【農業技術】土壌の三相分布と土壌水分について解説していきます

うちの畑は水をやってもすぐ水たまりができちゃうし、乾くと板みたいな土になっちゃうのよね・・・

わかば先生

それは土の状態がよくないのかもね。よい土というのは水はけが良くて、でも水の持ちも良い、そんな土なんだ。一見すると相反する性質に思えるよね。でも違うんだ。無駄な水を速やかに排出して、適切な量をきちんと保持できる土、という意味だよ。今回は土壌水分について学んでいきます。土壌水分は栽培を始めてすぐに直面する問題だからきちんと学んでいこう！

三相分布を理解しよう

わかば先生

前回は土の成り立ちを学びました。土は風化して細かくなった岩や火山灰、植物の遺骸など、多くの材料が長年かけて混ざり合ったものだったよね。だから土には固体の部分もあるし、すき間に空気が入り込む部分もある。今回は土を固体・気体・液体の３つに分けて見ていきます。

三相分布とは

三相分布とは、土壌内の固相（固体の部分）、気相（気体の部分）、液相（液体の部分）の３つの容積比率を指します。三相分布は土壌の物理的性質を示すものですが、後で解説する「団粒構造」が関与するため、養分の保持力や根の伸長のしやすさも関わってきます。

土壌の三相分布は、前回学んだ土壌の種類（成り立ち）によってある程度は決まってしまいます。一方、有機物を施用するなど土壌改良によって少しずつ改良することもできます。ではどうして有機物を施用することで土壌が改良できるのでしょうか。次にその仕組みをみていきましょう。

有機物と三相分布

有機物は土壌中で粒子と粒子を結合させて小さな塊りをつくります。これを団粒構造と言います（後で解説します）。この団粒構造の中には、さまざまな大きさの「すき間」があります。これを孔隙（こうげき）と言います。孔隙はその大きさによって機能が異なります。まず大きい孔隙は、すき間なので気相の占める割合が大きいです。もし水が流れ込んできても、そのまま流れ出てしまいます。一方、小さい孔隙では水を保持することができるため、液相の占める割合が大きくなります。では、なぜ小さい孔隙は水を保持できるのでしょうか。

答えは毛細管現象によって、小さい孔隙では水を保持できるためです。毛細管現象とは細い管の中を液体が重力の力に逆らって上昇する現象です。主に静電気力が影響していると言われています。この小さい孔隙の多い土壌が「水持ちのよい土壌」となります。有機物を施用することで大小さまざまな孔隙ができ、大きい孔隙は水を地下に流すため「水はけのよい土壌」として作用し、小さい孔隙が水持ちのよい土壌として作用する。これが冒頭に述べたよい土と言われるものです。

わかば先生

たい肥の土壌改良効果だね。たい肥は団粒構造を作る効果があるため、より水管理のしやすい圃場に改良できるよ。

前項で有機物が土壌粒子の接着剤のような働きをすることを学びました。この他、粘土粒子が持つイオン結合の働きによっても土壌粒子は結合します。また、植物の根が放出する有機物によって結合は強化されていきます。土壌粒子の結びつきが弱いと雨などで簡単に壊れてしまいますが、多くの有機物や植物・微生物の働きによって結合が強化された団粒は簡単には壊れません。これを耐水団粒と言います。

土壌水分とｐF

土壌にどの程度の水が含まれているか、という値はいくつもありますが、実務面を考えると今回紹介するｐF（ピーエフ）が最も有効なので紹介していきます。

ｐF値は土壌の保水性を示す値であり、おおざっぱに言うと「その土壌から水を引き出すのにどれだけの力が必要か」を表したものです。ｐF値が低い程、その土壌から水を引き出す力が小さい＝水が豊富にある状態、逆にｐF値が高い程、その土壌から水を引き出す力が大きい＝水が十分にない状態を指します。

ｐF値が0の場合

その土壌に最大量の水が含まれた状態です。畑であれば土壌がじゃぶじゃぶの状態と考えて下さい。三相分布で言うと、固相と液相しかない状態です。これを最大容水量と言います。この状態は過湿に近い状態ですが、雨などの水の供給が止まり、一定時間経つと土壌が保持できない水は重力によって土壌の外へ流れ出ます（この流れ出た水を重力水と言います）。

ｐF値が1.7付近

先ほどのｐF値が0の状態から一定期間経ち、重力水が全て流れ出た状態です。土壌には重力水が流れ出たため気相が現れ、重力に逆らって水分を保持できる毛菅水が残った状態です。この状態が作物にとって最も水を吸収しやすく、水が十分にある状態と言えます。これを圃場容水量と言います。栽培管理上、最も理想の状態の場合が多く、ｐF1.7を維持するような管理が求められます（作物によって異なるので注意が必要です）。

ｐF値が3.0付近

乾燥が進みｐF値が3.0になると毛菅水のつながりが途切れ始めます。このため、毛菅水の移動がなくなり作物がしおれ始めます。このｐF値3.0付近を正常生育阻害水分点と言います。作物管理上、ｐF値1.7から少なくとも3.0以内で管理する必要があります。

ｐF値が3.8以上

ｐF値が3.8を超えると根が吸水できなくなり萎れが見え始めます。これを初期しおれ点と言います。さらに乾燥が進みｐF値が4.2以上となると、水を与えても萎れが回復しなくなります。これを永久しおれ点と言います。

ｐF値は1935年にイギリスのスコフィールド氏が提案した方法で、土壌から水分を引き離すのに必要な力を水柱の高さの対数で表したものです。土壌の水分を示す値として、他に体積水分率（土壌中の水の体積を土壌全体の体積で割った値）や重量水分率（土壌中の水の重量を乾燥した土壌の重量で割った値）などがあります。これらの値はより正確に土壌中の水分を知ることができます。それでも実務面において依然としてｐFが現役なのは、その原理が植物の根が吸水する仕組みと同じであることや、ｐFメーターを使うことで土壌水分を簡単かつ連続的に知ることが出来る点が評価されています。また、ｐFメーターが安価なのもよい点です。

同じｐF値であっても土壌の種類によって土壌中の水分量が異なることが知られています。大まかな管理に用いるには問題ありませんが、情報のやり取りの際には注意してください。