含水比，乾燥密度，全炭素および全窒素含有量，

Abstract

To determine the accumulation process of humic soil layers distributed around Yufu Volcano，in the central part of Kyushu Island，SW Japan，we measured some physical prop- erties of the soil layers such as water content，dry bulk density，total carbon and nitrogen contents，mineral composition and color．

The water content and dry bulk density of soil layers have negative correlation with re- spect to each other．By using X-ray diffraction method，plagioclase and quartz are identified except in some soil horizons．Each soil facies has different color index．The influence of mix- ing of tephra particle was detected within １ ０ cm from top and bottom of the tephra layer based on changes in water content，dry bulk density，and carbon content．Changes in total carbon content probably depend mainly on fluctuations of plant production．After the fallout

含水比，乾燥密度，全炭素および全窒素含有量，

鉱物組成および色調からみた由布火山北麓に 分布する腐植質土壌層の集積過程

五島 直樹^１，＊・奥野 充^１・藤沢 康弘^２・鮎沢 潤^１・小林 哲夫^３

（平成１７年５月３１日受理）

Accumulation Process of Humic Soil Layers in the Northern Foot of Yufu Volcano，Southwest Japan as

Deduced from Water Content，Dry Bulk Density，

Total Carbon and Nitrogen Contents，

Mineral Composition and Color

Naoki G

，Mitsuru O

，Yasuhiro F

， Jun A

and Tetsuo K

（Received May３１，２００５）

１ 福岡大学理学部地球圏科学教室，〒８１４‐０１８０ 福岡市城南区七隈８‐１９‐１

Department of Earth System Science，Faculty of Science，Fukuoka University，８-１９-１ Nanakuma，Jonan-ku，

Fukuoka８１４-０１８０，Japan

＊ ２００４年３月卒業

Graduated in March，２００４

２ 応用地質株式会社九州支社，〒８１１‐１３０２ 福岡市南区井尻２‐２１‐３６

Kyushu Headquarter，OYO Corporation，２-２１-３６Ijiri，Minami-ku，Fukuoka８１１-１３０２，Japan ３ 鹿児島大学理学部地球環境科学教室，〒８９０‐００６５ 鹿児島市郡元１‐２１‐３５

Department of Earth and Environmental Sciences，Faculty of Science，Kagoshima University，１-２１-３５Korimoto，

Kagoshima８９０-００６５，Japan

Corresponding author : Mitsuru Okuno e-mail : okuno@fukuoka-u．ac．jp

福岡大学理学集報 ３５（２）３３〜４０（２００５） −３３−

はじめに

由布火山（標高１ ５ ８ ３． ３m）は，九州北東部に 位置する成層火山である（Fig．１A） ．中部九 州には，南北方向の伸張による階段状の陥没 で特徴づけられる別府−島原地溝帯（松本，

１ ９ ７ ９）があり，東西方向の正断層が発達してい る．この地溝帯に沿って，由布・鶴見，九重，

阿蘇，雲仙などの活動的な火山が分布しており

（Fig．１A） ，由布火山が位置する東部は豊肥火 山地域とよばれる（Kamata，１ ９ ８ ９） ．

由布火山は急峻な主山体と８個の側火山溶岩 からなり，径４ ０ ０m の山頂火口から溶岩流も流 出している（小林，１ ９ ８ ４；星住ほか，１ ９ ８ ８） ． 北側斜面には山頂まで達する深い沢があるが，

これ以外に著しい浸食地形は認められない．由

布火山の噴火活動は，九重第１軽石（Kj-P１：

町田，１ ９ ８ ０）以前まで遡り，最新の噴火では池 代溶岩と山頂溶岩およびこれに伴うブロックア ンドアッシュフロー堆積物・降下火山灰が形成 された（小林，１ ９ ８ ４；藤沢ほか，２ ０ ０ １） ．

この火山周辺には，厚さ約１m の腐植質土 壌層（以下，腐植土と記す）が発達している．

火山周辺に分布する土壌層について， 井村 （１ ９ ９ １，

１ ９ ９ ５）は，諏訪瀬島火山や桜島火山（Fig．１A）

の小規模噴火の累積でつくられた堆積物の乾燥 密度と炭素含有量などの鉛直変化から，噴火活 動との関係を考察している．一方，井上ほか

（２ ０ ０ １）は，霧 島 火 山（Fig．１A）東 麓 の 都 城 盆地の累積性黒ボク土の炭素・窒素同位体比を 測定し，植物珪酸体分析との対応をもとに C

および C

植物起源炭素の比率を復元している．

of the Kikai-Akahoya（K-Ah）tephra，the vegetation recovered within a short period．How- ever，the source of the inorganic substance such as mineral particles was changed by the overlying tephra in this region．

Key words : Yufu Volcano，humic soils，accumulation process，physical property

Fig． 1．

（B）Topographic map of Yufu Volcano and its northern foot．Analyzed samples are collected from outcrop at Loc．１．

−３４−

この研究では，由布火山北麓に分布する腐植土 層の特徴を明らかにするため，乾燥密度と炭素 含有量に加えて含水比や色調などの測定ならび に構成鉱物の同定を行った．本稿では，これら の結果にもとづいて，この腐植土層の集積過程 について議論する．

地質層序

分析試料は，由布火山北麓の Loc．１（Fig．

１B：N３ ３° １ ８′ ４ ６″ ，E１ ３ １° ２ ３′ １ １″ ）から採取した．

この地点の地質層序を Fig．２に示す．地表か ら腐植土が１ ５cm，由布北麓火砕流（Yf-N Pfl：

藤 沢 ほ か，２ ０ ０ １）が４ ６cm，腐 植 土 が１ ９cm，

九重段原スコリア（Kj-DS：太田，１ ９ ９ １）のス コリア粒（直径５mm）が散在する層準を挟ん で腐植土が１ ５cm， 鬼界アカホヤテフラ （K-Ah：

町田・新井，１ ９ ７ ８，１ ９ ９ ２）が１ ２cm，腐植土 が ４ ３cm で，これより下位はローム層である．

Yf-N Pfl は，由布火山の最新噴火で北麓に流 下したブロックアンドアッシュフロー堆積物で，

斜長石・普通角閃石・単斜輝石・黒雲母・斜方 輝石・かんらん石を含む．噴火年代は含まれる 炭化木片の

C 年代（奥野ほか，１ ９ ９ ９）から約 ２． ２cal kyr BP と推定される．

Kj-DS は，九重火山から噴出した降下スコリ アで，斜方輝石・単斜輝石・斜長石を含む．噴 出年代は，直下の腐植土の

C 年代 （Kamata and Kobayashi，１ ９ ９ ７）から約４． ８cal kyr BP と推 定される．

K-Ah は，鬼界カルデラ（Fig．１A）から噴 出した幸屋火砕流 （宇井，１ ９ ７ ３） の co-ignimbrite ash で，主にバブルウォール型火山ガラス（町 田・新井， １ ９ ９ ２） からなり，斜長石・斜方輝石・

単斜輝石を含む．噴出年代は，水月湖 （福井県）

のコア試料の年縞計測や

C 年代から約７． ３cal kyr BP（福沢，１ ９ ９ ５；Kitagawa et al． ，１ ９ ９ ５）

と推定される．

腐植土の最下部の

C 年代 は１ ０， ０ ８ ０±１ ３ ０BP で（Fig．２） ，約１ １． ６cal kyr BP の暦年に相当 する．腐植土の形成開始と

C の閉鎖系成立に 時間差（約１ ９ ０ ０年）が生ずることを考慮すると，

約１ ３． ５cal kyr BP に腐植土の形成が始まった と考えられる（Okuno et al． ，２ ０ ０ ３） ．

分析方法

地表面近くの層準は植物根が多く貫入して上 方が迫り出した形状のため正確な採取が困難で あり，Yf-N Pfl より下位の層準について，体積 ７cm

（各 辺２． ２cm）の ポ リ カ ー ボ ネ ー ト・

キューブ（夏原技研製）を用いて計３ ２点連続採 取した（Fig．２） ．なお，試料の深度は，Yf-N Pfl の下限からキューブの中心までの深度であ る．

キューブ試料の湿潤重量を電子天秤（Sarto- rius 社製，BP２ １ １D）により測定した後，定温 乾 燥 器 中（ADVANTEC 社 製，FS-４ ２ ０）で６ ０

℃，４ ８時間以上乾燥させた．これらの試料の乾 燥重量を測定して，含水比および乾燥密度を算 出した．

乾燥試料をメノウ乳鉢により粉砕し，元素分 析装置 CN コーダー（ヤナコ分析工業製，MT- Fig． 2．

含水比，乾燥密度，全炭素および全窒素含有量，鉱物組成および色調からみた

由布火山北麓に分布する腐植質土壌層の集積過程（五島・他） −３５−

７ ０ ０）により全炭素および全窒素含有量を測定 した．その際，標準試料としてキシダ化学株式 会社の CN コーダー用馬尿酸（C＝６ ０． ３ ３％，N

＝７． ８ ２％）を用いた．

これらの粉末試料について，X 線回折装置

（XRD：理 学 電 機 社 製，Geigerflex Rad-B）を 使用して構成鉱物種を同定した．XRD の測定 条件は，Cu 管球（Ni フィルター）を用い，電 圧３ ０kV，電 流１ ０mA，走 査 速 度２° /min，ス リ ッ ト１° −０． １ ５mm−１° ，走 査 範 囲４〜４ ０°

である．回折線強度は，石英指数（Quartz in- dex：林，１ ９ ７ ９）によって規格化した．

粉末試料の色調は，デジタル土色計（コニカ ミノルタ社製，SPAD-５ ０ ３）により測定した．

その際，試料はポリ塩化ビニリデンフィルムで 覆い，同様にフィルムで覆った白色校正板を用 いて土色計を校正した．粉末試料の色調は，CIE L

a

b

表色系（Wyszecki and Stiles，１ ９ ８ ２）

によって表現される．L

は明度（Lightness）

を表し，０（黒）〜１ ０ ０（白）の値をとる．a

はプラスが赤，マイナスが緑を，b

はプラス が黄，マイナスが青を表す．a

と b

の絶対値 が大きいほど彩度が増す．

測定結果

含水比，乾燥密度，全炭素および全窒素含有 量，斜長石と石英の石英指数および色調の鉛 直 変 化 を Fig．３と Appendix １に，代 表 的 な XRD パターンを Fig．４に示す．

含 水 比 は，３ ２． ２％（深 度１． ４cm）〜６ ２． ２％

（深度４ １． ５cm，３ ５． ５cm）の範囲で，最下位の ローム層から K-Ah にかけては増加するが，K- Ah より上位では逆に減少傾向を示す．一方，

乾燥密度は， ０． ４ ３g/cm

（深度４ ４． ５cm， ４ １． ５cm，

３ ８． ５cm）〜０． ９ ７g/cm

（深 度１． ４cm）の 範 囲 にあり，含水比とは逆相関の関係を示す．この 逆相関の関係は，試料に水が含まれる分，土壌 粒子の割合が小さくなることで説明できる．深 度８ ０． ７cm と５ ４． ３cm で含水比と乾燥密度が全 体の傾向から外れている．この２試料は，含水 比が低く乾燥密度が高いことから，キューブ試 料に細礫が含まれて水が減少した分，土壌粒子 の割合が増加したものと考えられる．

全炭素含有量，全窒素含有量および C/N 比 は，ほぼ同じ変化傾向を示す．全炭素含有量は ４． ３％（深度４ １． ５cm）〜１ ６． ３％（深度１ ２． ８cm）

の範囲にあり，K-Ah の層準でも４． ３〜６． ７％で，

Fig． 3．

Qz : quartz．

−３６−

腐植土では１ ６％でほぼ一定になる．なお，XRD では方解石や菱鉄鉱などの炭酸塩鉱物は検出さ れず（Fig．４） ，全炭素含有量は有機態炭素量 を示すものと考えられる． 全窒素含有量は， ０． １ ７

％（深度１． ４cm）〜０． ５ １％（深度５ ４． ３cm，２ ９． ８ cm）で，C/N 比は１ ８． ８（深度４ １． ５cm）〜３ ３． ５

（深度１ ５． ６cm）の範囲にある．

回折線強度は全層準を通して弱いが，斜長石 や石英が認められる層準がある（Fig．４） ．K- Ah より下位の層準では，石英の石英指数は１ ５

〜１ ０程度であるが，K-Ah でやや大きく減少し て，その上位では５前後になる．

色調では，L

が３ ０． ４（深度２ ４． １cm）〜５ ０． １

（深度４ １． ５cm） ，a

が２． ３（深度２ １． ３cm）〜５． ２

（深度３ ８． ５cm） ，b

が３． ２ （深度２ １． ３cm）〜１ ４． ９

（深 度３ ８． ５cm）の 範 囲 に あ る．こ れ ら は，ほ ぼ同じ変化傾向が認められ，K-Ah によく対応

したピークを示す．腐植土とローム層の境界で 顕著な差が認められないが，L

と a

はローム 層の３点で一定の値を示す．L

と全炭素含有 量は，強い逆相関の関係を示す．

考 察

全炭素含有量は，K-Ah の上位で１ ６％で一定 になり（Fig．３） ，植物生産による有機物の供 給と鉱物粒子をはじめとする無機物の供給が平 衡した結果と考えられる．また，全炭素含有量 は，腐植土の最下部から徐々に増加し，K-Ah の影響を受ける直前の深度５ ５cm 付近でほぼ平 衡状態に達しているとみられる．K-Ah の層準 は，いわゆる縄文海進最大期に相当し，完新世 でも高温多湿な時期であったと推定されている．

したがって，全炭素含有量の変化は，晩氷期以

Fig． 4．

（Appendix１）．Pl : plagioclase，Qz : quartz．

含水比，乾燥密度，全炭素および全窒素含有量，鉱物組成および色調からみた

由布火山北麓に分布する腐植質土壌層の集積過程（五島・他） −３７−

降の温暖湿潤化に伴う植物生産量の増加を反映 している可能性がある．ただし，過去の気候環 境を推定するには，埋没後の土壌有機物の分解 を考慮する必要がある（例えば，Aoki et al． ， ２ ０ ０ １） ．

C/N 比は有機物の起源を区別する指標とし て有効であり（中井ほか，１ ９ ８ ２；公文，２ ０ ０ ３） ， 高等植物に由来する有機物は１ ５〜３ ０，プランク トン起源の有機物は６〜１ ５程度の値を示す．K- Ah の層準での C/N 比の減少（Fig．３）は，K- Ah の降灰によって高等植物が一時的に打撃を 受け，その比率が減少したと考えられる．

Yf-N Pfl 直下１ ０cm からの乾燥密度の増加と 全炭素含有量の減少（Fig．３）は，テフラ粒子 の混入を示すと考えられる．石英指数では，石 英の減少と斜長石の若干の増加が認められる．

一方，K-Ah は低密度のバブルウォール型火山 ガラスからなるため，この層準では炭素含有量 と乾燥密度が共に減少している．これらのこと は，当時の地表面から１ ０cm までは植物根が貫 入していたことを示すと考えられる．阿蘇火山 でも，K-Ah 直下から１ ０cm まで火山ガラスの 混入が認められており（小野ほか，１ ９ ９ ５） ，今 回の結果と調和的である．また，K-Ah を境と した石英指数の減少は，地表面が K-Ah に覆わ れることによって鉱物粒子の供給源が変化した ことを示すと考えられる．

ま と め

由布火山北麓で採取した土壌試料の含水比，

乾燥密度，全炭素・全窒素含有量，C/N 比お よび構成鉱物から，腐植土層の集積過程につい て検討した．

含水比と乾燥密度は逆相関関係を示す．色調 の測定結果は層相とよく対応するが，含水比，

乾燥密度や炭素含有量はテフラ上下１ ０cm まで にテフラ粒子の混入の影響が認められる．また，

全炭素含有量の変化は，テフラ粒子の影響を除 くと，植物生産量の増減を反映する可能性があ る．K-Ah の降灰後，植生は比較的短期間に回 復したと考えられるが，この地域を広く覆った ため，土壌層への鉱物粒子などの無機物の供給 源は変化したと考えられる．

謝 辞

本稿の内容は，著者のひとりである五島直樹 が２ ０ ０ ４年１月に福岡大学理学部地球圏科学科に 提出した卒業論文にその後の知見を加えたもの で，名古屋大学年代測定総合研究センターの ２ ０ ０ ３年度シンポジウムで発表した．この研究を 進めるにあたり，柚原雅樹博士，瀬戸間洋平氏

（当時，大学院）をはじめとする同学科地学分 野の皆様に様々なご助言をいただいた．現地で の試料採取に際して，同大学院理学研究科の稲 永康平氏のご助力を得た．鳥井真之博士（熊本 学園大）のコメントは，本稿の改善にたいへん 有益であった．Maria Hannah Mirabueno 氏

（鹿児島大）には英文要旨の不備を指摘してい ただいた．この研究には，日本学術振興会の基 盤研究（B） （１） 「第四紀末の地形・地質年代尺 度 の 高 度 化・精 密 化 の 総 合 的 研 究」 （課 題 番 号：１ ４ ３ ８ ０ ０ ３ ０ １，研究代表者：奥村晃史）を使 用した．ここに記して厚く御礼申し上げます．

文 献

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含水比，乾燥密度，全炭素および全窒素含有量，鉱物組成および色調からみた

由布火山北麓に分布する腐植質土壌層の集積過程（五島・他） −３９−

A ppendix 1 Ph y si cal p rop erti es of an al y zed samp le s．Dep th in cm is v erti cal d is tan ce fro m th e b o tt o m o f the Yufu-N Pfl．Pl : p la gio cla se ， Qz : qua rt z ．

−４０−