土壌水分含有量と土壌水ポテンシャル

土壌水分含有量は土壌が保持する水量を測定し、土壌水ポテンシャルはその水のエネルギー状態を測定するものであり、これらを合わせることで土壌中の水の量と利用可能性の両方を記述します。

Definition

土壌水分含有量とは、土壌中の水の量を質量または体積の割合で表したものであり、土壌水ポテンシャルとは、自由水に対する単位量あたりの水のポテンシャルエネルギーであり、不飽和土壌では毛管力と吸着力に起因するマトリックポテンシャルが支配的です。

Scope

このトピックでは、体積および重量水分含有量、土壌水ポテンシャルの構成要素（マトリック、重力、浸透圧）、土壌水分保持曲線、そして圃場容水量、永久しおれ点、植物有効水といった農業上の基準点について扱います。水の存在量と、それがどれほど強く保持されているかを区別します。

Core questions

• 土壌水分含有量はどのように測定され、表現されますか？
• 土壌水ポテンシャルの構成要素は何ですか？
• 水分保持曲線は何を関連付け、なぜ土壌によって異なるのですか？
• 圃場容水量、しおれ点、植物有効水とは何を意味しますか？

Key concepts

• 体積水分含有量と重量水分含有量
• マトリックポテンシャル、重力ポテンシャル、浸透圧ポテンシャル
• 水分保持曲線
• 圃場容水量
• 永久しおれ点
• 植物有効水

Key theories

土壌水ポテンシャル概念

土壌水のエネルギー状態は、マトリック、重力、浸透圧ポテンシャルの合計であり、水はより高い全ポテンシャルからより低い全ポテンシャルへと流れ、マトリックポテンシャルがより負になるにつれて植物の利用可能性は低下します。

水分保持（特性）曲線

水分含有量とマトリックポテンシャルの関係は、孔隙径分布によって決定され、特定のエネルギーで土壌が保持する水の量を定義し、圃場容水量、しおれ点、有効水分容量の基礎となります。

Mechanisms

水は、細孔内の毛管力と粒子表面への吸着によって土壌中に保持され、これらは細孔が細かく、きめ細かい土壌ほど強くなります。土壌が乾燥するにつれて、水は次第に小さな細孔と薄い膜の中にのみ残り、マトリックポテンシャルはより負になり、残りの水はより強く保持されます。圃場容水量は自由排水後の水分含有量であり、しおれ点は植物が水を吸収できなくなる水分含有量であり、その差が植物有効水となります。

Clinical relevance

水分含有量とポテンシャルを知ることで、栽培者は灌漑計画を立て、作物が水やりなしでどれくらいの期間耐えられるかを推定し、干ばつストレスと湛水の両方を避けることができます。これらの概念は、排水設計や土壌水分センサーの解釈にも役立ちます。

History

バッキンガムは1907年に土壌水の毛管ポテンシャルを導入し、その後の研究で水分保持曲線と圃場容水量およびしおれ点の概念が形式化され、農業と土壌物理学に土壌水分を記述するための定量的基礎が与えられました。

Key figures

• Daniel Hillel
• Edgar Buckingham
• Lorenzo A. Richards

Seminal works

• hillel1998
• brady2016

Frequently asked questions

圃場容水量としおれ点の違いは何ですか？

圃場容水量とは、重力によって最大の孔隙から水が排出された後に土壌が保持する水であり、容易に貯蔵される水の最大値です。一方、永久しおれ点とは、残りの水が植物が吸収するには強すぎるほど保持されている、より乾燥した限界点です。この間の水が植物有効水です。

土壌に十分な水があっても、植物にストレスを与えることはありますか？

はい、あります。乾燥した粘土質土壌や塩類土壌のように、水が非常に負のポテンシャルで保持されている場合、植物は測定可能な水分含有量があるにもかかわらず、それを吸収できないことがあります。これは、水の利用可能性がその量だけでなく、水のエネルギー状態に依存するためです。