土壌の化学的な緩衝作用とは？
土壌内の物質に不和や衝突が起こるとpHが酸性やアルカリ性に傾きすぎて、栄養素が根から吸収しにくい状態になったり、ある成分が溶け出して作物に障害を与えたりするなどの弊害が生じます。このような弊害が起こらないようにする土の働きを「土壌の緩衝作用」や「土壌の緩衝能」といいます。ある土壌に緩衝作用があるということは、栽培作物にとって適正なpHが保たれやすい土壌であるということになります。
雨の多い日本では土壌が酸性化しやすい傾向がありますが、近年は酸性土壌を改善するために苦土や石灰を使いすぎて、アルカリ性に傾きすぎている土壌もあるようです。少し話が脱線しますが、ウイグルのタクラマカン砂漠やモンゴルのゴビ砂漠から飛来する黄砂はアルカリ性のため、大昔から日本の土壌の過度な酸性化を抑えてきました。マスコミの報道によりすっかり悪者扱いの黄砂ですが、黄砂が飛んでこなければ日本土壌は不毛であったかもしれません。
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緩衝作用の仕組み、土壌コロイドとの関係
土の中にあるプラス電荷を帯びた栄養素は、腐植物質や粘土鉱物の複合体である土壌コロイドにくっつきとどまっています。なぜくっつくかというと、土壌コロイドの表面はマイナスの電荷を帯びているためです。プラス電荷を帯びた栄養素は専門的な用語で「塩基」と呼ばれます。塩基が土壌コロイドに付着した状態がもっとも作物が利用しやすく、また土壌からの流失も少なくなるとされています。植物の根は根酸などの作用でプラス電荷の水素イオンを放出し、土壌コロイドに付着した塩基と交換することで栄養素を取り込みます。
塩基（プラス電荷の栄養素）には、多量要素のカルシウム（石灰）・マグネシウム（苦土）・カリウム、微量要素の鉄、有用要素のナトリウムなどがあります。
土壌の塩基の保持能力を示すものが、CEC（Cation Exchange Capacity）です。CECが高いと土壌は肥沃であり緩衝作用が強いと考えることができます。土壌コロイドに塩基がどれぐらい満たされているかを示すものが塩基飽和度です。塩基飽和度が高いと土壌のpHはアルカリ性に偏りやすい傾向があります。
土壌の緩衝作用が弱い場合のデメリット
日本の年間降雨量は世界第3位と多くの雨が降ります。そして雨は大気中の二酸化炭素が溶けるためもともと弱酸性です。その影響で多くの酸性物質が土壌中に溶解しています。雨の影響に加えて酸性肥料の連用などが影響して、土壌コロイドに吸着していた陽イオンの栄養素にかわり、水素イオンが吸着されやすくなります。水素イオンの濃度が高くなると、土壌のpHは酸性へ傾きます。そして塩基は吸着・保持されずに土壌から流失しやすくなります。
土壌のpHは作物の生長が大きく影響を受ける要素の一つです。それはpHの状態により作物が必要とする栄養素の化合形態や溶解度が変化し、根が吸収しやすい状態かどうかに大きな影響を及ぼすからです。根や微生物の生理状態も変化するとされています。酸性に偏った土壌ではカルシウムやマグネシウムが不足して、リン酸・カリ・モリブデンなども欠乏しやすい状態です。また、酸性が強い土壌ではアルミニウムが溶解し根に強い障害をもたらすとされています。さらに悪いことには、酸性土壌を改善するために、石灰（カルシウム）や苦土（マグネシウム）を施肥しても、陽イオンの栄養素を吸着できる土壌コロイドが少なければ保持されず流失してしまいます。受け入れる側（土壌）の体制を整えておかないと施肥が無駄になる可能性が高いということです。
また、緩衝作用の弱い土壌において、養分を過剰に施肥した場合は、土壌中の養液濃度が高まり、作物の根が傷むなどの濃度障害を引き起こす可能性があります。化学的な側面からいえば、土壌コロイドが少ないため施肥した塩基類が吸着する場所がなく、濃い養液が根に接触することが原因の1つだと考えることができます。土壌の緩衝作用が低い土壌では、1回の施肥量を少なくして回数で補うことになるため農作業の効率が著しく低下します。
土壌コロイドについて考えてみる
土壌の緩衝作用を考えてみると、土壌コロイドが大きな役割を担っていることに気が付きます。土の中に良い状態の土壌コロイドが存在していれば、塩基が吸着保持されて、栄養素の流失が起こりにくかったり、濃度障害が発生しにくかったりします。それでは、土壌コロイドを増やせば良いということになりますが、生成される過程が判明されておらず、簡単ではないようです。
土壌コロイドの測定はできませんが、CECの値が高い土壌は、土壌コロイドが適切に存在していることになります。CECの改善にはバーミキュライトやモンモリロナイトといった鉱物由来の資材や、フルボ酸やフミン酸を含んだ腐植物質の資材などが用いられます。土壌コロイドは粘土鉱物と腐植物質の複合体ですから、もしかするとこのような資材の施用が土壌コロイドの生成に良い影響を与えるかもしれません。
土壌の緩衝作用の改善に役立つ資材｜リンサングアノ
土壌の緩衝作用の改善におすすめしたいのが、インドネシア産バットグアノであるリンサングアノです。コウモリ由来（排泄物や死骸）のリン酸と腐植酸が豊富に含まれています。リンサングアノのリン酸は、く溶性のため肥効が長くじっくり効くという特徴があります。また、多くのカルシウム（石灰）が含まれているため、土壌の酸性化を防ぐ効果が期待できます。そして、腐植酸のキレート作用によりリン酸をが不可給態リン酸になるのを防ぐため、植物が根からリン酸を吸収しやすい状態に保ちます。
土壌の緩衝作用を意識した栽培方法を実践しましょう
緩衝能の高い土壌では「塩基が流失せずに土に留まりやすい」「栄養素が根の吸収しやすい状態になっている」などのメリットがあり、農業経営を健全に実施するための重要なファクターです。圃場の緩衝作用の改善については、pH・CEC・塩基飽和率などを指標にして計画・実施するのが良いかもしれません。今回のコラムを皆様の作物づくりにお役立ていただければ幸いです。
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参考資料：
・土壌診断によるバランスのとれた土づくり
（財団法人日本土壌協会）
コラム著者
キンコンバッキーくん
菌根菌由来の妖精。神奈川県藤沢市出身、2023年9月6日生まれ。普段は土の中で生活している。植物の根と共生し仲間を増やすことを目論んでいる。特技は狭い土の隙間でも菌糸を伸ばせること。身長は5マイクロメートルと小柄だが、リン酸を吸収する力は絶大。座右の銘は「No共生 NoLife」。苦手なものはクロルピクリンとカチカチの土。
