土壌 の物 理性
第6 8 号 p ．
5 7 ∼ 6 7 （1 9 9 3 ）
論説
土 の水・ 雑考
− そ の 形 と ポ テ ン シ ャル ー
岡
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C h e m ic a l p o te n tia l ，
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（ S o il P h y s ．
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P la n t
水分 芋頁の 2 つ の 流 れ
G r o w t h ， J p n ， 6 8 ， 5 7 − 6
う一 つ の 物 差 し に よ っ て 統 一 的 に 分 撰 す る 方 法 で あ る 。
両 者 の 方 法 論 lよこ の よ う に 全 く異 な っ て い る た め ， 土
日本 土卿 巴科 学 雑誌 の 原稿 執 筆 規定 （6 2 巻 ，1 9 9 1 ） に ，
の水 の 諸 現 象 に 対 す る 理 解 も 異 な る こ と が 多 く， 長 い 間 ，
推奨 さ れ る 単 位 と して ， 基 本 と な る S I 単 位 を も と に ， 水
論争 が あ っ た 。 しか し後 者 が 水 分 ポ テ ソ シ ヤ ル に よ っ て
分ポ テ ソ シ ヤ ル は 圧 力 表 示 の と き に は P a ， 水 頭 の と き
水の 状 態 を 連 続 的 に 数 値 と し て 表 わ せ る こ と ， ま た そ の
には m
水分 ポ テ ソ シ ヤ ル が テ ソ シ オ メ ー タ に よ っ て 容 易 に 求 め
と す る こ と ， そ して 水 分 ポ テ ソ シ ヤ ル の 表 示 と し
て用 い ら れ て き た p F は 使 わ な い こ と が 記 さ れ て い た 。
ら れ た た め ， 実 用 的 評 価 が 高 くな り ， 現 在 は 土 の 水 を 水
1 9 35 年 ， イ ギ リ ス ， オ ッ ク ス フ ォ ー ドで 開 催 さ れ た 第 3
分ポ テ ソ シ ヤ ル に よ っ て 表 示 す る こ と が 一 般 的 に な っ て
回国 際 土 筆学 会 の全 体 会議 に お い て， S c h o fie ld l）
によっ
いる 。 ア メ リカ の ， 例 え ば B ra d y 2）の 本 で も ， 土 の 水 分
て提 案 さ れ た p F が 約 半 世 紀 後 の い ま ， そ の 大 き な 仕 事
はエ ネ ル ギ ー 概 念 か ら説 か れ ， そ の 立 場 で 毛 管 力 な ど を
を終 え た と い う こ と 。 ま た 同 じ く約 半 世 紀 に わ た っ て 議
記述 に 組 み 込 ん で ， 複 雑 な 水 の 形 と 水 分 ポ テ ソ シ ヤル の
論さ れ て き た 土 壌 水 分 の 分 掛 こ， 水 分 ポ テ ソ シ ヤ ル が 現
関係 に つ い て も何 ら 矛 盾 を 感 じ さ せ る こ と な く述 べ られ
在学 会 に 定 着 して い る こ と を 示 す も の と して ， 記 事 を 見
て い る。
たと き感 一 入 な も の が あ っ た 。
土 の 水 の分 顆 に は大 き く見 る と 2 つ の流 れが あ った。
一つ は 土 の 水 の 形 と力 の バ ラ ソ ス を 中 心 に して 実 態 に そ っ
した が っ て 学 会 が 水 分 ポ テ ソ シ ヤ ル を 水 分 顆 の 基 準 に
す え て き た こ と は ， 時 宜 を え た こ と で あ る 。 しか し， 水
の形 の実態 とそ の特 異 な 力 との 関 係 に基 づ いて 水 を追 求
て具 体 的 に 水 を 分 摂 して い く も の で あ る。 土 粒 子 と 結 び
し た 旧 ソ 連 の ロ ー ジ ュ が ， か っ て 提 起 し た よ うな 水 分 ポ
つ いた 結 合水 と，毛 管 水・ 重 力水 な どの い わ ゆ る 自由水
テ ソシ ヤル の もつ 各種 の 問 題 に つ い て は， まだ そ の ま ま
を基 本 に して， 土 ごとに そ れ らの最 大 値 を 水分 恒 数 と し
な もの があ ると思 わ れ る。 また 両 方 法論 か らみ た 土 の 水
て 認 識 し分 類 す る 方 法 で あ る 。 も う一 つ は ， 当 時 す で に
の 理 解 の 矛 盾 が ， 現 在 す べ て 解 決 した と も 思 わ れ な い 。
完成 の 域 に 達 して い た 熱 力 学 の エ ネ ル ギ ー 概 念 を 水 の 分
た だ し， そ れ は 単 な る私 の 個 人 的 な 思 い 過 ご し か も しれ
顆に 導 入 す る 方 法 で あ る 。 つ ま り， 土 の 水 の エ ネ ル ギ ー
な い。 科 学 は 普遍 的 な知 で あ って も， そ の理 解 は個 人 的
が 土 に 拘 束 され て 低 下 す る こ と を 水 分 ポ テ ソ シ ャ ル に よ っ
な も の で ， そ の 認 識 に個 人 差 が あ る の は ， や む を え な い
て量 的 に 求 め て， 水 を分 摂 す る方法 で あ る。前 者 は土 の
こ と で あ ろ う。
水の 実 態 を こ と 細 か く観 察 し， 網 の 目 の よ う に 分 布 して
大 きな 業 績 を あ げ て 体 系 化 され て きた 土 壌 学 は ， 現 在 ，
い る 孔 隙 の な か に 存 在 して い る さ ま ざ ま な 水 の 形 を ， 分
新 しい 展 開 に む か っ て ， 進 む べ き道 を 探 して い る 時 代 で
子間 結 合 力 や 毛 管 力 に よ っ て 顆 分 け して い く も の で ， 実
あ る。 そ の時 代 に こそ ， 頭 に措 い てい る個 人 的 な理 解 を
感に 重 き を お い た 探 究 方 法 で あ る 。 そ れ に 対 し て 後 者 は
話 あ う こ と が 必 要 で な い か と思 い ， 水 の 分 顆 に つ い て 思
複雑 な水 の 形 に と らわ れず に， 水 の エ ネル ギー状 態 とい
い つ く ま ま に あ れ これ 考 え て み た 。 意 の あ る と こ ろ を 汲
◆道都 大学 短 期 大 学部
キー ワ ー ド ：p F ， 化 学 ポ テ ソ シ ヤ ル ， ラ プ ラ ス 式 と 水 の 形 ， 平 衡 の 活 用 ， 概 念 と 現 実
5 8
土壌 の物 理 性 第 錦 号 （1993）
まれ
ご批 判 い た だ け れ ば 幸 い で あ る 。
中 の 水 蒸 気 を 吸 着 して 湿 る 現 象 に 着 目 し， そ の 現 象 を 土
粒子 と水 分子 の結 合 とみて ， 当 時 の先 端 的 実 験 法 を駆 使
多相系 の水 分 ポ テン シ ャル
して ， そ の 現 象 を 追 求 して い た 。 戦 前 の 川 村 3）
の テキス
ト （1 9 34 ） に も ， そ れ が い わ ゆ る 吸 湿 水 と し て 記 述 さ れ
水 分 ポ テ ン シ ャル とは 「定温 ， 定 圧 の もと で， あ る物
質 一 モ ル （ 水 は 1紬 ） が も つ ギ プ ス 自 由 エ ネ ル ギ ー 」 と
定 義 さ れ て い る 化 学 ポ テ ソ シ ャ ル が ， 想 定 さ れ る あ る標
て い る。 土 粒 子 が 水 分 子 を 取 り込 む 擬 水 力 は 極 め て 大 き
く， 1 ∼ 2 万 気 圧 に も 達 す る と 紹 介 し， こ の 機 作 で 保 持
さ れ る 吸 湿 水 の 測 定 法 と して ， 10 ％ の 硫 酸 液 下 （相 対 湿
準 状 態 の 水 の 化 学 ポ テ ソ シ ヤ ル よ り も， 土 の 水 が ど れ だ
度 ， 別 ％ ） で 平 衡 に達 した 土 の 水 分 量 を 求 め るM itsch e rlic h
け 低 下 して い る か を 示 す もの で あ る 。 した が っ て 水 分 ポ
法 を 記 述 して い る 。 そ して 吸 湿 水 量 は 土 の 内 面 積 と 相 対
テ ン シ ャ ル が ， 吸 引 圧 10 0c m と い う こ と は ， 土 の 粒 子 に
湿 度 に 比 例 す る こ と を 指 摘 して い る 。 さ ら に 川 村 は ， 乾
拘 束 され て い な い 自 由 水 の 化 学 ポ テ ソ シ ャ ル よ り も 土 の
土 に 液 状 の 水 を 加 え て も 同 じ く土 に 強 く取 り込 ま れ て 吸
水 は 水 柱 10 0 c m 圧 だ け 低 い エ ネ ル ギ ー 状 態 の 水 で あ る こ
湿 水 に な る が ， そ の と き強 力 な 力 で 水 の 分 子 が 粒 子 面 に
と を 指 して い る 。
圧 縮 され るた め， 遊離 エ ネル ギ ー が熱 と な って あ らわれ
と ころ で化 学 ポ テ ソシ ヤル の概 念 に 「多 相系 で平 衡 状
態 が 成 立 し て い る と， 各 相 に お け る 各 成 分 の 化 学 ポ テ ン
る と 表 現 し， こ の と き の 湿 潤 熱 の 測 定 で 吸 湿 水 量 を 求 め
る 方 法 も述 べ て い る。
シ ャル は， す べ て の相 で 等 しい値 を示 す」 と い うもの が
「土壌 の国体 粒 子 と土壌 水分 とは， 絶 えず 互 い に影 響
あ る 0 重 要 な 概 念 で あ る が ， こ の 概 念 を 前 提 に して ， 水
を及 ぼ しあ っ て い る。 こ の 相 互 作 用 は ， 水 分 子 に 固 有 の ，
分 ポ テ ン シ ャル が千 変 万 化 の水 を適 確 に測 る物 差 しと し
て 使 わ れ て い る こ と に留 意 した い 。
例 え ば S c h o fie ld l）
がp F を捷 案 した と き， pF の測 定 法
の 一 つ と し て 土 の 水 蒸 気 の 化 学 ポ テ ン シ ャ ル か ら求 め る
方 法 を 示 し て い る 。 つ ま り， い ろ い ろ な 種 頬 の 水 が 共 存
ま た 土 粒 表 層 を 構 成 す る 分 子 お よび イ オ ソ に 固 有 の ， 種 々
の質 と量 の 力 に よ って 引 き起 こ され る。 」 とい う ダイ ナ
ミ ックな 考 えの も とに，
“土 壌 と 永 け を 執 筆 し た 旧 ソ連
の ロ ー ジ ュ の 喜 一）（19 6 2 ） は ， こ の 吸 湿 水 に つ い て 詳 し
く論 じ て い る 。 も と も と ， 吸 湿 水 は 粒 子 表 面 と 水 分 子 と
して い る 土 の 水 は 多 相 系 の 水 で あ り， そ の 系 が 平 衡 し て
の反 応 で あ る か ら， 土 の 比 表 面 積 （ 川 村 の 内 面 横 ） と 相
い れ ば ， 水 の 一 つ の 相 で あ る気 相 の 水 蒸 気 の 化 学 ポ テ ン
対湿 度 に 比 例 す る もの だ が ， ロ ー ジ ュ は 両 者 の 関 係 を ，
シ ャル は， 他 の水 の相 の 化学 ポテ ン シャル と等 しい こと
実験 例 の 図 1 に よ っ て 説 明 して い る。 粒 子 が 小 さ け れ ば
を 前 提 に して ， 測 定 の 容 易 な 水 蒸 気 の 化 学 ポ テ ソ シ ヤ ル
小さ い ぼ ど粒 子 の 総 表 面 積 は 大 き く な る か ら ， 図 の よ う
か ら間 接 的 に 土 の 水 分 ポ テ ソ シ ヤ ル を 知 り， そ れ を 次 の
に粒 子 径 が 小 さ い ほ ど， 相 対 湿 度 の 増 加 に 伴 う 吸 湿 水 の
式に よ っ て p F と し て 示 す 方 法 で あ る 。
増加 が 著 し い 。 した が っ て 吸 湿 水 量 は 土 性 に 支 配 され て
p F ＝ 10 g H ＝ 10 g 2 ．3 0 3 （R T ／M
子の ， 相対 湿 度7 5 ％ 以 上 に お け る急 激 な 吸 湿水 量 の増 大
いる が ， ロ ー ジ ュ は 図 の な か の 径 0 ．0 0 2 m m 以 下 の 微 細 粒
9 ） ＋ 10 g （2 − 10 g h ）
＝ 6 ．5 ＋ 10 g （ 2 − 10 g h ）
p F の F は 土 の 水 の 自 由 エ ネ ル ギ ー （fre e e n e r g y ） の
1 0 ．
0
頭文 字 ， p は 負 の 対 数 値 で あ る こ と を 示 し た も の で ， 水
に対 応 す る 土 の 水 の 吸 引 圧 か ら， そ れ を 水 柱 高 （H ， C m ）
と して 求 め た も の で あ る。 た だ し こ の 方 法 は ， 絶 乾 状 態
からp F 4
く−ら い ま で の 小 さ い エ ネ ル ギ ー の 水 に 限 ら れ
てい る が ， 水 分 ポ テ ソ シ ヤ ル の 概 念 に は ， 平 衡 状 態 に あ
る多 相 系 の 各 相 成 分 の 化 学 ポ テ ソ シ ャ ル は 等 し い ， と い
う前 提 が 含 ま れ て い る例 と して 始 め に 引 用 して み た 。
ミ 吋﹁
︻ り
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D訂 那 加 l 輝 ↓
nU
分ポ テ ン シ ャ ル の 表 示 で あ る p F を ， h （相 対 湿 度 ， ％ ）
ロー ジ ュ に よ る 結 合 水 の 仕 分 け
土 の 水 に つ い て 相 対 湿 度 に 注 目 して い た の は ， ア メ リ
カに 端 を 発 した 水 分 ポ テ ソ シ ャ ル 学 派 に 限 ら な い 。 物 性
の究 明 に 力 を 注 い で い た 初 期 の 土 壌 学 で は ， 乾 土 が 空 気
0．
25
0．
50
0・7 5
j J
l．
O
Po
図− 1
大気 相 対 湿度 と吸 湿 水量 （数 字 は 土 粒 子 径）
5 9
論説 ：土 の 水 ・ 雑 考 − そ の 形 と ポ テ ン シ ャ ルー
に 注 目 して ， そ の 急 増 分 は 毛 管 凝 縮 水 に よ る も の と 考 え
の 位 置 と 速 さ を 知 る こ と が で き る な らば ， 未 来 永 遠 に わ
て い る。
た って 宇 宙 は ど うな る かは 解 析学 の 力 に よ って知 る こと
要 約 す れ ば， 湿 った空 気 に土粒 子 が接 す る と， 固有 の
と が で き よ う」 と 言 っ た と い う 決 定 論 者 の 代 表 格 で あ る
自 由 な 力 場 が 働 き は じめ ， 双 極 子 で あ る水 分 子 の 1 つ の
ラ プ ラ ス の 提 示 した 式 ， す な わ ち 液 体 が 曲 面 を な す と き
極 が 土 粒 子 に 引 き 付 け ら れ ， 残 りの 外 側 の 擾 が 他 の 水 分
の 内 外 圧 差 を 表 面 張 力 と の 関 係 で 示 した 次 の 式 で あ る 。
子 を 引 き 付 け ， こ の よ う に して 数 十 層 の 水 分 子 膜 が 粒 子
（こ の式 の 求 め 方 は 名 著 H ille l の土 壌 物 理学 概 論 5）
に詳
表 面 に 均 一 に 形 成 され る。 小 さ な 粒 子 2 つ が 接 し て い る
しい 。 ）
場 合 に は ， そ の 吸 湿 水 膜 の 肥 厚 が あ る段 階 に な っ た と き
に粒 子 の 間 に 凹 面 の 水 膜 が 出 来 る 。 こ の メ ニ ス カ ス は 負
P l＝ P 。＋ J （ 1 ／ R ．＋ 1 ／ R 2）
圧 な た め ， 水 蒸 気 圧 が 他 の 部 分 よ り も低 い 。 だ か ら こ の
P l ：曲面 の圧 力
空 間 で は水 蒸 気 が他 の 表面 で飽和 して い る とき に はす で
α ：水 の表 面 張 九
・
（1 ）
P 。：平 面 の表 面 圧 ， 大 気 圧
R l，R 2 ：曲 面 の主 曲 率 半 径
に 過 飽 和 に な って お り， 凹 面 に 水 が 凝 縮 す る。 こ の 分 が
吸 湿 水 に 加 算 され て 吸 湿 水 量 が 急 増 し た と推 測 し て い る 。
こ の 凝 縮 水 は 相 対 湿 度 9 4 ％ を 境 に して 出 現 す る の で ， そ
毛 管 に よ っ て 作 られ る メ ニ ス カ ス が 凹 で あ れ ば R は マ
イ ナ ス で あ る か ら ， メ ニ ス カ ス の 圧 力 P l は 大 気 圧 P 。よ
の 条 件 に よ っ て 両 者 を 分 析 して い る 。 結 合 水 が 作 り 出 す
り も小 さ くな る こ と， つ ま り 負 圧 に な る こ と を 示 し て い
形 に よ っ て ， 二 次 的 に 毛 管 水 が 生 ま れ る話 で あ る 。
る。 そ れ は毛 管 が完 全 に円 筒形 で， メニ スカ ス が す べ て
ま た 液 態 水 と 粒 子 の 結 合 に よ る 吸 湿 水 に つ い て も， 川
村 が指 摘 してい た湿潤 熱 に よって その 結 合力 を定 量化 し，
の 方 向 に 同 じ曲 率 を も つ と 前 提 す れ ば ， 式 2 に 変 換 さ れ
る 。
強 結 合 水 と 弱 結 合 水 を 分 析 し て い る。 さ ら に 土 粒 子 と イ
オ ン に よ る 水 分 子 の 取 り 合 い を 想 定 し， 水 分 子 が ど ち ら
P 。− P l ＝
2
♂ ／ R
・・
‥（2 ）
に取 り込 ま れ る か を ， 土 に 加 え た 砂 糖 や 塩 化 カ ル シ ウ ム
溶液 の濃 度 変 化 か ら推定 して， 強結 合 水 と弱結 合 水 を 分
式 2 の 大 気 圧 P 。と 曲 面 圧 P ．の 差 が ， メ ニ ス カ ス が 出
別 す る 方 法 も提 案 して い る 。 や や 繁 雑 で あ る が 結 合 力 の
来 る こ と に よ っ て 生 じ た 負 圧 で あ る。 こ の 負 圧 は 静 水 圧
定量 化 に よ って， 水 を その 形 と力 に基 づ い て分 析 す るこ
に 補 供 さ れ て 大 気 圧 と 等 し くな る の で あ る か ら， 水 柱 の
と に 執 念 を 燃 や して い る こ と が よ く分 か る もの で あ る。
高 さ （h ） に ， 水 の 密 度 （ d ） と 重 力 加 速 度 （ 9 ） を 乗
も ち ろ ん ， これ ら の 努 力 を 水 分 ポ テ ソ シ ヤ ル 学 派 は 評 価
じて 求 め られ る 静 水 圧 に よ っ て ， そ の 負 圧 が 表 わ さ れ る
しな か っ た 。 「 熱 力 学 的 エ ネ ル ギ ー 関 係 を 求 め る 大 き な
こと， ま た 水 と管 壁 を完 全 な ヌ レとす れ ば ， 毛 管 水 柱
利 点 は ，個 々の 特別 な水保 持 の機構 と関係 が な い こと に
（h ） と 毛 管 半 径 （r ） の 逆 比 例 関 係 は ， 次 の ジ ュ レ ソ
あ る ， S c h o fie ld 」 の で あ る 。
の式 で示 され る ことに な る。
ラ プラ ス式 と毛管水 の形
土 の 水 には， 粒 子 と水 分 子 の結 合 力 に よ る湿 潤 水 の よ
うな結 合 水 と， 土 の教 小 な 隙 間 に出 来 る水面 メニ スカ ス
の毛 管 九
あ るい は重 力 との 関係 で 保持 され て い る自 由
水の 二 つ が あ る ， と い う の が 古 くか ら の 概 念 で あ る 。 そ
h ＝ 2 × 7 4 ／ r x 9 8 1 ＝ 0 ．15 ／ r
・
・・
（3 ）
土 の 孔 隙 径 な ど を 算 出 す る の に よ く使 わ れ る便 利 な 式
で あ り， 土 の 毛 管 孔 隙 の 様 子 が イ メ ー ジ さ れ る 式 で あ る 。
さて ， これ らの 毛管 式 に よ って説 明 され る毛管 現 象 の
具体 的 な 例 と して ロー ジ ュ は こ ん な 話 を 紹 介 し て い る。
して 自 由 水 は 拘 束 度 合 が 少 な く， エ ネ ル ギ ー ・ レ ベ ル が
い ま 1 本 の 円 筒 毛 管 を と り， そ れ に 気 泡 を 含 ま な い よ う
高い の で 可 動 性 に 富 む た め ， 土 の 物 質 代 謝 の 媒 体 と して
に 上 か ら静 か に 水 を 入 れ て ゆ く。 す る と 初 め の こ ろ に は
の機 能 が大 き く， 土壌 生 成 ， 土 剰 巴沃 度 ， 水循 環 な どを
支配 す る大 き な 要 田 と 考 え ら れ て き て い る。 した が っ て ，
土の 水 の 研 究 対 象 と して 古 くか ら重 視 さ れ て い る 水 で あ
図2 − a の よ う に ， 毛 管 の な か に 低 い 高 さ の 水 柱 が 形 成
され る。 この ときの平 衡 条 件 を考 え て み る と， 3 つ の 力
の作 用 下 に あ る こ と が 分 か る 。 そ れ は ， 下 方 向 に 働 く上
る。 そ の 中 で ， と く に 重 力 に 抗 し て 上 昇 す る 毛 管 水 の 特
部メ ニ ス カ ス の 表 面 圧 P l と ， 同 じ く下 向 き に 働 く重 力 ，
異な 知 見 が 自 由 水 理 解 の 要 と し て 注 目 さ れ て き た 。
それ ら の 逆 の 上 方 向 に 働 く 下 部 メ ニ ス カ ス の 表 面 圧 P 2
毛管 水 と い え ば， ラ プ ラ ス の 式 で あ る 。 フ ラ ン ス の ニ ュー
トソ と 称 せ ら れ た 数 学 者 R ・S ．d e R ap la c e （17 4 9 − 1 8 2 7 ）
が示 し た 数 式 で あ る 。 「 あ る 瞬 間 に 宇 宙 の す べ て の 原 子
の3 つ で あ る 。
こ の 水 柱 の 圧 力 は 言 う ま で も な くh d 9 で あ る か ら ，
3 つ の 力 の 釣 り合 い は 次 の よ う に な る。
土壌 の物 理 性 第 錨 号 （1993）
亡
rl
＝二 ∃
図−3
球形 粒 子 間 の 接 合部 集 積 水
にな りR 2 の 値 は プ ラ ス に な る 。 そ の た め 式 は 次 の よ う
に変 わ る 。
α
ム
c
d
β
h d 9 ＝ 2
図 一2
毛 管 中 の水 の状 態
♂ （ 1 ／ R ．＋
1 ／ R 2）
そ して こ の 状 態 で は ， 下 部 メ ニ ス カ ス の 曲 率 は ， 毛 管
の下 端 に 出 来 た 水 滴 が 離 れ て 落 下 す る ま で 増 大 す る こ と
にな る 。 水 滴 が 離 れ た 瞬 間 に 水 柱 の 高 さ は 最 高 に 達 す る 。
P l＋ h d 9 ＝ P 2
つま り均 一 な 径 の 毛 管 で も ， 毛 管 式 以 上 の 水 柱 高 に な る
上 部 メ ニ ス カ ス の 曲 率 半 径 を R l， 下 部 メ ニ ス カ ス の
曲率 半 径 を R 2 と す れ ば ， ラ プ ラ ス の 式 か らP l ＝ P D
−2 α ／ R l， P 。＝ P 。− 2
♂／ R 2 と な る。 これ を 上 式 に
代入 して 整 理 す る と， 平 衡 条 件 は 次 ぎ の よ う に な るo
こと が あ る と い う話 で あ る 。 通 常 の 毛 管 上 昇 水 固 か ら は
想像 で き な い 話 で あ る 。
土 の 毛 管 現 象 の 理 解 の た め に ， も う一 つ の 例 を 綜 介 し
たい 。 そ れ は 図 3 の よ う に ， 2 つ の 粒 子 の 接 触 点 に 毛 管
力に よ っ て 保 持 さ れ る 水 の 集 横 の 例 で あ る 。 こ の よ う な
hd
9 ＝ 2
げ （ 1 ／ R
l− 1 ／ R
2）
孤立 し た 水 の 集 積 を ロ ー ジ ュ は 接 合 部 集 積 と 呼 ん で い る
が， こ の 場 合 に は 重 力 に 関 係 な く凸 面 の メ ニ ス カ ス が 関
毛 管 に 宙 づ りに な って い る水 は この条 件 にな って い る
与して い る。 平 面 図 で あ る か ら 理 解 し が た い が ， 立 体 的
が， そ れ は 上 部 メ ニ ス カ ス の 曲 率 と 下 部 の 曲 率 が 違 う こ
に2 つ の 球 の 間 に 出 来 る水 集 積 を 想 像 し て み る と 読 み と
と で 成 り 立 つ 条 件 で あ る 。 そ の 違 い は ， 式 や 固 か ら分 か
れる。 そ れ は ， 図 の r l の 矢 印 を 接 合 点 を 中 心 に して 前 後
る よ うに ， 上 部 メ ニ ス カ ス の 曲 率 が 下 部 メ ニ ス カ ス の 曲
に 一 回 転 して 描 か れ る 曲 面 で あ る 。 そ の 曲 面 が 凸 面 で あ
率よ り も 大 き い こ と で あ る の は 言 う ま で も な い 0
も し こ の 毛 管 に さ ら に 水 を 加 え て い く と ， 水 柱 高 （h ）
の増 大 に よ っ て 式 の 中 の h d 9 も 増 大 す る 。 そ の た め 釣
り合 い 上
2 α （ 1 ／ R l − 1 ／ R 2 ） も増 大 し な け れ ば
る 。 こ の 凸 面 に 対 して 半 径 r 2の 曲 面 は 図 の よ う に 水 毛 管
メ ニ ス カ ス の 特 徴 で あ る マ イ ナ ス の 凹 面 で あ る 。 した が っ
てこ の 集 積 水 の 全 曲 率 は ， 1 ／ r l − 1 ／ r 2 に な り， 表 面
圧P は ラ プ ラ ス の 式 に よ っ て 次 の よ う に な る 。
な ら な い 。し か し表 面 張 力（ α ）と 上 部 の 曲 率 半 径 （R l）
は 一 定 で あ る か ら ， 下 部 の 曲 率 半 径 （R 2 ） が 増 大 して
P ＝ P 。＋ α （ 1 ／ r l − 1 ／ r 2 ）
対応 せ ざ る を え な い 。 つ ま り 下 部 表 面 圧 が 増 大 し て 水 を
受 け 入 れ る こ と に な る 。 そ して 長 針 こは 回 2 − C の よ う
r2ほ常 にrlよ りも小 さい こと が分 か って い るの で， 括
に ， 下 部 メ ニ ス カ ス が平 に な る と き が く る。 こ の平 に な っ
弧 内 は マ イ ナ ス の 値 に な る 。 つ ま り集 積 水 の 表 面 圧 P は
た と き は 1 ／ R 2 ＝ 0 で あ り， 平 衡 状 懸 は も っ と も 単 純
大 気 圧 P 。よ り も低 く な り ， そ の た め 水 が 保 持 さ れ る こ
な 毛 管 式 3 の ， h d 9 ＝ 2 ♂／ R l に な る 。 こ の 場 合 の 毛
と に な る 。 こ の よ う に して 凸 面 と 凹 面 の 相 互 関 係 に よ っ
管 の 水 柱 高 が ， 実 は 同 じ 径 の 毛 管 を シ ャ ー レ中 の 平 な 自
て 水 が保 た れ て い るの で あ る。
由水 中 に立 て た 毛管 上 昇 現 象 を説 明す る例 の平 面 図 の 水
柱 高 と 同 じ高 さ な の で あ る 。
と ころが話 は そ れで終 わ らない 。 さらに 水 を入 れ ると ，
科 学 者 で あ る 以 上 だ れ し も複 雑 な 現 象 を ， ラ プ ラ ス の
式 のよ うに簡 潔 で普 遍 的 な 美 い 、
言 葉 で 説 明 し た い と思
う に違 い な い 。 しか し ラ プ ラ ス の 関 係 式 か ら ， シ ャ ー レ
図 d ， e の よ う に 水 柱 高 が シ ャ ー レ 状 態 よ り も， も っ と
に 満 た した 水 の 中 に 立 て た ガ ラ ス毛 管 の 上 昇 水 の み を 固
高 くな る 。 そ の と き ， 下 部 メ ニ ス カ ス は 図 の よ う に 凸 型
定 的 に イ メ ー ジ して い る と ， 折 角 の 美 し い 言 葉 の 味 を 味
6 1
論説 ：土 の 水 ・ 雑 考 − そ の 形 と ポ テ ソ シ ヤ ルー
わえ な く な ろ う 。 い ま 紹 介 し た 例 の よ う に ， た と え 径 が
の本 で ， 興 味 あ る見 解 を 次 の よ う に 披 渡 し て い る 。 毛 管
均一 な 毛 管 で あ っ て も， 管 に 宙 づ り に な っ た 水 の 場 合 に
径が 小 さ く な っ て 2 ．
87 ′
J m に な る と ， 吸 引 圧 水 頭 （毛 管
は， 毛 管 の 上 部 に 出 来 た メ ニ ス カ ス の み で な く下 部 の 異
負圧 を 水 柱 高 で 示 し た も の ） が 1 ，
0 3 2c m （ 1 気 圧 ） に な
なる メ ニ ス カ ス 曲 率 と の 係 わ り 合 い に よ っ て 水 が 保 持 さ
る。 こ れ 以 上 毛 管 径 が 細 く な る と そ の 負 圧 と い う も の は
れる た め ， と き に は 同 じ 経 で も ジ ュ レ ソ の 式 か ら 求 め ら
物理 的 意 義 を 失 う， と い う考 え で あ る 。 毛 管 ポ テ ン シ ャ
れる 水 柱 高 よ り も 高 く な る 。 毛 管 水 高 と 毛 管 径 の 関 係 を
ルの 力 場 が 働 か な く な る ， と で も い う こ と か も し れ な い
一義 的 に ジ ュ レ ンの 式 で 理 解 す る と 間 違 う こ と に な る 。
が， と も か く 負 圧 が 1 気 圧 以 上 に な る と 毛 管 力 は 働 か な
つま り毛 管 水 柱 高 （h ） は 視 覚 的 な も の で な く， は な は
く な る 。 そ の た め ， 1 気 圧 に 相 当 す る 10 m 以 上 の 毛 管 水
だ抽 象 的 な 言 葉 で あ る。 ま た 粒 子 間 に 生 じ る 毛 管 水 も，
帯は 現 実 に は 出 現 し な い こ と に な る。
負と 正 の メ ニ ス カ ス に 支 配 さ れ る複 数 の 毛 管 力 に よ っ て
物 理 的 意義 を失 うと い う こ とに つ い て は， 土 の 水 の 熱
保持 さ れ て お り， そ の 中 に ラ プ ラ ス の 言 葉 が 生 き て い る
力学 的 研 究 の 第 一 人 者 で あ る 岩 田 7〉
は ， 次 の よ うに 説 明
こ と に 気 が つ く と ， 味 が 深 く な ろ う。 この 味 を ロ ー ジ ュ
して い る。 もと も と負圧 は 相 対 的 な値 で， それ は メニ ス
は力 説 し た か っ た の で あ ろ う。
カス が出 来 る ことで表 面 圧 が 標 準圧 （それ は大 気 圧 と考
え て よ い ） よ り も ど れ だ け 低 下 し た か を 示 した も の で あ
結合 水 と 毛 管 水 の 境 は
る。 つ ま り絶 対 値 で は な くて ， 表 面 圧 が 大 気 圧 よ り も ど
れだ け 低 い か と い う， 大 気 圧 と の 差 が メ ニ ス カ ス の 負 圧
毛 管 水 帯 と い う用 語 が あ る 。 地 下 水 に 接 して い る 毛 管
であ る 。 した が っ て 毛 管 の 径 が 小 さ く な っ て ， メ ニ ス カ
孔隙 に 保 持 さ れ て い る 水 で ， そ の 上 限 が 肉 眼 的 に 比 較 的
ス の 負 圧 が 1 気 圧 よ り も 大 き くな る と， 計 算 上 マ イ ナ ス
揃っ て お り， 地 下 水 と の 間 に 帯 状 に 分 布 して い る の で ，
の圧 力 に な る。 し か し， こ の 世 に マ イ ナ ス の 圧 力 は 存 在
こ う 呼 ぶ の で あ ろ う。 土 の 水 分 環 境 と し て 重 要 な 水 帯 で
しえ な い 。 そ の た め に 2 ．8 7 ／
J m よ り も小 さ い 毛 管 で は ，
あ る 。 八 幡 6）
は ， この水 帯 を ポ テ ソ シ ヤ ル の概 念 に よっ
毛管 負 圧 が そ の 物 理 的 意 義 を 失 う こ と に な る と 説 明 して
て ， 次 の よ うに 説 明 して い る 。 圧 力 が 大 気 圧 に 等 しい 自
いる。 そ の と き に は ， 毛 管 ポ テ ン シ ャ ル の 勾 配 は 圧 力 勾
由 水 面 か ら上 方 に 向 か っ て ， 重 力 の 場 と は 正 反 対 に 高 さ
配で な く， 化 学 ポ テ ン シ ャ ル 勾 配 と して の み 物 王堅的 意 義
に比例 して高 い ほ ど エ ネル ギ ー の低 い 一 つ の保 存 力 湯 が
あ る。 これは 毛 管水 が そ の先 端 で 間 隙 の 中 に メ ニ スカ ス
を 張 り ， 自 由 水 面 の 上 方 に 毛 管 負 圧 帯 を つ く り出 して い
る 結 果 生 ず る も の で あ っ て ， こ の 毛 管 水 帯 の 力 場 を “毛
管ポ テ ソ シ ヤ ル （ ￠ ） を も つ 力 場 ” と 名 づ け て い る 。
地 下 水 に 接 して い る 水 で あ る か ら， 先 ほ ど の 話 は 別 と
して も 毛 管 水 帯 の 高 さは ， ジ ュ レ ソの 式 に 従 う筈 で あ る 。
しか し 実 際 と理 論 で は 桁 外 れ の 違 い が あ る 。 例 え ば 埴 土
でよ く 見 ら れ る 1 Jl m の 孔 隙 の 毛 管 上 昇 高 を ジ ュ レ ソ の
式で 計 算 す る と ， 3 0 m に も な る。 と こ ろ が 現 実 に は 砂 質
土で は 多 くの 場 合 5 ∼ 6（わm で 1 m 以 下 ， 埴 土 で も 2 ∼ 3
m と い う位 で ， 3 m を 越 え る 例 は 少 な い 。
こ の 矛 盾 を ロ ー ジ ュ は 次 の よ う に 考 え て い る。 1 ′
Jm
位の 小 さ な 孔 隙 の 場 合 に は ， そ の 内 部 の 水 は 毛 管 水 で は
なくて ， 全 部 結 合 水 で み た さ れ て い る 。 そ して 小 さ な 孔
隙で は メ ニ ス カ ス が 出 来 な い か ， ま た は 出 来 て も そ の 負
圧は 粘 性 の 大 き な 結 合 水 を 移 動 さ せ る た め に は 力 不 足 で
あり， 水 は 昇 ら な い 。 だ か ら 毛 管 上 昇 に は 限 界 が あ り理
論よ り も か な り 低 い と こ ろ ま で し か 上 昇 し な い 。 つ ま り
1 ′
Jm 以 下 の孔 隙 水 は結 合水 で あ る と考 え て い る。 い わ
ばそ こ が ， 毛 管 水 と結 合 水 の 境 に な ろ う 。
こ の 点 に 関 して ， ロ ー ジ ェ の 水 の 形 の 話 と水 分 ポ テ ソ
シ ヤ ル の 統 一 を 図 る こ と に 大 き く貢 献 した 八 幡 ほ ， 先 述
写真 − 1
天塩 ポ トゾル性 酸 性 褐 色 森林 土 B 層
（波 多野 氏提 供 ）
1 万倍
6 2
土壌 の物 理 性 第 朗 号 （1993）
が あ る と い う。 化 学 ポ テ ソ シ ヤ ル の 利 点 で あ る 。 い ず れ
に して も， 毛 管 負 圧 は 大 気 圧 の 一 気 圧 を 越 え る も の は な
い と い う こ と に な ろ う。
負 圧 1 気圧 は， 水柱 約 10 ユ
cm で あ る か ら p F 3 に 相 当 す
る 。 と こ ろ で 植 物 に 対 す る 有 効 水 分 の 下 限 は p F 4 ．2 と 言
われ て お り， そ れ は 15 気 圧 に 当 た る 。 p F 4 に し て も 1 0
気圧 で あ る 。 これ ら の 負 圧 水 を ， そ の 圧 に 相 当 す る圧 力
によ っ て 引 き 出 し て 有 効 水 分 の 一 部 と して 定 量 し て い る
が， 絶 対 圧 が マ イ ナ ス な こ と は な い と い う 考 え に立 て は ，
それ ら は 実 感 の な い 負 圧 を 計 測 し て い る こ と に な ろ う。
連続 的 に 変 化 して い る 土 の 水 を 分 探 す る と な る と ， 限 ら
れた 情 報 下 で は 概 念 的 と な ら ざ る を え な い の か も しれ な
い。
突 然 今 日的 に な る が ， 執 筆 中 に い ま 話 葎 に して い る孔
隙径 の 小 さ い 埴 質 の 土 に つ い て ， そ の 物 理 的 意 義 を 失 う
図− 4
とされ た孔 隙径 約 3 ′
Jm の電 顧写 真 を手 にす る こ とが で
き た （写 真 ） 。 こ の 写 真 を 見 る と ， あ た か も オ ホ ー ツ ク
の流 氷 を 空 か ら 見 て い る よ う で あ る 。 氷 塊 の ご と き 粒 子
の間 が ， 約 1 ′
J m か ら 3 IJ m の 孔 隙 で あ る 。 ロ ー ジ ュ 夙
壌 土 の 懸垂 水
土粒 子 ま た は 微 細 団 粒
土粒 子 表 面 の結 合 水 の 薄膜
吸着 閉 鎖 さ れ た 自 由 水 の 徴 集 積
空の間 隙
に考 え れ ば， 1 Jj m 付 近 は 結 合水 が 土粒 子 同 志 を 固 く結
観察 し て ， そ の 保 持 の 仕 組 み か ら 4 つ の 懸 垂 水 に 分 析 し
んで お り， 画 面 全 体 が 流 動 性 の 少 な い も の に な って い る ，
てい る 。 そ れ は （ イ） 接 合 部 集 積 水 （ ロ ） 薄 膜 水 （ハ ）
とい う こ と に な ろ う 。 し か も 結 合 水 膜 は 1 万 Å で あ る か
団粒 内 毛 管 水 （ニ ） 成 層 土 層 内 毛 管 水 で あ る 。 （ ロ ） の
ら， 水 分 子 径 を 3 Å と す る と ， そ れ は 水 分 子 3 0 0 の 厚 さ
薄膜 水 は ， 粘 土 が 多 く な る と毛 管 上 昇 式 が 適 合 し が た く
とい う膨 大 な 量 に な る 。
なる こ と を 念 頭 に お い て 描 い た 壌 土 の モ デ ル 図 4 か ら ，
普 通 ，土 粒 子 表 面 に 吸着 され て い る水 膜 は1 0 ∼2 0 水分
子居 で ，5 0 Å程 度 の ご く薄 い例 の 電 気 的二 重 層 を構 成 し
推察 で き る も の で あ る 。 図 の な か で 2 は 結 合 水 が び っ し
りつ ま っ た 孔 隙 を 示 して い る が ， そ れ が 薄 膜 水 で あ る。
てい る と考 え ら れ て お り， そ の 薄 い 屠 が イ オ ソ 交 換 な ど
また ， 3 の 印 は 結 合 水 が 毛 管 水 の 出 口 を 塞 い で ， 水 を 一
の重 要 な 役 割 を 担 っ て い る こ と が ， よ く知 られ て い る。
杯溜 め 込 ん で い る状 態 を 示 し て い る が ， こ れ も ま た 薄 膜
その 情 報 を 思 い 出 して ， こ の 写 真 を 眺 め る と， そ の 薄 い
水で あ る 。 ル ー ペ で 覗 き こ み な が ら何 か と 想 像 して 描 い
層は 写 真 の 動 き 難 い 多 量 の 結 合 水 の な か で ど う な っ て い
た水 と 思 う。 ス ケ ー ル が 違 う の で 単 純 に は 比 較 で き な い
るの か な ど と ， 何 か と 不 可 解 に な っ て く る 。 こ の 写 真 に
が， こ の 薄 膜 水 が 先 述 の 毛 管 水 と結 合 水 の 関 係 を 暗 示 し
見られ る 実 態 を 追 い 求 め れ ば ， 失 わ れ た 物 理 性 あ る い は
てい る気 が す る 。
毛管 上 昇 の 限 界 な ど が ， も っ と リ ア ル な も の に な る か も
しれ な い 。
図 の よ う に 結 合 水 が 毛 管 水 を 取 り囲 ん で 封 じ こ め れ は ，
動け る 水 も動 け な く な っ て し ま う。 とす る と， 見 か け 上 ，
毛管 水 も結 合 水 と な っ て ， 3 00 0 分 子 も の 結 合 水 膜 が あ る
懸垂 水 の い ろ い ろ
こと に な り， あ る い は 毛 管 上 昇 が 止 め ら れ た り す る の か
もしれ な い 。 ロ ー ジ ュ は こ の 種 の 形 の 水 に 関 心 が 強 か っ
毛 管 水 帯 の 上 に は， い わ ゆ る懸 垂 水 帯 が あ る。 地 下 水
たよ う で ， そ の 移 動 性 に 特 に 検 討 を 加 え て い る 。 例 え ば
の毛 管 上 昇 が 及 ば な い 最 上 位 の 土 層 で ， 作 土 に 含 ま れ る
懸垂 水 は 一般 に 移 動 性 に 欠 け る が ， し か し薄 膜 水 は 蒸 発
保水 帯 で あ る。 地 下 水 の 上 下 に 関 係 な く保 持 さ れ て い る
表面 に 向 か っ て ， あ る 限 界 含 水 量 ま で は 移 動 で き る こ と
水で あ る 。 接 合 部 集 積 水 な ど は そ れ に 当 た る 。 ま た 先 述
を， 水 分恒 数 の 毛 管 連 絡 切断 含 水 量 との 関係 で 論 じ
の図 2 の 毛 管 水 の 動 態 も 懸 垂 水 の モ デ ル と 言 え よ う。 降
の懸 垂 水 と別 扱 い に し て い る 。 よ く考 え て み た い 。
雨後 ， 重 力 水 が 排 除 され て 土 に 残 っ て い る 水 で ， そ の 多
くは 水 分 恒 敷 か ら み れ ば 圃 場 容 水 量 に 相 当 す る も の で ，
作物 栽 培 に と っ て 重 要 な 水 供 給 源 で あ る 。
ロー ジ ュは 自由 水 が局 所 的 に 止 まっ て い る実 態 を よ く
他
（ハ） の 団粒 内 毛管 水 は字 の よ うに 団粒 に保 持 され て
いる 毛 管 水 で あ る 。 最 後 の （ ニ ） 成 層 土 居 内 毛 管 水 も ，
ロー ジ ュの 関心 の深 い もの で， 粒 子 の 粗 い砂 質 土 居 の 上
に小 さ な 粒 子 の 埴 質 土 層 が 重 な っ て い る と き に 生 じ る 独
6 3
論説 ：土 の 水 ・ 雑 考 − そ の 形 と ポ テ ソ シ ヤ ル ー
特な 毛 管 水 で あ る。 こ の 場 合 毛 管 の 下 部 の メ ニ ス カ ス は
の 水 を ， 間 者 と して い る 点 か ら 自 由 水 面 ま で 動 か す に 要
小さ な 曲 率 で あ る た め ， こ の 下 部 に 生 じ た 上 向 き の 表 面
する 仕 事 ” と 定 義 さ れ た も の 。 仕 事 量 と み る こ と に は 毛
圧は ， 下 向 き の 上 部 の メ カ ニ カ ス の 表 面 圧 よ り も大 き い 。
管力 が 面 力 で あ る こ と を 力 説 す る 岩 田 8）
に 批 判 され て い
その た め ， 2 つ の 圧 力 の 合 力 は 上 を 向 き， 独 特 の 水 支 持
る が ， 多 く の 視 点 か らそ の 後 研 究 が 進 み ， 特 に 19 6 0 年 代
力に な る。 こ の よ う に して 孔 隙 径 の 異 な る 空 間 に 保 持 さ
の 輝 か し い 多 くの 研 究 に よ っ て 水 分 ポ テ ソ シ ヤ ル が 今 日
れて い る の が ， 成 層 土 居 内 毛 管 水 と 名 付 け ら れ た 懸 垂 水
の地位 を築 いて きた ので あ る。 そ の過 程 に お い て， 毛 管
であ る 。 ラ プ ラ ス 式 と 形 の 応 用 編 で あ る。
ポテ ソシ ヤルを マ トリ ックポテ ソ シヤル と呼ぶ ことに な っ
これ らの懸 垂水 物 語 は ， 水 の おか れ た形 と力 の 関係 に
たら し い 。 こ の 呼 称 の 変 化 に 毛 管 水 と 結 合 水 の 認 識 を 読
よっ て 水 を 追 求 し て い た ロ ー ジ ュ の 本 領 を 発 揮 し た も の
み取 る こ と が で き る 。 な お ， こ こ で は 結 合 水 ， 吸 湿 水 ，
であ ろ う。 そ の 類 別 と 定 量 化 に 苦 心 し て い た ロ ー ジ ュ に
吸着 水 を 同 義 語 と み な して 話 を 進 め た い 。
とっ て ， H ille lS）の よ う な 批 判 は 身 に こ た え る も の で あ
図 5 は H ille 15）
が 吸着 水 と毛 管 水 の 関 係 を絵 解 き L た
ろう。 す な わ ち 「 土 額 物 二
理学 の 初 期 にお い て流 行 した
もの で あ る。 粒子 を角 ば らせ て示 してい るが， 基 本 的 に
“
重 力 水 ”“毛 管 水 ”“吸 湿 水 ” な ど の よ う に ， 土 壌 水 を保
持形 態 で 分 顕 し て き た 悪 意 的 な 範 疇 化 は ， ポ テ ソ シ ヤ ル
は接 合 部 集 積 水 と吸 湿 水 を 一 緒 に した 図 で あ ろ う。 つ ま
り 毛 管 水 と 結 合 水 の 関 係 で あ る。 2 つ の 粒 子 が 接 して い
概念 で す っ か り お き か え ら れ て し ま っ た 。 水 と い う も の
る と ころ には ， 毛管 に よ る凹 の メニ スカ ス が描 かれ ， こ
は土 壌 内 に お い て 場 所 に よ り， ま た 時 間 に よ っ て ど の よ
の部 分 で は ， 接 合 部 集 積 と 同 じ メ カ ニ ズ ム で 水 が 保 持 さ
うに 違 っ て い る の で あ ろ う か 。 そ れ は
“形 態 ” が 違 っ て
れて い る こ と を示 して い る。 し か しそ の 毛 管 水 の 端 が ，
いる の で は な く て ， そ の ポ テ ン シ ャ ル が 違 っ て い る の で
粒子 表 面 を 覆 っ て い る 吸 着 水 膜 （凸 面 ） と つ な が り， 両
ある 。 土 壌 水 を 分 類 し よ う と 試 み る よ り も ， そ の ポ テ ソ
者が 相 互 平 衡 状 態 に あ る こ と を 指 摘 した 図 で あ る 。 し た
シャ ル ・ エ ネ ル ギ ー 状 態 を 特 徴 づ け る こ と の 方 が よ り 妥
がっ て 片 方 を 他 方 に 影 響 を 及 ぼ さ ず に そ れ ぞ れ を 変 化 さ
当な ア プ ロ ー チ で あ る 。 」 と い う 批 判 に ロ ー ジ ュ は 歯 乱
せる こ と が で き な い の で ， 毛 管 ポ テ ソ シ ヤ ル と い う 一 方
り して い た に 違 い な い 。
にか た よ っ た 呼 称 を や め て ， マ ト リ ッ ク ポ テ ソ シ ヤ ル と
呼び 名 を 変 え た と い う 。 つ ま り マ
なぜ マ ト リ ッ ク ポ テ ン シ ャ ル か
トリッ クポ テ ン シ ャル
は土 の 孔 隙 と粒 子 表 面 と を 含 む 土 の 全 マ ト リ ッ ク ス に 対
する 水 の 親 和 性 に 起 因 す る 総 合 的 な 効 果 を 表 して い る 。
話 は も ど るが， で は 一体 水 分 ポ テ ンシ ャル学 派 は ，結
合水 と 毛 管 水 の 仕 分 け を ど う考 え て い た の で あ ろ う か 。
もと も と毛管 現 象 と吸着 が 一緒 にな って マ トリッ ク吸引
圧を 生 ず る も の で あ る か ら ， 両 者 の 仕 分 け は 無 意 味 と い
もち ろ ん 水 分 ポ テ ソ シ ヤ ル が 個 々 の 特 別 な 水 保 持 の 機 構
う こ と に な ろ うか 。 こ の よ う に して 起 因 の 毛 管 力 と 結 合
と関 係 な い と 言 っ て も， 水 の エ ネ ル ギ ” 低 下 の 要 田 を 念
力の 関 係 は マ ト リ ッ ク ポ テ ソ シ ヤ ル の 名 に 置 き換 え ら れ
頭に お い て い る こ と は ， 先 ほ ど の 毛 管 水 帯 の 定 義 に
てい る 。 し た が っ て 凹 凸 の メ ニ ス カ ス の 相 互 関 係 ， つ ま
“毛
管ポ テ ソ シ ヤ ル （ ￠ ） を も つ 力 場 ” と あ る こ と か ら も 明
り正 圧 が 負 圧 の 足 を 引 っ 張 る の か ， あ る い は 高 め る の か
らか で あ る。 こ の 毛 管 ポ テ ン シ ャ ル と い う用 語 は ， 遠 い
など は ， こ の 固 か ら は 視 覚 的 に は 理 解 で き な い 。
昔
（1 9 07 ） B u c k in g h a m が エ ネ ル ギ ー 概 念 を 導 入 し よ う
と試 み た と き 名 付 け た も の で ， 当 時
“土 車 中 の 単 位 質 量
水 分 ポ テ ソシ ャル の普 及 に力 が あ った の は ， 古 くか ら
開発 さ れ て い た テ ソ シ オ メ ー タ で あ っ た と 思 う 。 引 き 合
う力 ， 張 力 （te n s io n ） あ る い は 張 力 水 （ 負 圧 水 ） を 測
吸着 水
る器 械 と い う名 前 で あ ろ う。 原 理 は 簡 単 で ， ポ ー ラ ス カ ッ
プを 土 に 埋 め こ み ， そ の 付 近 の 吸 引 圧 に よ っ て ポ ー ラ ス
毛管 水
カッ プ の 中 の 水 が 出 入 り し， そ れ と等 価 的 に 変 化 す る ゲ ー
／
ジ圧 に よ っ て 土 の マ ト リ ッ ク ポ テ ソ シ ヤ ル を 求 め る も の
であ る 。 こ の 方 法 に よ っ て p F や 吸 引 圧 の 数 値 が 畑 の 水
分の 動 態 に つ い て 、 多 くの 貴 重 な 情 報 を 提 供 し， ま た 水
分ポ テ ン シ ャ ル を 身 近 な も の に し て き た と 思 う 。
し か し， こ う し て 求 め た p F や 吸 引 圧 は ， 具 体 的 な 土
土粒 子
の孔 隙 の 形 や そ の 往 な ど を 示 し て い る の で な く， そ れ は
あく ま で も 水 の エ ネ ル ギ ー 状 態 を 示 した も の で あ る 。 そ
図− 5
1三管 現 象 と 吸 着 の 影 響 下 に あ る 不 飽 和 上 の 水
の数 値 は 土 の 水 保 持 力 の 内 容 を 直 接 示 す も の で な い こ と
6 4
土壌 の物 理 性 第 朗 号 （1 9 9 3 ）
は， マ ト リ ッ ク ポ テ ン シ ャ ル の 用 語 の 由 来 に も み ら れ る
b
よう に ， 自 明 な こ と で あ る 。
●
l11−−11
a
〓′−′
● ▲T
1
た圧 が 血 圧 で あ る ， と い う話 の よ うな 気 が す る が ， しか
′ 一l 1
ふさ わ し い 定 義 で あ る 。 言 っ て み れ は ， 血 圧 計 に 示 さ れ
′
意識 した 定 義 で あ り， 利 用 価 値 の 高 い テ ン シ オ メ ー タ に
C
ヽ
l
の水 と多 孔 膜 を 通 じて 平 衡 す る た め に 加 え ね は な ら な い
圧力 で あ る 」 と な っ て い る 。 明 ら か に テ ン シ オ メ ー タ を
′ − 1 一l l l 1 1 、
のゲ ー ジ 圧 で ， 土 壌 溶 液 と 組 成 が 等 しい 溶 液 が ， 土 壌 中
11 1 1■
′ 一一
この よ うな事情 を考 えて か， 国際 土壌 科学 会 のマ トリッ
ク吸 引 圧 の 定 義 は 「 土 壌 水 に 働 く外 部 気 圧 に 相 対 的 な 負
′
し水 を 非 圧 縮 性 と み な す と ， マ ト リ ッ ク ポ テ ソ シ ヤ ル は
′
′
土の 水 の 圧 力 に 等 しい と い う考 え に 裏 打 さ れ て い る も の
であ る 。 つ ま り ， マ
′′
トリッ クポ テ ン シ ャル は 負の 圧 力 ポ
テソ シ ヤ ル で も あ る 。 こ の よ う に 何 か と 言 い 換 え が 多 く
図− 6
水 分 分 布 と化 学 ポテ ン シャル
混乱 す る が ， 言 い 換 え は 思 考 の 枠 を 広 げ る も の で ， 科 学
の一 つ の 重 要 な 方 法 論 で は あ る 。
る。 ま た そ こ に ， 水 分 ポ テ ソ シ ヤ ル が な に を 表 現 し よ う
平衡 の 活 用
重力
として い る か を 読 み 取 る こ と が で き る 。 例 え ば 岩 田 は l ．
2．
毛管現象
水分 子 の 相 互 作 用
立場 に よ って い ろ い ろの表 現 が あ るが， 一 つの 共 通 し
た認 識 と して 土 の 水 の 化 学 ポ テ ン シ ャ ル が ， 標 準 状 態 よ
り も どれ だ け 低 下 して い る か を 示 した の が ， 水 分 ポ テ ソ
静水 圧
3．
溶 質 との相 互 関 係
4．
土壌粒子 と
5．
（4 ）
の 相互 作 用 の 場 に よって 生 ず る
6．
外 力 と外 力 場
7．
温 度 の 7 要 因 が化 学 ポ テ ン
シャ ル を 規 制 し て い る と い う 。
1 の 重 力 は ポ テ ン シ ャ ル 発 現 の 源 で あ り， 2 の 毛 管 現
シヤ ル と み て よ い よ う で あ る 。 例 え ば 毛 管 ポ テ ソ シ ャ ル
象は 毛 管 ポ テ ソ シ ヤ ル そ の も の で あ る 。 3 は 浸 透 ポ テ ソ
（ ￠ ） は ， 岩 田 7）に よ れ ば ， 毛 管 の 凹 面 形 成 に よ っ て 生
シヤ ル と い わ れ る も の で ， 溶 質 の 存 在 に よ っ て 水 の 化 学
ずる 化 学 ポ チ ソ シ ヤ ル の 低 下 量 （ △ 〃 。
） と定 義 さ れ る
ポテ ソ シ ヤ ル が 低 下 す る こ と で あ る 。 溶 質 が 水 を 束 縛 す
もの で あ る。 そ れ を符 号 で 表 す と， △ 〝。
＝ ￠ ＝ 2 J ／ r・ Ⅴ
るの で あ る 。 一 見 自 由 そ う に み え る 海 水 も ， 含 ま れ て い
とな る 。 ラ プ ラ ス 式 に 示 さ れ る メ ニ ス カ ス に よ る 負 圧 を
る塩 類 に よ っ て 著 し く化 学 ポ テ ソ シ ヤル が 低 下 し て ， 極
エネ ル ギ ー 単 位 に 換 算 した も の が 毛 管 ポ テ ソ シ ャ ル で あ
めて 不 自 由 な 水 で あ る こ と を 思 い 出 した い 。 現 実 の 土 の
る。
水分 ポ テ ソ シ ヤ ル は 主 と して 2 ， 3 の 両 者 が 加 算 さ れ た
と ころ で
“毛 管 力 の 場 は そ れ 独 自 で 存 在 し う る も の で
もの で あ る。 4 以 下 の 幾 つ か の 関 係 に つ い て は ， 岩 田 が ，
はな い 。 そ れ は 重 力 の 湯 が 存 在 し， そ れ と の 平 衡 が 達 成
引用 し た E d le fse n の 図 6 ・
7 9）
を 説 明 しな が ら 次 の よ う に
され て は じ め て あ ら わ れ る 場 で あ り， ポ テ ソ シ ヤ ル な の
解説 して い る 。
であ る 。 も し無 限 に つ ら な っ て い る 土 壌 柱 の 下 端 を 自 由
図 は ， 基 本 的 に は H ille lの マ ト リ ッ ク ポ テ ソ シ ヤ ル の
水面 に 浸 す 時 ， 重 力 の 場 の な い と こ ろ で は ， 水 は 永 久 に
図と 同 じで あ る が ， こ こ で は ， 状 態 の 異 な る 水 の 幾 つ か
上昇 運 動 を 続 け 平 衡 は 達 成 さ れ な い 。 も ち ろ ん そ こ に は
の領 域 （相 ） を 視 覚 的 に 示 して い る 。 そ し て ， 系 が 平 衡
毛管 刀 の 場 も ￠ も 生 じ え な い ” と い う， 重 要 な プ リ ソ シ
状態 に あ れ ば ， そ の 化 学 ポ テ ソ シ ャ ル は す べ て の 相 に お
プ ル に つ い て 岩 田 9）
は 発 言 して い る 。 こ の 視 点 に よ れ ば
いて 等 しい ， と い う 例 の 化 学 ポ テ ソ シ ャ ル の 基 本 的 な 特
p F や 吸 引圧 表 示 の 水 柱高 h は下 向 き重 力 ポ テ ソシ ャル と
徴を 演 繹 的 に 生 か して 絵 解 き して い る。 い ま 図 の 系 が 平
平衡 し て い る 反 対 方 向 の 一 h を 指 し て い る も の で ， 同 じ
衡で あ る 限 り， 水 分 ポ テ ソ シ ヤ ル ， つ ま り 化 学 ポ テ ソ シ ヤ
くラプ ラ スの式 を使 い な が らも， 常 識 的 な毛 管 を 水 が は
ルの 低 下 量 （△ 〃 ） は ど の 部 分 で も 同 じに な る 筈 で あ る 。
い上 が る イ メ ー ジ の 毛 管 水 の 説 明 と い さ さ か 違 い が あ る
その た め 図 の な か の 各 点 を 中 心 に した 領 域 の △ 〃 は す べ
こ とに留 意 した い。
て同 じ で あ る が ， そ れ は 次 ぎ の よ う に 符 号 化 して 記 す こ
こ の よ うな 巨 視 的 視 点 の も と に ， 外 圧 と 外 力 場 に 影 響
とが で きる。 な お 図 の破 線 は ，電 場 の ポ テ ソシ ヤルが 一
さ れ る土 の 水 の 化 学 ポ テ ン シ ャル に つ い て ， そ れ を 規 制
様で な い 領 域 を ， 点 線 は 分 子 間 力 の お よ ぶ 範 閉 を 示 して
する 条 件 と の 関 係 に つ い て 微 視 的 に 岩 田 は 追 求 して い る
い る。
が， そ の なか に 結 合水 と毛 管 水 の墳 の こ と も含 まれ て い
6 5
論説 ：土 の 水 ・ 雑 考 − そ の 形 と ポ テ ン シ ャ ル ー
1．
△ 〃 ＝ △ 〃。
＋ △ 〃。
する ポ テ ソ シ ヤ ル の 内 容 が 異 な っ て い て も， 薄 膜 水 ， 団
2．
△ 〃 ＝ △ 〃。
〝 ＋ △ 〃 e〝 ＋ △ 〃r” ＋ △ 〃。
”
粒内 毛 管 水 な ど と い っ た ， ど ん な 形 の 懸 垂 水 で もp F 2
3．
△ 〃 ＝ △ 〃。
′ ＋ △ 〃e′ ＋ △ 〃。
に相 当 す る 化 学 ポ テ ン シ ャ ル の 水 で あ り ， 水 の 形 に よ る
ポテ ン シ ャ ル の 特 徴 は 表 に 出 て こ な い こ と に な ろ う 。 し
1 は 点a を含 む破 線 と凹 面 に よ って 囲 まれ る領 域 の 化
たが っ て 水 分 ポ テ ソ シ ヤ ル は 形 を 越 え た も の で ， 形 は ど
学ポ テ ソ シ ヤ ル の 低 下 が ， 毛 管 ポ テ ソ シ ヤ ル の 低 下 （△
のよ う な も の で も か ま わ な い 。 H ille lが
〃。） と 浸 透 ポ チ ソ シ ヤ ル の 低 下 （△ 〃。） の 和 に よ る こ
てい る の で な くて ， そ の ポ テ ン シ ャル が 違 っ て い る と い
と， 2 は 粒 子 表 面 に 近 い 点 d の 領 域 で は 毛 管 ポ テ ソ シ ヤ
‘形 態 ” が 違 っ
う， ま さ に そ れ に 符 合 した 話 で あ る。
ルが 姿 を 消 し， 内 部 圧 に よ る も の （△ 〃。” ） ， 電 場 と
分子 間 に よ る も の （△ 〃e” ） （△ 〃f〝 ） ， そ れ に 浸 透
概念 と現 実
ポテ ソ シ ヤ ル の 低 下 （△ 〃。” ） が 加 わ っ て 低 下 す る こ
と， 3 は 1 ， 2 の 中 間 に 位 置 す るc 点 を 含 む 領 域 の 化 学
しか しな が ら懸 垂 水 帯 で は ， 各 懸 垂 水 が 水 蒸 気 相 を 通
ポテ ン シ ャ ル で ， そ れ は 2 と異 な る 内 部 圧 （ △ 〝。
′ ）
じ て 連 絡 して い よ う が ， 毛 管 水 帯 と 異 な り水 理 的 な 連 絡
と （△ 〃e′ ） に 加 え て ， 1 と 同 じ浸 透 ポ テ ソ シ ヤ ル の
に欠 け て い る と は 思 わ れ る 。 こ の よ う な 系 が ， 熱 力 学 的
低下 （△ 〃。
） に よ るこ と を示 して い る。
平衡 あ る い は 定 常 状 態 に あ る と 考 え る こ と は 無 一
理が あ ろ
つ ま り平 衡 系 で ， す べ て の 部 分 の △ 〃 が 一 定 に 保 た れ
う。 そ のた め 不均 一 な 多相 系 の 統 一的 な理 解 に最 も優 れ
てい る こ と は ， も し△ 〃 が 変 化 し た 場 合 に は ， 毛 管 ポ テ
てい る 平 衡 と化 学 ポ テ ン シ ャ ル の 概 念 も， 適 用 に は 限 り
ン シ ャ ル や 浸 透 ポ テ ソ シ ヤ ル の 変 化 の み で な く， 電 場 や
があ る。 平 衡 で な け れ ば ， 計 測 ′
した 一 つ の 水 分 ポ テ ン シ ャ
分子 間 力 が 卓 越 して い る と こ ろ で は （ こ れ ら は 負 の 毛 管
ルが 各 種 の 懸 垂 水 を 代 表 す る も の で は な く な る 。 そ の よ
ポ テ ソ シ ヤ ル や 浸 透 ポ テ ソ シ ヤ ル と 異 な り 正 j王 ） ， そ れ
うな場 合 には， 当然 な が ら水 の エ ネル ギ ー状 態 を規 制 し
ら の ポ テ ソ シ ヤル が 変 化 し て △ 〃 を 一 定 に 保 っ て い る ，
てい る 土 の 微 細 構 造 に 基 づ い た 水 の 分 塀 が 重 要 な 情 報 と
と い う こ と で あ る 。
な る。 水 は 器 に 従 っ て い る の で あ る 。
また毛 管 ポテ ソ シ ヤル の優 先 して い る 1 の領 域 の化 学
微細 構 造 とい えば ， 例 の有 名 な ヒ ス テ リシス現 象 が あ
ポテ ンシ ャル は， 同 時 に 2 や 3 の結 合 水 優 先 の領 域 の ポ
る。 各 pF や 吸 引 圧 に 対 応 す る水 分 含 量 を求 め た 吸 引 圧
テ ソ シ ヤル と 同 じで あ る 。 つ ま り 1 の 化 学 ポ テ ソ シ ヤ ル
一水 分 含 量 曲 線 は ， 土 の 水 分 特 性 を 水 分 ポ テ ン シ ャ ル に
は2 や 3 な ど す べ て の 相 を 含 め た 土 ・ 水 系 の 水 分 ポ テ ソ
よ っ て 示 す 重 要 な デ ー タ で あ る 。 しか し こ の 実 験 に は ，
シ ヤル を代 表 す る もの で あ る。 この こ と を広 く言 えば ，
条件 が 吸 水 過 程 か 脱 水 過 程 か に よ っ て ， 水 分 ポ チ ソ シ ヤ
テ ソ シ オ メ ー タ が p F 2 を 示 した な ら ば ， そ の テ ソ シ オ
ル と水分 含 量 の 関係 が 異 な る こと が あ る。 これ が ヒステ
メー タが感 知 した土 の化 学 ポ テ ン シャル は ， 他 の ど の部
分も す べ て p F 2 に 相 当 す る ポ テ ソ シ ヤ ル の 水 と い う こ
リ シ ス 現 象 で あ る。 主 と し て 土 の 微 細 構 造 に 由 来 す る と
考え ら れ る が ， こ の 現 象 の た め に 土 の 水 分 含 量 が 同 じで
に な る。 こ の よ う な 形 で 結 合 水 と 毛 管 水 の 関 係 が 記 述 さ
あ っ て も， 測 定 条 件 に よ っ て 吸 引 圧 が 異 な り， と き に は
れよ う 。
測定 値 が 1 0 倍 に も な る こ と が あ る 。
岩 田 8）
は精 密 な実 験 と理 論 に よ って ， 粒 子 結 合 水 の 化
言 う ま で も な く， 水 分 ポ テ ン シ ャ ル が 水 分 の 物 差 し と
学ポ テ ソ シ ヤ ル を 水 膜 の 厚 さ と の 関 係 で 求 め て い る 。 そ
して 生 か さ れ る た め に は ， 吸 引 圧 と 水 分 含 量 の 関 係 が 土
れに よ る と 水 膜 が 水 4 分 子 層 か ら 1 分 子 層 に 減 少 す る と ，
に よ っ て 一 定 で な け れ ば 困 る 。 し か し実 態 は そ う で は な
減少 に 応 じて 水 の 化 学 ポ テ ソ シ ャ ル が 急 激 に 低 下 して い
い。 同 じ水 分 含 量 で あ り な が ら， 測 定 条 件 に よ っ て 異 な っ
る 。 粒 子 に 近 い 水 分 子 ほ ど 強 く引 き付 け ら れ て い る こ と
た平 衡状 態 を示 す奇 妙 な 話。 や む を えず ， 実験 の都 合 も
を物 語 っ て い る 。 しか し， こ れ は 水 分 量 の 減 少 に よ っ て
あ って， 乾 燥 させ なが ら測定 した水 分 特 性 曲線 を物 差 し
変化 した も の で あ っ て ， 例 え ば 水 が 充 分 に あ る p F 2 の
と して い る こ と が 多 い 。 し か し開 放 系 の 畑 は ， 乾 く こ と
土の 粒 子 表 面 に も， そ の ま ま こ の 化 学 ポ テ ン シ ャ ル 勾 配
と 湿 る こ と が 錯 綜 して い る た め ， 乾 燥 物 差 し の 使 い 方 は
が存 在 して い る ， と は 言 え な い の で は な か ろ う か 。 こ の
難しい 。 水 分 ポ テ ソ シ ャ ル に 批 判 的 で ， 水 分 ポ テ ソ シ ヤ
考え が 正 しい と す る な ら， ロ ー ジ ュ の 仕 分 け た 4 つ の 懸
ル を意 味す る吸 引圧 とい う用語 を使 わ な か った ロー ジュ
垂水 な ど は ， エ ネ ル ギ ー 的 に み て 現 実 的 に は あ ま り意 味
は ， こ の ヒ ス テ リ シ ス を 大 き な 難 点 と して 批 判 して い る 。
がな く な ろ う 。
い ま， 作 土 に幾 つ か の種 析 の 懸垂 水 が 混 在 して い る と
き， そ の ポ テ ンシ ャル がp F 2 で あ った とす る と， 変 化
こ の よ う に 考 え て く る と， 土 の 水 を 現 実 に そ っ て 形 か
ら 分 叛 し て い く学 派 と ， 熱 力 学 的 視 点 で エ ネ ル ギ l 状 態
に よ っ て 分 析 す る 学 派 が 互 い に 論 じ あ っ た 問 題 の 多 くが ，
土壌 の物 理 性 第 朗 号 （1993）
ま だ 未 解 決 な 状 態 に あ る と い う こ と に な ろ う。 しか しな
孔 隙 形 の 詳 細 な 追 求 に 基 礎 を お いて い る もの で ， C T ス
が ら， 両 派 の 論 争 に よ っ て 土 の 水 の 認 識 が 高 ま っ て き た
キ ャ ソ の 適 用 も試 み ら れ る 時 代 に な っ て い る。 こ れ ら の
こと も事 実 で あ り， そ の認 識 のな か で 一般 に は， 水 の形
成果 は成 岡 の総 説 ユ
0）
に そ の 全 貌 が 簡 潔 に 紹 介 され て い る 。
の知 見 と水分 ポテ ン シャ ル の知 見 を ， これ また 試行 錯 誤
も しロ ー ジ ュが読 ん だ と した ら， 感 激 した に違 い な い。
の な か で 定 着 して い る水 分 恒 数 を 接 着 剤 に して 頭 の な か
ロー ジ ュ は 実 測 した 土 の 孔 隙 率 に 相 当 す る 孔 隊 形 の モ
で ドッキ ン グ させ， 土 の水 を矛盾 な くイ メー ジ して い る
デ ル を ， 粒 子 の 球 状 モ デ ル に よ っ て ま ず 作 り， 土 の 孔 隙
と 思 う。 た だ し例 え ば ， 古 くか ら精 力 的 に 追 求 さ れ て き
は 気 ま く−れ に と じあ わ され た ， ふ し の 多 い 糸 か ら で き て
た 粒 子 表 面 に 強 く接 合 して い る水 の 存 在 を 疑 う人 は い な
い る 3 次 元 の 網 の よ う な も の ， と表 現 して い る。 し か し
い と思 う が ， そ の 結 合 水 が マ ト リ ッ ク ポ テ ン シ ャ ル の な
この モ デ ルの 孔 隙 と自然 土 壌 の そ れ と には ， ま だ共 通 性
か に概 念 的 に埋 没 され る こ とな ど に抵 抗 を感 じる人 もい
が少 な い と嘆 い て い る。 そ の共 通 性 を求 め て ，懸 垂 水 な
よ う。 こ れ ら の 疑 問 を 話 し 合 う こ と に 意 義 が あ る 気 が し
どの い ろ い ろな 形 が提 案 され た の で あ ろ う。現 在 ， そ の
て な らな い。
困難 な 孔 隙 の 実 感 の 解 明 が 著 し く進 ん だ の で あ る が ， そ
の際 水 分 ポ テ ン シ ャ ル が 妨 げ に な っ た こ と は な く， む し
研究 は 進 む （あ と が き ）
ろ水 分 ポ テ ソ シ ヤル に よ っ て 研 究 が 促 進 され た の で あ る 。
こ の 近 年 の 大 き な 研 究 の 流 れ の な か で 水 分 ポ テ ン シ ャル
水 分 ポ テ ソ シ ャル は複 雑 多 様 な 土 の水 をそ の 形 を 考慮
する こ と な く， 一 連 の 数 値 と して 記 述 で き る 優 れ た 物 差
の普 及 に 力 の あ っ た p F が ， 思 想 が 純 水 を 対 象 に して い
たこ と や ， 正 圧 の 表 示 が で き な い な ど の 理 由 で 役 割 を 終
しで あ る。 しか し ロ ー ジ ュ は ， そ の 至 便 さ が 同 時 に 欠 陥
えて 姿 を 消 し た こ と は ， 歴 史 の 一 駒 で あ り， も っ て 瞑 す
に な る と 危 惧 して い た 。 そ れ は 簡 便 な る が 故 に 研 究 者 の
べき こ と か も し れ な い 。
関心 を “土 壌 水 分 の 行 動 の 根 底 に 横 た わ る 現 象 と 過 程 の
最 近 ， 一 見 ラ ン ダ ム と 思 わ れ る雲 の 形 な ど の 記 述 に 大
本質 を 知 る ” こ と か ら そ ら さ せ て し ま う 。 つ ま り 土 の も
き な 力 と な っ て い る フ ラ タ ル 次 元 を ， H a ta n o ，e t al．11・12）
ろ もろ の複 雑 な現 象 の追 求 が ，数 値 化 され た 水分 ポ テ ン
は土 の 複 雑 な 孔 隙 や そ の 水 み ち な ど の 記 述 に と り こむ こ
シ ャル に よ って， お ろそ か に な る こ と を心 配 してい た の
とを 試 み て い る 。 土 の 水 の 研 究 に は 決 定 論 老 ラ プ ラ ス の
であ る 。
式と と も に ， 平 衡 を 前 提 に した 熱 力 学 の 化 学 ポ テ ソ シ ヤ
し か し幸 い ， ロ ー ジ ュ の 危 倶 は 単 な る 危 倶 に 終 わ っ た
ルが 大 き な 力 と な っ た の と 同 じ よ う に ， 非 線 形 科 学 の 一
よ うで あ る。20世 紀 の後 半 に は， 土 壌 学 者 の探 究 心 が 調
つで あ る フ ラ ク タ ル 次 元 の 導 入 が 土 襲 学 の 発 展 に と っ て
査
・ 研 究 手 段 の 進 歩 と と も に 衰 え る こ と な く， ま す ま す
画期 的 な も の に な る こ と を 期 待 して い る 。 包 括 論 者 の
旺盛 に な り， ロ ー ジ ュ の 意 を 体 し た ご と く ， 水 の 形 ， す
G r e g o r y Bateson13）は次のように述べている。「芸術も，
なわ ち ， マ ク ロ と ミ ク ロ に わ た る 土 の 構 造 の 解 明 と 水 の
宗教 も， 商 業 も ， そ して 睡 眠 ま で も が そ う だ が ， 科 学 も
動態 に つ い て の 情 報 が 著 し く増 大 して い る 。 と くに ， 研
また 前 提 の 上 に な っ て い る 。 し か し科 学 で は ， 思 考 の た
究当 初 か ら 土 壌 学 の 関 心 事 で あ っ た 水 の 移 動 に つ い て の
どる道 筋 が 科 学 者 の 立 て る 前 提 に よ っ て 決 ま る ， と い う
情報 は ， そ の 最 も 困 難 な 孔 隙 の 定 量 化 へ の 挑 戦 に よ っ て
だけ で は な い 。 現 在 の 是 非 を 問 い ， 非 な ら ば 破 棄 して 新
真に 豊 か な も の に な っ て き て い る 。 S c h o fie ld が p F を 提
しい 前 提 を 造 る こ と 。 科 学 的 思 考 の た ど る 目標 は そ こ に
言した 論 文 に も， 土 の 水 移 動 が 砂 土 で は 毛 管 水 の 移 動 と
ある。 こ の 点 に お い て 科 学 は そ の 他 の 人 間 活 動 と 大 い に
して理解 で きるが ， 粘 土 が増 えて 埴 質 な 土 に な る と， そ
異な る 。 」
の理 解 が 困 難 に な る こ と を 明 ら か に す る こ と が 研 究 の 背
草稿 を読 まれ 貴重 な ご意 見 を い ただ いた 茨城 大 学 岩 田
景に あ る こ と を 述 べ て い る。 ロー ジ ェ が 水 の 形 と そ の 分
進午教 授 ， 並 び に北 海 道 大 学 波 多野 隆 介 助 教授 に記 して
類に こだ わ っ た こ と も， 基 本 的 に は 水 の 移 動 の 解 明 に あ っ
謝意 を 表 し ま す 。
た。 土 の 水 の 移 動 法 則 が 明 ら か に な ら な け れ ば ， 土 の 水
のコ ソ ト ロ ー ル は で き な い の で あ る 。
引用 文 献
水 の移 動 の研 究 を困 難 に して い る もの に孔 隙 の不 均 一
性が あ る が ， 19 別）
年 代 に 入 り， コ ソ ピ ュ ー タ の 画 像 解 析
による孔 隊 形解 析 ， 孔 隙 の 実感 に基 づ く数値 モ デル 解 析
など の 研 究 に よ っ て ， ひ び 割 れ や 板 跡 孔 な ど の 不 均 一 極
ま りない 土 の孔 隙 と， そ の 水移 動 につ い て の情 報 が よ り
確実 に 把 握 さ れ て きて い る 。 い ず れ の 研 究 も実 際 の 土 の
1 ）R ．
K ．
S c h o fie ld ：T h e
T r a n s ac t io n s
o f
p F
o f
t h e
w a t e r i n
t h e I n t e r n a t i o n a l C o n
S o il S c ie n c e ，．
2，
2 3 ∼4 8 ， 19 3 5
2 ） N ．
C ．
B ra d y ：T h e
N a t u r e
S o il ，
8 th ed．pp164∼199，Macmillan Publishing
a n d
P r o p e
67
論説 ：土 の 水 ・ 雑 考 − そ の 形 と ポ テ ン シ ャ ル ー
Co ．
，
IN C ．
N ew
Y o r k ， 1 9 7 4
3 ） 川 村一 水 ：土 額学 講 話 ， pp l15∼ 136 ，養 賢 堂， 1934
4 ） A ．A ．ロ ー ジ ェ ：土 壌 と 水 ， p p 7 ∼ 56 ， 山 崎 不 二 夫
監 訳 ，東 京 大学 出 版 会， 19 6 3
5 ）D ．
H ille l ：土 草 物理 学 概 論 ， 土 と水 の科 学， p p 4 6 ∼
7 6 ， 岩 田進 午 監訳 ，養 賢堂 ， 1 97 6
6 ） 八 幡 敏雄 ：土筆 の 物 ：
埋， p p 3 5 ∼ 7 0 ， 東 京 大 学 出 版
会， 1 9 75
7 ） 岩 田 進 午 ：水 分 ポ テ ン シ ャ ル ， 植 物 栄 養 土 壌 肥 料 大
辞 典， p p 38 6 ∼ 3 9 0 ，編 集 高 井 ら，養 賢 堂 ， 19 7 6
8 ） 岩 田進 午 ：土壌 水 分 の熱 力学 的研 究 ， 土 肥誌 ， 6 0 ，
2 7 1 ∼ 2 7 3 ， 16 8 9
9 ） 岩 田 進 午 ：土 壌 水 の エ ネ ル ギ ー 概 念 に つ い て ， 土 肥
誌 ，3 2 ，5 7 2 ∼ 58 0 ， 19 6 2
1 0） 成 岡
市：
土 境 粗 孔 隙 の形 態 と ，その 測 定 法 ，
土壌の
不 均 一 性 と 物 質 移 動 の 研 究 最 前 線 ，土 肥 誌 ，6 4 ，
90∼ 97 ，
1993
1 1 ） R ．H a ta n o ，e t
a l ． ： E v a l u a t i o n
m o rp h o ro g ic a l fe atu r e s
tra r岨Ⅸ ）
托 b
u sin g
o f f l o w
o f
p a t h s
t h e
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e f f e c t
o f
s o l u t e
fra c tal d im e n sio n s ofmethylene
b lu e sta血ngpattem．Gedema，田，31∼∠払1！治2
1 2 ）R ．
H a ta n o
a n d
d im e n sio n s
S O il to
o f
H ． W ． G ． B o o l t i n k ： U s i n g
s t a i n e d
p r e d i c t
b y p a s s
f l o w
f r a c t a l
a
c l a y
n o w ． J ． H y d r o l o g y ， 1 3 5 ，
1 2 1 ∼ 1 3 1， 1 9 92
1 3 ）G ．
B ate s o n ：精 神 と 自 然 ， p p 3 3 ， 佐 藤 良 明 訳 ， 思
索 社 ， 1982
（受 稿 年 月 日
p a t t e r n s i n
19 9 3 年 8 月 2 7 日）

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