土壌pHと酸性度

土壌pHは土壌溶液の酸性度またはアルカリ度を測定するものであり、養分の利用可能性、アルミニウムなどの元素の毒性、微生物活動を制御する主要な変数である。

Definition

土壌pHは土壌溶液中の水素イオン活性の負の対数であり、土壌の酸性度またはアルカリ度の尺度である。土壌酸性度は、溶液中の活性酸度と、交換複合体に保持されるはるかに大きな予備酸度から構成される。

Scope

このトピックでは、土壌酸性度の発生源と形態、活性酸度と予備酸度およびpH緩衝作用、pHが養分と金属の利用可能性に与える強い影響、石灰施用による酸性度の管理について扱う。土壌反応を、コロイド化学と肥沃度を結びつける中心的な化学的特性として論じる。

Core questions

• 土壌が酸性またはアルカリ性になる原因は何か？
• 活性酸度と予備酸度の違いは何か？
• pHは養分の利用可能性とアルミニウム毒性をどのように制御するか？
• 石灰施用によって土壌酸性度はどのように改善されるか？

Key concepts

• 土壌pHと土壌反応
• 活性酸度と予備酸度
• pH緩衝能
• アルミニウムとマンガンの毒性
• 養分利用可能性とpH
• 石灰施用と石灰要求量

Key theories

活性酸度と予備酸度

土壌酸性度は、溶液中の少量の活性水素イオンプールとして存在し、コロイド上の交換性アルミニウムと水素のはるかに大きな予備量によって緩衝されているため、pHを変化させるには予備量を中和する必要があり、これが石灰要求量を決定する。

利用可能性と毒性のpH制御

土壌pHは、養分と有毒元素の溶解度と化学形態を支配する。ほとんどの多量栄養素は中性pH付近で最も利用可能であるが、強い酸性度では有毒なアルミニウムとマンガンが可溶化され、リンが固定される。

Mechanisms

酸性度は、塩基性陽イオンが溶脱して水素とアルミニウムに置き換わること、根や微生物が酸を放出すること、アンモニウム肥料や酸性降下物が水素イオンを加えることによって発生する。酸性度の大部分は、交換複合体に交換性アルミニウムとして予備的に保持されており、これが加水分解して水素イオンを放出するため、土壌はpH変化に抵抗する。石灰施用は、この酸性度を中和する炭酸塩を加え、pHを上昇させ、アルミニウムを置換し、多くの養分の利用可能性を回復させる。

Clinical relevance

土壌pHは、最も情報量が多く日常的に測定される土壌特性の一つである。作物の選択、石灰の必要性と量、養分欠乏と金属毒性の診断を導き、環境中の養分と汚染物質の運命に強く影響を与える。

History

水素単独ではなく交換性アルミニウムが土壌酸性度の大部分を制御するという認識は20世紀半ばに現れ、石灰施用に関する理解を再構築した。一方、養分と金属の利用可能性がpHに強く依存するという事実は、土壌肥沃度と環境土壌化学の基礎となった。

Key figures

• Donald L. Sparks
• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil

Seminal works

• brady2016
• sparks2003

Frequently asked questions

土壌pHは植物にとってなぜ重要なのか？

土壌pHは、養分と有毒元素の化学形態と溶解度を制御する。中性pH付近ではほとんどの養分が容易に利用可能であるが、強酸性土壌ではリンが固定され、有毒なアルミニウムが放出される。一方、非常にアルカリ性の土壌では、鉄や亜鉛などの微量栄養素が利用できなくなる。

石灰施用はどのように土壌pHを上昇させるのか？

粉砕石灰岩などの石灰資材は、土壌酸性度と反応して中和する炭酸塩を供給し、水素イオンを消費し、コロイドから交換性アルミニウムを置換することで、pHを上昇させ、アルミニウム毒性を低減する。