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土壌どじょう

地球ちきゅう上じょうの陸地りくちの表面ひょうめんを覆おおっている鉱物こうぶつ、有機物ゆうきぶつ、気体きたい、液体えきたい、生物せいぶつの混合こんごう物ぶつ

土壌どじょう（どじょう）とは、地球ちきゅう上うえの陸地りくちの表面ひょうめんを覆おおっている鉱物こうぶつ、有機物ゆうきぶつ、気体きたい、液体えきたい、生物せいぶつの混合こんごう物ぶつである。一般いっぱんには土ど（つち）とも呼よばれる[1]。陸地りくちおよび水深すいしん2.5メートル以下いかの水中すいちゅうの堆積たいせき物ぶつを指さす[2]。

基盤岩から土壌への土壌層の図
A, B, C はヴァシーリー・ドクチャーエフが考案こうあんした土壌どじょう層そう位いであり、A層そうは表土ひょうど、B層そうはレゴリス、C層そうは腐食ふしょく岩石がんせき(en)、最下さいか層そうは基盤きばん岩がんである
北きたアイルランドの氷こおり礫つぶてに発達はったつした湛じん水すいグライ土壌どじょう

地球ちきゅうの土壌どじょうは土壌どじょう圏けんを構成こうせいし、以下いかの4つの重要じゅうような機能きのうを持もって生命せいめいを支ささえている。

これら全すべての機能きのうは、土壌どじょうを変化へんかさせる働はたらきを持もっている。

土壌どじょう圏けんは岩石がんせき圏けん、水圏すいけん、大気圏たいきけん、生物せいぶつ圏けんと接触せっしょくする[3]。土壌どじょうは鉱物こうぶつと有機物ゆうきぶつから成なる固体こたいの部分ぶぶんと、気体きたい（土壌どじょう空気くうき）と水みず（土壌どじょう溶液ようえき）を蓄たくわえる間隙かんげき（空隙くうげき）で構成こうせいされる[4][5][6]。すなわち、土壌どじょうは固かた相しょう、液えき相しょう、気き相しょうの三さん相そうシステムである[7]。

土壌どじょうが生成せいせいされるためには母はは材ざい（土壌どじょうの元もととなる材料ざいりょう）、気候きこう、地形ちけい、生物せいぶつ、時間じかんという5つの因子いんしがある[8]。土壌どじょうは侵食しんしょくによる風化ふうかなど、多おおくの物理ぶつり的てき、化学かがく的てき、生物せいぶつ的てき過程かていによって常つねに変化へんかしている。土壌どじょうはとても複雑ふくざつで強つよい内部ないぶ相互そうご作用さようを持もつ生態せいたい系けいである[9]。

多おおくの土壌どじょうの仮かり比重ひじゅう（水みずがない状態じょうたいでの間隙かんげきを含ふくんだ土壌どじょうの密度みつど、乾燥かんそう密度みつどとも言いう）は 1.1 から 1.6 g/cm3 であり、土ど粒子りゅうしそのものの密度みつどは 2.6 から 2.7 g/cm3 とずっと大おおきい[10]。地球ちきゅう上じょうには更新こうしん世よよりも古ふるい土壌どじょうはほとんどなく、新生代しんせいだいよりも古ふるい土壌どじょうは全まったくない[11]。ただし、太古たいこ代だいの土壌どじょうが化石かせき土壌どじょうとして残のこっていることがある[12]。

土壌どじょう学がくはエダフォロジー (edaphology) とペドロジー (pedology) に分わかれる。エダフォロジーは土壌どじょうが生物せいぶつに与あたえる影響えいきょうを研究けんきゅうする[13]。ペドロジーは自然しぜん環境かんきょうにおける土壌どじょうの形成けいせい、状態じょうたいの記述きじゅつ、分類ぶんるいをする[14]。工学こうがく的てきには土壌どじょうはレゴリスに含ふくまれる。レゴリスには母はは岩いわの上うえの土壌どじょう以外いがいの物質ぶっしつも含ふくまれ、地球ちきゅう以外いがいの天体てんたいにも存在そんざいする[15]。

概要がいよう

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機能きのう

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広義こうぎの土壌どじょうは、以下いかの機能きのうを持もっている。以下いかのうち自然しぜん機能きのうについては、土壌どじょうの環境かんきょう機能きのうと呼よばれている。

  1. 自然しぜん機能きのう
  2. 利用りようの機能きのう
  3. 自然しぜん・文化ぶんか遺産いさんの存在そんざい場所ばしょ

植物しょくぶつ生産せいさん的てき見地けんちからみると、土壌どじょうは植物しょくぶつの培地ばいちの一種いっしゅといえる。ほとんどの農業のうぎょうでは土壌どじょうを培地ばいちとする。

なお、培地ばいちに土壌どじょうを用もちいないものを水みず耕こう栽培さいばいと呼よぶ。養やしなえ液えき栽培さいばいの場合ばあいでは、培地ばいちとしての土壌どじょうの種類しゅるいはさらに細こまかく、有機ゆうき質しつ培地ばいちを土壌どじょうとしこれを用もちいる場合ばあいは養やしなえ液えき土ど耕こうと呼よび、無機質むきしつ培地ばいちを用もちいる場合ばあいは養やしなえ液えき栽培さいばいと呼よばれる。

構成こうせい

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土壌どじょうは、岩石がんせきが風化ふうかして生成せいせいした粗あら粒つぶの無機物むきぶつ（一いち次じ鉱物こうぶつ）やコロイド状じょうの無機物むきぶつ（粘土ねんど鉱物こうぶつあるいは二に次じ鉱物こうぶつ）、生物せいぶつの死骸しがいなどの粗大そだい有機物ゆうきぶつ、粗大そだい有機物ゆうきぶつが微生物びせいぶつなどの分解ぶんかい者しゃの作用さようなどによって変質へんしつして生しょうじる土壌どじょう有機物ゆうきぶつ（腐植ふしょく）などを含ふくむ。

土壌どじょうの固体こたい成分せいぶんは粗あらに充填じゅうてんされているため、土壌どじょうは多おおくの間隙かんげきを持もつ。土壌どじょう中ちゅうの間隙かんげきは、土壌どじょう溶液ようえきと土壌どじょう空気くうきによって満みたされている。土壌どじょう溶液ようえきの主成分しゅせいぶんは水みずであり、この水みずに水溶すいよう性せいの塩基えんきや有機物ゆうきぶつなどが溶解ようかいしている。土壌どじょう空気くうきの主成分しゅせいぶんは二酸化炭素にさんかたんそ、窒素ちっそおよび水蒸気すいじょうきであり、酸素さんそ濃度のうどは大気たいきと比較ひかくして低ひくい。土壌どじょうの間隙かんげきには、多おおくの土壌どじょう微生物びせいぶつや土壌どじょう動物どうぶつが生息せいそくしており、土壌どじょう生物せいぶつと呼よばれる。

研究けんきゅうの歴史れきし

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土壌どじょう研究けんきゅうの歴史れきしは、人間にんげんが食料しょくりょうと飼料しりょうを生産せいさんするための差さし迫せまった必要ひつよう性せいと密接みっせつな関係かんけいがある。歴史れきしを通とおして、文明ぶんめいの繁栄はんえいと衰退すいたいは土壌どじょうの生産せいさん能力のうりょくの関数かんすうであったとされる[16]。土壌どじょうが農業のうぎょう生産せいさんを支ささえる力ちからを「地力じりき」と言いい、古代こだいエジプト以来いらいのエジプト社会しゃかいは、ナイル川がわの洪水こうずいによりナイル川がわデルタなど流域りゅういきに運はこばれた肥沃ひよくな土壌どじょうを使つかって農業のうぎょうを行おこない、食料しょくりょうを得えてきた[17]。一方いっぽうでインダス文明ぶんめい、メソポタミア文明ぶんめい、マヤ文明ぶんめい、アステカ文明ぶんめいなどの滅亡めつぼうは、侵食しんしょくや塩害えんがいといった土壌どじょうの荒廃こうはいが一因いちいんとなった[18]。

古代こだいギリシアの歴史れきし家かクセノポン（紀元前きげんぜん 450-355 年ねん）は、「地面じめんに生はえているどのような雑草ざっそうであっても、土どに混まぜれば糞くそと同おなじように土壌どじょうを豊ゆたかにする。」と書かいているため、緑肥りょくひのメリットを解説かいせつした最初さいしょの人ひとであると評価ひょうかできる[19]。

生成せいせい

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土壌どじょう学がく者もののハンス・ジェニーは、1941年ねんに土壌どじょうの性質せいしつは土壌どじょうを供給きょうきゅうする地表ちひょうの地形ちけい、気候きこう、動植物どうしょくぶつ相しょうに反映はんえいされると提唱ていしょうし、以下いかの5つの要素ようそを土壌どじょう生成せいせいを司つかさどる5大だい要素ようそとした[20]。

  1. 母はは材ざい（岩いわ）
  2. 気候きこう
  3. 有ゆう機体きたい
  4. 地形ちけい
  5. 時間じかん

物理ぶつり性せい

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  学問がくもん分野ぶんやについては「土壌どじょう物理ぶつり学がく」をご覧らんください。

土壌どじょうの物理ぶつり的てき性質せいしつには、農業のうぎょうのような生態せいたい系けいサービスにとって重要じゅうようなものから順番じゅんばんに、土ど性せい（英語えいご版ばん）、土壌どじょう構造こうぞう（英語えいご版ばん）、仮かり比重ひじゅう（乾燥かんそう密度みつど）、間隙かんげき（孔あな隙すき・空隙くうげき）、コンシステンシー、温度おんど、色しきそして土壌どじょう電気でんき抵抗ていこう（英語えいご版ばん） がある[21]。土ど性せいは砂すな、シルト、粘土ねんどという3種類しゅるいの土壌どじょう鉱物こうぶつ粒子りゅうしの構成こうせい比率ひりつによって決きまる。酸化さんか鉄てつ、炭酸たんさん塩しお、二酸化にさんかケイ素けいそ、腐植ふしょく土どが土ど粒子りゅうしを被覆ひふくし、土ど粒子りゅうし同士どうしを接着せっちゃくすることによって、土ど粒子りゅうしがより大おおきな塊かたまりとなると、ペッド（英語えいご版ばん） すなわち「土壌どじょう団だん粒つぶ」という土壌どじょう構造こうぞうを構成こうせいする[22]。土壌どじょうの仮かり比重ひじゅうは、土どの締しめ固かため（英語えいご版ばん） 程度ていどの指標しひょうとなる[23]。土壌どじょうの間隙かんげきは粒子りゅうしと粒子りゅうしの間あいだの空間くうかんであり、空気くうきと水みずによって構成こうせいされている。コンシステンシーは土ど粒子りゅうし同士どうしがくっつき合あう強度きょうどである。土壌どじょうの温度おんどと色いろはそのままの意味いみである。電気でんき抵抗ていこうは土壌どじょうに埋うめられる金属きんぞくやコンクリートの腐食ふしょく速度そくどに影響えいきょうする[24]。このような土壌どじょうの性質せいしつは土壌どじょうの深ふかさ、すなわち土壌どじょう層そう位いによって変化へんかする。これらのほとんどの性質せいしつが、土壌どじょうの通気つうき性せいと土壌どじょう中ちゅうに水みずが流ながれたり保持ほじされたりするような能力のうりょくに影響えいきょうする[25]。

土ど粒子りゅうしが土壌どじょうの性質せいしつに与あたえる影響えいきょう[26]
性質せいしつ 砂すな シルト 粘土ねんど
保水ほすい性せい 小しょう 中なかから大だい 大だい
通気つうき性せい 大だい 中なか 小しょう
排水はいすい速度そくど 速はや 中なかから遅おそ とても遅おそ
土壌どじょう有機物ゆうきぶつ量りょう 少すくな 中なかから多た 多おおから中なか
有機物ゆうきぶつ分解ぶんかい速度そくど 速はや 中なか 遅おそ
春はるの気温きおん上昇じょうしょう速度そくど 速はや 中なか 遅おそ
締しめ固かためやすさ 低ひく 中なか 高こう
風食ふうしょくに対たいする耐たい久度くど 中なか（細ほそ砂すなであれば弱じゃく) 弱じゃく 強つよ
水食すいしょくに対たいする耐たい久度くど 細ほそ砂すなでなければ強つよ 弱じゃく 団だん粒つぶ化かされていれば強つよ、さもなければ弱じゃく
膨潤度ど とても低ひく 低ひく 中なかからとても高こう
水みずの浸透しんとうを止とめる働はたらき 弱じゃく 弱じゃく 強つよ
降雨こうう後ごの耕こう起おこりしやすさ 良りょう 中なか 悪あく
汚染おせん物質ぶっしつの浸透しんとう性せい 高こう 中なか 低てい（亀裂きれつがなければ）
植物しょくぶつの栄養えいよう保持ほじ力りょく 低ひく 中なか 高こう
pH緩衝かんしょう能のう 低ひく 中なか 高こう

土ど性せい

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アメリカ合衆国あめりかがっしゅうこく農務のうむ省しょうの土ど性せい分類ぶんるいシステムによる粘土ねんど、シルト、砂すなの割合わりあいと土ど性せい
 
カナダのクーテネイ国立こくりつ公園こうえんのペイントポット近ちかくの鉄分てつぶんが多おおい土壌どじょう

土壌どじょうの鉱物こうぶつ粒子りゅうしは砂すなとシルトと粘土ねんどがあり、その割合わりあいによって土ど性せいが決きまる。土ど性せいに影響えいきょうを受うける土壌どじょうの性質せいしつには、間隙かんげき率りつ、透水とうすい性せい、浸透しんとう、膨潤度ど (en)、圃場ほじょう容よう水量すいりょう、そして侵食しんしょくに対たいする強つよさがある。USDA（アメリカ合衆国あめりかがっしゅうこく農務のうむ省しょう）の三角さんかく座標ざひょうによる土ど性せい区分くぶんで示しめされているように、砂すな、シルト、粘土ねんどのいずれかが主成分しゅせいぶんとなっていない（つまり、程ほど良よく混まざっている）ような土壌どじょうはロームと呼よばれる。純粋じゅんすいな砂すな、シルト、粘土ねんども土壌どじょうではあるが、伝統でんとう的てきな農業のうぎょうの観点かんてんからは、いくらかの有機物ゆうきぶつがあるローム土壌どじょうが「理想りそう的てきである」とされ、農業のうぎょうによる長期ちょうき的てきな作物さくもつの収穫しゅうかくによって奪うばわれた栄養分えいようぶんを補給ほきゅうするために、肥料ひりょうや堆肥たいひが使つかわれる[27]。ローム土どの鉱物こうぶつ組成そせいは、たとえば質量しつりょう比ひが砂すな40%、シルト40%、粘土ねんど20%である。土ど性せいは土どの性質せいしつ、特とくに栄養分えいようぶんを保持ほじする性質せいしつ（たとえば陽ひイオン交換こうかん容量ようりょう）[28] と水みず移動いどうに関かんする性質せいしつに影響えいきょうを与あたえる。

砂すなとシルトは母はは岩がんの物理ぶつり的てきおよび化学かがく的てきな侵食しんしょくによって形成けいせいされ[29]、粘土ねんどは母はは岩がんが降雨こううに溶解ようかいして生成せいせいされた二に次じ鉱物こうぶつであることが多おおく、雲母うんもの風化ふうかによるものもある[30]。土ど粒子りゅうしの比ひ表面積ひょうめんせきと土ど粒子りゅうし表面ひょうめんイオンの電荷でんかは土壌どじょう肥沃ひよく度どにとって重要じゅうようなはたらきを持もち、陽ひイオン交換こうかん容量ようりょうとして測定そくていされる[31][32]。砂すなは比ひ表面積ひょうめんせきが最もっとも小ちいさく陽ひイオン交換こうかん容量ようりょうが小ちいさい。シルトはその次つぎに小ちいさく、粘土ねんどが最もっとも陽ひイオン交換こうかん容量ようりょうが大おおきい。土壌どじょうにとって砂すなの最もっとも大おおきな役割やくわりは、締しめ固がために対たいする耐久たいきゅう力りょくが大おおきく、土壌どじょうの間隙かんげき率りつを大おおきくしていることである。ただし、この性質せいしつは純粋じゅんすいな砂すなに対たいするものであり、砂すながより小ちいさな鉱物こうぶつと混まざることにより、砂すなの粒子りゅうしの間あいだに小ちいさな鉱物こうぶつが入はいるため間隙かんげき率りつが小ちいさくなる[33]。シルトは鉱物こうぶつ的てきには砂すなと似にているが比ひ表面積ひょうめんせきが大おおきいため物理ぶつり化学かがく的てきな反応はんのう性せいは大おおきい。粘土ねんどは比ひ表面積ひょうめんせきが極きわめて大おおきく大量たいりょうの負ふ電荷でんかを持もっているため、土壌どじょうの水みずと養分ようぶんの保持ほじ能力のうりょくの高たかさを決きめているのは粘土ねんどの量りょうである[31]。粘土ねんど質しつ土壌どじょうは風ふうと水みずによる土壌どじょう侵食しんしょくに耐たえる力ちからがシルト質しつ土壌どじょうや砂すな質しつ土壌どじょうと比くらべて大おおきい。それは、粘土ねんどは粒子りゅうしと粒子りゅうしの間あいだを結むすびつける力ちからが大おおきいことと[34]、有機物ゆうきぶつによる侵食しんしょく緩和かんわ効果こうかによるものである[35]。

砂すなは土壌どじょう鉱物こうぶつの中なかで最もっとも安定あんていしている。岩いわの破片はへんと一いち次じ石英せきえい粒子りゅうしによって構成こうせいされ、直径ちょっけい 0.05 から 2.0 mm である（USDAの粒つぶ径みち区分くぶん）。シルトは直径ちょっけい 0.002 から 0.05 mm である。粘土ねんどは直径ちょっけいが 0.002 mm 以下いかで厚あつさは 1 nm (10−9 m) ととても小ちいさいため、光学こうがく顕微鏡けんびきょうで観察かんさつすることができない[36][37]。中ちゅう程度ていどの土ど性せいの土壌どじょうでは、粘土ねんどは水みずによって下方かほうに溶脱 (en) して、下層かそうに集積しゅうせき (en) する。土壌どじょう鉱物こうぶつ組成そせいの大おおきさと鉱物こうぶつの性質せいしつの間あいだには明確めいかくな相関そうかんはない。砂すなとシルトの粒子りゅうしが石灰せっかい質しつであることも石英せきえい質しつであることもあり[38]、粘土ねんどの粒子りゅうし (0.002 mm) が細こまかい石英せきえいであることも多層たそうの二に次じ鉱物こうぶつであることもある[39]。ある一定いっていの粒つぶ径みち組成そせいに属ぞくする土壌どじょう鉱物こうぶつは、比ひ表面積ひょうめんせき（それに関連かんれんする保水ほすい性せい）のような共通きょうつうの性質せいしつを持もっているものの、陽ひイオン交換こうかん容量ようりょうのような化学かがく組成そせいに関係かんけいする性質せいしつは共通きょうつうではない。

直径ちょっけい 2.0 mm よりも大おおきな土壌どじょうの成分せいぶんは岩いわあるいは礫つぶて（れき）と分類ぶんるいされる。土壌どじょうを土ど性せいによって分類ぶんるいするために粒つぶ径みちの組成そせいを決定けっていする時ときには除外じょがいされるが、名称めいしょうに含ふくめることもできる。たとえば、砂すな質しつローム土どが20%の礫つぶてを含ふくめば、礫つぶて砂すな質しつローム土どと呼よぶことができる。

土壌どじょう有機物ゆうきぶつの量りょうが非常ひじょうに多おおい時ときには、その土壌どじょうは鉱物こうぶつ土壌どじょうではなく有機ゆうき質しつ土壌どじょうであるとされる。有機ゆうき質しつ土壌どじょうの条件じょうけんは次つぎのようなものである。

  1. 鉱物こうぶつ成分せいぶんの 0% が粘土ねんどで有機物ゆうきぶつが 20% 以上いじょう
  2. 鉱物こうぶつ成分せいぶんの 0% から 50% が粘土ねんどで有機物ゆうきぶつが 20% から 30%
  3. 鉱物こうぶつ成分せいぶんの 50% 以上いじょうが粘土ねんどで有機物ゆうきぶつが 30% 以上いじょう[40]

構造こうぞう

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土壌どじょうの砂すな、シルト、粘土ねんど成分せいぶんが集あつまって塊かたまりとなることで団だん粒つぶ（aggregate）が形成けいせいされ、団だん粒つぶがさらに大おおきな塊かたまりとなった構造こうぞうはペッド（ped）と呼よばれる。土ど粒子りゅうしが有機物ゆうきぶつ、酸化さんか鉄てつ、炭酸たんさん塩しお、粘土ねんど、二酸化にさんかケイ素けいそによって粘着ねんちゃくし、凍結とうけつ融解ゆうかいと湿潤しつじゅん乾燥かんそう過程かていによって団だん粒つぶが分解ぶんかいし[41]、土壌どじょう動物どうぶつ、土壌どじょう微生物びせいぶつのコロニーと植物しょくぶつの根ねの先端せんたんによって団だん粒つぶが形成けいせいされる[42]、といったようなメカニズムによって、土壌どじょうは明瞭めいりょうな幾何きか学がく的てき形状けいじょうを形成けいせいする[43][44]。ペッドは様々さまざまな形かたちへと発展はってんする[45]。土塊つちくれ (soil clod) はペッドのように形成けいせいされたものではなく、耕こう起おこりのような土壌どじょうへの機械きかい的てきな撹乱かくらんによってできたものである。土壌どじょう構造こうぞうは通気つうき性せい、水みず移動いどう、熱ねつ移動いどう、植物しょくぶつの根ねの成長せいちょう、土壌どじょう侵食しんしょくへの耐久たいきゅう性せいに影響えいきょうを及およぼす[46]。一方いっぽう、水みずは土壌どじょう構造こうぞうに強つよい影響えいきょうを与あたえる。直接的ちょくせつてきには、鉱物こうぶつを溶解ようかいし降雨こううによって供給きょうきゅうし、団だん粒つぶをスレーキング (en) によって機械きかい的てきに破壊はかいする[47]。間接かんせつ的てきには、植物しょくぶつ、動物どうぶつ、微生物びせいぶつの成長せいちょうを促進そくしんする。

土壌どじょう構造こうぞうは土ど性せい、有機物ゆうきぶつ量りょう、微生物びせいぶつの活動かつどう、過去かこの土壌どじょう生成せいせい過程かてい、人間にんげんの利用りよう履歴りれき、土壌どじょう生成せいせいの化学かがく的てきおよび鉱物こうぶつ学がく的てき条件じょうけんを知しるための手てがかりとなる。土ど性せいは鉱物こうぶつ組成そせいによって決きまる変化へんかしない性質せいしつであって農業のうぎょう活動かつどうによって変化へんかしないが、土壌どじょう構造こうぞうは農作業のうさぎょうのやり方かたや時期じきによって発達はったつさせることも壊こわすこともできる[43]。

土壌どじょう構造こうぞうの分類ぶんるい[48][49]

  1. 形状けいじょう: ペッドの形かたちと配列はいれつによって区分くぶんする。
    1. 板いた状じょう (Platy): 厚あつさ 1–10 mm のペッドが平板へいばん状じょうに重かさなる。森林しんりん土壌どじょうのA層そうと池いけの沈積ちんせき物ぶつに見みられる。
    2. 柱状ちゅうじょう (Prismatic): 鉛直えんちょくに長ながく、幅はばは 10–100 mm である。上部じょうぶが平たいらな角柱かくちゅう状じょう (Prismatic) と上部じょうぶが円形えんけいの円柱えんちゅう状じょう (Columnar) に分わかれる。ナトリウム土壌どじょうのB層そうに粘土ねんどが集積しゅうせきすると生しょうじやすい。
    3. 塊状かいじょう (Blocky): 不完全ふかんぜんな 5–50 mm の立方体りっぽうたいの角形かくがたのペッド。鋭するどい角かくを持もつ角かく塊状かいじょう (Angular) と滑なめらかな角かくを持もつ亜あ角かく塊状かいじょう (Subangular) に分わかれる。粘土ねんどが集積しゅうせきしたB層そうに生しょうじやすく、水みずの浸透しんとうが少すくないことを示唆しさしている。
    4. 粒状りゅうじょう (Granular): 1–10 mm の多面体ためんたいの長ちょう球状きゅうじょうのペッド。粒状りゅうじょう (Granular) と屑くず粒状りゅうじょう (団だん粒状りゅうじょう; Crumb) に分わかれ、屑くず粒状りゅうじょうの方ほうがより多孔たこう質しつで理想りそう的てきであるとされる。有機物ゆうきぶつがあるA層そうでよく見みられる。
  2. 大おおきさ: ペッドの最小さいしょう径みちによって区分くぶんする。ペッドの形状けいじょうによって大おおきさの分類ぶんるいが異ことなる。
    1. 細ほそ: <1 mm の板いた状じょうか粒状りゅうじょう; <5 mm の塊状かいじょう; <10 mm の柱状ちゅうじょう
    2. 小しょう: 1–2 mm の板いた状じょうか粒状りゅうじょう; 5–10 mm の塊状かいじょう; 10–20 mm の柱状ちゅうじょう
    3. 中なか: 2–5 mm の板いた状じょうか粒状りゅうじょう; 10–20 mm の塊状かいじょう; 20-50 の柱状ちゅうじょう
    4. 大だい: 5–10 mm の板いた状じょうか粒状りゅうじょう; 20–50 mm の塊状かいじょう; 50–100 mm の柱状ちゅうじょう
    5. 極大きょくだい: >10 mm の板いた状じょうか粒状りゅうじょう; >50 mm の塊状かいじょう; >100 mm の柱状ちゅうじょう
  3. 発達はったつ程度ていど: すなわちペッド内ないの密着みっちゃく度どであり、強度きょうどと安定あんてい性せいをもたらす。
    1. 弱じゃく度ど: 弱よわい結合けつごうはペッドが砂すな、シルト、粘土ねんどへと分解ぶんかいされやすい。
    2. 中ちゅう度ど: 未み撹乱かくらん土壌どじょうではペッドが明瞭めいりょうではないが、撹乱かくらんすると団だん粒つぶ、いくらかの壊こわれた団だん粒つぶ、わずかな団だん粒つぶ化かされていない土壌どじょうに分わかれる。これが理想りそう的てきな状態じょうたいであるとされる。
    3. 強度きょうど: 土壌どじょう層そう位いを観察かんさつしている時点じてんで明瞭めいりょうなペッドが見みられ、簡単かんたんには壊こわれない。
    4. 無む構造こうぞう: 土壌どじょうが粘土ねんど板ばんのように大おおきな塊かたまりにしっかりと固着こちゃくされているか、砂すなのように全まったく結合けつごうがない。

最もっとも大おおきなスケールでは、土壌どじょう構造こうぞうは粘土ねんど鉱物こうぶつの膨潤と収縮しゅうしゅくによって形成けいせいされる。初期しょきは水平すいへい方向ほうこうに働はたらき、垂直すいちょく方向ほうこうの角柱かくちゅうのペッドを形成けいせいする。この機構きこうはバーティソル (en) という種類しゅるいの土壌どじょうに特徴とくちょう的てきである[50]。粘土ねんど質しつ土壌どじょうは、土壌どじょう表面ひょうめんからの水みずの蒸発じょうはつ速度そくどの差さが大おおきいため、水平すいへい方向ほうこうの亀裂きれつを生しょうじ、土壌どじょうの柱はしらを塊状かいじょうのペッドへと分解ぶんかいする[51]。根ね、小しょう動物どうぶつ、虫むし、凍結とうけつ融解ゆうかいが大おおきなペッドをより小ちいさい球形きゅうけいに近ちかいペッドへと分解ぶんかいする[42]。

より小ちいさいスケールでは、植物しょくぶつの根ねは大おおきな間隙かんげき（マクロポア）の中なかを伸長しんちょうして水みずを吸すい上あげるため[52]、マクロポアの体積たいせきを大おおきくして間隙かんげき率りつを小ちいさくし[53]、団だん粒つぶをより小ちいさくする[54]。それと同時どうじに、根毛こんもうと菌類きんるいの菌糸きんしはペッドを破壊はかいしながら小ちいさな通とおり道みちを作つくる[55][56]。

さらに小ちいさいスケールの土壌どじょうの団だん粒つぶ化かは、細菌さいきんや菌類きんるいが粘ねば質しつの多た糖類とうるいを生成せいせいして土ど粒子りゅうしを結合けつごうして小ちいさなペッドを作つくることによって進行しんこうする[57]。細菌さいきんや菌類きんるいの栄養えいよう源げんとなる有機物ゆうきぶつを加くわえることで、このような望のぞましい土壌どじょう構造こうぞうの形成けいせいを促進そくしんすることができる[58]。

最もっとも小ちいさなスケールでは、化学かがく的てき性質せいしつが土ど粒子りゅうしの団だん粒つぶ化かと分散ぶんさんに影響えいきょうする。粘土ねんど粒子りゅうしは多た価あたい陽ひイオンを持もつため粘土ねんど層そうの表面ひょうめんに負まけの電荷でんかが生しょうじる[59]。それと同時どうじに、板いた状じょう粘土ねんど粒子りゅうしの端はしにはわずかな正せいの電荷でんかがあるため、端はしが他たの粘土ねんど表面ひょうめんの負まけの電荷でんかにくっつき凝集ぎょうしゅうする（塊かたまりになる）[60]。一方いっぽうで、ナトリウムのような1価かイオンが多た価あたい陽ひイオンと置換ちかんすると粘土ねんど粒子りゅうしの端はしの正せい電荷でんかが弱よわくなり、表面ひょうめんの負ふ電荷でんかが比較的ひかくてき強つよくなる。そのため粘土ねんど表面ひょうめんの負ふ電荷でんかのみが残のこって粘土ねんど粒子りゅうし同士どうしはお互たがいに負ふ電荷でんかの電気でんき的てき力りょくによって反発はんぱつし、お互たがいの距離きょりが離はなれ、凝集ぎょうしゅうしていた粘土ねんどが分散ぶんさんする[61]。その結果けっか、粘土ねんどは分散ぶんさんしてペッドの間隙かんげきに集積しゅうせきして、間隙かんげきが閉塞へいそくする。このようにして土壌どじょう中ちゅうの間隙かんげき構造こうぞうが破壊はかいされて、土壌どじょうは空気くうきと水みずを通とおさなくなる[62]。そのようなソーダ質しつ土ど (en) は表面ひょうめんに円柱えんちゅう状じょうのペッドを形成けいせいする[63]。

密度みつど

編集へんしゅう
土壌どじょうの仮かり比重ひじゅうの例れい[64]。間隙かんげき率りつは土ど粒子りゅうし密度みつど 2.7 g/cm3 として計算けいさんした。ただし泥炭でいたん土どの土ど粒子りゅうし密度みつどは推定すいていした。
土壌どじょうとその状態じょうたい 仮かり比重ひじゅう (g/cm3) 間隙かんげき率りつ (%)
綿めん畑はたけの耕こう起おこされた表土ひょうど 1.3 51
トラクターの車輪しゃりんが通過つうかした畝間うねま 1.67 37
深ふかさ 25 cm の硬かた盤ばん 1.7 36
硬かた盤ばんの下したの不ふ撹乱かくらん土壌どじょう、粘土ねんどローム 1.5 43
ポプラの森もりの下したの礫つぶて質しつのシルトローム土壌どじょう 1.62 40
表層ひょうそうのローム砂すな質しつ土ど 1.5 43
分解ぶんかいされた泥炭でいたん土ど 0.55 65
黒くろボク土ど 0.5 - 0.8[65] 70 - 80

典型てんけい的てきな土壌どじょうの土ど粒子りゅうし密度みつどは 2.60 から 2.75 g/cm3 であり、土ど粒子りゅうし密度みつどは通常つうじょう変化へんかしない[10]。土ど粒子りゅうし密度みつどは有機物ゆうきぶつ量りょうが多おおい土壌どじょうでは小ちいさく[66]、酸化さんか鉄てつ量りょうが多おおい土壌どじょうでは大おおきい[67]。土壌どじょうの仮かり比重ひじゅう（乾燥かんそう密度みつど）は土壌どじょうの乾燥かんそう質量しつりょうを体積たいせきで割わった値ねである。すなわち、その土壌どじょう体積たいせき中ちゅうの空気くうきと有機物ゆうきぶつを含ふくむ。したがって土壌どじょうの仮かり比重ひじゅうは常つねに土ど粒子りゅうし密度みつどよりも小ちいさく、土壌どじょうの締しめ固かため程度ていどを示しめす良よい指標しひょうとなる[68]。土壌どじょうの仮かり比重ひじゅうは耕こう起おこされたロームでは 1.1 から 1.4 g/cm3 である(水みずは 1.0 g/cm3)[69]。土ど粒子りゅうし密度みつどとは異ことなり、ある土壌どじょうの仮かり比重ひじゅうは極きわめてばらつきが大おおきく、土壌どじょう生物せいぶつの活動かつどうおよび土壌どじょう管理かんりと強つよい関係かんけいがある[70]。しかし、団だん粒つぶの種類しゅるいや大おおきさによっては、ミミズが土壌どじょうの仮かり比重ひじゅうを増加ぞうかあるいは減少げんしょうさせる可能かのう性せいがあることが示しめされている[71]。仮かり比重ひじゅうが小ちいさいからといって、必かならずしも植物しょくぶつの生育せいいくに適てきしていることを示しめしているわけではない。土ど性せいや土壌どじょう構造こうぞうによる影響えいきょうも考かんがえる必要ひつようがあるためである[72]。仮かり比重ひじゅうが大おおきいことは土壌どじょうが締しめ固かためられているか、砂すな、シルト、粘土ねんどが混まざることによって小ちいさな粒子りゅうしが大おおきな粒子りゅうしの間隙かんげきに入はいり込こんでいることを示しめしている[73]。そのため土壌どじょうの多孔たこう質しつ体たいとしてのフラクタル次元じげんと仮かり比重ひじゅうの間あいだには正せいの相関そうかんがあり[74]、土壌どじょう動物どうぶつが作つくった構造こうぞうが存在そんざいしないシルト質しつ粘土ねんどロームは透水とうすい係数けいすうが低ひくいことが説明せつめいされる[75]。

間隙かんげき

編集へんしゅう

間隙かんげき（孔あな隙すき、空隙くうげき）は土壌どじょう体積たいせきの中なかで鉱物こうぶつや有機物ゆうきぶつのような固体こたいによって占しめられていない部分ぶぶんであり、空気くうきか水みずによって占しめられている。生産せいさん力りょくのある中ちゅう程度ていどの土ど性せいの土壌どじょうでは、間隙かんげきは土壌どじょう体積たいせきの50%程度ていどを占しめる[76]。間隙かんげきの大おおきさは大おおきな幅はばがある。最もっとも小ちいさなもの (<0.1 µm) はクリプトポア (cryptopore) で、水みずを保持ほじする力ちからがとても強つよいため植物しょくぶつは利用りようできない。植物しょくぶつが利用りようする水みずは、より大おおきいウルトラマイクロポア (ultramicropore) やメソポア (mesopore) (0.1-75 µm) の水みずである。さらに大おおきいマクロポア (>75 µm) は、圃場ほじょう容よう水量すいりょうにおいて空気くうきで満みたされている。

土ど性せいは最小さいしょう間隙かんげきの総そう体積たいせきを決きめる[77]。すなわち、粘土ねんどは砂すなよりも小ちいさな間隙かんげきを持もち、透水とうすい性せいは極きわめて低ひくいのにもかかわらず[78]、間隙かんげきの総そう体積たいせきは砂すなよりも大おおきい[79]。土壌どじょう構造こうぞうは土壌どじょうの通気つうき性せい、大おおきな間隙かんげきへの影響えいきょうが強つよいため、水みずの浸透しんとうと排水はいすいに影響えいきょうを与あたえる[80]。耕こう起おこりは大おおきな間隙かんげきの数かずを増ふやすという一時いちじ的てきなメリットがあるものの、土壌どじょう団だん粒つぶが破壊はかいされることによりすぐに劣化れっかする[81]。

間隙かんげき径みち分布ぶんぷは植物しょくぶつや他たの生物せいぶつによる水みずと酸素さんその得とくやすさに影響えいきょうする。大おおきな連続れんぞくした間隙かんげきは空気くうき、水みず、溶解ようかいした栄養分えいようぶんを速すみやかに移動いどうさせて供給きょうきゅうし（透水とうすい性せい）、小ちいさな間隙かんげきは降雨こううや灌漑かんがいのような水みずが供給きょうきゅうされる事象じしょうの間あいだに水みずを蓄たくわえる（保水ほすい性せい）[82]。間隙かんげき径みちに幅はばがあることにより、間隙かんげきは様々さまざまな大おおきさの空間くうかんに分わかれて、多おおくの微生物びせいぶつや動物どうぶつが居住きょじゅう空間くうかんが分わかれているために直接的ちょくせつてきな競合きょうごうをしないという効果こうかもある。そのため、土壌どじょうには非常ひじょうに多おおくの生物せいぶつ種しゅが生存せいぞんしているだけでなく、機能きのう的てきにも似通にかよっている種たね（通常つうじょうであれば競合きょうごうするために淘汰とうたされてしまうような種たね）が同おなじ土壌どじょう中ちゅうに共存きょうぞんできるということが説明せつめいできる[83]。

コンシステンシー

編集へんしゅう
→詳細しょうさいは「コンシステンシー (土質どしつ)」を参照さんしょう

コンシステンシーは土壌どじょうが自分じぶん自身じしんあるいは他たの物質ぶっしつに粘着ねんちゃくする力ちからであり、変形へんけいや破壊はかいに対抗たいこうする力ちからである。農耕のうこうの問題もんだいをおおまかに予測よそくするため[84]、あるいは土質どしつ力学りきがくで使つかわれる[85]。国際こくさい連合れんごう食糧しょくりょう農業のうぎょう機関きかん（FAO）によれば、コンシステンシーは3種類しゅるいの水分すいぶん状態じょうたいで測定そくていする[86]。湿潤しつじゅん状態じょうたいでは粘性ねんせいと塑性そせいを評価ひょうかし、乾燥かんそう状態じょうたいでは土壌どじょう試料しりょうをこすることで土壌どじょうの「ちぎれにくさ」を試験しけんする。湿潤しつじゅん状態じょうたいにおけるせん断だん力ちからに対たいする抵抗ていこうは指ゆびの圧力あつりょくで評価ひょうかする。さらに、結合けつごうコンシステンシー (cemented consistency) は粘土ねんど以外いがいの炭酸たんさんカルシウム、二酸化にさんかケイ素けいそ、酸化さんか物ぶつや塩しおなどの結合けつごう物質ぶっしつに依存いぞんし、水分すいぶん状態じょうたいはこの評価ひょうかには影響えいきょうしない。コンシステンシーの境界きょうかいの評価ひょうかは、土壌どじょうの状態じょうたいのみかけの感触かんしょくを使つかうため、pH のような他ほかの測定そくてい値ちと比くらべると主観しゅかん的てきになる。日本にっぽんペドロジー学会がっかいは、粘着ねんちゃく性せいと可塑かそ性せいを判定はんていする指標しひょうをまとめている[87]。

土壌どじょうのコンシステンシーはビルディングや道路どうろを支持しじする力ちからを見積みつもるために有用ゆうようである。建設けんせつをする前まえには、しばしば土壌どじょうの強つよさがより正確せいかくに測定そくていされる。土質どしつ工こう学会がっかいが1973年ねんに提案ていあんした日本にっぽん統一とういつ土質どしつ分類ぶんるい法ほうでは、液えき性せい限界げんかいと塑性そせい限界げんかいが土壌どじょうのコンシステンシーを評価ひょうかする指標しひょうとして取とり入いれられた。土どの液えき性せい限界げんかいと塑性そせい限界げんかいの試験しけん法ほうについては、JIS A 1205 に規定きていされている[88]。

温度おんど

編集へんしゅう

土壌どじょうの温度おんどは吸収きゅうしゅうする熱量ねつりょうと損失そんしつする熱量ねつりょうの比ひに依存いぞんする[89]。土壌どじょうの平均へいきん温度おんどは生物せいぶつ群ぐん系けいによっても異ことなり -10 から 26 °C である[90]。土壌どじょう温度おんどは発芽はつが[91]、種たねの休眠きゅうみん (en) からの回復かいふく[92][93]、植物しょくぶつと根ねの成長せいちょう[94]、栄養分えいようぶんの可か給きゅう性せい[95] を制御せいぎょする。土壌どじょう温度おんどの季き節ぶし変化へんか、月つき変化へんか、日にち変化へんかは重要じゅうようであり、変化へんかする幅はばは深ふかいほど小ちいさくなる[96]。土壌どじょうをマルチングによって被覆ひふくすると、夏なつの温度おんど上昇じょうしょうを遅おくらせ、土壌どじょう表面ひょうめんの温度おんど変化へんかを抑制よくせいすることができる[97]。

多おおくの場合ばあいに、農業のうぎょうでは土壌どじょう温度おんどに適合てきごうさせるための作業さぎょうが必要ひつようとなる。たとえば、

  1. 発芽はつがと成長せいちょうが最大さいだい化かするような植付うえつけの時期じきを選えらぶ（日照ひでり時間じかんにもよる）[98]。
  2. 10 °C 以下いかの土壌どじょうで使用しようするアンモニアの使用しよう量りょうを最適さいてき化かする[99]。
  3. 土壌どじょうの凍結とうけつによって土どが持もち上あげられる凍上とうじょうによって根ねが浅あさい植物しょくぶつが被害ひがいを受うけることを防ふせぐ[100]。
  4. 飽和ほうわ土どが凍結とうけつすることにより理想りそう的てきな土壌どじょう構造こうぞうが壊こわされることを防ふせぐ[101]。
  5. 植物しょくぶつによるリンの吸収きゅうしゅうを促進そくしんする[102]。

土壌どじょう温度おんどを上昇じょうしょうさせるためには土壌どじょうを乾燥かんそうさせるか[103] 透明とうめいなプラスチックでマルチングする[104]。有機物ゆうきぶつによるマルチングは土壌どじょうの温度おんど上昇じょうしょうを抑おさえる[97]。

土壌どじょう温度おんどに影響えいきょうを与あたえる要因よういんには様々さまざまなものがある。たとえば、水分すいぶん量りょう[105]、土どの色いろ[106]、土地とちの起伏きふく（傾斜けいしゃの角度かくどと向むき、高たかさ）[107]、土壌どじょう被覆ひふく（日陰ひかげと断熱だんねつ）、そして気温きおんである[108]。地表ちひょうを覆おおっているもの（植生しょくせいなど）の色いろと断熱だんねつ性能せいのうが土壌どじょう温度おんどに強つよい影響えいきょうを与あたえる[109]。土どの色いろが黒くろいものよりは白しろくなるほどアルベドが大おおきく、太陽光たいようこうをよく反射はんしゃするために土壌どじょう温度おんどが低ひくくなる[106]。土壌どじょうの比ひ熱容量ねつようりょうは1gの土壌どじょうの温度おんどを1 °C上あげるために必要ひつようなエネルギーである。乾燥かんそう土壌どじょうよりも水みずの比ひ熱容量ねつようりょうが大おおきいため、水分すいぶん量りょうが大おおきくなると比熱ひねつ容量ようりょうが増加ぞうかする[110]。水みずの比ひ熱容量ねつようりょうはおよそ1 cal g−1 K−1 であり、乾燥かんそう土壌どじょうの比ひ熱容量ねつようりょうはおよそ 0.2 cal g−1 K−1であるため、湿潤しつじゅん土壌どじょうの比ひ熱容量ねつようりょうは 0.2 から 1 cal g−1 K−1 (0.8 から 4.2 J g−1 K−1) である[111]。また、水みずが蒸発じょうはつするときには蒸発じょうはつ熱ねつとして大量たいりょうのエネルギー (25 ℃ で 2442 J g−1) が奪うばわれる。そのため、通常つうじょうは湿潤しつじゅん土壌どじょうは乾燥かんそう土壌どじょうよりも温度おんどが上昇じょうしょうしにくく、湿潤しつじゅん土壌どじょうは乾燥かんそう土壌どじょうよりも表面ひょうめん温度おんどが 3 から 6 °C 低ひくい[112]。

土壌どじょうの熱ねつ流りゅう束たばは土壌どじょう中ちゅうの2点てん間あいだの温度おんど差さによって熱ねつエネルギーが移動いどうする速度そくどである。熱ねつ流りゅう束たば密度みつどは土壌どじょうの単位たんい面積めんせきを単位たんい時間じかんに通過つうかするエネルギーであり、量りょうと方向ほうこうを持もつ。単純たんじゅんかつ応用おうよう範囲はんいが広ひろいケースとして、鉛直えんちょく方向ほうこうに土壌どじょう表面ひょうめんから流入りゅうにゅうあるいは流出りゅうしゅつする熱ねつ伝導でんどうについて、熱ねつ流りゅう束たば密度みつどは

 

記号きごうの意味いみと国際こくさい単位たんい系けいによる単位たんいは

  は熱ねつ流りゅう束たば密度みつど (W·m−2)
  は土壌どじょうの熱ねつ伝導でんどう率りつ (W·m−1·K−1) であり、熱ねつ伝導でんどう率りつは定数ていすうとすることもあり、土壌どじょう表面ひょうめんからある深ふかさまでの平均へいきん値ちが使つかわれることもある。
  は熱ねつ流りゅう束たば密度みつどを計算けいさんする土壌どじょうの2点てん間あいだの温度おんど差さ (K)
  は熱ねつ流りゅう束たば密度みつどを計算けいさんする土壌どじょうの2点てん間あいだの距離きょり (m) であり、x は下方かほうに向むかって正せいとする。

熱ねつ流りゅう束たばの方向ほうこうは温度おんど勾配こうばいとは逆ぎゃくになるため、マイナスの符号ふごうがついている。すなわち、深ふかさ x よりも表面ひょうめんの温度おんどが高たかければ、マイナスの符号ふごうがついていることにより熱ねつ流りゅう束たば q は正せいの値ねを取とり、熱ねつは土壌どじょう中ちゅうに入はいってくることを意味いみすることとなる。

土壌どじょうの成分せいぶんと熱ねつ伝導でんどう率りつ[26]
成分せいぶん 熱ねつ伝導でんどう率りつ (W·m‐1·K‐1)
石英せきえい 8.8
粘土ねんど 2.9
有機物ゆうきぶつ 0.25
水みず 0.57
氷こおり 2.4
空気くうき 0.025
乾燥かんそう土壌どじょう 0.2 - 0.4
湿潤しつじゅん土壌どじょう 1 - 3

土壌どじょう温度おんどは発芽はつがの初期しょきにおける生育せいいくにとって重要じゅうようである[113]。土壌どじょう温度おんどは根ねの解剖かいぼう学がく的てきおよび形態けいたい学がく的てき特徴とくちょうに影響えいきょうを与あたえる[114]。温度おんどが低下ていかすると水みずと原はら形質けいしつの粘性ねんせいが上昇じょうしょうするため、土壌どじょうと根ねの全すべての物理ぶつり化学かがく生物せいぶつ的てき過程かていに土壌どじょう温度おんどは影響えいきょうする[115]。一般いっぱんに、地上ちじょうでカナダトウヒが生育せいいくするような気候きこうであれば、カナダトウヒの根ねが生育せいいくできるだけの土壌どじょう温度おんどがある。そのため、カナダの一部いちぶの永久えいきゅう凍土とうど地帯ちたいではカナダトウヒが生育せいいくし[116]、針葉樹しんようじゅの木き化かしていない若わかい根ねは凍結とうけつに対たいする耐たい性せいがほとんどないが[117]、木き化かして二に次じ細胞さいぼう壁かべによって守まもられているカナダトウヒの根ねは 5〜20 °C では影響えいきょうを受うけなかった[118]。

木きの根ねにとって最適さいてきな温度おんどは一般いっぱんに 10 から 25 °C の範囲はんいであり[119]、トウヒでもその範囲はんいである[120]。2週間しゅうかん成長せいちょうした白しろいトウヒの苗なえを 15, 19, 23, 27, 31 °C で生育せいいくしたところ、苗なえ条じょうの高たかさと乾燥かんそう質量しつりょう、茎くきの直径ちょっけい、根ねの伸長しんちょう、体積たいせきと乾燥かんそう質量しつりょうは、全すべて19 °C で最大さいだいとなった [121]。

しかし、trembling aspen や balsam poplar のようなポプラでは 5 から 25 °C までの土壌どじょう温度おんどと生育せいいくに強つよい正せいの相関そうかんが見みられるにもかかわらず、トウヒでは土壌どじょう温度おんどが上昇じょうしょうしてもほとんど変化へんかはない[120][122][123][124][125]。そのような低温ていおんに対たいする反応はんのう性せいの低ひくさは、多おおくのカナダ西部せいぶの針葉樹しんようじゅに共通きょうつうしている[126]。

地球ちきゅう温暖おんだん化かによって土壌どじょう温度おんどが上昇じょうしょうすることによる気候きこう変動へんどうへのフィードバック効果こうかについては、有機物ゆうきぶつの分解ぶんかいが促進そくしんされて気候きこう変動へんどうが促進そくしんされるという正せいのフィードバック効果こうかと、二酸化炭素にさんかたんそ貯留ちょりゅうを促進そくしんして気候きこう変動へんどうが抑制よくせいされるという負まけのフィードバックの2つが議論ぎろんされている[127]。最大さいだいの懸念けねんは永久えいきゅう凍土とうどが融解ゆうかいして貯留ちょりゅうされていた炭素たんそが放出ほうしゅつされ[128]、生態せいたい系けいが崩くずれることである[129]。

色いろ

編集へんしゅう

土どを見みる時ときには、まず土どの色いろ (en) に印象いんしょうづけられることが多おおい。鮮明せんめいな色いろと対照たいしょう的てきなパターンがあれば、特とくに注目ちゅうもくされる。アメリカ合衆国あめりかがっしゅうこくのレッド川かわは赤土あかつちが侵食しんしょくされた堆積たいせき物ぶつを運はこぶ。中国ちゅうごくの黄河こうがは黄土おうどが侵食しんしょくされた黄色きいろい堆積たいせき物ぶつを運はこぶ。グレートプレーンズのモリソル (en) は有機物ゆうきぶつに富とみ、暗くら褐色かっしょくである。タイガのポドゾルは酸性さんせいと溶脱のために明瞭めいりょうな層そうを形成けいせいする。

土どの色いろは一般いっぱんに有機物ゆうきぶつ量りょう、排水はいすい条件じょうけん、酸化さんかの度合どあいによって決きまる。土どの色いろは簡単かんたんに認識にんしきできるが土壌どじょうの性質せいしつを推測すいそくするためにはほとんど役やくにたない[130]。土壌どじょう断面だんめん観察かんさつにおいて土壌どじょう層そう位いの境界きょうかいを見分みわける時ときには役やくに立たつ[131]。土壌どじょう層そう位いによる色いろの違ちがいは、土壌どじょうの母はは材ざい[132]、水分すいぶん量りょうと浸水しんすい条件じょうけん[133]、土壌どじょう中ちゅうの有機物ゆうきぶつ[134]、酸化さんか鉄てつ[135]、粘土ねんど[136] の量りょうの定性的ていせいてきな指標しひょうとなる。土どの色いろはマンセル・カラー・システムで 10YR3/4 のように記録きろくされる。ここで 10YR3/4 の 10YR は色相しきそう、3 は明度めいど、 4 は彩いろどり度どを表あらわす。マンセルの色いろの三さん属性ぞくせい（色相しきそう、彩いろどり度ど、明度めいど）は試料しりょうで平均へいきんして定量ていりょう的てきなパラメータとして取とり扱あつかうことができて、土壌どじょう[137] や植生しょくせい[138] の種類しゅるいと強つよい相関そうかんを示しめす。

土どの色いろは主おもに土壌どじょう鉱物こうぶつに影響えいきょうを受うける。多おおくの土どの色いろは種々しゅじゅの鉄鉱てっこう物ぶつによるものである[135]。土壌どじょう断面だんめんに発達はったつする色いろの分布ぶんぷは化学かがく的てきおよび生物せいぶつ的てき風化ふうか、特とくに酸化さんか還元かんげん反応はんのうによるものである[133]。土壌どじょうの母はは材ざいの一いち次じ鉱物こうぶつが風化ふうかすると、元素げんそは新あたらしい様々さまざまな色いろの化合かごう物ぶつになる。鉄てつは黄色きいろまたは赤色あかいろの二に次じ鉱物こうぶつとなり[139]、有機物ゆうきぶつは黒色こくしょくと褐色かっしょくの腐植ふしょくとなり [140]、マンガン [141] と硫黄いおう[142] は黒くろい沈殿ちんでん物ぶつを形成けいせいする。これらの色素しきそは土壌どじょう中ちゅうで様々さまざまな色いろのパターンを作つくる。酸素さんそが豊富ほうふな環境かんきょうでは均一きんいつのあるいは緩ゆるやかな色いろの変化へんかを生しょうじるのに対たいし、酸素さんそが乏とぼしい環境かんきょうでは複雑ふくざつな斑点はんてん模様もようや色いろの集積しゅうせきを伴ともなう速すみやかな色いろの流ながれが生しょうじる[143]。

電気でんき抵抗ていこう

編集へんしゅう

土壌どじょうの電気でんき抵抗ていこう (en) は土壌どじょうが電流でんりゅうの伝導でんどうを妨さまたげる力ちからを表あらわすものである。土壌どじょうの電気でんき抵抗ていこうは、土壌どじょうと接触せっしょくする金属きんぞく建造けんぞう物ぶつの電気でんき化学かがく的てき腐食ふしょく (en) に影響えいきょうする[144]。高たかい含水率りつあるいは高たかい電解でんかい質しつ濃度のうどは電気でんき抵抗ていこうを下さげて電気でんき伝導でんどうを増加ぞうかさせ、腐食ふしょくの速度そくどを上あげる[145][146]。土壌どじょうの電気でんき抵抗ていこう値ちは一般いっぱんに 1 Ωおーむ·m（塩性えんせい土壌どじょう）から 100000 Ωおーむ·m（結晶けっしょう質しつ岩上いわかみの乾燥かんそう土壌どじょう）までの幅はばがある[147]。

水みず

編集へんしゅう
→詳細しょうさいは「含水率りつ」および「水みずポテンシャル」を参照さんしょう

フィールド（土地とち利用りようを問とわず農地のうち、森林しんりん、原野げんやなどのある一定いっていの領域りょういき）に入はいった水みずは、表面ひょうめん流出りゅうしゅつ、排水はいすい、蒸発じょうはつ、蒸散じょうさんによって除去じょきょされる[148]。表面ひょうめん流出りゅうしゅつは土壌どじょうの表面ひょうめんをフィールドの端はしまで流ながれる水みずである。排水はいすいは土壌どじょう中ちゅうを下方かほうに流ながれるか地下ちかを通とおってフィールドの端はしまで流ながれる水みずである。フィールドからの蒸発じょうはつ損失そんしつはフィールドの表面ひょうめんから大気たいきへ蒸発じょうはつする水みずであり、蒸散じょうさんは植物しょくぶつから蒸発じょうはつしてフィールドから失うしなわれる水みずである。

水みずは土壌どじょう生成せいせい、土壌どじょう構造こうぞう、土壌どじょうの安定あんてい性せい、侵食しんしょくに影響えいきょうを与あたえるが、最大さいだいの関心かんしんは植物しょくぶつへの影響えいきょうである[149]。水みずが植物しょくぶつにとって必須ひっすである4つの理由りゆうを示しめす。

  1. 原はら形質けいしつの 80%-95% が水みずである。
  2. 光合成こうごうせいにとって必須ひっすである。
  3. 栄養素えいようそを溶解ようかいして植物しょくぶつの体内たいないに取とり込こみ、全身ぜんしんに運はこぶ。
  4. 植物しょくぶつの体からだを支ささえるための膨圧を発生はっせいさせる。[150]

それに加くわえて、水みずは鉱物こうぶつを溶解ようかいして運はこんで再度さいど沈殿ちんでんさせる事ことで、土壌どじょう断面だんめんの下したの方ほうまでを変化へんかさせる[151]。ローム土どでは、固かた相しょうの体積たいせきは全体ぜんたいの半分はんぶんであり、ガスが4分ぶんの1、水みずが残のこりの4分ぶんの1であり[152]、マトリックポテンシャルに強つよく依存いぞんするものの、その水みずの中なかで半分はんぶん程度ていどが多おおくの植物しょくぶつにとって利用りようできる水みずである[153]。

水浸みずびたしになったフィールドは重力じゅうりょくによってまずは重力じゅうりょく水すいを排水はいすいし、水分すいぶん量りょうが圃場ほじょう容よう水量すいりょうに達たっすると、水みずが土ど粒子りゅうしの表面ひょうめんに粘着ねんちゃく・結合けつごうする力ちから、すなわち保水ほすい力りょくによってこれ以上いじょう排水はいすいが進すすみにくくなる[154]。その状態じょうたいでは、植物しょくぶつは水みずを吸すい上あげるために吸引きゅういん圧あつをかける必要ひつようがある[154][155]。この圃場ほじょう容よう水量すいりょうの状態じょうたいから、植物しょくぶつが利用りようできる水みずの量りょうを有効ゆうこう水分すいぶん量りょうという[154][156]。有効ゆうこう水分すいぶん量りょうを利用りようしきってしまうと、残のこりの水みずは植物しょくぶつが吸すい上あげる力ちからが足たりなくて利用りようすることができないので、そのような植物しょくぶつが利用りようできない水みずの量りょうを無効むこう水分すいぶん量りょうという。その時ときの吸引きゅういん圧あつは 1500 kPa (15 bar) の永久えいきゅうしおれ点てんであり、種たねは発芽はつがせず[157][154][158]、植物しょくぶつはしおれてやがて枯死こしする。水みずは重力じゅうりょく、浸透しんとう圧あつ、毛細管もうさいかん現象げんしょうの影響えいきょうを受うけて移動いどうする[159]。水みずが土どに入はいると、土壌どじょう中ちゅうのマクロポアから空気くうきを浮力ふりょくによって追おい出だし、団だん粒つぶ中ちゅうに空気くうきを封入ふうにゅうさせて団だん粒つぶを破壊はかいする。この現象げんしょうをスレーキング (en) という[160]。

土壌どじょうが水みずを吸収きゅうしゅうする速度そくどは土壌どじょうの性質せいしつとその他たの条件じょうけんに依存いぞんする。植物しょくぶつが成長せいちょうすると、根ねはまず大おおきな間隙かんげき（マクロポア）から水みずを取とり入いれる。すぐに大おおきな間隙かんげきは空気くうきだけになり、残のこりの水みずは中ちゅう程度ていどあるいは小ちいさなサイズの間隙かんげきにだけ存在そんざいするようになる。最小さいしょう間隙かんげきの水みずは土ど粒子りゅうしの表面ひょうめんにあまりにも強つよく結合けつごうしていて、根ねはそれを引ひきはがすだけの力ちからを持もっていない。そのため、土壌どじょう中ちゅうの全すべての水みずが植物しょくぶつにとって利用りよう可能かのうでなく、利用りよう可能かのうな水みずの量りょうは土ど性せいに強つよく依存いぞんする[161]。土壌どじょうの間隙かんげきが水みずで満みたされている（飽和ほうわしている）時じには、排水はいすいとともに栄養素えいようそが失うしなわれるかもしれない[162]。排水はいすいにおける水みず移動いどうでは、土壌どじょうは部分ぶぶん的てきに飽和ほうわしていて、より乾燥かんそうしている部分ぶぶんに吸引きゅういんされる[163]。多おおくの植物しょくぶつにとって、必要ひつようとする水みずのほとんどは植物しょくぶつの葉はにおける蒸発じょうはつ（蒸散じょうさん）によって生しょうじる吸引きゅういん圧あつによって供給きょうきゅうされ、植物しょくぶつ内部ないぶと土壌どじょう溶液ようえきとの間あいだの浸透しんとう圧あつの差さによって生しょうじる吸引きゅういん圧あつによって供給きょうきゅうされる水みずの量りょうは、それよりも少すくない[164][165]。植物しょくぶつの根ねは、土壌どじょう中ちゅうのより水分すいぶん量りょうが多おおい場所ばしょを選えらんで、水みずを探さがしながら成長せいちょうする必要ひつようがあるが [166]、根ねの一部いちぶは乾燥かんそうした土壌どじょうに水分すいぶんを供給きょうきゅうすることもできる[167]。水みずが不十分ふじゅうぶんであると作物さくもつの収量しゅうりょうに悪影響あくえいきょうを与あたえる[168]。有効ゆうこう水分すいぶん量りょうのほとんどは蒸散じょうさんによって植物しょくぶつ内ないに栄養素えいようそを取とり入いれるために用もちいられる[169]。

土壌どじょう水すいは気候きこうのモデルと数値すうち的てき気候きこう予測よそくにとっても重要じゅうようである。全ぜん球たま気候きこう観測かんそくシステム GCOS (en) では、50個この必須ひっす気候きこう変数へんすう (ECV) の中なかの1つに土壌どじょう水分すいぶんを定さだめている[170]。土壌どじょう水分すいぶんは土壌どじょう水分すいぶんセンサー (en) によって測定そくていすることも、人工じんこう衛星えいせいのデータや水みず文ぶんモデルから推定すいていすることもできる。それぞれの方法ほうほうには利点りてんと欠点けってんがあり、異ことなる方法ほうほうを統合とうごうすることで、ある方法ほうほうの欠点けってんを補おぎなうことができる[171]。

保水ほすい性せい

編集へんしゅう
→詳細しょうさいは「水分すいぶん保持ほじ曲線きょくせん」を参照さんしょう

水分すいぶん子この水素すいそ原子げんしが土ど粒子りゅうしの酸素さんそ原子げんしと結合けつごうする力ちから（分子ぶんし間あいだ力りょく）が、他たの水分すいぶん子この酸素さんそ原子げんしと結合けつごうする力ちからよりも強つよい時ときに、水みずは土壌どじょうに保持ほじされる[172]。フィールドが水浸みずびたしになると、土壌どじょうの間隙かんげきは完全かんぜんに水みずで満みたされる。フィールドでは圃場ほじょう容よう水量すいりょうまで重力じゅうりょくによる排水はいすいが進すすみ、小ちいさな間隙かんげきは水みずで満みたされ大おおきな間隙かんげきは水みずとガスで満みたされるようになる [173]。圃場ほじょう容よう水量すいりょうは土ど粒子りゅうしの比ひ表面積ひょうめんせきに依存いぞんする[174]。そのため、重じゅう粘土ねんどや高こう有機ゆうき質しつ土壌どじょうでは圃場ほじょう容よう水量すいりょうが大おおきい[175]。純粋じゅんすいな水みずを基準きじゅんとしたときの水みずの単位たんい体積たいせきあたりのポテンシャルエネルギーの相対そうたい値ちを水みずポテンシャルと言いう。総そう水みずポテンシャルは、毛管もうかん力りょく（土ど粒子りゅうしと水みずとの間あいだの表面張力ひょうめんちょうりょく）によって生しょうじるマトリックポテンシャル、塩性えんせい土壌どじょうでは浸透しんとう圧あつによる浸透しんとうポテンシャル、垂直すいちょく方向ほうこうの水みず移動いどうを扱あつかう時ときには位置いちエネルギーによる重力じゅうりょくポテンシャルの合計ごうけいである。土壌どじょうの水みずポテンシャルは通常つうじょう、負まけの値ねであるため、水みずポテンシャルのマイナスで定義ていぎされるサクション（吸引きゅういん圧あつ）でも表あらわされる。サクションは正せいの値ねであり、土壌どじょうから水みずを追おい出だすために必要ひつような力ちからであるとみなすことができる。水みずポテンシャルとサクションの単位たんいは、 kPa (103 Pa)、bar (100 kPa)、cm H2O (およそ 0.098 kPa) である。サクション (cm H2O) の常用じょうよう対数たいすうは pF と呼よばれる[176]。したがって pF 3 = 1000 cm = 98 kPa = 0.98 bar である。

水みずが土壌どじょうに結合けつごうする力ちからが植物しょくぶつにとっての利用りようしやすさを決きめる。吸着きゅうちゃく力りょくが水みずを鉱物こうぶつや腐植ふしょくの表面ひょうめんに強つよく結合けつごうさせ、水みず同士どうしの結合けつごう力りょくはそれよりも小ちいさい。植物しょくぶつの根ねは土壌どじょうに吸着きゅうちゃくしているとても体積たいせきが小ちいさい水みずがあるところに侵入しんにゅうすることがある。最初さいしょは弱よわい結合けつごう力りょくによって保持ほじされている水みずを吸すい込こむことができるが、そのような水滴すいてきが吸すい込こまれてなくなってしまうにつれて、土壌どじょうに水みずが吸着きゅうちゃくする力ちからの強つよさは表面張力ひょうめんちょうりょくによって徐々じょじょに大おおきなサクションを生しょうじるようになり、やがて 1500 kPa (pF = 4.2) に到達とうたつする[177]。サクション 1500 kPa における土壌どじょう水すいの量りょうを永久えいきゅうしおれ点てんと言いう。植物しょくぶつは蒸散じょうさんによって水みずが失うしなわれ続つづけるため、永久えいきゅうしおれ点てんでは必要ひつような水みずを得えることができなくなり、植物しょくぶつの膨圧が失うしなわれてしおれる。ただし、特とくに乾燥かんそうに対たいする適応てきおうや順応じゅんのうがあると、気孔きこうが閉とじて蒸散じょうさんが減へり、永久えいきゅうしおれ点てんからしおれるまでの時間じかんを遅おくらせることがある[178]。さらに乾燥かんそうが進すすむと、サクション 100 MPa (pF = 6) で風ふう乾いぬいとなり、1000 MPa (pF = 7) で炉ろ乾いぬいとなる。永久えいきゅうしおれ点てんで残のこっている水みずを無効むこう水分すいぶん量りょうという[179]。

植物しょくぶつの成長せいちょうにとって適てきしている土壌どじょう水分すいぶん量りょうでは、大だいから中ちゅうサイズの間隙かんげきの水みずが土壌どじょう中ちゅうを移動いどうして植物しょくぶつにとって利用りようしやすい状態じょうたいにある[161]。圃場ほじょう容よう水量すいりょうと有効ゆうこう水分すいぶん量りょうは土壌どじょうの種類しゅるいによって異ことなる。砂すな質しつ土どは保水ほすい量りょうが少すくなく、粘土ねんどは保水ほすい量りょうが最もっとも大おおきい[175]。この表ひょうのように、シルトロームの有効ゆうこう水分すいぶん量りょうは体積たいせきで 20% 程度ていどであり、砂すなの有効ゆうこう水分すいぶん量りょうは 6% 程度ていどである。

様々さまざまな土ど性せいの土壌どじょうの永久えいきゅうしおれ点てん、圃場ほじょう容よう水量すいりょう、有効ゆうこう水分すいぶん量りょう (単位たんい: 体積たいせき %)[180]
土ど性せい 永久えいきゅうしおれ点てん 圃場ほじょう容よう水量すいりょう 有効ゆうこう水分すいぶん量りょう
砂すな 3.3 9.1 5.8
砂すな質しつローム 9.5 20.7 11.2
ローム 11.7 27.0 15.3
シルト質しつローム 13.3 33.0 19.7
粘土ねんど質しつローム 19.7 31.8 12.1
粘土ねんど 27.2 39.6 12.4

上うえの表ひょうは土ど性せいごとの平均へいきん値ちである。

水みず移動いどう

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水みずは重力じゅうりょくと毛管もうかん力りょくと浸透しんとう圧あつによって移動いどうする。圃場ほじょう容よう水量すいりょうのサクション 33 kPa までは、水みずは重力じゅうりょくと水圧すいあつによって生しょうじる圧力あつりょく勾配こうばいによって移動いどうし、これを飽和ほうわ流りゅうと言いう。サクションがそれよりも大おおきくなると、水みず移動いどうは土壌どじょうの毛管もうかん力りょくによって湿潤しつじゅん土壌どじょうから乾燥かんそう土壌どじょうへと移動いどうする。これは水みずの土ど粒子りゅうし表面ひょうめんへの吸着きゅうちゃくによって生しょうじ、不ふ飽和ほうわ流りゅうと言いう[181][182]。

土壌どじょう中ちゅうの水みずの浸透しんとうは以下いかの6つの要因よういんに制御せいぎょされる。

  1. 土ど性せい。
  2. 土壌どじょう構造こうぞう。細ほそ粒つぶ土どの団だん粒つぶ構造こうぞうは浸透しんとうに好このましい。
  3. 有機物ゆうきぶつ量りょう。粗大そだいな有機物ゆうきぶつが良よく、土壌どじょう表面ひょうめんにあれば土壌どじょう構造こうぞうの破壊はかいとクラストの形成けいせいを防ふせぐ。
  4. 硬かた盤ばんや基もと岩がんのような難なん透水とうすい層そうまでの深ふかさ。
  5. 土壌どじょう中ちゅうの水分すいぶん量りょう。
  6. 土壌どじょうの温度おんど。高温こうおんな土壌どじょうの方ほうが浸透しんとう速度そくどが大おおきく、凍土とうどは凍結とうけつの種類しゅるいによっては水みずを吸収きゅうしゅうできない[183]。

水みずの浸透しんとう速度そくどは重じゅう粘土ねんどの1時じ間あいだに 0.25 cm から、砂すなや団だん粒つぶ構造こうぞうの発達はったつした土どの 2.5 cm まで幅はばがある[184]。水みずは地中ちちゅうを不ふ均一きんいつに流ながれ、水分すいぶん子この表面張力ひょうめんちょうりょくによっていわゆる「重力じゅうりょくフィンガー」 (gravity finger) を形成けいせいする[185][186]。

木きの根ねは、生いきているものも死しんでいるものも、降雨こうう浸透しんとうが選択せんたく的てきに流ながれる通とおり道みちを作つくり[187]、浸透しんとう速度そくどを 27 倍ばいにまで拡大かくだいする [188]。

洪水こうずいによって川底かわぞこの透水とうすい性せいは一時いちじ的てきに上あがり、帯おび水すい層そうの涵養かんようを助たすける[189]。

土壌どじょうに供給きょうきゅうされた水みずは圧力あつりょく勾配こうばいによって、部分ぶぶん的てきに飽和ほうわしている場所ばしょ（水みずが供給きょうきゅうされた場所ばしょ）から、不ふ飽和ほうわ帯たいのようなより水分すいぶん量りょうが少すくない場所ばしょへと移動いどうする[190][191]。土壌どじょうが完全かんぜんに水みずで満みたされて飽和ほうわすると、水みずは下したへ移動いどうし、植物しょくぶつの根ねがある範囲はんい外がいへと浸透しんとうし、粘土ねんど、腐食ふしょく、栄養えいよう、主おもな陽ひイオンとともに、重金属じゅうきんぞく、有機ゆうき溶剤ようざい、油あぶら、農薬のうやく、ウイルス、細菌さいきんのような様々さまざまな汚染おせん物質ぶっしつを運はこび、地下水ちかすい汚染おせんの原因げんいんとなる可能かのう性せいがある[192][193]。溶出ようしゅつする栄養素えいようそは、溶解ようかい度どが高たかいものから低ひくいものへと並ならべると

  • カルシウム
  • マグネシウム、リン、カリウム（土壌どじょうの組成そせいによる）
  • 窒素ちっそ（窒素肥料ちっそひりょうが施ほどこされていなければ通常つうじょうは少すくない）
  • リン（土壌どじょう中ちゅうでは溶解ようかい性せいが低ひくい形態けいたいなのでとても少すくない）[194]

アメリカ合衆国あめりかがっしゅうこくでは、1日にちあたりに降雨こううが浸透しんとうする速度そくどはロッキー山脈さんみゃくの東ひがしのほぼ 0 cm から、アパラチア山脈さんみゃくとメキシコ湾わんの北きた海岸かいがんの 50 cm 以上いじょうまでの幅はばがある[195]。

水みずは土ど粒子りゅうしの表面ひょうめんからの吸着きゅうちゃく力りょくによる表面張力ひょうめんちょうりょくすなわち毛管もうかん力りょくに引ひき寄よせられているため、湿しめったところから乾かわいたところに向むかって[196]、そしてマクロポアからミクロポアに向むかって[197] サクションの勾配こうばいが生しょうじる。リチャーズ式しきによって不ふ飽和ほうわ帯たいにおける水みず移動いどうを記述きじゅつできる[198]。不ふ飽和ほうわ水分すいぶん溶質ようしつ移動いどうの解析かいせきは、Hydrus[199] のようなソフトウェアに不ふ飽和ほうわ水分すいぶん移動いどう関数かんすう[200]（水分すいぶん保持ほじ関数かんすうと不ふ飽和ほうわ透水とうすい係数けいすう関数かんすう）のパラメータと初期しょき条件じょうけんと境界きょうかい条件じょうけんを与あたえることで計算けいさんが可能かのうである。マクロポア、亀裂きれつ、植物しょくぶつ根ねと虫むしの通とおり道みちに沿そって選択せんたく流りゅうが発生はっせいし、水みずが重力じゅうりょくによって排水はいすいする[201][202]。今いまでは多おおくの土壌どじょう物理ぶつりモデル（二に重じゅう連続れんぞく、二に重じゅう間隙かんげき、二に重じゅう浸透しんとうモデル）によって選択せんたく流りゅうが表現ひょうげんされるが、いずれも厳密げんみつな物理ぶつり的てき裏付うらづけなしにリチャーズ式しきの解かいに追加ついかされたものである[203]。

植物しょくぶつによる吸水きゅうすい

編集へんしゅう

植物しょくぶつによる水みずと栄養えいようの吸収きゅうしゅうも、土壌どじょう中ちゅうの水みずの貯留ちょりゅうと移動いどうにとって同おなじように重要じゅうようである。凝集ぎょうしゅう力りょく張力ちょうりょく理論りろん (cohesion-tension theory) によれば、多おおくの土壌どじょう水すいは、水みずの蒸散じょうさんする力ちからが植物しょくぶつの根ねから葉はまでの木部きべ樹液じゅえきの水分すいぶん通どおり導しるべに伝つたわって生しょうじる吸収きゅうしゅう力りょくによって植物しょくぶつに取とり入いれられる[204]。水みずの上昇じょうしょう移動いどうと溶液ようえきの再さい分配ぶんぱい（水圧すいあつリフト hydraulic lift）は根ねの内皮ないひ[205]、気孔きこうの伝導でんどう力りょくによる植物しょくぶつの葉は[206] で制御せいぎょされ、根ねと茎くきの導管どうかんのキャビテーション（泡あわの発生はっせい）に阻害そがいされることがあり、エンボリズム (xylem embolism) とも言いわれる [207]。さらに、植物しょくぶつの根ねの高こう塩分えんぶん濃度のうどは土壌どじょう水すいから植物しょくぶつの根ねに向むかっての浸透しんとう圧あつ勾配こうばいを生しょうじる[208]。浸透しんとう圧あつによる吸水きゅうすいは夜よるのような低温ていおん時じと湿度しつどが高たかいために蒸散じょうさんが少すくない時ときには重要じゅうようになり、高温こうおんと低湿ていしつ度ど時じはその逆ぎゃくである。それぞれ溢液現象げんしょう (en) と、しおれの原因げんいんとなる[209]。

根ねの伸長しんちょうは植物しょくぶつの生存せいぞんにとって不可欠ふかけつである。冬ふゆのライ麦らいむぎを4ヶ月かげつ間あいだ、1立方りっぽうフィート（0.0283 立方りっぽうメートル）のローム土どで育そだてた実験じっけんによれば、その植物しょくぶつは 13,800,000 本ほんの根ねを伸のばし、長ながさは合計ごうけい 620 km、表面積ひょうめんせきは 237 平方へいほうメートルとなった。また、毛根もうこんの長ながさは合計ごうけい 10,620 km、面積めんせきは 400 平方へいほうメートル、表面積ひょうめんせきは 638 平方へいほうメートルであった。そしてローム土どの総そう表面積ひょうめんせきは 52,000 平方へいほうメートルと推定すいていされた[210]。すなわち、根ねは土壌どじょうの 1.2% としか接触せっしょくしていなかったことになる。しかし、根ねの伸長しんちょうは、毎日まいにち新あたらしい根ねが新あたらしい土壌どじょうの体積たいせきを探さがし出だし、ある期間きかんに土壌どじょう中ちゅうの探さがし出だされた体積たいせきは大おおきく増加ぞうかし、その期間きかんに根ねから吸収きゅうしゅうされる水みずの体積たいせきも増加ぞうかする、という動的どうてきな過程かていとしてとらえるべきである[211]。根ねの構造こうぞう、すなわち空間くうかん的てきな根ねの配置はいちは、植物しょくぶつの水みずと栄養えいようの可用性かようせいに対たいする順応じゅんのうと、その結果けっかとしての植物しょくぶつの生産せいさん性せいにとって、重要じゅうような役割やくわりを果はたしている[212]。

不ふ飽和ほうわ水分すいぶん移動いどうは1日にちに 2.5 cm 以下いかであるため、根ねは水みずを探さがす必要ひつようがある。その結果けっか、根ねは常つねに死滅しめつと成長せいちょうをしながら、土壌どじょう水分すいぶん量りょうが多おおいところを探さがし続つづける[213]。植物しょくぶつがしおれを引ひき起おこすほどに土壌どじょう水分すいぶんが不足ふそくすると、植物しょくぶつは恒久こうきゅう的てきな被害ひがいを受うけ、作物さくもつの収穫しゅうかく量りょうは低下ていかする。モロコシが種子しゅしの芽生めばえ期間きかんと結実けつじつ段階だんかいに 1300 kPa の低ていサクションにさらされた時ときには、生産せいさん量りょうが 34% 低下ていかした[214]。

水みずの消費しょうひと利用りよう効率こうりつ

編集へんしゅう

植物しょくぶつが利用りようする水みずの中なかで、わずかな部分ぶぶん (0.1% から 1%) だけしか植物しょくぶつの体内たいないに残のこらない。ほとんどの水みずは、最終さいしゅう的てきには蒸散じょうさんによって失うしなわれる。土壌どじょう表面ひょうめんからの蒸発じょうはつも重要じゅうようであり、蒸散じょうさん量りょうと土壌どじょう表面ひょうめんからの蒸発じょうはつ量りょうの合計ごうけいは蒸ふけ発散はっさんである。（蒸散じょうさん / 蒸ふけ発散はっさん）の比ひは植生しょくせいの種類しゅるいと気候きこうによって変かわり、熱帯ねったい雨林うりんでは大おおきく、ステップや砂漠さばくでは小ちいさい[215]。蒸ふけ発散はっさん量りょうと植物しょくぶつ中ちゅうに保持ほじされる水みずの量りょうの合計ごうけいは消費しょうひ利用りよう量りょう (consumptive use) であり、蒸ふけ発散はっさん量りょうとほぼ等ひとしい[214][216]。

農地のうちにおける総そう水利すいり用量ようりょうは表面ひょうめん流出りゅうしゅつ、排水はいすいと消費しょうひ利用りよう量りょうの合計ごうけいである。目めの粗あらいマルチングは灌漑かんがい後ごの蒸発じょうはつ損失そんしつを減へらすが、最終さいしゅう的てきには蒸ふけ発散はっさん量りょうの合計ごうけいはマルチングをしていない土壌どじょうに近ちかくなり、植物しょくぶつの成長せいちょうに直結ちょっけつする水みずの量りょうは増ふえる[217]。水みず利用りよう効率こうりつは蒸散じょうさん率りつ、すなわち植物しょくぶつによる蒸散じょうさん量りょうを収穫しゅうかく後ごの植物しょくぶつの乾燥かんそう重量じゅうりょうで割わった値ねによって測定そくていされる。作物さくもつの蒸散じょうさん率りつは 300 から 700 である。たとえば、アルファルファの蒸散じょうさん率りつは 500 程度ていどであるため、500 kg の蒸散じょうさんによって乾燥かんそう重量じゅうりょう 1 kg のアルファルファが生産せいさんされる[218]。

ガス

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土壌どじょう中ちゅうの空気くうき、すなわち土壌どじょうガス (en) は、大気たいきとは極きわめて異ことなる。微生物びせいぶつと植物しょくぶつの根ねによる酸素さんその消費しょうひと二酸化炭素にさんかたんそ（CO2）の放出ほうしゅつは、酸素さんそ濃度のうどを下さげて二酸化にさんか濃度のうどを上あげる。大気たいき中ちゅうの CO2 濃度のうどは 0.04% であるが、土壌どじょう間隙かんげき中ちゅうではその 10 倍ばいから 100 倍ばいに達たっし、根ねの呼吸こきゅうを抑制よくせいする働はたらきがある[219]。

固体こたいの組成そせい

編集へんしゅう

土壌どじょうの粒子りゅうしは大おおきさだけでなく化学かがく組成そせい（鉱物こうぶつ学がく）によって分類ぶんるいできる。土ど粒子りゅうしの大おおきさの分布ぶんぷ、すなわち土ど性せいは、土壌どじょうの多おおくの性質せいしつ、特とくに透水とうすい係数けいすうと水みずポテンシャルを決きめるが[220]、そのような性質せいしつは鉱物こうぶつ学がく的てきな性質せいしつによって強つよく変化へんかさせられる。最もっとも粒つぶ径みちが小ちいさい土ど粒子りゅうしである粘土ねんどの鉱物こうぶつ学がくは特とくに重要じゅうようである[221]。

化学かがく

編集へんしゅう

土壌どじょうの化学かがく的てき性質せいしつは植物しょくぶつに栄養えいようを供給きょうきゅうする能力のうりょくを決きめ、土壌どじょうの物理ぶつり性せいと微生物びせいぶつ数すうに影響えいきょうする。それに加くわえて、土壌どじょう化学かがくは腐食ふしょく性せい、安定あんてい性せい、水みずを浄化じょうかするための汚染おせん物質ぶっしつの吸収きゅうしゅう性せいを決きめる。鉱物こうぶつと有機ゆうきコロイドの表面ひょうめん化学かがくが土壌どじょうの化学かがく的てき性質せいしつを決きめる。コロイドは、分子ぶんしよりは大おおきく液体えきたい中ちゅうを沈降ちんこうせずに浮うき続つづけていられるほどには小ちいさい、不溶性ふようせい・不ふ拡散かくさん性せいの粒子りゅうしである。多おおくの土壌どじょうは腐植ふしょくと呼よばれる有機ゆうきコロイド粒子りゅうしと粘土ねんどの無機むきコロイド粒子りゅうしを含ふくんでいる。コロイドのとても高たかい比ひ表面積ひょうめんせきと電荷でんかは土壌どじょうがイオンを保持ほじしたり放出ほうしゅつしたりする力ちからの元もととなっている。コロイド表面ひょうめんの負ふ電荷でんかの場所ばしょは陽ひイオンを引ひきつけたり放出ほうしゅつしたりする。これを陽ひイオン交換こうかんと言いう。陽ひイオン交換こうかん容量ようりょう (CEC) は単位たんい質量しつりょうの乾燥かんそう土壌どじょうが持もつ交換こうかん性せい陽ひイオンであり、100 g の土壌どじょうあたりの陽ひイオンのミリグラム当とう量りょう（あるいは1キログラムの土壌どじょうあたりの正せい電荷でんかセンチモル cmolc/kg）で表あらわされる。同様どうように、コロイドの正せい電荷でんかがある場所ばしょは陰かげイオンを引ひきつけて解放かいほうし、土壌どじょうに陰かげイオン交換こうかん容量ようりょう (AEC) を与あたえる。

栄養素えいようそ

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→詳細しょうさいは「栄養素えいようそ (植物しょくぶつ)」を参照さんしょう

植物しょくぶつの成長せいちょうと繁殖はんしょくに必要ひつような16種類しゅるいの元素げんそは、炭素たんそ C、水素すいそ H、酸素さんそ O、窒素ちっそ N、リン P、カリウム K、硫黄いおう S、カルシウム Ca、マグネシウム Mg、鉄てつ Fe、ホウ素ほうそ B、マンガン Mn、銅どう Cu、亜鉛あえん Zn、モリブデン Mo、ニッケル Ni、塩素えんそ Clである[222][223][224]。植物しょくぶつの生活せいかつ環たまきを完結かんけつするために必須ひっすの栄養素えいようそを必須ひっす栄養素えいようそと言いう。植物しょくぶつの成長せいちょうを促進そくしんするが、生活せいかつ環たまきを完結かんけつするために必須ひっすではない栄養素えいようそは非ひ必須ひっすであるとされる。炭素たんそ、水素すいそ、酸素さんそは二酸化炭素にさんかたんそと水みずから供給きょうきゅうされ、窒素ちっそは窒素ちっそ固定こていによって供給きょうきゅうされるが[224]、それ以外いがいの栄養素えいようそは全すべて土壌どじょうの無機むき成分せいぶんに由来ゆらいする。

有機物ゆうきぶつと生物せいぶつ

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→詳細しょうさいは「土壌どじょう有機物ゆうきぶつ」、「土壌どじょう生物せいぶつ」、「土壌どじょう微生物びせいぶつ」、および「土壌どじょう動物どうぶつ」を参照さんしょう

土壌どじょう有機物ゆうきぶつは有機ゆうき化合かごう物ぶつによって構成こうせいされ、土壌どじょう中ちゅうに存在そんざいする生いきている動植物どうしょくぶつ以外いがいの全すべての有機ゆうき物質ぶっしつである。動植物どうしょくぶつの遺体いたいや排泄はいせつ物ぶつ、それらを分解ぶんかいする過程かていで生しょうじる腐植ふしょく物質ぶっしつ、土壌どじょう微生物びせいぶつの細胞さいぼう、土壌どじょう微生物びせいぶつが合成ごうせいした物質ぶっしつがある。

典型てんけい的てきな土壌どじょうのバイオマス構成こうせいは 70% が微生物びせいぶつ、22% が大型おおがた動物どうぶつ（肉眼にくがんで見みえる程度ていどの大おおきさの動物どうぶつ）、8%が根ねである。

土壌どじょう中ちゅうには、多数たすうの土壌どじょう生物せいぶつが住すんでいる。その多おおくは土壌どじょう中ちゅうにのみ生活せいかつしているものである。

動物どうぶつの場合ばあい、これを土壌どじょう動物どうぶつという。大おおきいものではモグラやミミズなどが穴あなを掘ほって生活せいかつしており、中型ちゅうがた～小型こがたのものには落おち葉ばや土どの間あいだに生活せいかつする昆虫こんちゅうやダニなど、小ちいさなものでは落おち葉ば表面ひょうめんの水みずに生活せいかつする原生動物げんせいどうぶつなどが含ふくまれる。

微生物びせいぶつも重要じゅうようである。カビやキノコなどの菌類きんるい、細菌さいきん類るいといった土壌どじょう微生物びせいぶつも極きわめて多数たすう生活せいかつしている。土壌どじょう中ちゅうの従属じゅうぞく栄養えいよう性せいの微生物びせいぶつは、生物せいぶつ遺体いたいや排泄はいせつ物ぶつあるいは有害ゆうがいな有機ゆうき化合かごう物ぶつなどを分解ぶんかいして、二酸化炭素にさんかたんそや水みずなどに変換へんかんし、大だい]や地下水ちかすいなどへ放出ほうしゅつする。土壌どじょうには、植物しょくぶつの根ねと共生きょうせいして養分ようぶんを供給きょうきゅうする菌きん根ね菌きんや根粒こんりゅう菌きんなどが生息せいそくし、植物しょくぶつの生育せいいくを支ささえている一方いっぽう、動植物どうしょくぶつの生育せいいくを阻害そがいする多おおくの病原びょうげん微生物びせいぶつも生息せいそくしている。

これらの生物せいぶつは堆積たいせきする植物しょくぶつ遺体いたいの分解ぶんかいや、土壌どじょうの撹拌かくはんをすることで、土壌どじょうの形成けいせいに大おおいにかかわっている。

層そう位い

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→「土壌どじょう層そう位い」も参照さんしょう
 
土壌どじょう層そう（O層そう、A層そう、B層そう、C層そう）

土壌どじょうは、その構成こうせい成分せいぶんの供給きょうきゅうと消失しょうしつの様式ようしきによって、土壌どじょう層そうが積つみ重かさなった形状けいじょうを示しめすことが多おおい。土壌どじょう層そうとは、土壌どじょうへの物質ぶっしつの供給きょうきゅうと消失しょうしつの様式ようしきによって形成けいせいされる平行へいこうな境界きょうかいを持もつ層そうのことである。

例たとえば、土壌どじょうの表層ひょうそう部ぶに植物しょくぶつ遺体いたいなどの粗大そだい有機物ゆうきぶつが集積しゅうせきする場合ばあいには、この表層ひょうそう部ぶはO層そう（Organic層そう）と呼よばれる。O層そうの下部かぶには、粗大そだい有機物ゆうきぶつが分解ぶんかいあるいは溶脱されて生しょうじた黒色こくしょくの層そう（A層そう）が観察かんさつされることが多おおい。また、有機物ゆうきぶつに由来ゆらいする黒色こくしょく化かが不十分ふじゅうぶんで、風化ふうかが進行しんこうした鉱物こうぶつ質しつの層そうはB層そうと呼よばれ、風化ふうかが十分じゅうぶんに進行しんこうしていない岩石がんせき層そう（母はは岩がん）はC層そう、さらにその下したの未み風化ふうかの岩盤がんばん層そうはR層そうと呼よばれる。

土壌どじょう層そうは、土壌どじょうを分類ぶんるいするための重要じゅうような指標しひょうとされている。

なお日本にっぽんの考古学こうこがくの分野ぶんやでも、遺跡いせきを構成こうせいする土壌どじょうを層そう序じょ学がく的てきに分ぶん層そうした「土ど層そう」と言いう概念がいねんが存在そんざいするが、本ほん項こうのような土壌どじょう学がく的てきな土壌どじょう層そうとはその定義ていぎや認識にんしきが大おおきく異ことなるものである[225]。

分類ぶんるい

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→詳細しょうさいは「土壌どじょう分類ぶんるい」を参照さんしょう

ロシアの土壌どじょう学者がくしゃヴァシーリー・ドクチャエーフは、1880年ねん頃ごろに土壌どじょうを5つの因子いんし（土壌どじょう生成せいせい因子いんし）に基もとづき、気候きこうやそれによる植生しょくせいの影響えいきょうを強つよく受うけた成なり帯たい土壌どじょうと母はは岩がんや地形ちけいなどの影響えいきょうを強つよく受うけ、局地きょくち的てきに見みられる間あいだ帯たい土壌どじょう（非ひ成なり帯たい性せい土壌どじょう）、その中間ちゅうかん的てきな成なり帯たい内ない性せい土壌どじょうに分類ぶんるいした。ドクチャーエフの土壌どじょう分類ぶんるいはアメリカとヨーロッパの研究けんきゅう者しゃによって何なん度ども変更へんこうされ、1960年代ねんだいには共通きょうつうに使つかわれるシステムに発展はってんした。

成なり帯たい土壌どじょうは、主おもに以下いかのように分類ぶんるいされる。

間あいだ帯たい土壌どじょうには、地中海ちちゅうかい沿岸えんがんのテラロッサやブラジル高原こうげんのテラローシャ、デカン高原こうげんのレグール、他たに泥炭でいたん土どなどがある。元もとになる岩石がんせきが、特殊とくしゅな成分せいぶんを含ふくんでいる場合ばあいなどには、土壌どじょうの性質せいしつにより、異ことなる植生しょくせいを生しょうじる場合ばあいがある。

1960年代ねんだいには、土壌どじょう生成せいせい因子いんしではなく土壌どじょう形態けいたい学がく (en) に基もとづいて土壌どじょうを分類ぶんるいするという考かんがえ方かたによる異ことなった分類ぶんるい体系たいけいが生うまれてきた。国際こくさい連合れんごう食糧しょくりょう農業のうぎょう機関きかん (FAO) は、世界せかいの土壌どじょう図ずを作成さくせいするために、世界せかいの土壌どじょうを分類ぶんるいするFAO土壌どじょう分類ぶんるい (en) を作つくった。また、アメリカ合衆国あめりかがっしゅうこく農務のうむ省しょう（USDA）は USDA 土壌どじょう分類ぶんるい (en) を作成さくせいした。この2つが世界せかいの土壌どじょう分類ぶんるいとして国際こくさい的てきに広ひろく使つかわれていたが、現在げんざい、国際こくさい的てきな標準ひょうじゅんとなっている土壌どじょう分類ぶんるいは、国際こくさい土壌どじょう科学かがく連合れんごう (en) が定さだめる世界せかい土壌どじょう資源しげん照合しょうごう基準きじゅん (World Reference Base for Soil Resources) である。国際こくさい的てき・学術がくじゅつ的てきにはこの基準きじゅんによって土壌どじょう分類ぶんるいを表記ひょうきすることが望のぞましいが、国くにや地域ちいきごとのよりきめ細こまかい土壌どじょう分類ぶんるいが使つかわれることを妨さまたげるものではなく、実際じっさいに使つかわれている。

農業のうぎょう生産せいさんは、気候きこうや作物さくもつの選定せんてい、農業のうぎょう技術ぎじゅつだけでなく、土壌どじょうの種類しゅるいにより大おおきく左右さゆうされる。農作物のうさくもつがよく育そだつ土壌どじょうを「肥沃ひよく」（ひよく）、育そだちにくい土壌どじょうを「痩やせている」と表現ひょうげんすることもある。世界せかいで最もっとも肥沃ひよくなのがチェルノーゼムで、「土どの皇帝こうてい」の異名いみょうを持もつ。チェルノーゼムを豊富ほうふに有ゆうするウクライナは小麦こむぎを大量たいりょうに生産せいさんして「ヨーロッパのパンかご」とも呼よばれた[226]。森林しんりん総研そうけん主任しゅにん研究けんきゅう員いんの藤井ふじい一いち至いたりは、肥沃ひよくさでチェルノーゼムを世界せかい最上級さいじょうきゅうのランキングAと位置付いちづけたうえで、チェルノーゼムを含ふくむ12種類しゅるいの土壌どじょうについて、Bは「粘土ねんど集積しゅうせき土壌どじょう」「ひび割われ粘土ねんど質しつ土壌どじょう」、Cが日本にっぽんに多おおい「黒くろボク土ど」と「若手わかて土壌どじょう」、Dは「強風きょうふう化か赤あか黄色おうしょく土ど」、Eが「オキソシル」「未熟みじゅく土ど」、Fが「ポドゾル」「泥炭でいたん土ど」、Gが「砂漠さばく土ど」「永久えいきゅう凍土とうど」としている[227]。

日本にっぽんの土壌どじょう分類ぶんるい体系たいけい

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日本にっぽんの土壌どじょう分類ぶんるい体系たいけいには、以下いかのようなものがある。

  1. 林業りんぎょう試験場しけんじょう（現げん・森林しんりん総研そうけん）の林野りんや土壌どじょう分類ぶんるい (1975)[228]
  2. 農のう研けん機構きこう（旧きゅう農業のうぎょう環境かんきょう技術ぎじゅつ研究所けんきゅうじょ）の農耕のうこう地ち土壌どじょう分類ぶんるい（第だい3次じ改訂かいてい版ばん) (1995)[229]
  3. 農のう研けん機構きこう（旧きゅう農業のうぎょう環境かんきょう技術ぎじゅつ研究所けんきゅうじょ）の包括ほうかつ的てき土壌どじょう分類ぶんるい第だい1次じ試案しあん (2011)[230]
  4. 日本にっぽんペドロジー学会がっかいの日本にっぽん土壌どじょう分類ぶんるい体系たいけい (2017)[231]

利用りよう

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土壌どじょうは建物たてものなどの構築こうちくのほか、農業のうぎょうで利用りようされ、後者こうしゃでは植物しょくぶつにとって主要しゅような栄養えいよう供給きょうきゅう源げんとなっている。不足ふそくする栄養えいようを補おぎなうため肥料ひりょうの使用しよう（施肥せひ）が行おこなわれる。砂漠さばくであっても、不足ふそくする栄養えいようと水みずをピンポイントで与あたえる点滴てんてき灌漑かんがいで農業のうぎょうは可能かのうである[232]。

水みず耕こう栽培さいばいで立証りっしょうされたように、土壌どじょう中ちゅうの栄養えいようが水中すいちゅうに溶解ようかいしていれば植物しょくぶつは生育せいいくできる。土壌どじょうの種類しゅるいと利用りよう可能かのうな水みずの量りょうが栽培さいばいできる植物しょくぶつの種たねを決きめる。

劣化れっか

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→「回復かいふく力りょく (生態せいたい学がく)」および「土壌どじょう肥沃ひよく度ど」も参照さんしょう

土壌どじょうの劣化れっか (en)[233] あるいは土壌どじょう劣化れっかは、人間にんげんあるいは自然しぜんによる土地とちの機能きのうを害がいするような変化へんかの過程かていである。土壌どじょう劣化れっかには土壌どじょうの酸性さんせい化か (en)、土壌どじょう汚染おせん、砂漠さばく化か、侵食しんしょく、塩害えんがいが含ふくまれる。

農作物のうさくもつの生育せいいくと収穫しゅうかくで、土壌どじょう中ちゅうの栄養えいようが減少げんしょうすることも多おおい。対策たいさくとしては施肥せひや、土どに有機物ゆうきぶつなどを補給ほきゅうする他ほかの植物しょくぶつとの輪作りんさくなどがある[234]。

改良かいりょう

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→詳細しょうさいは「土壌どじょう改良かいりょう」を参照さんしょう

スメクタイトのような特定とくていの粘土ねんどを多おおく含ふくむ土壌どじょうは、とても肥沃ひよくな土どであることが多おおい。たとえば、タイ中部ちゅうぶの平地ひらちは世界せかいで最もっとも農業のうぎょう生産せいさん力りょくの高たかい地域ちいきの1つである。

しかし、多おおくの熱帯ねったいの農家のうかでは、土壌どじょうに有機物ゆうきぶつを保持ほじすることに苦労くろうしている。たとえば、タイ北部ほくぶの粘土ねんどが少すくない土壌どじょうで生産せいさん力りょくが低下ていかした時ときに、農家のうかはシロアリの巣すから有機物ゆうきぶつを持もってきて加くわえたが、長期ちょうき的てきには持続じぞくしなかった。そこで、科学かがく者しゃが土壌どじょうにスメクタイトの一種いっしゅであるベントナイトを加くわえた。

出典しゅってん

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[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]
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