1

水田農薬の動態モニタリングとモデル化農薬監視における

優先農薬の評価手法への提案

2

• 佐賀大学 . （農業工学、 1985 ） 土地改良社 . （ 1986 ） 青年海外協力隊 （ 1989 ） カンザス州立大学（農業工学、 1993 ） カリフォルニア大学デービス校（農業工学

1997 ） 農業環境技術研究所（ 1998 ～ 2000 ） 東京農工大学（ 2000 ～

渡邊裕純東京農工大学大学院農学研究科

3

カンザス州立大学（農業工学　 MS ｃ . 、 1991-1993 ）

耕起方法と農薬散布方法が農薬流出に及ぼす影響

4

カリフォルニア大学デービス校

（農業工学　 Ph.D. 、 1993-1999 ）草地帯を用いた果樹園からの殺虫剤の流出制御のモデルシミュレーション

5

農業環境技術研究所 水田農薬動態予測モデル（ PCPF-1 ）の開発 水田環境における農薬動態モニタリング

6

東京農工大学

農薬流出制御のための最適管理方法の開発・評価 水田ほ場、水田

群、流域モニタリング

シミュレーションモデル開発

3. Simulation model of pesticide runoff from paddy fields into river( Watershed scale)

2. Modified PCPF-1 model ( Paddy plot scale)

1. Micro paddy LYSIMETER

Paddy plots

River

Drainage canal

Percolation

DrainageIrrigationET

Kdiss, Kcom Cpw

3. Simulation model of pesticide runoff from paddy fields into river( Watershed scale)

2. Modified PCPF-1 model ( Paddy plot scale)

1. Micro paddy LYSIMETER

Paddy plots

River

Drainage canal

Paddy plots

River

Drainage canal

Percolation

DrainageIrrigation ET

Kdiss, Kcom Cpw

Percolation

DrainageIrrigation ET

Kdiss, Kcom Cpw

7

アウトライン• 水田農薬の流出• 水田農薬の動態研究の紹介• 農薬監視における優先農薬の評価手法へ

の提案

8

水田農薬の流出

9

Paddy field

55%4,794 4,794

(kilo-ha)

Upland field

25%

Fruit farm7%

Pasture land

13%

Paddy field

55%4,794 4,794

(kilo-ha)

Upland field

25%

Fruit farm7%

Pasture land

13%

水田面積( as 2001)

0

100

200

300

400

500

600

1986 1990 1994 1998

Tot

al p

astici

de u

se (10

00to

n)

Paddy field Orchard

Veg. Crop Others

農薬出荷量農薬学事典　 2001 ，ｐ 31

72%

49%

水田農業と農薬の使用水田農業と農薬の使用

水田で使用された農薬は非点源汚染の重要な部分を占める .

水田

10

登録農薬登録農薬

531528520501493473465461451登録有効性分数

12877551178失効有効成分数

15162615251315178新規登録有効性分数

226217304381287250380237271新規登録件数

530953235369543954345589578058826037有効登録件数

121110987654区分＼農薬年度

Currently Registered products

Newly Registered products

Newly Registered active ingredients

Dismissed products

Currently Registered active ingredients

20001992

531528520501493473465461451登録有効性分数

12877551178失効有効成分数

15162615251315178新規登録有効性分数

226217304381287250380237271新規登録件数

530953235369543954345589578058826037有効登録件数

121110987654区分＼農薬年度

Currently Registered products

Newly Registered products

Newly Registered active ingredients

Dismissed products

Currently Registered active ingredients

20001992

多くの農薬が登録されているがその動態は・・・？

http://www.greenjapan.co.jp/greenjapan.htmグリーンジャパン研究会

11

新製剤による省力散布

処理時期と主要除草剤

農薬の処理や散布方法によってその動態は変化する・・・？

農薬の多様化

12

http://www.env.go.jp/chemi/prtr/risk0.html 　環境省、 2001

水田からの農薬流出除草剤は田面水に直接散布圃場管理および水管理の問題 畑地からは散布量の数％（アトラジン、アラクロール、ダイアジノン）しかし水田からは数十％（メフェナセット、シメトリン、プレチラクロール、etc. ）に達する

内分泌かく乱作用の疑いがある７０物質の内、約４０物質は農薬であり、その１ / ２は現在登録されている農薬（環境庁、１９９８）

13

公共用水域等における農薬の水質評価指針　－　環境省（ http://www.env.go.jp/water/dojo/noyaku/law_data/f406kansuido0086.htm# 別表） Stn ②

0

5

10

15

20

25

4月28日 5月10日 5月22日 6月3日 6月15日2001

Con

c. (

mg/

l)

水田排水路におけるメフェナセット

濃度( By VU H. S. et al., 2002)

MCL

農薬名 種類評価指針値（ｍｇ／

Ｌ）エスプロカルブ 除草剤 0.01

シメトリン 除草剤 0.06

ブタミホス 除草剤 0.004

プレチラクロール 除草剤 0.04

ブロモブチド 除草剤 0.04

ベンスリド（ＳＡＰ） 除草剤 0.1

ペンディメタリン 除草剤 0.1

メフェナセット 除草剤 0.009

モリネート 除草剤 0.005

14

Pacific Ocean

Mt.Tsukuba

Sakura RiverSakura River

Lake Lake KasumigauraKasumigaura((nishinishi--uraura))

12

4 5

67

3

TsuchiuraTsuchiura--baybay

Pacific Ocean

Mt.Tsukuba

Sakura RiverSakura River

Lake Lake KasumigauraKasumigaura((nishinishi--uraura))

12

4 5

67

3

TsuchiuraTsuchiura--baybay

Co

nce

ntra

tion

( m

g/l)

5

040

1.5020

01

01

5

0

0

01

0

St. 3

Mar. Apr. May June July Aug

molinate

mefenacet

pretilachlor

cafenstrole

esprocarb

simetrynCo

nce

ntra

tion

( m

g/l)

5

040

1.5020

01

01

5

0

0

01

0

St. 3

Mar. Apr. May June July AugMar. Apr. May June July Aug

molinate

mefenacet

pretilachlor

cafenstrole

esprocarb

simetryn

3

St. 4

Mar. Apr. May June July Aug.

molinate

mefenacet

pretilachlor

cafenstrole

esprocarb

simetrynCo

nce

ntra

tion

( m

g/l)

5

040

1.5020

01

01

5

0

0

01

0

St. 4

Mar. Apr. May June July Aug.

molinate

mefenacet

pretilachlor

cafenstrole

esprocarb

simetrynCo

nce

ntra

tion

( m

g/l)

5

040

1.5020

01

01

5

0

0

01

0

St. 4

Mar. Apr. May June July Aug.Mar. Apr. May June July Aug.

molinate

mefenacet

pretilachlor

cafenstrole

esprocarb

simetrynCo

nce

ntra

tion

( m

g/l)

5

040

1.5020

01

01

5

0

0

01

0

4

桜川での水田除草剤の濃度 (S. Ishihara et al. 2000, NIAES)

霞ヶ浦

15

新しい水質基準等の制度の制定・改正

• 水質基準から農薬（１．３－ジクロロプロペン、シマジン、チウラム、ベンチオカーブ）が除外された。

• 農薬類については国民の関心が高いことから優先的に水質検査を行うことが望ましい。対象リスト１０１種の農薬から集水域で使用可能性のあるものを選定しその散布時期にあわせて水質検査を集中的に行うべきである。

16

農薬環境動態研究の迅速化

• 社会的期待– 生産者及び消費者の環

境への意識向上• 法的制約

– 水質基準– ＰＲＴＲ法、

• 農薬の多様化

• 解析・評価法の迅速化– シミュレーションモデ

ルの応用– ライシメター試験– データベース

• 分析方法の迅速化– ＥＬＩＳＡ法

理由 対策

17

水田農薬の動態研究• 水田ほ場での農薬動態　

– 農薬および環境動態モニタリング– 農薬動態予測モデル（ PCPF1 ）

• 流域スケールでの農薬動態– 水田流域での農薬動態モニタリング– 流域スケール農薬動態予測モデル

18

農薬動態モニタリングおよび室内実験

水収支

日射量

pH, Eh, 温度

農薬濃度

農業環境技術研究所

19

田面水および土壌表層中の農薬動態の概念図

かんがい

浸透

溶解脱着

吸着

光分解化学・微生物分解

排水

田面水

農薬供給層（１ cm ）化学・微生物

分解

１．田面水

水収支

農薬マスバランス

２．農薬供給層

降下浸透

農薬マスバランス

蒸発散降雨

脱着

揮発

20

農薬動態予測モデル（ PCPF1 ）

田面水中（上）および土壌表層（下）のメフェナセット濃度　の実測値と計算値

Herbicide concentrations in paddy water

0

0.2

0.4

0.6

0.8

0 10 20 30 40 50 60Days after herbicide application

Con

cent

ratio

n(m

g/L

)

Simu PW Obs. PW

Herbicide concentrations in pesticide source layer

0

5

10

15

0 10 20 30 40 50 60Days after herbicide application

Con

cent

ratio

n (

mg/

kg d

ry s

oil)

Simu SL Obs. SL

PCPF-1 　モデル　インプットデータシート

21

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60

Days after Herbicide Application

Her

bic

ide

Lo

ss

(% a

pp

lied

)

CDLP3.0

CDLP1.0

LDLP4

LDLP6

シミュレーションによる積算農薬流出量

常時灌漑排水

排水溝が高い

止水管理

シナリオの違いによる農薬流出を評価し農薬流出管理方法を開発

22

農薬流出制御のための最適管理方法

自動潅水装置 自動潅水装置 vs. vs. かけ流し管理かけ流し管理東京農工大学

23

モニタリング期間でのメフェナセットの

マスバランス

排水田面水

土壌表層

浸透

排水

自動潅水装置管理区 かけ流し管理区

0%

47% 44%

4.7%

0.01%38%0.01%

4.7%

分解 13%48%

自動潅水装置による止水管理は農薬流出制御の最適管理策である

24

水田集水域での農薬動態モニタリング

( 10ha 水田群レベル )

Block 3(2.43 ha)

ST①

ST②

ST⑧ ST⑦

ST⑤ ST④

ST③

Sakasa River

Irrigation pipe

Block 1 (3.78 ha)

Block 4 (2.88 ha)

Block 2(1.05 ha)

Rain gage ST⑨

Farm road

Plot 1

(I)

(III)

(II)

10 ha selected paddy field

Block 3(2.43 ha)

ST①

ST②

ST⑧ ST⑦

ST⑤ ST④

ST③

Sakasa River

Irrigation pipe

Block 1 (3.78 ha)

Block 4 (2.88 ha)

Block 2(1.05 ha)

Rain gage ST⑨

Farm road

Plot 1

(I)

(III)

(II)

10 ha selected paddy fieldST①

ST②

ST⑧ ST⑦

ST⑤ ST④

ST③

Sakasa River

Irrigation pipe

Block 1 (3.78 ha)

Block 4 (2.88 ha)

Block 2(1.05 ha)

Rain gage ST⑨

Farm road

Plot 1

(I)

(III)

(II)

10 ha selected paddy field

( 97ha 流域スケール )

水田 排水路 河川

25

Conc. in drainage water at St 6( Farm block scale) - 2003

05

101520253035

4/28 5/3 5/8 5/13 5/18 5/23 5/28 6/2 6/7 6/12 6/17

Con

c. (

ug/l

)

Conc. in drainage water at St 8 ( watershed scale) - 2003

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

4/28 5/3 5/8 5/13 5/18 5/23 5/28 6/2 6/7 6/12 6/17

Co

nc.

( u

g/l

)

0.0

10.0

4/ 285/ 35/ 85/ 135/ 185/ 235/ 286/ 26/ 76/ 126/ 17

Oxaziclomefone

Molinate

Symetryn

Esprocarb

Thiobencarb

Dimethametryn

Dimepiperate

Pretilachlor

Pyriminobac-methyl (E)

Pyributicarb

Pentoxazone

Mefenacet

Cafenstrole

2003 年度　排水路中の農薬濃度

10ha 水田群

100ha 流域

水田群内で多く散布された農薬が３０ｐｐｂで検出

5 月中旬をピークに６ｐｐｂで検出

26

　流域流量（上）と総農薬流出量（下）

Dischagre from watershed at ST8 ( l/s)

0

100

200

300

400

4/28 5/5 5/12 5/19 5/26 6/2 6/9 6/16

Dis

ch

ag

re (

l/s)

0

1

1

2

2

3

Ra

in(c

m)Rain

Q8(L/s)

Total pesticide loss from watershed ( 2003)

0100200300400500600

4/28 5/5 5/12 5/19 5/26 6/2 6/9 6/16

Da

ily lo

ss (

g)

0

500

1000

1500

2000

Cu

m.

loss (

g)

Daily loss ( g)

Cumulative loss ( g)

降雨時の水田からの流出制御が農薬流出抑制に重要循環灌漑も多少農薬流出に貢献しただろう

降雨時に流出増加

降雨時に農薬流出も増加

27

農薬流出予測モデルの開発

流域レベル : 水田群 , 排水路

RIVER

Ma

in c

an

al

Dra

ina

ge

ditc

h

Branch canal

Farm road

Pu

mp

Stn

RIVER

Ma

in c

an

al

Dra

ina

ge

ditc

h

Branch canal

Farm road

Pu

mp

Stn

モデル計算実行

Dr

Cpw1

Irr RET

p Dr

Irr RET

Cpw2p

Dr

Cpwm

Irr RET

p

Dr

Irr RET

p Cpw3

Qrain

Qout

Qin

Ground waterDownstream

Qs

Qpr

Cpr

RIVER SECTION

Qr

Qpump

PADDY BLOCK

PTG ① PTG ② PTG ③ PTG m

Upstream

Apply PCPF –1 Model

Dr

Cpw1

Irr RET

p Dr

Irr RET

Cpw2p

Dr

Cpwm

Irr RET

p

Dr

Irr RET

p Cpw3

Qrain

Qout

Qin

Ground waterDownstream

Qs

Qpr

Cpr

RIVER SECTION

Qr

Qpump

PADDY BLOCK

PTG ① PTG ② PTG ③ PTG m

Upstream

Dr

Cpw1

Cpw1

Irr RET

Irr RET

p Dr

Irr RET

Irr RET

Cpw2

Cpw2p

Dr

Cpwm

Cpwm

Irr RET

Irr RET

p

Dr

Irr RET

Irr RET

p Cpw3

Cpw3

Qrain

Qout

Qin

Ground waterDownstream

Qs

Qpr

Cpr

RIVER SECTION

Qr

Qpump

PADDY BLOCK

PTG ①PTG ① PTG ②PTG ② PTG ③PTG ③ PTG mPTG m

Upstream

Apply PCPF –1 Model

モデル概念

水田群レベル : Pesticide Treatment Group ( PTG)

田面水中農薬濃度 : PCPF-1 model

28

3. 農薬流出予測モデル 流域レベルでの農薬流出の予測、農薬管理やリスクアセスメントの評価

2. シミュレーションモデル

農薬の動態パラメターを定量

1. 小型水田ライシメター

農薬の水田での動態を再現

Paddy plots

River

Drainage canal

Percolation

DrainageIrrigation ET

Kdiss, Kcom Cpw

農薬流出予測用モデルシステム

地域や管理シナリオにより異なる農薬の動態パラメターをデータベース化

29

１）小型水田ライシメター２，３週間の高濃度域の農薬動態を再現

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

31- Oct 5- Nov 10- Nov 15- Nov 20- Nov 25- Nov 30- Nov 5- Dec 10- Dec

Wat

er

Dept

h

0.60

0.70

0.80

Poro

sity

HPR [cm] HE [cm] HSD [cm] HIrr. [cm] f

[cm]

Water Balance and Porosity装置内での水収支

30

２）改良型 PCPF-1 モデルライシメター試験の結果を逆解析し主要農薬動態パラメータを定量

Figure 2. Simplifiyed pesticide fate and transport processes in paddy water

Irrigation

Percolation

Dissolution

PesticideFate coef.

Drainage １．Paddy Water Compartment

Water Balance

Pesticide Mass Balance

Evapo-transpiration Precipitation • 田面水での農薬マス

バランス• 農薬動態パラメター

– 溶解速度定数– 農薬土壌吸着係数– 農薬濃度変化速度定数農薬濃度変化速度定数

pwpw

pw

pwpw

pwPw

IRRwpw

pwcompwslbdisspw

Cdt

dh

h

CPERCh

CDRAINh

CIRRh

CKCCKdt

dC

..1

.111

.).(

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 10 20 30 40 50 60Days after herbicide application

Con

cent

rati

on(m

g/L

)

Modified Obs. PW Original

31

農薬監視における優先農薬の評価手法への提案

• ツール開発– 農薬流出予測用モデルシステム– データベース– モデル解析手法

• 高精度のモニタリング手法の開発– 流量観測手法やサンプリング方法の確立

• 問題点– 農薬使用データの入手

32

モデルシミュレーションの応用例PCPF-1 モデルによる農薬流出の比較

• 1998 年農業環境技術研究所での実験シナリオ• 散布は 4kg/10a• 9mx9m の実験プロット• 水収支データ• 農薬動態パラメータは農環研で実験により設定

農薬流出 水溶解度 分配係数 脱着係数％散布量 mg/l L/Kg /day

ベンスルフロンメチル

44 120 16 0.121

イマゾスルフロン 50 308 13.8 0.125

メフェナセット 36 4 24.1 0.0626

プレチラクロール 53 50 13.0 0.114

33

モデルシミュレーションによる農薬流出と農薬動態パラメターの評価

0

50

100

150

200

250

300

350

30 40 50 60

農薬流出量 ％散布量

/

水溶

解度

ｍｇ

ｌ

10

12

14

16

18

20

22

24

26

L/

kg分

配係

数

mg/ l水溶解度

L/ Kg分配係数

(線形 水溶解度mg/ l)

(線形 分配係数L/ Kg)

• 農薬流出と水溶解度が比例

• 農薬流出と分配係数が反比例

モデルを使うことによってどのパラメターが重要か評価できる例えば、 101種の対象農薬中の大体の優先付けが可能

34

2. シミュレーションモデル

農薬の動態パラメターを定量

1. 小型水田ライシメター 各流域での水田農薬の動態を再現　（ 2 から 3 週間） Percolation

DrainageIrrigation ET

Kdiss, Kcom Cpw

農薬流出予測用モデルシステムによる監視優先農薬の評価

地域や管理シナリオにより異なる農薬の動態パラメターをデータベース化 茨城県桜川流域　かけ流し管理（１ｃｍ /day ） 　 土壌データ別紙参照

　 モデルパラメータ 農薬化学データ

農薬名　 Kcom1 Kcom2 農薬流出 水溶解度 分配係数 Kow

　 /day /day ％散布量 mg/l L/Kg /day

ベンスルフロンメチル 0.026 0.011 44 120 16 　

イマゾスルフロン 0.021 0.019 50 308 13.8 0.125

メフェナセット 0.023 0.016 36 4 24.1 　

プレチラクロール 0.016 0.021 53 50 13 0.114

35

3. 農薬流出予測モデル

流域レベルでの農薬流出の予測、農薬管理やリスクアセスメントの評価

Paddy plots

River

Drainage canal

農薬流出予測用モデルシステムによる監視優先農薬の評価

モデルパラメータデータベース農薬使用状況データ気象データ流量観測データ

36

高精度のモニタリング手法

Dischagre from watershed at ST8 ( l/s)

0

100

200

300

400

4/28 5/5 5/12 5/19 5/26 6/2 6/9 6/16

Dis

cha

gre

(l/s

)

0

1

1

2

2

3

Ra

in(c

m)

Rain

Q8(L/s)

• 水収支– 流量観測– 河川水文データ

• サンプル採取– 分析予算– サンプリングの間隔– 採取地

05

1015

2025

3035

4/28 5/3 5/8 5/13 5/18 5/23 5/28 6/2 6/7 6/12 6/17

Con

c. (

ug/

l)

37

農薬動態予測における問題点• 水田農薬の動態パラメータ

– 実験装置の開発と評価方法の標準化– 各試験場での試験と結果のデータベース化

• 農薬の流域単位での使用状況の把握が困難– 現場での調査は困難– 農協のデータは？、ホームセンター？

• トレーサビリティーの改善を提案・要求– 農薬会社ー農協ー農家

38

皆さんよいお年を

• イラクに平和と愛を• 自衛隊の皆さん無事

でありますように