Prediction of water, heat and solute transport in freezing soils with salt segregation for sustainable usage of cold regions

预测冻土中盐分离的水、热和溶质运移，以实现寒冷地区的可持续利用

• 批准号: 22H02455
• 负责人: 渡辺 晋生
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Mie University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02455/
• 关键词: 土壌圏現象; 環境変化; 凍上・凍結; モデル化; 不凍水; 塩分移動; 凍結融解サイクル; 蒸発; 近赤外スペクトル; ハイパースペクトルカメラ; 凍土・凍上

令和4年度は本研究の初年度にあたるため、まずは凍結過程にある土中の溶質移動を確認することを目的とした。そこで、一次元カラム実験において地表に凍結融解サイクルを与える最適な方法を模索し、恒温水循環型の温度制御基部で底面に水分フラックスのない定温温度境界を、低温庫内における開放型制御で地表に自由蒸発が可能な周期的温度境界をそれぞれ与えることとした。また、凍土中の不凍水量や塩濃度を測定できるよう、TDRの検量と解析モデルの検討を行った。そして、異なる種類と濃度のナトリウム塩を含む土の一次元カラム凍結融解・蒸発実験を行い、その際の水分・熱・溶質移動を観測した。その結果、土に凍結融解サイクルが与えられると、凍結の進行にともないより深い位置の水が凍土層に引き上げられることで融解期に表層が湿潤に保たれ、凍結融解を与えない場合より地表からの水分蒸発が促進されることが定性的に明らかになった。また、溶質濃度が高いほど凝固点が低下し、凍結が進行しても氷の生成量が少なく、凍結の進行が速くなる一方深部からの水分移動が少なくなること、重炭酸塩は土中で炭酸塩となり沈着するため凍結融解サイクルを与えてもあまり移動しないこと等が明らかになった。また、試料の凍結面近傍の観察系にハイパースペクトルカメラを導入した。ハイパースペクトルカメラでの土壌観察の基礎的知見を得るため、近赤外分光装置で様々な土のスペクトルを取得し、主成分解析により水分量や可給態窒素、各種栄養塩を測定する検量線を作成した。またこの際、同地区の土壌で作成した検量線であれば地区内の土壌分析に十分な精度が得られるが、他地区の土壌分析精度が著しく落ちること、一方、県内レベルでばらついた土壌で検量線を作成すれば、精度は高くないものの、比較的多くの土壌の分析ができることを明らかにした。

The purpose of this study is to confirm the solute movement in the soil. The optimum method for freezing and thawing the surface of the earth is to simulate the temperature control system of constant temperature water circulation type, the temperature control system of constant temperature, the temperature control system of open type, the temperature control system of free evaporation on the surface of the earth, and the temperature control system of possible cycles. The determination of unfrozen water and its concentration in frozen soil and the analysis of TDR data are discussed. For example, the concentration of different species and species, the primary element of soil, the freezing and melting, the evaporation process, and the moisture, heat, and solute movement during the process are measured. As a result, the soil freezes and melts, and the freezing proceeds, the water in the deep position, the frozen soil layer, and the surface layer are kept wet, and the freezing and melting process promotes the evaporation of water in the surface layer. In addition, the solute concentration is so high that the freezing point is low, the amount of water produced during freezing is so small, the speed of freezing is so fast that there is so little water movement in the deep part of the body, and the carbonic acid in the soil is so deep that it freezes and melts and moves. The test system near the frozen surface of the sample is introduced. The basic knowledge of soil observation is obtained, and the soil sample is obtained by near-infrared spectroscopic device. The principal component analysis is performed, and the water content, the available state element, and the measurement line of various nutrients are prepared. The accuracy of soil analysis in the same area is very high. The accuracy of soil analysis in other areas is very high. The accuracy of soil analysis in one area is very high. The accuracy of soil analysis in other areas is very high. The accuracy of soil analysis in other areas is very high.

项目成果

凍結過程にある土中のアイスレンズのハイパースペクトルカメラを用いた観察

使用高光谱相机观察冻结过程中土壤中的冰透镜

• 发表时间: 2022
• 作者: 鈴木健大;渡辺晋生
• 通讯作者: 渡辺晋生

Application Development and Practice Model for Radiation Education

辐射教育应用开发与实践模型

• DOI: 10.1541/ieejfms.142.300
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials
• 作者: 徳本家康;廣住豊一;坂井 勝;西脇淳子;加藤千尋;渡辺晋生;溝口 勝;石川洋平
• 通讯作者: 石川洋平

凍結・融解が土中の炭酸水素ナトリウムの移動に及ぼす影響

冻融对土壤中碳酸氢钠运动的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 中村真也;木村匠;長岡湧郎・長野峻介・藤原洋一・一恩英二・藤原正幸;韓韋男, 渡辺晋生
• 通讯作者: 韓韋男, 渡辺晋生

Estimation of rice lodging severity and soil available nitrogen in a paddy field based on UAS images

基于无人机图像的稻田水稻倒伏严重程度和土壤速效氮估算

• 发表时间: 2022
• 作者: Nozomi Sato;Nobuhito Sekiya;Yoshihiro Iijima;Takeshi Tsuji;Kunio Watanabe
• 通讯作者: Kunio Watanabe

粘性土の凍結膨張に影響する土中の水分移動に関する研究

土壤水分运动影响粘质土冻结膨胀的研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 相馬 啓;佐野夕薫;渡辺晋生;鈴木健大
• 通讯作者: 鈴木健大