌と水を加えて十分に混ぜて塩分を抽出、4ECメーターで土壌電気伝導度を測定、することが必要となります。多くの農地についてこのような方法で土壌電気伝導度を把握するには、かなりの労力と時間が必要とされます。

また、被災前の水田の利用状況、例えば水稲作、畑作、さらに、秋起こしをしていたか等、海水浸水時の圃場状況により、残留する塩分の状態や、その後の除塩の効果は大きく異なります。そのため、水田一筆毎に応じた対応が求められます。このような状況に対応するには、一度に数筆の状況を把握する広域的な調査手法が必要です。

そこで、より簡易かつ迅速に土壌電気伝導度を把握する方法としてスマトラ沖地震の際にも用いられた電磁探査法に着目し、今回、電磁探査装置(GEM-2、Geophex社)の海水浸水農地における土壌電気伝導度測定に適用できるかどうか確認しました。

研究の内容・意義

1. 電磁探査装置(GEM-2、Geophex社)による土壌電気伝導度の測定

• 測定は、電磁探査装置を1mの高さに持って、圃場内を歩行しながら行います(図1)。本装置では、送信ループによって発生する1 次磁場と土壌中の渦電流によって発生する2 次磁場の計測値から、地盤の電気の伝わりやすさを推定しています。
• 計測結果は測定と同時にディスプレイに表示され、メモリーカードに保存されます。

2. 海水浸水圃場を再現した実験圃場における測定結果

電磁探査装置により、土壌を採取することなしに圃場内の見かけの土壌電気伝導度(ECa)を計測できます。海水浸水圃場を擬似的に再現した実験では、塩分として散布した塩化カリウムの量に応じて、計測されたECaが高くなっており、また土壌ECセンサ⁴⁾による測定値と同様の傾向を示しています(図2)。

3. 農地の土壌電気伝導分布図の作成

土壌電気伝導度の測定と同時にGPSを用いて位置情報を取得することで、Google Earth等の地図上にECaの等高線図を重ねることができます。図3は宮城県内の海水が浸水した圃場であり、地図上で広範囲のECaの分布を確認することができます。1枚の水田(1ha)の計測は約20分で終了しました。従来では、1枚の水田内で数地点の計測が必要でしたが、本装置によると1回の測定で水田全体を把握することができ、例えば、除塩作業で塩分濃度が下がりにくい場所などを把握することができます。また、水田1枚に限らず、水田数枚を一度に計測すれば、塩分濃度の高い水田を把握することができます。

4. 本装置による地盤内の測定範囲

本装置によるECaの測定範囲は、少なくとも地下およそ1m程度まで及んでいると見られます(図4)。現地圃場調査のEC鉛直分布結果では、深さ40cm以内のECが低く50、60cm付近に最大値がみらました。GEM-2によるECaと0～110cmの平均値との関係は、比較的よく一致しています。

利用方法

• 本装置は約360万円で市販されています。また、リースでの利用も可能です。
• 本装置で計測される土壌電気伝導度は、土壌の水分状態などの影響が反映された見かけの土壌電気伝導度となります。慣行法の測定値は土壌ECセンサを併用することにより、迅速性を損なわずに計測することが可能です。
• よって本装置による調査では、広範囲における土壌電気伝導度の概況を把握するなど、詳細調査の事前調査等に活用できます。

今後の予定・期待

• 海水が浸水した農地の除塩作業は現在も進行中であり、今後除塩を必要とする農地も多く残されていますので、そのような地域において除塩に関わる担当者による活用が期待されます。
• 東日本大震災直後では、海水が浸水した農地の対処方法に関する情報が非常に不足しており、その対応に苦労していました。今後、除塩後の経過等のモニタリングが必要となりますので、そのために活用する予定です。
• 除塩作業により圃場の地下に移動した塩分が、乾燥時期に圃場表面まで再度移動する場合があり、作物の生育に悪影響を与える可能性もあります。そのような危険性を把握するには、地下の土壌塩分濃度を測定する必要がありますが、その作業も多くの労力を要します。そこで本手法によって地下の特定の位置にある塩分濃度の測定が可能かどうか今後検討し、各種のモニタリングに利用する予定です。

用語の解説

1)電磁探査法
土木分野や地下水汚染、土壌汚染等の環境分野、あるいは遺跡調査等の考古学分野等で地盤地下の情報を非破壊で調査するために用いられている探査法です。身近なところでは、空港のセキュリティチェックにある金属探知機においても同様の測定原理(電磁誘導)が利用されております。ここでは地盤内の電気の伝わりやすさの違いを調査することによって、地盤内の情報を得ています。

2)土壌電気伝導度(EC)
電気伝導度は、電気の伝わりやすさを示す指標です。土壌では、土壌中の塩類濃度の指標として使われています。通常の測定では土壌中の肥料分を測定する土壌診断の際に測定しますが、今回は海水によって流入した塩分量の推定のために計測しています。通常の測定では、乾燥土の質量が1に対して、蒸留水を5の割合で加えた土壌溶液の電気伝導度を測定します。

3)見かけの土壌電気伝導度(ECa)
通常の測定では、乾燥土の質量が1に対して、蒸留水を5の割合で加えた溶液の電気伝導度が測定されるのに対して、土壌ECセンサ等では、土壌中に溶けている塩分のみならず、土壌鉱物自体の電気の伝わりやすさや、土壌中の水分量等を反映した電気伝導度を測定します。土壌全体の性質を反映した電気伝導度が計測されることから、通常の測定の場合と区別して、見かけの土壌電気伝導度と呼びます。

4)土壌ECセンサ
土壌ECセンサは、直接土壌にセンサ部を挿入して土壌ECを測定する機器です。測定値は、EC1:5より高い値を示します。電極数を増やして測定値を安定化させた機種もありますが、価格は高くなっています。