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鹿沼土（鹿沼降下軽石）を粉砕し、水に溶けるか（正しくはコロイド化するか）を実験した。粉砕した鹿沼土を半透明容器に水と共に入れ、静置した結果、粒子の大きさによって層状に分離した。大きな粒子は浮遊し、細かい粒子は沈殿した。上澄みは半日後には透明になった。浮遊物を除去した残りは、粘土（モンモリロナイト、カオリナイト）のような粘性は無いものの、一時的に泥水状態になったことから、粘土鉱物（アロフェン）とみなせる。容器底には黒い粒子が確認され、これは鉄を含む鉱物と考えられる。
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造岩鉱物から粘土鉱物への風化の後、カオリナイトはさらに水と反応してギブス石と二酸化ケイ素になる。ギブス石はCECがなく、二酸化ケイ素も栽培に不利なため、造岩鉱物の風化の行き着く先は栽培難易度の高い赤黄色土と呼ばれる土壌となる。
赤黄色土は日本土壌インベントリーで容易に確認できる。ギブス石はさらに風化してボーキサイトになる可能性があるが、ここでは触れない。
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アロフェンは、土壌名「アロフェン質黒ボク土」に見られる重要な粘土鉱物です。非晶質で、中空球状の形態をしています。構造は、Al八面体シートとSi四面体シートが組み合わさり、球状に重なり合った形をしています。シートの重なりには小さな隙間が存在します。一般の粘土鉱物とは異なり、層状構造を持たない点が特徴です。
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粘土鉱物の一種である緑泥石は、海底の堆積岩に多く含まれています。海水には岩石から溶け出した鉄やマグネシウムなどのミネラルが豊富に含まれており、特に海底火山付近では活発な熱水活動によってミネラルが供給され続けています。これらのミネラルと海水中の成分が反応することで、緑泥石などの粘土鉱物が生成されます。つまり、緑泥石は海底での長年の化学反応の結果として生まれたものであり、海水由来のミネラルを豊富に含んでいる可能性があります。
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沖縄本島北部にある玄武岩地帯から、土壌改良に有効なモンモリロナイトが得られるのではないかと考え、調査しました。その結果、沖縄本島中南部の丘陵地に分布する「ジャーガル」という土壌にモンモリロナイトが豊富に含まれていることがわかりました。ジャーガルは排水性が悪いものの、サトウキビ栽培に適した栄養豊富な土壌です。今回の調査では、玄武岩地帯との関連は見られませんでしたが、土壌有機物の蓄積対策として、ジャーガルが有効である可能性が示されました。
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夏の育苗時に、培土表面に粉末ベントナイトを散布するテクニックは、乾燥しやすい培土の保水性を向上させる効果がある。ベントナイトは吸水膨張し、培土の隙間に浸透することで、排水性の高い培土でも適度な水分を保持できる。ただし、過剰な散布は土壌を固くするため、適量の使用が重要。ベントナイトは海成粘土由来のため、微量要素供給効果も期待できる。これらの効果により、夏の育苗管理が容易になり、秀品率向上にも貢献する可能性がある。
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トマト栽培の「木をいじめる」技術は、水や肥料をギリギリまで制限し、植物にストレスを与えることで糖度や収量を高める方法である。ただし、この方法は土壌を酷使し、慢性的な鉄欠乏を引き起こすリスクが高い。短期的な収量増加は見込めるものの、土壌の劣化により長期的な視点では持続可能な栽培とは言えず、経営の破綻に繋がる可能性も示唆されている。
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栽培の中心には常に化学が存在します。植物の生育には、窒素、リン酸、カリウムなどの必須元素が必要で、これらの元素はイオン化されて土壌溶液中に存在し、植物に吸収されます。土壌は、粘土鉱物、腐植、そして様々な生物で構成された複雑な系です。粘土鉱物は負に帯電しており、正イオンを引きつけ保持する役割を果たします。腐植は土壌の保水性と通気性を高め、微生物の活動の場となります。微生物は有機物を分解し、植物が利用できる栄養素を供給します。これらの要素が相互作用することで、植物の生育に適した環境が作られます。つまり、植物を理解するには、土壌の化学的性質、そして土壌中で起こる化学反応を理解する必要があるのです。
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土壌有機物の生成において、メイラード反応が重要な役割を果たす可能性が示唆されています。メイラード反応は、糖とアミノ酸が加熱によって褐色物質（メラノイジン）を生成する反応です。土壌中では、植物由来の糖やアミノ酸が微生物によって分解され、メイラード反応を起こしやすい物質に変化します。生成されたメラノイジンは、土壌粒子と結合しやすく、安定した有機物として土壌に蓄積されます。この過程が、土壌の形成や肥沃度の向上に貢献していると考えられます。
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枕状溶岩の隙間にはゼオライトが充填されていることが多い。海底火山で急速に冷え固まった玄武岩質の枕状溶岩は、扇状のブロックが積み重なるため空隙ができ、そこに熱水が入り込みゼオライトが生成される。緑色岩（主成分は緑泥石）に分類される枕状溶岩は、表面が白く見える部分があり、これがゼオライトの可能性がある。また、緑色岩周辺の黒くフカフカした土は、ベントナイト、ゼオライト、腐植の組み合わせで形成されたと推測される。著者は専門知識が増えることで視野が広がる一方、初心の発想力を失うジレンマを感じている。
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ゼオライトは、ベントナイトと同様にイオン交換能力（CEC）の高い資材です。ベントナイトは膨潤性によってCECを実現していますが、ゼオライトは膨潤せずにCECを発揮します。
ゼオライトを水に浸しましたが、ベントナイトのように膨らむことはありませんでした。
この検証から、ゼオライトは膨潤することなくCECを高める資材であり、熱帯魚の水槽の水質改善に適していることがわかります。膨潤性の高い粘土鉱物は、この用途には適していません。
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緑泥石は2:1型粘土鉱物だが、層間物質のためCECは低い。しかし風化と有機酸でスメクタイト状になり、CECが向上する。ベントナイト(モンモリロナイト)は緑泥石を含みCECが低く見られがちだが、海底由来でカリウムやマグネシウムを含む。緑泥石のCEC向上と合わせ、ミネラル供給源として優れている。カリウムは作物生育に重要で、ベントナイトは自然な補給を可能にする。また、緑泥石の緩やかなCEC上昇は連作土壌にも適している。ゼオライトより劣るとされるベントナイトだが、水溶性ケイ酸供給や倒伏軽減効果も期待できる。つまり、緑泥石を含むベントナイトはミネラル豊富な土壌改良材として有望である。
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緑泥石は2:1:1型粘土鉱物で、風化によって層間に金属水酸化物イオン等を取り込んだ14Å中間体を形成する。14Å中間体はバーミキュライトと緑泥石の中間的性質を示し、クエン酸処理で層間物質を除去するとスメクタイト様の性質を示す。これは植物根から分泌される有機酸が緑泥石に作用し、スメクタイト様の粘土鉱物へと変化させる可能性を示唆する。つまり、CECの低い緑泥石が風化と植物の作用によってCECの高いスメクタイト様の性質を獲得する可能性がある。このことから、緑色岩露頭下に有機物豊富な黒土が形成される現象も説明できる。緑泥石の風化と植物による変化を理解することは土壌の理解を深める上で重要である。
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この記事では、緑泥石という粘土鉱物について解説しています。緑泥石はグリーンタフ（緑色凝灰岩）、緑色片岩、緑色岩などに見られる鉱物で、2:1:1型粘土鉱物に分類されます。一般的な2:1型粘土鉱物（スメクタイト、バーミキュライトなど）はCEC（陽イオン交換容量）が高い一方、緑泥石はCECが非常に低いのが特徴です。これは、2:1型構造の層間水があるべき場所に、緑泥石では八面体が挿入されているため、膨潤性が弱くCECも低いと説明されています。記事では粘土鉱物の基本構造（SiO四面体、Al八面体）や1:1型、2:1型構造についても触れ、緑泥石の構造を図解して分かりやすく解説しています。最後に、緑泥石の興味深い知見については次回に持ち越しとしています。
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海底風化は、土壌生成の重要なプロセスであり、特に粘土鉱物の生成に大きく関わっている。陸上で生成された火山岩物質は、風や河川によって海へと運ばれ、海底で化学的風化作用を受ける。海水はアルカリ性であるため、岩石中の長石などの鉱物は分解され、粘土鉱物へと変化する。この過程で、岩石中のミネラルが溶出し、海水に供給される。生成された粘土鉱物は、海流によって運ばれ、堆積岩の一部となる。特にグリーンタフ地域は、海底風化の影響を受けた火山岩が多く分布し、多様な粘土鉱物が観察される。これらの粘土鉱物は、土壌の保水性や保肥性に影響を与え、農業にも重要な役割を果たしている。
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凝灰岩が地下深くに埋没し、熱水変質作用を受けることで粘土鉱物が生成される。熱源の深さや熱水の流動性、水素イオン濃度、温度などが生成される粘土鉱物の種類（スメクタイト、沸石など）に影響する。山陰地方で産出される沸石凝灰岩は土壌改良材として利用される。モンモリロナイトや沸石は、凝灰岩が熱水変質作用を受けた後、地質学的イベントで隆起し地表に出現することで採掘可能になる。これらの粘土鉱物を土壌に投入すると、非アロフェン質の黒ボク土へと変化する可能性がある。
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生ゴミの消臭にベントナイトが効果的であることが実体験を通して紹介されています。糖質や油分の多い生ゴミでも、ベントナイトを混ぜて土に埋めることで臭いがほぼ解消されたとのこと。これは猫砂にも利用されるベントナイトの消臭力の高さを示しています。
この消臭効果を魚粕の臭い軽減に応用できないかと提案しており、粉状のベントナイトを混ぜることで効果が期待できると述べています。ベントナイトは消臭効果に加え、微量要素も含むため、肥効への影響を懸念しつつも、秀品率向上に繋がる可能性も示唆しています。有機JAS認定品もあるため、有機栽培にも利用可能です。
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テロワールに関する科学的見解を取り上げた論文では、土壌の違いがワインの品質に影響することが示されました。粘土の多い土壌から作られたワインは、タンニンが少なく、こくが不足する傾向があります。一方、石灰岩と粘土が混在した土壌からは、タンニンが強く、熟成にも適したワインが得られます。
これらは、土壌中のミネラル組成がブドウの生育やワインの風味に影響を与えるという考えを裏付けています。この研究は、テロワールが単なる抽象的な概念ではなく、科学的に測定可能な品質の決定要因であることを示唆しています。
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水田の水が濁り続ける原因として、コロイド化物質の存在が考えられる。コロイドには粘土鉱物や有機物の可能性がある。粘土鉱物はモンモリロナイトのような2:1型ではすぐに沈殿するものの、カオリナイトのような分子量の小さいものだと沈殿が遅くなる可能性がある。一方、有機物の場合は低分子の有害物質が塩となってコロイド化し、沈殿しにくいと考えられる。対策として、粘土鉱物による濁りには腐植酸が効果的だが、有機物による濁りには時間が解決策となる可能性が高い。
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粘土鉱物肥料に含まれる黒っぽい砂の正体について考察している。火山灰由来の粘土鉱物肥料に着目し、火山灰に含まれる黒っぽい鉱物として角閃石と輝石を候補に挙げ、特に角閃石について詳しく分析。角閃石は風化によってバーミキュライト、さらにカオリナイトへと変成する。バーミキュライトは保肥力が高い粘土鉱物である一方、カオリナイトは保肥力が低い。角閃石の中心部はバーミキュライト、表面はカオリナイトに変成するという研究結果から、風化の進行度合いによる変化が示唆される。角閃石肥料が植物によって利用され、変成した鉱物に腐植が取り込まれると良質な土壌が形成される可能性があるが、実現可能性は不明。また、黒い砂が本当に角閃石であるかは断定していないものの、有色鉱物であればミネラル供給源となるため、肥料としての価値は高いと推測している。
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イネのシリカ吸収は、倒伏防止、害虫忌避、病害耐性向上、リン酸吸収効率化、受光態勢改善など多くの利点をもたらす。ケイ酸はイネの組織を強化し、光合成を促進する。玄武岩質地質でも良質な米が収穫されることから、植物が吸収する「シリカ」は二酸化ケイ素ではなく、かんらん石等の可能性が示唆される。肥料としてシリカを与える場合は、グリーンタフ由来の粘土鉱物が有効。グリーンタフは火山灰が堆積したもので、モンモリロナイトなどの粘土鉱物を豊富に含む。
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粘土鉱物はSiO四面体とAl八面体の組み合わせで、1:1型（カオリナイト等）と2:1型（モンモリロナイト等）がある。層間の水（層間水）の広さが保肥力(CEC)に関係し、モンモリロナイトの方がCECが高い。SiO四面体は珪素(Si)を中心とした四面体構造、Al八面体はアルミニウム(Al)を中心とした八面体構造で、これらが層状に重なって粘土鉱物を形成する。粘土質土壌でも、粘土鉱物の種類によって保肥力は異なるため、期待する効果が得られない場合もある。
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粘土鉱物の理解を深めるため、各地のジオパークや博物館で得た情報をもとに、土壌における役割を考察している。地震や火山活動により長石などのアルミノ珪酸塩が粘土鉱物に変質する過程に着目し、図鑑で長石の種類や変質経路を調べた。温泉のpH変化と粘土鉱物の関係、黒ボク土のアロフェンと非アロフェンの起源にも触れ、どちらもアルミノ珪酸塩の二次鉱物であることを指摘。最終的に、アルミノ珪酸塩の分布と火成岩の関係へと議論を展開する。
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黒ボク土は、火山灰土壌特有の性質を持ち、農業における評価が二分する土壌です。保水性、排水性、通気性は良好ですが、リン酸固定能が高く、肥料の効きが悪いため、施肥設計が重要となります。また、pHが低く酸性傾向があり、作物の生育に適さない場合も。さらに、有機物含有量が高いため、窒素飢餓や乾土効果による生育阻害も懸念されます。
一方で、団粒構造が発達しやすく、適度な水分と養分を保持できるため、適切な土壌改良と施肥管理を行えば、高品質な農作物の生産も可能です。ただし、黒ボク土の特性を理解し、個々の圃場に合わせた対策が必要不可欠です。
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関西圏では、火山活動が少なく、黒ボク土は主に2:1型粘土鉱物が主体で、アロフェン質の黒ボク土に比べてアルミニウム障害が発生しにくい特徴があります。
一方、アロフェン質黒ボク土は火山灰の影響を強く受け、アルミニウム障害のリスクが高いです。
関西圏では、歴史的に黒ボク土での栽培が比較的容易であったため、「黒ボク土は良い土」というイメージが広まったと考えられます。
しかし、黒ボク土の性質は地域によって異なり、一概に「良い土」とは言えません。
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ベントナイトは火山灰が水中で変成した岩石で、モンモリロナイトなどの2:1型粘土鉱物を多く含む。吸水性、膨潤性、粘結性に優れ、農業や工業で幅広く利用される。成分分析によると、山形県月布産のベントナイトはスメクタイトが約半分、二酸化ケイ素などの無色鉱物が約1/3、残りはミネラルで構成される。構成ミネラルは元の火山灰に依存するため産地により変動する。ベントナイトは玄武岩質の火山灰だけでなく、他の火山灰からも形成されることがグリーンタフの観察から示唆されている。その高い粘土鉱物含有量から、農業利用での秀品率向上に貢献する可能性がある。
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粘土は粒子の大きさと鉱物組成で定義され、コロイド状の性質を持つ。コロイドとは、疎水性と親水性の部分を持つ物質が水中で特定の形状に集まる現象で、粘土鉱物もこの性質を持つ。ハロイサイトは1:1型粘土鉱物で中空管状のコロイドを形成し、水を内部に含む。モンモリロナイトやバーミキュライトのような2:1型粘土鉱物は薄板状で、こちらも疎水性と親水性を持つためコロイドを形成する。バーミキュライトは加熱により膨張した形状で利用されることが多い。粘土は粒子が小さいが、必ずしも土を重くするわけではない。真砂土は風化した花崗岩で、様々な鉱物を含み、粘土もその一部である。
バーミキュライトを購入した。 JAの職員に渡される施肥診断技術者ハンドブックによると、バーミキュライトは雲母由来の板〜薄板状の二次(粘土)鉱物となっている。 そもそも粘土って何？ モンモリロナイトと同じ2:1型鉱物と呼ばれ、保肥力が半端無く高く、保水力も高い粘土鉱物として扱われている。 粘土鉱物は買ってでもいれろ 保肥力とは？ でもさ、上の写真は全然粘土に見えないよね。 まぁ、細かい粒子が合わさってあの形状になっているなら、粘土だと言えなくもないか。 (薄)板
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齋藤毅の妻、亮子が夫の農業ブログを電子書籍化。亮子はJAや農業法人での経験、ミャンマーでの農業研修を経て、従来の農業の常識を覆す齋藤の知識に感銘を受けた。牛糞堆肥の代わりにバーク堆肥や鉱物を推奨するなど、化学式に基づいた齋藤の土作り論は、亮子にとって衝撃的だった。土作りに悩む農家や、慣習的に資材を選んでいる人に向けて、齋藤の知見を共有したいと考え、書籍化に至った。価格は500円(税込)。サンプルの閲覧方法も用意されている。
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保肥力とは、土壌が肥料を保持する力のこと。陽イオン交換容量（CEC）という数値で測られ、CECが高いほど保肥力が高い。土中の粘土鉱物や腐植はマイナスの電荷を帯び、プラス電荷の肥料成分を吸着するため、CECに影響する。日本の土壌は一般的にCECが低く、肥料が流れやすい。保肥力を高めるには、バーク堆肥や腐植、鉱物資材などを活用する。保肥力が高まると、電気伝導度やpHも安定しやすくなる。
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粘土鉱物モンモリロナイトは土壌に潤沢にあると、水分と肥料分を保持し、作物の成長に役立つ。しかし、過多になると根付きにくくなる。