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満員電車状態の土地ってどういう事?| オーガニックを理解する上で最低限理解したい「土壌肥料の基礎知識」その②〜「農学博士」スエタローが教えるオーガニック農業講義vol.13〜

スエタロー.
昭和40年生まれ。平成元年東京農業大学農学部農芸化学科(現:応用生物科学部農芸化学科)卒業。平成15年博士(農学)(東京農工大学)学位取得。青年海外協力隊、JICA専門家、シニア海外ボランティア等を通じて、ラテンアメリカを中心に国際農業協力に従事。特に、パラグアイでは大学客員教授として、スペイン語圏での9名の学生卒論指導完結。平成25年実用スペイン語検定3級合格(全国第二位で文部科学大臣賞受賞)。エクアドルでは、高等教育科学技術庁(SENESCYT)において最高級(4級)の教員免許を取得。現在、国内における土壌改良コンサルの他、エクアドルのリトラル工科大学において活動している。

こんにちは、スエタローです。

前回は土壌肥料の勉強の前置きにあたるお話でした。
今回から、その本題をお話していきます。

一度に沢山のことを解説していくと頭が膿んできますから、
順番にお話しします。

頑張りましょう!


1.土壌の粒子の違い



1).土は一つではありません→砂・シルト・粘土があります。


土壌というのは、大きく3つの粒子に分けられます。

砂→2mm以上の粒
シルト→2mm以下―0.002mm以上
粘土→0.002mm以下の細かい粒


幼い頃、公園でお砂遊びの経験がおありかと思います。
私も覚えています。楽しかったですね。
そこにウルトラマンや怪獣の人形があって・・。

実は、砂とか土をいじくることっていうのは、
案外、楽しいものであって、『精神療法』にもいいんですよ。
『園芸療法』がありますからね。

余談でしたが、そのときに『ふるい』を使って遊んだことありませんか? 
『パス』ともいいますね。
料理でも使うと思いますが、要は2mmのふるいを使って、
砂とか土を振るいますね。

※この場合、土壌は十分に乾燥させた状態でなければいけません
→新聞紙の上に置いて、約1週間位空気に晒すと十分でしょう。

この乾燥させた土(『風乾土』と称します)を用いて、
2mmのふるいまたはパスを振るいます。
そうすると、2mm以下の細かい粒は下に落ちて、ふるいの上には石ころが残りますよね。

この下に落ちたのが『土壌』なんです。上に残ったものを『礫(れき)』と称します。
つまり、2mm以上の粒で、大部分が細かい石です。この礫は土壌ではありません。

下に落ちた土壌というのは、上にも書きましたように、
粒の大きさによって、『砂・シルト・粘土』に分けられます。

2).砂・シルト・粘土の分け方



これは分析の話になりますが、想像してください。

土壌の中でも、砂は粒が大きいことが分かります。
今度は、2mmのふるいを通過した風乾土(事前に重さを量っておきます)を水に入れてよく混合します。

実験室での分析の場合、砂とシルトと粘土をよりよく分ける試薬(分散剤)を一定量加えるのですが、
このことは考えないようにしましょう。

水と混合して、しばらく放置します。そうするとどうなるでしょうか?

シルトや粘土と比較して、砂は粒が大きくて重たいですよね。
ですから、じばらく経つと、砂は下に沈みます。

落ちた砂をろ過して、乾燥させれば、砂の重さは量れます。砂は非常に簡単に測定できるのです。

しかし、砂は落ちても、土壌を混ぜた水は透明ですか? 
これは透明ではありません(写真1および写真2)。
つまり、土壌の色というか、厳密に書きますと、粘土とシルトの色です。



 この中で重要なのが粘土です。
粘土はものすごく微細な粒ですので、これは沈殿しないのです。

石鹸水を想像してください。石鹸で洗ったあと、水が白く濁りますよね。
これは、石鹸の細かい粒子が水の中に広がって、ほとんど沈殿しない、細かーーい粒なんです。
この沈殿しない粒または粒子を『コロイド粒子』と称します。

実は、土壌の粘土も沈殿しないので、コロイド粒子なのです。
専門的には『土壌コロイド』という表現をします。
この用語は覚えてくださいね。これからも出てきます。

写真1および写真2を見てください。何か、入れていますよね。
これは『比重計』です。
メーカーによっていろいろなタイプがありますが、
この比重計を使って、粘土を測定するのです。
水の比重は1g/cm3でしたね。前にも出ましたね。



 前号で、施肥の計算において、仮比重のことを解説しましたが、
「なんで、比重のことを書くんだろう?」と思われたことでしょう。

実は、ここでも比重の説明が必要だったので、前号で詳しく説明させていただいたのです。

 水に粘土粒子が沈殿しないで広まっている
→このことを『分散している』と堅い言葉ですが、
分散していますから、水の重さはどうですか?

 水の重さ+分散している粘土の重さということで、
粘土が分散している分だけ重くなりますよね。そこで、比重計を用いるということです。

 詳細な分析方法は避けますが、この比重計を用いることで、粘土の重さを計算することができるのです。

 最後のシルトです。実は、これは砂や粘土よりももっと簡単です。

なぜならば、重たい砂の重さが最初に分かりました。
そして、比重計によって粘土の重さも分かりました。

加えた風乾土の重さが分かっていますから、砂と粘土のパーセンテージを計算することができますね。
シルトは何パーセントですか?

シルト(%)=100(%)-砂(%)-粘土(%)

ですよね。シルトは分析する必要ないのです。
簡単ですよね。計算ででますから。

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 図1に土性三角図表を示します。
土壌というのは、砂、シルト、粘土の含有率によって、このように物理性の違った土壌に分類されるのです。
これを『土性』と称します。
土性は12種類もあるのですね。

 なかなか分かりづらいかもしれませんが、こういう物理的な分類があるという程度でいいでしょう。
下にあるように、粘土の含有率の違いで、どういう触感があるのか?
 そのことも記しておきます。


3).肥えた土と痩せた土を決定するのは粘土



 この砂・シルト・粘土において、一番重要なものは『粘土』なのです。
「コロイド粒子である」と記しましたね。

 沈殿しない微細な粒子が、土壌の肥沃度、つまり肥えた土なのか?
あるいは痩せた土なのか?それを決定する要因になるのです。

その話を次にしていきましょう。
 (もう一息です。頑張りましょう!)

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2.土壌コロイド→
マイナスの電気を持った粒子なんです

1).土壌コロイド(ここだけは絶対見て!)


この土壌コロイドの話は、土壌肥料の根底でありまして、
実際、知らない生産者も居られました。

最重要必須事項ですので、必ず無視しないでくださいね。
分かりやすく解説していきます。

 図2に土壌コロイドのモデルを示します。
『土壌コロイド』という概念が重要になります。
この図の説明をします。

 大きな円が土壌コロイドです。これは、かなり細かい粘土粒子です。
この粘土には、マイナスの電気を持っているのです。
(『粘土鉱物の構成単位』という言葉は、今は忘れてください。次のNo2で解説します)。



 電気を持っているからといって、
土を触ったら、「びりびりしびれる」ことはないですよ。

どうしてでしょうか?
 
 重要なことは、マイナス電気に対して、
プラスの電気を持っている水素イオン、アンモニウムイオン、カルシウムイオン、
マグネシウムイオン、カリウムイオン、アルミニウムイオン
(これらは『陽イオン』または『カチオン』ともいいます)が電気的にくっついているんです。

 こうやって、プラスとマイナスの電気が打ち消しあって、結合しているから、
電気的に中性状態なのです。

ですから、土を触っても、びりびりしびれることはないのです。

2).交換性陽イオンと塩基交換容量
(重要な専門用語を解説していきます)


ここで専門用語が出ます。

2)-1.交換性陽イオンまたは交換性カチオン


電気的に結合している陽イオンまたはカチオンのことを、
『交換性陽イオン』または『交換性カチオン』と称します。

『交換性』という用語ですが、
「電気的にくっついているため、他の陽イオンによって、交換できる」という意味なんです。
これは土壌分析を学ぶ場合に必要な事項でありまして、今は考えなくていいです。
土壌改良のところで解説していきます。

2)-2.交換性塩基類と非塩基類



 交換性陽イオンは二つに分けることができます。
それは、中学の理科第1分野で学習したかと思いますが、
元素の周期表を思い出してください。

 カリウムは『アルカリ金属』、
カルシウムやマグネシウムは『アルカリ土類金属』であることを覚えておられますか?

つまりアルカリ性ですよね。
アンモニウムイオンもアルカリ性です。
ただ、ご存知のように金属ではありませんね。

 それに対して、水素イオンやアルミニウムイオンはアルカリ性ではありません。
これは、土壌を酸性状態にしてしまうイオンであるため、『交換性非塩基類』と称する場合もあります。
 この水素イオンやアルミニウムイオンが多い場合、土壌が酸性状態になるのです。

2)-3.塩基交換容量



 この土壌コロイドが「なぜ、マイナスの電気を生じるのか?」。
これは、次のNo2において、粘土鉱物の特性のところで解説します。
 
 実は、このマイナスの荷電の数のことを『塩基交換容量』と称します。
英語では、Cation Exchange Capacityと書いて、略してCECと書く場合があります。
この英語表記はと頭文字のCECも絶対理解してください。

「どうして?」

 実は、土壌分析を民間の分析会社等に依頼します。
やがて、結果が出てきます。
分析結果において、塩基交換容量ではなく、CECと書いているケースが多いからです。
両方セットで理解してほしいのです。

 私も講義等で土壌の説明をするときにも、CECという言葉を使います。

 以前、セットでアンモニア態窒素はNH4+-N、硝酸態窒素はNO3–Nというように、
セットで覚えるよう薦めましたよね。

これも実は、分析結果を見る場合、分析メーカーの結果報告書において、
化学式で表示している場合があるからなのです。

 余談でしたが、このCECが、『肥えた土と痩せた土を決める決定的な要因』になります。
このCECの値が大きければ大きいほど、肥えた土であるといえるのです。

反対に、痩せた土は、このCECが低いのです。
ここでは、その程度でいいですか、理解してください。
 別事例を出して、解説します。

2)-4.塩基飽和度



 もう一つ、重要な用語があります。それは『塩基飽和度』です。
これは、土壌コロイドにおけるマイナスの荷電の数(100%とします)に対して、
カルシウムイオン、マグネシウムイオンおよびカリウムイオンが、
どのくらいの割合で占められているのか?その百分率で示したものが塩基飽和度です。
 例えば、CECが10とします。

そこにカルシウムイオンが4、マグネシウムが2、カリウムが1個で支配されているとしましょう。
そうしたら、塩基飽和度はいくつですか?

(4+2+1)÷10×100ですから70%になりますよね。
実は、これは塩基飽和度としては、快適な条件であり、60-80%がよいとされております。

例えば、塩基飽和度が30%や40%程度であれば、これは酸性土壌になります。
一般論ですけど、炭酸石灰等で、酸性矯正をしないと野菜類は健全に育ちません。

他方、アルカリ土壌は複雑なので、今、ここでは説明しません。
しかし、実際問題、塩基飽和度が100%を越えているケースも多く、
野菜栽培土壌では、多肥作物であることから、
100%を越えて過剰塩基類集積状態になっているケースも多いのです。

なお、別途に『カルシウム飽和度』、
『マグネシウム飽和度』および『カリウム飽和度』という言い方もありまして、
上記の例ですと、それぞれ40%、20%および10%になりますね。

3).電車、バス、講堂の広さ等を想像してください

 

3)-1.座席の数に例える→その数をCECとする考え方


 土壌コロイドにおいて、
『CECの値が大きい土壌ほど肥沃である』ということです。
マイナス荷電が多いということですね。

反対に、『CECが低ければ痩せた土壌である』ということです。
マイナス荷電の数が少ないということですね。

 塩基飽和度もそうですね。
土壌コロイドにおけるカルシウムやマグネシウム等の占める割合ですが、
言葉では分かってもらえると思いますが、
「どういう状況か?」と想像に苦しむ部分があるのではないでしょうか?

 そこで、別事例で説明します。

 個人的に鉄道模型が好きなんですけど、
電車、バス、講堂等の座席の数を想像してください。

車両であれば、一両には限られた座席がありますね。
乗客が座れたらラッキーですよね。
指定券を購入していれば確実ですけど。

 しかし、朝夕の通勤ラッシュ、連休や年末年始等の帰省ラッシュで、
乗車率150%とかよく聞きますね。

これは、もう限られた座席が満杯で100%です。
残り50%は座れずに立っている状態ですね。
 
 この座席を土壌コロイドのマイナスの電気だと思ってください。
この座席に座ることのできた乗客は、交換性陽イオンであると想像してください。
電気的にくっついている。

 車両なり、講堂においても、その面積が小さければ座席の数に限りがでて、
収容人数も少ないですよね。ですから、この状態は痩せた土壌なんです。

 土壌改良とも関係があるのですが、
30人が来ることを予定して、35座席を有するサロンを予約したとします。
しかし、急遽、80人が参加したいとなった場合を考えましょう。
 35人は座れますね。
でも、残り45人は座席がありません。立って参加するしかないですね。

 これを帰省ラッシュに例えると、乗車率200%以上ですか? そうなりますね。

仕方がないです。
「80人収容できる大きなサロンを急遽探して、そこでやりましょう!」ということになりますね。

案の定、できたとしましょう。
そうなると、この80人収容できるサロンが、肥えた土壌なんです。

この行為が、これから説明していく『土壌改良→反収を上げていくということの基本鉄則』になります。

 今日は、No1としての話はこの辺で終わりにしますが、最後にもう一つ。

3)-2. Vol8における過剰塩基集積土壌であっても、なぜpHを上げないの?(隠れ悲観)



Vol.10で、エクアドルの過剰塩基類集積土壌を出しましたね。
実は、これはラッシュアワーの状態なんです。

同じ塩基類でも、座席に座れなかった乗客は、交換性塩基類ではないんです。

土壌においては、座席に座ることのできた、
つまり、土壌コロイドのマイナスの荷電と電気的に結合した交換性塩基類こそ、
pHを上げるのです。

座席に座れなかった乗客、CEC以上の過剰の塩基類が集積した場合は、
単純な水溶性陽イオンなのです。

これは、雨によって簡単に流されます。
ですから、雨の少ない乾燥地域(日本では施設ですね)と異なって、
雨季にゲリラ降雨(雷ゴロゴロ)が毎日ある熱帯湿潤地帯では、
基本的に水溶性の塩基類は存在しません。

そして、この水溶性陽イオンは、基本的に土壌のpHを上げないのです。

このことが、塩基飽和度が100%以上であったとしても、
アルカリ性土壌とは断定できない要因でもあるのです。




これが塩基類の『隠れ肥満』の原因なのです。
図3に示します。赤で書いたCa2+やMg2+が、CEC以上に集積した過剰な塩基類ということです。
つまり、不運にもラッシュアワーで座れなかった乗客です。

もう一つは、大きなサロンに移動することによって、
80人全員が座れるようになりました。これは何を意味しているのか?

 実は、小さいサロンでは、45人が水溶性塩基類でしたが、
この45人も交換性塩基類になったということです。座れるわけですから。

こうなると、CEC、つまり座席の数が増えましたので、
土壌のpHを増大させることができるのです。

Vol.9で酸性土壌と塩類土壌に分かれ、塩類土壌ではpHが8とか9がありました。
もう一度、図4として出します。思い出してくださいね。



 どういうことなのでしょうか? 
実は、酸性土壌よりも塩類土壌の方が、CECの値がより高かった、
ということが考えられるのです。

(今回、この分析においては、残念ながらCECは分析されていませんでした
→エクアドルではまだ一般的ではない)。

それだけ、肥沃な土壌であったということです。
(しかし、乾燥地域でCECが高い場合、交換性塩基類の集積が極度にpHを高めてしまい、
悪さをしてしまうという欠点もあります)。

こうなると、pHを上昇させますので、『塩類土壌』という表現ができます。
塩類とは何を指すか?これは、カルシウムとマグネシウムのことなんです。

もう一つ、厄介な土壌がありまして、アルカリ性または塩性土壌です。
『塩類』、『塩性』って、言葉がよく似てますけれど、後者がナトリウムを指すのです。

つまり、塩性土壌とはナトリウム集積土壌のことで、乾燥地域に多いのです。
でも、この話はここではやめます。

4).土壌の化学性改良の基本鉄則



話を日本に戻します。

「土壌改良とはどういうことなのか?」。
「単純に有機肥料や有機質資材を加えればいい」ということではないのです。
このことが、真の意味でのオーガニックとも思っておりません。

 牛糞堆肥や牛糞バーク堆肥のように、C/N比が低く、難分解性であれば、
土壌中の多くのバクテリアが餌を求めて活性化します。
無機化による生物性の改良ですね。
もちろん、これも重要ですが、有機質土壌改良資材の期待は、これだけではありません。
 
 根本的なことは、CECを高めることによって、土壌の化学性を改良するということなのです。
このことが、過剰塩基類による鉄分や亜鉛等の沈澱を軽減させることも含めて、
土の健康につながり、オーガニックや私たちの健康に結びついていくことなのです。

先ほどの事例でいいますと、小さいサロンでは満杯であって、
他に参加者が来ても、「邪魔だから出て行ってくれ!」になります。

これが、亜鉛等の栄養素を加えても、
カルシウムやマグネシウムが既に占拠してしまっているため、
参加できる余地がないわけですね(機会を見て、詳しく話していきます)。

ですから、小さいサロン・講堂から大きな所へ移動する。
電車であれば、常磐線のように10両編成であれば15両にする。
バスや飛行機、フランスのTGVや新幹線もそうですが、二階建て車両がありますよね。

このように座席の数を多くし、乗客の運送を効率的に行うことで、
交通混雑を緩和させていますよね。土壌改良もこれとよく似ているのです。

 CECを高めるには、有機質資材の他、無機系鉱物系土壌改良資材
(例として、ゼオライトや酸性白土、ベントナイト等で、有機JAS認定あり)を、
使用するケースもあるのです。

この土壌改良については、基礎知識の解説が終わりましたら、
コンサル業務によって得られた実際のデーターも交えて解説していきます。
 それに、土壌条件によっては、前号でも書きましたように化学肥料を用いたり、
客土や天地返しをしなければいけないケースもあります。

 ですから、『合理的な肥培管理の実施』が、先の交通ラッシュの緩和ということですよね。
これこそ、本当の意味での『オーガニック』であると考えております。

 このことは、消費者のみならず、生産者の中にも知らない方が多いと思っています。
私の経験からも。ですから、架け橋になりたいと願っている理由の一つでもあるわけです。

 さて、先ほどのサロン、講堂、乗り物等は人工的な造り物ですか、
土壌の場合、「CECが低い高いは、何で決まるのか?」ということになります。
これは、次に解説していく、
土壌を構成する粘土鉱物(土壌コロイドを構成している元の単位)の構造の違いによって、
決まってくるのです。


今日はここまでにして、次回、徐々に説明していきます。
お疲れさまでした。

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