博士（農学）李 里漫 学位論文題名
積雪寒冷地域における傾斜農地の保全に関する研究
学位論文内容の要旨
1．はじめに
近年 ，科 学 技術 と工 業 生産 が飛躍的に 向上する一方，食 糧や工業原材料の 増産に伴う圧迫によ り 農地 の開 発 と過 酷な 使 用が 進められ， 森林の破壊，土壌 流失などの問題が 生じている。農地の 劣 化， 砂漠 化 に関 する 議 論が 盛んに行わ れるなど，土壌侵 食や農地保全の問 題が注目され，重要 な研究課題 とナょっている。 日本でも，経済の発 展，工業生産の拡 大などから土地利 用状況に大き な 変化 が生 じ つっ ある 。 農地 開発が広い 範囲で行われると 同時に，農地は外 周部の山間，丘陵地 へ 押し やら れ る状 況に あ る。 一方，傾斜 農地の造成で自然 の植生や地形が改 変されることによっ て ，地 表・ 地 盤の 平衡 安 定系 が乱され， 圃場面侵食や法面 崩壊が発生しがち になる。これらの侵 食 ・崩 壊・ 土 砂流 亡な ど は， その地盤形 状の安定性の問題 としてのみだけで なく，その周辺部の 問題として も注目され，極め て重要ナょ検討課題 となっている。ま た，凍結した地盤 の融解や融雪 流出にとも ナょう傾斜地の侵 食は，積雪寒冷地域の農地保全を考えるとき無視できない問題である。
本研 究は， 積雪寒冷地域の農 地保全を目的とし （1）傾斜 農地，主に造成農 地の侵食機構および 影 響因 子（2）傾 斜 農地 へのUSLEの 適応 や 融雪 流出 に よる 侵食 お よび 地盤 凍結の影響 （3）保全 策 とし ての 圃 場の 維持 管 理と 営農形態， などにっいて検討 を加えたものであ る。なお調査は，国 営 農地 開発 事 業南 後志 地 区， 豊丘地区お よび北海道大学農 学部附属農場，附 属牧場において実施 した。
2．降雨による圃場 面の侵食
降雨 と侵 食 に関 する 因 果関 係の解明は ，農地保全に対し て基本的な課題で あると考えられる。
本 研究 では ， 枠試 験に よ り降 雨と表面流 出，土壌流亡など を観測し，圃場面 侵食実態調査を行つ た 。そ れら の 観測 結果 に 基づ き， 表 面流 出水 量 ・流 亡土量と降雨量 ・降雨強度． EI値（降雨の 運 動 工 ネ ル ギEと ピ ー ク 降 雨 強 度Iと の 積 ） な ど と の 関 係 に っ い て 検 討 を 加 え た 。 USLEの 適 応 性 を 検 討 す る過 程 で， 降雨 流 出係 数の 基 本指 標で あ るEI値と 流 亡土 量と の 相関 性 が確 認さ れ た。 また ，10分 雨量 と 時間 雨量 に よるEI値 と の相 関関 係 を検 討し，時間データに
よるEI値推定の可能性を 示した。融雪期の実 沮I亅流 亡土量から求められた融雪流出係数を用いて，
積 雪 寒 冷 地 域 の 降 雨 流 出 係数 と 土壌 係数 を 求め る修 正 方法 を提 案 した 。USLEに基 づく 枠 試験 の 結果 ， 南後 志地 区 ，附 属農 場それぞれ の降雨流出係数は194. 19，132. 75而．tf/(ha． hr)， 土壌係 数は1． 02x i0‥ ，7．74x 10‑'z hr．t／(tf・而）と算定された。また，南後志地区の作物 管理係 数として，馬鈴薯O．44，小 豆O． 41，ビートO．36，牧草マルチO．17，牧草O．09，自然ササ O．04が 得られた。ま た，圃場に発生した ルル侵食を調査し た結果，リル侵食 量は126. 4〜166．4 t /(ha． yr)と推 定 され ，土 壌保全にと ってりルの影響が 大きいことを確認 した。季節別の降雨 特性と 侵食にっいても検 討を加え，秋は土壌 係数が大きく，侵 食が発生しやすい ことを指摘した。
3.融 雪・融解と侵食
北海 道 は積 雪が 多 く， 一部 の地域では 地盤凍結も発生す る。融雪・融解に よる侵食機構を把握 し ，防 災 措置 を確 立 する こと は北海道の 農地保全上重要で あり，融雪による 侵食性の評価，侵食 流 亡土 量 の予 測な ど にっ いて 検討する必 要がある。本研究 では，南後志地区 の傾斜基準枠におい て 融雪 侵 食調 査を 行 い， また 附属農場の 傾斜試験枠では積 雪・融雪，凍結・ 融解，融雪流出，土 壌流亡 などを観測し，そ れぞれ検討を加えた 。
附属 農 場に おけ る 積雪 深と 積雪密度の 観測により，最大 積雪相当水量は融 雪期の直前にあらわ れ るこ と を確 認し た 。ま た， 融雪枠によ る調査で積雪期の 融雪状況を時間ご とに観測し，融雪が 本 格的 に 開始 する 以 前で も融 雪が連続的 に発生することを 明らかにした。地 盤が凍結する場合に は ，融 雪 によ る流 出 水量 と流 亡土量は， 地盤が凍結しない 場合よりはるかに 多いことが確認され た 。地 盤 の凍 結・ 融 解前 歴に よる降雨侵 食への影響にっい て観測した結果， 凍結・融解によって 地 盤 の 浸 入 性 が 増 大 す る 反面 ， 表土 の耐 食 性は 低下 す るこ とが 推 定さ れた 。USLEの降 雨 流出 係 数 の 補 助 的 係 数 で あ る 融 雪 流 出 係 数Rsに っ い て 検 討 し ，USLEの 算 出方 法 がこ れら の 調査 地 区で は 過大 評価 に なる こと を指摘する とともに，冬期間 降水量あるいは積 雪相当水量に基づく Rsの 換 算 乗 数 に っ い て 検 討を 加 えた 。南 後 志地 区， 附 属農 場に お ける 融雪 流 出係 数Rsは ，そ れ ぞ れ16. 43，O．32而．tf/(ha． hr)で あ り，Rsの 換 算乗 数(USLEで は1．O）は ，O．01およ びO． 25と推算された。 また，附属農場の調 査より，地盤が凍 結する場合の融雪 流出係数は，不凍 結地盤 の場合の13倍ほど 大きな値となった。
4．造成農地の 法面保全
改良 山 成畑 工に よ る大 規模 な農地造成 事業では，大量の 切盛土工が実施さ れる。原地形を大幅 に 変え る とと もに 土 地の 耐食 性，地盤の 支持力，地下・地 表水文環境などを 変化させる。このた め 圃場 末 端に 位置 す る法 面に 負担がかか り，法面の崩壊が しばしば発生する 。本研究では，降雨
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・融 雪によ る盛土 法面 の崩壊 機構を 解明す るとと もに ，有効 な保全 策を確 立す るため ，法面崩壊 の現 場調査 および 室内 土質実 験を実 施して 検討を 加え た。
南後 志地区 と豊 丘地区 におい て現地 調査 を行い ，各地 区の気 象・地 形・ 圃場形 態・地下水条件 など の面か ら，法 面崩 壊に対 する主 な影響 因子を 検討 した。 造成圃 場およ び盛 土法面 の締固め状 況に よる影 響を検 討す るため ，現地 で簡易 貫入試 験を 行い， 地盤の 性状と 崩壊 との関 連にっいて 検討 を加え ，造成 地盤 の不均 一性が 法面保 全問題 に関 与する ことを 確認し た。 地下水 の挙動によ る影 響を検 討する ため ，圃場 〜盛土 法面に おいて 地下 水位を 観測し た結果 ，降 雨によ って崩壊部 分の 地下水 位が大 幅に 上昇す ること が認め られた 。ま た，法 面崩壊 に対す る浸 透流の 影響を検討 する ため締 固め土 の浸 透破壊 試験を 実施し ，供試 体密 度の低 下とと もに限 界動 水勾配 が減少する 結果 を得た 。
5.小 流域の 流出特 性
大流 域では ，流 域内各 局部の 地形， 地質 ，地表および気象条件のバラツキが大きく，流出のピー ク流 量は互 いに相 殺， 重なっ てしま い，全 体的に より 円滑， 起伏の 緩い流 出特 徴にな る。それに 対し て，小 流域で は， 流域内 の諸条 件が比 較的均 一で ，出水 が大流 域より 速く ，ピー ク流出の集 中性 が強い と推測 され る。
農地 保全か ら考 えると ，改良 山成畑 ，傾 斜放牧 地など 小範囲 での融 雪・ 融解に よる侵食，圃場 排水 問題な どに関 して 流出域 自体が 問題と なるた め， 圃場規 模ある いは極 めて 小さい 面積にっい て降 雨，融 雪によ る流 出特性 の検討 を進め る必要がある。また，圃場排水システムの計画，設計，
防 災 策 を 確 立 す る た め に も 小 流 域 の 流 出 特 性 を 把 握 す る こ と が 必 要 と 考 え ら れ る 。 本研 究 で は， 附属 牧場に 放牧地 と自然 林地 のニっ の調査 小流域 を設定 して ，1988年3月，1989 年3月，1990年2〜3月 の融 雪 ・ 流 出 にっ い て ， ま た1988年9〜10月 の降 雨 を と もな う流出 につ いて 観測・ 解析を 行っ た。小 流域の 降雨に よる流 出は ，出水 が速く ピーク 後の 逓減も 速い。短時 間に 大きな ピーク 流出 量があ らわれ ，集中 性が強 い。 林地よ り放牧 地の流 出が 速く， ピーク流量 が大 きい。 融雪期 の流 出は， 気温の 変化と 対応し て日 周期変 動が見 られる 。融 雪期に 降雨がある 場合 には流 出量は 大き く増加 し，一 般的な 融雪量 の18‑‑ 25倍ほ ど大きくなることがある。観測結 果か ら融雪 係数mを求 めると ，放 牧地でO． 03mm（℃・hr)，林地で0．Olmm（℃・hr)の値を得た。
6.お わりに
傾斜 農地の 保全 問題に 及ぼす 影響因 子は 複雑多 岐にわ たる。 すなわ ち， 降雨・ 地形・土壌・植 生・ 営農体 型・管 理技 術など ，多く の因子 に左右 され ，また 積雪や 地盤凍 結に より問 題はいっそ う 複 雑と な る 。 本 研究 で は ，USLEを 適 用 して 検 討 す る こと に よ り ， 既知 の 情 報 とこれ らを連
結対 比する など ，積雪 寒冷地 におけ る傾 斜農地 の保全 を考え るうえ で有意義な結果を得ることが でき た。今 後と もこれ らの研 究が大 いに 発展す ること を期待 する。
学位論文審査の要旨
本 論 文は 総 頁 数233頁 で， 緒言・ 本論・ 総括 ・引用 文献か らなり ，本 論は4章よ り構成 され，
表56・図68 ‑写真18を含む 和文論 文であ る。
世 界的に 農地 開発が 広い範 囲で行 われ， 植生 や地形 が改変 される こと で地表・地盤の安定性が 変 化し， 圃場面 侵食や 法面 崩壊が 発生しがちとなるなど，農地の保全が重要ナょ検討課題となって い る。ま た，凍 結した 地盤 の融解 や融雪 流出に とも なう傾 斜地の 侵食は ，積雪寒冷地域の農地保 全 を考え るとき 無視で きな い問題 である 。本研 究は ，積雪 寒冷地 域の農 地保全を目的とし，傾斜 農 地 ， と くに 造 成 農 地 の侵 食 機 構 お よ び影 響 因 子 ，USLEの 日本 へ の 適応 性，融 雪・融 解に よ る 流 出 と 侵 食 ， 小 流 域 の 流 出 特 性 ， な ど に っ い て 検 討 し た も の で あ る 。 圃 場 面侵 食 の 量 的 推測 を目 的とし たUSLEの 適応性 を基 準枠試 験の結 果から 検討 する過 程で，
降 雨 流 出 係数 の 基 本 指 標で あるEI値 と流 亡土量 との相 関性が 確認さ れた 。また ，10分雨 量と 時 間 雨 量 に よるEI値 の 相関 関係 の検討 から ，時間 データ によるEI値の 推定の 可能性 を確か めた 。 融 雪期の 実測流 亡土量 から 求めら れた融 雪流出 係数 を用い て，積 雪寒冷 地域において降雨流出係 数 と土壌 係数を 求める 修正 方法を 提案し た。ま た， リル侵 食を観 測し， 農地保全にとってりルの 影 響が大 きいこ とを確 認し た。季 節別の 降雨特 性と 侵食に っいて も検討 を加え，秋は土壌係数が 大 きく， 侵食が 発生し やす い季節 である ことを 指摘 した。
地 盤が凍 結す る場合 ，融雪 による 流出水 量と 流亡土 量は， 地盤が 凍結 しない場合より著しく多 い ことが 確認さ れた。 また ，地盤 の凍結 ・融解 前歴 によっ て浸入 性は増 大するが，表土の耐食性 は 低 下 す る こ と が 推 定 さ れ た 。USLEの 降 雨 流出 係 数 の 補 助的 係 数 で あ る融 雪 流 出 係 数Rsに っ い て 検 討 し ，USLEの 算 出 方 法 で は 過 大 評 価 と な る こ と を 明 ら か に し た 。 法 面の保 全に っいて 現場調 査を行 い，各 地区 の気象 ・地形 ・圃場 形態 ・地下水条件などの面か
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ら ，法面 崩壊に 対す る主な 影響因 子を検 討した 。造 成圃場 で，地 盤の性 状と 崩壊の関連にっいて 検 討を加 え，造 成地 盤の不 均一性 が法面 保全問 題に 関与す ること を確認 した 。また，締固め土の 浸 透破壊 試験を 実施 し，密 度の低 下とと もに限 界動 水勾配 が減少 する結 果を 得，現地の地盤性状
・地下水挙動と法面崩壊現象との関係を解明した。
小 規模の 集水 域は， 区域内 の諸条 件が 比較的 均一で ，出水 が大流 域よ り速く ，ピーク流出の集 中 性が強 い。ま た林 地より 放牧地 の流出 が速く ，ピ ーク流 量が大 きい。 融雪 期の流出は，気温の 変 化に鋭 敏に対 応し た日周 期変動 が見ら れる。 融雪 期に降 雨があ る場合 には 流出量は大幅に増加 することなどを現地観測の結果から確認した。
これらの成果は以下のように総括される。
1) USLEの 土 壌 係 数Kは ， 南 後 志 地 区， 北 大 附 属 農場 でlO．19x 10 ‑I，7．74x l0‑2hr．t／ (tf・ 而 ） と 算 出 さ れ た 。2） 融 雪流 出 係 数Rsを 検 討 し た 結果 ， 両 地 区 にお け る 換 算 乗数 は USLEで 規 定 さ れ る 値 の そ れ ぞ れ1／4，1／100と な ヮ た 。3） 地 盤凍 結 す る 場 合， 融 雪 水 の 平 均表面 流出率 は73/06に達 し，不 凍結圃 場の4％よ りは るかに 大きく ，侵食 流亡 土量も不凍結圃 場 よ り 著 し く 大き い 。4)融 雪 流 出 の 観 測結 果 か ら 融 雪係 数mを 求 める と ， 放 牧 地でO．03mm/
（ ℃ ． hr)， 林 地 でO．Olmm/(℃・hr)の値 を得た 。5)南 後志地 区での 観測例 で圃 場のり ル侵食 量 は126. 4〜166．4t／（ha．yr)と 推定 され， 面状侵 食量の280〜400倍 とな る。6）季 節別の 侵 食 量 は ， 北大 附 属 農 場 の 枠試 験 に よ る と， 融 雪 期 の3月 にO．2％ ，4〜5月3．3％ ，6〜8月27.1
％ ，9〜 11月69.4％ とな った。7)作物・ 牧草 および 自然植 彼の侵 食抑制 機能 が確認 された 。枠 試験から，馬鈴薯O．44，小豆O． 41，ビート0．36，牧草マルチ0．17，牧草0．09，自然ササO．04の作 物管理係数を得た。
こ れ らの 成 果 は ， 積雪 寒 冷 地 （ 北海 道 ） に お け るUSLE諸係 敬 の 確 定 の端 緒を みいだ すと と も に，小 流域に おけ る流出 特性を 明確に し，農 地保 全研究 に大き な進歩 をも たらした。審査員一 同 は 李 里 漫 が 博 士 （ 農 学 ） の 学 位 を う け る 十 分 な 資 格 を 有 す る も の と 認 定 し た 。
