土壌物理実験結果の現地への適用性に関する研究 (IV) 圃場における土壌構造の判定とその実際的意義-香川大学学術情報リポジトリ

土壌物理実験結果の現地への適用性に関する研究

（ⅠⅤ）圃場における土壌構造の判定とその実際的意義

山田宣良，横瀬広司

STUDIES ON THE FIELD APPLICABILITY OF THEEXPERIMENTAL

RESULTS ON PHYSICAL PROPERTIES OFTHESOIL

（ⅠⅤ）Estimationofsoilstructur’ein situanditssignificance

NoriyoshiYAMADAandHirIOjiYoKOSE

Inthispaper，fourmethodsformeasurementofsoilstructureinsiiuareinvestigatedfromtheviewpointsof

themeasurementofphysicalpropertiesofaggregatedsoilandalsothemeasurementofcircumstanCeSpIOfit−

tablefor aggregateformationFourmethodsused arethemeasurementofsurfacesoilthickness，VOlume

changeofsoilbeforeandaftercompaction，relationbetweensoilhardnessandsoilmoisture，andmeasurement ofCO，COnCentrationinthesurfacesoillayer Inthesecondmethod，thefollowingequationisproposedto丘eld estimation of soilstructure：

S＝ユ一×100

wherel′istheratioofsoilvolumeafter compactiontothatbeforecompaction Accor・dingtothecomparisonoftheseexperimentalr・eSultswithanalizedaggTegateCOntent，itprovedthat noneofthesemethodscanestimatesoilstructureindividual1y，andthat，however，COmbinationofthemeasure− mentofSvalue orsurface soilthicknesswiththe relationbetweensoilhardnessand soilmoisture or・CO2

concentrationmaysigni負canttoestimatesoilstructurein situ 本報においては，団粒が発達した土壌が示す物理性の測定ならびに団粒が発達しうるような土壌環境の測定という 2つの側面から，圃場における土壌構造の判定とその実際的意義について，表土層の体積の測定，締固め前後の体積 差の測定，土壌硬度＋土壌水分による方法および土壌中のCO2濃度の測定の，合計4種類の方法を検討し，直接土壌 構造を表示しうるものとして，S値＝〈（1−Ⅴ）／V〉×100（Ⅴは締固め前後の体積比）を投棄した。 これらの方法を室内実験で求めた団粒率と比較検討した結果，いずれの方法においても単独で土壌構造を判定する ことは困難であり，実用上ほS倦または表土層の体積測定と，土壌硬度＋土壌水分またはCO2濃度の測定とを組合せ たものが有用であることがわかった。 緒 現在，土壌構造の分煩には（1）土壌粒子の結合状態によるもの 単粒構造，団粒構造，蜂の巣構造と，（2）土塊の割れ 方によるもの板状構造，柱状構造，塊状構造，粒状構造とがあるが（1），その分輝基準には主観的な部分が多く，判定 法も確立しているとはいいがたい。特に陣場における土壌構造は，作物の栽培やテイルスなどと密接な関係をもつに もかかわらず，定量的な測定や実際的意義についての検討がほとんどなされていない。そこでここでほ ①構造が発達した土壌が示す物理性の測定

88 _{香川大学農学部学術報賃 第39巻 第1号（1987）} ②構造を発達させうる土壌環境の測定 の2点に着目して，圃場における土壌構造の判定と，主として作物の栽培を対象とした場合のその実際的意義につい て検討を加えた。 実験の概要 実験圃場ほ香川大学農学部構内の農地工学圃場である。原士は灰色低地土壌に属する花崗岩質道標土で，その主な 物理性は蓑一1に示すとおりである。この閲場に対して，図−1，表−2のような土壌管理を加え，作物栽培下にお ける土壌構造の判定を試みた。 l lBl 】D2 I A3 D3 B3 E3 l lC4 B4 E4 A4 D4l l 」E5 A5 D5 C5 表−1 原土の物理性

N 午

兵 比 砂 分 シルト分 粘士 分 L L P L PⅠ −∵＝︰︰＝︰︰︰．︰＝ ︵ ︵ ︵ ︵ ︵ ︵ 3 0 3 7 5 4 1 6 5 6 8 2 6 6 2 7 1 3 2 図−1 圃場の分配（ラテン方格法） 表−2 試験区の種煩 （kg／区ノ年） 油 粕 施 用 量 C。CO3 施 用 畳 量 士 客 土 粘 度度度 年年年 7 8 9 5 5 5 0 0 0 0 0 0 0 い い 0 0 0 0 0 0 0 0 0 度度度 年年年 7 ︵X︶ 9 5 5 5 3 1 1 6 8 8 0 5 2 7 4 7 1 0 0 0 い い 0 度度度 年年年 7 ︵×︶ 9 5 5 5 3 1 1 6 8 8 0 5 2 7 4 7 1 6 8 0 3 1 0 度度度 年年年 7 8 9 5 5 5 3 1 1 6 8 8 0 5 2 7 4 7 1 2 6 0 7 3 0 度度度 年年年 7 8 9 5 5 5 0 5 2 7 4 7 1 7 4 0 0 5 0 1 3 1 1 6 8 8 土壌構造の判定法は，緒言の①に対応するものとして土壌の乾燥密度と硬度の応用的測定を，またある程度②との 対応が得られるものとして，土壌空気のCO2濃度を，それぞれ測定項目として選定した。サンプリングは隔月10日前 後に表土（深さ10cm中心）の定容採士を行って団粒率の室内測定値を求め，現地測定と対比して考察に供した。実験 は昭和58−60年度にかけて行い，比較を容易にするために全データのうちでA，B，Eの各ブロックのものを考察に

実験の方法，結果ならびに考察 1一 乾燥密度の測定 従来の研究により，→・般に土壌の構造が発達すると相対的に固相率が減少し，乾燥密度が小さくなることが明らか となっている。また，Voorheesら（2）をはじめとする多くの研究により，18kg／cm3の密度が板の伸長の限界とされるな ど，作物の生育との関連における意義も見出すことができる。従って乾燥密度の測定によって土壌の構造を判定しう る可能性は十分考えられることであるが，一般に行われている定容採土器によるサンプリング試料の乾燥密度測定で ほ，圃場における連続測定には十分な対応が期待できず，またその測定値の実際的意義についても不明な点が多い。 そこで，ここでは以下の2つの方法によって，これらの問題を解決しようと試みた。 （1）表土層の体積変化の測定による乾燥密度の測定（図−2の左側） （2レ、−ソミ、−・ド式締固吟．試験器を利用した，定容採土試料の締固め（図−3） 図−2 土壌構造の現地測定装置 図−3 締固め前後の体積差の測定法 （1）の方法ほ，市販のインチークレート測定器を利用し，径20cmのシリンダを心士まで打込み，シリンダ内の地表面 に蒔い素焼板を入れて，その板の表面の高さをポイントゲージで測定することによって，表土層の体積変化を求めよ うとしたものである。この方法採用の根拠は，土壌の構造が発達するとその体箔が増加するという経験的事実を，圃 場において定量的に測定しうることであり，特に今回対象としたような砂質土壌においては，水分変化に伴う膨張， 収縮の影響は小さいものと考えた。 また（2）の方法ほ，従来通り定容採士した試料に対してハーバ・−ド式締固め試験を実施し，締固め前後の体積を比較 して土壌の構造性を判定し，乾燥密度の値に実際的意義をもたせようとしたものである。締固めによる構造判定は， 三輪（3）や足立ら（4）の論文において，すでにその葡用性が示唆されており，（2）の方法は現地における簡便な締固め試験と しても位置づけることができるであろう。 これらのうらで，まず（1）の方法による測定結果（昭和58年度分）を図−4に示す。この即こおいて，1月中旬∼2 12月 2月 4月 6月 8月 10月 （昭和57年）（昭和58年） 図−4 表層土壌の乾燥密度の変化

90 香川大学農学部学術報賃 第39巻 第1号（1987） 月中旬の偲は霜柱の影響を受けたので破線で示してある。実施にあたってほ，圃場を耕転，均平化した後図−2の左 側の装置を設置し，1週間∼10日ごとにシリンダ内地表面の高さを測定し，地表面の上下変動が表土層の体横変化の みによって生じるという仮定の下に乾燥密度に換算したものである。 図−4からわかるように，Aブロックにおいては乾燥密度が単調増加する傾向があるが，B，Eでほ当初増加した 乾燥密度が一・定借で安定し，しかもその値がAに対して単に密度の小さい油粕を加えたのみの場合の値を下まわって いる。しかしながら，この結果を図−5，6に示した団粒率の測定値ならびに定容採土による乾燥密度の測定値と対 比させてみると，三者の増減の傾向ほ必ずしも−・致しているとはいえず，（1）の方法によって得られた結果から，ただ 8IllOl】 12f1 2J】4f】6I】 （昭和57年）（昭和58年） 12J】 2J】 4ノ」 6j】 8‖ 10バ （llr用】57ゴIり（昭利58年） 図−6 採取試料の乾燥密度 図−5 採取試料の団粒率 らに土壊構造を判定することは困難とみなせる。この原因としては ①サンプル尺度の違い，②測定原理の違いなど の他に，③比較対象の質的な相違も考えられる。すなわち，4月から6月にかけてみられるように，団粒率が減少し ているにもかかわらず密度も小さくなった場合には，耐水性団粒の非耐水性化が，また6月から8月にかけてみられ るような団粒率増加，密度増加の増合にはその道の移行現象が生じた可能性がある。 つぎに（2）の方法による測定結果と，同一・時期における団粒率の変化を表−3に示す。 表−3 締固めによる方法と団粒率との関係（相関行列） 平 均 値 V G T S 078±002 100 057 −047 −1．00 118±004 1−00 −055 −0−56 1188±2。45 100 O 48 2938±271 100 締固め前後体積比 乾燥密度（g／00ヂ） 団粒率（％） S値 V G T S この裏のデータは，昭和60年度の春，夏，秋，冬の4回，各6個ずつのサンプルを対象にしたもので，指標として 用いるざ値をV（締固め後の体積／締固め前の体積）で表すと

S＝」宗一×100

となる。すなわち5値は，構造の発達によって土壌の体積が何／く−・セント増加したかを表わしており，5値とG（乾 燥密度），A（団粒率）との間にはつぎの関係がみられる。 5＝一37“4G＋73“5 （γ＝056＊り 5＝0．526A＋231（γ＝048り

れ，S値をもとにして土壌の構造性を判定することが可儲となる。たとえば5値＝30は乾燥密度116g／廊と団粒率 131％とに対応している。しかしながら団粒率との相関は5億よりも乾燥密度のほうが高く，より有意となっている。 この原因は主として柿間め密度に対する土壌水分の影響によるものと考える。すなわち，水分一層の条件，特に締固 め最適含水比付近では，S億による土壌構造の判定が可能であるが，一腰的にほ土壌水分の影響を受けない乾燥密度の ほうが構造の指標としてより適しているものとみなせる。 2。 土壌硬度＋士襲水分の測定 一腰に乱さない土壁において，土壌構造が発達すると硬度が低下することが知られており，土壌硬度の測定は圃場 に・おける土壌構造の判定に葡用となる可能性をもっている。特にWhiteleyら（5）の研究などでは，作物棍の伸長とペネ トロメータの値との相関を見担すまでに至っており，圃場における土壌硬度の意義は，板系の伸展との関係でとらえ ることができる。 しかしながら，土壌の硬度は土壌水分によっても大きな影響を受仇乱された細粒土壌の場合にはほとんど水分の みの関数として，フォールコーン法による液性限界の測定が成立するに至っている。そこで，ここでほ山中式硬度計 によって1点につき5回ずつ土壌硬度を測定し，その平均値を×10SPa（≒kgf／げ）として図−7に示すと同時に，地 表面に設置した高周波水分計および深さ10cmに設置したテンシオメーターによる土壌水分値の平均を，表層における 土壌水分として併記した上で，両名の組合せによって土壌の構造性の判定を試みた。すなわち，土壌水分がほぼ同一 であれば，土壌硬度が小さいぼど構造が発達しているという前提に基づいて検討を行った。 ︵．計OtX︶製啓革︰¶ ︵h土台煮蝉刃 6月1日 1511 7JjlH 15F】 8月1口 図−7 昭和58年度夏季の土壌硬度と土壌水分 図−7からわかるように，昭和58年度ほ6月上旬と7月上旬に土壌が乾燥し，pF3を・超えた日もあるが，その他は おおむね土壌水分が潤沢であった。土壌の硬度はほぼ水分に反比例する傾向を示し，特にpFが2以下の場合にはほと んどゼロとなっている。ブロック別にみると，Aがほぼ完全に土壌水分と対応した硬度を示しているのに対して，B およびEは必ずしも対応しておらず，土壌構造が変化した可能性を示唆しているものとみなせる。たとえば土壌水分 がかなり減少したに．もかかわらず硬度がそれほど増加していない5月下旬や6月下旬には，土壌構造が発達したもの と考えられる。そこでこの間の団粒率の変化を表−4に示した。 表−4 団粒率の変化

5／10 6／8 7／2 8／7

6。8 8．3 117 66 74 8，8 166 85 81 150 177 114

92 _{香川大学農学部学術報告 第39巻 第1号（1987）} 蓑−4と図−7とを対比させれは，前記の考え方をある程度裏づけることができ，土壌硬度は土壌水分と組合せる ことによって，圃場における土壌の構造性を把振できる可能性がある。また団粒率が高い状態で土壌水分が多いにも かかわらず，適度な硬度を有するときほ耐水性団粒が多く存在しているものとみなすことができる。 3． CO2濃度の測定 土壌構造が発達するような土壌環境のうちで，誘因的要素の1つとして土壌生物活性度が考えられる。しかしなが ら，土壌生物活性度の適正かつ簡便な測定法は確立されておらず，重要な因子であるにもかかわらず従来は見のがさ れがちであった。 ここでは土壌空気中のCO2濃度の測定により，土壊生物活性度の判定を試みた。この方法が成立する根拠は，土壌 構造を形成する作用をもつ土壌生物が02を・消費し，CO2を増加させるという事実に基づいているが，土壌の通気性の 影響を受けるのが欠点であろう。またCO2濃度が8％以上になると作物根が減少するなどの悪影響が顕著となるが， 2％までは影響がないことが知られているので（6），圃場においては−・定億（数％）を超えない範囲である程度高い濃度 を示しているときが土壊構造形成時と考えられる。 またCO2濃度の測定法として−ほ，従来はガスタロマトグラフ法のような専門的手法が多用されてきたが，多少精度 は低下してもより簡便な方法が採用されるべきものと考え，今回は図−2の右側に示したように，あらかじめ一定の 深さ（20em）にスリットを入れたテンシオメ1一夕用ポーラスカップを埋設しておき，ゴムチューブのピンチコックを 外して，ドレ・−ゲル式検知管（感度01％）にカγプ内の空気を吸入させて，土壌中のCO2濃度を測定した。そのうち 昭和59年慶の測定結果を，その間の団粒率の変化と共に図−8に示した。 2り 4‖ 6＝＋8＝ 101】12J】 図−8 CO2濃度と団粒との関係（59年度） この固からわかるように，CO2濃度ほ02％∼20％の間で変化し，冬季に小さく晩春∼初秋に大きな値を示した。 これほHofmanら（J7）が明らかにした，団粒の安定性は夏季に高い季節変動を示すという結論を支持するものと考え る。ブロック別でほAが最も小さく，Eが最も大きかったが，相互間の絶対値の差も夏季ほど大となる傾向が認めら れた。また図一8の結果を士輿水分および地温（気象観測霹場）の測定結果と対比させてみると，一・定の地温（15∼20℃） まではCO2濃度と地温との間の相関が高いが，それ以上の温度になるとむしろ土壌水分との相関が見出される。さら に油粕の施用（4月上旬，11月上旬）の直後に一時的にCO2濃度が増加していることからも，土壌中のCO2濃度は土 壌生物活性度をかなり反映しているものと考えられる。ただしCO2濃度と団粒率との直接の関連性は明白ではなく， 土壌構造を判定するための手段としては，あくまで補助的なものとして位置づけられる。 4． 総合考察 前記1−3で考究してきた4種の測定法を，圃場における土壌構造の判定，およびその実際的意義を検討する立場 からまとめてみると，単独で土壌構造の判定に供することはやや困難であるものと考える。すなわち，単に同一周場 内での土壌構造の変化のみを問題にする場合には，相対的数億と考えられる「土壌硬度＋水分」やCO2濃度でもある 程度の意義は見出せるが，異なる圃場間の比較や，閻場内の不均一L性を対象とする場合には，絶対的数値としてのS値 や乾燥密度をもとにして土壌構造を判定する必要があろう。そして実用上はこれらの複数個の組合せが有意義になる

表−5 S個と土壌硬度＋土壌水分の組合せ 構 造 の 判 定 大 （≧30） 大 （≧30） 大 （≧30■） 大 （≧30） 小 （＜30） 小 （＜30） 小 （く30） 小 （＜30）

硬硬軟軟硬硬軟軟

湿乾湿乾湿乾湿乾

発 達＋安 定 発 達一減 少 発 達一不安定 発 達＋増 加 未発達一減 少 未 発 達 未 発 達 未発達＋増 加 壌水分，またはCO2濃度の測定を組合せたものが，圃場における簡便かつ実際的意義をもつ土壌構造判定法となるも のと考える。 引 用 文 献

（5）Whiteley GM．et al：A comparison of

penetrometer pressures and the pressures

exerted by roots，Plant and Soil，61−3，351

（1981）

（6）GeislerG：InteractiveeffectsofCO2andO2in

SOilonrootandtropgrowthofbarleyandpeas，

PlantPhysiol，42，305（1967）

（7）HofmaムG，Appelmans F：Seasonalchanges

Of the aggregate instability，ZeitPflanz

Boden，1975−2，209−216（1975）

（1987年5月18日受理）

（1）安竃六郎農業土木標準用語事典（土壌）， 187（1983）

（2）VoorheesWBet al：Someeffectsofaggr・e・ gate structure heterogeneity on root growth， SoilSciSocAmerJour，35，638・639（1971） （3）三輪晃一・圧縮による団粒破砕の観測，農土論集， 71，27−30（1977） （4）足立，堤，竹中，南斉突固めに伴うクロボク士 の団粒挙動と充填特性，農土論集，103，68−73 （1983）