研究等業績 - その他 - 河合 隆行
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Takatsuki S.
Journal of Arid Environments ( Journal of Arid Environments ) 235 2026年05月
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鳥取市の森林公園で観察されたサザンカの枝枯れ被害
前田 雄一, 矢部 浩, 土屋 竜太, 河合 隆行, 小山 敢
樹木医学研究 ( 樹木医学会 ) 29 ( 2 ) 114 - 115 2025年04月
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前田 雄一, 土屋 竜太, 河合 隆行, 小山 敢, 矢部 浩
樹木医学研究 ( 樹木医学会 ) 29 ( 1 ) 20 - 26 2025年01月
<p>鳥取県若桜町の高海抜地で雌木ばかりが生育するウリハダカエデ個体群がある．周辺の雌木の少ない個体群と比較すると明らかに生育環境に違いがあった．調査範囲を広げて，鳥取県東部の低海抜地から高海抜地に生育する30区，610本のウリハダカエデを対象にして雌木が多数出現する立地環境を考察した．ウリハダカエデの雌木は積雪の深い地域の倒伏木に多かった．さらに，ススキ原で生育した倒伏木は，そのほとんどが雌木であった．ススキ原の倒伏木は根系損傷と日当たりの良い光環境とが相俟って一時的な水分不足に陥り，多くの個体が雄木から雌木へ性転換したものと考えられた．</p>
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半乾燥地の異なる地形条件下における植生特徴と浅層地下水の関係
田口 和樹, 河合 隆行, 高槻 成規, 土屋 竜太, ツェレンプレフ バトユン, 森永 由紀
水文・水資源学会研究発表会要旨集 ( 水文・水資源学会 ) 38 ( 0 ) 185 2025年
<p>１．はじめに</p><p> モンゴル国の遊牧民にとって地下水資源は非常に重要である. 本研究では, 地表面の植生の状態から地下の状態を簡易的かつ包括的に把握し, 遊牧民の井戸掘削地点の選定における有用帯水層がある地点を地表面の植生から特定することを目的とする. </p><p>2, 先行研究</p><p>尾留川 (2023) では, 豊かな植生であるモンゴル国ブルガン県モゴド郡, 広大な半乾燥草原地帯において, 植生分類法を用いることでおおよその浅層地下水分布を推定できることが明らかになった. 本研究では, 本研究の調査地Ⅰ, Ⅱの2地点と先行研究の調査地Ⅲの合計3地点を解析対象とする. 調査地Ⅰは乾湿の差が大きい地点, 調査地Ⅱは全体的に乾燥している地点, 調査地Ⅲは全体的に湿潤している地点である. </p><p>3. 調査手法</p><p> 植生の定量評価のためにコドラート法とバイオマス指数を用いた. コドラート法で植物種, 植物の被度 (%), 高さ (cm), を記録し、被度と高さの積で求められる植物の簡易的な指標であるバイオマス指数を算出した. この指標をもとにクラスター分析と分類回帰樹木法を用い、植生をグルーピングしその分類に影響を与えている種を特定した.</p><p>次に、本研究では水文地質構造を把握するために電気探査を行った. 電気探査とは地盤の電気的性質の測定により, 地下の状況を把握する手法である. 本研究では手法として比抵抗映像法を用いた.</p><p></p><p>4, 分析結果</p><p>調査地Ⅰはクラスター分析と分類回帰樹木法により, クラスターがA, B, Cに分類され、各クラスターの特徴となる植物種がわかった. 電気探査の結果と照らし合わせ, クラスターAは地下水がある地点, クラスターBは地下水のない地点と断定できた.</p><p>調査地ⅡではクラスターがAとBに分類され, 分類に影響する種がわかった. そして、クラスターAの地点には地下水がないと断定できた.</p><p>5, まとめ</p><p>この調査で, 地下水と植生及び特定の植物種の間には一定の関係があることがわかった. この結果から植生は地下水の状態を簡易的かつ包括的に把握するための手法になりうると推測した. 今後の課題として,異なる環境での調査を行いサンプルを増やすこと, 植生の指標となる種を現地遊牧民に認知させることが挙げられる.</p>
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半乾燥草原地帯における地下流水音探査と比抵抗映像法を併用した水文地質構造の抽出
髙橋 錦, 河合 隆行, 田中 元志, 坂中 伸也, ツェレンプレブ バトユン, 土屋 竜太
水文・水資源学会研究発表会要旨集 ( 水文・水資源学会 ) 38 ( 0 ) 85 2025年
<p>地下流水音探査は、防災科学の分野で開発された簡便な地下水調査手法であり、モンゴル国でも活用されている（多田ら，2006；Kawai et al., 2014）。従来は地下流水音の大きさを探査の指標としてきたが、周波数や振幅などの詳細な分析や、地盤構造との関係を示した研究は存在しない。本研究では、地下流水音探査と電気探査を併用し、水文地質構造が地下流水音の特性に与える影響を明らかにすることを目的とした。調査はモンゴル国ブルガン県モゴド郡で行った。同地域は地下水が豊富で、地質構造も多様である。測線上において、レーザー距離計とGPSにより標高を取得し、比抵抗モデルに反映した。地下流水音探査には多用途音源探査機 Mil-Sonic-AI GAS-0X Ver2 (株式会社拓和製)を用い、50 m間隔で加速度を取得した。音声データは6秒間録音し、MATLABを用いてフーリエ変換による周波数解析を行った（解析条件：ハン窓、FFTポイント8192など）。電気探査にはダイポール・ダイポール法を用い、比抵抗分布をIRIS社製SYSCAL Proで取得、RES2DINVにより2次元逆解析を実施した。比抵抗の分布から地質境界および浅層地下水の存在が確認された地点においては、加速度が高い値を示す傾向にあった。特に，地質境界では加速度が増加する傾向がみられた。周波数スペクトル解析では、100–800 Hzおよび1200–1300 Hz帯域でMagnitudeの上昇がみられ、特に断層上の地点で顕著であった。一方、600 Hz周辺ではMagnitudeが低く、地質構造が周波数特性に影響を与えている可能性が示唆された。地質境界や地下水の存在は、地下流水音の加速度を高める要因となる。地質構造は地下流水音の周波数特性に影響を及ぼし、特定帯域でのMagnitude上昇が確認された。</p>
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半乾燥草原地帯に湧く温泉水は環境破壊につながるのか？
河合 隆行, 高橋 航太, 土屋 竜太, 森永 由紀, バトユン ツェレンプレフ
水文・水資源学会研究発表会要旨集 ( 水文・水資源学会 ) 38 ( 0 ) 63 2025年
<p>モンゴル中央部のハンガイ山脈周辺では、プレート境界から離れているにもかかわらず火山活動が見られ、これに伴う地熱活動により複数の温泉が分布している。ブルガン県モゴド郡もその一つで、年降水量約200 mmの半乾燥地域に位置する。本地域では水資源が限られており、温泉水の環境への影響は大きいと考えられる。近年、太陽光発電の普及により牧民の電気洗濯機の使用が一般化し、洗濯排水による水質汚染の懸念が高まっている。</p><p>本研究では、モゴド郡に湧出するヒ素を含む温泉水が、洗濯排水の影響により環境的にどのような変化を受ける可能性があるかを検討した。調査はブルガン県モゴド郡で実施し、断層に沿った細長い谷地形をもつホルジ川流域で温泉水・河川水・湧水・湖沼の計23地点にて現地測定と採水を行った。測定項目は水温、pH、EC、ORPであり、採水試料はICP-MS（Agilent 8900）により分析した。調査は2024年8月に実施した。ホルジ川では0〜120 mVの正のORPが示され、酸化環境であることがわかった。一方、温泉水では－354 mVと強い還元環境が確認された。図1のORP–pH図より、温泉水は三価ヒ素（As(III)）に該当する条件に位置しており、自然状態で毒性の高い三価ヒ素が存在する可能性がある。さらに、洗濯排水の影響と考えられる地点ではリン濃度が高く、アルカリ性水環境においては還元状態が促進されやすい。よって、洗剤汚染が進行すると、五価ヒ素が三価ヒ素へと変化し、動物や人への毒性リスクが高まる可能性がある。モゴド郡の温泉には自然状態で三価ヒ素が含まれる可能性があり、周辺水資源も同様の変化を受けるリスクがある。今後、洗濯排水などによる負荷が増せば、これまで毒性が低いとされてきたヒ素化合物がより毒性の強い形態に変化し、地域の水環境に深刻な影響を及ぼすおそれがある。</p>
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遊牧民の生活排水が引き起こす土壌汚染の現状
梶山 真之介, 河合 隆行, 土屋 竜太, 森永 由紀, ツェレンプレフ バトユン
水文・水資源学会研究発表会要旨集 ( 水文・水資源学会 ) 38 ( 0 ) 201 2025年
<p>近年、モンゴルでは経済発展に伴い遊牧民の生活水準が向上し、洗濯機の普及が進んでいる。一方、下水道が未整備な地域では、洗濯排水による水質汚染が報告されており、さらに洪水による汚染の拡大や土壌への影響も懸念される。しかし、土壌の現状については不明な点が多い。そこで本研究では、水質と土壌の実態を経年的に把握し、その関係性を明らかにすることを目的とした。調査地はモンゴル国ブルガン県モゴド郡で、ホルジ川流域の水辺27地点とゴミ捨て場1地点の計28地点で採水と土壌採取を行った。採取した水試料はICP-MSにより重金属の定量・同位体比分析を行い、土壌については溶出量試験および含有量試験を実施した。水質調査では、カドミウム・セレン・ヒ素が町周辺やホルジ川上流で高濃度を示し、クロムや鉛も広範囲で検出された。土壌溶出量試験では、特に地点3と地点7で基準値を超えるセレンが確認され、同位体比の結果から生活排水由来の可能性が高いと考えられる。一方、土壌含有量試験では多くの元素が基準値以下であり、深刻な蓄積は見られなかった。ただし、アメリカの基準ではヒ素が一部で超過しており、今後の動向に注意が必要である。生活排水による水質汚染は依然として継続しており、一部では土壌への影響も示唆された。現在の土壌汚染は限定的だが、今後の蓄積により顕在化する可能性があるため、水質・土壌の定期的なモニタリングが必要である。</p>
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水文地質構造と地表面画像データによるディープラーニング解析
三嶋 崇央, 河合 隆行, 土屋 竜太, 高槻 成紀, 森永 由紀, ツェレンプレフ バトユン
水文・水資源学会研究発表会要旨集 ( 水文・水資源学会 ) 38 ( 0 ) 183 2025年
<p>本研究は、UAV（無人航空機）による空中画像とディープラーニング技術を活用し、水資源問題に直面している半乾燥草原地域であるモンゴルにおいて、持続可能な浅井戸の掘削地点を特定する可能性を探ることを目的とする。具体的には、さまざまな条件下で撮影された空中画像を用い、画像認識分野で広く使用されているニューラルネットワークモデルを学習・比較・評価した。最終的な目標は、井戸掘削地点の選定に最も適したネットワークモデルを明らかにすることである。本研究は、地下水が豊富な半乾燥草原地帯であるモンゴル国ブルガン県モゴド郡に焦点を当てた。地下構造データが存在する8箇所で航空画像を取得し、ソニーネットワークコミュニケーションズが提供するNeural Network Consoleを使用してディープラーニングを実施した。その結果、井戸掘削地点の選定に最も適したニューラルネットワークモデルを特定することに成功した。しかしながら、予測精度の向上には依然として課題が残っており、それに対応するためには、多様な条件下でのさらなるデータ収集が必要である。</p>
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An integrated modeling approach for estimating monthly global rainfall erosivity
Fenta A.A.
Scientific Reports ( Scientific Reports ) 14 ( 1 ) 2024年12月
Modeling monthly rainfall erosivity is vital to the optimization of measures to control soil erosion. Rain gauge data combined with satellite observations can aid in enhancing rainfall erosivity estimations. Here, we presented a framework which utilized Geographically Weighted Regression approach to model global monthly rainfall erosivity. The framework integrates long-term (2001–2020) mean annual rainfall erosivity estimates from IMERG (Global Precipitation Measurement (GPM) mission’s Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM) with station data from GloREDa (Global Rainfall Erosivity Database, n = 3,286 stations). The merged mean annual rainfall erosivity was disaggregated into mean monthly values based on monthly rainfall erosivity fractions derived from the original IMERG data. Global mean monthly rainfall erosivity was distinctly seasonal; erosivity peaked at ~ 200 MJ mm ha−1 h−1 month−1 in June–August over the Northern Hemisphere and ~ 700 MJ mm ha−1 h−1 month−1 in December–February over the Southern Hemisphere, contributing to over 60% of the annual rainfall erosivity over large areas in each hemisphere. Rainfall erosivity was ~ 4 times higher during the most erosive months than the least erosive months (December–February and June–August in the Northern and Southern Hemisphere, respectively). The latitudinal distributions of monthly and seasonal rainfall erosivity were highly heterogeneous, with the tropics showing the greatest erosivity. The intra-annual variability of monthly rainfall erosivity was particularly high within 10–30° latitude in both hemispheres. The monthly rainfall erosivity maps can be used for improving spatiotemporal modeling of soil erosion and planning of soil conservation measures.
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半乾燥草原地帯における植生を指標とした井戸掘削地点絞り込み手法の開発
尾留川 侑里, 河合 隆行, 坂中 伸也, 土屋 竜太, 高槻 成紀, ツェレンプレブ バトユン, 森永 由紀
日本地理学会発表要旨集 ( 公益社団法人 日本地理学会 ) 2024a ( 0 ) 180 2024年
<p>半乾燥草原地帯で遊牧民が日常的に利用する水資源は地下水である。その地下水資源の現状を把握することは，資源管理の観点から重要である。しかし，現状の地下水探査技術には大型機器が必要であり，経済的にも作業的にも困難である。本研究では植生を指標として， 広大な半乾燥草原地帯の中から浅層地下水や土壌水分の状態を簡易かつ包括的に確認することを目的とする。</p><p> モンゴル国ブルガン県モゴド郡は，亜寒帯湿潤気候と半乾燥草原地帯の両気候帯の中間地域に位置し，植生豊かな地域である。モゴドの中で明らかに地下水が存在する地点に2400 m測線を設けた。測線内には湿潤平地，乾燥平地，ガレ場斜面が含まれており，これらの地形にはそれぞれ特徴的な植生が自生している。</p><p> 調査地には計72種が出現した。バイオマス指数を用いたクラスター分析の結果により28地点を3群に分類した。クラスターA群は乾燥した平坦地が，クラスターB群には湿潤の平坦地が，クラスターC群には斜面が該当する。CART法によって作成した分類樹木では，B群の特徴となる種は<i>Potentilla anserina,</i> <i>Poa attenuata</i>の2種であることが分かった。また，これらの種はA群とC群では出現しない。</p><p> 電気探査の解析結果とクラスター分類を照らし合わせると，湿潤平坦地のB群では，地下水面が地表面付近の浅層に到達している。A群では地表面は乾燥し高比抵抗であるが，深度約10mで連続した地下水面が存在している。これらの結果から，地下水資源へのアクセスを考慮する場合，周囲にB群が確認できるA群を最も優先的に掘削するべき植生指標と判断出来る。</p><p> 以上の結果から，植生を用いて地中の水文環境を推察することに成功した。今後は観測事例を増やし，さらなる推定精度の向上を目指す。</p>
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An integrated framework for improving watershed management planning
Fenta A.A.
Environmental Research ( Environmental Research ) 236 2023年11月
Proper land use and management (LUM) planning is pivotal to curbing land degradation and ensuring sustainable use of limited watershed resources. Despite decades of research and development efforts, land degradation remains a serious environmental problem in many parts of the world. Issues regarding the sustainability of current LUM initiatives are due to poor linkages between the ecological and socio-economic dimensions of LUM decisions, and an integrated framework allowing LUM interventions to be properly planned and implemented is lacking. In this study, we developed an integrated framework to identify, evaluate, and propose LUM alternatives with ecological and socio-economic benefits. The framework comprises six components: (i) identification of land use problems and setting of objectives, (ii) identification of the best-performing land use-based integrated solutions, (iii) formulation of LUM alternatives and modeling of key indicators, (iv) cost-benefit analysis, (v) evaluation of the LUM alternatives with stakeholders engagement, and (vi) communication of the LUM alternatives to relevant stakeholders to obtain institutional and financial support for implementation. To demonstrate the use of this framework, we conducted a case study in the Aba Gerima watershed of the Upper Blue Nile basin in Ethiopia. This study used extensive plot- and watershed-scale observations (2015–2019) obtained under both conventional and improved sustainable land management practices. We analyzed changes in runoff, soil loss, soil organic carbon (SOC) stock, and land productivity of five LUM alternatives as compared to a baseline scenario (existing farming practices). The results showed that the LUM alternatives reduced runoff by 11–71% and soil loss by 66–95%, and SOC stock and watershed-scale land productivity were improved by 36–104% and 48–134%, respectively. Evaluation of LUM alternatives by stakeholders, including land users, policy makers, and researchers, produced divergent results. In particular, land users prioritized implementation of sustainable land management practices without altering existing land uses. The integrated framework developed in this study can serve as a valuable tool for identifying, evaluating, and proposing LUM alternatives and facilitating decision-making in planning and implementation of LUM practices in watersheds experiencing land degradation.
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2021年に鳥取市河原町で一斉開花したクロチクの観察記録
前田 雄一, 小林 幹夫, 一澤 麻子, 河合 隆行, 土屋 竜太, 矢部 浩, 小山 敢
樹木医学研究 ( 樹木医学会 ) 27 ( 2 ) 113 - 114 2023年04月
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Construction of Virtual Reality Space of the Tottori Sand Dunes using UAVs
SAITO Tadaomi, KAWAI Takayuki, OKASHITA Kisumi, INOSAKO Koji
沙漠研究 ( 日本沙漠学会 ) 32 ( S ) 187 - 191 2022年12月
<p>The Tottori Sand Dunes, located along Japan’s Sanin Coast, are a UNESCO Global Geopark and a popular tourist attraction with millions of annual visitors. However, the tourism opportunities offered by them are hampered by such problems as severe meteorological conditions and vast, undulating landscapes. Constructing a virtual reality (VR) space might be one solution to these problems. Recently, a technique that combined unmanned aerial vehicles (UAVs or drones) and structure from motion (SfM) photogrammetry has been attracting attention for generating 3D models. The main objective of this paper is to construct a VR space of the Tottori Sand Dunes using 3D models generated from UAVs. Another objective is to examine optimal photography conditions and model generation conditions to create beautiful but small 3D models for the construction of a VR space. Two types of UAVs were used to acquire the image data. Metashape (Agisoft) was used as the SfM software for data processing. A cross-platform game engine called Unity (Unity Software Inc.) was used to construct the VR spaces. VIVE Cosmos (HTC) was employed as a head-mounted display (HMD) with controllers for the VR system. As the results, the VR space was successfully constructed in Unity using a 3D model generated by a combination of UAV techniques and SfM photogrammetry. The optimal photography and model generation conditions were determined and used to generate beautiful 3D models for the construction of a VR space.</p>
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Yasuda H.
Geofizika ( Geofizika ) 39 ( 1 ) 1 - 20 2022年
In the central dry zone of Myanmar, the mean annual rainfall is less than 1000 mm. Although rainfed agriculture is commonly practiced there, the feasibi?? lity of rainfed farming is compromised by the large fluctuations of rainfall and the frequent occurrence of dry years. The monthly distribution of rainfall follows a bimodal pattern. The intensity of the monsoonal rainfall from May to October is characterized by two peaks, an early peak (May???June) and a late peak ( August??? October), separated by the inter ??monsoon (July). The return times of dry and wet years make management of rainfed agriculture problematic. There is very little correlation between the early and late monsoonal rainfall (r = ???0.257). However, monsoonal rainfall is teleconnected to sea surface temperatures (SSTs) in certain areas of the Pacific Ocean in real time. Furthermore, at lag times of 6???9 months, there are teleconnections between the early monsoonal, inter ??monsoonal, and late monsoonal rainfall and SSTs in certain areas of the Indian Ocean and Atlantic Ocean. We used an Elman artificial neural network model to predict early monsoonal, inter ??monsoonal, and late monsoonal rainfall based on teleconnections with SSTs in the Indian and Atlantic oceans 6???9 months before the rainfall occurred. The correlation coefficient between the predicted and observed rainfall exceeded 0.7 in all three cases.
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UAVを用いた鳥取砂丘のバーチャルリアリティ空間の構築【JST・京大機械翻訳】
SAITO Tadaomi, KAWAI Takayuki, OKASHITA Kisumi, INOSAKO Koji
沙漠研究 32 ( S ) 2022年
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日本の鳥取砂丘の地形変化を監視するためのUAV写真測量の利用
LIU Jiaqi, KIMURA Reiji, WU Jing, KAWAI Takayuki
日本砂丘学会誌 69 ( 1 ) 2022年
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Agroecology-based soil erosion assessment for better conservation planning in Ethiopian river basins
Ayele Almaw Fenta, Atsushi Tsunekawa, Nigussie Haregeweyn, Mitsuru Tsubo, Hiroshi Yasuda, Takayuki Kawai, Kindiye Ebabu, Mulatu Liyew Berihun, Ashebir Sewale Belay, Dagnenet Sultan
ENVIRONMENTAL RESEARCH ( ACADEMIC PRESS INC ELSEVIER SCIENCE ) 195 2021年04月
Soil erosion by water is one of the main environmental concerns in Ethiopia. Several studies have examined this at plot and watershed scales, but no systematic study of soil erosion severity and management solutions at national scale is available. This study investigated soil erosion and the potential of land-cover- and agroecology-specific land management practices in reducing soil loss through employing the Revised Universal Soil Loss Equation and the best available datasets. The mean rate of soil loss by water erosion in Ethiopia was estimated as 16.5 t ha(-1) yr(-1), with an annual gross soil loss of ca. 1.9 x 10(9) t, of which the net soil loss was estimated as ca. 410 x 10(6) t (22% of the gross soil loss). Soil loss varied across land cover types, 15 agroecological zones, and 10 river basins, with the main contributors in the respective analyses being cropland (ca. 23% of Ethiopia; 50% of the soil loss; mean soil loss rate of 36.5 t ha(-1) yr(-1)), Moist Weyna Dega (ca. 10%; 20%; 33.3 t ha(-1) yr(-1)), and the Abay basin (ca. 15%; 30%; 32.8 t ha(-1) yr(-1)). Our results show that ca. 25% of Ethiopia (28 x 10(6) ha) has soil loss rates above 10 t ha(-1) yr(-1), which is higher than the tolerable soil loss limits estimated for Ethiopia. Ex-ante analysis revealed that implementation of land-cover- and agroecology-specific land management practices (level bunds, graded bunds, trenches, and exclosures combined with trenches and/or bunds) in such areas could reduce the mean soil loss rate from 16.5 t ha(-1) yr(-1) to 5.3 t ha(-1) yr(-1) (mean, by ca. 68%; range, 65-70%). Suitable land management practices in the Abay and Tekeze basins and Dega and Weyna Dega agroecologies, which experience particularly severe erosion, would account for ca. 50 and 70% of the estimated soil loss reduction, respectively. This study can help raise awareness among policy makers and land managers of the extent and severity of soil loss by water erosion for better conservation planning in river basins to support sustainable use of land and water resources.
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Ground penetrating radar for soil-water measurement in a semi-arid climate in the Orkhon River basin, central Mongolia
Amarsaikhan Tsogtbaatar, Takayuki Kawai, Motoyuki Sato
EXPLORATION GEOPHYSICS ( TAYLOR & FRANCIS LTD ) 53 ( 2 ) 229 - 236 2021年04月
In this paper, we present a velocity analysis technique using ground-penetrating radar (GPR) data to estimate near-surface soil-water content affected by topography and solar radiation on a mountain peak, mountain mid-slope, and alluvial plain sites in a semi-arid climate area in central Asia. By making precise measurements of reflected EM wave velocity, the water content in the near-surface soil was determined. The GPR experiments at several frequencies were carried out in two sequential phases (comprising common-offset and multi-offset methods) to obtain the soil-water content and illustrate the subsurface structure. We then tried to determine the relationship between near-surface moisture content and permafrost thawing. Therefore, we used several different methods including time-domain reflectometry and a resistivity survey. We also confirmed via the GPR data that vegetation cover indicates soil-water content in the near-surface soil. The results evaluated in this study provide meaningful information about soil water as well as subsurface structures. The GPR data acquired at the survey sites indicated a large range of near-surface water content due to the topography of the survey lines.
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Soil Structure Stability under Different Land Uses in Association with Polyacrylamide Effects
Amrakh I. Mamedov, Atsushi Tsunekawa, Nigussie Haregeweyn, Mitsuru Tsubo, Haruyuki Fujimaki, Takayuki Kawai, Birhanu Kebede, Temesgen Mulualem, Getu Abebe, Anteneh Wubet, Guy J. Levy
SUSTAINABILITY ( MDPI ) 13 ( 3 ) 2021年02月
Soil structural stability is a vital aspect of soil quality and functions, and of maintaining sustainable land management. The objective of this study was to compare the contribution of four long-term land-use systems (crop, bush, grass, and forest) coupled with anionic polyacrylamide (PAM = 0, 25, and 200 mg L-1) application on the structural stability of soils in three watersheds of Ethiopia varying in elevation. Effect of treatments on soil structural stability indices were assessed using the high energy moisture characteristic (HEMC, 0-50 hPa) method, which provides (i) water retention model parameters alpha and n, and (ii) soil structure index (SI). Soil (watershed), land use and PAM treatments had significant effects on the shape of the water retention curves (alpha, n) and SI, with diverse changes in the macropore sizes (60-250; >250 mu m). Soil organic carbon (SOC) content and SI were strongly related to soil pH, CaCO3 soil type-clay mineralogy, exchangeable Ca2+, and Na+ (negatively). The order of soil SI (0.013-0.064 hPa(-1)) and SOC (1.4-8.1%) by land use was similar (forest > grass > bush > cropland). PAM effect on increasing soil SI (1.2-2.0 times), was inversely related to SOC content, being also pronounced in soils from watersheds of low (Vertisol) and medium (Luvisol) elevation, and the cropland soil from high (Acrisol) elevation. Treating cropland soils with a high PAM rate yielded greater SI (0.028-0.042 hPa(-1)) than untreated bush- and grassland soils (0.021-0.033 hPa(-1)). For sustainable management and faster improvement in soil physical quality, soil properties, and land-use history should be considered together with PAM application.