土壌の鉱物組成とテクスチャー

土壌の鉱物組成とテクスチャーは、土壌が何で構成されているか、どのような種類の鉱物が存在するか、そして砂からシルト、粘土までの粒子の大きさの分布を記述するものであり、これらが土壌の物理的および化学的挙動の多くを決定します。

Definition

土壌テクスチャーとは、土壌中の砂、シルト、粘土サイズの粒子の相対的な割合であり、土壌鉱物組成とは、それらの粒子、特に微細な画分を支配する粘土鉱物を構成する一次鉱物および二次鉱物の種類と存在量です。

Scope

このトピックでは、土壌の一次鉱物と二次鉱物、粘土鉱物の性質と特性、土壌テクスチャーを定義する粒径区分、および土壌の命名に使用されるテクスチャー分類について扱います。テクスチャーと鉱物組成は、水収支、肥沃度、構造が依存する、遺伝的でゆっくりと変化する特性です。

Core questions

• 砂、シルト、粘土の粒径区分とは何ですか、またテクスチャーはどのように分類されますか？
• 土壌を構成する一次鉱物と二次鉱物は何ですか？
• 粘土鉱物は構造と反応性においてどのように異なりますか？
• テクスチャーと鉱物組成が保水能力と養分保持能力を制御するのはなぜですか？

Key concepts

• 砂、シルト、粘土の区分
• テクスチャー三角形とテクスチャー分類
• 一次鉱物と二次鉱物
• 層状ケイ酸塩粘土鉱物
• 比表面積
• 同形置換と表面電荷

Key theories

粒径テクスチャー分類

鉱物固形物を砂、シルト、粘土の区分に分け、それらの割合をテクスチャー三角形にプロットすることで、多くの土壌特性を予測する命名されたテクスチャー分類（砂壌土や粘土など）が得られます。

粘土鉱物の構造と電荷

シリカ四面体とアルミナ八面体のシートから構築された層状ケイ酸塩粘土は、同形置換による表面電荷を持ち、微細なテクスチャーの土壌に大きな表面積、イオン保持能力、収縮・膨張挙動を与えます。

Mechanisms

粒径は単位質量あたりの表面積を制御します。粘土粒子は最も小さいため、水保持、イオン交換、凝集を支配する巨大な表面積を持ち、一方、砂は大きな孔隙と排水性を提供します。粘土鉱物は一次ケイ酸塩の風化によって形成されます。その層状構造と、同形置換に起因する負の電荷により、陽イオンと水を吸着できるため、粘土の種類と量が土壌の反応性と収縮・膨張の可能性を大きく決定します。

Clinical relevance

テクスチャーと鉱物組成は、土壌の保水能力、排水性、作業性、養分保持能力、および工学的挙動を決定します。これらは、灌漑計画、作物選択、基礎設計、肥沃度と保全の必要性の解釈を導く遺伝的特性です。

History

土壌を粒径区分に機械的に分析する方法は19世紀後半から20世紀初頭にかけて発展し、その後、X線および化学的方法によって粘土鉱物の構造が明らかにされました。テクスチャー三角形と標準的なテクスチャー分類は、土壌記述と物理土壌科学の基本的なツールとなりました。

Key figures

• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil
• Daniel Hillel

Seminal works

• brady2016
• hillel1998

Frequently asked questions

土壌テクスチャーと土壌構造の違いは何ですか？

テクスチャーは砂、シルト、粘土粒子の固有の割合であり、非常に長い時間スケールでしか変化しませんが、構造はそれらの粒子がどのように塊や孔隙に凝集しているかであり、管理や生物活動によって比較的迅速に変化する可能性があります。

粘土が砂よりも多くの水と養分を保持するのはなぜですか？

粘土粒子は砂よりもはるかに小さいため、はるかに大きな総表面積を持ち、多くの粘土では負の表面電荷を持ちます。これにより、薄い水膜を保持し、養分陽イオンを引き付けて保持することができますが、粗い砂は表面積がほとんどなく、自由に排水されます。