土の中の世界：構造の巻（土は色々な物質が組み合わさって出来ている）

さて、いい加減、このブログの表の主題に戻ります。今日は、「土はぐちゃぐちゃ混沌として物体ではなくて、幾つかの物質が規則性をもって組み合わさって出来た構造物（例えば、人間の作る建築物のようなもの）なのです」という話です。

土は、岩石の粉砕物やセメントとは違い、もっと複雑な構造を持っています。それは、植物の根や土壌中の多様な生き物（ミミズ、トビムシ、アメーバやバクテリアやキノコを作る糸状菌）の生育に適した構造です。

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では、上の図を見ながら説明してみようと思います。（こういう絵がどこにも見当たらなかったので作りました。授業などで使いたいという方は、御連絡下さい）

普段、地面に見えるごく表層の土しか見る機会がないと思いますが、森などで土をざくざく掘ってみると、足元の地表面から下に向かって、色、粒つぶ感（形、硬さ等）、匂いなどが変わっていくことが観察できます（上図、左）。「懐かしのフィールド」に本物の写真あり。土壌学者（特に、ペドロジスト）は、この変化が明らかに起こる境界に線を引き、それぞれをO層、A層、B層などとして区別してから、詳細を調べます。

一番大きな変化は、表層は落ち葉、根っこ、生きものが多い有機物に富んだ黒っぽい層になっているのに対し、深い層では、粘土や岩石などの鉱物が主な構成成分になってゆくく点です。それぞれの層がどうやって出来上がっていくのかは、今度にして先を急ぎます。

この１メートル程度の深さで土壌に構造があること（性質の違う層が組み合わさって出来ていること）は分かりました。では、１メートルの百～千分の一（１～１０ミリメートル）の世界ではどうなっているのでしょうか？

土のA層をそっと取り出し眼鏡や光学顕微鏡で見てみると（上図、右上）、土の塊（団粒）や植物の細根や毛根、糸状菌や菌根菌の菌糸が見え、団粒と団粒の間に隙間が多いことが分かります。

森や畑などの一般的な土では、なんと体積の約半分は隙間（孔隙）からなっています。この隙間のうちの狭い隙間や土の粒つぶの表面に水が存在し、（液相）、大きな隙間は空気が占めています（気相）。だから、土壌はふかふかしており、根や生き物たちが干からびることも窒息することなく、生きていける訳です。

土の体積の残り半分は、固い物が占める固相で、鉱物でできている粒つぶ達が主役です。鉱物粒子（読み：こうぶつりゅうし【注】「つぶこ」ではありません）は、一般に大きさで分類され、直径2mm以下は粘土（clay）、2～20mmはシルト（silt）、20mm～2mmは砂（sand）、それ以上は礫（gravel）と呼ばれます。【2013/5/11. 詳しくは、「土性」の説明を参照】

上図の右下はマイクロメートル以下の世界を単純化した絵です。生々しい姿は、「今日のせむこ」参照。ＳＥＭ、ＴＥＭなどの電子顕微鏡で見える世界です。因みに、土壌中のバクテリア君は約１マイクロメートル（１μｍ）。太めの髪の毛の１００分の１の大きさ。図に示しているのは、層状に重なってできている粘土鉱物粒子（層状ケイ酸塩）３つがあるところに、有機物（この場合、落ち葉などの植物由来のものではなく、微生物の死骸や代謝物と考えられている）もくっついているという絵です。

粘土粒子のどの辺に、どれ位の量の有機物が、どんなメカニズムでへばり付いているのか？その有機物は果たしてバクテリア君にとって利用可能なのか？といった疑問は、じつは地球の炭素循環や温暖化問題に関わる重要な問題で、私達のプロジェクトを含め、世界で研究が進められているのです。この話になると熱くなりすぎるので、話を戻します。

粘土、シルト、砂などの鉱物粒子たちと有機物（大きな落ち葉、根から、小さな生き物の死骸まで）がくっつき合うことで、団粒構造が形成され、いろいろな大きさの隙間が生まれます。この構造こそが、土の生物達に格好の住み処を提供しているのです。

ちょっと難しい数字の話になりますが、土の中の有機物は、A層と呼ばれる植物の根が一番多い層においても、せいぜい炭素としては土壌重量の３～１０％で、最大でも１５％程度です。残りの９０％前後は鉱物です。しかし、この少量の有機物が接着剤となって、鉱物粒子や小さな団粒同士がくっつき合って、沢山の隙間のある「ふかふか土壌」が出来ています。

土の体積のうち隙間が占める割合（これを孔隙率、porosityと呼びます）は、土壌中の生き物や植物の根の生育に大きな影響を与えています。森の土を何度も踏みつけ続けると、団粒構造が壊れ、土のなかの隙間が減ってしまい、生き物たちは酸素不足になったり、水不足になったりしてしまいます。

このように土には、メートル単位の大きなスケールでも、粘土粒子や微生物たちの大きさであるミクロスケールでも、構造が発達しています。この土壌構造と有機物の間には密接な関係があり、陸上の生物や生態系にとって必須の役割を果たしている、というお話でした。

因みに上の図は、森林生態学の教科書の「森林の土壌環境」の章のために作った図を改変したものです。大学生あたりを想定し、森と土の関係の面白さについて、説明を試みたものです。もし読む機会があれば、感想（ここが意味不明、そこは腑に落ちたとか）を聞かせて下さいね。