岩手県陸前高田市における農地の塩害対策の取組み 九州大学大学院工学研究院建設デザイン部門大嶺聖 1. はじめに 2011 年 3 月 11 日に発生した東北地方太平洋沖地震は, 東北地方から関東にかけて甚大な被害をもたらした. 沿岸付近では防波堤や防潮堤だけでなく, 橋梁や河川堤防など多くの土木構造物が破壊した. また, 震源域に近い東北地方の太平洋岸に来襲した高い津波により, 内陸部においても浸水被害が生じた. 本報告では, 震災被害により生じた地盤環境問題として, 津波による農地の塩害を取り上げる. 対象地域については, 岩手県陸前高田市に絞り, 被害の状況や課題, さらに, 塩害対策については今後の取組みとして塩害に強い植物の栽培や好塩菌堆肥による農地の地盤環境改善の活動の例を示す. なお, 調査対象とした陸前高田市は, 岩手県内で浸水面積 浸水率ともに最も高く, 建物用地浸水率も 40% 以上であり, 気仙川 矢作川沿いは河口から 7 km上流まで津波が遡上し内陸深く浸水している. また, 周辺の市町村よりも水田の面積が広いため農地等の浸水被害も多い地域である. 2. 岩手県陸前高田市の被害調査の概要 2.1 浸水範囲と調査箇所国土地理院では, 地震後に撮影した空中写真及び観測された衛星画像を使用して, 津波により浸水した範囲の概況図を公表している 1). 陸前高田市の浸水範囲概況図と調査箇所を図 -1 に示す. 東日本大震災で確認された津波の高さで, 個別事例として最も高い場所は, 陸前高田市民体育館の 15.8mである 2). また, 津波の遡上高は, 陸前高田市で 21.5m となっている 2). 今回の調査箇所は, 陸前高田市矢作地区で, 津波の到達地点付近である. 2011 年 5 月 5 日に採取された農地の土壌サンプリング箇所を図 -2 に示す. 図中の青の線は調査した農地の区画を表している.10 箇所でサンプリングが行われ,5, 10 および 15cm の深さの土壌について, 電気伝導率 EC と ph の測定を行った.EC については, 土壌の乾燥重量 1 に対して, 蒸留水 5 の割合で加えて振とうし, 測定を行った. また,2011 年 6 月 30 日に採取された土壌サンプリング箇所を図 -3 に示す.A~C はトウモロコシを,D~G はひまわりの種をいずれも 6 月上旬に植えた箇所である. また, 比較のために津波の浸水を受けていない農地 Hについても土壌分析を行った. 調査範囲 (2011 年 6 月 30 日 ) 土壌サンプリング (2011 年 5 月 5 日 ) k 津波による浸水範囲 図 -1 陸前高田市の津波による浸水範囲と調査範囲 7 6 8 9 5 4 市民体育館 図 -2 土壌のサンプリング箇所 (2011 年 5 月 5 日 ) 10 3 2 1
ひまわり畑 G F E D トウモロコシ畑 B C A 津波の浸水を受けていない農地 H 図 -3 土壌のサンプリング箇所 (2011 年 6 月 30 日 ) 2.2 土壌分析の結果と考察 陸前高田市では水稲を栽培していた 多くの農地を有している. 水稲は移植 期に最も土壌中の塩分濃度に対する感 受性が高く,NaCl 濃度で 0.08~0.11% (Cl 含量 50~70mg/100g) を超えると 被害が発生するといわれている 3). ま た, 推定値として, 土壌 Cl 含量 (mg/100g)= 土壌 EC (ms/cm) 166 の関係がある. そのため,EC=0.3~0.4 ms/cm 程度が, 作物の水稲に被害を及ぼす 限界濃度と考えられている. 2011 年 5 月 5 日に採取された農地の土壌 サンプリングの土壌分析結果を表 -1 に示 す. 多くの地点で EC=1.0 ms/cm を超えて いることがわかる. また, 深いほど EC の 値が大きくなる傾向がある.pH について は,6~7 程度の中性の値を示す箇所が多い が, 表層付近では ph=8 を超えるものも見 られる. 2011 年 6 月 30 日に採取された農地の土 壌サンプリングの土壌分析結果を表 -2 に 示す.5 月 5 日のサンプリングよりも広範 囲に調査を行った.5 月のデータよりも全 体的に EC の値が小さくなっている.A~C の地点は, 深いほど EC の値が高くなって 表 -1 土壌の化学分析結果 (2011 年 5 月 5 日 ) (a) EC (ms/cm) Depth 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5cm 1.51 0.36 0.39 1.49 1.26 0.47 1.20 1.77 1.01 0.25 10cm 3.04 2.00 1.94 2.93 3.16 1.32 2.77 3.43 1.83 1.15 15cm 2.23 2.43 2.81 4.03 2.21 1.84 0.97 3.46 2.4 2.25 Depth 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5cm 7.21 8.47 8.06 7.55 7.22 8.39 7.71 7.62 7.19 8.27 10cm 5.75 5.68 6.5 5.78 5.71 6.57 5.98 5.6 6.74 6.52 15cm 6.22 5.48 5.69 5.2 6.13 5.84 7.12 5.64 5.77 5.82 表 -2 土壌の化学分析結果 (2011 年 6 月 30 日 ) (a) EC (ms/cm) 深さ A B C D E F G H 表層 0.56 0.11 0.13 0.083 0.09 0.064 0.13-5 cm - - - - - - - 0.032 10 cm 0.97 1.19 0.62-0.093 0.15 - - 15 cm - - - - - - 0.21-20 cm 1.83 1.58 1.64 0.21 0.096 0.46 0.026 25 cm 2.15 - - - - - - - 30 cm - - 1.65 - - - - - (b) ph 深さ A B C D E F G H 表層 7.2 8.1 7.4 8.3 9.0 8.4 8.0-5 cm - - - - - - - 6.9 10 cm 6.6 5.9 6.7-9.1 8.4 - - 15 cm - - - - - - 6.7-20 cm 6.1 5.6 5.9 7.0 8.0 7.1-6.9 25 cm 6.4 - - - - - - - 30 cm - - 5.7 - - - - - おり,20cm 以下では 1 ms/cm を超えている. 一方, 比較のために測定した浸水していない H 地点では,EC の値が小さいことがわかる.pH については, 表層付近で比較的大きな値を示し,pH=9.0 の箇所もある.A~G (b) ph
の箇所は全体的に 10~15cm 程度の津波堆 積物が表層を覆っている.A~C はトウモロ コシを植えた領域であるが, 特に,A は表 面に白っぽい塩類が見られる箇所もあり, 植物の成長が悪い場所であった. また,D ~G はひまわりの種をまいた領域で, 場所 によって成長にばらつきが見られた. 陸前高田市の農地からサンプリングした 津波堆積物について, 平成 3 年環境庁告示 第 46 号法試験に基づき重金属類の分析を 行った結果を表 -3 に示す. 試料は, 表層と深さ 10cm から採取した二つである. カドミウムと六価クロムに ついては, いずれも定量下限値未満であり, その他の重金属についても土壌環境基準を超過する溶出は見ら れない. また, フッ素やホウ素についても, 土壌環境基準を超過するまでの溶出は見られないものの, 特に フッ素は, やや高い値を示していることが分かる. 項目 単位 表 -3 土壌の溶出試験結果 表層 陸前高田 深さ 10cm 土壌環境基準 (mg/l) カドミウム mg/l 定量下限値未満定量下限値未満 0.01 鉛 mg/l 定量下限値未満 0.001 0.01 六価クロム mg/l 定量下限値未満定量下限値未満 0.05 ヒ素 mg/l 0.004 0.002 0.01 フッ素 mg/l 0.38 0.17 0.8 ホウ素 mg/l 0.2 定量下限値未満 1.0 2.3 従来の塩害対策の方法と課題塩害の恐れのある地域 4) は, 岩手県で 1,838ha( 田 1,172ha, 畑 666ha) である. このうち, 陸前高田市は 671ha( 田 433ha, 畑 238ha) であり, 岩手県内では最も大きな面積となっている. 除塩対策として, 潅水による塩分の洗い流しが有効とされている. 具体的には, 以下の一連の方法が用いられている 5). 1 塩分濃度が高い場合は, 石灰質資材 ( 炭酸カルシウムや石膏 ( 硫酸カルシウム ))100kg/10a 程度施用 2 耕起 ( 圃場をていねいに起こす ) 3 湛水 ( 水深 10cm 程度となるように水を張る ) 4 代かき後に静置, その後排水 5EC=0.3~0.6 ms/cm 以下となるように,4~6 回程度 2~4 の作業を繰り返すしかしながら, この方法は多額の経費がかかり, 農業用給水設備が破壊した地域ではすぐに対策が行えないのが現状である. 宮城県岩沼市は, 市全体の田畑約 1800 ヘクタールのうち, 津波で浸水したのは 7 割近い約 1240 ヘクタールとなっている. 田畑の除塩だけで,10 アール当たり 220 万円かかると試算しており, 市全体では 260~300 億円を見込んでいる 6). 陸前高田市でも除塩対策に多額の費用がかかると推定される. 除塩対策を行う場合には, 全体が完了するまでに尐なくとも 3 年程度は必要になると言われている. そのため, 塩害対策がすぐに行えない場所では, 別の手法を用いることが望まれる. 3. 塩害対策への新たな取組み 3.1 塩害に強い植物の栽培津波の被害を受けた農地を尐しでも改善するために, 塩害に強い植物を栽培する取組みが行われている. 福岡のボランティアグループ ( がんばっぺし福岡応援団 ) が送ったひまわりとトウモロコシの種が,6 月上旬に陸前高田市矢作地区の約 10ha の農地に蒔かれた. これらの植物が特に塩分を多く吸収するというわけではないが, 深くまで根が広がることにより, 土壌の物理特性が改善されて, 塩分が洗い流されやすい状況になることが期待される. 農地に植えたひまわりとトウモロコシの 8 月上旬の生育状況を, それぞれ写真 -1 と写真 -2 に示す. 場所によって, 生長の度合いが異なるが, ひまわりは比較的大きく育っている. 一方, トウモロコシは塩害と肥料不足のためか, 育ちがあまりよくない. 特に, 塩分の多い場所では, ほとんど生育し
写真 -1 農地に植えたひまわりの状況 写真 -2 農地に植えたトウモロコシの状況 ていないところもあった. 被災した農家や地元の子供の協力で種まきが行われ,10ha の農地に咲いたひまわりの花は, 土壌の改善効 果以上に被災地域の住民に希望を与えるものとなっていた. 3.2 好塩菌による農地の地盤環境改善塩害に強い植物を植えただけでは, 農地の十分な除塩効果が期待できない. そのため, 前述の福岡のボランティアグループと共同で, 除塩対策に効果があると考えられている好塩菌を含んだ堆肥を農地に散布する活動を行っている. 好塩菌については, ハウス栽培における土壌への塩類集積の対策のため, 福島県で長年にわたって好塩菌を含む発酵肥料を作製している研究者から提供を受けた 7). この発酵肥料は, 米ぬか, 油かす, 魚粕等写真 -3 好塩菌堆肥の作製と水を適切な配合で混ぜ合わせるだけで容易に増やすことができる. 混合した後は, 二日程度で 48 まで温度が上昇し, 週に 1~2 度切り返して攪拌することにより, 約 2 週間で完成となる. 写真 -3 に好塩菌堆肥の作製時の様子を示す. また, 混合して 3 日後の好塩菌堆肥の状態を写真 -4 に示す. 堆肥の周辺にも白いカビが広がり発酵力が強いことが分かる. この好塩菌の除塩効果のメカニズムについては, 塩分を分解または除去するのではなく, 以下のように考えられている. 好塩菌は, 塩分だけを栄養写真 -4 混合して 3 日後の好塩菌堆肥の状態として増えるのではなく, 他の栄養分とともに塩分を一部体内に取り込む. さらに, 微生物が増える際に, 有機酸を分泌するため, これが塩類と結合して, 土壌中の水分に塩分を溶けにくくする作用をもたらす. したがって, 好塩菌の効果は, 塩分の含有量を低下させるのではなく, 塩分の溶出抑制効果である. また, この効果は長期的に持続すると考えられる. 塩害対策のために, 好塩菌堆肥を 10kg/10a と米ぬか 100kg/10a 程度を農地に散布する必要がある. 米ぬかは, 好塩菌を現地で増やすための栄養分である. さらに, 冬の期間は麦やレンゲなどを育て, 春に緑肥とし
てすき込めば, 有機分の分解とともに, 土壌が改 善され, 除塩効果が高まることが期待されている. 2011 年 9 月に九州大学伊都キャンパスにおいて, 好塩菌堆肥を作製した. 量が多いため, 大型ミキ サーを用いて, 所定の配合割合 ( 米ぬか 30kg, 油 かす 10kg, 魚かす 2kg, 好塩菌 2.5kg, 水 35kg) を混合して作製した. また, 大量の好塩菌堆肥を 切り返して攪拌することが難しかったため, 簡易 な方法として混合したものを土のうに詰めて作製 した. この方法では, 土のうの表面から空気が入 るため攪拌する手間が省ける. このようにして作 製した好塩菌堆肥 ( 約 1t) と農協から購入した 米ぬか ( 約 4t) を現地に運搬した. 写真 -5 陸前高田市矢作地区の農地に好塩菌堆肥を散布している状況 (2011 年 9 月下旬 ) 福岡のボランティアグループ ( がんばっぺし福岡応援団 ) が農援隊プロジェクトとして約 30 名のボラン ティア ( 学生や一般市民 ) を募集し, 大型バスでほぼ一日かけて陸前高田市矢作地区に行った. 当初,10ha の農地を対象にしていたが, 背丈ほどの雑草が茂っており, 草刈の作業に時間がかかり, 約 6ha の農地に好 塩菌堆肥と米ぬかの散布を行った. その様子を写真 -5 に示す. また, 緑肥として菜種とライ麦の種を蒔いた. 対象地区の農地では, 降雤や植生の影響もあり, 次第に塩分濃度が低下して,2011 年 9 月の時点では, 土 壌表面の電気伝導率は高いところでも 0.25mS/cm であった. そのため, 好塩菌による塩分の濃度の低下は現 地で明確に測定することができなかったが, 好塩菌堆肥を多く蒔いたところほど菜種の成長が良かった. 3.3 室内試験による塩害土壌の改善効果好塩菌の有無を確認するために, 拡大培養した堆肥からサンプルを取り, 寒天培地を用いて微生物試験を行った. 塩分濃度を徐々に高めて, 最終的に 18% の塩分にも耐えられる数種類の好塩菌が存在することが確認された. 写真 -6 に堆肥から分離した好塩菌の顕微鏡写真を示す. 好塩菌堆肥の効果を確認するために, 人工塩害土と農地の土壌に対する室内試験を行った. 人工塩害土については, 畑の土に乾燥重量で 400mg/100g 程度の天然の食塩を添加し, 初期の電気伝導率 EC=2.85 ms/cm とした. これに, 約 330 g の写真 -6 堆肥から分離した好塩菌の顕微鏡写真塩害土に好塩菌堆肥 1g と米ぬか 10g を混合して, 養生した. 図 -4 に人工塩害土に対する EC の経時変化を示す. 時間とともに電気伝導率が徐々に低下するのがわかる. また, 陸前高田市の農地の土壌を用いて同様の実験を行った. 初期の EC の値が高くなかったため, 人工塩害土と同様に 400mg/100g 程度の天然の食塩を添加した. 図 -5 に農地の土壌に対する EC の経時変化を示す. ばらつきは見られるものの, 時間の経過とともに EC は徐々に低下する傾向を示している. このように, 好塩菌堆肥と米ぬかを混合することで, 塩分濃度を低下させることが可能である. 今後は, 実際の土壌で稲作による効果を確認する予定である.
EC (ms/cm) EC (ms/cm) 3 3 2.5 2.5 2 2 1.5 1.5 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 Curing period (day) 図 -4 人工塩害土に対する電気伝導率 EC の経時変化 0.5 0 5 10 15 20 25 30 Curing period (day) 図 -5 農地の土壌に対する電気伝導率 EC の経時変化 4. まとめ 1) 水稲などの作物は, 電気伝導率で EC=0.3~0.4 ms/cm 程度が, 作物の生育に被害を及ぼす限界濃度と考えられている. 対象箇所の矢作地区は, 津波の遡上の最上流域であるが, 多くの地点で EC=1.0 ms/cm を超えているところが見られた. また, 農地全体に 10~15cm 程度の津波堆積物が表層を覆っていることが確認された. 除塩対策として, 水で洗い流す方法が効果的とされているが, この方法は多額の経費がかかり, 農業用給水設備が破壊した地域ではすぐに対策が行えないのが現状である. 2) 津波の被害を受けた農地を尐しでも改善するために, 塩害に強い植物を栽培する取組みが行われている. これだけでは, 農地の十分な除塩効果が期待できないため, 好塩菌を含んだ堆肥を農地に散布する活動を行った. 好塩菌堆肥の効果を確認するために, 人工塩害土と農地の土壌に対する室内試験を行った結果, 時間の経過とともに電気伝導率は徐々に低下していることが示された. 謝辞地盤工学会九州支部震災調査団として福岡大学の藤川拓朗氏, 長崎大学の杉本知史氏および西日本技術開発 ( 株 ) の前田秀喜氏, 同行者として日本基礎技術 ( 株 ) 東北支店の土井修氏と九州大学理学部 4 年生の早川方樹氏には調査に協力していただきました. また, 土壌分析については, 九州大学大学院修士課程の橋本大雅氏に実験の協力をしていただきました. さらに, がんばっぺし福岡応援団の農援隊プロジェクトして現地で作業に当たった多くのボランティアの方々に感謝いたします. 参考文献 1) 国土交通省国土地理院ホームページ :http://www.gsi.go.jp/common/000059844.pdf 2) 社会実情データ図録 :http://www2.ttcn.ne.jp/honkawa/4363b.html 3) 岩手県 : 東北地方太平洋沖地震に伴う農作物の技術情報 ( 第 1 報 ),2011 年 4 月 7 日 4) 農林水産省 : 平成 23 年 (2011 年 ) 東北地方太平洋沖地震の被害と対応 ~ 津波により流出や冠水等の被害を受けた農地の推定面積 ~, 2011 年 3 月 29 日 5)JA 全農 : 津波による塩害対策と水田の土壌管理について http://www.zennoh.or.jp/press/topic/pdf/20110329_1.pdf 6) 河北新報社ニュース :2011 年 7 月 3 日,http://www.kahoku.co.jp/spe/spe_sys1071/20110704_01.htm 7) 薄上秀男 : 津波被害の田畑は好塩菌で再生できる, 現代農業,pp.340-341, 2011 年 7 月.