／
10 邑
0
マメ科草
、 ふん
へ 尿
イネ科草
尋 Io
放牧終了
30 塗50iヨ 入 牧
土壌溶液中カリ量（K望／10a）
0 5 10
王0
30
50
日
4 5
2厨
3顧
1層（0〜5cπ｝）
（土壌は 5cmきざみ）
図阻一1−15．カリ礪環モデルの数値計算結果の一部 ってきたため，施肥管理などが極めて効率的に実施できるものと期待される。
4）淡水域生態系の成立機構
（1）流水域での水一藻類一家魚システムにおける物質，エネルギーの流れと収支のモデル解析
飼料・用水等の側癒から見直されつつある粗放的養殖は，自然の圭産力をより効率的に活罰する方式で，
その圭産姓向上には水界の圭物生産機構を物質とエネルギーの流れの面から解明することが必要である。
物質循環，物質収支の面から淡水域の圭産機購を扱った研究例，基礎生産者による自然エネルギー圏定に 関する研究例は多いが（西條 1957，手塚 1974），圏定されたエネルギーが収獲物である魚へどのよう に流れるかの研究はそれほど多くない。
千曲川の地表水を幅15απ，長さ4観の人工水路に流し，夏期における付着性藻類の主産量ならびに，
これに関与する日射鷺などの環境因子をとらえること，およびアユの摂餌実験をとおして，付着性藻類 の食餌収支を求めた。夏期における付着性藻類の純控産籔は約1459DM／㎡／日であった。 アユの摂
餌収支の結果の1例を蓑m一エー1に示す。アユは昼夜を問わず摂餌し，高い増重率を示した。体重に対 論HI−1−1 食餌収支（乾重：量による） （爾中，泉井，増沢，古田， 1980）
実験番号 摂州量
肌身（D．W）
同化蚤
ηち9一（D．W）
排糞量
肌チ（D・W）
増：重量
ηし牙（D．W）
同化率 ％
ヌ
2 3
2L 519 5，401 26，735
9，637 2，800 孟5，275
11，882 2，601 1叢，460
692
−25王
940
44．8 51．8
57．玉
する臼間摂餌率（生干）は100％を越え，従来の知見を大きく上回った。同化率は50％前後で，食餌の 50％が糞として排泄されている。
（2）止水域での水一水草一草食性家魚システムにおける物質1エネルギーの流れと収支のモデル解析 水一ホテイアオイー草魚という止水域における単純な系での物質，エネルギーの転流状況を解析した。
ホテイアオイは分岐株数，現存籔，成長黛等を，草魚はホテイアオイの摂取量，魚体の主長等等を測定し
た。
当初8株，湿重量98gのホテイアオイを，分岐する子株を切り離して培養した結果は，35日後に127 株，4，2009となり，切り離さない場合には155株，5，8009とならた。前者の平均日間圭長率歪LO％，
N闘定量13。81g，エネルギー固定蚤1063膨，後者では11．8％，19。20 g，ユ478膨であった。
華魚の成長は試験区によって多少異なり，平均日間生長率は0。96，0．65，0。23，0、84％，飼料，C，
N，耳ネルギーの効率は，それぞれ（39．4，39．2，1？」，27．9％），（9．7，9．5，4．2，7．1％），（19．7，
20．0，8．5，16．8％），（11．9，11．8，5。2，8．4％）であったe
水門の上昇期に比べると下降期には，日間，圭長率が小さくなる（0．65〜0．96今0．23）だけではなく，
ホテイアオイから華魚へのエネルギーの転換効率も著しく低くなの，また魚体が大きくなると，日嗣生長 率には変化がなくてもエネルギーの転換効率は低くなる。
これは環境の変化，成長などに伴って，代謝のパターンが変動することを示唆するものであろう。
5）土書中の熱と物質の移動
α）土壊中における水と熱のフラックスの決定法の開発と，それによる±壊中の水，熱環境の鯉明 植物生育におよぼす土壌の主要な物埋的環境三等は地温と水分である。このうち，土壌の水分を経時的 に容易に測定する方法が，これまで晃出されていなかった。このため土壌中の水分および熱の流れを経時 的に演関する方法を検討している。
土壌の水分と熱伝導率との問に高い梢関があることは，よく知られているが，最近になり土壌の熱伝導 率を迅速，正確に測定する方法が下野により開発された。この方法により，地帯の熱伝導率を経回的に測 定することができれば，土壌の水分分布を容易に知ることができる。また，別に測定した六度から，纒度 分布，さらに地申熱流量も知ることができる。
ここでは，土壌申における，水分と渥度分布，水と熱の流れを総合的に計測する装置を試作した（粕渕 ユ981）。内容としては，土壌申の12点の測度と熱伝導率を約3分間隔で測定し，紙テープに出力する。
このあと電算機処埋により，経鋳的な土壌の水分分布，温度分布，水分流量，竹流壷を知ることができる ものである。装置のブロックダイヤグラムを図照一ユー16に，装置の主要部分を写真1に示す。
得られた装置の精度は，実験室で，温度測定：誤差±0。5℃，熱伝導測定誤差3％以内，水分量換算で5
％以内である。
温 度 検 出 端
Q
冷 点 補 償 器
自
動 切 替 器
ジ ユ
ル
熱 電 源
増 巾 器
演 算
記 録 器
図皿一1−16．土壌水，熱フラックス測定装置のブロックダイヤグラム（粕渕 ig80）
写真ユ．土壌水，熱フラックス測定装麗の外観
（2）土壊中における物質移動過程のモデル化とその応用
土壌水中にとけこんでいる物質の動きは，土壌水の動きと密接に関連しているが，その関係はかなり複 雑である。エスカレーターにのっている人を例にとると，話は，わかり易くなる。エスカレーターにのり，
じっと立っている人は，エスカレーターと全く岡じ動きをしている。土壌水の流れと溶質の流れとの関係 は，このような訳にはゆかない。多数の人が，ものすごく由の広いエスカレーターに，同時にのりこんだ
と想像しよう。ある人はエスカレーターの階段を上り，ある人はそれを下り，他の人はじっと立っている とする。土壌水中の溶質の流れは，この状態によく似ている。その場合，エスカレーターが土壌水の流れ に，人間の動きが溶質の流れに相当する。
闘題は，上ってゆく人，じっと立っている人，下ってゆく人の割合がどのようになっているか，また，
人がどの位：の速さで上ったり下ったりしているかを実験で確かめることと，それを予測する式を見出すこ とである。
ガラス球を用いて実験を行ったところ，水の流速が早くなればなるほど，また，ガラス球の水分が小さ いほど，水の流速と異なった流速で動く溶質の割合が大きくなることがわかった。つまり，エレベーター の速度が小さいほど，また，巾が狭いほど，じっと立っている人の割合が小さくなるのである。また，そ の動きを，かなりの精度で予測できる式を見つけだすことができた。
（3）耕土州内における肥料成分の動態の解明
農林酔態系におけるエネルギー，物質の流れを解明するプロジェクト研究の一環として，耕土層内にお ける施肥成分の挙動を数量的に解析している。この研究によってさまざまに設定された諸条件下での物質 移動を数理モデルにより予測できるようになり，作物等の最適環境作出に必要な基礎的知見が得られ，省 資源および環境保全に資することができる。
当研究室で開発した肥料塩の溶解速度式とイオン移動モデルを組合せた溶解一移動モデルについてその 妥当性と予測性を検討した◎吸着特性の異なる結晶性と非結晶性粘土を含む土壌を用い，施肥カリウムと
アンモニウムイオンの移動を水飽和透水条件下で，施肥量と透水速度を変えて実測し，数理モデルの適合 性を確めた。結晶性粘土を含む土壌（沖積水田土壌）ではかなり的確に上記2成分の移動を把握できるこ
とが確められた。しかし非結贔性粘土を含む土壌（火山灰土壌）では数値モデルの改善が必要であり，こ れには非結晶性アロフェン粘土の吸脱着機購に関する理論的解析の進展が要請された。
結弾性粘土を含む土壌において，カリウムとアンモニウムイオンの耕土層外への移動は減水深3α湘当 以上では透水量の大小は重要でなく，土壌の塩基交換容量（CEC）が決定的因子となること，またCE
Cが小さい砂質土壌でも全層施肥のようなイオンと粘土との接触を増す施罷法によって成分の溶脱を最小 限に防止できることが理論的に確められた。さらに圃場条件での局所施用した窒素肥料の移動分布の測定 値と数理モデルの理論簸は比．較的よく一致し，モデルの汎用性が確められた。
引き続いて，現在非飽和水分土壌（畑水分）で，降雨，灌水条件下における物質移動モデルの開発を進 めており，数量化を図るに必要な基礎的検討をほぼ完了した。対象成分を窒素とカリウムにしぼり，窒素 については土壌学のアンモニア化成と硝駿化成を含む数理モデルとする。
皿一2 施設環境に於ける好滴環境の作出
サブリーダー内藤文男 1．研究目的
当プロジェクトが計画された時点では，表記の諜題を第一期から実施することになっていた。しかし，
第一期の成果の評価と第二期計画の見直しが行われた際，2年おくれて55年度から研究が始められる当 課題は照一1に移して，「生産環境の成立機構の解明」を目的とするよう改められた。このため，関係研 究室では，それぞれ試験研究計爾の変更と一部手直しを行い，lll−iを構成する他の中課題と並行して、
施設生態系における物質とエネルギーの流れと収支を明らかにすることとした。
これを構成する小課題は，①施設における空気分布の解明，②生体応答に基づく施設環境の最適制御法 の瀾発，③閉鎖生態系における養分の流れと制御法の3課題である。即ち極めて囲いフイルム等で被覆さ れた施設は，一種の閉鎖生態系である。ここではg被覆物及びその間隙を通して，施設外の開放生態系と の闘で物質とエネルギーの交換が行われる。同時に施設内では，培地ヨ頂物一施設内空間との間に物質
・エネルギーが循環する。この2面における流れと収支を解難して，流れの障害となる部分の改善対策を 環境制御と主物主体情報処理の立場から追求しようとするのが本課題の羅的である。
2．研究成果
1）施設における空気分布の解明
開放生態系と施設生態系との間の物質・エネルギーの交換は，施設における放射収支及び熱収支を解く ことにより明らかにされたQ調えば，暖房時，施設内を一定温度に維持するために聞えられた熱は壁面貫 流熱，換気伝達熱，及び地中伝達熱として消費される。このうち前2項についてはそれぞれ独立して，あ るいは一括しだ放熱係数として基準値が明らかにされ，「高能率幽芸施設計画・設計基準に関する研究成 果（技会事務燭1980）」等に収録されg暖房計画，施工に活用されている。しかしながら，これらは施 設内を完全に混合された1つのブロックと仮定した。いわゆる集中常数系における制循理論1こ従うもので ある。これに対し，最近，より準率の高い施設の利用法や環境制御法を開発するには，施設内環境要素 の分布を重視した，いわゆる分布常数系における制御理論の研究が必要と考えられるに至っている。
このような観点から，換気時における施設内空閥の物理量の分布を2次断面で表わし，開放生態系との 物質・エネルギーの交換を流体力学的に解明する研究が行われた。
その第1段階として，連続の式，ナビア・ストークスの運動方程式，エネルギー方程式，物質拡散方程 式を基礎方程式として用いて渦度拡散方程式を導き，テーラー展開によって差分近似し数値計算を行った。
また，並行して，ナビァ・ストーク：方程式を直接差分近似し，流速と圧力を岡時に求めるMAC法を用い て数値解析モデルを作成した。なお，ここでは，空間の流れを非圧縮性粘性流として扱い，また，温度によ る空気密度の変化については，運動方程式の浮力項のみを考慮した。そうして，無次元グラフホップ数を
108，レイノズル数104，プラントル数0．72を与えた場合の空気分布線，温度分布，流速分布を表わす図 を作成した。（図狐一2−1）
また，レイノズル数を105として，施設内外の流れを連続させて同時解析した。