微生物の局所的偏在性効果が土壌の物理性に及ぼす影響に関する研究

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微生物の土粒子上における局所的偏在効果により、クロッギング現象に透水性の異方性が発現することを、昨年度は5cm角の立方体カラムおよび暑さ1cmの直方体カラムを用いたカラム実験により検証した。その実験結果を元に、異方性のモデルを作成した。1つ目のモデルは、カラム全体に均質かつ異方的に透水係数の低下が起こるという1層モデルである。この異方性は微生物の局所的偏在効果によって説明される。実験結果の詳細な分析により、このモデルでは完全に説明ができないことが示された。2つ目のモデルは、クロッギングの起きた層と起きなかった層の2層が形成されるという2層モデルであり、3つ目のモデルは、クロッギングが著しく起きた層と、わずかに起きた層、起きなかった層の3層が形成されるという3層モデルである。いずれのモデルでも実験結果を説明することはできた。このことは、透水性の異方性には、微視的な局所的偏在効果だけではなく、層の形成による巨視的な異方性があることを示している。後者の巨視的な異方性については、従来クロッギングの層厚が数ミリメートルと大変薄く、層厚と透水係数を実測することが困難であることが問題視されている。2層モデルおよび3層モデルでも、この点がネックであった。そこで、4つ目のモデルとして、クロッギング係数(クロッギング層内の透水係数/クロッギング層厚)を定義した。クロッギング係数を用いることで、層厚および透水係数を測定することなく、クロッギングの程度を示すことができ、クロッギングの起きた土壌の透水性を記述することができる。すなわち、鉛直一次元流れにおける薄層クロッギング現象について、統一的な記述をすることができるようになった。この理論を、たとえばクロッギングが問題視されている揚水井のような円筒座標系といった、異種の流れの場にいかに適用していくかを、今後の課題とする。