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施肥の違いが黒ボク土における団粒安定性の温度依存性に与える影響に関する研究

関口, 覧人 セキグチ, ランド 東京農工大学

2022.08.18

概要

経済性を優先する現代の農業生産では，同じ作物を連続して栽培することは避けられない。同じ作物を同じ圃場にて連続して栽培すると，土壌中の病害虫の増加による作物の品質や収量が低下する連絡障害が発生する。連作障害の防除のためには，土壌の燻蒸消毒剤として臭化メチルが広く利用されてきたが，モントリオール議定書により我が国では使用が禁止されている。臭化メチルに代わる土壌の消毒技術として，熱エネルギーを用いた土壌消毒技術が注目されている。しかし，高い熱エネルギーを持った水が土壌特性に対してどのような影響を与えるかは解明されていない。加えて，施肥管理は土壌団粒の特性に影響を与え，有機肥料による土壌管理は化学肥料による土壌管理よりも，粒径な大きな団粒の量が増加し，団粒が崩れにくいことが報告されている。

そこで本研究では，（1）温度上昇が施肥の異なる土壌団粒の安定性与える影響，および（2）温度上昇による土壌団粒の崩壊メカニズム，を解明することを目的とした。

本研究では，我が国の畑地土壌として一般的な黒ボク土を対象とし，東京農工大学フィールドサイエンスセンター附属試験畑作システム試験圃場より施肥の異なる土壌を団粒試料として供試した。試験圃場では，1997年より，有機肥料区（M区）：牛糞オガクズ堆肥および化学肥料区（F区）：NPK肥料を用いて管理されている。本研究では，M区およびF区により採取した土壌を土壌団粒試料として供試した。湿潤状態での温度上昇が土壌団粒の崩壊に与える影響を解明するために，二段階湿式ふるい分け法を考案した。二段階湿式ふるい分け法は，標準湿式ふるい分け法により20℃の水温で40分間湿式ふるい分けを行い（一段階目），20℃で安定な土壌団粒を得て，再度団粒径ごとに異なる温度で任意の時間（20分および40分，80分）湿式ふるい分けを行う（二段階目）方法である。

まず，二段階湿式ふるい分け法により施肥の違いによる土壌団粒安定性の温度依存性を明らかにした。二段階目の水温は20および40，60，80℃に設定し，一段階目と同じ40分で二段階目も湿式ふるい分けを行った。その結果，どちらの試験区でも土壌団粒安定性には温度依存性があり，温度上昇に伴い土壌団粒が崩壊しやすく，特に，団粒径が大きくなるほど温度上昇による団粒の崩壊が顕著であった。また，団粒径によらずF区の土壌団粒はM区の土壌団粒よりも崩壊しやすく，F区ではM区で見られなかった250-500m画分の団粒の崩壊も見られた。

続いて，二段階湿式ふるい分け法の二段階目のふるい分け時間を変化させることで，土壌団粒が温水に暴露される時間と温度を制御することで団粒の崩壊に影響を及ぼす要因を解明した。このとき，二段階目のふるい分け温度を20および40，80℃に設定し，ふるい分け時間は標準ふるい分け時間の半分（20分）および標準のふるい分け時間（40分），標準のふるい分け時間の倍（80分）に設定した。その結果，同じ二段階目のふるい分け温度では，二段階目のふるい分け時間が長くなるほど土壌団粒の崩壊が促進されることを確認した。また，F区の土壌団粒は，M区の土壌団粒よりも崩壊しやすく，短いふるい分け時間でもM区よりも崩壊した。これは，二段階目のふるい分け温度が異なっても同様の傾向が見られた。ふるい分け温度の上昇はM区よりもF区の団粒崩壊に影響したのに対し，ふるい分け時間の延長による団粒崩壊はふるい分け温度の上昇よりも影響が小さかった。これより，土壌団粒の崩壊には，暴露される時間よりも暴露される温度の方が影響を与えることが示唆された。

温度が上昇することによる団粒崩壊メカニズムを明らかにするために，二段階目のふるい分け後の土壌懸濁液中に含まれる多糖類量および，二段階目のふるい分け後のそれぞれの粒径の土壌団粒中の全炭素量を測定した。その結果，懸濁液中の多糖類量は，二段階目のふるい分け温度が上昇するほど多くなる傾向があり，団粒の粒径が小さくなるほど多くなった。土壌団粒中に含まれる全炭素量は，団粒が崩壊するほど，団粒中からの減少率が大きくなった。さらに，土壌懸濁液中の多糖類量はF区の方がM区よりも多かったことから，土壌団粒中の接合物質，特に炭素を含む接合物質の量的な変化（減少）が土壌団粒の崩壊に影響を与えていることが明らかとなった。

本研究では，標準湿式ふるい分け法を改良した二段階湿式ふるい分け法が，土壌団粒の安定性に対して温度上昇が与える影響を解明するために有効な方法であることを明らかにした。また，施肥の違いは温度上昇による団粒安定性にも影響し，有機肥料による管理の方が温度上昇に対しても崩壊しにくいことを明らかにした。そのメカニズムとして，団粒の接合物質，特に炭素を含有している接合物質が減少することで団粒が崩壊することが示唆された。

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