大惣川は、圃場整備されてからは生活排水の流入の少ないほぼ完全な農業排水路となった。長さが3.8�qで、流域面積1.3�q２(ほぼ全域が水田)をもつ。川幅は表7-1-1で示す通りで、水深５�p流速0.5�q/h(秋から冬)から水深50�p流速２�q/h(春から夏)程度(St.�Gから�H)のコンクリートで囲われた真四角な川である。また、標高差が小さくSt.�@から�Kで２ｍあるかないかの程度である。St.�@の上流は平坦で水の流れは弱く溜まっただけオーバーフローする。St.�Hから�Kまでは、ほとんど傾斜がなく流れも緩やかで琵琶湖の水位や風向きによっては逆流することもある。また、St.�Hから�Kの水位は琵琶湖の水位そのもので、春から夏には１ｍを越え、秋から冬は底を流れる程度になる。この様子は、図7-1-2に示した。

 　揚水がある春から夏(４月中旬から９月上旬)には、7:00から19:00(６月中旬の中干しの時期などは、間引き運転あるいは短縮運転される)までポンプが稼動する。St.�Hから�Kには、時間と共に徐々に新しい水が混ざってゆく。2002/8/18の6:00から２時間おきに水温、電気伝導度、pHを測定した(図7-1-4)。7:00にポンプが稼動して、St.�@から�Gまではほぼ一斉に揚水の性質に近づくが、St.�Hから下流が一様な性質を示すまで５時間以上(12:00以降)かかることが分かる。St.�Hから下流の滞留域では、上流域とは異なった水環境が存在している。

 　図7-1-5は、底質土に含まれるPO４３−とNO３−の量(乾燥土100ｇ当たり)を調べたものである。St.�Aから�Gは常に水が流れていて泥の堆積も少ないが、St.�@とSt.�Hから�Kでは流れが緩やかかあるいは流れない状態にあり泥の堆積量も多い。堆積した泥には栄養分が吸着され下流域ほどその量も増えている。

 　大惣川ではたまたま標高差が小さく、下流域で若干の浄化機能をもつ結果となった。河口では大量の土砂が堆積し、重機で取り除く作業が行われているが、どちらかと言えば厄介物扱いされている。農業排水の琵琶湖に対する環境負荷が過小評価され、あまり広く知らされていないからであろう。

　圃場整備における排水路は、簡単に言うと「深く」「真っ直ぐ」に施工し、早く安全に水が流れ落ちるように設計される(表7-1-2)。近年、農業における環境問題が語られるようになり、農村生態系の保全を目的とした水路の設計基準が新しく模索されている。その内容はこれまでのものと相矛盾するものであり、技術の面と経費の面で課題が多い。2001年に土地改良法が改正され、土地改良事業の施行に当たっての基本原則に「環境との調和への配慮」が新たに位置づけられた(第１条)。「配慮」という緩やかな表現でどこまで改善されるかは疑問があるが、これからの技術の改良によって、法政面でも更に改善されることを期待している。

２．水田土壌による浄化能力

 　水田における代掻き水が農業の悪玉の代名詞のように言われる。図7-2-1は大惣川の上流から下流まで(図7-1-1大惣川マップを参照)のpHと電気伝導度を調べたもので、稲作の各時期における特徴的なものを示している。上流におけるpHは琵琶湖での値とおおむね一致すると思われる。下流に流れるしたがってpHは下がる傾向を示しており、どの時期でも同じ傾向を示している。電気伝導度は、用水が有るのか無いのかで大きく異なる。用水が有る場合、用水が水田からの排水をかなり薄めているので、用水とほぼ同じ値150μs/�p弱を示す。用水が無い場合、水田からの排水の性質をより良く表し250μs/�pから300μs/�pほどの大きな値を示す。下流域では、どちらの場合でも大きな変化は無く常に200μs/�p前後の値である。これは、７−１でも示したように、下流域では流れが緩やかで、水が時間をかけてゆっくり混ざり合うことによるが、底質の泥が栄養分を吸着している可能性が十分ある。

　図7-2-1Aは代掻き水が最も多く落水される時期のもの、図7-2-1Bはほとんどの水田で田植えが終り落水はそれ程多くない時期のものである。化学肥料の溶出にどれ程の時間がかかるのかは確認していないが、代掻き水の表面排水による栄養分の流出は一般に言われているほどは多くないのではないかと、私は考えている。図7-2-1Cは中干しの時期、図7-2-1Fはほとんどの水田で収穫を終えた時期で、それぞれ用水の無いときのものである。表面排水による栄養分の流出より、地下浸透による流出の方がより大きいのではないか、と考える。

 　図7-2-2は、pHと電気伝導度の関係を表したものである。上流はSt.�A〜�Gを、下流はSt.�H〜�Kを表し、それぞれ月毎に測定値を平均してある。４月から８月まで用水が大量に流れる時期には、用水つまり琵琶湖の水のpHの変化をほぼ反映している(図7-2-3)。用水の電気伝導度は、150μs/�p弱でほぼ一定している。排水は用水でかなり薄まるので濃度測定だけでは汚濁の程度を捕らえにくい。

　近江八幡市環境課では、琵琶湖に流出する河川の水質調査を月毎に調査を継続している。大惣川St.�Hでの調査データを６年間分提供していただき、特にリンと窒素について考察してみた(図7-2-4)。大量の用水で薄まっているので、濃度測定だけでは実際を把握しづらい。St.�Gから�Hにおけるおおよその流量を推定してみた。

　　４月下旬〜９月初旬　川幅３ｍ、水深40�p、流速1.5�q/hより　1800�d/h
　　その他の時期　　　　川幅３ｍ、水深５�p、流速0.5�q/hより　75�d/h
　　４月と６月の中干期　ポンプの稼働時間から1800�d/hの1/3と推定すると　600�d/h
　　９月　　　　　　　　ポンプの稼働時間から1800�d/hの1/6と推定すると　300�d/h

図7-2-4に、この流量を元に推定されるリンと窒素の絶対量をグラフに表した。年間の総量は、リンが500�s窒素が5600�sとなる。St.�Hより上流の水田面積はおよそ0.9�q２であるから、10ａ当たりに換算するとリン0.6�s/10ａ窒素6.2�s/10ａとなる。４月下旬から９月初旬までの流量の合計は、およそ510万�dであり、この用水中には琵琶湖由来のリン・窒素が含まれている。琵琶湖のリン濃度を0.01mg/L、窒素濃度を0.3mg/Lとすると、用水中のリン50�s、窒素1500�sは琵琶湖由来のものとなる。差し引き水田からの流出量は、リン450�s、窒素4100�sであり、水田10ａ当たりに換算するとリン0.5�s/10ａ、窒素4.6�s/10ａとなる。

 　水稲栽培における施肥基準の概ねは、リン７�s/10ａ窒素10�s/10ａ程度である。４月末から５月初旬にかけての代掻き・田植えでその半量(元肥)を、７月には半量を出穂をひかえ２〜３度に分けて(穂肥)施肥される。５月と７月に排出量が増えるのはそのためであるが、表面排水の比較的多い４月と６月に、排出量がそれ程多くないのは意外に思える。繰り返しになるが、排水路の落差高による水田からの浸透水や暗渠排水による栄養分の流出と、水田土壌による浄化機能とを対比し、水田における栄養分の収支として捕らえる研究が必要である。

図7-2-5　土壌中の粗孔隙 みのる産業株式会社ＨＰより

　圃場整備により水田と排水路との水位に１ｍ程の落差ができた。水田を乾田化するためであるが、そのことによって水田の栄養分が地下浸透によって排水路へと流出する。よって、表面排水、暗渠排水、地下浸透が合わさったものが排水路に流出することになる。表面排水が行われるのは、代掻き･田植えの時期、中干しの時期、突発的な大雨の時に限定される。暗渠排水は、収穫の時期から乾田化のために行われる。地下浸透は圃場整備以前の水田には無かったもので、農家が意図しなくても避けられず漏れ出てしまうものである。
　理想的な水田土壌では、土が団粒化し水分や栄養分を保持し、団粒の間隙を水が通り通水性が向上する。保水性と通水性という一見相矛盾する性質を併せ持つ。農業が近代化され、農薬や化学肥料に依存し、また過度の耕起と代掻きによって、土壌構造が悪化し保水性と通水性が劣化している。水田の地力が低下していると言われるのはこのためである。こういった水田では、肥料の成分が流出しやすくなお肥料を増やさなければならなくなる悪循環に陥ってしまう。
　不耕起稲作は、近代的な稲作とは相反するため批判されることが多い。その批判の主な内容は、�@「耕起しないため土壌の有機質が減少する。」�A「肥料を地表にしか散布できないので流出しやすい。」の２点である。私は、こう反論したい。不耕起水田では耕起をしないために、長年にわたる稲の根の腐食質が蓄積する。また、その根が腐食した後にできる孔隙が増え、地表から肥料の成分や酸素を地下に運ぶ。耕起しない間に充実した団粒構造は、これらの栄養分を保持することになる(図7-2-5)。
 　このことを確かめるため水田の土壌分析を行った。減水深の大きい水田と小さい水田、不耕起水田(不耕起稲作を３年間継続した圃場)と一般水田(不耕起水田と隣接した圃場)の４つの組み合わせで調査をした。どちらも元々はあまり良い圃場とは言えないものである。採土の位置は、通水の条件を揃えるため圃場中央の排水路側壁から５ｍとした。

　図7-2-6は、４圃場それぞれの深さ50�pまでの土の水分と有機質の量を調べたものである。105℃で強制乾燥しその減量を水分、更に550℃での強熱減量を有機質量(結合水を含む)とした。水分量・有機質量共に乾燥重量を基にした質量比である。

水分量の調査結果より　不耕起水田の両結果を比べると、その傾向がよく似ている。どの深さでも20％から30％の間のほぼ同程度の値を示している。それぞれ一般水田での結果が不耕起稲作を行う以前の姿であったと考えると、減水深の大きな圃場では保水性を向上させ、減水深の小さな圃場では通水性を向上させたと思われる。

有機質量の調査結果より　一般に言われるほど減少していない。むしろ一般水田より増えている部位もある。

　採土したのは収穫を終えた2002/9/23で、土壌改良剤などを散布される前に、稲の収穫後の残留栄養分を調べた(図7-2-7)。PO４>３−、NO３−共に水溶性であり、保水性の良否によって残留の多少が決まる。

PO４３−の調査結果より　減水深の小さい圃場では違いが見られない。元々通水性が悪く、還元条件でリンは水溶性を示し下降により下層に移動しやすくなる。そのため、５�p程の浅い部位に残留が多い。減水深の大きい圃場では、保水性の良い不耕起水田に多くの残留を確認できる。元々通水性が良いので浅い部位で残留が少ないが、不耕起水田の10�pから20�pに多くの残留を確認できる。

NO３−の調査結果より　アンモニア態窒素は土壌に吸着されるが、酸化され硝酸態窒素となると下降し下層に移動する。下層で還元条件に変わると窒素ガスとなり空中に放出される。不耕起水田と一般水田でその傾向に大きな違いは無いが、不耕起水田のほぼ全層で若干残留の多さを確認できる。保水性の改善によるものと考える。

　私の実験水田で不耕起稲作を行ってまだ３年を経過したばかりである。さらに継続することによって、通水性・保水性の改善がどう進行するのかは不明な点が多い。岡山農業試験場の報告よれば、不耕起稲作を20年以上継続した水田において一般水田を上回る収穫を得ていると言う。通水性を保ちながら保水性を改善させることによって、肥料による栄養分の地下浸透による流出をかなり防げるはずである。さらに肥料の節約と健全な稲の生育を得ることができる。

　農業の環境負荷が語られる場合、水田の化学性と物理性のみが問題にされる。私がもう一つ問題にしたいのは、生物性である。有機肥料をさして生物性というのではなく、生物体そのものである。収穫を終えた水田を掘ってみると大量の生き物を見ることができる。肉眼で見られる物では、ドジョウ・タニシ・ザリガニなどがいる。収穫後の不耕起水田を５ｍ四方深さ５�p掘ったところ、ドジョウは掘っている間にどんどん潜ってしまうので実数をつかめないが、約400匹を捕獲できた。10ａ当たりに換算すると16000匹となる。ドジョウ１匹が５ｇとすると、80�sの重量となる。これは、リン1.9�s窒素2.2�sに相当する。不耕起水田には冬期にも昆虫類・微生物・植物体などの有機質を含んでおり、かなりの栄養分をもっている。この栄養分は空気中の窒素や他から飛来した物など水田の外からもたらされる物も多くある。栄養分の循環を生物体により積極的に行う研究は、今まさに必要であると考える。