土壌の団粒に関する2～3の仮説の検証-香川大学学術情報リポジトリ

(1)

土壌の団粒に関する２∼３の仮説の検証

山田宣良

The verification of several hypotheses about soil aggregate

Noriyoshi YAMADA

Abstracl

Several hypotheses about soil aggregate were suggested from the researches in the past 3 0 years.

The author carried out further experiments iμorder to verify them from 1 998 to 2003.

The theories derived from those hypotheses are as follows:

（1）lt isnlt possible to declare th4t the total amount of soil aggregate （water-stable and non-stable ones）is

constant but the change of its quantity is very small.

（2）lt is probable that the water-stable aggregate is 柘rmed after the organic matter in the soil dried up. But it is

insufficient to express the relation among these factors quantitatiyely by the multiple regression equation.

（3）Continuity in the same field is admitted to the theories about soil aggregate but universalism among different

fields isn’t admitted. /

Key words : 土壌の団粒，土壌有機物，相関行列．緒言著者は過去約30年間にわたり土壌の団粒に関する一達の研究を継統してきた．その中から土壌の団粒の基本的性質にいくつかの特徴が見出された．そこで平成10∼15年の６年間にわたり，香川大学農学部作物学研究室の実験圃場において，それまでの研究結果から示唆された土壌の団粒に関する２，３の仮説の検証を行った．さらにそれをもとにして，その仮説が時間五色台Ａ五色台Ｂ

_{池池池池別別緑緑由鬼堂}

_{戸戸戸戸所所心八良ケ}

_{ＡＢＣＤＡＢＡＢ山無平}

粒子密度 (g/cm3) 2.67 2.71 2.63 り乙ｎ／｀ｎ／心ｎ／｀り乙ｎ／心ＱＪ１０Ｊ７″ｈ︰︶ QCLr︶Ln LQ 65 只︶ｒＤ２４ｒＤ７ C C C ａａｌｎ／ ″ ｎ／｀ｎ／ハ︼的連続性や空間的普遍性を通じて，一般的性質として認められうるものであるか否かについて論理的拡張を試みた．試料採取は原則として各年とも５月３日前後の，土壌水分が圃場容水量以下まで減少した時に行ったが，時間的達続性の検証にあたっては必要に応じ11月３日前後にも実施した．また空間的普遍性の検証のため，表−１に示す母材の異なる香川県下13ケ所の採取試料を加えて比較検討した．表中における池戸Ａ土は連統性の検証に供表−１供試土壌の基本的物理性砂分 (％) 一 30 48 ５５７４９９LO ７７６６７７７ 71 38 71 54 シルト分 (％) ｑ︶４ 36 18 16 ″ りり乙 21 ︵Ｘ︶ＣＱｌ 20 43 2 25 粘土分 (％) ４６７９７５３５２９９７１２１１１１１１２ｎ／心 LL (％) -105 57 33 35 ７３５８５３１４１９６ｒＤ５３３３５３３５６２４りＪ 46 39 26 26 28 28 ( 7 ) ｎ／｀ 27 48 53 23 29 29 IP (％) QCK︶ LrD︲︲H ７︵ぴ 1 0 ７ｎノ｀４４ｑ︶８ｑ︶ 1 7 6

(2)

100 80 60 40 20 ％ μｍ 10 100 図一１土壌の団粒分類模式図試した実験圃場の表土,/池戸B土は心土である．また五色台A土，五色台B土，由良山土は粘性土，その他は砂質土に分類される．実験の方法サンプリングは100ml定容採土を深さ30cmまで５ｃｍごとにそれぞれ３個ずつ採取した．実験項目は三相分布，有機物量と団粒量であり，それぞれ農業土木学会の方法を準用した(lj . ただし土壌の団粒に関する実験方法は，まだ完全に確立しているとはいいがたいので，ここでは団粒の強度(耐分散性)を重視した筆者が提案した方法(2)を採用した．そのうち1995年以前のデータの一部に不整合性がみられたので，練り返し団粒を除いたものを共通のデータとした．図一１に模式的に示したように，この方法は基本的にはJISの粒度分析方法を準用したものである．すなわち，JIS A1203の粒径加積曲線に相当する曲線土壌水分有機物量微細団粒粗犬団粒非耐団粒全団粒最大値 31.5 5.1 28.7 18.3 １ C Y ︶ 78 QQ 1000 （上）と，分散剤を使用しない場合の粒径加積曲線（中），乾式ふるい分け法（音波法）による粒径加積曲蕪（下）の３本を描き，砂粒径とシルト粒径の境界線（75μm:破線）により，団粒を粗大（耐水性）団粒：右上，微細（耐水性）団粒：左上，非耐水性団粒：下，の３種に分類して表示している．結果と考察による仮説の検証 (1)団粒の総量―定の仮説：耐水性粗大団粒，微細団粒と非耐水性団粒とは収支関係にあり，３者の合計量は一定であるという仮説．従来の団粒分析は湿式ふるい分け法によって耐水性団粒量を求めるのが一般的であり‘3)団粒の増減は単粒との収支関係として取り扱われることがほとんどであった．ここではそれを拡張し，従来単粒とみなされていた土粒子のうちで非耐水性団粒のみが耐水性団粒の形成に関与しているものと考えた．表−２各因子の統計量最小値３２６９８ｎｘ︶ H H ¥9 ６９１５４４平均値一 22.2 4.2 21.9 13.4 24.9 ９り０ｒり標準偏差 5.22 0.78 3.00 NCY︶CNｌｒｏ７ＩＩＩNCY︶Lr︶変動係数 0.236 0.187 0.137 0.158 0.141 0.095

(3)

この仮説を検証するために６年間の団粒の質的変化を同時に測定した土壌水分，有機物量とともに諸統計量で表し，その中でもとぐに変動係数に着目した．その結果は表−･2に示す．この表からわかるように，変動係数は土壌水分の値が他の項目より有童に大きく，また全団粒は有童に小さい，その他の項目間の差は有意ではなかったが，経験的に示唆された順位とほぼ一致しており，土壌水分の大幅な変動と有機物量の変動とに伴い，図一１で区分された団粒相互間に収支関係が成立する可能性がある．土壌水分有機物量微細団粒粗大団粒非耐団粒６４１１２１ 10 ８表−３土壌水分 1.00 ただし一般に全体の変動係数は部分のそれよりも小さい値を示すことが知られており，全団粒の変動係数が 0.095であったことから，団粒の総量が常に一定であると断定するまでには至らない．全団粒の変動係数の大部分は測定誤差と考えられるものの，それでもわずかではあるが単粒と非耐水性団粒との間にも収支関係が成立する可能性も否定できない．むしろ従来測定上の制約から同一視されていた，単粒と非耐水性団粒とを分離して取り扱うことの有用性が立証されたのではないかと考える．達統性に関する相関行列と重回帰式有機物量 −0.8 1.0 ｑ︶微細回粒 −0.76 ０ａｓ０１ｒｎ︶ＯLQO 粗大団粒 −0 79 ４００４︶Ｑａｌ００ 1.00 粗大＝0.87微細−0.19非耐十〇.63有機十〇.083水分−6.06

(％)

粗大

６１４２１１ 10 ８．（どｙ３ ● Y＝−0.18X＋17 R＝−0.79 ●

（％）15

図一２

20 ● ４ ●● ● ● ・・● ●● 非耐団粒 0.50 −0.16 −0.31 −0.48 1.00

Y＝0.61X＋10

R＝0.64

●

５有機物

／ｙ／ｋ

25 土壌30水分

有機物・土壌水分と団粒との関係

(4)

30 (2)耐水性団粒は土壌有機物の乾燥によって形成されるという仮説：団粒の耐水性は撥水性と密接な関係にあり，撥水性は有機物の乾燥によって発現する(4).(5' . 撥水性の測定に際して，筆者はゴニオメータによる土一水接触角直接測定を行ってきたので，まずこの方法を試みた．しかしながらゴニオメータによる方法はミクロな視点によるものであるので，データのバラツキが大きく必ずしも圃場の実状を表しているとはいいがたい面がみられた．そこでよりマクロな方法として，統計量を用いた実証を試みた．この仮説の検証のためにまず実験圃場（池戸A，B）の測定結果から各因子間の相関行列を求め，さらに耐水性粗大団粒を目的変数とし土壌水分量と有機物量とを含む４因子を説明変数とした重回帰式を求めた．その結果は表−３に示すとおりである．この表からわかるように，耐水性団粒は土壌水分と有意な負の相関をもち，有機物量とは有意な正の相関を示した．したがって耐水性団粒が土壌有機物の乾燥によって形成されるという仮説は，単純相関のレベルでは支持される．これを数量的に図示すると図一２めようになり，一次回帰式で表すことが可能となる．すなわち有機物量 1.5％の増加または土壌水分６％の減少により，粗大団粒を１％増加させることができる．しかしながらこれを重回帰式で表した場合には，表− ３の下式のようになり，本来マイナスとなるべき土壌水分の係数がプラス，プラスとなるべき定数項がマイナスになるなど，やや非合理的な点があり，数値を代入した場合実測催との誤差がやや大きくなった．したがって仮説は有力ではあるが完全とはいえず，重回帰式で表すまでには至らない. (31 団粒の形成に関する法則には(時間的)違続性と (空間的)普遍性があるという仮説．先に認められた仮説がもし一般的に成立するものであれぱ，土壌の種類に関わらず法則性が拡張できるものと考えた．このうち達続性ついては仮説(1)，(2)の検証に用いた実験里場の測定値が６年間の春，秋の採取試料を用土壌水分有機物量微細団粒粗大団粒非耐団粒表−４普遍性に関する相関行列土壌水分 1.00 30 20 1 0、一一ご一一ぐ、由不

団粒

● ● 有機物量．微細団粒粗大団粒 −0.23 1.00 0.06 0.54 1.00 −0 ００１ｑ｀０︵ぴＱり 89 00 ｜Ｘ（．非耐団粒 0.16 −0.27 C Y ︶ − ０一 ao ００・・〇Ｉゝ・

Y＝0.64X＋1.4

R＝0.39

有機物量5（％）10 15 20 図一３有機物量と粗大団粒との普遍的関係 25

(5)

いていることからほぼ成立しているものと認め，つぎに表−１に示した香川県下13ケ所の測定結果相互間の普遍性を検討した．ただし(1)については証明に供しうるデータが不十分であったので，ここではとくに(2)の仮説について，同様に統計的手法による証明を試みた．その結果を表−３と対応させた相関行列で示すと表−４のとおりである．この表からわかるように，各因子間の相関係数は表− ３の値よりかなり小さく，とくに土壌水分は団粒の形成には全く関与していない．したがって普遍性の成立は否定され，団粒に関する法則性は同一土壌を対象として連続性を論じる場合にのみ成立する可能性が高い．ただし表−４のうちで有童な相関を示した有機物量と粗大団粒との関係をさらに詳細に検討すると図一３のようになり,･有機物が団粒の形成に有効な群と無効な群とに分けて考えることがより妥当となる．すなわち，粗大団粒が10％以上となりうる群に対しては有機物の施用が有効であるものとみなすことができるという結果となった．これは表−１に示した土壌は砂質土と粘性土とを含み，農耕地と非農耕地とが混在しているので，土壌分類または土地利用と関達づけて考究する必要があることを示唆しているものと考える／結言土壌の団粒に関する２，３の仮説を検証した結果，（1）耐水性団粒量に非耐水性団粒量を加えた団粒の総量は，一定であるとはいえないものの変動量は小さく，団粒相互間に収支関係が成立している. （2）耐水性団粒は土壌有機物の乾燥に伴う撥水性の増大により形成・維持される可能性が高いが，重回帰式で表示するまでには至らない. （3）団粒に関する法則には同一地点での測定データの達続性は認められるが，異なる地点にまで拡張した場合の普遍性は認められない．ことが判明した．摘要平成10∼15年の６年間にわたり，それまでの研究成果から得られた土壌の団粒に関する･2，3の仮説の検証を行った．その結果，団粒の総量（耐水性と非耐水性の和）は一定であるとまではいえないまでも，ぞの変動量はきわめて小さいこと．耐水性団粒は土壌有機物の乾燥によって形成される可能性が高いが，重回帰式で表示ずるまでには至らないこと．団粒に関する法則には連続性は認められるものの，普遍性は認められないことが判明した．引用文献（1）土の理工学性実験ガイド編集委員会：土の理工学性実験ガイド，pp.58-61，83-90.農業土木学会，東京（1983）. （2）山田宣良：耐分散性をもとにした土壌の団粒の分類とその土壌型との関連性，農土論集178，1-6 （1995）. （3）土壌環境分析法編集委員会：土壌環境分析法，p.40 博友杜，束京（1997）. （4）山田宣良：有機物が土壌の物理性に及ぼす影響，香大農学報54，21-28（2002）. （5）川本他：火山灰土壌の撥水性評価に関する実験的研，究，農土論集230，75-83（2004）.