土壌養分循環

土壌養分循環とは、風化、生物学的変換、吸着、吸収、損失を通じて、鉱物、有機物、交換性、溶液の各プール間で植物の必須養分が移動することである。

Definition

土壌養分循環とは、土壌の鉱物、有機物、吸着、溶解プール間、および土壌、植物、広範な環境間で植物養分を移動させる一連の生物学的、化学的、物理的プロセスである。

Scope

このトピックでは、植物の必須栄養素とその土壌循環、特に窒素、リン、カリウム、硫黄について、利用可能性を左右する無機化、固定、吸着、吸収のプロセス、および栄養素の損失経路について扱う。土壌化学と生物学を、肥沃度を決定する栄養素の供給と結びつける。

Core questions

• どの養分が必須であり、植物はどのような形でそれらを吸収するのか？
• 無機化と固定化は養分の利用可能性をどのように制御するのか？
• 吸着と固定はリンとカリウムの利用可能性をどのように制限するのか？
• 養分はどのような経路で土壌から失われるのか？

Key concepts

• 必須多量栄養素と微量栄養素
• 無機化と固定化
• 土壌窒素循環
• リンの吸着と固定
• カリウムの固定と放出
• 養分損失経路

Key theories

養分プールと変換

各養分は、風化、無機化、吸着、吸収を通じて、鉱物、有機物、交換性、溶液の各プール間を循環する。ある時点での利用可能性は、総含有量ではなく、これらの変換のバランスを反映している。

土壌中の窒素循環

土壌窒素は、固定、アンモニウムへの無機化、硝酸塩への硝化、植物および微生物による吸収、そして浸出、脱窒、揮発による損失を経て移動するため、窒素は最も動的で管理に敏感な養分である。

Mechanisms

鉱物や有機物中に保持されている養分は、風化や微生物による分解によって土壌溶液や交換サイトに放出され、そこから根に吸収されることで利用可能になる。窒素は微生物によって無機化、硝化、脱窒によって変換され、リンは強く吸着・沈殿して溶解度が制限され、カリウムは粘土上に保持され、また粘土内に固定される。損失は、硝酸塩のような可溶性イオンの浸出、窒素のガス状損失、収穫物による除去、侵食によって発生する。

Clinical relevance

養分循環を理解することは、肥料や堆肥の管理の基礎となる。養分が利用可能性や移動性においてなぜ異なるのか、供給を作物の要求にどのように合わせるか、投入物の無駄や水質汚染につながる損失を最小限に抑える方法を説明し、生産性と環境保護の両方を支援する。

History

19世紀のリービッヒの植物栄養に関する鉱物説は、作物の成長がミネラル養分の供給に依存すること、および収量が最も不足している養分によって制限されるという最小律を確立した。20世紀の土壌科学は、個々の養分、特に窒素とリンの循環を詳細に解明し、現代の養分管理の基礎を築いた。

Key figures

• Justus von Liebig
• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil

Seminal works

• brady2016
• sparks2003

Frequently asked questions

なぜ窒素は最も頻繁に制限要因となり、最も失われやすい養分なのか？

窒素は大量に必要とされ、非常に移動性が高くガス状の形態で循環する。硝酸塩は排水とともに容易に浸出し、窒素は脱窒やアンモニア揮発を通じてガスとして失われる可能性があるため、頻繁に不足し、保持が難しい。

土壌が養分に富んでいても、植物がそれを欠乏するのはなぜか？

総養分含有量は利用可能性と同じではない。例えば、リンやカリウムは豊富に存在する可能性があるが、大部分が鉱物に閉じ込められたり、強く吸着されたりしているため、土壌溶液中や交換サイトにあるごく一部だけが植物に容易に吸収される。