二毛作水田地帯における施肥起源の窒素負荷による浅(層)不圧地下水中の窒素収支の検討: 地下水観測結果を踏まえた地下水シミュレーションに基づいた考察

摘要

Three years of field observations conducted of the groundwater level, nitrate concentration, and isotope ratios (δ~(15)N_(NO3) • δ~(18)O_(NO3)) of groundwater in the Sata River alluvial fan, Asakura, Fukuoka revealed that groundwater levels fluctuated seasonally and that nitrate concentration fluctuation is affected both by paddy irrigation and timing of fertilization activities. To evaluate nitrogen behavior and its budget in the groundwater aquifer system, a three-dimensional groundwater flow coupled with convection-dispersion model was developed, incorporating detailed nitrogen load information including the fertilizing rate, timing, and effects of nitrogen uptake rate by planted crops at the ground surface for each agricultural land use. Results suggest that nitrate concentration in the studied groundwater shows clear seasonal fluctuation annually with the lower nitrate concentration around 3 mg/L. Because the nitrogen budget under the present condition shows a quasi-steady state with nitrate concentrations that cannot decrease below 3 mg/L, this concentration limit has been created by the long-term cumulative effect of the nitrogen load. The nitrogen discharge rate through the discharge flow of the groundwater from the surface of the studied alluvial fan to the lowland area outside of the study area was estimated using this model as106 kg/ha/y.%福岡県朝倉市の佐田川扇状地において3年間に渡って調査された地下水位および地下水中の硝酸イオン濃度や硝酸イオン中に含まれる窒素•酸素安定同位体比等のデータから，地域の地下水変化特性と浅(層)不圧地下水中の硝酸イオン濃度の変動特性は.作付け作物とその施肥時期および水田への灌漑時期に大きく影響されていることが明らかになった。そこで土地利用に応じた施肥量とそのパターン，作物吸収量等を考慮した地表からの正味の窒素負荷を踏まえた3次元地下水流及び移流分散解析モデルを構築し，当該地域の帯水(層)中の窒素挙動の再現とそれに基づく窒素収支の検討を行った。その結果，現在の佐田川扇状地における地下水中の硝酸性窒素濃度は，地域の施肥起源の窒素負荷により，年間3mg/L程度を下回ることが無い状態で毎年の濃度季節変化が繰り返されていることが示された。現状の窒素収支ではこの濃度を下回ることがない状態でほぼ定常状態になっていることから，この低限値は，それまでの積年の施肥負荷によって形成されたものと考えられる。モデルから，下流域への窒素流出量として毎年106kg/haの過剰窒素が地下水流動により域外へ排出されていると見積もられた。