(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
森林土壌を、 F1 ：土壌粒子、粘土鉱物及び岩石の破砕片からなる土壌の無機成分、 F2 ：落葉、落枝及び土壌表面に散在する小動物の死骸からなる土壌表面の有機物質、 F3 ：土壌腐植物質、 F4 ：土壌溶液、の４つの構成要素毎に分別し、
前記 F1 の構成要素についての酸緩衝能力の測定値 f1 、前記 F2 の構成要素についての酸緩衝能力の測定値 f2 、前記 F3 の構成要素についての酸緩衝能力の測定値 f3 、及び前記 F4 の構成要素についての酸緩衝能力の測定値 f4 を、それぞれの構成要素に最適な下記（ａ）〜（ｄ）の条件下で測定して、
これらの各構成要素についての測定値 f1 〜 f4 の合計値（Σ）を、次の式
Σ (μg H ＋  / 1g土壌) ＝ f1 ＋ f2 ＋ f3 ＋ f4 ( μg H ＋  / 1g土壌)
によって求め、この合計値（Σ）に基づいて森林土壌の総合酸緩衝能力を診断することを特徴とする森林土壌の総合酸緩衝能力診断方法。
（ａ） F1 ：森林土壌サンプルより篩別法により土壌の無機成分を分別して乾燥し、この乾燥物２５ｇに対してｐＨ１．２〜ｐＨ１．９の範囲にある過塩素酸溶液１Ｌを加えて攪拌し、溶液のｐＨが変化しなくなった時点のｐＨ値と過塩素酸溶液の初期ｐＨ値との差から、土壌の無機成分が中和した水素イオン量を算出する。
（ｂ） F2 ：篩別法により土壌の無機成分を分別した後の森林土壌サンプルにつき、落葉、落枝及び土壌表面に散在する小動物の死骸を分別して乾燥し、この乾燥物５０ｇに対してｐＨ１．２〜ｐＨ１．９の範囲にある過塩素酸溶液１Ｌを加えて攪拌し、溶液のｐＨが変化しなくなった時点のｐＨ値と過塩素酸溶液の初期ｐＨ値との差から、土壌表面の有機物質が中和した水素イオン量を算出する。
（ｃ） F3 ：上記の土壌の無機成分及び土壌表面の有機物質を分別した後の森林土壌サンプルを乾燥し、この乾燥物５０ｇに対してｐＨ１．２〜ｐＨ１．９の範囲にある過塩素酸溶液１Ｌを加えて攪拌し、溶液のｐＨが変化しなくなった時点のｐＨ値と、過塩素酸溶液の初期ｐＨ値との差から、土壌腐植物質が中和した水素イオン量を算出する。
（ｄ） F4 ：森林土壌サンプルより吸引搾取法又は遠心分離法で土壌溶液を分別し、この溶液１０ｍＬをｐＨ３．５の過塩素酸溶液によってｐＨが４．０になるまで滴定し、滴定に要した過塩素酸溶液中の水素イオン量と滴定終了時の滴定溶液中の水素イオン量との差から、土壌溶液が中和した水素イオン量を算出する。
【請求項２】
請求項１に記載の森林土壌の総合酸緩衝能力値Σに基づき、更に森林土壌面積１ｃｍ２  当たり年間降雨水量中の水素イオン量Ｒ (μg H ＋  )
の項を導入した下記の算定式により森林土壌の酸性雨耐用年数（Ｙ）を算出することを特徴とする森林土壌の酸性雨耐用年数診断方法。
Ｙ (年）＝（Σ×３０）／Ｒ。
【請求項３】
以下の（１）及び（２）のプロセスによって採取した特定森林地域の土壌サンプルに対して、請求項１に記載の森林土壌の総合酸緩衝能力診断方法、あるいは請求項２に記載の酸性雨耐用年数診断方法を実施し、当該森林地域における土壌全体の平均的な総合酸緩衝能力又は酸性雨耐用年数を、あるいは当該森林地域における各区分地土壌の総合酸緩衝能力又は酸性雨耐用年数の分布を把握することを特徴とする対象地域における診断結果の分布分析方法。
（１）対象地域において、土壌から放出されるγ線を測定してγ線量レベルが６段階以上に異なるγ線量分布図を作成することにより、基盤岩石に由来する土壌構成基本型の分布を把握する。
（２）前記γ線量分布図に基づく土壌構成基本型の分布を指標として、γ線量レベルが異なる各区分地から最低１点以上の土壌サンプルを採取する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は森林土壌の総合酸緩衝能力診断方法、森林土壌の酸性雨耐用年数診断方法、及び対象地域における診断結果の分布分析方法に関する。更に詳しくは、本発明は、森林土壌を対象として新規に発明された簡易かつ合理的な総合酸緩衝能力診断方法及び酸性雨耐用年数診断方法とに関する。更に本発明は、これらの方法を特定森林地域の土壌に対して実行するに当たり、まず簡易な手段によって土壌構成基本型の分布を把握し、その結果に基づいて必要かつ無駄のない分析用土壌サンプルの採取地点及びサンプル数を決定することにより、全体として上記の診断方法実施のためのコスト及び労力を著しく低減できる診断結果の分布分析方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、酸性雨問題等による環境変化との関連もあり、森林土壌が土壌酸性化要因に対してどの程度の緩衝能力を持ち、あるいはより簡明な指標として森林土壌がどの程度の酸性雨耐用年数を期待できるか、を知りたいと言う要求が高くなっている。
【０００３】
又、このような目的の土壌診断を行うためには、通常、対象地域の土壌サンプルを採取して実験室へ持ち帰り一定の分析を行う必要があるが、かかる土壌サンプルの分析は例えば各種の分析装置や試薬類の準備を必要とし、場合によっては土壌粒子の分級、計量、抽出、濾過、滴定等の煩雑な操作も必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来、上記したような森林土壌の酸緩衝能力診断方法や酸性雨耐用年数診断方法として、信頼性のある技術は未だ提案されていない。このような場合に予想できる一般的な診断方法として、例えば一定量の土壌サンプルをそのまま酸溶液に投入して酸緩衝能力をチェックするような方法が想定できるが、本願発明者の研究によれば、このような方法は、次のような問題点から信頼性を欠くと考えられる。
【０００５】
即ち、第１に、森林土壌において酸緩衝能力を示す構成要素は、例えば粘度鉱物や岩石粒子等の土壌無機成分や、落葉落枝等の有機物、土壌腐植質、土壌溶液等多様であるが、これらの各構成要素が持つ酸緩衝能力を正確に把握するための最適な分析条件は、構成要素によって各々異なる。従って、各構成要素を特定の単一の分析条件において一括して分析処理すると、誤差の大きな分析結果を得ることになる。しかも上記各構成要素ごとの最適な分析条件が如何なるものであるかは、未だ何人によっても開示されていない。
【０００６】
第２に、自然条件下で長期にわたり徐々に発揮される酸緩衝能力を実験室的に極めて短時間の処理により分析する場合、各構成要素の経時的相互作用の影響を考慮する必要がある。即ち、自然条件下での各構成要素による酸緩衝能力は、必ずしも同時に短時間に発現せず、例えば最初にある構成要素 Fx による酸緩衝能力が発動され、そのキャパシティが尽きかけた時に次の構成要素 Fy による酸緩衝能力が発動される、というような作用機序をしばしば見せることは、当該技術分野における常識である。上記した診断方法では、ある特定時点における土壌の顕在的な酸緩衝能力のみが分析され、潜在能力も含めた総合的な酸緩衝能力や、これを反映した酸性雨耐用年数等は、正確には把握し得ない。
【０００７】
一方、土壌サンプルの分析に関しては、例えば極めて狭く限定された対象地点でのピンポイントの土壌分析を行う場合や、ある程度の広がりを持つ対象森林地域であっても地域内での土壌構成が一様であることが予め判明している場合等には、土壌サンプルの点数は少数でも足りる。しかし、通常の森林土壌診断においては、対象地域も広く、しかも地域内で土壌構成の多様に異なる土壌が複雑なパターンで分布している場合が多い。
【０００８】
土壌構成の多様に異なる森林土壌が複雑なパターンで分布している対象地域に対して土壌分析を行う場合、通常は、対象地域における一定の単位面積毎に１サンプルの割合で、しらみつぶしに土壌サンプルを採取して分析する必要がある。その結果、膨大な点数の土壌サンプルを持ち帰ることとなり、それらの分析のための人的、時間的、コスト的負担が大きな問題となる。かかる負担の軽減のために土壌サンプルの点数を減らそうとしても、サンプル１点当たりの単位面積を大きく設定すると、それに比例して土壌診断結果が大まかなものとなって信頼性が低下するし、サンプル採取地点を間引きしようとしても、その判断基準がないため不可能である。
【０００９】
以上の点に鑑み、本発明に係る森林土壌の総合酸緩衝能力診断方法及び森林土壌の酸性雨耐用年数診断方法は、前記した第１及び第２の問題点を解消できる信頼性ある診断方法を提供することを、解決すべき課題とする。又、本発明に係る診断結果の分布分析方法は、土壌分析の信頼性を損なうことなく、対象地域における分析用土壌サンプルの採取点数を減らすことにより、全体として土壌分析のコスト及び労力を著しく低減させることを、解決すべき課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（第１発明の構成）
上記課題を解決するための本願第１発明の構成は、森林土壌を、 F1 ：土壌粒子、粘土鉱物及び岩石の破砕片からなる土壌の無機成分、 F2 ：落葉、落枝及び土壌表面に散在する小動物の死骸からなる土壌表面の有機物質、 F3 ：土壌腐植物質、 F4 ：土壌溶液、の４つの構成要素毎に分別し、
前記 F1 の構成要素についての酸緩衝能力の測定値 f1 、前記 F2 の構成要素についての酸緩衝能力の測定値 f2 、前記 F3 の構成要素についての酸緩衝能力の測定値 f3 、及び前記 F4 の構成要素についての酸緩衝能力の測定値 f4 を、それぞれの構成要素に最適な下記（ａ）〜（ｄ）の条件下で測定して、
これらの各構成要素についての測定値 f1 〜 f4 の合計値（Σ）を、次の式
Σ (μg H ＋  / 1g土壌) ＝ f1 ＋ f2 ＋ f3 ＋ f4 ( μg H ＋  / 1g土壌)
によって求め、この合計値（Σ）に基づいて森林土壌の総合酸緩衝能力を診断する、森林土壌の総合酸緩衝能力診断方法である。
（ａ） F1 ：森林土壌サンプルより篩別法により土壌の無機成分を分別して乾燥し、この乾燥物２５ｇに対してｐＨ１．２〜ｐＨ１．９の範囲にある過塩素酸溶液１Ｌを加えて攪拌し、溶液のｐＨが変化しなくなった時点のｐＨ値と過塩素酸溶液の初期ｐＨ値との差から、土壌の無機成分が中和した水素イオン量を算出する。
（ｂ） F2 ：篩別法により土壌の無機成分を分別した後の森林土壌サンプルにつき、落葉、落枝及び土壌表面に散在する小動物の死骸を分別して乾燥し、この乾燥物５０ｇに対してｐＨ１．２〜ｐＨ１．９の範囲にある過塩素酸溶液１Ｌを加えて攪拌し、溶液のｐＨが変化しなくなった時点のｐＨ値と過塩素酸溶液の初期ｐＨ値との差から、土壌表面の有機物質が中和した水素イオン量を算出する。
（ｃ） F3 ：上記の土壌の無機成分及び土壌表面の有機物質を分別した後の森林土壌サンプルを乾燥し、この乾燥物５０ｇに対してｐＨ１．２〜ｐＨ１．９の範囲にある過塩素酸溶液１Ｌを加えて攪拌し、溶液のｐＨが変化しなくなった時点のｐＨ値と、過塩素酸溶液の初期ｐＨ値との差から、土壌腐植物質が中和した水素イオン量を算出する。
（ｄ） F4 ：森林土壌サンプルより吸引搾取法又は遠心分離法で土壌溶液を分別し、この溶液１０ｍＬをｐＨ３．５の過塩素酸溶液によってｐＨが４．０になるまで滴定し、滴定に要した過塩素酸溶液中の水素イオン量と滴定終了時の滴定溶液中の水素イオン量との差から、土壌溶液が中和した水素イオン量を算出する。
【００１１】
（第２発明の構成）
上記課題を解決するための本願第２発明の構成は、第１発明に係る森林土壌の総合酸緩衝能力値Σに基づき、更に森林土壌面積１ｃｍ２  当たり年間降雨水量中の水素イオン量Ｒ (μg H ＋  ) の項を導入した下記の算定式により森林土壌の酸性雨耐用年数（Ｙ）を算出する、森林土壌の酸性雨耐用年数診断方法である。
Ｙ (年）＝（Σ×３０）／Ｒ。
【００１２】
（第３発明の構成）
上記課題を解決するための本願第３発明の構成は、以下の（１）及び（２）のプロセスによって採取した特定森林地域の土壌サンプルに対して、第１発明に係る森林土壌の総合酸緩衝能力診断方法、あるいは第２発明に係る酸性雨耐用年数診断方法を実施し、当該森林地域における土壌全体の平均的な総合酸緩衝能力又は酸性雨耐用年数を、あるいは当該森林地域における各区分地土壌の総合酸緩衝能力又は酸性雨耐用年数の分布を把握する、対象地域における診断結果の分布分析方法である。
（１）対象地域において、土壌から放出されるγ線を測定してγ線量レベルが６段階以上に異なるγ線量分布図を作成することにより、基盤岩石に由来する土壌構成基本型の分布を把握する。
（２）前記γ線量分布図に基づく土壌構成基本型の分布を指標として、γ線量レベルが異なる各区分地から最低１点以上の土壌サンプルを採取する。
【００２８】
【発明の作用・効果】
本願発明においては、森林土壌の酸緩衝能力診断に当たり、森林土壌をその構成要素毎に分別し、それぞれの構成要素の酸緩衝能力を当該要素に最適な条件下で測定する。そして、これらの各構成要素についての測定値の合計値（Σ）を求め、この合計値に基づいて森林土壌の総合酸緩衝能力を診断する。
【００２９】
従って、土壌サンプルをそのまま一括して酸溶液に投入し酸緩衝能力をチェックするような方法に関して前記した第１の問題点、即ち、各構成要素が必ずしも最適な分析条件下で分析されないことによる分析結果の誤差が回避される。
【００３０】
更に、各構成要素を分別して分析することから、これらの構成要素が共存している状態においては潜在化するような特定構成要素の酸緩衝能力も全て顕在化する。従って、前記した第２の問題点、即ち、「ある特定時点における土壌の顕在的な酸緩衝能力のみが分析され、潜在能力も含めた総合的な酸緩衝能力を把握できない」と言う不具合も回避される。
【００３１】
以上の点から、本願発明に係る森林土壌の総合酸緩衝能力診断方法によって、合理的で信頼性のある診断結果が得られる。
【００３２】
本願発明者の研究によれば、あるいは当該技術分野の常識から言っても、森林土壌の酸緩衝能力に特に大きく影響するのは、本願発明に列挙する F1 〜 F4 の４つの構成要素である。
【００３３】
従って、これらの構成要素についての酸緩衝能力の測定値 f1 〜 f4 の合計値を森林土壌の総合酸緩衝能力値Σとすることは極めて合理的で、かつ信頼性のある診断結果が得られる。
【００３４】
上記本願発明の具体的な一実施形態として、本願発明の算定式によって森林土壌の総合酸緩衝能力値Σを算定すると言う実施形態を好ましく例示することができる。その際、酸緩衝能力値を「μg H ＋  / 1g土壌」単位で表記することが適当である。
【００３５】
森林土壌の酸緩衝能力において、植物根 F5 による酸緩衝能力の影響は、従来指摘又は評価されていない。本願発明者はこの構成要素に初めて着目し、かつ後述するように、その酸緩衝能力を他の構成要素の影響を受けない状態で正確に分析する方法も、初めて考え出した。
【００３６】
従って、本願発明に係る森林土壌の総合酸緩衝能力診断方法により、更に合理的で信頼性のある診断結果を得ることができる。但し、植物根 F5 による酸緩衝能力の絶対値 f5 は、上記構成要素 F1 〜 F4 の酸緩衝能力の絶対値 f1 〜 f4に対して、必ずしも大きくない。
【００３７】
本願発明者の研究によれば、森林土壌の総合酸緩衝能力は、上記 F1 〜 F4 の構成要素、あるいは F1 〜 F5 の構成要素の酸緩衝能力値の合計によって、ほぼ正確に評価することができる。
【００３８】
しかしながら実際の診断に当たっては、更にその他の種々雑多な付随的要因もしくは付随的構成要素（例えば土壌微生物等）が影響する可能性があり、この点を考慮することにより更に完璧な診断を期することができる。そして現実問題としては、これらの付随的要因もしくは付随的構成要素を際限なく分別して分析するよりも、これらを定数項 F6 として経験的に妥当な数値を与えて処理する方が、むしろ合理的かつ妥当である。この定数項 F6 に与える酸緩衝能力値 f6 としては、限定はされないが、例えば「０．５／３０（μg H ＋  / 1g土壌）」と言う数値が、経験則から好ましい。
【００３９】
森林土壌の総合酸緩衝能力を診断するに当たり、上記のように、 F1 〜 F4 、 F1 〜 F5 あるいは F1 〜 F6 の構成要素を互いに分別して分析し、これら各構成要素の酸緩衝能力の合計値で診断することが好ましいが、各構成要素ごとの最適な分析条件が如何なるものであるかは、前記のように未だ不明である。本願発明者は、各構成要素ごとの最適な分析条件を本願発明のように解明した。
【００４０】
本願発明において、構成要素 F1 〜 F3 の酸緩衝能力測定に使用する無機酸溶液をｐＨ１．２〜ｐＨ１．９の範囲の初期ｐＨとしておく理由は、初期ｐＨがこの範囲より低い場合には酸が強過ぎることによる誤差が懸念され、初期ｐＨがこの範囲より高い場合には著しく小さな酸緩衝能力の値が出てしまうことが経験的に判明したためである。
【００４１】
構成要素 F1 の酸緩衝能力測定においては、土壌無機成分の乾燥物２５ｇに対して上記無機酸溶液１Ｌを用いる一方で、構成要素 F2 あるいは F3 の酸緩衝能力測定においては、有機物質の乾燥物あるいは土壌腐植物質の乾燥物５０ｇに対して上記無機酸溶液１Ｌを用いる理由は、これらの構成要素の比重差を考慮したためである。
【００４２】
構成要素 F4 の酸緩衝能力測定において、前記構成要素 F1 〜 F3 の場合に比較して、無機酸溶液の初期ｐＨを３．５とし、ｐＨが４．０になるまで滴定する理由は、土壌溶液の酸緩衝能力の値が土壌に比較して小さいためである。
【００４３】
構成要素 F5 の酸緩衝能力測定において、生きている植物根でなければ有効に酸緩衝能力を測定できない。水耕栽培状態で測定する理由は、現地でのこのような測定が不可能なためであり、測定開始に当たり水耕溶液がｐＨ４．５〜ｐＨ５．０の範囲にあることを確認する理由は、この範囲内で測定すると誤差が非常に小さいことが経験的に分かっているからであり、そのｐＨを３．２に調節してから測定プロセスを開始する理由は、この範囲より強い酸性にすると根が枯死する恐れがあるためであり、調節完了後１時間経過時における水耕溶液のｐＨによって中和水素イオン量を算定する理由は、反応の大部分がごく短時間の内に起こり、１時間経過後における変化が殆ど見られないためである。
【００４４】
本願発明の場合も含め、一定の物質、材料等による酸緩衝能力を分析する場合には、各種の酸を任意に選択して使用することができる。しかしながら本願発明においては、有機酸は土壌と反応して誤った値を与える恐れがあるため、無機酸を使用することが好ましい。又、本願発明者は、酸緩衝能力を分析するための酸として過塩素酸を用いることが極めて好適であることを見出した。その理由は、一般的な無機酸の場合には、その無機酸中の陰イオンと土壌との反応に起因して酸緩衝能力に幾分の誤差を生じる可能性があるのに対して、過塩素酸の場合には、過塩素イオンが土壌と全く反応しないためである。
【００４５】
本願発明者の研究の結果、森林土壌の構成要素 F1 〜 F6 の酸緩衝能力測定値 f1 〜 f6 の内、 f2 〜 f4 の合計値、 f2 〜 f5 の合計値あるいは f2 〜 f6の合計値は比較的特定された値を取ることが、経験則として判明した。即ち、これらの合計値は、概ね土壌面積１ｃｍ２  当たり６７．５ (μg H ＋  ) である。
【００４６】
そして、森林土壌層においては樹木根圏の平均的な有効土壌層の厚さが約３０ｃｍと考えられることからすると、この固定値である定数 fa は、 fa ＝６７．５／３０ (μg H ＋  / 1g土壌) と規定することができる。
【００４７】
本願発明によれば、構成要素 F1 のみを分析してその酸緩衝能力測定値 f1 を得るだけで森林土壌の総合酸緩衝能力値Σが求まるため、森林土壌の総合酸緩衝能力診断が著しく簡易化され、かつ診断の信頼性が維持される。
【００４８】
森林土壌の総合酸緩衝能力の測定値が得られた場合、これを簡単な数式上の処理により、森林土壌の酸性雨耐用年数に換算することができる。実用的な目的からは、森林土壌の総合酸緩衝能力の診断よりも、森林土壌の酸性雨耐用年数の診断の方が価値が高い場合がある。
【００４９】
本願発明の考え方は、森林土壌の総合酸緩衝能力値Σ (μg H ＋  / 1g土壌) に対し、森林土壌層における樹木根圏の平均的な有効土壌層の厚さ約３０ｃｍを考慮して「Σ×３０」を森林土壌面積１ｃｍ２  （１ｃｍ２  ×３０ｃｍ＝３０ｃｍ３  の森林土壌に相当）当たりの総合酸緩衝能力と見做し、この値を森林土壌面積１ｃｍ２  当たりの年間降雨水量中の水素イオン量Ｒ (μg H ＋  ) で除するものである。
【００５０】
因みに、森林土壌の総合酸緩衝能力値Σに対して、前記本願発明に基づいて、定数 fa ＝６７．５／３０ (μg H ＋  / 1g土壌) を導入して計算する場合には、「Ｙ (年）＝〔（f1×３０）＋６７．５〕／Ｒ」の式で森林土壌の酸性雨耐用年数が求められる。Ｒは対象地域に固有の変数であり、一律の数値を与えることはできない。
【００５１】
土壌から放射されるγ線量は、基盤岩石に由来する酸性土壌、中性土壌、塩基性土壌等の土壌構成基本型と対応している。このことは、例えば（社）日本アイソトープ協会発行の「RADIOISOTOPES, Vol. 48, No.12 (Dec. 1999) 」に掲載された「日本における主な岩石中の放射能」（松田秀晴，湊  進）等の公知文献によって知られている。従って、対象地域におけるγ線量分布図は、酸性土壌、中性土壌、塩基性土壌等の土壌構成の基本型の分布図を実質的に意味する。
【００５２】
本願発明においては、（１）対象地域においてγ線量分布図を作成し、酸性土壌、中性土壌、塩基性土壌等の土壌構成基本型の分布を把握し、（２）この分布を指標として、必要かつ無駄のない土壌サンプルの採取地点及びサンプル数を決定し、（３）こうして採取した土壌サンプルの分析によって各土壌構成基本型における総合酸緩衝能力あるいは酸性雨耐用年数を分析する。そしてこの分析結果を前記γ線量分布図にあてはめることにより、対象地域の森林土壌における全体的又は平均的な診断結果が得られるでけではなく、区分地ごとの診断結果の分布を把握でき、又は分布図を作成できる。
【００５３】
第１０発明においては、（１）対象地域においてγ線量分布図を作成し、酸性土壌、中性土壌、塩基性土壌等の土壌構成基本型の分布を把握し、（２）この分布を指標として、必要かつ無駄のない土壌サンプルの採取地点及びサンプル数を決定し、（３）こうして採取した土壌サンプルの分析によって各土壌構成基本型における総合酸緩衝能力あるいは酸性雨耐用年数を分析する。そしてこの分析結果を前記γ線量分布図にあてはめることにより、対象地域の森林土壌における全体的又は平均的な診断結果が得られるでけではなく、区分地ごとの診断結果の分布を把握でき、又は分布図を作成できる。
【００５４】
その結果、対象地域が広く地域内で土壌構成の多様に異なる土壌が複雑なパターンで分布している森林土壌であっても、必要かつ無駄のない少数点数の土壌サンプルの採取・分析によって、対象地域の森林土壌における総合酸緩衝能力又は酸性雨耐用年数の分布を有効に把握し、あるいは有効な分布図を作成することができる。
【００５５】
より具体的に言えば、γ線量分布図におけるγ線量レベルが異なる各区分地から少なくとも１点の土壌サンプルを採取・分析すれば、その分析結果を当該区分地の全体に敷衍することができる。こうして必要かつ無駄のない土壌サンプルの採取地点及びサンプル数を決定すれば良いので、対象地域における一定の単位面積毎にしらみつぶしに膨大な点数の土壌サンプルを採取・分析する必要がなく、土壌サンプル点数を劇的に減少させて土壌分析のコスト及び労力を著しく低減することができる。
【００５６】
【発明の実施の形態及び実施例】
次に、本願発明の実施の形態について説明する。以下において単に「本発明」と言うときは、本願発明を一括して指している。
【００５７】
〔森林土壌の総合酸緩衝能力診断方法〕
本発明に係る森林土壌の総合酸緩衝能力診断方法においては、森林土壌をその構成要素毎に分別したもとで、それぞれの構成要素の酸緩衝能力を当該要素に最適な条件下で測定した後、各測定値の合計値（Σ）に基づいて森林土壌の総合酸緩衝能力を診断する点に大きな特徴がある。森林土壌の構成要素を概念上どのように区別し、かつ実際にどのように分別するかは、本発明の技術思想に合理的に合致している限りにおいて限定されない。
【００５８】
この手法により、前記したように各構成要素をその最適な分析条件下で分析することが可能になり、かつ、各構成要素が共存している状態においては潜在化するような特定構成要素の酸緩衝能力も全て顕在化させて正確に評価することが可能となる。
【００５９】
森林土壌の総合酸緩衝能力診断の結果は、例えば森林土壌の植林に対する生育能力の有効な指標となるし、森林土壌に対して客土（他地域の優良土壌の搬入）や肥料等の施用を行う際にも有効な指標となる。特に好ましくは、森林土壌の酸性雨耐用年数を診断する基礎データとして利用される。同一の対象森林地域に対して総合酸緩衝能力診断を経年的に行うことにより、植林管理等において貴重なデータが蓄積されるし、場合によっては、その蓄積データから経年的な酸性雨の降雨状況を推定することも可能である。
【００６０】
〔森林土壌の構成要素〕
森林土壌の構成要素の概念分けは種々に可能であるが、好ましい一例として、「 F1 ：土壌の無機成分」、「 F2 ：土壌表面の有機物質」、「 F3 ：土壌腐植物質」及び「 F4 ：土壌溶液」の各構成要素項目に分けることができる。以上の F1 〜 F4 の構成要素によって森林土壌の総合酸緩衝能力の大半が規定されることが判明している。
【００６１】
より正確に森林土壌の総合酸緩衝能力を診断したい場合には、酸緩衝能力としての絶対値は必ずしも大きくないが、「植物根 F5 」の構成要素項目を追加し、更には、これも酸緩衝能力としての絶対値は大きくないが、土壌生物、土壌微生物及びその他諸々の酸緩衝能力に関与し得る不可知要素 F6 の構成要素項目を追加することもできる。
【００６２】
一方、例えば性質の類似する構成要素、例えば「 F2 ：土壌表面の有機物質」と「 F3 ：土壌腐植物質」とを併合して、単一の「有機腐植物質」等の構成要素項目を設けることも可能である。
【００６３】
〔総合酸緩衝能力値Σ〕
森林土壌の総合酸緩衝能力値Σは、森林土壌の各構成要素についての酸緩衝能力値の合計値として得られる。即ち、上記 F1 〜 F6 の各構成要素について、それぞれ f1 〜 f6 の酸緩衝能力値を得た場合、総合酸緩衝能力値Σは、森林土壌の構成要素として採用した項目「 F1 〜 F4 」、「 F1 〜 F5 」あるいは「 F1〜 F6 」に対応して、「 f1 〜 f4 」、「 f1 〜 f5 」あるいは「 f1 〜 f6 」の合計値である。
【００６４】
これらの内、不可知要素 F6 については、その性質上から酸緩衝能力値は固定値であり、その数値は限定されないが、本願発明者の研究によれば、森林土壌面積１ｃｍ２  （森林土壌３０ｃｍ３  ）当たり、０．５ (μg H ＋  ) と言う値が妥当である。これを森林土壌１ｇ当たりの酸緩衝能力値 f6 として表記すれば、 f6
＝０．５／３０ (μg H ＋  ／1g土壌) である。
【００６５】
一方、 F1 〜 F5 の各構成要素における酸緩衝能力値は本質的に変数項目であるが、本願発明者の研究によれば、その内の F2 〜 F5 については、ほぼ一定の値を取る傾向が強く、具体的には、 F2 は３３．３ (単位は「森林土壌１ｃｍ２  当たりμg H ＋  」。以下同様。) 、 F3 は３１．５、 F4 は１．２、及び F5 は１．０である。そして、土壌空隙を考慮すれば森林土壌１ｇがほぼ１ｃｍ３  の容積を持つと考えられる点と、前記した森林土壌層における樹木根圏の平均的有効土壌層厚さ約３０ｃｍとから、上記の酸緩衝能力値を森林土壌１ｇ当たりの酸緩衝能力値 f2 〜 f5 として換算規定すれば、それぞれ上記した数値の３０分の１の値である。
【００６６】
以上の点から、総合酸緩衝能力値Σの算定に当たり、次の２点を指摘することができる。即ち、まず第１点として、総合酸緩衝能力値Σを f1 〜 f6 の合計値として算定しても良いが、絶対値の小さい f5 及び／又は f6 を除外して、例えばΣ＝ f1 ＋ f2 ＋ f3 ＋ f4 により算定しても、診断結果の信頼性は損なわれない。
【００６７】
第２点として、固定値項目 f6 と、変数項目ではあるが実質的に固定値に近い f2 〜 f5 とを一括して固定値項目 fa として扱い、その固定値 fa を、前記したこれらの数値の合計から、６７．５／３０ (μg H ＋  / 1g土壌) と仮定しても、診断結果の信頼性は損なわれない。
【００６８】
〔各構成要素の酸緩衝能力値の測定方法〕
森林土壌の各構成要素について、その酸緩衝能力を測定するための最適の測定条件は一様ではない。本願発明者の研究によれば、各構成要素の最適の酸緩衝能力条件は次の通りである。なお、いずれも酸として無機酸を用いることが好ましく、過塩素酸を用いることが最も好ましい。
【００６９】
土壌の無機成分（ F1 ）：森林土壌サンプルより適宜な方法で土壌の無機成分を分別して乾燥し、この乾燥物２５ｇに対してｐＨ１．２〜ｐＨ１．９の範囲にある無機酸溶液１Ｌを加えて攪拌し、溶液のｐＨが変化しなくなった時点のｐＨ値と無機酸溶液の初期ｐＨ値との差から土壌の無機成分が中和した水素イオン量を算出する。
【００７０】
土壌の無機成分とは、土壌粒子、粘度鉱物、岩石の破片等を含む。土壌の無機成分を分別する方法は限定されないが、例えば３ｍｍ、１ｍｍ等の適当なメッシュの篩板を一段に又は多段に使い分けて分別することができる。乾燥条件も限定されないが、例えば電気炉等を用いて８５°Ｃ×２４時間等の条件で乾燥させることができる。
【００７１】
土壌表面の有機物質（ F2 ）：森林土壌サンプルより適宜な方法で土壌表面の有機物質を分別して乾燥し、この乾燥物５０ｇに対してｐＨ１．２〜ｐＨ１．９の範囲にある無機酸溶液１Ｌを加えて攪拌し、溶液のｐＨが変化しなくなった時点のｐＨ値と無機酸溶液の初期ｐＨ値との差から有機物質が中和した水素イオン量を算出する。
【００７２】
土壌表面の有機物質とは、落葉、落枝等の他、土壌表面に散在する小動物の死骸等を含む。これらの有機物質を分別する方法は限定されないが、例えば適当なメッシュの篩板を用いて土壌無機成分を除外した後、更に適当な方法で有機物質と土壌腐植成分とを分別することができる。
【００７３】
土壌腐植物質（ F3 ）：森林土壌サンプルより適宜な方法で土壌腐植物質を分別して乾燥し、この乾燥物５０ｇに対してｐＨ１．２〜ｐＨ１．９の範囲にある無機酸溶液加えて攪拌し、溶液のｐＨが変化しなくなった時点のｐＨ値と、無機酸溶液の初期ｐＨ値との差から、土壌腐植物質が中和した水素イオン量を算出する。
【００７４】
土壌溶液（ F4 ）：森林土壌サンプルより前記の吸引搾取法や遠心分離法等の適宜な方法により土壌溶液を分別し、この溶液１０ｍＬをｐＨ３．５の無機酸溶液によってｐＨが４．０になるまで滴定し、要した無機酸溶液中の水素イオン量と滴定終了時の滴定溶液中の水素イオン量との差から土壌溶液が中和した水素イオン量を算出する。
【００７５】
植物根（ F5 ）：森林土壌の植生である標準的植物であって根が十分に成長したもの（例えば、スギ、ヒノキ又はアカマツの３年苗）を水耕状態に置き、水耕溶液がｐＨ４．５〜ｐＨ５．０の範囲にあることを確認した後に、無機酸溶液の滴下により水耕溶液をｐＨ３．２に調節し、調節の完了後１時間経過時点における水耕溶液のｐＨを測定することにより、植物根が中和した水素イオン量を算定し、この値を以て代用する。
【００７６】
〔森林土壌の酸性雨耐用年数診断方法〕
森林土壌の酸性雨耐用年数診断方法は、上記の各種の方法によって求めたいずれかの総合酸緩衝能力値Σと、森林土壌面積１ｃｍ２  当たり年間降雨水量中の水素イオン量Ｒ (μg H ＋  ) とから、算定式「Ｙ (年）＝（Σ×３０）／Ｒ」により、森林土壌の酸性雨耐用年数（Ｙ）を算出するものである。
【００７７】
総合酸緩衝能力値Σは土壌１ｇ当たりの総合酸緩衝能力値であるから、土壌空隙を勘案して土壌１ｇが１ｃｍ３  の容積を持つと規定した場合、森林土壌層においては樹木根圏の平均的な有効土壌層の厚さが約３０ｃｍであるため、森林土壌面積１ｃｍ２  当たりの総合酸緩衝能力値は「Σ×３０ (μg H ＋  ) 」である。
【００７８】
従って、この総合酸緩衝能力値を森林土壌面積１ｃｍ２  当たり年間降雨水量中の水素イオン量Ｒ (μg H ＋  ) で除算すれば、森林土壌の酸性雨耐用年数を求めることができる。
【００７９】
森林土壌面積１ｃｍ２  当たり年間降雨水量中の水素イオン量Ｒ (μg H ＋  ) は、当該森林土壌における面積１ｃｍ２  当たりの年間降雨水量を実測値や既存のデータ等から求め、かつ年間における降雨水の平均的ｐＨ値から降雨水の単位量に含まれる水素イオン量 (μg H ＋  ) を求めることにより、簡単に算定できる。
【００８０】
このような酸性雨耐用年数の診断結果は、森林地域の植林を管理する上でも、新規に植林を行う場合の候補地の選定や耐酸性を考慮した植林樹木種の選定等の上でも、極めて有用な参考データを提供する。
【００８１】
〔対象地域における診断結果の分布分析方法〕
対象地域における診断結果の分布分析方法は、上記の森林土壌の総合酸緩衝能力診断方法あるいは酸性雨耐用年数診断方法を特定の森林地域に対して実施するに当たり、以下のプロセスによって、分析の信頼性を低下させることなく、採取する土壌サンプル数を著しく低減させる方法である。
（１）対象地域において、土壌から放出されるγ線量を測定してγ線量分布図を作成することにより、基盤岩石に由来する土壌構成基本型の分布を把握する。
（２）前記γ線量分布図に基づく土壌構成基本型の分布を指標として、必要かつ無駄のない土壌サンプルの採取地点及びサンプル数を決定する。
【００８２】
そして、当該森林地域における土壌全体の平均的な総合酸緩衝能力又は酸性雨耐用年数を、あるいは当該森林地域における各区分地土壌の総合酸緩衝能力又は酸性雨耐用年数の分布を有効に把握することができる。
【００８３】
本発明に係る診断結果の分布分析方法は、以下のような好ましい実施形態において実施することができる。
【００８４】
（１．対象地域）
分析対象となる森林地域としては、平野部，丘陵部又は山岳部における森林地域や、一般に「里山」と呼ばれる都市近郊の小規模森林地域等が好ましく例示される。なお、他地域からの土壌搬入が行われている森林地域は、基盤岩石に由来する土壌構成基本型の分布が崩れているため、対象地域として好ましくない。
【００８５】
又、土壌表面が水で覆われている森林地域（例えば沼地状又は湿地状の森林地域）も、γ線の透過が水によって阻害され適正なγ線量分布図を得られない恐れがあるため、対象地域として好ましくない。
【００８６】
（２．γ線量の測定）
γ線量の測定手段としては、公知の任意のγ線量あるいはγ線照射強度の測定手段、例えばγ線スペクトロサーベイメータやシンチレーション検出器等を利用することができる。このような測定手段の使用方法としては、現地の測定地点上で直接にγ線スペクトロサーベイメータ等を用いてγ線量を測定するのが簡易・迅速性の点から好ましく、とりわけ現地の測定地点において土壌表面から１ｍの高さの空間でのγ線照射強度の分布を測定する方法が土壌構成基本型をより良好に反映する。
【００８７】
但し、その他の任意のγ線量測定方法、例えば前記公知文献「日本における主な岩石中の放射能」（松田秀晴，湊  進）に記載されたように、測定地点の土壌サンプルを採取して実験室に持ち帰りγ線量を分析する方法等も任意に採用することができる。測定されるγ線は、土壌に含まれる天然放射性核種（  ２３８Ｕ系列、  ２３２Ｔｈ系列及び４０Ｋ系列）に起因するものである。
【００８８】
（３．γ線量分布図）
上記の測定結果からγ線量分布図を作成するに当たり、γ線量分布図の表現形態は限定されない。例えば、γ線の照射線量（クーロン／Ｋｇ）の測定装置や、γ線の吸収線量（グレイ）の測定装置から得られた生データの測定値をそのまま分布図として表現した測定値分布図のようなものも十分に利用可能であり、本発明の「γ線量分布図」に該当する。
【００８９】
又、上記の測定値生データを、所定の換算方法によって実質的なγ線強度あるいはγ線量に換算した結果を分布図として表現したγ線量分布図やγ線強度分布図も本発明の「γ線量分布図」に該当する。特に好ましいγ線量分布図が、測定地点の地上１ｍの高さにおけるγ線照射強度（γ線線量率）の分布を表現したγ線線量率分布図である。このγ線線量率は、土壌表面からおよそ３０ｃｍまでの深さの土壌に含まれる前記天然放射性核種に起因するγ線量を測定している。
【００９０】
γ線量分布図が、γ線量レベルが複数段階に異なる区分地からなるように表現されることが、後述する土壌サンプルの必要かつ無駄のない採取地点及びサンプル数の決定のために好ましい。「複数段階」とは、６段階以上であることが、基盤岩石に由来する土壌構成基本型の分布を必要な程度に詳細に把握するために、特に好ましい。
【００９１】
（４．土壌構成基本型）
土壌構成基本型とは、その森林土壌の基盤岩石に由来する土壌構成の基本的な型を言う。最も典型的な土壌構成基本型が、火成岩質土壌における「酸性岩」、「中性岩」、「塩基性岩」である。その他、火成岩質土壌におけるアルカリ中性岩、堆積岩質土壌における化学・生物岩（含炭酸塩岩）等も例示される。これらの土壌構成基本型は、その森林土壌のγ線量と対応関係がある。換言すれば、基盤岩石に由来する森林土壌は、土壌自体を分析しなくても、その土壌のγ線量測定結果から土壌構成基本型を推定できる。
【００９２】
「γ線量測定結果から対象地域の土壌構成基本型（又はその分布）を推定できる」と言うこと自体、簡易あるいは大雑把な総合酸緩衝能力又は酸性雨耐用年数を把握する上で有用なデータでありえるが、本発明においてはむしろ、「同等のγ線量測定結果を得た土壌同士は同じ土壌構成基本型を持つことを推定できる」と言う点が重要である。
【００９３】
幾つかの土壌構成基本型を持つ森林土壌と、そのγ線線量率との対応関係データの一例を以下に示す。このデータ例においても、各土壌構成基本型を持つ土壌におけるγ線線量率の絶対値よりも、各土壌構成基本型を持つ土壌が互いに区別可能なγ線線量率を示すと言う事実が重要である。
【００９４】
火成岩質酸性土壌                概ね    ７０（ｎＧＹ／ｈ）前後
火成岩質中性土壌                概ね    ４０（ｎＧＹ／ｈ）前後
火成岩質塩基性土壌              概ね    ３０（ｎＧＹ／ｈ）前後
（５．土壌サンプルの採取）
上記γ線量分布図の作成により、対象森林地域における基盤岩石に由来する土壌構成基本型の分布を把握した後、この土壌構成基本型の分布を指標として、必要かつ無駄のない土壌サンプルの採取地点及びサンプル数を決定する。
【００９５】
「必要かつ無駄のない」とは、少なくともγ線量分布図におけるγ線量レベルが異なる各区分地から最低１点の土壌サンプルを採取し、かつ各区分地において徒らに重複して土壌サンプルを採取しないことを意味する。なぜなら、同一の対象地域においてγ線量レベルが同等である（基盤岩石に由来する土壌構成基本型が共通である）土壌同士は、同様な土壌化履歴を持つ。従って、総合酸緩衝能力又は酸性雨耐用年数においても近似的に同一であると推定できるので、最低１点の代表的土壌サンプルの分析結果を、γ線量レベルが同等である他の地点に敷衍して適用できるからである。
【００９６】
従って、最も少ない土壌サンプル点数の設定は、例えばγ線量分布図がγ線量レベルが６段階に異なる区分地からなる場合には、各レベルの区分地から１点ずつ、合計６点の土壌サンプルのみを採取する場合である。
【００９７】
なお、特定のγ線量レベルに属する区分地について、例えば以下のいずれかのような特段の事情が認められる場合には、当該区分地において、適正な採取地点の選択のもとに、土壌サンプルの採取地点数をある程度増やしても構わない。
（ａ）当該区分地が相対的に大きな面積を持つ場合。
（ｂ）当該区分地内に、例えば南斜面と北斜面の存在等の土壌化履歴に大きく影響する地形的要因が認められる場合。
（ｃ）対象地域内において当該区分地が複数ケ所の飛び地状に分散して存在する場合。
【００９８】
（６．土壌サンプルの分析）
採取した土壌サンプルは、「森林土壌の総合酸緩衝能力診断方法」において前記した要領に従い、その構成要素毎に分別され、それぞれの構成要素の酸緩衝能力を当該要素に最適な条件下で測定される。そしてこれらの各構成要素についての測定値の合計値（Σ）を求め、この合計値に基づいて当該土壌サンプルに関する総合酸緩衝能力又は酸性雨耐用年数が評価される。
【００９９】
（７．診断結果の分布分析）
上記した森林土壌サンプルの分析結果は、各土壌構成基本型における総合酸緩衝能力又は酸性雨耐用年数の評価結果として、前記γ線量分布図にあてはめる。それによって、当該森林地域における土壌全体の平均的な総合酸緩衝能力又は酸性雨耐用年数を、あるいは当該森林地域における各区分地土壌の総合酸緩衝能力又は酸性雨耐用年数の分布を有効に把握する。
【０１００】
一定の対象森林地域について得られたこれらの土壌構成分布の分析結果は、必要かつ無駄のない比較的少数の土壌サンプルの分析に基づくものであるが、同一対象地域について従来法により膨大な点数の土壌サンプルの分析に基づいて得られた土壌診断の結果と比較しても、遜色のない信頼性を持つと考えられる。
【０１０１】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例及び実施例２は、診断結果の分布分析方法における、γ線線量率分布図作成の実施例である。
【０１０２】
愛知県豊田市岩倉地区の「トヨタの森」と呼ばれる約０．７平方キロメートルの対象地域（森林）について、その地域内の単位面積約５０アール毎に１地点の割合で無差別にγ線量の測定地点を合計１５０地点設定し、各測定地点において土壌表面から１ｍの高さの空間でのγ線スペクトロサーベイメータによる１時間当たりのγ線吸収量（ｎＧｙ／ｈ）を測定した。
【０１０３】
その結果をまとめたγ線線量率分布図を図１に示す。図１において、γ線吸収量が７５（ｎＧｙ／ｈ）を超えた区分地を符号１で、７０を超え７５以下であった区分地を符号２で、６５を超え７０以下であった区分地を符号３で、６０を超え６５以下であった区分地を符号４で、５５を超え６０以下であった区分地を符号５で、５５以下であった区分地を符号６で、それぞれ示す。
【０１０４】
〔実施例２〕
愛知県豊橋市馬越地区の「愛知県認定  里山２０１−１」約１．３１平方キロメートルの対象地域（森林）について、実施例１と同様にしてγ線スペクトロサーベイメータによる１時間当たりのγ線吸収量（ｎＧｙ／ｈ）を測定した。
【０１０５】
その結果をまとめたγ線線量率分布図を図２に示す。図２において、γ線吸収量が４５（ｎＧｙ／ｈ）を超えた区分地を符号７で、４０を超え４５以下であった区分地を符号８で、３５を超え４０以下であった区分地を符号９で、３０を超え３５以下であった区分地を符号１０で、２５を超え３０以下であった区分地を符号１１で、２５以下であった区分地を符号１２で、それぞれ示す。
【０１０６】
〔実施例３〕
実施例１に係る「トヨタの森」地域内において、γ線線量率レベルが同一のランク（図１において同一の符号で示される区分地）であり、しかも隣接していない二つの所定地区（Ａ地区及びＢ地区）について、それぞれ蛍光Ｘ線分析法を利用した土壌分析を行った。その結果を以下に示すが、Ａ地区とＢ地区の土壌構成が非常に近似していることが明瞭である。
【０１０７】
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【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るγ線線量率分布図である。
【図２】実施例に係るγ線線量率分布図である。
【図１】
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【図２】
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