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(2024年7月9日更新) [ 日本語 | English ]

土壌 (soil)






有珠山 / サロベツ泥炭採掘跡
1986年, 2006年の有珠山火口原. ワタスゲ・エゾカンゾウ

土壌学 pedology (soil science): 土壌に関する研究 (s.l.)
応用土壌学(エダホロジー) edaphology: 資材・土地としての土壌の研究

⇒ 農学・林学(森林科学)

[ 形成作用 , リター ( PLFAs )]
分類 [ 農地 | 森林 | 粒径 ]
断面 [ 断面 soil profile | 落葉落枝 litter | 腐葉 duff ]
診断 [ 基準 standard for soil diagnostics ]
園芸 [ 用土 ]
特性 [ 水分 | 分析 ]
土とは (What is soil?)
地球表面の極薄い生物活動の影響を受けた層 (「極薄い層」は立場で異なる)

a. 植物根が密に分布する層
b. 植物根分布層に物質・エネルギー移動により影響与える層を含めた層

[野外調査道具 (field equipment)]

索引
クリミア半島
Ex. 森林・草原の規模: 人工林しかない
Ex. 草原: チェルノーゼム chernozem = 表層から1 m位黒い土

土壌転換(混合)が生物により行われるbioturvation。腐植発達

クロトビナ krotovina: モグラ・ネズミ・リス等が作った跡に腐植蓄積
径5 cm位。チェルノーゼムによく見られる

→ 土壌転換に有効


1870頃: 地質調査の必要性
ライマー (Rymer-Johnes, Thomas Manson 1839-1894): 来日

ライマー地質図作成

ナウマン (Naumann, Heinrich Edmund 1854-1927): 鉱山学校教師目的

→ 話絶え内務省地質課に入る
ライマー地質図に刺激され地質調査所作り地質、土壌、地理の調査研究

フェスカ (Fesca, Max 1846-1917, 独): 地質調査所土壌担当 + 駒場農学校

「日本農業及北海道殖民論」「日本地産論」(滞在中執筆)
Fescaの論:   火成岩 ⇐            [この間が土壌]            ⇒ 水成岩
                                    鉱物質集合体(+ 有機物添加)

ロシア学派
ドクチャエフ (Dokuchaev, Vasily Vasilievich, 1846-1903, 露)
1879 土壌分類整理
1883 「ロシアの黒土」(Russian Chernozem)
soil 1890頃: 生成的土壌論 - チェルノーゼム生成過程研究

A-C層分け行う
高度・緯度で土壌特性異なる → 温度(気温)関与 ⇒
成帯土壌: 気候climate zone と連関する事も指摘

→ 岩礫が土に変化: One of ecosystem = abiotic factors
生物いる地球 = 土ある vs 生物いない月 = 土ない
→ 生物相互作用 biotic interactions

Sibirtsev, Nikolay Mikhaylovich (1860-1900)
Glinka, Konstantin Dmitrievich (1867-1927)

両名により気候と形態的特徴による土壌分類・命名・作図体系発展

Taylor, G.による土壌区分

礫土(gravel) = 植物生育困難, 砂土(燕麦土壌, sand) = 燕麦位なら育つ, 壌土(大麦土壌, loam), 埴土(小麦土壌, clay)

1893 (M26): 農商務省農事試験場設置

東京本場, 大阪・宮城・石川・広島・熊本・徳島支場

[ 野外土壌調査 - 地下部測定 ]

[ 日本農地土壌 | 日本森林土壌 | 調査法 ]

土壌分類 (soil classification)


土壌断面 soil profile: 土壌は様々な要因によって絶えず変化 ⇒

観察項目: 層位、土色、有機物、土性、構造、粘稠度、溶脱集積、生物 等

母材(母質物) parent material: 岩石などの土の元となる材料
母岩: 母材が岩石の場合
層位 (horizon): 日本農地土層区分
  • 有効土層: 植物根が比較的自由に貫入する層。土壌硬度計で緻密度29 mm以上を示す厚さ10 cm以上の層。極端な礫層や地下水面あれば、その上の層まで。地表下50 cm内に存在する耕盤など有効土層を制限する土層を心土耕等で改良し根が貫入できればその層も有効土層に含む
    1等級地 ⇒ 水田・草地等 → 有効土層 ≥ 50 cm / 樹園地 → ≥ 1 m
  • 表土層 (= O層 O-horizon)
  • 作土層 (耕土層, = A層): 土壌の最上位層にあり、耕耘・施肥・灌水など生産のために人間が影響を強く与える層

    鋤床層: 作土層直下の鋤底部分で、機械大型化やロータリー耕により緻密化傾向にあり、鋤床層が浅層化し問題

  • 心土層 (= B層): 作土層より下の土層の総称。一般に作土層より緻密で腐植・有機物少なく養分乏しい、しかし、作土層からの溶脱養分が集積していれば肥沃化した心土となり天地返し等で作土層へ養分供給できる

    土壌体 solum: 土壌化作用を受けた層 = A層 + B層

  • 基層 (= C層): 風化作用は幾分あるが土壌化作用の影響は殆どない
  • 耕盤: 植物根伸長著しく阻害し、透水性低下させる緻密層 (緻密度 ≥ 29 mm / 厚さ ≥ 10 cm)。大型機械踏圧や鉄・粘土集積により発達

土壌粒径/土性 (soil texture)


土性 soil texture

植物への養分水供給と土壌での維持貯蔵、耕耘難易に関連
s.s. 土壌各粒子の比率 → 透水性・水分・養分保持等を決める基本性質

粒径↑ = 水・養分吸収保持↓ &rarr ;干害・肥料流亡

s.l. 土色 + 粒子 = 土性 (西欧: 石灰質岩石多。また泥炭地が結構ある)

土色 soil color: 有機物・Fe・Mn等含量・化合状態・含水量で異なる

土性区分 (classification of soil texture)

日本では、国際法かJISを使うこと多。日本森林土壌調査では国際法採用。土壌特性と農業事情を反映し、粒径区分は国により、同じ国でも分野で異なるので注意。なぜ、目の粗さが0.063 mmという不思議な篩があるのは、そんな基準を設けてるところもあるから

国際法 (Atterberg)
礫 gravel > シルト(微砂) silt > 粘土 clay

粒径        工学(工業)的                           農学的                                      
(mm)       米国(a)  国鉄(b) JIS      国際法 農学(c) USDA   ドイツ    ソ連    
> 3.0        礫         礫        礫        礫        礫        礫         礫         礫
> 2.0                                                                                            粗砂
> 1.0       粗砂     細礫     粗粒砂 粗砂     粗砂    細礫     粗砂
> 0.63                  粗粒砂                                    粗砂                  中砂
> 0.5                                                                               中砂
> 0.42                  中粒砂                                    中砂
> 0.25      細砂                 細粒砂
> 0.2                     細粒砂                       細砂     細砂                  細砂
> 0.1                                            細砂                            細砂
> 0.074                 微粒砂                                   微粒砂
> 0.063    シルト               シルト
> 0.05                                                                             粗シルト
> 0.02                   シルト                         微砂      シルト               粗シルト
> 0.01                                          シルト                          中シルト
> 0.0063                                                 粘土                              中シルト
> 0.005                                                                           細シルト
> 0.002    粘土     粘土     粘土                            粘土                 細シルト
> 0.001                                        粘土                            粗粘土
> 0.00063 コロイド コロイド コロイド                                               粘土
> 0.0002                                                                         中粘土
> 0.0001                                                                         細粘土
未満                                                                                             コロイド

(a) 米国道路局、(b) 国鉄土質調査委員会、(c) 日本農学会法

粘土含量にもとづく
1. 日本農業規格土性分類 vs 林野現地調査                                             
砂土 (S)        粘土含量<12.5%  砂土            ほとんど砂ばかり
砂壌土 (SL)  12.5-25.0              砂質壌土     肉眼で指間に砂1/3-2/3認められる
壌土 (L)         25.0-37.5             壌土            ほぼ1/3以下の砂を含む
埴壌土 (CL)   37.5-50.0             微砂質壌土  粘りのない粘土が大部分を占める
                                                  埴質壌土     粘りのある粘土に砂を感じる
埴土 (C)         50.0%以上          埴土            粘りのある粘土が大部分
                                                  石礫土        石礫の間隙を細土が満たす感じ     
2. 砂 sand、シルト silt、粘土 clayの含有割合(構成比)をもとに分類
           粘土     シルト   砂 判定基準
粘土       ▓▓▓▓░░░░░░░░░░░░░░░░ サラサラして固まらない
砂質ローム ██▓▓▓▓▓░░░░░░░░░░░░░ 紐にならず表面ザラつく小球に固まる
ローム     ████▓▓▓▓▓░░░░░░░░░░░ ≥ 2 mm φなら紐。曲げ - 壊れる
重粘土     ████████▓▓▓▓▓▓░░░░░░ φ 2 mm以下で紐。曲げ - 輪になる
△ 国際法 (international rule)
△ 米国農務省 (USDA)
_________ soil
沈降速度, V (cm/s) ∝ 粒径 (ストークスStokesの法則)

V = 2/9·(d - d')η·gr2

r: 粒子半径 (cm), d: 粒子比重
η: 水粘性係数, d': 水比重, g: 重力加速度

沈降測定 = 浮きの沈降速度により粒子塊の組成がわかる

エピソメーター__________________沈降測定
texture____ texture
__________アンモニアやヘキサメタリン酸ソーダ calgon
土壌サンプルを入れる(風乾土(φ < 2 mm)を用いてもよい)

(Dokuchaev 1899)

土壌帯 soil zone


(Lang 1920)

気候的土壌帯 climatic soil zone

雨量係数 rain factor, RF
RF = (年降水量)/(年平均気温) (Ex. 札幌 = 1100/7.2 = 152)
    気候      風化型1      雨量係数  土壌型

    過湿気候  奨液風化       > 160   腐植土及び漂白土2
    湿潤気候  溶液風化     160-100   黒色土
                           100- 60   褐色土
                            60- 40   12C以下  黄色土
                                     12-20C   赤色土
                      	             20C以上  ラテライト3
    乾燥気候                40以下   塩類土、砂漠土

1: 現在使わない。2: 腐植土 = 泥炭等, 漂白土 = podozol。3: ラテライト形成には乾湿が適度に交互に訪れることが必要
この区分は否定面多 Ex. 凍結期間は風化が進まない → その期間を除いたものを分母にする

Thornthwaite (USA)による土壌区分
PE index vs TE indexに基づく土壌区分
       乾 ←                                   → 湿
    寒|氷雪                                        |  0
    ↑|マスケグ                                    | 32
      |灰色 | 栗色 | チェル   | プレー | ポドゾル  | 48  TE
      |土   | 土   | ノーゼム | リー土 | 灰褐色土  | 64  index
    ↓|     |      |          |        | 赤黄色土  |128
    暑|     |      |          |        | ラテライト|
      0     16       32          48        64           128
                      PE index
                      草原土壌 ← | → 森林土壌
Volobuev (CCCP)の分類

_________________水湿系列
clay
A: 極乾. B: 乾. C: やや乾. D: やや湿. E: 湿. F: はなはだ湿. G: 極湿

0. 砂・粘土・泥炭・腐植
これらの組み合わせで土壌区分(1880年まで)
1. V.V. Dokchaenによる土壌分類(1900)
1886年以来のものでDokchaenによる最終的な区分体系

参考. 小麦土壌・大麦土壌・燕麦土壌・ライ麦土壌 - 農業的区分

A: 成帯土壌: 気候帯に対応して発達し成熟した土壌

zonal


    地帯  植生                土壌型

    I     北方森林            ツンドラ土壌
    II    タイガ              淡灰色ポドゾル化土壌
    III   森林-ステップ       灰色-暗灰土壌
    IV    ステップ            チェルノーゼム
    V     砂漠-ステップ       栗色土・褐色土
    VI    気成又は砂漠地帯    気成土壌・黄色土壌・白色土壌
    VII   亜熱帯・熱帯林地帯  ラテライト・赤色土壌

B1: 遷移的土壌

VIII__乾地-泥炭土壌(泥炭湿草地土壌)
IX___酸塩含有土壌, レンヂナ
X____二次的アルカリ土壌

B2: 異常土壌(成帯内性土壌): 人為含む気候以外の要因で形成された土壌

XI___泥炭土壌
XII___沖積土壌
XIII__風成土壌

生物中最も大きなインパクトを持つのは人間 → 土壌形成には数10-数100年かかると言われ、人は一瞬で変える存在であり、その土壌は人工土壌(人為土壌)と呼べる Ex. 水田土

2. Marbut (1924, USA)
化学分析から土壌生成要因
→ 湿潤地 = Al, Fe (pedalfers)、乾地 = Ca (pedocals)重要
石灰質土壌 calcareous soil
  • Category VI: Ca = Pedcals. Al, Fe = Pedalfers
  • Category V: Ca = 機械的風化等による形成過程土壌
  • Category IV: Ca = (成熟土壌)
    チェルノーゼム・暗褐色土壌・褐色土壌・灰色土壌・極地・熱帯 Pedcals
                         Al, Fe = ツンドラ・ポドゾル・灰色ポドゾル土壌・赤色土・黄色土・プレーリー土・ラテライト的土壌・ラテライト

未成熟土壌: 沼沢地土壌・グライ土壌・レンヂナ・沖積土壌・斜面上未熟土壌・塩類土壌・アルカリ土壌・泥炭土壌を区分

1938年位以降: 分類改変行われ以下の土壌分類群作成

|Great soil groups (大土壌群) < Suborder (亜目) < Order (目)

Order 成帯土壌 zonal soil
Suborder 1. 寒帯

|ツンドラ

Suborder 2. 乾燥地域淡色土

|砂漠土壌  |赤色砂漠土  |シーローゼーム(灰色土壌)  
|褐色土壌(腐植多  |赤色褐色土壌

Suborder 3. 半乾・半湿及び湿潤草原暗色土

|栗色土  |赤色栗色土  |チェルノーゼム  
|プレーリー土/赤色プレーリー土

Suborder 4. 森林・草原遷移帯

|退位チェルノーゼム(表面少し溶脱)  |非石灰質褐色土又は山東褐色土

Suborder 5. 森林地域淡色ポドゾル化土壌

|灰色森林土又はポドゾル土壌  |褐色ポドゾル土壌(レシベ等)  
|赤黄ポドゾル土壌(レシベ等)

Suborder 6. 温暖/熱帯地域の森林地及びラテライト的土壌

|赤褐ラテライト的土壌  |黄褐ラテライト的土壌  |ラテライト土壌

Order 帯間土壌 interzonal soil
Suborder 1. 塩類性(塩類/アルカリ)土壌、乾燥地不完全排水地/海岸堆積物

|ソロンチャク又は塩類土  |ソロネフツ土壌/ソロド土壌

Suborder 2. 沼沢地・沼地・多湿地及び平坦地の水成土壌

|腐植質グライ土壌  |高地(山)湿草地土壌  
|泥炭土壌  |半泥炭土壌  
|低腐植グライ土壌  |プラノゾル(=レシベ)  
|地下水ポドゾル土壌  |地下水ラテライト土壌

Suborder 3. 石灰性土壌

|褐色森林土(日本の褐色森林土と異)  |レンヂナ土壌

Order 非成帯土壌 azonal soil

|岩屑土  |レゴソル(乾燥的砂土含む Ex. 花岬砂丘)  |沖積土

3. 包括的土壌分類群土壌命名法第7次案
Seventh approximation published (US Soil Survey Staff 1960)
Order (*: 日本に存在しない)
  1. Entisol (recent): 最新の(新しい)土: 最近形成された土壌
  2. Vertisol (invert)* 変わりうる土: 乾湿繰返し膨張収縮する暗色粘土土壌
  3. Inspetisol (inception): 特徴少ない(溶脱・風化弱い)若い土壌
  4. Aridisol (arid)*: 乾燥地域の土壌
  5. Mollisol (mollify)*: ステップやプレーリーの草原土壌
  6. Spodosol (spodos, podzol-pod)灰: 酸化物や腐植が移動集積した土壌
  7. Alfisol (pedalfers): 塩基に富む森林土壌
  8. Ultisol (ultimate): 塩基欠乏した森林土壌
  9. Oxysol (oxide)*: 熱帯の酸化物に富む極度に風化した土壌
  10. Andisol: 黒ぼく土壌
  11. Histoso (histology): 有機質土壌 Ex. 泥炭

Suborder: arc 強度に風化した, alb 白っぽい, alt高地, and: Ex. andosol 暗土(andept), aqu 水, arg 粘土, ferr 鉄, hum 有機物 (Ex. humus), ochr 黄化 or 淡色, orth 普通の, pamm 砂土, rend: rendizina, ud: 湿潤気候の, umbr 暗い・黒い, ust 乾燥気候の・夏高温の

Great group: agr 畑, abl 白い, anthr 人工の, arg: agricultural, brum 褐色, calc カルシウム, camb: change, crust 核, cry: crystal 寒い/透明な, crypt: 秘密の, dur 堅い, dystr: dystrophic, eutro: 富栄養の, ferr: 鉄(Fe)の, frag 崩れ易い, fragloss 舌状をした, grum 粒状, hal 塩の, hapl 単純な, hum フムスのある, hydr 水の, mag 偏平な, nadur: natr + dur, natr: Na, ochr, orth, phan, alophaneplac 平坦な, plag: plaggen (D), plint 煉瓦色, psamm, quary 石英, rhod: red, sal 塩, therm 温暖な, typ: typical, ult, umber, ust, verm: vermes ミミズ

⇒ これらの組み合わせで土壌命名

Ex. aquent 排水悪い新生土(aqu + ent), andept 暗土(and + ept)

農地土壌 agronomic soil


国土調査法: 1/50,000土壌図 soil map 作成 ⇒ 表層地質 + 地形
M16: 土壌調査 soil survey 開始(当初ドイツ方式) = 粒径・母岩・産地による区分(Ex. 須磨花崗岩砂土)

→ 日本は火山灰多く分布も広い。また沖積土は母岩起源不明が多い
ドクチャエフの土壌断面に基づく分類を導入
U.G. Hirgard (USA)が成帯土壌に関する研究 → 発展

> 1938: 合州国で発展したこの分類型を日本導入(大陸での区分に有効 → 日本で合わないこと多)

合州国 soil taxonomy 第7次案特徴: 診断層(その土壌型を決定出来る層, diagnostic profile)設ける
日本土壌分類は、この方針に沿い作成され国土調査法を施行
→ 土壌分類表(Ex.北海道の農牧地土壌分類, 第3案)

. 日本耕地土壌の土壌群名、分布地及び面積 (川口 1977)                     
土壌群名                分布する地形                                面積 (× 100 ha)       
                                                                                   水田  普通畑 樹園地
  1. 岩屑土             山地、丘陵地斜面                              -        80        78
  2. 砂丘未熟土      砂丘地                                              -        219      19
  3. 黒ボク土          火山山腹緩斜面、火山山麓、台地    173    9113    751
  4. 多湿黒ボク土   沖積低地、谷低地、丘陵内部窪地   2786    964      24
  5. 黒ボクグライ土 谷底地                                             434     16         -
  6. 褐色森林土      山麓、丘陵地斜面、台地、波状地      54     2602   1461
  7. 灰色台地土      台地                                                792     403      68
  8. グライ台地土    山地、丘陵地 、台地上及び斜面      396      32         -
  9. 赤色土             台地、丘陵地                                     4       183    169
10. 黄色土             台地、丘陵地                                 1481    1024   770
11. 暗赤色土         台地、丘陵地、段丘                          0.2       94      57
12. 褐色低地土      沖積平野、谷底地、扇状地             1451   1996    286
13. 灰色低地土      同上、やや比高低、より平坦         10612    652    112
14. グライ土           沖積平野、谷底地                          8824    192      19
15. 黒泥土             沖積平野、海岸後背湿地、              737      17         -
                              山麓山間窪地
16. 泥炭土             同上                                              1131     277     1.3
17. 未同定                                                                      -         13      0.7   
      計                                                                          28875 17877 3814  
  1. 岩屑土 (lithosol, regosol): 風化・崩壊・噴火等の営力により生成された岩片を母材とする土壌中、土壌生成極めて微弱で層位未分化な土壌
    固結岩由来岩屑土/未固結物質由来岩屑土
  2. 未熟土 (immature soil): 崩壊地に目立つ
    soil 日本アルプス等: Pinus pumila侵入 = 階段型となる → 反転の繰り返しの結果

    北大構内サクシュコトニ川跡周辺は極湿性だった

    放出物未熟土 pumice, scoria: 堆積物 sediment → 積層放出物未熟土

    松前-函館: 厚層黒色火山性土(20%位の厚さ50 cmの腐植)

    火山灰土壌 volcanic ash soil: 母材 = 火山灰風積物 + 湿潤-亜湿潤気候下生成 (北海道土壌特徴)

    有機物集積した黒色表層 - 保水性等物理性良好

    粘土に高リン酸吸収力非晶質アロフェン多 = リン酸欠乏し易い

    火山灰: 新 = 塩基含量高 ≈ 中性 ⇔ 古 = 交換性塩基低 = 酸性
    裸地では乾燥し季節風による風食受けやすい

  1. 黒ボク土(火山灰土) (andosol, Kuroboku soil) (由来 色黒く、歩くと足がボクボク埋まる)
    distribution
    火山起源 Ex. 十勝平野(典型的黒ボクと若干異なる)
    A層 = 黒 → 多量の有機物、B層 = 茶褐色
    主要粘土鉱物 - 火山灰風化生成物: アロフェン、イモゴライト (→ ハロサイト → カオリナイト)
    B層: 固相15-18% ≈ 8割間隙: 水はけ・水もちはよい - アロフェンの性質

    リン酸吸着性高く、植物はリン不足障害を起こしやすい
    = 多量の石灰・リン酸施肥 → 好適畑地化 (水田利用は施肥不用)

    腐植は重量比で40%に達することもある
    有機物はススキ草原(Miscanthus sinensis grassland)時代に供給された(説) → ススキの有機物付与量は極めて高い
    → 排水条件で黒ボク土、多湿黒ボク土、黒ボクグライ土3種類に分類
  2. 多湿黒ボク土 (wet andosols): 排水不良地域に多い土壌で、下層に地下水等の影響による斑紋がみられる
  3. 黒ボクグライ土: 高地下水位地域に多い土壌で、全層か下層がグライ化
  4. 褐色森林土 (brown forest soil): 日本に純粋なものは少ない Ex. 北海道は殆どが酸性褐色森林土
    湿潤温暖地帯に発達。高い降水量のため陽イオンの多くが下方へ洗脱され、Fe, Aaが残ったもの
  5. 灰色台地土 (gray upland soil): 粒子細かく粘性高い。排水悪くなるとグライ台地土(擬似グライ土含む)化することが多い
  6. グライ台地土 (gley upland soil): 平坦な台地に見られる粘質で地下水位の高い排水不良土壌
  7. 赤色土 (red soil): 水分条件により黄色土 - 気候に影響された赤色土
    北海道に黄色土は殆どない。赤色土(s.s.)もない
  8. 黄色土 (yellow soil): 下層が黄色 → 排水不良,母岩鉄含量少
  9. 暗赤色土 (dark red soil): 材料 = 安山岩・玄武岩 - 母材による赤色土
  10. 褐色低地土 (brown lowland soil): 沖積土で、低位河岸段丘・扇状地・自然堤防上、山間の谷底平野等に分布
    全層が灰褐色-褐色で地下水位低く排水良好
  11. 灰色低地土 (gray lowland soil)/疑似グライ土 (pseudogley soil): 台地や丘陵地に存在する粘質で土が硬く、排水性、保水性共に不良
  12. グライ土 (gley soil): 河川流域や沢地・泥炭地の周辺に見られる、地下水位が高く排水不良な沖積土壌
    土色は灰-青灰色で粘質
  13. 黒泥土 (muck): 泥炭地酸性矯正に石灰を加えアルカリ化した土壌 → 分解進み黒色化(西欧で言うmuckと異なる)
  14. 泥炭土 (peat)
    pattern
    美唄: 上図タイプの泥炭地。泥炭形成は低地面積の大きさも関係する
  15. 未同定 (unidentified): 考えられるものは terra rossa (赤土)、terra fusca (黄色土)がある Ex. 秋吉台
    テラロッサ terra rossa: 地中海沿岸地域の石灰岩溶食後に残る、Al2O3, Mg, 酸化鉄、珪酸等成分からなる残留土壌。水酸化鉄集積 → 赤褐色化。他地域類似土壌はテラロッサ様土と呼ぶ

森林土壌 (forest soil)


林野土壌分類(林業試験場報告280): 林業的見地に断った区分
. 森林土壌: 大政による土壌分類案    [土壌群 亜群 土壌型 (*偏乾亜型)]

P ポドゾル

PD 乾性ポドゾル PDI 乾性ポドゾル PDII 乾性ポドゾル化土壌 PDIII 乾性弱ポドゾル化土壌

PW(i) 湿性鉄型ポドゾル PW(i)I 湿性鉄型ポドゾル PW(i)II 湿性鉄型ポドゾル化土壌 PW(i)III 湿性鉄型弱ポドゾル化土壌)

PW(h) 湿性腐植型ポドゾル PW(h)I 湿性腐植型ポドゾル PW(h)II 湿性腐植型ポドゾル化土壌 PW(h)III 湿性腐植型弱ポドゾル化土壌

B 褐色森林土

B 褐色森林土 BA 乾性褐色森林土(細粒状構造) BB 乾性褐色森林土(粒状・堅果状構造型)) BC 弱乾性褐色森林土 BD 適潤性褐色森林土 BE 弱湿性褐色森林土 BF 湿性褐色森林土 (BD(d) 適潤性褐色森林土*)

dB 暗色系褐色森林土 dBD 適潤性暗色系褐色森林土 dBE 弱湿性暗色系褐色森林土 (dBD(d) 適潤性暗色系褐色森林土*)

rB 赤色系褐色森林土 rBA 乾性赤色系褐色森林土(細粒状構造型) rBB 乾性赤色系褐色森林土(粒状・堅果状構造型) rBC 弱乾性赤色系褐色森林土 rBD 適潤性赤色系褐色森林土 (rBD(d) 適潤性赤色系褐色森林土*)

yB 黄色系褐色森林土 yBA 乾性黄色系褐色森林土(細粒状構造型) yBB 乾性黄色系褐色森林土(粒状・堅果状構造型) yBC 弱乾性黄色系褐色森林土 yBD 適潤性黄色系褐色森林土 yBE 弱湿性黄色系褐色森林土 (yBD(d) 適潤性黄色系褐色森林土*)

gB 表層グライ化褐色森林土 gBB 乾性表層グライ化褐色森林土(粒状・堅果状構造型) gBC 弱乾性表層グライ化褐色森林土 gBD 適潤性表層グライ化褐色森林土 gBE 弱湿性表層グライ化褐色森林土 (gBD(d) 適潤性表層グライ化褐色森林土*)

RY 赤・黄色土

R 赤色土 RA 乾性赤色土(細粒状構造型) RB 乾性赤色土(粒状・堅果状構造型) RC 弱乾性赤色土 RD 適潤性赤色土 (RD(d) 適潤性赤色土*)

Y 黄色土 YA 乾性黄色土(細粒状構造型 YB 乾性黄色土(粒状・堅果状構造型) YC 弱乾性黄色土 YD 適潤性黄色土 YE 弱湿性黄色土 (YD(d) 適潤性黄色土*)

gRY 表層グライ系赤黄色土 gRYI 表層グライ化赤黄色土 gRYII 弱表層グライ化赤黄色土 gRYbI 表層グライ灰白化赤黄色土 gRYbII 弱表層表層グライ灰白化赤黄色土

Bl 黒色土

Bl 黒色土 BlB 乾性黒色土(粒状・堅果状構造型) BlC 弱乾性黒色土 BlD 適潤黒色土 BlE 弱湿性黒色土 BlF 湿性黒色土 (BlD(d) 適潤黒色土*)

lBl 淡黒色土 lBlB 乾性淡黒色土(粒状・堅果状構造型) lBlC 弱乾性淡黒色土 lBlD 適潤淡黒色土 lBlE 弱湿性淡黒色土 lBlF 湿性淡黒色土 (lBlD(d) 適潤淡黒色土*)

DR 暗赤色土

eDR 塩基系暗赤色土 eDRA 乾性塩基系暗赤色土(細粒状構造型) eDRB 乾性塩基系暗赤色土(粒状・堅果状構造型) eDRC 弱乾性塩基系暗赤色土 eDRD 適潤性塩基系暗赤色土 eDRE 弱湿性塩基系暗赤色土 eDRD(d) (適潤性塩基系暗赤色土*)

dDR 非塩基系暗赤色土 dDRA 乾性非塩基系暗赤色土(細粒状構造型) dDRB 乾性非塩基系暗赤色土(粒状・堅果状構造型) dDRC 弱乾性非塩基系暗赤色土 dDRD 適潤性非塩基系暗赤色土 dDRE 弱湿性非塩基系暗赤色土 (dDRD(d) 適潤性非塩基系暗赤色土*)

vDR 火山系暗赤色土 vDRA 乾性火山系暗赤色土(細粒状構造型) vDRB 乾性火山系暗赤色土(粒状・堅果状構造型) vDRC 弱乾性火山系暗赤色土 vDRD 適潤性火山系暗赤色土 vDRE 弱湿性火山系暗赤色土 (vDRD(d) 適潤性火山系暗赤色土*)

G グライ

G グライ G グライ

psG 擬似グライ psG 擬似グライ

PG グライポドゾル PG グライポドゾル

Pt 泥炭土

Pt 泥炭土 Pt 泥炭土

Mc 黒泥土 Mc 黒泥土

Pp 泥炭ポドゾル Pp 泥炭ポドゾル

Im 未熟土

Im 未熟土

Er 受蝕土

[ 北海道 | 泥炭 ]

北海道の土壌


湿性土壌 hydric soil

= 湿原土壌 wetland soil
浸水waterlogged等により土壌飽和状態が嫌気的状態を作り出すのに十分な期間継続している土壌 → 湿性植物定着
季節性湿潤土壌 seasonally wet soil: 雨期には1月以上浸水している土壌。乾期の状態は問わない
常時湿潤土壌 permanently wet soil: 平年は通年浸水している土壌
排水不良土壌 hydromorophic soil

湿性(有機物) hygric (organic matter): 湿潤条件下に加わる有機体の質

frost heave

凍上(≈ 霜柱)

機構は不明の点多
アイスレンズ ice lens: 地表0°C以下 →
土中水が凍結面近傍に集まり氷塊となる場合 = 析出氷形が凸レンズ状
→ 凍上に大きく関与

凍結進行: 発生-成長-ジャンプを繰り返す → とびとびな層形成
一枚の厚さは、土質や凍結速度等により決まる
凍結面が徐々に進行か停滞した所で成長よく、数cm以上の厚いアイスレンズとなることもある。理論上は、条件により一枚のアイスレンズが無限に成長するが、自然界では数cm以上のものは珍しい

要因
火山灰土壌: 水通しやすい → 下方から霜柱形成部位に水を供給しやすく大型霜柱発達しやすい
  1. 土粒子表面近くの水は不凍結のまま残る
  2. 凍結層内の温度は下層ほど高い
  3. 凍結層と接する水は過冷却状態(0°C以下だが凍結していない)にある

北海道(Hokkaido)の農牧地土壌分類

泥炭・火山灰等特殊土壌多く、酸性褐色森林土が札幌以北では大半占める(褐色森林土: 網走・北見の一部 - 母岩に石灰分多く土壌が中和されたため)
本土壌分類も、北海道土壌はテフラの影響が強いことを示している

(北海道農業試験場 1988)

土壌分類表
* 従来は農地耕深浅かったので、火山放出未熟土、火山性土や泥炭土の厚さは地表から20 cm以上と定義された。大型機械化により耕深も深まり、下層土との混合を考慮すると25 cm程度に訂正するのが妥当と考えられるが、土壌区分再調査を要するため従来の定義を踏襲しまとめた。
a: 火山灰表層を区分, b: 灰質を区分, c: 下層埋没腐食層を区分, d: 下層砂礫層を区分, e: 丘陵, 台地を区分, f: 土性(礫, 粗粒, 中粒, 細粒質)を区分

大分類 中分類 小分類 (備考)


未熟土

残積未熟土 残積未熟土

砂丘未熟土 砂丘未熟土 暗色表層砂丘未熟土

火山放出物未熟土* 放出物未熟土(b 典型) 積層放出物未熟土(bcd) 下層台地放出物未熟土(bcd) 下層低地放出物未熟土(bcd)

湿性火山放出物未熟土* 湿性放出物未熟土(b 典型) 積層湿性放出物未熟土(c) 下層台地湿性放出物未熟土(c) 下層低地湿性放出物未熟土(bcd) 下層泥炭湿性放出物未熟土(b)

火山性土*

未熟火山性土 積層未熟火山性土(cd) 下層台地未熟火山性土(cd) 下層低地未熟火山性土(cd)

湿性未熟火山性土 積層湿性未熟火山性土(cd) 下層台地湿性未熟火山性土(c) 下層低地湿性未熟火山性土(c) 下層泥炭湿性未熟火山性土(d)


褐色火山性土 軽捷褐色火山性土(典型) 積層軽捷褐色火山性土(d) 下層台地軽捷褐色火山性土(d) 下層低地軽捷褐色火山性土(d) ローム質褐色火山性土(d 典型) 下層台地ローム質褐色火山性土(d)

黒色火山性土 軽捷黒色火山性土(典型) 積層軽捷黒色火山性土 下層台地軽捷黒色火山性土(d) 下層低地軽捷黒色火山性土(d) ローム質黒色火山性土(典型) 下層台地ローム質黒色火山性土(d)

湿性黒色火山性土 湿性黒色火山性土 下層台地軽捷湿性黒色火山性土 下層低地軽捷湿性黒色火山性土(d) 下層泥炭軽捷湿性黒色火山性土(d)

厚層黒色土 厚層黒色火山性土

火山性土 下層台地厚層黒色火山性土(d) 下層低地厚層黒色火山性土

湿性厚層黒色火山性土 湿性厚層黒色火山性土 下層台地湿性厚層黒色火山性土(d) 下層低地湿性厚層黒色火山性土

褐色森林土

褐色森林土 褐色森林土(ef) 暗色表層褐色森林土(aef)

酸性褐色森林土 酸性褐色森林土(ef) 暗色表層酸性褐色森林土(aef) ポドゾル性酸性褐色森林土(f)

擬似グライ土

擬似グライ土 擬似グライ土(f) 暗色表層擬似グライ土(af) 褐色森林土性擬似グライ土(f) 暗色表層褐色森林土性擬似グライ土(af)

グライ台地土 グライ台地土(f) 暗色表層グライ台地土(f)

ポドゾル

ポドゾル ポドゾル(f)

赤黄色土

暗赤色土(貧塩基) 暗赤色土(貧塩基)(ef) 暗色表層暗赤色土(貧塩基)(f)

低地土

褐色低地土 褐色低地土(f) 暗色表層褐色低地土(af)

灰色低地土 灰色低地土(f) 暗色表層灰色低地土(af)

グライ低地土 グライ低地土(f) 暗色表層グライ低地土(af) 下層泥炭グライ低地土(f) 暗色表層下層泥炭グライ低地土(af)

泥炭*

低位泥炭土 低位泥炭土 下層無機質低位泥炭土

中間泥炭土 中間泥炭土

高位泥炭土 高位泥炭土


表. 北海道における火山性土類別と分布面積(長沼・山田 1951) (100 ha)
支庁  火山 湿性    未熟   褐色   黒色   厚層  湿性  湿性 湿性        計
      放出 火山    火山   火山   火山   黒色  未熟  黒色 厚層
      物未 放出物  性土   性土   性土   火山  火山  火山 黒色火
      熟土 未熟土                       性土  性土  性土 山性土

宗谷                      79.5                       0.6           80.1
網走 108.4   6.0   15.1  562.9  117.4   39.1  39.1   1.6   27.5   917.1
上川                9.0  105.4    6.0                       3.0   123.4
空知* 87.0         16.0                       22.9                135.1
留萌                                                                -
石狩 130.0   0.3   13.0  117.0                26.0          0.9   287.2
根室              383.9         656.5  490.6  11.9  28.4  298.6  1869.9
釧路  48.6   3.5  395.0         692.0 1051.4  39.0  13.0  256.8  2499.3
十勝              140.7  269.3 1037.2   48.2 104.5 168.8  345.7  2114.4
日高 149.5   5.2   81.4    2.2         120.6  52.5                411.4
胆振 482.5 193.2                211.3    9.0         1.1          897.1
後志                      47.0  260.4               27.9   17.8   353.1
桧山               94.6          51.9         33.4   6.2   11.4   197.5
渡島 178.4        122.4          30.4  176.0               24.0   531.2
計  1184.4 208.2 1271.1 1077.9 3162.5 1934.9 335.3 247.6  985.7 10416.8

*: その他 (0.9)

道教大函館校卒論作成時メモを改変・追加 [ プロトコル ]

土壌分析 (soil analysis)


土壌乾燥

風乾: 採集した土壌を封筒に入れたまま自然乾燥させる
絶乾: 95度の乾燥機(実際は土壌により変える)に入れ重量が減らなくなるまで乾燥させる。サンプル量によるが通常72時間で十分

灼熱損料

乾燥土壌を正確に秤量し"るつぼ"に入れ、800度で8時間、マッフル炉中で加熱した後、損失量から測定

pH

方法1. 等量の蒸留水に懸濁し、上澄みを用いpHメーターで測定
方法2. 土壌50 gに蒸留水125 mlを加え攪拌し懸濁液を測定

新鮮土壌とし風乾土壌は避けるべき

粒径

ここでは、直径2 mm以上のものを礫、0.05 mm以下を粘土、その間を砂とし、その大きさの篩を用意し測定
国際標準: 篩の仕様 目の開いている間隔 = opening → 篩を通過できる粉体の大きさを正確に示せる

日本: 慣行として「メッシュ」表記 Ex. 60-mesh (in opening) = 250 μm

化学分析

実験に必要な物品

秤  分光光度計  篩(2種類: 直径2 mm,0.05 mm)

前処理
湿式灰化
  1. 土壌試料 0.1–2.0 ml (試料による)を秤量しケールダール分解フラスコ(分解ビン)に入れる
  2. 60% PCA(過塩素酸perchloric acid 0.9 ml)を分解ビンにとる
  3. ミクロケールダール装置バーナ上で加熱(分解ビン中に沸石入れる)
  4. 褐色 → 分解 → 無色(白煙が分解ビン中を還流するまで加熱継続)
    無色にならなければ30% H2O2(酸化剤)を加え無色になるまで加熱
    H2O2を加えた方が確実だが、酸化剤放出時間を余計にとる
  5. 放冷
  6. 3-5 mlの水を加え沸騰水中に5 minつけ灰化中に生じたポリリン酸を加水分解する
  7. 冷水で冷却
  8. 目盛付試験管に移す
⇒ P, K, Na, Ca, Mg等の定量へ

窒素 (nitrogen)


窒素定量 nitrogen (N) quantification

I) 湿式酸化法 = ケールダール法 Kjeldahl method
ケルダール窒素(K-N, or Kj-N) = ケルダール法で定量された窒素 = 有機態窒素 + アンモニウム態窒素

Kjeldahl 1883 → 改良多
昔の文献でケルダール窒素を総窒素とするものは厳密には異なる(注意)

0. 原理: 含窒素物を濃硫酸と共に強熱分解し、(全)窒素を硫酸アンモニウムに変える(= 分解液)

Original N → [H2SO4] → CO2 + H2O + NH4SO4
→ 分解液を水蒸気蒸留法によりアンモニアを蒸留し、濃度既知の硫酸(かホウ酸液)に捕集

NH4SO4 + 2NaOH → NH3 + Na2SO4 + H2O
H2SO4 + 2NH3 → (NH4)2SO4

nitrogen

蒸留装置(塩入・奥田式). A: 蒸気発生用フラスコ, C: 廃液受器, E: 分解瓶(蒸留部, 保温のため2重壁), G:試料注入用漏斗, H: 凝縮管

→ 標準アルカリ液で適定し窒素量を求める(ホウ酸の方が操作簡単)
= NH3と反応しなかった硫酸等を濃度既知NaOHで適定 (0.01 N NaOH 1 ml = 0.1401 mg N)

a. マイクロ法(汎用)  b. セミマイクロ法  c. マクロ法

ガンニング変法: 試料が硝酸態窒素含む → 硝酸態窒素をサリチル酸とチオ硫酸ナトリウムで還元し硫酸分解

1. 洗浄法
  1. Aに半量の水、数滴の硫酸を入れる
  2. Kのみを開き10分間煮沸する(水中の揮発分を除く)
  3. M, Nを開きKを閉じ蒸気を蒸留器内に通す(新装置2時間、最近使用装置10分間)。後バーナーを外す
  4. Kを開きMを閉じて10-20秒放置する
  5. Eの水が逆流しCにたまる(Eには前もって脱イオン水を入れておく)。Cの水を捨てる

→ 1-5の操作を3回行う

2. 蒸留と定量
a) 硫酸分解法: 硝酸態窒素を含まない場合
  1. 濃硫酸分解液に5 mlの脱イオン水を加えて冷却しておく
  2. Nを閉めGからEに分解液を入れる
  3. 分解フラスコを1 mlの水で3回洗う
  4. 40%NaOH (5% Na2S2O3含む) 10 mlをGから入れ1 mlの水で漏斗洗浄
  5. 0.01 ml NH2SO4 10 mlに1滴メチルレッドを入れた50 mlフラスコをH下端が液面下に入るようにしておく
  6. Aを沸騰させ、K, C, Gを閉じ、M, Nを開いて水蒸気を通す
  7. E内の液が沸騰を始めて2-3分以内に試料中の全アンモニアが追い出され三角フラスコ内硫酸に吸収される (蒸気を通した後1分位でE内の液が沸騰する位の火力が適当)
  8. 水蒸気がHを通過後3分後、三角フラスコを下げH下端より離し、この口を2 mlの脱イオン水で洗う
  9. 三角フラスコ内硫酸 &4arr; 滴定 (装置 → 洗浄)
  10. 三角フラスコ硫酸を0.01 N NaOHで滴定する b' (ml)
  11. 試料を入れないで同様の操作を行い0.01 NaOHで滴定する b (ml)

N量 = 0.1401 × (b – b')

b) サリチル硫酸分解法: 硝酸態窒素を含む場合

a)に加え、サリチル硫酸(サリチル酸10 gを濃硫酸300 mlに溶かす)と粉砕済結晶チオ硫酸ナトリウムを準備
手順a)に同じ

3. 回収率テスト
  1. NH4Clを1.000 g精秤。水に溶かし500 mlとする
  2. これを1 mlとり、蒸留装置に入れb'を求める

回収率 = (得られたN量-ブランク値)/(実際に加えたN量) × 100

Ex. 1. 植物体 水耕したヒマワリの茎(K+欠乏=III、N欠乏=IVの2種), BSA
  1. DW 20 mg程度の試料を精秤し分解ビンにとる
  2. 濃硫酸2 mlを触媒としCuSO4:K2SO4 = 1:2混合物をすり潰し30% H2O2を1, 2滴加える(熱いうちに入れてはいけない)。分解は試料が透明になるまで行う(20分位が目安)。1-5 hrかかることもある
  3. 冷却後、水を加え(5 ml)蒸留に供する。ビンは1 mlの水で1-2度洗う

Ex. 回収率 recovery rate: NH4Cl滴定5回 → 滴定量7.5, 7.6, 7.6, 7.7, 7.6 ml (mean = 7.6 ml)

Blank滴定3回 → 11.4, 11.5, 11.2 ml (mean = 11.37 ml)

得られたN量 = 0.141 × (11.37 - 7.6) × 1.002 = 0.5292
実際に加えたN量 = 2 × (14/53.45) = 0.5239
回収率 = 0.5292/0.5239 = 101.01 (%)

Ex. 2. 土壌: 風乾細土粉砕 → 0.5 mm篩を通した試料0.5-2 g程度を精秤し分解ビンにとる
II) 乾式酸化法 = デュマ法
操作複雑 → 自動化すすむ
Nitrogen analyzer (Colman Co.)
CN coder (Yanagimoto Co.) = デュマ法変法
0. 原理: 含窒素試料を酸化第II銅とともに炭酸ガス(carrier gas)気流中で熱し完全分解

→ 試料中窒素はN2, NO2, NH3となる → 最終的に全てN2となる

ハロゲン、SO2, SO3等の生成妨害ガスは還元銅とバナジン酸銀により吸収除去
CO2, H2Oはアルカリ液により除去

最後に窒素計内に残ったN2体積測定、補正計算をし窒素含有率求める

1. 手順: 機械[清浄: 管中をCO2で満たす] → [燃焼] → [掃流]の手順で動く

ブランク = 空打ち: 同一条件下で3-4回 (電源切ったら次回必ず求める)
試料測定

無機態窒素定量

= 土壌無機態窒素 – 植物利用可能窒素 → 全窒素と異なる
I. アンモニア態窒素 ammoniumu nitrogen, NH4-N
0. 原理

水溶態アンモニウム
土壌鉱物質吸着アンモニウム

置換態アンモニウム:中性塩類溶液で置換される
固定態アンモニウム: 置換されない(作物が利用するのは困難)

→ 植物有効態窒素 = 水溶態アンモニウム + 置換態アンモニウム → これを定量

1. 浸出(抽出): 2 mm篩を通した土壌(風乾でも未風乾でもよい)
a. McLean-Robinson method

試薬: 1N NaCl: 585 g NaCl + Distilled water → final 10 l

  1. 土壌25 gを400 mlビーカにとり1N NaCl 100 ml加え攪拌し30分間静置
  2. 上澄液をデカントし濾紙上に注ぐ
    1-2を数回繰り返す
  3. 最後に全土壌を濾紙上に移し1N NaClで洗浄し浸出液全量を500 mlとする – 分析試料
b. Harper method

試薬: 10% KCl (中性-アルカリ性土壌は20%): 1000 g KCl + distilled water → final 10 l

  1. 土壌50 g (泥炭12.5 g)を振盪ビンにとり10% KCl 500 mlを加え30分振盪後静置
  2. 上澄液をデカント、濾過し分析試料とする
c. ブレムナー法 Bremner's method (= 水蒸気蒸留法)

→ 定量: アンモニア態、亜硝酸態、硝酸態窒素の同時浸出及び定量

  1. 定量済み土壌1-10 gに2N KCl 10 mlの割合で加え1時間振盪後、暫く静置
  2. 上澄液をデカント、濾過し分析試料とする
2. 定量
ネスラー法 = アンモニウム: ネスラー試薬はHgイオン(有害)含み呈色液安定性に問題
a. 滴定
b. 比色・吸光
ネスラー法簡易測定器: 標準比色板(0.2, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 5.0 ppm)使用
インドフェノール(青)法: 高感度。呈色液は長時間安定 = 吸光440 nm
※ 環境基準(環境省)に伴う測定方法: 全窒素(TN)で検定すること

前処理: 全燐測定方法とほぼ同 = 水酸化ナトリウムとペルオキソ2硫酸カリウム混液を添加し、高圧蒸気滅菌器で120°Cで30分間加熱分解し有機態窒素を硝酸にまで酸化

定量方式
  1. 紫外線吸収光光度法: 操作簡単な反面、妨害物質の影響や感度(定量下限値)問題が指摘される
  2. 硫酸ヒドラジン還元法: 有害物質ないが反応遅く素早い定量に不向き
  3. Cd・銅カラム還元法: 安定性、感度ともに優れるが、Cdによる重金属汚染が懸念される
全窒素測定装置は、紫外線吸光光度法が実用化段階となり、測定システムは全燐測定装置と類似する
II. 硝酸態窒素
Cd還元法(自動分析器あり) → 硝酸および亜硝酸の合計を計っている

リン (phosphorus)


リン phosphorus (P)
リン酸 phosphoric acid (H3PO4)
リン酸塩 phosphate
環境基準に伴う測定方法
全燐(TP)で検定する (環境省)
JIS-K0102: 燐酸イオン(PO3-4)及び燐化合物はオルト燐酸、ポリ燐酸、動植物質中燐等、水中存在燐化合物中の燐を指し、燐酸イオン、加水分解性燐、全燐に区別 → 全て燐酸イオン(PO3-4)換算表示
全燐 = 「試料に強酸を加え、乾固近くまで加熱蒸発するか、試料に硫酸とペルオキソ2硫酸カリウムを加え高圧蒸気滅菌器で加熱し有機物、懸濁質等を分解し、この溶液をモリブデン青法で燐酸イオンを定量し、これを全燐とし燐酸イオン量で表示」
環境省全燐測定方法: 試料に中性下でペルオキソ2硫酸カリウムを加え高圧蒸気滅菌器で120°Cで30分加熱分解し、有機燐をオルトリン酸にまで酸化しモリブデン青法で測定
全燐自動分析装置: ほぼ環境庁方式に準拠
    前処理  試料水     50 ml採取
            ↓      → ペルオキソ2硫酸カリウム
            加熱分解   120°C, 30 min
            ↓
            冷却
    定量    ↓      → 亜硫酸水素ナトリウム(海水資料の場合)
            ↓      → モリブデン酸アンモニウム
            ↓         + 酒石酸アンチモニルカリウム混合溶液
            ↓      → アルコルビン酸溶液
            攪拌
            静置       約15分
            吸光度測定

図. 全燐測定方法の操作フロー

土壌中リン定量 phoshorus quantitfication

0. 原理
比色法(他に重量法、容量法 - 煩雑で用いない) → 比色定量時の妨害物質(Fe3+, Fe-)除去必要
a) Fe3+除去: リン酸発色妨害

Fe3+: フェロシアン化カリウムと反応しフェロシアン化鉄となる
→ フェロシアン化マンガンと共存すると不溶性となり沈殿
→ pH 6.8-6.9でフェロシアン化マンガンは不溶性となり沈殿
(リン酸は中性付近で沈殿するがpH 3にすると再び溶解)

b) F-除去: モリブデン青反応を妨害

フッ化アンモニウム液中にホウ酸を加えフッ化ホウ素酸塩を形成させ比色妨害を除去
4Fe- + H3BO3 + 3H+ → (BF4)- + 3H2O

硫酸モリブデン法/塩酸モリブデン法

リン酸をモリブデン酸によってヘテロポリ化合物を生成
→ 塩化第一スズによって還元されモリブデン酸青となる – 比色定量

バナドモリブデン酸法

リン酸はモリブデン酸アンモニウムとバナジン酸アンモニウムにより複塩生成し黄色化
モリブデン酸青に比べ安定で、Fe, Siの妨害を受け難い利点

Allenの湿式灰化による有機リン酸定量
原理: ATP → 3Pi + Ad, ADP → 2Pi + Ad, AMP → 1Pi + Ad

無機定量の要領でPi部定量。Ad量測定し、その比により有機状態判断

操作 → 湿式灰化 → 無機リン酸定量手順に従う
試薬 (reagents)
a) 発色試薬 dye

1) 硫酸 = 694 ml - final 5 l
2) モリブデン酸アンモニウム = 40 g - final 1 l
3) アスコルビン酸 = 2.64 g - final 150 ml
4) 酒石酸アンチモニルカリウム液 = 0.2743 g - final 100 ml

1) 100 ml + 2) 30 ml → + 3) 60 ml → + 4) 10 ml → dye

b) リン酸標準液: KH2PO4 (特級) 4.3935 g - final 1 l

→ [× 100 dilution] → 10 μg P/ml

c) 抽出液

5) フッ化アンモニウム(NH4F) = 37 g - final 1 l
6) 塩酸(濃) = 20.2 ml - final 500 ml

5) 15 ml + 6) 100 ml + 385 ml distilled water (1年間保存可能)

7) ホウ酸 = 49.5 ml - final 1 l

d) 測定: 波長882 nm

有効態リンの定量 (ブレイII, Bray II)

有効態リン available phosphorus (P2O5): 土壌中のリン酸の中で植物養分として供給されるリン酸
原理
有効態リン酸拙出法: 0.002N H2SO4液抽出(トルオーグ法)、2.5%酢酸抽出、0.2N HCl抽出等
プレイII抽出法: 水田土壌・草地土壌で使用。プレイII法は吸着態と酸可溶態のリン酸を抽出する方法で、抽出剤として0.03N NH4F(フッ化アンモニウム)-0.1N HCl混液が使用される
装置・器具
100 ml三角フラスコ、50 mlメスフラスコ、ゴム栓、ピペット、漏斗、濾紙(5B)、分光光度計
試薬
  1. 5N 硫酸: 濃硫酸694 mlを水に希釈して5 lにする
  2. モリブデン酸アンモニウム液: 特級モリブデン酸アンモニウム(NH4)6Mo7O24·4H2O)) 40 gを水に溶かし1 lとし、濾過してポリ容器に保存(4%水溶液、6カ月間保存可能)
  3. アスコルビン酸液: 特級L-アノレコルビン酸 2.64 gを水に溶かし150 mlとする(0.1M溶液)。1日以内に使用する
  4. 酒石酸アンチモニルカリウム液: 特級酒石酸アンチモニルカリウム0.2743 gを水に溶かして100 mlとする(1 mgSb/ml、6カ月間保存可能)
  5. 混合発色試訳: 上記4種類の水溶液を次の割合で混合する。(1)液100 mlに(2)液30 mlを加えかきまぜた後、(3)液 60 mlと(4)液10 mlを加えよくかき混ぜる。1日以内に使用する
  6. リン酸標準液: 特級KH2PO4 4.3935 gを水に溶かし1 lにする。これを水で100倍希釈する(10 μg P/ml)
  7. フッ化アンモニウム原液: 特級NH4F 37 gを水に溶かし1 lとする。ポリ容器に貯える。
  8. 0.5 NHCl: 濃塩酸20.2 mlを水で希釈して500 mlとする
  9. 抽出用混合溶液: 上記試薬(7) 15 mlと試薬(8) 100 mlを水385 mlに加える。これは0.03N NH4Fと0.1N HClに相当する。ポリ瓶中に1年間貯蔵可
  10. ホウ酸液: 特級ホウ酸49.5 gを水に溶かし1 lにする(0.8M溶液)
操作
風乾細土1 gを100 ml容三角フラスコに取り、抽出用混合溶液20 mlを加え、栓をして1分間振盪する。直ちに濾紙(5B)上に移して濾液を得る。濾液一定量(Pとして10-50 μg)を50 ml容メスフラスコに採り、ホウ酸液15 mlを加え、水を加えて約40 mlにする。混合発色試薬8 mlと水を加えて定容にする。よく振りまぜて10分間放置したのち、870 nmまたは710 nmの波長で吸光度を測定する。16時間は安定である。
検量線はリン酸標準液1-5 mlを採り、ホウ酸液15 mlを加え、以下同様の操作で発色させ、比色して作成する。
土壌 = 風乾細土 1 g

↓ - 抽出液 20 ml
↓ リン酸抽出 = 1分間振盪
↓ 濾過

濾液 = 一定量を採る

↓ ホウ酸液15 ml
↓ 水(合計液量を約40 mlにする)
↓ 混合発色試薬8 ml
↓ 水(合計液量を50 mlにする)

発色 = 比色計により870 nmまたは710 nmで測定

図. 有効態P2O5(ブレイ2)の測定

計算: 有効態リン酸 = D × 100/f × 20/E · P mg/乾土 100 g

これを2.29倍すればP2O5 mg/乾土 100 gとなる。
D: 試料液中のP含量(mg; 検量線より求めた値)
f: 供試土壌の乾土率
E: 試料液量(ml)

※ プレイ2法: 塩酸モリブデン法による発色も可。ホウ酸液は加える必要
※ 湛水期間中の土田土壌測定: 土壌:抽出液 = 1:10(風乾土相当) [暫定]

ついで


可給態ケイ酸

試薬
  1. 酢酸緩衝液;: 49.2 mlの氷酢酸と14.8 gの無水酢酸Naを水に溶かし1 lとし、1N 酢酸か1N 酢酸Na液を用いpH 4.0に正確に調節する
  2. 0.6N HCl (可給態ケイ酸定量用38% HCl 148 mlに水を加え1 lとする
  3. 0.25 HCe (検量線用 38% HCl 21 mlに水を加え1 lとする
  4. モリブデン酸アンモニウム液: モリブデン酸アンモニウム ((NH4)6Mo2O24·4H2O) 102 gを乳鉢で粉砕後、水に溶かし1 lとする
  5. 亜硫酸Na液: 無水亜硫酸Na 170 gを水に溶かし1 lとする
  6. ケイ酸標準液:市販のケイ素標準液を用いる
操作
風乾細土10 gを200 ml容三角フラスコにとり酢酸緩衝液100 mlを加え、時々振蕩し40°定温湯せんに5時間保つ。乾燥濾紙で濾過し、はじめの数mlを捨てる
濾液10 mlを乾燥ビーカー(フラスコ)にとり、0.6N HCl 15 mlおよびモリブデン酸アンモニウム液5 mlを加え約3分間放置する
亜硫酸ナトリウム液10 mlを加えてモリブデン青を発色させ、約10分後に10 mmの厚さのセルを用い、600-700 nmの透過率を読む
検量線作成
ケイ酸標準液: 0, 3, 5, 10, 25 mlをそれぞれ100 mlのメスフラスコにとり、水で定容してこれを検量線用標準液とする。この各々から10 mlをビーカーにとり 0.25N HCl 5 ml、モリブデン酸アンモニウム液5 ml、亜硫酸ナトリウム液10 mlを順次に加え、発色し測定を行う。
検量線用標準液と土壌浸出液は同量とって発色するので、検量線の作成は検量線標準液10 ml中のSiO2量で表示するのが便利である。上に調製した検量線用標準液10 ml中には、0, 30, 50, 100, 250 μgのSiO2が含まれる
計算
発色に用いた浸出液10 ml中のSiO2A μgとすると、
土壌100 g中のmg SiO2 = 0.1 × A 土壌中のppm SiO2 = A
結果は乾土100 g当たりmgで表示する。
注意事項
  1. 試薬を調製したセット毎に、モリブデン酸アンモニウムを加えた時の溶液のpHが2.4-2.7の範囲に入るのを確かめる。入らなければそうなるようHCl濃度を定める
  2. 水中のケイ酸を定量する時、および検量線用は0.25N HClを用いる
  3. 純度低い脱塩水を用いるとケイ素が完全に除去されないことがあるので注意する

置換性カリウム(カリ)およびナトリウム(ソーダ)

機器: 炎光光度計、メスフラスコ、ホールピペット
試薬
  1. K標準液: 105°で数時間乾燥した特級KCl 1.9067 gを蒸留水で1 lに定容 → K 1000 ppm溶液 → これを適宜うすめ使用する。
  2. Na標準液: 市販Na標準液を薄め使用する。保存はできるだけポリエチレン製びんを用い、ガラス容器に長期明保存しない。
操作
  1. 置換性K
    供試液はCEC項で述べた最初の抽出液を用いる。測定前に炎光光度計を所定の方法で調整しブランクをOに、最高濃度標準液を100前後にし、薄い順に標準夜を炎光させ検量線を作成する。続いて、同一条件下で供試液を炎光させ、検量線から土壌中の置換性加里含量求める
    炎光光度計は、空気圧・燃料圧等の影響を受けるので、本機調整の都度検量線を作成する必要があり、標準液には供試液と同一濃度になるよう酢酸アンモニウム液を加えておくとともに、この定量に用いた浸出液を用いブランクテストを行い、定量値から差し引く必要がある。
    多試料測定時には、時々標準液を吸入させ検量線チェックする
  1. 置換性Na
    炎光光度計の操作法および標準液調製法は置換性Kと同様である。
計算法
結果は、酸化物のmgにより表示するが、必要に応じてmeを( )内に併記する
(1) 置換性K

K2O (mg/乾土100 g) = A × d × 100/1000 × 100/(f × W) × 1.205
K2O (me/乾土100 g) = K2O (mg/乾土100 g)/47.10

(2) 置換性Na

Na2O (mg/乾土100 g) = A × d × 100/1000 × 100/(f × W) × 1.348
Na2O (me/乾土100 g) = Na2O (mg/乾土100 g)/30.99

A: 供試液濃度(ppm)
d: 希釈率の逆数
f: 風乾細土の乾燥係数
W: 風乾細土の採取量(g)

数字はmeでは小数点以下1桁、mgでは整数部まで示す。

土壌診断基準 standard for soil diagnostics


表は北海道における基準例。地域でかなり異なる [ 水田・畑 | 樹園地 | 草地 ]
  1. 土壌を生産力可能性により区分 → 土壌が持つ本来的制限因子limitationsと阻害因子hazardsあるいは土壌悪化危険性risks of soil damageの種類、程度を基盤として行う
  2. 土壌区の土壌生産力可能性は示性分級式で表わし、その土壌区の土壌生産力可能性等級を決定した制限因子あるいは土壌悪化の危険性が何によったかを明確に示すようにする
  3. 土壌示性分級式は基準項目及び要因項目から成る。基準項目はその土壌区の土壌生産力可能性等級と決定に用いる項目を等級値で表し、要因項目とは基準項目の要因と見られる項目で要因強度を数値で表わす
  4. 土壌生産力可能性等級は普通作物、桑、茶、果樹別に分けてつける
正当収量をあげ、また正当な土壌管理を行う上に土壌的に見て
  1. 殆ど-全く制限(阻害)因子なく、土壌悪化危険性ない良好耕地と見なせる
  2. 若干の制限(阻害)因子あるか、土壌悪化危険性が多少存在する
  3. かなり大きな制限(阻害)因子あるか、土壌悪化危険性のかなり大きい
  4. 極めて大きな制限(阻害)因子あるか、土壌悪化危険性極めて大きく、耕地利用極めて困難
水田・畑

診断項目
物理性
作土深さ, cm
有効土層深, cm

土壌緻密土(心土), mm
作土固相率, %


作土粗孔隙, %
作土易有効水容量, ml/100 ml
作土砕土率 (土塊 ≤ 20 cm), %    
収穫期土壌水分 (Ic)
垂直浸透量, mm/day
浸透係数, cm/sec
地下水位, cm
作土土砂含量, 重量%
化学性 (対象土層)
pH (H2O)
電気伝導度(EC), mW/cm

有効態リン酸 P2O5, mg/100 g
    潅水前
    分結盛期
置換性石灰 CaO, mg/100 g
    粗粒質土
    中粒質土
    細粒質土
置換性苦土 MgO, mg/100 g

置換性加里 K2O, mg/100 g

石灰飽和度, %
塩基飽和度, %
石灰・苦土比 Ca/Mg (当量比)
苦土・加里比 Mg/K (当量比)
可給態珪酸 SiO2, mg/100 g
遊離酸化鉄 Fe2O3, %
易還元性マンガン Mn, ppm
熱水可溶性ホウ素 B, ppm
可溶性亜鉛 Zn, ppm
可溶性銅 Cu, ppm

水田

15-20
≥ 50

18-20
-


-
-
-
0.5-1.0
15-20
10-5
≤ 60
-
作土
5.5-6.0
-


≥ 10
20-40

80-150
150-300
250-400
≥ 25

15-30

35-50
40-60
≤ 6
≥ 2
≥ 15
1.5
100-1000   
-
-
-

普通畑

20-30
≥ 50

18-20
火山性土 25-30   
非火山性 ≤ 40
鉱質土 ≤ 40
15-25
15-20
≥ 70
-
-
10-3-10-4
≤ 60
-
作土
6.0-6.5
-


10-30


80-150
200-300
300-600
25-45

15-30

40-50
60-80
≤ 6
≥ 2
-
-
100-500
0.5-1.0
2-40
0.5-80

野菜畑

20-30
施設 ≥ 40
路地 ≥ 50
18-20
-


15-25
15-20
≥ 70
-
-
10-3-10-4
≤ 60
-
作土
6.0-6.5
中粒質土
≤ ± 0.7

15-30


100-180
180-350
280-450
中粒質土
25-40
中粒質土
15-30
40-60
60-80
4-8
≥ 2
-
-
-
-
-
-
樹園地

診断項目
物理性
作土深さ
有効土層深さ
土壌緻密土
作土固相率
作土粗孔隙
作土易有効水容量
作土砕土率
収穫期土壌水分
垂直浸透量
浸透係数
地下水位
作土土砂含量
化学性
    (対象土層)

pH
電気伝導度
有効態リン酸
置換性石灰

置換性苦土
置換性加里
石灰飽和度
塩基飽和度
石灰・苦土比
苦土・加里比
可給態珪酸
遊離酸化鉄
易還元性マンガン
熱水可溶性ホウ素
可溶性亜鉛
可溶性銅

造成・更新園

≥ 30
≥ 100
根圏 18-22
根圏 35-45
根圏 15-25
-
-
-
-
10-3-10-4
≤ 100
-

根圏及び全園作土

6.0-6.5
-
10
中粒質土
200-350
25-40
15-30
40-60
50-80
4-8
≥ 2
-
-
≤ 250
0.8
-
-

維持管理園

-
-
作土 18-22
-
作土15-25
-
-
-
-
-_
-
-

作土

5.5-6.0
-
10-20
中粒質土
200-350
25-40
15-30
40-60
60-80
4-8
≥ 2
-
-
≤ 250
-
-
-

火山性土

20-30
> 30
有効根域 18-22
25-35
15-20
15-20
-
-
-
10-3-10-4
≤ 60
-

耕起層(不耕起
は0-10 cm)
6.5
-
≥ 20
≥ 350

≥ 25
15-20
50-70
60-80
5-10
≥ 2
-
-
-
-
-
-
草地
診断項目          造成・更新        維持管理
                  非火山性 泥炭土   火山性土 非火山性 泥炭土
                  鉱質土                     鉱質土
物理性
作土深さ          20-30    10-20    -        -        -
有効土層深さ      ≥ 30     > 30     -        -        -
土壌緻密土        有効根域 -        有効根域 有効根域 -
                  18-22             ≤ 24     ≤ 24
作土固相率        ≤ 40     -        -        -        -
作土粗孔隙        ≥ 10     有効根域 有効根域 有効根域 有効根域
                           ≥ 10     ≥ 10     ≥ 10      ≥ 10
作土易有          10-15    -       -        -        -
効水容量
作土砕土率        -        -       -        -        -
収穫期土壌水分    -        -       -        -        -
垂直浸透量        -        -       -        -        -
浸透係数          10-3-4   10-3-4   -        -        -
地下水位          ≤ 60     50-70   ≤ 60     ≤ 60     50-70
作土土砂含量      -        ≥ 50    -        -        -
化学性(対象土層)                   (0-5 cm)
pH                6.5      6.5     5.5-6.5  5.5-6.5  5.5-6.5
電気伝導度        -        -       -        -        -
有効態リン酸      ≥ 20     ≥ 30    ≥ 20     ≥ 20     ≥ 30
置換性石灰        ≥ 400    ≥ 700   ≥ 140    ≥ 200    400-800
置換性苦土        ≥ 25     ≥ 40    20-30    20-30    30-50
置換性加里        15-20    20-40   18-30    18-30    30-50
石灰飽和度        50-70    50-70   -        -        -
塩基飽和度        60-80    -       -        -        -
石灰・苦土比      5-10     5-10    5-10     5-10     5-10
苦土・加里比      ≥ 2      -       ≥ 2      ≥ 2      ≥ 2
可給態珪酸        -        -       -        -        -
遊離酸化鉄        -        -       -        -        -
易還元性マンガン  -        -       -        -        -
熱水可溶性ホウ素  -        -       -        -        -
可溶性亜鉛        -        -       -        -        -
可溶性銅          -        -       -        -        -

示性分級

A. 表土の厚さ
= A層の厚さ
畑 (普通作物)、果樹共に

I: ≥ 25(30) cm, II: 25(30)-15 cm, III-IV: ≤ 15 cm

B. 有効土層厚さ
有効土層 = 作物根侵入可能な土深 (果樹は普通作物と比べ深根性多)
畑・果樹共に: I = 100 cm以上, II = 100-50 cm, III = 50-25 cm, IV = 25-15 cm, IV = 15 cm以下 (Vはない)
C. 表土の礫含量
20%以上では普通作物の農業困難

礫含量              5% >    5-10%  10-20%  20-50%  50% <
                      有り-無し   含む      富む    頗る富む   礫土
畑(普通作物)        I            II         II-III       III-IV         IV
果樹                     I             I          I-II         II-III        III-IV

D. 耕転の難易
土性・粘着性・風乾土の硬さの3項目

1, 1, (2) = II   2, 1, 1 = I   2, 2, 1 = I-II   3, 3, 2 = III   3, 3, 3 = IV

a) 土性

S.LS.LS.FSL = 1   L.SiL.SCL.CL.SiCl.SC = 2   LiC.SiC.HC = 3

b) 粘着性: 指と指の間に土をはさみ離れるときの粘着性

なし-弱い = 1 / 中 = 2 / 強 = 3

c) 硬さ(緊密度)

軟 = (2) / やや硬い = 1 / 硬 = 2 / 非常に硬い-強硬 = 3

林野野外調査: 断面を拇を押し付けその抵抗により判断

頗るしよう: 土砂が単独で分離し、殆ど結合力がない
しよう: 土粒が緩く結合し土塊は容易に崩れ断面は容易に貫入する
軟: 土粒は比較的密に結合するが断面を指で押すと痕できる
堅: 土粒が密に結合し断面を指で押すと僅かに痕できる
すこぶる堅: 土粒が密に結合し指で強く押しても痕ができない
固堅: 土粒が密に結合してやっと移植ゴテを入れうるもの
→ 野外: 軟-堅間が多。軟は指で押し1 cm程度の深さの痕形成。より少なら「やや堅」と記載する方が現実的

E. 土地の乾湿
透水性 + 保水性 + 湿潤度
a) 透水性: 大=1, 中=2, 小=3
b) 保水性

• 透水係数, K
• 見た目で判断するなら:
1 = 10-1-10-2 (砂), 2 = 10-3-10-4 (畑), 3 = 10-4-10-5 (粘土)

c) 湿潤度(水湿状態)
農地 = 林野土壌野外現地調査における1-5の5区分

乾-半乾 (2) = 乾: 土壌を強く握っても掌に湿気を残さない → 1
半湿 1 = 潤: 土壌を握ると掌に湿気の残る → 2
湿 2 = 湿: 土壌を強く握っても水滴が落ちず拇指と人差指で摘まんで押すと水が滲み出る → 3
多湿 3 = 多湿: 土壌を握ると水滴が落ちる → 4
(農地区分になし) = 過湿: 土壌を掌に載せると自然に水滴落ちる → 5

土地の乾湿: 透水性・保水性・湿潤土の3項目を基準に判断

透水性        1          1          1      2      3     1-3
保水性        3          3          1      2      2      1
湿潤度       (2)         1          1      2      2      3
作物          (IV)       (III)        I       II      IV    IV
果樹      (III)-(IV)  (II)-(III)     I     II-III    IV    IV

F. 自然肥沃度
保肥力・固定力・土層の塩基状態の3項目からなる
a) 保肥力: CEC定量法(Schobenberger法)

N-酢酸アンモン:土壌 = 250:100 (cc/cc) → 出るNH3のm.e./100 g計る

≥ 20 m.e.(これでも中になることはある)    20-6    ≤ 6
                           1                                     2        3

b) 固定力: 燐酸吸収係数。2.5%燐酸アンモニアを土壌100 g中に250 g混ぜ吸収されたP2O5を無名数(係数)として表わす。値が1400以上ならまず火山灰土壌である。800-1400が一般の畑。それ以下では砂質である

燐酸吸収係数: ≤ 700 = 1.  700-1500 = 2.  1500-2000 = 3.  ≥ 2000 = 4

c) 塩基状態: 電気伝導度 (Ec) or pH

pH ≥ 5.5/Ec ≥ 50% = 1.  5.5-5.0/50-30 = 2.  ≤ 5.0/≤ 30 = 3
日本土壌のpHは4-7 (pH > 7は珍しい)

電気伝導度 electro-conductivity, Ec (mS/cm): 土/純水混合混濁液中通電性

低 → 土壌中肥料分↓ 生育↓ ⇔ 高; → 濃度障害で生育阻害
土壌中硝酸態窒素多 → pH↓ → 塩基分溶出 → 高Ec → NK肥料減らす
水田土壌: 冠水状態で塩基成分溶流 → 0.1 mS/cm位の小さい値になる
ハウス施設等: 降雨なく塩類集積 → Ec↑ → 状況次第で除塩対策
Ec低/pH低: 塩基分・窒素分ともに不足の可能性
Ec高/pH低: 窒素分多く硝酸化成が進んでいる可能性
Ec低/pH高: 塩基分十分で窒素分が不足の可能性
Ec高/pH高: 窒素分・塩基分十分でアンモニアのままの可能性

→ 自然肥沃度 ≈ 土壌養分保持力。一方養分豊否 ≈ 交換性物質存在量
    保水力 固定力 塩基状態 作物   果樹
       1      2      1       I      I
       2      1      2       I      I
       1      2      3       II     II
       2      4      2       III    II
       3      1      1       III    III

これらの土壌化学特性測定は、土壌簡易検定器使用

G. 養分豊否
6項目(a-f): 一般に肥沃土壌はCa, Mg, K(置換性石灰・置換性苦土・置換性加里)が多い土壌。これらの変化に伴いAl等微量元素も変化するが、作物上は施肥で補え土壌豊否には余り重要視されない
a) 置換性石灰含量 exchangeable Ca

土壌中石灰含量少 → 一般に土壌pH低下(pHから大体見当)
熟畑やハウス土壌は石灰が豊富でも酸性を示したり、石灰欠乏でも酸性を示さないことがある

b) 置換性苦土含量 exchangeable Mg

土壌中苦土含量は土壌母岩に影響されることがある
土壌酸性化すると苦土欠乏が現われる

c) 置換性加里含量 exchangeable K

窒素、燐酸と共に作物に多量に吸収される肥料成分
光合成作用を高め炭水化物増加が起こり、その結果窒素吸収促進に関係。未熟堆肥の施用や稲藁マルチは、土壌中にカリが残留する場合があり適正施用を心がけなければならない

d) 有効態燐酸 water-soluble phosphate
燐石灰(燐鉱石)は強酸(硫酸等)のみ可溶で肥料とならない。燐酸アルミニウム、燐酸鉄等の形で存在するものは有効。また、フィチン・ヌクレイン(生合成化合物)は有効
定量方法: 錯酸ソーダか希硫酸等で溶出させ定量

トルオグ法Truog method*: 0.002 N H2SO4 (pH 3)
Bray II method: NH4F in 0.1 N HC
Modified Bray II method: NH4F in 0.1 N HCl +EDTA(Caと結合し析出)


Ex. Ca: X mg/100 g               X > 200   200-100    < 100
Ex. Mg: X mg/100 g               X > 25     25-10        < 10
Ex. K: K2O mg/100 g             X > 15     15-8          < 8
Soluble P: P2O5 mg/100 g*   X > 10     10-2          < 2
要因強度                                    1            2               3


e) 微量要素含量 minute metals 作物により微妙に異なる。B, Cu, Mo, Mn, Zn等が通常問題 (他微量元素は通常土壌に豊富で問題にならない)
微量元素は定量困難なことが多く植物生育異常症状から判断

欠乏症状の程度
1 = 全く-殆どなし   2 = かなり発生する  3 = 甚だしく発生する

Ex. 有珠火山灰降灰地 - B欠乏症発生 (原因) a) Bが少ない。b) 火山灰がアルカリのためBが働き難い

f) 酸度 acidity
置換酸度: 土壌 (100 g) + NKCl (250 cc) → N/10 NaOH滴定値

125 cc, 125 cc, … 125 cc
y1,_____y2,____yn
Y (全酸度: カリでの「置換酸度」) = y1 + y2 + y3 + … + yn
簡便式: Y ≈ 3y1 → 2.0-4.5が普通 (例外的に10何倍ということあり)

                          1        2        3        4
pH                    ≥ 6     6-5   5-4.5   ≤ 4.5
置換酸度(y1)    ≤ 3     3-6    6-15    ≥ 15

H. 障害性
化学的障害性・物理的障害性の2項目
a) 化学的障害性: Cu, Zn, salt, Ni, Cd (イタイイタイ病)

障害性: なし = 1, 小 = 2, 中 = 3, 大 = 4

b) 物理的障害性

基盤・盤層・緻密層・礫層が地表-50 cmに存在 - 植物成長障害でやすい
評価: 障害除去の困難性を使用

障害性なし = 1. あり(除去やや困難 = 2, 除去極めて困難 = 3)

I. 傾斜 slope
自然傾斜・傾斜の方向・人為傾斜の3項目からなる
傾斜地: 土壌移動で表土消失し、やせ土化すること多 → 大型機械等導入で傾斜障害克服されつつある
a) 自然傾斜
自然傾斜  ≤ 3  3-8  8-15  15-25  ≥ 25     ≤ 15°    15-25°          ≥ 25°         
普通作物    I      II      II       IV       V
果樹           I       I     I-II     II-III     IV
草地                                                            1          2                 3
                                                                         造成困難 機械造成不可能
b) 傾斜方向: 作物成長に方向影響(= 光の他に水分・保水性等の条件変化)。農業上はESWN記載に留める
c) 人為傾斜

slope
________________________この面の角度が人為傾斜

J. 侵食 erosion
侵食度・耐水蝕性・耐風蝕性の3項目
a) 侵食度

1 = 無  2 = 弱(表土流出 ≤ 25%)  3 = 中(25-75%)  4 = 強(≥ 75%)

b) 侵食型: リル < ガリー < 沢
リル(樹枝状侵食) rill → ガリーgully (普段は水が流れない)
沢 valley: 地下水位まで到達し常時水が流れているとき

侵食型 = Rill and/or Gully発生
1 = Rill発生なし.  2 = Rill発生殆どなし  3 = Rill発生散発.
4 = Rill発生多発・Gully発生あり

分散率 = (水で分散させた場合の0.05 mm以下粒子含量)/(完全分散させた場合の0.05 mm以下粒子含量)

完全分散: 土性決定の際の0.05 mm以下の粒子量
通常、分散剤(ヘキサメタ燐酸ソーダ5%を1 lの水に5 cc)使用
スコア(1-3): 1 = 10%以下, 2 = 10-30%, 3 = 30%以上

c) 耐侵食性
耐水触性
耐風触性: 風乾度硬さ + 表土容積重

1 = 塊となる、砕くのに抵抗性有 + 80 g/100 g cc以上
2 = 塊とならぬ、砕くのに抵抗無 + 80 g/100 g cc以下(泥炭・黒泥除)

人為土壌 (artificial soil)


人為消失 → 直ちに別な土壌に変化
開墾 land reclamation = 植被除去、土壌反転 → 土壌有機物分解促進 = 有機物減少 → 保水力低下

土壌微生物相変化(主に減少) Ex. VA菌↓ (Case. ビニールハウス ⇒ 0)

化学化・機械化 – 現代農業化に伴う変化

施肥: 化学肥料増加、有機質肥料激減 + 農薬
耕盤層: 機械の車輪で踏み固められた層

→ 土壌機能劣化 – 連作障害 = エネルギー収入/投入エネルギー(農業効率パラメータ) – 年々低下

解決には社会・経済大系からの検討も要する

土壌改良: 作物収量増目的に行なわれる土壌に対する操作全般

重粘土: 透水性低、保水力高(有効水少) - 砂・有機物添加 (団粒発達)
砂質土: 透水性高、有効水少 - 粘土・有機物添加(団粒発達)
有機質土: 透水性・保水力高、有効水少 - 砂・粘土・肥料添加(団粒発達)
土壌改良剤 amendment

水田土壌 rice pad soil

作土: 水田表層土で、毎年耕起・施肥されイネ根が分布する部位 – 富有機質
rice field
季節変化: 夏 - 温度上昇に伴い表面近くの好気性細菌がほとんどの酸素を消費し土壌還元性は強くなる
湿田 wet paddy = 透水性低 (表 湿田)
乾田 dry paddy = 下層土が年中酸化的 (表 乾田)
水田土壌の老朽化
老朽化しやすい *: 陰イオンのこと

母材: 酸性岩(花崗岩・砂岩) → 養分供給能力低
土性・排水性: 砂質・砂壌土 → 排水と共に養分流亡
温度: 高 → 微生物活性高 → 土壌異常還元状態
硫酸根*持つ肥料: 使用 → 硫化水素発生 → 根ぐされ

老朽化しにくい

母材: 中性岩・塩基性岩(安山岩・玄武岩) → 養分供給能力高
土性・排水性: 壌質・埴壌質 → 適当な排水
温度: 適温 → 微生物バランスがよい
硫酸根を持つ肥料: 不使用 → 硫化水素発生しない

湿田 = 透水性低
土層田植前 →稲作 →落水後 → [田植前へ]
作土(第1層)透水性悪く作付前でも弱還元状態 (緑
味灰色)
強還元状態、田植前にいた嫌気性細菌
が増加 (暗緑色)
表層からの空気で酸化するが排水悪く弱還元状態
(緑味灰色)
下層土(第2層)作土と概ね同 (緑味灰色)湛水前と概ね同(緑前灰色)変わらない(緑味灰色)
下層土(第3層)通年で表層から酸素補給断たれ常時
強還元状態(明緑味灰色)
田植前と同じ強還元状態 (明緑味灰色)落水後も表層から空気補給はなく強還元状態
(明緑味灰色)
乾田 = 下層土が年中酸化的
土層田植前 →稲作 →落水後 → [田植前へ]
作土(第1層)酸化的、好気性細菌繁殖し、畑状態
(暗黄味灰色)
強還元状態、好気性細菌は死滅休眠し
嫌気性細菌繁殖(暗緑味灰色)
再び田植前の状態に戻る(暗黄味灰色)
下層土(第2層)酸化的(灰白色)やや還元的 (暗緑味灰白色)表層から酸素が入り、再び酸化的になる(灰白色)
下層土(第3層)酸化的、上層から侵入した酸素は主に
酸化鉄として蓄えられる(黄味灰色)
鉄と結合した酸素が十分残り、稲作中
酸化状態を維持(黄味灰色)
同様変化なし(黄味灰色)

用土 (soil for gardening)


施設栽培・鉢栽培等で用いる土 - 植物に適した原料土に肥料等調合

通気性、排水性、保肥力、保水力に優れる
固まりにくく、病害虫・雑草種子等含まない
配合土: 複数素材を混合調整使用すること多

. 野外・温室栽培実験で知っておくべき用土
基本用土: 使用土壌の50%以上を占める
• 粘質土(荒木田土): 田圃底土か川沿に堆積した粘質土(荒木田土)

肥料分ある程度含み、保水性・保肥力富むが、排水性低
乾燥させ篩を通し粒径揃え使用

• 赤玉土: 赤土を乾燥 - 大中小の粒に分かれる

通気性優れるが有機分少 - 1/3程度の腐葉土・牛糞等有機分混ぜ使用

• 赤土: 関東ローム層(東海・中国地方丘陵地)の黒土の下(中層)

有機質・肥料分含まない粘質土 → 粘質土と同様に用いる

• 黒土: 関東ローム層の土で、黒く柔らかい

有機物多く含み、保水性・保肥性高い = 根菜等栽培に適

• 花崗土: 花崗岩風化しできた土

ブレンド市販「花の土」: 鉢底穴に金属ネット被せ赤玉土の大粒中粒を敷きつめた上に使用

• 鹿沼土 kanuma pumice: 栃木県鹿沼地方下層産出の軽石

粒状の軽い(黄色多孔質)土 → 通気・排水性・保水性富む
= 盆栽用培地等適 → 乾湿指標土にもなる
• 硬質鹿沼土: 鹿沼土から園芸フィルタ(篩)で選別し微塵抜き小粒

鹿沼土より団粒固く崩れにくい

• パミス(軽石/日向砂/ボラ) pumice: 多孔質鉱物

排水性・通気性高、無菌・軽量・強固な特長
→ 補助(改良)用土としよく使用 (バークと混合しラン鉢用土利用)

ミズゴケ: 水苔等堆積し炭化途中のものを乾燥

欧米で一般的に使われる
孔隙富み通気性・保水性高 - 盆栽・観葉植物・ラン・多肉植物栽培に適

栽培進むにつれ繊維復元力弱化 - 復元力強いものが良質
腐敗早い - 1-2年毎に取り換える必要
酸性素材なためpH調整にパーライトやバーミキュライト混合し利用

Forex (河東郡士幌町 森産業株式会社): 天然土壌改良剤!! 道産泥炭(乾燥、粉砕、篩分)

有機物含有率: 35% (乾物当り75%)  有機物中腐植酸含有率: 28%  水分含有率: 53%
用途 (主効果): 土壌膨軟化、土壌保水性改善
標準的施用方法 : 10-20 l/m2
※ 過度乾燥 - 土壌保水性改善効果低下 → 播種・植栽等は土と馴染ませ実施
特徴 •保水性・通気性富み、肥料分少だが保肥力優れる •強酸性で酸度調整に最適
用途 •鉢・コンテナ栽培では赤玉土等基本用土と混ぜ使う •好酸性植物(Ex. ブルーベリー)植替使用

補助用土(改良用土): 基本用土に混ぜ合わせ使用する土
• ピートモス peat moss: 泥炭化した強酸性土

保水性優れ、無菌なため室内園芸等に使用

• 高温処理鉢用土: 母材高熱処理 → 粒子孔隙膨張 → 比重低(軽)

= 保水性通気性高 + ほぼ無栄養・滅菌状態 → 施肥実験に適
パーライト pearlite, or perlite: 母材 = 真珠岩 → 構造強固

pH中性-弱塩基性でピートモス混合に適

バーミキュライト (expanded) vermiculite: 母材 = 蛭石 vermiculite

≥ 700°で焼く
パーライトに比べ粒子壊れやすく長期植付等では土中空気拡散低下(土固相化招く)傾向

フヨーライト: 母材 = 黒曜石

腐葉土 leaf mold (+ 堆肥): 落葉等有機物が堆積し発酵進み柔土状

水持ち・水はけ共に改善 - 微生物活性化 - 植物成長促進
赤玉土有機分補う「赤玉土:腐葉土 = 2:1」 配合土は植物広範に通用

• 川砂・山砂: 有機質・肥料分含まず、排水性良好

水はけ改善 (※ 細土では排水悪化)
川砂: 花崗岩等から粘土質が落ちた細砂 (φ = 0.25-2.00 mm)

産地名 Ex. 矢作砂、天神川砂、白川砂

山砂: 火山岩が風化した細砂 - 川砂に比べ、保水性・保肥性高

産地名 Ex. 桐生砂、富士砂 - 産地により鉄分やpH異なる

海砂: 塩分含む → そのまま利用出来ない

• ゼオライト(沸石, zeolite): 沸石・沸石含凝灰石を粉状 - 土壌改良剤

カラーゼオライト: 着色したもの

籾殻燻炭モミガラクンタン: モミガラ不完全燃焼させ炭化 - カリ分富み、高通気性・排水性
培養土 ⇒ 基本用土と補助用土を混合した土

Ex. 野菜用、観葉植物用、播種用、挿木用

gardening
  • バーク bark; 樹皮を細粉砕 (各種粒径ある)
    通気性、保水性高 (ラン鉢用土利用)
    クリプトモス: スギ皮を繊維化 → 単独かミズゴケと混合しファレノプシス等の植えこみ使用
  • バーク堆肥; 広葉樹や針葉樹の樹皮を細粉砕 → 発酵
    通気性、保水性に富む (ラン鉢用土として最近よく利用)
    (発酵不十分 → 炭水化物含む → 肥料欠乏になり安い)
    輸入材: 海水に漬け保存 → 塩抜き必要
  • ヤシ殻チップ;ヤシ殻を細かく切断したもの
    通気性保水性富む (ランの鉢用土に最近よく利用)
    水に浸け十分あく抜きしたものを用いる
  • ロックウール: 珪酸質岩石、玄武岩、石灰岩、スラグ等溶融し繊維化
    径3-10 μmの非結晶ガラス質繊維
    アスベスト(天然鉱物繊維)使用制限 (発癌性 ≥ 径0.25 μm、長さ8 μm)
    → 代用 + 単一あるいは混合し培土として利用 ↔ 廃棄物処理問題
道産特殊肥料 リサイクル製品 バイテクソイル: 道産間伐材に道産牛糞尿と環境技研(011-836-1845)培養有効微生物を加え発酵分解
目安: 土壌に対し体積比で10%未満施用

窒素全量 燐酸全量 加里全量  pH    陽イオン交換容量  炭素率 水分含有量  腐食
   (%N)       (%P)       (K2O)  (H2O)      cmol(+)/kg         (C/N)                      (dw)
     0.6        0.8           1.2%         7.1        76.9                 19        56.4%     44.7%

リター (litter)



(g/m²/yr)
38 ± 18
185 ± 9
250 ± 11
357 ± 40
386 ± 51
203 ± 45
106 ± 18
161 ± 24
150 ± 9
142 ± 26
233 ± 20
281 ± 20
163 ± 17
193 ± 27

. 落葉量
樹種           
スギ
ヒノキ
アカマツ
クロマツ
ヒバ
カラマツ
トドマツ
エゾマツ
アカエゾマツ
ケヤキ
コナラ
ブナ
シラカンバ
クリ             

有機物集積
リター分解・有機物集積の因子

1. 植物体性質: 種類、齢、化学組成等
2. 土壌性質: 通気性、水分、温度、反応、肥沃度等
3. 気候: 気温、雨量等

リター分解早い条件

高鮮度リター、高水溶性成分、低C/N比、低リグニン含量
適温 (温帯土壌微生物 27-28°C)

リグニン (lignin)
リター分解速度に関係
糖・デンプン・タンパク質: 分解容易 > セルロース > リグニン: 困難

リグニン: 普通最後まで残る

C/N比 (carbon to nitrogen ratio)

有機物等に含まれる炭素(C)量と窒素(N)量の質量比

Ex. 100 g C/10 g N = 10 (平均的畑土壌は12)
high C (or low N) → 微生物が土壌中N取込 → 有機化

↑↓ C/N比安定

low C (or high N) → 微生物による有機物分解でN放出 → 無機化

植物体: 5-100 (幅広い): 一般に 木本 > 草本
窒素飢餓: 高C/N比有機物施肥 → N微生物取込 → 植物利用可能土壌N減

窒素固定菌(Ex. Azotobacter)は窒素飢餓を回避

. 樹種による落葉中の成分比(%) (+ = 0.003)

樹種        H2O     N    K2O Na2O CaO  MgO P2O5 SO3 Fe2O3 Al2O3  SiO2 灰分
スギ        11.25  0.94  0.34  0.13  3.00  0.51  0.26    +     0.15    0.45   0.75  6.10
ヒノキ        NB    0.64  0.21   NB   2.76  0.54  0.07   NB    NB      NB    0.81  4.36
アカマツ  10.01  0.89  0.13  0.05  0.84  0.19  0.16  0.05  0.03    0.18   0.36  2.08
クロマツ  11.34  0.86  0.12  0.04  0.87  0.17  0.17  0.06  0.03    0.19   0.59  2.28
クヌギ     10.03  1.12  0.28  0.09  1.26  0.42  0.17  0.09  0.06    0.24   0.76  3.55
コナラ     12.32  0.95  0.30  0.15  1.81  0.42  0.13  0.10  0.10    0.32   3.29  6.87
シラカシ    9.90  1.00  0.49  0.16  1.91  0.46  0.21  0.13  0.23    0.91   4.71  9.13

モミ林 fir forest はCa多。針葉樹林 pine, or needle-leaved forestは灰分少

(Williams & Abbott 1991)

食害による落葉消失量の推定式
樹木(群落)の落葉(含食害)量を面積比で測定する場合は以下の2つの式がよく使われる。個体(群落)の葉が被害を受け消失した時に葉を単位とし被害面積を測定し全被害を推定するには以下の点をまず測定する

葉 = 1 … n, 総面積(T) = T1Tn, 被害を受けた面積(D) = D1Dn
これらの値をもとに以下の2式を用い検討するのが一般的

1) 総比率食害 (total proportion damaged, TPD) =

Σi=1nDi/Σi=1nTi = (1/Σi=1nTi)Σi=1nTi(DiTi)

2) 平均比率食害(Average proportion damaged, APD) =

1/n·Σi=1n(Di/Ti)

この2つの式は、場合によって大きく値が異なる
Ex. 3枚の葉の大きさが、2, 8, 16であり各々が1づつ被害を受けていた場合

TPD = 11.5%, APD = 22.9%
DPTの方がより良い推定式と個体・スタンドレベルでは考えられる

リター分解 (litter decomposition)


分解要因
リター質
針葉樹葉は広陽樹葉より分解されにくい
混合効果 mixing effect: 針葉樹葉 + 広葉樹葉 混合 → 針葉樹葉分解促進
順序
植物組織に構造 → 分解に順序ができる

初期段階: 水溶性物質が非生物的プロセスで溶脱
リグニン分解: 開始遅く、開始後も遅い

測定法

リターバッグ: メッシュサイズが関与する土壌動物を規定
Def. 分解速度係数(指数関数), k (Olson 1963):

y = e-kt (t = 経過時間, y = wt/w0, wt = tでの残存重量, w0 = 初期重量)

t: 年とすることが多い
kを求める: e-kt = wt/w0 → log(e-kt) = log(wt/w0), or logy

-kt = logwt - logw0k = -(logwt - logw0)/t

k: 八ヶ岳山麓ミズナラ二次林で1年間分解 (船戸ら 2012)

クリ 0.61, シラカンバ 0.50, アカマツ 0.49, ミズナラ 0.42
マユミ 1.66, ミヤコザサ 1.22

土壌動物学 (soil zoology)


土壌動物 soil animal
s.s. 土壌中で一生を過ごす動物 (厳密すぎる) →
s.l. 土壌中で一生の一部を過ごし、土壌に影響を与える動物

生活史の全てが土壌中 Ex. ミミズ・トビムシ
生活史の一部が土壌中 Ex. セミ・ウスバカゲロウ(アリジゴク)
休眠期(卵・蛹)を土壌中 Ex. キギリギス・スズメガ
冬季に土壌中 Ex. マイマイ・カメムシ・テントウムシ

サイズにより区分 ≈ 分解者としての機能

大型土壌動物 macrofauna: > 2 mm (ハンドソーティング可能)
中型土壌動物 mesofauna: 0.2–2 mm (ツルグレン)
小型土壌動物 microfauna: < 0.2 mm (肉眼確認困難)
+ ベールマン法: 水に浸されていないと移動できない土壌動物(センチュウやクマムシ)抽出

地理的分布

地理的分布
土壌中現存量(日本)
トビムシ: 温帯 暖帯↓ 亜熱帯↓↓
ミミズ: 温帯 ≈ 暖帯 亜熱帯↓
等脚類・端脚類・陸貝・シロアリ・ゴキブリ: 亜熱帯↑↑

等脚類: 亜熱帯分解性土壌生物の主役
→ 亜熱帯常緑広葉樹林はリター層極薄

シクロプロピル脂肪酸 (cyclopropyl fatty acid)
不飽和脂肪酸の2重結合の部分の代わりにシクロプロパン環(3員環、構造式で書けば当然三角形)になっている化合物
低温ストレスと不飽和脂肪酸との関係等が知られるが、シクロプロパン脂肪酸にもストレスとの関係があるようである
一般の脂肪酸と同様、メチルエステルを作ってGCかGC/MSで分析
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