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疎水性土壌とは、粒子が水をはじく土壌のことです。疎水性の層は、通常、土壌断面と平行に、地表または地表から数センチ下に存在します。[1]この層の厚さと量はさまざまで、通常は灰や焼けた土の層で覆われています。
形成と構造
疎水性土壌は、最も一般的には、火災や熱風によって、有機物からなる最上層の落葉層に含まれるワックス状化合物が拡散したときに形成されます。[2]化合物が拡散すると、主に土壌の上層部の表面近くの砂質土粒子を覆い、土壌を疎水性にします。疎水性コーティングを生成する他の要因としては、汚染物質や産業流出物、土壌微生物の活動などがあります。[2]疎水性は、天然ワックス特性を持つユーカリなどの天然植物の劣化から生じる自然な土壌特性と見なすこともできます。[3]
ニュージーランドの特定の砂では、このワックス状の脂質コーティングは主に炭化水素とトリグリセリドで構成されており、pHは塩基性で、酸性の長鎖脂肪酸はそれより低い値であることが分かりました。[4]土壌粒子間の毛細管浸透は粒子の疎水性コーティングによって制限され、脂質の親水性の頭部が砂粒子に付着し、疎水性の尾部が粒子の外側を保護するため、影響を受ける各粒子に撥水性が生じます。[2]これは下の図1に示されています。
その他の重要な土壌水分回避要因としては、土壌の質、微生物学、土壌表面の粗さ、土壌有機物含有量、土壌化学組成、酸性度、土壌水分含有量、土壌タイプ、粘土粒子の鉱物学、地域の季節変動などが挙げられます。[5]土壌の質は、土壌が撥水性であるかどうかを予測する上で大きな役割を果たします。砂などの土壌中の大粒の粒子は表面積が小さいため、疎水性化合物で完全に覆われる傾向があります。表面積が大きいシルトや粘土粒子を完全に覆うことは非常に困難ですが、そうなると土壌の撥水性は著しくなります。[6]植物や微生物バイオマスの形の土壌有機物が分解すると、生理化学的変化によってこれらの疎水性化合物が土壌に放出されることもあります。[7]ただし、これは土壌に存在する微生物の活動の種類によって異なり、疎水性化合物の発生を妨げることもあります。[6]
疎水性試験
土壌の撥水性は、その簡単な試験方法のため、ほとんどの場合、まず水滴浸透時間（WDPT）試験で試験されます。[8]この試験は、1滴の水が特定の土壌に浸透するのにかかる時間を記録することで実施され、撥水性の安定性を示します。[2]水の浸透は、水が自然に土壌に入ることとして表され、水と土壌の接触角と相関します。水と土壌の接触角が90度を超える場合、土壌は疎水性であると判断されます。また、試験液滴を疎水性土壌に置くと、すぐに粒子状の皮膜が形成されてから消えることが観察されています。[2]
WDPTの結果: [9]
表 1:水滴浸透試験に基づく土壌の疎水性の程度の特徴付け。
土壌の撥水性を判定する別の方法は、エタノール液滴モル濃度（MED）試験である。[10] MED試験では、さまざまな表面張力のエタノール溶液を使用して、10秒間の土壌の濡れを観察します。指定された時間内に濡れが見られない場合、表面張力の低いエタノール水溶液をサンプルの別の場所に置きます。MED試験の結果は、割り当てられた10秒間に液滴が吸収されたエタノール溶液のモル濃度によって異なります。[10]この試験から土壌の撥水性を分類するには、MED指数を使用します。撥水性のない土壌の指数は1以下で、撥水性が強い土壌の指数は2.2以上です。[8] MED指数、90度表面張力、エタノールモル濃度、および体積パーセントは相関しており、相互に変換できます。[8] この試験では、この時間枠内に吸収されたエタノール溶液の液体-空気表面張力の値が、土壌の90度表面張力として使用されます。試験された土壌に関連する水侵入圧力は、土壌の孔径とともに撥水性の程度と関連しているため、浸透率のもう1つの指標です。[8]
農業と生態系への影響
疎水性土壌と水に対する嫌悪感は、植物の水の利用可能性、植物が利用できる栄養素、水文学、および影響を受ける地域の地形に影響を与えます。[5]浸透率が低下すると、流出生成時間が短縮され、降雨時または灌漑イベント中の水の陸地への流れが増加します。流出量が増えると、浸食が増加し、土壌の濡れパターンが不均一になり、栄養素の浸出が加速して土壌の肥沃度が低下し、地域に異なる流路が形成され、土壌の汚染リスクが高まります。[5]
養分は疎水性土壌の撥水性の弱い部分で排出され、水は優先的に土壌に流れ込みます。疎水性の強い部分には水が流れ込むことができないため、水は優先的に流れる経路を見つけ、土壌プロファイルのより深いところに浸透します。灌漑や降雨が大量にある場合、水は根域の下を流れる可能性があり、植物が利用できなくなり、肥料や養分も一緒に流されてしまいます。さらに、これにより養分や施用された化学物質の不均一な分布が起こり、植生が不均一になります。[11]
農業において、疎水性土壌は作物の収穫量に大きな制約を与えます。例えば、オーストラリアでは、土壌の撥水性により最大80%の生産量減少が報告されています。[6]これは、土壌中の種子の発芽率が低いことと、植物が利用できる水分量が低いことが原因です。[3]
疎水性土壌の位置と外観
疎水性土壌は、南極を除くすべての大陸で発見されています。[5]疎水性土壌は、米国、オーストラリア南部、地中海盆地の乾燥地域、およびスウェーデン、オランダ、ブリティッシュコロンビア、コロンビアなどの湿潤地域で発生します。[6]主に砂質土壌などの粗い質感の土壌に発生しますが、あらゆる種類の土壌に影響を及ぼし、森林、牧草地、農地、灌木地帯で報告されています。[6]一般に、マメ科牧草地の土壌では、耕作地と比較して疎水性の程度がより深刻です。[3]
疎水性土壌管理
撥水性土壌を管理する方法の 1 つは粘土化です。これは、土壌に粘土材料を追加して、土壌全体の表面積を増やすことによって行われます。疎水性の大麦畑に粘土を追加すると、作物の収穫量が 1.7 から 3.4 t/ha に増加し、ルピナス畑では 2 年間で収穫量が 1 t/ha 増加したことがわかっています。[3] 石灰散布は、土壌の撥水性を低下させるもう 1 つの方法です。[3]石灰散布のプロセスは、炭酸カルシウムを追加して土壌の pH を上げることです。フミン酸は pH 6.5 を超えると水に溶けますが、フルボ酸はすべての pH 範囲で溶けます。両方の常在酸には、溶解時に水の表面張力を下げることができる特性があります。土壌の pH を上げると、疎水性土壌への浸透を増やす天然のフルボ酸とフミン酸の能力が向上します。対照的に、溶液中のフルボ酸が欠乏している土壌では、撥水性がより強くなることが報告されている。[3]
耕作という農業行為は土壌の撥水性を低下させます。耕作地では、土壌の混合と鉱化によって炭素含有量が減少し、土壌の撥水性を誘発する疎水性コーティングの分散につながる微生物による分解の可能性が減少します。[3]
疎水性の土壌に自然にできる穴や亀裂から、水が表面に浸透します。これらは、穴を掘る動物、根の通路、または腐った根からのマクロポアから形成されます。[12]これらのマクロポアは、土壌の表面近くの体積の約35％を占めるため、森林生態系において水が土壌に浸透するための重要な経路であることが判明しています。[12]
参考文献
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