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バイオ炭は炭化温度で性質が変わり、低温炭化ではカルボキシ基やフェノール性水酸基などの酸性官能基が多く、pHが低くなる傾向があります。高温炭化では、酸性官能基が減り、窒素や酸素含有官能基、炭素表面のπ電子といった塩基性官能基が増え、pHが高くなります。特に塩基性官能基は陰イオンを吸着する特性があり、土壌のAECを高める効果が期待できます。
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炭における酸性官能基と塩基性官能基は何だ？
サリチル酸の角質軟化作用について２
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この記事はサリチル酸の角質軟化作用のメカニズムを解説しています。まず、角質の硬さはケラチンによるものであると述べ、サリチル酸はケラチン自体に作用するわけではないことを指摘しています。次にサリチル酸の構造を図示し、ベンゼン環、カルボキシ基、ヒドロキシ基から構成されることを説明しています。ベンゼン環とカルボキシ基の存在によりサリチル酸は脂溶性を示し、油などの非極性物質と混ざりやすい性質を持つと解説しています。最後に、ベンゼン環とヒドロキシ基によるフェノール様の性質については、次回以降に持ち越すと述べています。
求核剤について３
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ハロゲン陰イオンの求核性は、元素番号の大きいI⁻＞Br⁻＞Cl⁻＞F⁻の順に強くなる。これは原子半径の大きさが関係する。一般的に、原子半径が大きいほど溶媒の影響を受けにくく、求核置換反応の速度が低下しにくい。つまり、ヨウ素は溶媒の影響を最も受けにくいため、最も速く反応する。また、原子半径が大きいほど電子密度が分散し、電子が他の分子に与えられやすいため、求核攻撃が起こりやすくなる。前述のOH⁻とCl⁻の比較は、今回のハロゲン同士の比較とは異なる要因が影響している。
腐植の形成で頻繁に目に付く求核置換反応とは？
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求核置換反応は、求電子剤の一部が求核剤で置き換わる反応です。例として、塩化メチル（求電子剤）と水酸化ナトリウム（求核剤）の反応で、水酸化物イオン(OH⁻)が塩化メチルの炭素に結合し、塩素が脱離してメタノールが生成します。化学反応式はCH₃-Cl + NaOH → CH₃-OH + NaCl です。一般化するとR-X + NaOH → R-OH + NaXとなります。ハロゲン原子（X）は陰イオンになりやすく、高い電気陰性度と酸化力を持つ元素です。この記事では、キノンの求核置換反応への理解にはまだ至っていません。
腐植酸とは何なのか？２
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腐植酸、特にフルボ酸のアルカリ溶液への溶解性について解説している。フルボ酸は、陰イオン化、静電気的反発、水和作用を経て溶解する。陰イオン化は、フルボ酸のカルボキシル基とフェノール性ヒドロキシル基が水酸化物イオンと反応することで起こる。フェノール性ヒドロキシル基はベンゼン環に結合したヒドロキシル基で、水素イオンを放出しやすい。カルボキシル基はモノリグノールやポリフェノールには含まれないが、フミン酸の構造には酒石酸などのカルボン酸が組み込まれており、これがアルカリ溶液への溶解性に関与すると考えられる。良質な堆肥を作るには、ポリフェノールやモノリグノール由来の腐植物質にカルボン酸を多く付与する必要がある。
アロフェンのCECとAEC
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アロフェンは、外側にAl、内側にSiが配置する独特な構造を持つ粘土鉱物です。Alによる正電荷とSiによる負電荷が、特徴的なAECを示します。また、Si-O結合の不規則な切断（Broken-bond defects）により、高いCECを示します。アロフェンは火山ガラスだけでなく、長石の風化過程で生成されることもあります。
稲作の地力窒素を考えるの続き
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稲作における地力窒素の増強方法について議論されています。地力窒素は土壌粒子に吸着した有機物と考えられ、腐植酸に組み込まれた窒素がその役割を担うと推測されています。具体的には、レンゲを育てて土壌に鋤き込む際に、2:1型粘土鉱物を施肥することで、レンゲ由来の有機物の固定量を増やし、地力窒素を増強できる可能性が示唆されています。これにより、土壌の団粒構造も改善され、初期生育や穂の形成にも良い影響を与えることが期待されます。
ラッカセイの真価を発揮するために石灰施肥に注意する必要がありそうだ
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石灰過剰土壌では鉄欠乏が発生しやすいですが、鉄剤の効果が期待できない場合があります。土壌pHが高いと鉄が不溶化するため、単に鉄剤を与えるだけでは吸収されません。そこで、土壌にクエン酸などの有機酸を施用することで、鉄とキレート錯体を形成し、植物に吸収されやすい形にすることができます。クエン酸は土壌pHを一時的に下げる効果もあり、鉄の吸収を促進します。ただし、効果は一時的なため、継続的な施用が必要です。
シュウ酸から続く無農薬栽培への道
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この記事は、無農薬栽培の可能性を探るため、シュウ酸アルミニウムの抗菌作用に着目しています。アカマツの菌根菌が生成するシュウ酸アルミニウムが抗菌作用を示すという報告から、植物の根からも分泌されるシュウ酸に着目し、そのメカニズムを探っています。シュウ酸アルミニウムは、土壌中でアルミニウムとキレート化合物を形成し、これが菌のコロニー先端部でグラム陰性細菌や枯草菌への抗菌作用を示すと考えられています。具体的な抗菌メカニズムは不明ですが、銅イオンと同様の作用の可能性が示唆されています。
畑作の輪作の稲作ではリン酸はどのようにして減っていくのか？
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畑作後に水田を作ると、リン酸が減少する理由は、水田の還元環境にあります。
通常、土壌中のリン酸は鉄と結合し、水に溶けにくいFePO₄の形で存在します。しかし、水田の酸素が少ない環境では、鉄が還元されFe²⁺となるため、リン酸との結合が弱まり、水に溶けやすい形に変化します。
また、カルシウムと結合したリン酸も比較的溶けやすく、水田環境では自然と減少します。これらの要素が重なり、畑作後の水田でリン酸が減少すると考えられています。
カリ肥料の代替を探す
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カリ肥料不足の深刻化に伴い、代替肥料として塩化カリや鶏糞燃焼灰が挙げられるが、それぞれ土壌への影響や供給安定性の問題がある。塩化カリは土壌への悪影響が懸念され、鶏糞燃焼灰は供給不安定な上、カルシウムやリン過剰のリスクもある。
そこで、日本の伝統的な稲作のように、川からの入水など天然資源を活用する方向へ転換すべき時期に来ていると言える。土壌鉱物の風化作用など、自然の力を活用することで、持続可能な農業を目指せるだろう。
土壌中に硝酸がたくさんあった場合、植物の根は何をする？
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イネは吸収した窒素をアミノ酸やタンパク質合成に利用し、成長を促進する。窒素の吸収形態はアンモニウムイオンと硝酸イオンで、吸収後の利用経路は異なる。アンモニウムイオンは根で直接アミノ酸に変換される一方、硝酸イオンは根や葉で還元されてからアミノ酸に変換される。窒素過剰はタンパク質合成の亢進や葉緑素の増加をもたらし、葉色が濃くなる。しかし、過剰な窒素は倒伏や病害虫発生のリスクを高めるため、適切な窒素管理が重要となる。イネの窒素利用効率を高める研究も進められており、環境負荷軽減と安定生産に貢献が期待される。
粘土有機複合体から粘土鉱物肥料についてを考える
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粘土鉱物を肥料として活用する目的は腐植蓄積だが、粘土鉱物と腐植の繋がりは疑問が残る。2:1型粘土鉱物は正電荷が少ないため、有機物とのイオン結合による蓄積モデルでは説明が不十分。しかし、現実には2:1型粘土鉱物投入で土壌改良効果が見られる。これはAl由来の正電荷以外の結合機構を示唆する。ヒントとして、カオリン鉱物と酢酸カリウムの水素結合、スメクタイトとアルキルアンモニウムの正電荷による結合が挙げられる。腐植蓄積にはこれら以外のメカニズムが関与していると考えられ、特定の肥料と現象がその鍵を握る可能性がある。
緑泥石という名の粘土鉱物
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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。
土壌が酸性でないところでもスギナが繁茂した
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土壌分析の結果pHが中性でもスギナが繁茂する理由を、アルミナ含有鉱物の風化に着目して解説しています。スギナ生育の鍵は土壌pHの酸性度ではなく、水酸化アルミニウムの存在です。アルミナ含有鉱物は風化により水酸化アルミニウムを放出しますが、これは酸性条件下だけでなく、CECの低い土壌でも発生します。CECが低いと土壌中の有機物や特定の粘土鉱物が不足し、酸が発生しても中和されにくいため、粘土鉱物が分解され水酸化アルミニウムが溶出します。同時に石灰が土壌pHを中和するため、pH測定値は中性でもスギナは繁茂可能です。対照的にCECの高い土壌では、腐植などが有機物を保護し、粘土鉱物の分解とアルミニウム溶出を抑えます。つまり、pHだけでなくCECや土壌組成を総合的に判断する必要があるということです。
I-W系列と各微量要素
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「星屑から生まれた世界」で紹介されているアーヴィング-ウィリアムズ（I-W）系列は、微量要素の化学的性質と生物学的役割の関係性を示す。化学データでは銅イオンの陰イオンへの結合力が最も強く、他イオンと結合し不活性化させる危険性がある。一方、生物学データでは細胞内銅イオン濃度は最低で、生物が銅の毒性を回避している様子がわかる。I-W系列は、マンガンから亜鉛にかけての微量要素の必要量と過剰害の傾向を理解するのに役立ち、植物における微量要素の役割の理解を深める視点を提供する。
植物ホルモンから再び牛糞堆肥による土作りの価値を問う
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植物ホルモン、サイトカイニンはシュートの発生を促進し、根の周辺に窒素系の塩が多いと発根が抑制される。これは、植物が栄養豊富な環境ではシュート形成を優先するためと考えられる。 農業において初期生育の発根は追肥の効果に影響するため、発根抑制は問題となる。慣行農法のNPK計算中心の施肥設計は、水溶性の栄養塩過多になりやすく発根を阻害する可能性がある。牛糞堆肥は塩類集積を引き起こし、特に熟成が進むと硝酸態窒素が増加するため、発根抑制のリスクを高める。 結局、NPK計算に基づく施肥設計は見直しが必要であり、牛糞堆肥の利用は再考を促す。
黒ボク土は栽培しにくい土なのか？再考
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黒ボク土は排水性、保肥力が高く、土が固くなりにくい利点を持つ一方で、活性アルミナが出やすく、養分を溜め込みやすく、pHが低くなりやすいとされる。しかし、活性アルミナは腐植で対処可能で、養分の蓄積は減肥で、pH低下は良質な肥料で解決できる。つまり、黒ボク土の欠点は適切な管理で克服できるため、栽培しにくい土ではないと言える。むしろ、これらの特性を理解し適切に対処すれば、高塩ストレスを回避し秀品率向上に繋がる。黒ボク土へのネガティブなイメージは、黒ボク土中心の技術書が原因であり、他の土壌と比較すれば、黒ボク土の利点の多さが際立つ。
石由来の保肥力
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土壌の保肥力について、石の構造と風化による影響に着目した考察。鉱物の同型置換と破壊原子価による保肥力の仕組みを説明し、大鹿村の中央構造線露頭見学で得た知見を紹介。学芸員との会話から、玄武岩質の土壌と泥岩質の土壌の特性比較、特に泥岩に含まれる太古の有機物由来の肥沃性への期待が示唆される。堆積岩である泥岩の形成過程を解説し、風化によって砂、粘土、有機物が含まれる泥岩が、土壌への有効な有機物を供給する可能性について考察している。関連として、泥炭土や客土の話題にも言及。
牛糞堆肥が良いと広まったのは何故なのか？を考えてみる
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関東中心に牛糞堆肥が良いとされる理由を、土壌の特性から考察した記事です。関東に多い黒ボク土は、アルミニウムイオンが溶脱しやすく根の伸長を阻害する一方、アロフェンによるAECで硝酸イオンなどを吸着します。牛糞堆肥はリン酸がアルミニウムを無害化し、硝酸塩もAECが吸着するため、黒ボク土の欠点を補う効果があります。また、牛糞堆肥の腐植はアロフェンと結合し土壌に残ります。つまり、黒ボク土と牛糞堆肥は互いの短所を打ち消し、長所を引き立て合う関係です。この相乗効果は北海道東部、東北東部、関東一帯、九州中南部といった黒ボク土地域で有効ですが、他の地域では牛糞堆肥の負の側面が目立ち、特にハウス栽培で顕著になります。加えて、牛糞堆肥は窒素肥料代替として減肥率向上にも貢献します。
黒ボク土は本当に良い土なのか？後編
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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。
黒ボク土は本当に良い土なのか？前編
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黒ボク土は通気性・保水性に優れる反面、アルミニウム障害という問題を抱えています。本稿では、黒ボク土の形成過程を、粘土鉱物であるアロフェンと非アロフェンに着目して解説しています。黒ボク土は、玄武岩質火山灰を基材とし、アロフェン質と非アロフェン質に分類されます。非アロフェン質はベントナイトなどの2:1型粘土鉱物ですが、アロフェン質は火山ガラスから生成されるアロフェンを含みます。アロフェンの生成には玄武岩質火山灰由来の成分が関与していると考えられています。
枝は腐植になるか？
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ポリフェノールとアミノ酸は反応し、メラノイジンと呼ばれる褐色物質を生成します。この反応は、食品の加工や貯蔵中に起こる褐変現象の原因となります。ポリフェノールは植物に含まれる抗酸化物質であり、アミノ酸はタンパク質の構成要素です。両者が反応するには、熱やアルカリ性の条件が必要です。メラノイジン生成反応は複雑で、様々な中間生成物を経て進行します。生成物の種類や量は、反応条件やポリフェノール、アミノ酸の種類によって異なります。この反応は食品の風味や色に影響を与えるだけでなく、栄養価の低下にもつながる可能性があります。
SOY CMSの画像のリサイズ時にPNGの透過を無効にする
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SOY CMSで画像リサイズを行う際、PNG画像の透過部分が黒くなる問題の解決策を紹介している。原因はアルファチャンネルの透過設定で、SOY CMSのリサイズ機能が透過に対応していないため。解決策として、`imagecreatetruecolor`後に`imagealphablending($dstImage, false);`と`imagesavealpha($dstImage, true);`を追加することで、透過PNGも正しくリサイズできる。修正はGDでのリサイズにのみ対応しており、ImageMagickは未対応。
陰イオン交換容量AEC
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土壌中には陽イオン交換容量(CEC)だけでなく、陰イオン交換容量(AEC)も存在する。AECは一部の粘土鉱物、特に火山灰由来のアロフェン表面のOH<sub>2</sub><sup>+</sup>が陰イオンを保持する。しかし、AECは値が小さく、腐植などで増加せず、土壌改良の影響を受けにくい。アロフェン添加でAECは向上するが、土壌分析項目にAECが含まれないことから、実用的には重要視されていないと考えられる。
無機肥料の水への溶けやすさの決め手
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無機肥料の水への溶けやすさは、根の部分の酸の強さ(pKa値)で決まり、値が小さいほど溶けやすい。硫酸＞硝酸＞クエン酸＞炭酸の順。しかしCa²⁺やMg²⁺を含む肥料は、陰イオンとの結合の強さも影響し、硫酸カルシウムより硝酸カルシウムの方が溶けやすい。
水溶性肥料(硫酸塩、硝酸塩、クエン酸塩など)は水に溶けやすいが、く溶性肥料(炭酸塩、リン酸塩など)は水に溶けにくい。しかし、く溶性肥料は根から分泌されるクエン酸などの有機酸によって溶け、ゆっくりと肥効を発揮する。カキガラ石灰などは、このく溶性を活かした緩効性肥料である。
無機肥料は、植物にどう吸収される？
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無機肥料は、水に溶けてイオン化することで植物に吸収される。有機肥料のように微生物分解は必要ない。例えば硫酸カルシウム(CaSO₄)は、水に溶けるとカルシウムイオン(Ca²⁺)と硫酸イオン(SO₄²⁻)に分かれる。植物は主にカルシウムイオンを吸収する。肥料の効果は、いかに水に溶けやすいか、つまりイオン化しやすいかで決まる。溶けやすいほどイオンが土壌中に放出され、植物に吸収されやすくなる。
土壌のCECはどうやって測る？
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土壌のCEC（陽イオン交換容量）測定は、土壌が保持できる養分の量を測る方法です。まず酢酸アンモニウムで土壌中の陽イオンをアンモニウムイオンに置換し、エタノールで洗浄後、塩化カリウムでアンモニウムイオンを溶出させます。この溶出したアンモニウムイオン量を測定することで、土壌のCEC、つまりマイナスの電荷量を間接的に測ることができます。測定単位はmeq（ミリイクイバレント）で、イオンの電荷数を示します。
還元剤としてのシュウ酸？
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タデ科植物の根から分泌されるシュウ酸の土壌還元作用について考察している。シュウ酸は酸化鉄(Ⅲ)と反応しシュウ酸鉄(Ⅲ)を生成する。この反応で鉄イオンは還元される。さらに、シュウ酸鉄(Ⅲ)は光分解によりシュウ酸鉄(Ⅱ)となり、鉄イオンはさらに還元される。つまり、シュウ酸は鉄イオンに電子を与え、還元剤として作用すると言える。この還元作用が土壌環境に影響を与えている可能性を示唆し、更なる考察の必要性を述べている。
酸の強さ
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酸の強さは水素イオン(H⁺)の放出のしやすさで決まり、酸解離定数pKaの値が小さいほど強酸となる。放出されにくい炭酸は弱酸、塩酸は強酸に分類される。陰イオンの種類によってH⁺を引っ張る強さが変わり、酸の強さに影響する。例えば、硫酸(pKa=-3)は硝酸(pKa=-1.4)より強く、どちらも炭酸(pKa=6)より強い。酸解離定数は土壌中の反応を理解する上で重要で、例えば根酸が炭酸塩を溶かす現象や、硫酸苦土肥料の土壌への影響を説明する際に役立つ。
硝化細菌が植物の根の周りで頑張ってる
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土壌消毒で硝化細菌が死滅すると、アンモニウムイオンが硝酸イオンに変換されず土壌中に蓄積する。アンモニウムイオンはマグネシウムなどの陽イオンミネラルの吸収を阻害するため、施肥計画通りの効果が得られない可能性がある。硝酸イオンは陰イオンなので陽イオンミネラルの吸収阻害は起こさない。リン酸イオンなど他の陰イオンの吸収阻害も、リン酸過剰になりやすい土壌環境ではむしろ有益な可能性がある。つまり、適切な土壌微生物は作物の養分吸収バランスを整える役割を担っている。将来的には、無機肥料ではなく有機肥料（アミノ酸等）が主流になることで、このような問題が軽減される可能性がある。
塩と書いて、「しお」と読みたいけどここでは「えん」で
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塩（えん）とは、酸由来の陰イオンと塩基由来の陽イオンがイオン結合した物質である。例えば、塩酸(HCl)と水酸化ナトリウム(NaOH)が反応すると、水(H₂O)と塩化ナトリウム(NaCl)が生成される。ここで、塩酸由来の陰イオンCl⁻と水酸化ナトリウム由来の陽イオンNa⁺が結合した塩化ナトリウムが「塩（えん）」に該当する。同様に、硫酸アンモニウムと水酸化カルシウムから生成される硫酸カルシウム(CaSO₄)も塩（えん）である。硫酸アンモニウム由来の硫酸イオン(SO₄²⁻)と水酸化カルシウム由来のカルシウムイオン(Ca²⁺)が結合しているためだ。有機無機に関わらず、農業において塩は重要な役割を果たす。
肥料名の接頭語で速さを知る
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肥料名の接頭語で効きの速さがわかる。硫酸〇〇、硝酸〇〇、クエン酸〇〇は速効性、炭酸〇〇、リン酸〇〇は遅効性を持つ傾向がある。石灰を例に取ると、炭酸石灰は土壌pH調整に有効だが溶けにくいため速効性はなく、土作りに向いている。一方、硝酸石灰などは速効性が高いが、障害も起こりやすい。つまり、接頭語を見れば、土作りには炭酸塩、追肥には硝酸塩のように使い分けができる。
マイナス増やして、大事なものを蓄えろ
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酸性になるとアルミニウムが溶け出して有害になるほか、保肥力が低下します。保肥力とは、粘土鉱物や腐植に含まれるマイナスの電荷が、カリウムなどのプラスの肥料成分を吸着して保持することです。
植物が利用するためにこれらの成分を放出するには、根からH+を放出し、これによって交換が行われます。このメカニズムを陽イオン交換と呼び、保肥力を示す指標を陽イオン交換容量（CEC）と呼びます。
粘土鉱物では、粒子間の隙間が保肥力となり、腐植では有機物の表面にマイナスの電荷が生成されて保肥力になります。