Nature and Properties of Lateritic Soils Derived from Different Parent Materials in Taiwan

Abstract

この研究の目的は、ラテライト土壌を将来的に工業製品として利用するために、物理、化学および鉱物組成を調査することである。 台湾の安山岩、沖積層、頁岩石、玄武岩、洪積層の様々な母岩に由来する5種類のラテライト土壌を、土壌サンプルのレベルから採取した。 分析の結果，Tungwei 土壌はアルフィゾルであり，他のラテライト土壌はウルチゾルであることがわかった。 Tungwei の pH 値が高いのは、Ca2+ と Mg2+ が多量に含まれていることに起因する。 LoupiとPingchenの土壌は、活性鉄の比率が低いので、古いラテライト土壌であると思われる。 鉄鉱物については、磁性酸化鉄であるマグネタイトとマグヘマイトが、それぞれ玉水と桐威のラテライト土壌で多く検出された。 レピドクロサイトは草加土壌でのみ検出され、中程度の量のゲータイトがロウピと平城土壌で検出された。 また、Mg飽和過程とK飽和過程を経た後、LoupiとSokaの土壌では多量の混合層が観察されたが、Tungweiの土壌ではモンモリロナイトが検出されたのみであった。 これらの結果から、土壌の風化過程では母材が重要な役割を果たし、物理・化学・鉱物組成がラテライト土壌の形成に強く影響することが明らかとなった

1. はじめに

ラテライト質土壌は重要な土壌の一つであり，熱帯地域や亜熱帯気候に広く分布している。 また、風化作用の強い土壌であり、分類上では最も風化作用の強い土壌である。 台湾のラテライト土壌は主にウルチゾルとアルフィゾルに分類され、耕作地の約25%を占めている。 ラテライト土壌の大きな特徴は、その独特の色合い、肥沃度の低さ、粘土含有量の多さと陽イオン交換容量の低さである。 また、ラテライト土壌は、鉄とアルミニウムの酸化物を多く含んでいる。 酸化鉄は主に非晶質および結晶質の無機物として存在し、多くの土壌の主成分の一つである。 私の以前の研究では、アルフィゾル、インセプティスゾル、エンタゾル、ウルチゾルを含む一連の土壌試料を用いて、高温の石炭ガスからのH2S除去効率を試験した。 実験の結果、すべての土壌サンプルの中で、ウルチゾルが最も高い除去効率を持つことがわかった。 さらに、全遊離鉄の含有量が全体の除去効率に影響を与える主要な成分であることが確認された。 このように、ラテライト土壌を工業製品として利用するためには、その詳細な特性を理解することが非常に重要である。 これまでの研究から、Tamshui と Tungwei のラテライト土壌は、他の鉄酸化物に比べて熱力学的硫化作用に優れた磁鉄鉱とマグヘマイトを含むため、工業用途に最適な候補地であると考えられている。 ラテライト土壌の鉄および鉱物の組成と分布に影響を与える重要な要因として、母材が挙げられる。 Anda らは、蛇紋岩、玄武岩、安山岩に由来する一連のオキシゾルを報告し、酸化鉄の含有量が明らかに異なる分布をしていることを明らかにした。 蛇紋岩に由来するラテライト土壌では、約19%の酸化鉄が検出された。 したがって、ラテライト土壌の詳細な情報をよりよく理解するために、本研究の主な目的は、頁岩石、玄武岩、沖積層、安山岩などの異なる母材に由来するラテライト土壌の特性を調査し、農業開発のためのラテライト土壌の基礎情報を提供することである。 材料と方法

2.1. 研究地域

本研究で使用した5つのラテライト質土壌は、台湾の異なる場所から採取したものである。 それぞれ台北県（淡水），桃園県（平鎮），屏東県（婁片），台東県（草加），澎湖県（東圍）に位置する。 これらのラテライト土壌の形態的特徴の概略は表1に示す通りである。 土壌分類によると、淡水、平鎮、婁底、草加はウルチゾル、桐尾はアルフィゾルである。

2.2. 分析方法

土壌試料を風乾し、乳鉢で粉砕し、ふるいにかけて粗大片(>2mm)を除去した。 炭酸塩，有機物，MnO2を除去した後，ピペット法により粒度分布を求めた。 炭酸塩はpH=5の1M NaOAcで60℃にて除去し、有機物とMnO2は30%で消化された。 土壌のpHは、1:1土壌/脱イオン水および1:1土壌/1M KCl溶液の混合溶液を用いて、それぞれガラス電極で測定した。 有機物含有量は，Walkley-Black湿式酸化法により測定した。 陽イオン交換容量は、酢酸アンモニウム法により pH=7 で測定した。 遊離鉄（Fed）はジチオナイト-クエン酸-炭酸水素塩（DCB）法により抽出した． 非結晶（結晶性が悪く、有機的に結合している）Fe（Feox）の抽出には、暗所での酸性シュウ酸アンモニウムが用いられた。 交換性陽イオンと鉄の濃度は ICP/AES (JY38P model, JOBIN YVON)で測定した。 鉱物組成は、粘土試料の粉末X線回折により検出した。 粘土試料はそれぞれ 0.5 M MgCl2 （Mg飽和）および 1 M KCl （K飽和）で飽和させた。 Mg飽和粘土試料の膨張特性は，エチレングリコール溶媒和を用い，65°C，24時間の条件で測定した。 K飽和粘土試料は110, 350, 550°Cで2時間の連続熱処理を施した． 配向した粘土試料は、リガクのD/MAX III-V型粉末X線回折装置を用い、30 mA、40 kVで発生するNiフィルター付きCuKα線により観察した。 回折パターンは3°から90°まで、スキャンレート3°/分で記録した。 粘土鉱物の同定と半定量は、K飽和、Mg飽和、グリコール処理、加熱、風乾試料からの反射パターンの違いに基づいて行った。 結果と考察

3.1. 様々なラテライト土壌の基本的な物理的および化学的性質

収集した土壌の物理的および化学的性質の一部と母材の状態を表2および表3に示す。 これらの土壌のマンセル土壌色表記は2.5〜5YRと表示され、これらの土壌の色が赤色または赤褐色であることを示す。 ロウピ、ソカ、トウワイは粘土画分を多く含み、タムスイ、ピンチェンはシルト画分が多い。 質感の分類では、それぞれ粘土とシルト質粘土に属する。 平鎮を除き、すべての土壌は中程度の構造を有している。 玉水と桐篙は中程度の細粒状で、他は亜角ブロック状と角ブロック状である。 土壌のpH（）は、淡水が4.85、平鎮が4.06、婁底が4.02、草加が4.46、桐蔭が8.13であった。 明らかに、Tungweiを除くすべての土壌は酸性である。 pHの差（pHKCl-）はすべての土壌で負の値を示しており、すべての土壌の表面の支配的な電荷は負であることが示唆される。 一方、これは交換部位の一部が水素イオンを持っていることも示している。 このため、陰イオン交換容量が得られ、陽イオン交換容量の値は小さくなる。 pH7になると水素イオンがなくなるので、陽イオン交換容量が膨らんだ値となる。 桐灰の場合、pH値はアルカリ性に属します。 これは、この場所に炭酸カルシウムと貝殻の塊が大量に含まれているためです。 したがって、桐蔭の交換性陽イオンであるCa2+とMg2+は、それぞれ9.28と8.73（cmol kg-1）である。 この値は他のラテライト土壌に比べて著しく高く、Tungweiの高いpH値は多量のCa2+とMg2+に起因することが示された。

表2

調査中の5土壌の遊離酸化鉄またはDCB抽出可能酸化鉄（Fed）は3.86～13.8％であった。 シュウ酸塩抽出可能な酸化鉄（Feox）含量は5つの土壌で非常に低い。 5つの土壌のFeoxの値は、0.36から2.42%であった。 この結果は、ラテライト土壌の酸化鉄は、結晶性の低いものや非晶質のものが少なく、土壌中に存在する酸化鉄の主要な形態は結晶性の酸化鉄であることを反映している。 Feox と Fed の比率は Lekwa と Whiteside によって「活性鉄比」として表現されている。 本研究では、Loupi と Pingchen の活性鉄比は、Tamshui と Tungwei の活性鉄比より小さい。 この結果は、土壌形成年代に関する証拠を提供することができる。 5つのラテライト土壌のFeox/Fed比は、Tungwei > Tamshui > Soka > Pingchen > Loupiの順で変化している。 このことは、ロウピが他と比較して最も古いラテライト土壌である可能性を示唆している

3.2. ラテライト土壌の粘土鉱物組成

5つのラテライト土壌の鉱物組成を表4に示す。 これらの土壌の大きな違いは、酸化鉄の含有量である。 玉水と東莞の鉄は磁鉄鉱とマグヘマイトが主である。 これらの2つの土壌試料は、おそらく母材の条件によって磁性鉄種を保有している。 玉水と東莞の母岩はそれぞれ安山岩と玄武岩であり、火成岩に属している。 母岩や地形が若いため、風化や化学的浸食の程度が低く、磁鉄鉱やマグヘマイトが存在するのはこのためであると考えられる。 玉水や東魏と異なり、平鎮とロウピは同一の酸化鉄（ゲータイトと少ないヘマタイト）を含み、草加の酸化鉄の主な種はレピドクロサイトである。 一般に、大気中の酸化鉄は、ヘマタイトが安定相である。 台湾は、熱帯と亜熱帯の気候の境界に位置しています。 年平均降水量は約2,400mm、平均気温は約23℃である。 このような高湿度条件下では、ヘマタイトはゲータイトやレピドクロサイトに変化する。 5つの土壌のいずれにおいても、XRDで微量のヘマタイトが検出される。 また、KおよびMg飽和処理後に、いくつかの粘土鉱物が同定された。 PingchenとLoupiはカオリナイト、マイカ、ギブサイト、バーミキュライト、微量の混層緑泥石を含む同じ粘土鉱物を有している。 草加は石英、マイカ、混合層粘土鉱物を多量に含み、少量の緑泥石とギブサイトを含む。 ユニークなのは、淡水と東莞の粘土鉱物が目立たないことである。 Tungwei土壌では、モンモリロナイトのみが検出された。 化学分析と鉱物分析に基づき、台湾のラテライト土壌の違いは、様々な母材の違いに起因していることが確認された。 ラテライト土壌の形成過程では、母材が重要な役割を担っている。 風化の程度は、婁片≒平鎮>草加>淡水>東魏の順で低下すると思われる。

4.結論

本研究では、台湾の様々な母材から形成された5つのラテライト質土壌について、その物理、化学、鉱物学的特性を理解するために調査した。 その結果、母材は土壌の風化に重要な役割を果たすことが明らかになった。 物理的、化学的、鉱物学的組成は土壌の形成に強く影響する。 平鎮と婁底のラテライト土壌は風化過程がより強く、一方、桐威は土壌形成年代がより若い。 ラテライト土壌の中で最も異なるのは、酸化鉄の含有量である。 玉水と東尾のラテライト土壌は、磁性酸化鉄を含んでいることがわかった。 また、玉水と東莞ではそれぞれ磁鉄鉱とマグヘマイトが主要な酸化鉄である。 レピドクロサイトは草加ラテライト土壌にのみ見出され，ロウピー土壌では中間量のゲータイトが決定された。

利益相反

著者はこの論文の出版に関して利益相反がないことを宣言した。