川村三郎… ･中島照夫…

土壌 の リン酸 および窒 素吸収係数 におよぼ す共存 塩類 のイオ ン強度 の影響 につ いて●

川村三郎… ･中島照夫…

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の理論 より,土壌の リン酸吸着体の リン 'に よ り

評価 は,施肥 による土壌の直接 的 な影響 に対 してよ り客観 的 な判断 に必要を基礎 資料 を提 供す るもので

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Ⅰ

緒 言 しても今後の肥培管理 が複 合肥料の施乳 施肥量の

土性調査法の中の養分吸収係数測定法の内容を,落拒 増 加 お よ び分 施 な どの傾 向 を強 く伴 い,ます ます 化学論の立場 か ら講諭 した報告 は未 だ行 なわれてい その土 壌 の 反応 の 実体 を知 ることがせ まられよ う.

ない.この よ うな方法 によ る土壌の養分吸収能 力の 中性 塩 類 の 共 存 す る土壌 の リン酸吸収増加は古

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ある. さらに肥料成分 と土壌 との反応性 は施設園芸 濃度が吸収平衡 の外液中 に共存す る塩頬の濃度 およ 土壌 に対 してはい うにおよばず,一般農耕土壌 に対 び種頬 によって規制 されると している.我 が国 にお

+ .本報告の概 要は土壌肥料学舎 (46年9月)で発表 した｡

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++ 農芸 化芋科 良美分析学研究室

50 近 幾 人 乍 麗 子 部 紀

いて も三井 ら4･5}によってそのよ うな塩瀬共存効果 が 特 に火山灰 土壌で顕著で あることが認 め られた. そ して現状 では土壌 の リン酸吸着 における手刀期過程の 反応 は一般 に吸着体 としてのコロイ ド中で リン酸 が易 交換性の性 質 をもった もの と予想 され,経時的 に結 晶化が進行す るもの と考 えられてい る. これ らはし1 ず れ も反応 外液の諸成分の全休出 であ る濃度 をもっ て吸着平衡反応 を考 えて いるが,外液中の イオ ン相 互 が影響 し合 うイオ ン雰位気 を考慮 した活量 の概 念 をとり入 れた溶液論的 な検討 によって, リン酸 およ びアンモニウムの吸着効果 がどのようを原 因 によって 起 こるかを知 る場合 に本法 がよ り重要で あると思 わ れ る. ア ンモニウムの土壌吸収 につ いて もリン酸塩 と して作用 させた時 に特異 的 に吸収 が観察 されてお り6),恐 らくこのようを条件下では リン酸 を含 めた結 晶の,例へ ば含 ア ンモニ ウム リン酸 アル ミニウムが 一部 問題 として考 えられよ うが,土壌 コロイ ドを取 り巻 くイオ ン活量の分布 の系 と して ア ンモニウム吸 着 を考 える必要 がある.

以上 の観点 か らリン酸およびアンモニウムのほかに 土壌吸着外液中 に存 在す るイオ ンの関与で常法の測 定 法 に よ った養 分 吸収 係 数 にどの よ うに影響 す る かを繰言寸し,土壌の養分吸収 力の理 解 を深め ること を目的 と した. この よ うに リン酸 およびア ンモニウ ムイオ ンの土壌吸収 における他種の イオ ン類の存在 の もとで,す なわちイオ ン強度のほぼ一定 な条件の もとで吸収 反応 を比較 し,他方 これ らのイオ ン雰 囲 気 におけるリン酸 とア ンモニ ウムイオ ン活量 の吸収 におよぼす影響 と, 固相で ある吸着体 それ 自身の溶 解平衡 の状態 を合せ考 えよ うとす るもので ある.

Ⅱ

実 験 方 法

供試 した土壌 は前報7)と同 じものを用 いた.すなわ ち五種類の火 山灰土壌で うち二種 は無機質火山灰土 壌 と三種 類 は腐植 に富む有機質火山灰土壌で あ り, 四種 の鉱 質酸性土壌 の合計九種類で ある. これ ら九 種類 の土壌 の70mesh以下の風車臼田土 を用 いて,常 法 の2.5%リン酸二アンモニウムを リン酸で中性 に した溶 液 による各土壌 の懸濁液 を作 って土壌の リン酸 およ び窒素の吸収 を行 わ しめた. この リン酸 二ア ンモニ ウム溶液中 には,0,0.01,0.1,0.5規定の可溶性塩 頬のNaC】,KCI,K2S04のそれぞれ溶存 した中性反応 の リン酸塩溶液 を調製 し,温度条件 を25℃ と して常法 通 りに従 って養分吸収係数 を求めた. なお, リン酸 および窒素吸収係数の測定 リン酸二 ア ンモニ ウム原 溶液 は標準対称原液 と して使用直前 はpH7.00として

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(1974)

も処理 溶液 と同様 に24時 間径過後 に測定 した ところ pH6.78でP濃度 は218.3ミリモル,N濃度 は 394.7ミ リモル100g土壌 当 りに作用す るP205mgは3100mg, Nmgは1105.3mgであった.さらに塩類濃度調製 は こ の原溶液 を夫 々所用量分画 し,各相 当量 の塩類 をそ れぞれ投入 して標準対称原液 と対等 に リン酸, ア ン モニウム濃度 が一定量土壌 当 りに作用す るよ うに調 製 した .

成分吸収後の外溶液 中のH2 JHPO2NPO, .;H のイオI ン種 の濃 度 お よび 活量 は前報7)と同 様 に して求 め た. イオ ン強度 の計算で,各濃度の中性塩 類の各処 理区で中性塩類 のみ に依存 した土壌 反応 は同濃度処 理の異種土壌 間 に差 が認 め られか ､と仮 定 して, さ らに善分吸収 反応前後の中性塩類 に起因す るイオ ン か らの イオ ン強度 に殆 ん ど変化 がをいことを確 認 し てこれ をリン酸 とア ンモニウムイオ ンか らもた らさ れ るイオ ン強度 に加 えて計算 した.各土壌処理後 の 外溶液中のpH,P,Nの定量 は前報7)と同様 にして行 なった,養分吸収処理 および分析操作 は全て 2連で 行 ない,結果はそれ らの平均値 を示す.

Ⅲ

実 験 結 果

各土壌の もつ リン酸 および窒素の吸収係数 あるい は外溶液のpH,P,N

,

溶存状態はT beallの塩類濃 度雰の項 に示 すように前報7)とほぼ等 しい結果である.

各土壌 に対す る 3種類の中性塩類の それぞれの濃 度処理 における外液中の成分の測 定量 および反応 pH はそれぞれの塩類濃度処理 に対応 してTablelに示す 通 りで ある. まず外瀬のpHは未吸着の残存成分の状 態 を規定 して いるとい うよ りも吸着成分 か ら主 に影 響 されるヒ ドロニウムイオ ンの活量の状 態 を示 して いるとみ な して, それぞれの状態 に対応 す る両成分 の吸収係数 を参照す ることもで きるが,他方従来 あ ま り重視せ られ なかった ところの一応 の成分吸着平 衡状態 にあ る各成分 の溶存状態 を示 す もの と理解す ることもで きる.一般 に各塩 類の リン酸 および窒素の 土壌吸収 におよばす影響 は異 在 り, リン酸 に対 して は塩 類 の 関 与 が吸 収 係 数 の増加傾 向 と して窒素 に 対 しては係 数減少 と して現 われている.これ らの傾 向 が顕著で あ るの が火山灰 土壌で特 に リン酸吸収係 数 に認 め られ る.リ ン酸 吸 収 係 数 の低 いほ とん ど 1000内外の鉱 質酸性土壌の処理 に塩類添加の効果 が 著 しくないよ うで ある. それに対 し窒 素吸収係数の 土壌順位 はおおむね リン酸の土壌吸収順位 と同一で あ るが火山灰 土壌 と鉱 質酸性土壌の区別 が し稚 い状 態で あ り,塩類 の添加 が吸収量減少の傾 向 と してい

川村 ･中島 :土壌 の リン酸 お よび窯 素吸収 係 数 にお よぼす共存塩 類 の イオ ン強 度 の影響 につ いて 51 Tal ･C e cbel hmia o oiin nl cmpstosadpH i hntebl ouinw iho tie rm eulbaigwihukslto hc bandfo qiirtn t

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緩 h>0.00.51 0 556.0 .8 8 114623. 4383. 3.246 1.1 118 . 01186 30163.674 840 . .0 1. 61.2 2 179 393 12, 0 . 2 33 291 63. 5 . 1214 2686 209 18. 3.3. 0 . 62,8 1.4 1 176 325 13 . 6 .2. 2 . 273 2250 2 16 18128 3 88. 0 .. 7.23

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クマ ■ .1 6000 68.3 18 188355 . 0353 0 . 8854 . 5.55 203 68.7 335 1. 8 35 7. 68.0 176 352 5 . 0 . 8 18 206 6 . 5 .

P≡ 01.0 67.9 135 395. 0.4 904 289 682. 3. .4 172 330 104 . 2. 094 209 66. 0 . .7 182 340 4 . 2 . 961 181 9. 9 . 0.0 675 .5 108 381 5. 3. 987 184 675 . 5. .4 129 309 17 . 2.4 . 5 . 008 127 67.0 185 300 3. 7 . 1128 3. 9 .62

0,1 670 .4 204 346 0. 4 . 245 105 5 . 4 . 188 331 9 . 5 . 165 691. .0207 0 . 201 1465 . 4 . 0

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* * : mg/100g soil

2

5 近 幾 人 ･;'戯 ･､):-･[7I;紀 安 郡 7-11･(1974)

土壌の鹿沼土壌 と大分赤 オ ンジ土壌 および鉱 質酸性 ず れの塩類濃度区 において もはっ きりと現 われてい

る. これに対 し, リン酸吸収状態 は塩類 の添加 が高 くなるにつ れて益 々係数増加が促進 され ることをい ず れの塩 類 処 理 区 において も認 め ることがで きる.

これ らの傾 向 が 3種頬の塩類 によって全 く同様 に現 われてい るわけで はないが,各土壌 に対す る両成分 の吸収係 数 におよぼす塩類効果は大山黒 ボクの よ う にこの順位 とは一致 しか ､もの もあるがおおむねKCl 処理)K2SO4処理)NaCl処理 とい う順 序 となってい

土壌 の愛知 日進土壌 を除いた各処理区 に見 られ る.

これは外液の反応 が中性 に近 い領域であることがい ずれの塩類処理区 にも認 め られ ること,および リン 酸 イオ ンの解離 関係 か らも妥 当を結果 と見 ることが で きる.緩衡 作用の小 さい無機 質火山灰 土壌 および 愛知 日進土壌 は別 として中性塩類の リン酸, ア ンモ ニヤ態窒素の土壌吸収 におよぼす効果は リン酸二 水 素 イオ ンをリン酸-水素 イオ ンよ り多量 に溶存 させ ることがわか る.各成分の溶存状態 はこれ らの吸収 た状 態 がこれ らの結果 か ら認 め られる. さらにこれ 係 数 とは逆 で あ って,塩 類濃度の増 力ロに伴 ってpH らイオ ンの潜存状態 は処理塩類 の種類 による差異 に が低下 しリン酸 の減少,窒 素の増加 がいずれ も認 め 対 して一様 に認 め られず,各塩類の個性 を認め難 い られ る. この場 合 ヒ ドロニウムイオ ン濃度の増加 が 状態 とみ られ る.

H p

り明 らかで ある. これ らの効果 が土壌のア ンモニ ウ ンモニヤの増加 とい う傾 向 に一致 す る. この リン酸

塩類増加 に伴 って現 われ ることが外溶滴の測定 値

よ り予想 されるが,これは溶存す る リン酸の減少,ア も塩類添加効果は単調 に現 われていることが本表 よ ア ンモニウムイオ ンにつ いては各土壌の処理区 と

の減少 とアンモニウムの増加は の増加に結び付 き易

す く考 えられ るか,本実験範囲 においては逆の現象 にこの よ うな塩類効果が顕著 に認 め られる. なおア が認 め られる. リン酸, ア ンモ ニウム以外の他種 イ ンモニウムイオ ンの解離平衡 よ り得 られた本表の値

H

p ム吸収量 の減 少 に結 びつ いてお り,特 に火山灰 土壌

le T ba

は lの値 とほとんど一致 しており本条件の反応 与 し,土壌による養分 (リン酸, ア ンモ二ヤ成分 )の 領域 においては実測値 が分 子状 のNH3を含み難 い と 吸収 反応 に伴 って現 われ る 発現 で あると見徹され 考 えられ るが中性 を越 えてアルカ リ性 になると極度 る. これ らの 値の減少傾 向がもっともよ く現 わ れ

ている処理区 はN H p

オ ンの濃度増加は当然 イオ ン強度の増加 に直接 に関

に分子状 のア ンモニウム含量 が多 くなることが考 え Cl処理でありK2SO4処理は も っ と られ る｡

a H p

も塩類濃度 による 差が認 められないことがいず れ

の土壌区 につ いて も見 られ る. 水素 イオ ンおよびア ンモニ ウムイオ ンか ら成 るイオ 以上の成分溶存量 をさらに各 イオ ン種 ごとに算 出 ン強度 を示 したのが本表の イオ ン強度の列の塩類濃 して,土壌 による養分吸収反応 の一応 の平衡後 の外 度無処理 と した区で あ り,各土壌 による吸収平衡 に 外液中 に溶存す る リン酸二水素 イオ ン, リン酸-

溶液中の主要 イオ ン種す なわち

H

びNH.+ィォンの濃度 とこれ らの イオ ン種 をもとに し とがで きる. これ らの値 はそれぞれの土壌の処理区 て算 出 したイオ ン強度 とを各土壌 につ いて それぞれ に対す る基準 とな り,以下各塩類濃度の増加 ととも

2 O P TH , O P

2

.1およ 関与す るイオ ン雰囲気の総合せ られた場 合 とみ るこ

処理塩類 ごとに別記 したのがT bal2e である.無塩頬 にいず れの場合 もイオ ン強度値 の増加 が明 らかで あ le

T ba C

a 処理区 を都合上 N l処理 に

た . て もイオ ン強度 の増加 に結 びつ かない.特 に火山灰

lと同様 に表示 し る. しか し塩類濃度の増加 が一様 にどの土壌 に対 し

全処理区 に共通 した点はT balelの測定成分の溶存状 土壌 においてはイオ ン溶存条件が添 カロ塩類濃度 によ 態 と同様 に処理塩類濃度の増加 につ れ リン酸 イオ ン

は共 におおむね減少 し, ア ンモニ ウムイオ ンは逆 に 増加 して,各土壌 につ いての両成分の吸収量 に全 く 対比 してこれらの数値 を見 ることがで きる. しか し,

リン酸二水素 イオ ンの場合 はこれ らの傾 向がよ く現 われな くて特 に鉱 質酸性土嬢の処理区の場合 は一定

って左右 され難 く, したがって比較 的 に低 いイオ ン 強度 を示 し, これがある面での土壌 の緩衡作用能の 指標 として考 えられ る. 一 方 ,鉱 質 酸性 土 壌 の イ オ ン強度 につ いては原液 自体の イオ ン強度 に比較 的 支配 され易す く,養分吸着後 の外溶滴 のイオ ン強度 の同種土壌内における塩 頬各濃度処理の相異 による変 aCl処理区,K2SO ｡ 化範囲 が火山灰土壌 のそれ tコヒベて大 きい. この よ 傾向 が見 られずに愛知 日進土壌 のN

処理 区 においてはかえって逆 の傾 向が弱 く現 われて うな意味 で,養分保持 にお けるイオ ン強度の抵抗性 い るよ うに思 われ る. さらに リン酸 イオ ンにつ いて をイオ ン強度の変化 か ら検討 す ることもある面で興 は リン酸二水素 イオ ンが リン酸-水素イオ ンよ りも 味 のあ ることと思 われ る. イオ ン強度 はその内容 か 優 った溶存状 態 を認め ることが二つの無機質火山灰 ら有効 イオ ン濃度で存在す る同濃度の イオ ン種の う

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川村 ･中島 :土壌 の リン酸 および窯素吸収係数 におよぽす共存塩 類 の イオ ン強度 の影響 につ いて

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ち特 にイオ ン原子価 の大 きい種類 に大 きく影響 され る関数で あって, リン酸-水素 イオ ンの 多量溶存す る区で一般 に大 きな値 を認 め ることがで きる. また 塩類 の種 類 によるイオ ン強度 の相異 はNaClお よび KClの よ うな カチオ ン,アニオ ンの イオ ン原子価の 比 が 1:1の もの につ いてはそれぞれ大差 が認め ら れないが,K2SO.のように 1:2型の塩 につ いて は 同規定濃度で比較 しては 5割程高め に原溶液 自身は 計算 され るので,やは り実験 結果 か らもいずれの区 において もそれぞれ高い値 と して認 め られる. しか し補 間法 によってこれ らの イオ ン強度の他塩類処理 と比較 を行 えばほ とん ど同種土壌の実験 区 において は差 の ないことがわかった.

以上 は養分吸収係数の測定条件 における処理外液 の成分溶存状態 をイオ ンの種別 に分 け, それ らの濃 度 を相互比較 したもので あ るが,従来 これ らの量 は 養分吸着時 における残存成分量 と して一括 して考 え られていた. しか し養分D及着 におよぼす塩類共存効 果 と して これ らの量 を個 々の イオ ンと して認 め るこ とも必要で あろ う. また,土壌 によるリン酸 および ア ンモニヤの吸収平衡 を考 える場合 には,各 イオ ン の外液中 における溶存状態 を油量 と して検討す るこ

み られ るの は他の土壌 と同 じ傾向で あ るが,全体の 値 がかな り高い. ア ンモニウムイオ ンの油量 はいず れの土壌 の処理区 とも添加塩濃度 の増加で大部分の 処理区の リン酸 イオ ンとは逆 に高い活量値 を示 す傾 向があ り, また変 化の範囲は濃度の場合 よ りもやは り少 か ､ことが明 らかで ある.梓 に鉱質酸性土壌 に おいてはいず れも塩類効果が微 少で あ り,む しろ塩 頬の共存 あ るいはその濃度 に関係 な く同等 な活量 を 示 す傾向 といって もよかろ う.添加塩類の種類 によ る差 は リン酸 イオ ンで は両イオ ン種 ともにKCl処理 が低 く現 われNaCl処理 がほとん どの土壌 に対 して高 め に現 われてい る. ア ンモニ ウムイオ ンにつ いては 三種の塩類 ともほ とん ど差 が認 め られな くよ く一致 した活量 をそれぞれの同 イオ ン強度近辺で示 してい る.

一般 にこれ ら三種 イオ ンの活量 と濃度の比較 は以 上の結果で明 らかの よ うに大 きな差 があ り,土壌の 養分吸収平衡 を考える場合 には活量 を無視 した議論 は大 きな誤 ちを犯す恐 れがあると思 われる.三種 イ オ ンの中で もっとも濃度 と活量の値 の差-がみ られる のが リン酸-水素 イオ ンで あ り,全快試土壌 に共通 に, また共存塩類の種類 に関係 な く一様 に認め られ l 3e

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ともまた必要で あ り,これらをT にT 対比 と して表わ した.本実験条件下での吸収成分の 臭の溶存状態 は個 々の イオ ン種 が独 自に存在 してお るのでは を く互 に影響 し合 い,実際 の作用量 と して 措量 の概念 を導入 してよ り正 しく吸収反応 を理解で きると思 われる. これ らの数値 はもちろん添加塩類 濃度の増加 による変化が土壌吸収 に直接関係す る主 要 イオ ン種のみ につ いて表示 されてい るが,添加中 性塩類 自身は土壌 間にほ とん ど差 が同程度 のイオ ン 強度近辺で認 め られない とい う仮定で示 した もので あ る.

まず リン酸二水素 イオ ンの活量 は火山灰 土壌 と鉱 質酸性土壌 とは っきり区別 が生 じイオ ン濃度の傾 向 と変 らをいがこれ らの相異 が塩類濃度の増加 に伴 い 少 な くなって来ているの を特徴 とす る. そ して火 山 灰 土壌では塩類濃度 の増加で濃度 の減少ほ どで はな いが幾 分,少 な目の活量 の減少 がいず れの土壌 にも み られる. しか し鉱質酸性土壌ではこれ らの傾 向が 一 定 しない.愛知 日進土壌の場合 はかえって塩類 の

l 2e b

a の る. さらに土壌 間 における差 が油量で比較 す る場合 に最 も少 ないイオ ン種 で もあ る. ア ンモニウムイオ ンは平均化 した開 きがそれぞれの土壌処理の濃度 と 活量 の間 に見 られ特 に鉱 質酸性土壌 での著 しい減少 がある. もっとも差の少 をい リン酸二水素 イオ ンは 火山灰土壌 の各処理で認め られ, 多量 の リン酸 およ びア ンモ二ヤ吸収 が結果的 にイオ ン強度 を減少せ し め, この イオ ン種 の活量係数が他の イオ ン種 に比べ て大 きい値 をとるため と考 えられる. これ ら三種 イ オ ンの活量 と して比較 した場 合の溶存状態 における 塩頬共存効果はイオ ン濃度 と して比較 した場合 はど 顕著ではな く,養分吸収体の溶存平衡系 における規 則制 を予測 す る結果であると思 われ る.す なわち着 分吸着畳 の差 ほ どに大 きな差 がこれ らイオ ンの溶存 状態 に現われていないとい うことで本結果 を理解す

ることがで きる.

この よ うか 古畳 は諸土壌 の吸収体 自体 か ら吸収平 衡 を通 じて現われるもので あ り,水素 イオ ンの活量 - h po

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と リン酸二水素 イオ ン活量の組 み合 わせによる dp リン酸ポテンシャル) 効果 が火 山灰 土壌 とは逆 に多 くの活量 増 となって現

われてい る. リン酸- 水素 イオ ンの活量変化は火 山 灰 土壌 と鉱 質酸性土壌 との差異 が小 さい ことが認 め

l 3g.

2

の リン酸吸収係数の関係 を示 したのがF で ある.

なおこれはKSO4塩類処理 区 につ いてのみ示 したも られ る. しか しリン酸吸収係数の小 さい生駒土壌 お ので おおむね他の塩類処理区 もこれ と同様 別 項向 を よび愛知 日進土壌では塩類濃度 の増加で活量減少 が 示すので省略 した. これ らによれば火 山灰土壌の処

55 川村 ･中島 :土壌の リン酸 および窯素吸収係数 におよぼす共存塩類 の イオ ン強度の影響 につ いて

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理 と鉱 質酸性 土壌 の処理 の 間 には っ きりと した区別 在で ある.

が認 め られた. す なわ ち リン酸吸収係 数の小 さくて, 同様 な関係 をア ンモ ニ ウム につ いて図示 したの が Fi 4g. で ある. これはK2

ー プ と リン酸吸収係数の大 きい, また リン酸 ポ テ ン ニ ウムポテ ンシャル におよぼす影響 が リン酸吸収係 シャル値 の大 きい火山灰土壌 グルー プ とで ある. さ 数 とは逆 に,塩 類濃度 の増 加 に伴 い増 加 して行 く所 らに鉱 質酸性土壌 ブル- プは塩 類濃 度の増 加で吸収 が大 きを特徴 で あ る. また ア ンモニ ウムポテ ンシ 係数増 加傾 向は火山灰 土壌同様 で あ るがポテ ンシャ ャル値 は リン酸 ポテ ンシャルの よ うな明確 な区分 が ル減 少 が火山灰土壌 に比べ て緩慢 で あ り,春 日丘 上 土壌 グルー プに表 われ ない分布範 囲の狭 い ことが示 層土壌 においてはほ とん ど塩 類濃度増 加 に無関係 に されて い る. さらに リン酸 ポテ ンシャル とその吸収 しかも リン酸 ポテ ンシャル値 の小 さい鉱 質酸性 グル SO4塩 の添 加 によるア ンモ

,K 一 定値約 7 5.7を示す. これ に対 し,鹿 沼土壌 の場 合 係数の関係 とは逆 に 2

は塩 頬処理 に対 してポテ ンシャル変 化 が大 きく, そ ンシャル変化の あ るの は鉱 質酸性 土壌 グルー プで あ の割 りには リ ン酸吸収係数 の変化 は鉱 質酸性土壌 と り,微少 な変 化 が認 め られ るの が火 山灰土壌 グルー は差異 が少 か ､ことが認 め られ る.夜 久野黒 ボ ク土 プで ある. さらにこれ らの関係の特徴 と して火山灰 壌 は リン酸吸収係 数 においては火 山灰土壌 グルー プ 土壌 グルー プ を二つの小 ブル- プす なわ ち 多少高い に属 す るが塩類 関与の ポテ ンシャル におよぼす影響 ポテ ンシャル変化値 の あ る大分赤 オ ンジ,鹿 沼土壌 は非火 山灰 土壌 グルー プに入 る, いわゆ る中間的存 などの無機 質 グルー プ とポテ ンシャル変化 が低 くい SO4塩 の関 与で著 しいポテ 56

57 川村 ･中島 :土壌 の リン酸 および窯素吸収係数 におよぼす共存塩類 の イオ ン強度 の影響 につ いて

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値 の ところで 現 われ る腐植 質火 山灰土壌 グルー プ と して塩 類濃度 に関係 な く一様 に現 われて い るの が火

で あ る. 山灰土壌 である.なお塩 類無添 加の常法 に従 った養分

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Fi は中性塩類 の添 加 によって養分 の土壌 吸収 に直接 関与 す る成分 イオ ンの活量 が 当然減 少す るが,

吸収測 定法で行 なった値 とこれらの関係は吸収処理 前 0

の原液 の イオ ン強度 とP2

この減 少 にもっとも密接 な関係 は外液 の イオ ン強度 上 に大略 各土壌 ともプロ ッ トされいず れの土壌 とも で あ ると思 われ るので, それ らの関係 を図示 した. イオ ン強度 の増 加で この関係がずれるように思われる.

5量 とを結 んだ本図の点数

2 g.

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本図 はN 窒素吸収係 数 とイオ ン強度の関係 はFi に示 し

塩類濃 度の増 加 によって当然 イオ ン強度 は増 加 を伴 た ごと く, リン酸の場 合 とは逆 にイオ ン強度の増 加 い, その上 に リン酸 吸 収 係 数 の 増 加 が いず れ の土 に伴 っていず れの土壌 とも窒素吸収係数の減少 が認

め られ る.本図 はN Cl塩 処理区 を一例 と して示 した もので あ り

壌 に対 して も例 外 な く認 め られ る. しか し多少鉱 質 l処理区の結 果 を示 した もので 酸 性土壌 において梓 に リン酸吸収係数の小 さい愛知

日進土壌 で リン酸吸収係数 に対す るイオ ン強度 の影

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あ るが,他の塩 類処理区 につ いて もTa lおよび e2に示 した通 りリン酸 吸収係 数 と三種 の塩 類 響 は小 さ く, リン酸の吸 収量 の 多い火 山灰 土壌 中で によ る外滴 の イオ ン強度 の関係 とほ とん ど同 じ傾 向 も大 山黒 ボ ク,夜久野黒 ボ クなどは中性塩 に依存す を示 した. 供試 した土壌 の窒素吸収係 数の順位 は ど るイオ ン強度 がよ り強 くリン酸吸収係 数 に影響 して の よ うな塩 類処理 を通 じて も同順位 で あ り, また リ い る. また塩 類 の影響 が低濃度 の ところで よ く現 わ ン酸の場 合 ほ ど火 山灰 土壌 と非火山灰 土壌 の類別 が れてい るの が鉱 質酸性 土壌 で あ り,本実験 条件 を通 明 らかで ない. また窒素の場 合 も係 数の大 きい火 山

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59 川村 ･中島 :土壌の リン酸 および窯素吸収係数 におよぼす共存塩類の イオ ン強度の影響 につ いて

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存在 させて, イオ ン強度 を各処理 ごとに相互 に比較 吸収係数 に支配 される,特 に大阪春 日丘上,下層土 し得 るよ うにほぼ一定 に保 つ方法 を用いて養分吸収 壌 に独 自を結果がみ られる, そ して イオ ン強度の増 反応 を行 なわせ しめた. これ らの結果は反応 を通 じ 加 につ れて各土壌 にも塩類無添加処理 か ら高濃度塩 て土壌 間でのイオ ン雰囲気条件 がある面で同一であ 類処理 まで平行 した窒素吸収係数の漸減傾 向が認 め ると考 えられ る. そ して これ らの方法 によって得 ら

られた. れた結果の比較 はイオ ン雰囲気条件 を大略同一条件

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L'iI;:･ .〜.l;‑l;紀 とす る考 え方 に対 してあ る程 度 かなえた土壌 の養分 吸収の実体 を示 す もので あ ると思 われ る, しか しな が ら,常 法の2.5%リン酸 ア ンモニ ウム清瀬 による 土壌 処理 は一般 の農耕 土壌 へ の万別巴料 の通 念 か ら考 えると非常 な過剰施肥 かあ るいは局部濃厚 の状態 を 想定 した もので あって,土壌 問での吸着成分量 の違 いが強 く現 われて植物 養分以外の他 イオ ンによるイ オ ン強度の付 加補 強 が充分 とはい えない. もちろん 処理塩類濃 度の増 加で土壌 間の イオ ン強度 の差 が減 少す る傾 向はいず れの塩 類処理 において も明 らかで あった. さらに,餐分吸収 反応 を通 じての イオ ン強 度へ の付 加補強効果 を期待 した可溶性塩類 の諸 イオ ンが相互 に影響 しあって例 えばionpa】rの生成,土 壌粘 子へ の吸着性 で外瀬 の イオ ン雰位気 を複雑 に し てい る恐 れ もあ る. しか しこの よ うな現象 が問題 と なるのはK2SO4処理 の各土壌 区 につ いての硫 酸 に関 す る.ionpairで あ り, これは それ らの会 合定数 か ら みて重老視 す る必要 があ る. また ア ンモ ニウムの土 壌吸収量 がイオ ン強度 の増 加で いず れの処理区 につ いて も減 少 してい るの は ア ンモ ニウム イオ ンと他 の 付加 カチ オ ンとの交換 平衡 が コロイ ド次元で問題 と なると思 われ る.

外液中の諸 イオ ンのionpair生成 につ いては, 浴 液反応 の中性 ない し微 酸性領域 で は特 に問題 と与る のは硫 酸 および リン酸 イオ ンと多価 カチ オ ンの溶存 性 で あ ると思 われ る.特 にこの よ うな反応 条件 にお ける多価 カチ オ ンた とえばCa2+ィォ ンあるいはAI3+

イオ ンの溶存性 は極微量 で あ り,ionpairの安 定 度 定数の性 質 よ り対応 す る溶存 多価 カチオ ン量 が少 な ければ逆 にこれ らの アニオ ンは相 対的 にかな りの度 合で イオ ン会合 にそれだ け強 力に関与す ると思 われ る. しか しこれ らのionpairの量 的 な問題 は溶存す る該 当の 多価 カチオン畳 が制限因子であり,処理外植 の イオ ン強度 に大 きく影響 をおよぼす ことは ない と 思 われ る. イオ ン強度 に影響 をおよぽす緒 イオ ンの 共存液系での存 在形態 につ いての研 究 はほ とん どな されて お らず土壌 溶液 におけ る今後 の興味 あ る問題 で ある.

土壌 の諸粒 子 を取 り巻 くコロイ ド分散系 と して本 実験 処理後 の外液 を考 えるを らば,諸粒 子の トー タ ル を荷 電の特性 がこの外液 中の諸 イオ ンの量 および 質 に密接 に開通す る.共存 イオ ン類 の濃度増加で ア ンモ ニ ウムイオ ンの土壌 吸着 がいず れ も抑 制 された 結果は外液 における個 々の イオ ンの分布 がそれぞれ の土壌 の違 いによって もかな り共通 した対応 で あ る と考 え られ る.例 えば共存塩 類 の処理濃度 増加でpH

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値 はいず れ も低下 し, また溶存 す るア ンモニ ウムの 活量 は ヒ ドロニ ウムイオ ンと同様 にいず れ も増大す る. この ことは陰性 コロイ ドを取 り巻 く分散系 の両 カチ オ ンの活量 の‑存 在比 (ア ンモ ニウムポテ ンシャ ル)7)が イオ ン濃 度 の増 加 あ るいは減 少の塩 処理 に 関係 な くほぼ一 定で あ るとい うRatlOLaw8)に従 う 傾 向 を示唆 す るもので あ る. しか しヘ テ ロをイオ ン 交換系 においてはFig.4に示 した ごと く,それ らの 比率 を負 対数表示 した値 はいず れ もイオ ン強度の増 加で 多少減少 してい るが,火 山灰土壌処増 で変化 が 少 な く鉱 質酸性土壌 処理 で かな りの変化 が認 め られ る. この よ うな条件下 で,陰性 コロ イ ド粒 子表面の 荷電特性 が外娘 イオ ン油量 によって相対的 に律 せ ら れ易す いの は火 山灰 土壌 処理で あ り,鉱 質酸性土壌 処理 はその傾 向 が小 さい. イオ ン強度 の増加 に伴 う pH値 の低下 は よ りコロイ ド近接 面の ヒ ドニ ウムイオ

ンの油量分 布 を予測 す ることがで きるを らば,沈殿 生成 によ るア ンモ ニ ウムイオ ンの外液での減 少 もあ る一部 は考慮 す る必要 があるが, 陰性 コロイ ドを取 り巻 くア ンモ ニ ウムイオ ンの コロイ ド表面上 の分布 状 態 もヒ ドロニ ウム イオ ンと同様 とみ るこ とがで き る.土壌 の ア ンモ ニウムイオ ン吸着 は コロイ ド分散 系 または近接部 あ るいは外液部 におけ るア ンモ ニ ウ ムイオ ンの不均一分布 区 と対応 す ると思 われ, それ ぞれの土壌 および塩類処理で いず れ も塩類濃度 区の 増加処理 で ヒ ドロニ ウムや ア ンモニ ウム イオ ンと同 様 に恐 ら く他 の カチ オ ンの活量 も外瀬 の イオ ン強度 の増加 によ り傾 向 と しては大 きくな り,溶存す るヒ ドロニ ウム とア ンモニ ウムイオ ンのテ舌畳 比 はイオ ン 強度 に関係 な く土壌個 有の値 を示 しRatio Lawの適 用 が火 山灰 処理 区で か な りよ く認 め られ る. この よ うな関係 をカチ オ ン相互 の活量 が外液 中で維持 され る潜存性 を示 すため, ア ンモ ニ ウムの土壌吸収 は共 存塩類 の増 力ロで益 々抑制 され ると理解 され る.

そ して陰性 コロイ ドの最 も近傍 におけ るア ンモ ニ ウ ム分布 す なわ ち吸着 ア ンモニ ウム量 は ヒ ドロニ ウム イオ ンとの対比で決め られ るもので あ ろ う.しか し, ヒ ドロ二 ウムに対す るア ンモ ニ ウムの存 在比率 はほ とん ど問題 にな らぬほ ど多 くの ア ンモ ニ ウムの量 を 示 す.例 えば本条件下の生駒 土壌 のK2SO.の高濃度 処理 の pH‑pNHl 値は6.5であ るが, これは ヒ ド ロ二 ウムに対 して 312万倍 の ア ンモニ ウムの活量 を, 春 日丘 下層 土の塩類 無添加区で は5.0で ヒ ドロニ ウ ムの10万倍 の ア ンモ ニ ウム繕量 を外液 中 に分布 す る ことを意味 す る. この ア ンモニ ウムポテ ンシャルは ヒ ドロ二 ウム とア ンモニ ウムの単一 なイオ ン交換 反

川村 ･中島 :土壌の リン酸 および窯素吸収係数 におよぼす共存塩類 の イオ ン強度の影響 につ いて 61 応 を行 な う系では なく無視 し得 ない他 イオ ンの存 在

下での値 で あ り,交換体の もつ特異 な交換係 数 を正 しく示 す とは考 えられ ない. また他の水溶性 ア ンモ ニウム塩 によるア ンモニウム吸収反応 におけるポテ ンシャル値 は本実験 の リン酸 ア ンモニウム処理 よ り ア ンモニ ウム吸収量 の減少 あるいは外液pHの低下 な どか ら更 に低 い値 となると思 われ る. したが って , 粘土 などの吸着体の種類 あるいは平衡溶液中の イオ

ン種の溶存性 の違 いなどで現実 にはかな り異 ったア ンモニウムポテ ンシャル を示 す と思 われ る.

リン酸の吸着 については,土壌 コロイ ドの陽荷電 部梓 に種 々なる形態の アル ミニウム,鉄 と密接 な関 係 があることはい うまで もないが, リン酸 あるいは その他の イオ ンの外液中 における溶存性 との関連 も 軽視 してはいけない. そ して種 々の塩類濃度 におけ るリン酸 イオ ンの存 在 自体 が土壌粒子 を取 り巻 くイ オ ン分布 およびイオ ン吸着 を知 る手掛 か りと考え ら れる･ リン酸 イオ ンは陰性 コロイ ドに対 しては与力 が作用 し,陽荷電部位 にそれだけ強 くよ り近傍 に分 布す ることになる. したがって陰性 コロイ ド部位 に 対 して リン酸 イオ ンは負吸着性 が考 えられる.本実 験条件下で得 られた溶液は必ず しも負荷電 コロイ ド の外滴 に相当す るもののみ を対象 と していない, し か し負荷電 コロイ ドを取 り巻 くヒ ドロニウムイオ ン に対応 す る リン酸 二 水 素 イオ ンの 活量 積の関係 は pEECHら9)によ れば リン酸の負吸着特性 を示 す値 の Phoshoricacld Potential(リン酸 ポテ ンシャル) であるとしている.W ILD,JACKSONら101はこの値は Glbbsite.Var･isclteの飽和 した条件では平均10.72を 示 す としてい る, そ して本結果はいずれも リン酸濃 度が高い溶存 在で しかも,VarISClteの10‑数百倍の 溶解性 を示す かな り不安定 な固相の リン酸塩 を予想 す ることがで きる. また共存塩類 の増加はいず れの 土壌 に対 して も固相の リン酸 の不安定性 を増す結果 であ り, この共存塩類の効果は火山灰土壌で顕著 で ある. イオ ン強度の増加 に伴 うリン酸 イオ ンの油量 はア ンモニウムの場合 と異 な り,いず れも一般 に減 少 している.この現象は鉱 質酸性土壌のNaCl処理 で は顕著で か ､が,樺 にHP伐 イオンの活量 の効果は全 ての処理区で認 め られ る. さらにヒ ドロニウムイオ ンの活量増加 に対 して リン酸の活量減少 が陰性 コロ イ ド近傍 における特性 として負吸着現象 を予想 し得 る.土壌 による リン酸吸収 は外液中 に溶存す るヒ ド ロ二ウム とリン酸 イオ ンの活量積 に規制 されて行 な われ, ヒ ドロニウムイオ ンの活量 が増加す れば リン 酸 イオ ンは陰性 コロイ ド系外 か ら益々疎 外 され陽荷

電部位 に強 く影響 を受 けて リン酸吸収 が進行す ると 推察 され る. また, リン酸 ポテ ンシャルは吸収 リン 酸の特性 が外減中の リン酸の溶存性 に現 われた もの とみ られ, それぞれの土壌の もつ植物への リン酸 の 供給 に対す る一つの有効 な強度因子 としてみ ること も可能で ある.

Ⅴ

要 約

土壌 の リン酸 およびア ンモニ ウム吸収係数測定時 に共存す る他 イオ ンの存在で どのよ うな影響 がそれ らの養分吸収係数 に現 われ るかを明 らかに しよ うと して本実験 を行 なった. また,土壌 に吸着 された成 分の特異性 がそれ らの イオ ンの落存性 に現 われ る際 に,養 分 吸 収 係 数 との関連で若干 の孝寮 を行 か ､, 次の諸点 を明 らかに した.

1.土壌 中の共存塩類 が リン酸の吸収係数 におよ ぼす効果は土壌 の種類 によ り強弱の差 があるがいず れも増加の傾 向 を示 し, また窒素 に対 しては逆 に係 数減少の傾向 を示 す結果 を得 た.

2.

主要吸収成分以外の イオ ン種 の構成の違 いで 養分吸収係数は 多少異 な り, イオ ン強度 は必ず しも この よ うな実験条件下 においては両係 数 に対 して一 致 した関係 を示 さない.

3.共存塩類の増加は外滴の ヒ ドロニウムイオ ン の活量 増加 をもた らし,同時 に リン酸 イオ ンの活量 の減少 とア ンモニウムイオ ンの活量増加をもたらした.

4.本条件によるリン酸の土壌吸着 はpH+pH2P04 の値 に規制 され るそれぞれの イオ ンの溶存性 によっ て支配 される傾向 を示 した. またア ンモニウムの吸 着 は溶存す る各 イオ ンの比の pH‑pNH4の値 にかなり 左右 された.

文 献

1) S.MATTSON,E.ERIKSSON,K.VAHTRAS and E.G.WILLIAMS:Amm.Roy.Agr. Con ･, Sweden,16,457‑484(1949).

2) S.MATTSON,E.BARKOFFandE.G.WILLIAMS:

ibid,17,83‑140(1950).

3)S.MATTSON andE.ERIKSSON:ibid,18,128‑ 153(1951).

4)三井進午 ･天正 晴:土肥誌,28,1‑ 6(1957). 5)三井進午 ･天正 晴 :土肥誌,29,35‑40(1958). 6)奥田 東 ･堀 士郎 ･高橋英一 :土肥誌,30,

193‑200(1959).

7)川村三郎 ･中島照夫 :本誌,6,15‑30(1973). 8) R.K.ScHOnELD:Proc.XL Interat.Congr.

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^)I,71;‑(1974)

Pure and Appl.Chem,3, 257(1947). 10)A.WILD:Trams.Imtern.SoH Sc1.,4 th 9)J.S.CLARK and M.PEECH:Soil S?C. Congr.Amsterdam ln 146‑148(1950).

Amer.Proc.19,171‑174(1955). (昭和48年 12月10日受理 )