乾燥・還元過程における土壌の微細構造変化に及ぼす遊離酸化鉄の影響

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要約

汎用水田の微細構造は土壌中の遊離酸化鉄の影響を強く受ける。粘土中に酸化鉄を添加して土壌のモデル物質を作ると、乾燥によって安定した構造ができるが、この構造は遊離酸化鉄の還元によって不安定化する。

畑地化・水田化に伴う土壌中の遊離酸化鉄の形態変化は、土壌の微細構造に関与している可能性がある。そこで重粘土に一般的に含まれる粘土鉱物(スメクタイト)に鉄を添加し、乾燥および還元処理による土壌の微細構造変化に及ぼす遊離酸化鉄の影響をモデル的に検討した。

【乾燥(畑地化)過程】スメクタイトおよびスメクタイトー酸化鉄複合体の両者とも---1.5MPa以下の乾燥によって微細構造が形成し、水中沈定容積(SV)を減少するが、乾燥によるSVの減少程度は酸化鉄を添加した区の方が大きい (図1)。
【乾燥過程での微細構造の変化】既報の粘土の一般的な微細構造は図2 のようである。乾燥過程で酸化鉄を添加した試料では粘土のみの試料に較べて、半径50-100nmの孔隙が増加し (図3) 、この孔隙の半径は粘土ドメイン間の孔隙半径の推定値と一致する。すなわち、酸化鉄の存在によって、一度形成された粘土ドメイン構造は乾燥によって生じる水の強い毛管力のもとでも安定に保たれる。
【還元(水田化)過程】乾燥した粘土試料をアスコルビン酸で還元すると、酸化鉄を含んだ試料でのみ、構造が不安定化しSVが増加する (図4)。
以上、乾燥(畑地化)過程において遊離酸化鉄は粘土のドメイン構造の安定化に作用し、還元(水田化)過程ではこの構造の不安定化に作用する。この結果は、畑地化の指標として用いられる汎用化水田土壌の微細構造は、乾燥および遊離酸化鉄の酸化還元反応の影響を強く受けていることを示す。