Tokyo University of Agriculture Repository / 東京農業大学リポジトリ

東京農業大学博士（食品栄養学

渡邊, 厚

4431

WATANABE, Atsushi

4432

ラットにおける骨粗鬆症に対して食事中のカルシウム・リンバランスが及ぼす影響および既存骨粗鬆症治療薬による新たな治療方策

野口, 龍生

4435

NOGUCHI, Tatsuo

4436

- 1 - 
 
氏 名   野 口 龍 生 
学位（専攻分野の名称）   博 士（農学） 
学 位 記 番 号   乙 第 951号 
学位授与の日付   令和 2年 10月 20日 
学 位 論 文 題 目   高受胎を得るためのウシ胚移植技術の開発 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・農 学 博 士 野 村 こ う 
               教 授・博士（農学） 岩 田 尚 孝 
               教 授・博士（農学） 白 砂 孔 明 
                    博士（農学）  松 山 秀 一＊ 
 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
酪農経営において，受胎率の低下が問題となっており，このことは直接酪農家の収益に損
害を与えているが，その原因は多岐にわたり明らかになっていない部分が多い。 
酪農家の収入源として子牛の販売は重要であり，その生産手法として胚移植が広く用いら
れている。黒毛和種の肥育素牛価格は高騰しており，黒毛和種子牛の増産が求められている。
このため，胚移植技術は乳牛に黒毛和種生産をさせるためには欠かすことのできない技術で
あり，効率的な胚移植による子牛生産は我が国畜産業の発展に寄与する。 
効率的な胚移植には，胚の質，移植技術および受胚牛の状態が重要な要因として挙げるこ
とができる。本研究は胚移植に対しこれら 3 つの要因に対して研究を進め良質な胚に必要な
条件，高受胎率を得るための手法の開発そして繁殖雌牛の状態を把握する手法の開発を行っ
た。 
 まず，胚の質に対する研究として，体内胚と体外胚の遺伝子発現の差について検討した。
胚は一般的に体内から採取する体内胚と卵巣内の卵子を体外受精させて作成する体外胚が
ある。体外胚は長年の培養技術の進展にもかかわらず体内胚に比べて品質に劣る。そこで体
内胚を大量に確保し，体外で作成した胚と次世代シーケンサーを用いて比較したところ体外
胚で酸化ストレスや増殖因子による影響が観察され，またミトコンドリアに関する遺伝子発
現に大きな差が認められた。ミトコンドリアの DNA コピー数をリアルタイム PCR で測定
すると体内胚におけるミトコンドリア数が少なく，さらにミトコンドリアの機能の一つであ
る ATP 量を比較すると体内胚で低い結果となった。このことは卵子と異なり良質な胚盤胞
はミトコンドリア数が少なく ATP が少ないという最近の知見と合致していた。これらの結
果より，体外胚の作成においては異常なミトコンドリアの増加を防ぎ，酸化ストレスを減ら
すような培養環境の必要性が明らかとなった。 
 ＊名古屋大学 大学院生命農学研究科 准教授 
- 2 - 
 
次に効率的は胚移植技術の確立を目指し，新たな胚移植方法の開発に取り組んだ。胚は妊
娠因子の 1 つであるインターフェロンを分泌することが知られており，子宮内に複数胚が存
在する場合，この量も増加する。ただし，ウシは単胎の動物であるため，多胎となった場合
様々な事故が生じる。単為発生胚は受胎することがないがインターフェロンの分泌量が通常
の胚に比べて多く，体外胚および単為発生胚の培養液上清でも細胞にインターフェロンへの
応答産物である ISG15 を確認できる結果を得た。そこで人工授精後に，受胎しない単為発
生胚を移植した。単為発生胚単独の移植からは受胎は観察されず，人工授精後に胚を移植し
た場合は高い受胎結果が得られた。この手法を受胎困難な乳牛のリピートブリーダーに応用
したところ受胎が確認できたため単為発生を凍結保存し，人工授精後に移植する手法により
低受胎牛の繁殖技術として有用であることが判明した。 
3 つめの課題として受胚牛の受胎に影響する生理的な状態の新たな把握方法について検
討した。これまで受胚牛は視覚によるボディコンディションスコアを評価の指標としてきた
が，今回の研究では細胞外 DNA に着目した。血中には細胞に由来する DNA が含まれるが
この量は生理状態と比例すると考えられている。まず最も生理状態が変化する分娩前後を対
象に 15 頭のウシから 4 日おきに採血し，血液中のミトコンドリアに由来する細胞外 DNA
をリアルタイム PCR によって測定した。測定値は分娩後上昇しその後低下した。このデー
タと血液生化学データを比較するとトリグリセライドと負の，LDH と正の相関がある事が
明らかとなった。このことから血液中のミトコンドリア由来細胞外 DNA 量はウシの生理状
態で大きく変化することが明らかになった。次に人工授精時に採血を行い受胎結果と比較し
たところ，受胎牛において高いミトコンドリア由来 DNA 量が確認できた。この結果よりミ
トコンドリア由来の細胞外DNAを測定することでその牛群の受胎性の把握に活用すること
が出来ると考えられた。 
胚移植による受胎性は胚，移植技術，受胚牛の把握と選抜という要因によって成立する。
胚移植を用いた子牛生産には今後体外胚の活用比率が高まると考えられ，本研究知見は胚作
成方法の改善に資すると考える。また乳牛における受胎率向上の有効な対応策として単為発
生胚の併用が有効である事が判明し，これは新しい胚移植技術として活用が出来ると考える。
最後に様々な牛群において受胎性が大きく異なっているがその分子背景は不明なこと多く，
細胞外DNAの測定は非常に簡単な手法であるため牛群の受胎性把握に活用できると考える。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
ウシでは胚移植や人工授精といった生殖補助技術が盛んに用いられている。一方でこの成
功率は酪農家の収益に直接影響するため，経営の健全化には非常に大事な要因である。本研
- 3 - 
 
究では胚移植においてその利用数が増えている体外受精胚の質を改善するため，体内から回
収した胚と遺伝子発現やミトコンドリアの機能や数を比較することで，体外受精胚の質が低
い原因を推測する事ができた。また体内胚の質に関わる卵管因子についても示唆的な知見を
得た。次に胚移植や人工授精の成功率を高めるため，妊娠認識にインターフェロンが重要な
働きをする事を利用し単為発生胚を追い移植する事の有効性を検証し，低受胎牛に一定の効
果があることを示すことができた。さらに，繁殖牛の状態をより詳細に把握するための新規
の指標として，血中のミトコンドリアに由来する細胞外 DNA を測定し，これがウシの血液
性状と相関することを明らかにした。このためこの細胞外 DNA の測定によりこれまで感知
できなかった牛群の状態を把握できる可能性が示された。本研究はウシの胚移植や人工授精
の受胎率改善に資する新規性のある知見を多く得たことから，審査員一同は博士（農学）の
学位を授与する価値があると判断した。 


高受胎を得るためのウシ胚移植技術の開発

東京農業大学博士（生物産業学

保木, 健宏

4181

HOUKI, Takenori

4182

BREEDING OF LIPOXYGENASE-1 NULL MALTING BARLEY VARIETIES AND STUDY OF THEIR CHARACTERISTICS

東京農業大学博士（バイオサイエンス

大坂, 夏木

4189

OSAKA, Natsuki

4190

〔別紙様式６〕 
氏
フリ
        名
ガナ
     （    大坂
オオサカ
 夏木
ナ ツ キ
         ） 
本 籍     （   秋田県    ） 
学 位 種 別     （     課程    博士） 
学位（専攻分野の名称）     博士（ バイオサイエンス ） 
学 位 記 番 号          第    号 
学 位 授 与 の 日 付      平成   年    月    日 
学 位 授 与 の 要 件      学位規則第  条第  項該当 
学 位 論 文 題 目  
枯草菌における GTP生合成を中心とした増殖制御ネットワークの解析 
 
論 文 審 査 委 員     主査 朝井 計 博士（農学） 
副査 千葉櫻 拓 （農学博士） 
川崎 信治 博士（農学） 
戸澤 譲 博士（農学） 
 
 
論 文 の 要 旨 
【背景・目的】 
 Guanosine-tri-phosphate (GTP) はあらゆる生体反応・細胞増殖過程に利用される生体分子 
である。他のヌクレオチド三リン酸と同様に、DNA 複製、転写における基質として利用され 
る他、細胞分裂においては Z-ring形成に関与する FtsZの活性、翻訳においては、リボソーム 
形成、翻訳開始、伸長、終結の各段階に利用される。このようにあらゆる生体反応への関与に 
加え、細菌においてはその細胞内における量の変化が、rRNAの転写量の調節、胞子形成開始 
に関与することも報告されており、細胞の増殖・分化を制御する上でも重要な生体分子である 
といえる(Lopez et al. J. bacteriol, 1981, Krasny and Guarse, EMBO J., 2004)。 
 細菌は外界の栄養状態に応じて細胞内の代謝を変化させ、増殖・分化を制御しており、環境 
中の様々なストレスに対する適応を可能としている。細菌一般において保存される環境適応機 
構の一つとして、緊縮応答が知られている。緊縮応答ではアミノ酸飢餓等のストレスによって 
GTP(GDP)から警告物質(p)ppGpp が合成・蓄積し、環境変化、抗生物質への適応性の他、病 
－ 1 － 
原性の発揮に寄与していることが知られている。アミノ酸飢餓等のストレス条件において、 
(p)ppGppは rRNA合成、DNA複製、翻訳などのあらゆる生体反応に関わる機構を阻害し、生 
体分子の無駄な消費を抑制する一方で、アミノ酸生合成を促進することで細胞の生存を可能と 
する。(p)ppGppの標的因子は複数存在するが、その中でも環境変化に応じた代謝切り替えに 
関わる主たる標的は、枯草菌を始めとするグラム陽性細菌の多くでは、GTP生合成経路の酵素 
であるとされている(Kriel et al, Mol. Cell, 2012)。グラム陽性細菌として代表される枯草菌は、 
(p)ppGppの合成に関与する酵素を 3つ保有している。これらを全て欠失させた株 [(p)ppGpp0  
株] は、アミノ酸飢餓条件において、細胞内 GTP量が上昇し、生育阻害を示す。この生育阻害 
は GTP量の減少によって相補されることから、(p)ppGppの合成・蓄積がもたらす細胞内 GTP  
量の低下が、アミノ酸飢餓への適応に重要であることが示唆されている(Kriel et al., Mol. Cell,  
2012)。しかし、このようなアミノ酸飢餓への適応に必須な役割を担う GTP量変化の本質が何 
であるかについては、未だ研究の余地がある(Tojo et al., J. Bacteriol., 2008; Kriel et al.,  
J. Bacteriol., 2014)。さらに、GTP量は栄養状態に応じて厳密に制御されている故に、その生 
合成が細胞における他の代謝と共役的に制御されていることは想像できるが、これまでの GTP  
量の制御に関わる研究は、主に前述した(p)ppGppによる制御と、de novo 生合成経路上流の 
酵素に対するフィードバック制御等に焦点が当てられており、他の代謝経路上にある因子との 
関連性については未検証である。 
 以上の課題を解明していくためには、GTP量を制御する主要な因子として知られる(p)ppGpp 
を排した株において、どういった遺伝子変異がアミノ酸飢餓への適応性を回復させるのか、ま 
た、そうした抑圧変異株においてもアミノ酸飢餓への適応性、細胞内 GTP量に影響を与える 
因子はあるのかを解析していくことが重要であると考えられる。過去に枯草菌(p)ppGpp0株の 
最少培地において生育回復する抑圧変異株が取得され、de novo  GTP生合成経路関連遺伝子 
に抑圧変異が同定されていた(Kriel et al., Mol. Cell 2012)。この結果は、枯草菌がアミノ酸飢 
餓条件に適応する上で、(p)ppGpp が GTP生合成を制御することの重要性を裏付けるものであ 
った。しかし、これらの抑圧変異株のスクリーニングには、メチオニン要求性を持つ株が用い 
－ 2 － 
られており、最少培地にメチオニンを添加した条件でスクリーニングが行われていた。メチオ 
ニンは緊縮応答時に生合成が促進されるアミノ酸の一つであることから、過去のスクリーニン 
グでは(p)ppGppによる制御機構、アミノ酸飢餓への適応において GTP量の変化が持つ生理的 
意義について、見落とされている側面が存在する可能性が考えられた。そこで本研究では、栄 
状態の変化に適応する上で重要な細胞内 GTPの量的制御の体像を解明することを目指し、メ 
チオニン要求性を持たない(p)ppGpp0株を用いて、最少培地において生育回復に関わる遺伝子 
解析を行うこととした。 
【方法・結果】 
1. (p)ppGpp0株の最少培地における生育阻害を抑圧する変異株の取得と解析 
まず最少培地から(p)ppGpp0株がコロニー形成できるようになった抑圧変異株を約 70株取得 
した。それらの中から、既知の抑圧変異である de novo GTP生合成関連遺伝子に変異が落ちて 
いた株を除外した 21株の抑圧変異株について、次世代シーケンサーを用いたマッピング解析 
を行った。その結果、GTP生合成経路の上流に位置するプリンヌクレオチド生合成経路の酵素 
遺伝子(prs, purF)、RNAポリメラーゼ(RNAP)コア酵素をコードする rpoB/C といった、GTP  
生合成には直接関与しない新規な抑圧変異を多数同定した。 
2. 新規抑圧変異(prs, rpoB/C)による(p)ppGpp0株の生育阻害抑圧メカニズムの解析 
新規抑圧変異株のうち、プリンヌクレオチド生合成経路初発酵素遺伝子 prs、及び RNAPコア 
酵素をコードする rpoB/C に抑圧変異を同定した株について、アミノ酸飢餓への適応性と細胞 
内 GTP量との関連性について解析を行った。過去の報告において、GTP生合成に直接関与す 
る遺伝子に抑圧変異が生じた株では、細胞内 GTP/ATP量比の低下度合いがアミノ酸飢餓誘導 
条件での生菌率と比例することが示されている(Kriel et al., Mol. Cell, 2012; Kriel et al., J.  
Bacteriol, 2014)。本研究で取得された新規抑圧変異株も、過去に取得された GTP生合成に直 
接関与する遺伝子の抑圧変異株について行われたのと同様のアミノ酸飢餓誘導条件において、 
(p)ppGpp0株と比較して有意に生菌率の回復が見られた。このうち抑圧変異株 prsでは、正味 
の細胞内 GTP量の低下が見られた。一方で、抑圧変異株 rpoB/Cでは、細胞内 GTP量の有意 
－ 3 － 
な低下は見られなかった。また、rpoBのORF内に抑圧変異を同定した株(以下rpoB1(p)ppGpp0)   
における遺伝子発現の変化を、RNA-seqを用いて網羅的に解析したところ、アミノ酸飢餓誘導 
条件・非誘導条件、いずれにおいても、緊縮応答時に生じる遺伝子発現の変化を部分的に模倣 
する傾向の転写プロファイルが見られた。以上の結果を踏まえると、まず抑圧変異 prsは、プ 
リンヌクレオチド上流の変異によって、既知の GTP生合成経路の抑圧変異と同様、GTP量の 
低下によって(p)ppGpp0株の生育阻害を抑圧したと考えられる。対して抑圧変異 rpoB/Cは、 
GTP生合成自体には直接的に影響せず、その一方で、RNAPの質的変化を引き起こす結果、本 
来、緊縮応答時の GTP/ATP量変化がもたらす遺伝子発現の変化を、部分的に模倣したことで 
生育阻害を抑圧しているものと考えられる。 
3. 抑圧変異による(p)ppGpp0株の生育回復をメチオニンが阻害する効果とその原因の解析 
本研究において(p)ppGpp0株の生育阻害を抑圧する変異を同定した prs, rpoB/C は、過去の研 
究においては全く同定されなかった。本研究と過去の抑圧変異株のスクリーニング条件の違い 
として、メチオニンの有無が挙げられる。このことから、メチオニン存在下では新規抑圧変異 
による生育回復効果が阻害されるのではないかと考え、最少培地メチオニン添加・非添加条件 
(MM±Met)における新規抑圧変異株の生育を比較した。その結果、抑圧変異株 rpoB/Cは、い 
ずれもMM+Met条件において顕著な生育阻害を示した(メチオニン感受性)。一方で過去に同定 
されていた GTP生合成に直接関与する遺伝子に抑圧変異を持つ株、及び抑圧変異株 prsにお 
いてはメチオニンの有無による生育への影響は殆ど見られなかった。以上の結果から、メチオ 
ニンは rpoB/C変異による生育回復効果を打ち消すことが示唆された。抑圧変異株 rpoB/Cとそ 
の他の抑圧変異株の相違点として、抑圧変異株 rpoB/Cでは細胞内 GTP量の有意な低下は見ら 
れないことが挙げられる。このことから、抑圧変異株 rpoB/Cは細胞内 GTP量の上昇する要因 
に対し、他の抑圧変異株と比較して感受性が高いことが考えられた。実際に、最少培地におけ 
る抑圧変異株 rpoB/C の生育は、GTP salvage合成の基質である guanosineの添加により阻害 
される細胞内 GTP量を上昇させることで、圧変異株 rpoB/Cの生育回復効果を打ち消していた 
のではないかと考えた。GMP合成酵素 GuaAの阻害剤 decoyinineをMM+Met条件に添加し 
－ 4 － 
たところ、rpoB1 (p)ppGpp0株のメチオニン感受性は部分的に回復した。また、MM±Met条 
件における細胞内 GTP量を、HPLCを用いて解析したところ、野生株においてはメチオニン 
の添加・非添加で細胞内 GTP量に殆ど変化が見られなかったのに対し、rpoB1 (p)ppGpp0株に 
おいては、メチオニン添加条件で細胞内 GTP量の顕著な上昇が見られた。以上の結果から、 
抑圧変異株 rpoB/Cが示すメチオニン感受性は細胞内GTP量の上昇に起因することが示唆され 
た。 
4. GTP生合成とMethionine 代謝とを結びつける制御機構の解析 
これまでの研究において、メチオニン感受性は de novo GTP生合成に直接関与する遺伝子の抑 
圧変異株は示さなかったこと、一方で rpoB1 (p)ppGpp0株が示したメチオニン感受性は、GMP  
合成酵素 GuaAの阻害剤 decoyinineの添加により部分的に相補されたことを踏まえ、メチオ 
ニン添加による細胞内 GTP量の上昇は、メチオニン、またはその代謝産物が、de novo GTP  
生合成のいずれかの律速段階を(少なくとも GuaAより上流の律速段階で)促進していると推察 
した。そこで de novo GTP生合成経路の各酵素のドメイン構造について調べたところ、本研究 
では IMP dehydrogenase(GuaB)に着目するに至った。GuaBは ATPと GTPの生合成の分岐 
点にある IMPから XMPを合成する反応を触媒する GTP生合成の律速酵素である。GuaBに 
は CBS domain (bateman domain) と呼ばれる機能未知な subdomainが進化的に保存されて 
いる。CBS domainは多くの生物に、IMP dehydrogenaseに限らず保存されており、主に 
Adenine baseを持つ化合物がリガンドとして作用することが知られている。しかし、かし、IMP  
dehydrogenaseの CBS domainに対して何がリガンドとして作用し、酵素の機能に対してどの 
ように関与しているのかについてはあまり理解されていない。IMP dehydrogenase以外のCBS  
domainを持つ酵素において、メチオニン代謝に関与する因子がリガンドとして作用する例を 
調べたところ、超高熱性細菌Methanocaldococcus jannaschii の持つ機能未知酵素Mj0100の 
CBS domainにメチオニンの代謝産物である S-Adenosyl Methionine(SAM), 及びMetylthio  
adenosine(MTA)がリガンドとして作用することが報告されていた(Lucas M et al., J. Mol.  
Biol. 2010)。Mj0100と SAM, MTAとの共結晶構造解析の結果から、CBS domain において 
－ 5 － 
SAM, MTAとの結合に関与するアミノ酸残基も同定されており、枯草菌 GuaBとMj0100との 
CBS domainのアミノ酸配列比較を行ったところ、枯草菌 GuaB CBS domain において SAM 
との結合に関与するアミノ酸残基がいくつも保存されていることが分かった(GuaB Leu114, 
Ile120, Val123, Ile137, Thr139, Val163, and Leu198)。このうち枯草菌 guaB のアミノ酸残基 
の変異:T139Iと、I120, V123近傍のアミノ酸残基の変異：S121Fは、過去に(p)ppGpp0株の 
最少培地における生育阻害を抑圧する変異として同定されていた(Kriel et al., Mol. Cell  
2012)。さらに、本研究においても(p)ppGpp0株の最少培地における生育阻害を抑圧する変異と 
して、L198の近傍に位置するアミノ酸残基の変異(K196E)を同定した。そこで、これらの変異 
をそれぞれ rpoB1 (p)ppGpp0株に導入し、MM±Met条件における生育を検証した。その結果、 
いずれの変異によっても、メチオニン感受性は完全に相補された。以上の結果から、メチオニ 
ンの代謝産物である SAMが、GuaBの酵素活性を CBS domainを介して正に制御し、GTP生 
合成を活性化させる可能性が示唆された。 
【総合討論】 
細胞内における GTP量の恒常性を維持することは、全ての生物において重要である。合成酵 
素の保存性から、(p)ppGpp は細菌、及び植物の葉緑体にまで保存されており、GTP量の恒常 
性に必須な役割を担っているとされている(真核生物においては(p)ppGppを合成する機構は未 
だ見つかっていない)。本研究における枯草菌(p)ppGpp0株を用いた解析から、栄養状態に応じ 
た代謝変化に重要な細胞内 GTPの量的制御に、メチオニン代謝が関与しているという新規な 
関係性が示唆された。その機構として、メチオニン代謝産物である SAMが GuaBの CBS  
domainを介して正に制御するモデルを提唱したが、AMは必須な生体分子であるため、どの 
生物も持っているのに加え、GuaB(IMPDH)も CBS domainと共に、細菌からヒトまで広く保 
存されている。このことから、本研究で見出した機構は(p)ppGppによる制御との関連性に留 
であることや、鉄硫黄タンパクの鉄硫黄クラスターの形成に関与するなど、あらゆる生体反応 
に必須な化合物である。このように GTP生合成とメチオニン代謝は、いずれも細胞の増殖に 
重要な役割を担っていることから、これらが、栄養状態に応じて共役的に制御されていること 
－ 6 － 
は、理に適っていると考えられる。故にメチオニン代謝と細胞内 GTPの量的制御との関係性 
は、生物が外界の栄養状態に応じて細胞内の代謝を変化させ、増殖・分化を制御する機構の全 
体像の解明の一端に迫るものであると考えられる。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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－   － 
 


English

枯草菌におけるGTP生合成を中心とした増殖制御ネットワークの解析

荒川, 弦矢

4191

ARAKAWA, Genya

4192

麹菌Aspergillus oryzaeにおける新規二次代謝制御因子KpeAの機能解析

尹, 堵鉉

4207

Yoon, Dohyun

4208

Japanese

韓国農村における6次産業化の現状と帰農者の役割に関する研究 ―慶尚南道密陽市を事例として―

東京農業大学博士（国際バイオビジネス学

Msuya Rahel Kichawele

4215

4216

Performance of Semi-Formal Microfinance Institutions in Tanzania: A case study of selected SACCOs and BRAC Tanzania

RAHMANI, SHAFIQULLAH

4039

4040

- 1 - 
 
氏 名   RAHMANI SHAFIQULLAH 
学位（専攻分野の名称）   博 士（農業工学） 
学 位 記 番 号   甲 第 768号 
学位授与の日付   平成 31年 3月 20日 
学 位 論 文 題 目    Study on Soil Surface Treatment for Water Harvesting in 
 Paghman District of Kabul Province, Afganistan 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（農学） 三 原 真 智人 
               教 授・博士（農学） 渡 邉 文 雄 
               教 授・博士（農学） 岡 澤   宏 
               助 教・博士（農学） 中 島   亨 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
1. Background and objectives 
Water is the most essential input for successful agriculture. Afghanistan is often characterized as 
arid to semi-arid regions. Most water resources are used for agricultural purposes in Afghanistan. 
Majority of the population lives in rural areas and conduct subsistence farming on small scale 
farmlands at less than 3 ha. Recently, local farmers in the country have been suffering from serious 
droughts due to climate change. Drought has reached to an emergency level at 8 provinces among 34 
provinces of the country. In semi-arid regions of Afghanistan, crop cultivation needs regular 
irrigation due to low and unequally divided rainfalls in the growing season from March to October. 
In the study area of Paghman District, the growing season starts in March and ends in October. 
Hence, from June to October, Paghman District receives hardly any precipitation. Therefore, 
irrigation water shortage during the latter half of the growing season is a serious problem causing 
crop failure and low productivity in the study area, though Karezes (which is a tunnel system used to 
extract shallow groundwater) and tube wells are the main ways to obtain the irrigation water during 
the growing season. 
However recently, the amounts of groundwater discharge including Karezes are scarce, and local 
farmers are not able to obtain certain amounts of irrigation water in the latter half of the growing 
season. Therefore, attention has been paid to set up the system for collecting and stocking certain 
amounts of surface water during the first half of the growing season. Although there are many water 
collecting methods, such as water harvesting, micro catchment and spate irrigation, being applicable 
for reducing water shortage problems in semi-arid regions, less attention has been paid to water 
harvesting in Afghanistan. Many water harvesting inducement techniques, such as compaction, 
gravel removal, bitumen emulsion, less permeable soil, wax and plastic cover and sodium 
- 2 - 
 
dispersants have been widely applied. This study is focused on clayey dressing application (covering 
with less permeable soil); due to it is an economical and environmental-friendly strategy.Therefore, 
this study was conducted to propose proper soil surface treatment for effective water harvesting 
through estimating surface runoff volume using the rational method and the Chong method and 
discussing the effectiveness of the clayey dressing application. 
  
2. Current agricultural status and problems faced in Paghman District of Kabul 
Province, Afghanistan 
Kabul City is the capital of Afghanistan and locates in the most populated region in Afghanistan. 
Paghman District is the nearest to Kabul City and part of the Kabul City Development Plan. Majority 
of the people rely on agricultural activities, so Paghman District is an important vegetable and fruit 
supplier to Kabul City. Most of farmers are small scale producers, as average cultivated land per 
farmer is less than 1 ha. Majority of the farmers are uneducated, so access to the extension service is 
very limited and only 6 extension workers are taking responsibility for the whole District of 150,000 
peoples. Accordingly, farmers in Paghman District tend to conduct the traditional agriculture. Famers 
use Karezes and wells for irrigation purposes and border irrigation system is the most common 
among farmers, although it spends plenty of water. 
To identify the current agricultural status and problems faced in the study area, the questionnaire 
survey was conducted in Qargha Reservoir Watershed of Paghman District, Kabul Province. Based 
on the questionnaire survey, farmers had problems with water shortage, diseases and pests, soil 
erosion, low fertility and weeds at 83%, 63%, 50%, 29% and 13%, respectively. Especially related to 
water shortage, 66% of farmers recognized water shortage as severe or very severe problem in 
Qargha Reservoir Watershed of Paghman District. Accordingly, it was concluded that water shortage 
was the main limiting factor for conducting agriculture, and conservation measures must be 
undertaken to reduce water shortage problems in Qargha Reservoir Watershed of Paghman District, 
Afghanistan. 
 
3. Analyzing water harvesting potentials in zoned areas in Qargha Reservoir Watershed 
Arid and semi-arid areas such as Afghanistan have been suffered not only from limited 
precipitation but also from poor management of water resources for agricultural purposes. Most of 
surface runoff water from rainfall in the study area has been flowing into the rivers without any 
proper usage or management during the rainy season in Qargha Reservoir Watershed. Therefore, this 
study aimed to analyze water harvesting potentials through identifying suitable water harvesting sites 
and to estimate the potential volume of surface runoff based on the rational method and the Chong 
- 3 - 
 
method in Qargha Reservoir Watershed of Paghman District, Afghanistan. In this study, weighted 
overlay among land use, DEM (Digital Elevation Model) and soil type maps in GIS was used to 
determine suitable water harvesting sites. The rational method and the Chong method were applied 
to estimate the potential volume of surface runoff. 
On the basis of the suitability map for water harvesting, the suitable areas cover only 27.7% and 
the not suitable areas cover 72.3%. For estimating the potential volume of surface runoff based on 
the rational method and the Chong method, a small area at 2 ha was selected in the suitable areas of 
Qargha Reservoir Watershed. The estimated volume of surface runoff applied the rational method at 
1326.19 m3 was comparatively smaller than that applied the Chong method at 1677.18 m3 from the 
16 rainfall events observed from 18th November, 2017 to 6th May, 2018 during 170 days. The 
analyzed results indicated that water harvesting was possible in Qargha Reservoir Watershed. 
However, these estimated volumes of surface runoff should be calibrated with the field experiment. 
Additionally, attention has been paid to the application of effective strategy for maximizing the 
volume of surface runoff for water harvesting. 
 
4. Development of water harvesting technique in Qargha Reservoir Watershed 
In semi-arid regions of Afghanistan, crop cultivation needs regular irrigation due to low and 
unequally divided rainfalls in the growing season from March to October. Therefore, this study 
aimed to develop water harvesting techniques. Water harvesting techniques such as compaction, 
gravel removal, bitumen emulsion, less permeable soil, wax and plastic cover and sodium 
dispersants are widely used in the world for runoff inducement. In this study, clayey dressing 
application (covering with less permeable soil) was focused as it is an economical and 
environmental-friendly strategy. The runoff experiments were carried out in the laboratory and in the 
field. The surface runoff volumes from clayey dressed plots with silty clay loam and clay loam were 
compared with that from the control plots. 
The results of laboratory experiment showed that the surface runoff volumes from clayey dressed 
plots with silty clay loam at 46.4 cg/g, 52.3 cg/g and 56.9 cg/g in mass concentration (Ms/M) 
increased at 15.8%, 28.3% and 30.1% compared to that from the control plot, while that from clayey 
dressed plots with clay loam at 52.1 cg/g, 60.1 cg/g and 64.9 cg/g increased at 27.1%, 40.6% and 
42.6%, respectively. Also, the results of field experiment conducted in Qargha Reservoir Watershed 
indicated that the surface runoff volumes on Deh Ponba soil dressed with silty clay loam at 57.7 cg/g 
and 64.9 cg/g in mass concentration (Ms/M) increased at 41.5% and 42.6%, while on Doda Mast soil 
dressed with silty clay loam at same concentration increased at 55.3% and 58.6% compared to that 
from the control, respectively. Additionally, the results of statistical analysis indicated that there were 
- 4 - 
 
significant differences between the surface runoff volumes from clayey dressed and that from control 
(p<0.01). Accordingly, it was concluded that the application of clayey dressing onto the soil surface 
was highly effective in surface runoff inducement.  
 
5. Rheological analysis of clayey dressing mechanism 
Rheological analysis was carried out for measuring flow behavior of non-Newtonian fluids such as 
clayey suspension, as it was related to sealing or clogging mechanism of soil surface pores with 
clayey suspensions. In this study, the flow behavior of clayey suspension under various 
concentrations was analyzed with a MacMicheal rotational viscometer. Also, soil pore distribution 
was measured on the basis of the soil water retention curve and the morphological observation. In the 
clayey suspension, there are some parts behaving as an elastic body (called plug flow), although 
other parts behave as a viscous body. It was considered when the sizes of elastic body of clayey 
suspension in soil pores are beyond the sizes of pores, the sealing or the clogging of soil surface 
pores with clayey suspensions takes place. So, in this study, the sizes of elastic body of clayey 
suspension in soil pores were compared with the sizes of pores. 
The results showed that the plug radiuses of the clayey suspension made of silty clay loam from 
37 to 57 cg/g were 0.018 to 0.46 m, while that of clay loam from 46 to 65 cg/g were 0.0096 to 0.37 
m, assuming soil pores were clogged in 5 mm deep and the depth of 5 mm was dressed with clayey 
suspension. On the other hand, soil pores were classified into following 5 types; macrospores, 
mesopores, micropores, ultramicropores and cryptopores, which constituted at 16.2%, 6.6%, 19.8%, 
30.9% and 26.5% of the total pore volume. The radius of the largest pore observed was 0.0075 m; 
which means that the plug radius of the clayey suspension should be bigger than that of the largest 
pore at 0.0075 m for sealing or clogging of soil surface pores. Based on the flow behavior of clayey 
suspension, especially Bingham yield value, the suitable concentration was calculated. The 
calculated results for silty clay loam and clay loam were 32 cg/g and 46 cg/g, respectively. It was 
concluded that rheological analysis made possible not only clarify clayey dressing mechanism but 
also propose the suitable concentration for sealing target pore radius of soil surface. 
 
6. Integrated discussion of clayey dressing for water harvesting 
Clayey dressing is one of the main techniques used for minimizing infiltration of the soils. 
Therefore, this study dealt with the estimation of the potential volume of surface runoff after clayey 
dressing based on the rational method and the Chong method in Qargha Reservoir Watershed of 
Paghman District, Afghanistan. For applying the rational method, the runoff coefficient at 0.63 after 
clayey dressing was estimated on the basis of the field and laboratory runoff plot experiments. Also 
- 5 - 
 
for applying the Chong method, sorptivity and saturated permeability have measured after clayey 
dressing at 5 mm on the soil surface. 
The estimated volume of surface runoff after clayey dressing with the rational method from the 16 
rainfall events observed from 18th November, 2017 to 6th May, 2018 during 170 days has changed 
to 2258.11 m3 from 1326.19 m3. Additionally the estimated volume of surface runoff after clayey 
dressing with the Chong method has changed to 2510.07 m3 from 1677.18 m3. Although it is needed 
to conduct further research to discuss the accuracy of the estimated volume, it was concluded that the 
volume of surface runoff would be much improved with clayey dressing. 
 
7. Conclusions and recommendations 
In the study area, Paghman District of Afghanistan, the growing season starts in March and ends in 
October. Hence, from June to October, Paghman District receives hardly any precipitation. Therefore, 
irrigation water shortage during the latter half of the growing season is a serious problem causing 
crop failure and low productivity. Accordingly, attention has been paid to set up the system for 
collecting and stocking certain amounts of surface water during the first half of the growing season. 
In this study, it was focused on clayey dressing application (covering with less permeable soil); due 
to it is an economical and environmental-friendly strategy. So, the objective of this study was to 
propose proper soil surface treatment for effective water harvesting through estimating surface runoff 
volume using the rational method and the Chong method and discussing the effectiveness of the 
clayey dressing application. 
Based on the rheological behavior of clayey suspension, especially Bingham yield value, it was 
succeeded to propose the suitable concentration for sealing target pore radius of soil surface for 
effective water harvesting. Also, through the estimation of the potential volume of surface runoff 
after clayey dressing based on the rational method and the Chong method in Qargha Reservoir 
Watershed of Paghman District, Afghanistan, it was concluded that the volume of surface runoff 
would be much improved with clayey dressing.  
According to the findings of this study, it was suggested and recommended that farmers in Qargha 
Reservoir Watershed should apply clayey dressing onto the soil surface for reducing water shortage 
problems. 
 
（和文要旨）                                  
 本研究では，アフガニスタン国パフマン地域におけるウォータハーベスティングを目指し
た土壌表層処理について扱っている。研究対象地であるパフマンにおいては，営農期間の後
半に当たる 6 月から 10 月までの期間は殆ど降雨がない。そのため営農期間の後半に発生す
- 6 - 
 
る水不足は，農作物の成長阻害や低い農業生産性の原因となっている。そのため，営農期間
の前半に発生する降雨を集水して貯留するシステムの確立に関心が注がれている。本研究で
は経済的で環境に与える影響の少ないウォータハーベスティング手法として，粘性土被覆
（難透水層設置）の適用について着目した。具体的には，合理式と Chong 式に基づきウォ
ータハーベスティングによって集水できる直接流の積算水量を比較するとともに，ウォータ
ハーベスティングにおける粘性土被覆（難透水層設置）の効果について議論を深め，ウォー
タハーベスティングを目指した土壌表層処理において技術的な提案を行うことを目指した。
本研究を通して，レオロジーモデルであるビンガムモデルを適用して算出されるビンガム降
伏値から，粘性土懸濁液による土壌表面の被覆機構を明確化できるとともに，土壌表面に分
布する孔隙の最大間隙径に対応して，粘性土懸濁液の質量濃度を算出できることが明らかと
なった。また，粘性土懸濁液による土壌表面の被覆の適用によるウォータハーベスティング
による集水量の変化を合理式および Chong 式を適用して比較した結果，表面被覆の効果を
高く評価できる結果となった。本研究で得られた成果に基づき，水不足の問題の低減のため
にも，パフマン地区カルガ貯水池流域における現地農家が粘性土懸濁液による土壌表面の被
覆の適用によるウォータハーベスティングを推進することが提言された。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
本研究では，アフガニスタン国パフマン地域におけるウォータハーベスティングを目指し
た土壌表層処理について扱っている。経済的で環境に与える影響の少ないウォータハーベス
ティング手法として，粘性土被覆（難透水層設置）の適用について着目し，合理式と Chong
式に基づきウォータハーベスティングによって集水できる直接流の積算水量を比較すると
ともに，ウォータハーベスティングにおける粘性土被覆（難透水層設置）の効果について議
論を深め，ウォータハーベスティングを目指した土壌表層処理において技術的な提案を行っ
た。本研究を通して，レオロジーモデルであるビンガムモデルを適用して算出されるビンガ
ム降伏値から，粘性土懸濁液による土壌表面の被覆機構を明確化できるとともに，土壌表面
に分布する孔隙の最大間隙径に対応して，粘性土懸濁液の質量濃度を算出できることを明ら
かにした。また，粘性土懸濁液による土壌表面の被覆の適用によるウォータハーベスティン
グによる集水量の変化を合理式および Chong式を適用して比較した結果，表面被覆の効果を
高く評価できる結果となった。本研究で得られた成果に基づき，水不足の問題の低減のため
にも，パフマン地域カルガ貯水池流域における現地農家が粘性土懸濁液による土壌表面の被
覆の適用によるウォータハーベスティングを推進することが提言された。 
これらの得られた研究成果は，アフガニスタン国の水資源開発技術として適用可能である
- 7 - 
 
ことなどを評価し，審査員一同は博士（農業工学）の学位を授与する価値があると判断した。 


Study on Soil Surface Treatment for Water Harvesting in Paghman District of Kabul Province, Afghanistan

青木, 政樹

4063

AOKI, Masashige

4064

- 1 - 
 
氏 名   青 木 政 樹 
学位（専攻分野の名称）   博 士（農業工学） 
学 位 記 番 号   乙 第 944号 
学位授与の日付   平成 31年 3月 20日 
学 位 論 文 題 目   衝撃吸収性を考慮した歩行者系舗装の性能設計法に関する研究 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（工学） 竹 内   康 
               教 授・博士（工学） 小梁川   雅 
               准 教 授・博士（工学） 川 名   太 
               教 授・博士（工学） 山 崎 元 也 
               准 教 授・博士（工学） 國 井 洋 一 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
１．本研究の背景と目的 
2006 年のバリアフリー新法の制定，2011 年の改正によって，「ユニバーサルデザインの考
え方に基づきすべての利用者に利用しやすい施設及び車両等の整備を通じて，国民が生き生
きと安全に暮らせる活力ある社会の維持に寄与する」ことが明記された。 
このような背景の下，（公社）日本道路協会が発行した「舗装設計施工指針（平成 18 年版）」
では，歩道および自転車道等における舗装の役割は歩行者および自転車，車椅子の通行に対
して安全，円滑，快適な歩行性，走行性を確保することが記されている。具体的な舗装の性
能として「すべり抵抗性」，「段差」，「衝撃吸収性」，「透水性」，「路面温度低減」の 5 つの性
能が例示されている。これらの性能の中で，「衝撃吸収性」と「路面温度低減」の 2 性能は，
比較的最近に取り入れられたもので，現在も標準化をめざし，研究が進められている途上に
あることもあり，性能の評価法は例示されてはいるものの，具体的な目標値は明記されてい
ないのが現状である。 
歩行者の安全性や快適性などを考慮した衝撃吸収性が求められる歩行者系舗装について
は，表層材の性能のみならず，表層より下の層の硬さも加味した構造設計が必要となるはず
である。しかし，歩道の設計において，舗装構成などは力学的根拠に基づいて決定するので
はなく，経験および施工性から決められることが多い。そこで本研究では，利用者が転倒し
た際の怪我に直結する衝撃吸収性に着目し，歩行者系舗装の路面の硬さの目標値の設定およ
び構造設計法の検討を行うこととした。また，転落によるケガなどの危険が考えられる遊具
周りの舗装も歩行者系舗装に該当すると考え，この構造設計法を遊具からの落下に対する安
全性を考慮した表層材の厚さの設計手法に適用することについても検討した。 
 
 
- 2 - 
 
２．歩行者系舗装の衝撃吸収性・弾力性に関する研究事例と課題 
歩行者系舗装をめぐる社会情勢の変遷や歩行者系舗装に求められる性能，特に衝撃吸収
性・弾力性に関する既往の研究事例を整理したところ，以下のように総括できることがわか
った。 
(1) 歩行者系舗装の衝撃吸収性・弾力性の評価は，スチールボール(SB)とゴルフボール(GB)
の反発係数（SB 係数，GB 係数）を用いた舗装路面の弾力性試験が多用されている。 
(2) 舗装路面の硬さ試験において，JIS 規格のヘッドモデルを落下させたときの衝撃加速度
と GB 係数には正の相関，SB 係数と衝撃加速度には負の相関がある。 
(3) 車いす利用者の走行性と歩行者の歩きやすさを考慮した衝撃加速度の範囲が示されて
いるが，これに基づいた舗装の構造設計が提案されるまでには至っていない。 
(4) 歩行者系舗装の弾力性評価に地盤の簡易支持力試験が行われた事例はあるが，簡易支持
力試験と舗装路面の弾力性試験あるいは舗装路面の硬さ試験との関連性については十
分な検討がなされていない。 
地盤の簡易支持力試験では，載荷重と載荷時の路面たわみを測定するため，K 値などの支
持力係数の他に弾性理論を用いた舗装体の弾性係数の算出も可能である。そのため，簡易支
持力試験から求まる弾性係数と舗装路面の弾力性・硬さ試験結果の関係が明確になれば，利
用者が安全で快適に通行できる衝撃吸収性を有する歩行者系舗装の構造設計法を構築する
ことが可能になることがわかった。 
 
３．利用者の安全性・快適性を考慮した歩行者系舗装の構造設計法の提案 
（１）歩行者系舗装の路面の弾性係数と弾力性・硬さ試験結果の関係 
歩行者系舗装を対象に路面弾性係数（表層以下を単層とみなした場合の弾性係数）と舗路
面の弾力性・硬さ試験結果の関係を調査し，「歩きやすさ」を念頭に置いたアンケート調査
結果と比較した。その結果，硬さ試験による衝撃加速度が大きくなれば，路面弾性係数も大
きくなっており，舗装路面が硬いと評価されるほど，弾性係数が大きくなることがわかった。
また，既往の文献との関連性を精査したところ，利用者が安全で快適に通行できる衝撃加速
度の範囲を 69～100G と設定できることがわかった。また，衝撃加速度と路面弾性係数は，
路面弾性係数を対数軸とする片対数グラフにおいて直線関係が得られ，衝撃加速度の範囲
（69～100G）に対応する路面弾性係数の範囲は 30～120MPa であることがわかった。この
結果より，歩行者系舗装の路面弾性係数が 30～120MPa の範囲内に収まるように構造を決定
すれば，設計時に利用者の安全性・快適性を考慮できることがわかった。 
（２）路面弾性係数を用いた構造設計法 
Burmister の 2 層系弾性理論によると，2 層系地盤の弾性係数には式(１)に示す関係がある。
この手法にしたがって，ゴムチップ等を用いたいわゆる弾性舗装を既設舗装上に施工する場
- 3 - 
 
合，路盤から構築する場合の 2 通りの計算例を示した。その結果，何れの計算例も概ね現実
的な結果が得られることがわかった。 
F
E
v
E
v
f
f

−
=
−
2
2
2
2
11
                          (1) 
ここに，F：変位係数(= k2/k1)，Ef・vf：路面弾性係数・ポアソン比，E2・v2：下層の弾性係数・
ポアソン比，k1・k2：各層上面の K 値 
 
４．実舗装による提案設計法の妥当性の検証 
 3 章において Burmister の 2 層系弾性地盤モデルを用いて安全性や快適性を考慮した歩行
者系舗装の理論的な構造設計が行える可能性があることを確認した。しかし当該研究の知見
は，舗装の断面や使用材料の弾性係数などを仮定した計算結果によるものであり，様々な歩
行者系舗装を構築して実験的に確認したものではない。そこで 4 章では，構内に構築した舗
装構成や表層の使用材料が異なる 26 種類の試験舗装から直接求めた路面弾性係数と室内実
験で求めた表層材料の弾性係数から算出した路面弾性係数を比較し，本研究で提案した構造
設計方法の適用性について実験的に検証した。 
試験舗装および室内供試体の測定結果から，Burmister の 2 層系弾性地盤モデルにより求
まる路面弾性係数と，試験舗装上で求まる路面弾性係数の関係を比較した結果，構造設計法
により求めた路面弾性係数と実測の路面弾性係数には正の相関が見られるが，全体的に構造
設計法による弾性係数の方が若干小さな値を示す傾向にあった。しかしこれに対しては，表
層材料の弾性係数を室内実験により測定しておけば補正できることがわかった。また，利用
者が安全で快適に通行できる歩行者系舗装の弾性係数の範囲 30～120MPa に対し，試験舗装
で実測された路面弾性係数の範囲は 25～128MPa であったことから，3 章で提案した歩行者
系舗装の構造設計法は妥当な結果を与えることがわかった。 
 
５．提案設計法の遊具周り舗装への適用性に関する検討 
遊具周りの落下に対する安全性評価には「HIC 試験」（ASTM-F-1292）が用いられており，
測定結果は HIC 値と呼ばれている。HIC とは頭部損傷基準値（Head Injury Criterion）のこと
で，HIC 値は 4.6kg のヘッドモデルを任意の高さから落下させ，着地時の衝撃加速度と接地
時間から計算される値である。ASTM-F-1292 では頭部に重大な損傷が生じない高さの指標
として，HIC 値が 1000 未満かつ衝撃加速度のピークが 200G 未満の両方を満足する落下高
さを安全な落下高さと規定している。 
国土交通省が平成 14 年に発行した「都市公園における遊具の安全確保に関する指針」に
よると，遊具周りの路面には遊具の落下高さに見合った衝撃吸収性を有する素材を選定する
ことが望ましいとして，HIC 試験が紹介されている。HIC 試験は，施工後もしくは供用中の
- 4 - 
 
舗装路面の硬さの安全性評価や，衝撃吸収性を有する表層材の性能評価試験として活用され
ているが，表層より下の層を包括した遊具周りの安全な落下高さを考慮した構造設計法へ適
用した事例は見当たらない。そこで， HIC 試験と路面弾性係数に相関性が認められれば，4
章までに提案，実証した歩行者系舗装の理論設計法の枠組みに頭部損傷基準値を導入するこ
とが可能となり，歩道だけでなく公園の遊具周りなど，より広範囲な舗装の安全性を考慮し
た構造設計・評価が行えることから，本研究で提案した構造設計法の遊具周り舗装への適用
性を検討することとした。 
HIC 試験は HIC 値が 1000 未満かつ衝撃加速度が 200G 未満を満たす安全な落下高さを求
める試験であるため，舗装路面の硬さ試験のように，衝撃加速度のみの比較では，落下高さ
の情報が含まれない。そこで，HIC 試験をバネ定数 R とするバネ地盤上への質量 m の重錘
落下モデルと捉え，運動方程式を用いてバネ定数で比較することとした。重錘着地以降のバ
ネ地盤の変形は，式(2)の運動方程式で表すことができる。 
0
2
2
=+ Rx
dt
xd
m                                  (2) 
これを展開し，フックの法則に代入すると， 
  ( ) ( ) 2 sin 2 sin
m R R
F t R x t R g h t g h m R t
R m m
   
=  =    =           
   
     (3) 
HIC 試験等の重錘落下試験において計測される衝撃加速度 a が，F(t) とともに最大値を示
すと考えると，F(t) = ma となることから，地盤のバネ定数 R は以下のように求めることが
できる。  
hg
am
RRmhgam


==
2
2
2
22
                           (4) 
 これを第 4 章で使用した試験舗装での測定結果に適用したところ，HIC 試験と路面弾性係
数には非常に高い相関性が見られることがわかった。また，この結果に基づき本研究で提案
した構造設計法を用いて遊具周り舗装の表層厚の設計例を提示することが可能となった。つ
まり，安全な落下高さと路面弾性係数の関係性を求めておけば，安全な落下高さを考慮した
遊具周りの表層材の選定と厚さの設計が可能であることがわかった。 
 
６．総括 
日本は，総人口に占める 65 歳以上の高齢者の割合が 21%を超える超高齢社会であり，高
齢者を含むすべての人が安全，安心に移動できる歩行空間の整備が必要とされている。その
ような背景の下，車いすの走行性や歩行時の快適性・安全性に考慮した衝撃吸収性を有する
歩行者系舗装の舗装厚さの設計法に関する研究を行った。 
研究の結果，舗装路面の硬さ試験で求まる衝撃加速度と簡易支持力試験により求まる路面
- 5 - 
 
弾性係数（表層以下を単層とみなした場合の弾性係数）には関係性があり，衝撃吸収性を考
慮した表層の厚さを理論的に設計することが可能であることがわかった。また，当該構造設
計法の適用性を検証することを目的に，表層の種類や厚さおよび下層の条件を変えた 26 種
類の試験舗装を構築し，理論設計法と実測により求まる路面弾性係数を比較した結果，当該
構造設計法の適用可能性が確認できた。さらに，HIC 試験により求まる安全な落下高さを歩
行者系舗装の構造設計法の枠組みに採り入れることを目的に，路面弾性係数と安全な落下高
さの相関性を求め，遊具からの落下に対する安全性を考慮した舗装の表層厚さの設計法につ
いて検討した結果， HIC 試験と路面弾性係数には非常に高い相関性が見られ，安全な落下
高さと路面弾性係数の関係性が得られれば，安全な落下高さを考慮した遊具周りの表層材の
選定と表層厚さを設計できることもわかった。 
 本研究により，これまで，経験や施工性により設計されてきた歩行者系舗装が，歩行者の
快適性や安全性，遊具からの落下に対する安全性といった要求性能に応じて理論的に設計で
きることがわかった。今後は現場での実証実験等を積み重ね，本研究で提案した設計方法の
精度を向上させ，安全・安心な歩行空間の設計に貢献していく必要があると考えられる。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
近年，高齢者を含むすべての人が安全，安心に移動できる歩行空間の整備が求められるよ
うになってきている。歩道舗装に代表される歩行者系舗装の設計には，交通条件や地盤条件
等に応じて構造を決定する車道舗装と同じ設計思想が適用されてきたため，作用荷重が小さ
い歩行者系舗装の構造は経験や施工性によってのみ決められてきた。本研究は，このような
現状に鑑み，歩道や遊歩道，遊具周りに施工される歩行者系舗装を対象に，利用者の快適性
や安全性に強く関連する衝撃吸収性を性能指標とした構造設計法について検討したもので
ある。本研究を通して，衝撃吸収性と弾性係数には高い相関性があることを示し，弾性理論
に基づいた衝撃吸収性を考慮した構造設計法を提案するに至った。また，構造条件を変えた
26 種類の試験舗装を構築し，当該構造設計法の妥当性を検証するとともに，頭部損傷に対
する安全性が求められる遊具周りの舗装設計についても検討し，安全な落下高さを考慮した
遊具周りの舗装設計にも適用可能であることを示した。 
これらの研究成果は，歩行者系舗装の設計において利用者の快適性・安全性という要求性
能を導入するための理論的背景を与えるものであり，本研究で示した衝撃吸収性と弾性係数
の関係を求めるための技術的枠組みは広く普及し得るものであるとともに，今後の新たな舗
装材料開発に貢献するものであることなどを評価し，審査員一同は博士（農業工学）の学位
を授与する価値があると判断した。 


衝撃吸収性を考慮した歩行者系舗装の性能設計法に関する研究

折原, 健太郎

4067

ORIHARA, Kentaro

4068

Studies on Self-supplied Feed Production Method Based on Efficient Utilization of Land in the Southern Kanto Region

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