土壌有機物
腐植物質は酸と塩基に対する溶解度に基づいて3つの物質群に分類される。一つの土壌からこれら物質群を分離することができるが、各画分は単一の物質ではなく、様々な有機化合物の混合物である。
フルボ酸 - 酸と塩基の両方に可溶なグループである。最も分子量が低い。腐植質の中では微生物に分解されやすい。
フミン酸(腐植酸) - 塩基に可溶で酸に不溶なグループ。中程度の分子量と中程度の難分解性を有する。
フミン質(腐植素) - 酸にも塩基にも溶けない。分子量は最も高く、色は最も暗い。腐植物質の中で最も難分解性である。
現在用いられている分離手法は以下の通りである。落葉・落枝など粗大な有機物を除去した後、土壌に0.1 mol/L水酸化ナトリウム溶液を加える。このとき、水酸化ナトリウム溶液に溶けなかったものはフミン質である。次に、溶出液を塩酸で強酸化させる。このとき、沈殿をフミン酸、上清の画分をフルボ酸とする。各画分(特にフミン質)には鉱物微粒子などの無機物が混入しているので、研究に用いる場合、フッ化水素酸で処理して無機物を除く。
上記の標準法では水酸化ナトリウム溶液を用いるが、同濃度のピロリン酸ナトリウム溶液を用いることもある。ピロリン酸イオンはアルミニウムイオンと水溶性で安定的な錯体を形成するため、腐植酸に結合したアルミニウムイオンを効率的に除去できるようにする。このため、水酸化ナトリウム溶液より低いpHでも腐植酸を効率よく抽出することができる。
無機イオンの保持。カリウムや硝酸と行った土壌の無機イオンは植物の栄養となる。土壌有機物がない土壌では無機イオンは容易に地下や他の場所へと流失する。
土壌鉱物からの無機イオンの引き離し。土壌鉱物は一般的に負に帯電しており、陽イオンを吸着する。土壌有機物は土壌鉱物とカチオン交換の場でもあり、植物の栄養素、特に窒素(N)、リン(P)、硫黄(S)、および微量元素を土壌粒子から引き離す。
有害な人工有機物の捕獲と不活性化
汚染物質の無毒化
プロトンの供与
土壌有機物は微生物により様々な種類の化学作用を受け、最終的に無機化か腐植化される。微生物作用の形式は以下の3つに分類される。
酵素的酸化 - 分解産物として二酸化炭素と水が生じ、熱が発生する。
特異的な反応による窒素、リン、硫黄の無機化
腐植質の形成 - 微生物によって分解されることが難しい物質は完全に無機化しない。微生物による他の有機化合物への変換と合成を経て腐植質となる。
上記作用を受け、粗大有機物は土壌有機物に、土壌有機物は無機物または腐植になる。その変質の過程は以下の通りである。
粗大有機物は土壌動物や微生物に接触され、細片化させられて土壌有機物になる。細菌や糸状菌は菌体外酵素を分泌して土壌有機物を加水分解する。加水分解の標的は細胞壁の多糖類であり、これは植物残渣や微生物死骸を構成している。多糖類のセルロース、ペクチン、キシランは分解されて単糖、それぞれグルコース、ガラクツロン酸、キシロースになる。これら単糖に加え、分解産物にはウロン酸も含まれる。
この単糖化は細菌や糸状菌による死骸細胞の穿孔、および死骸組織への侵入を助け、死骸の分解は加速される。こうなると死骸中の可溶性画分は速やかに土壌へと放出され、直ちに微生物に利用される。特に、カリウムイオンやカルシウムイオンなどの無機イオンの放出は直ちに起こる。
タンパク質は菌体外酵素によって分解され、アミノ酸になる。アミノ酸の大部分は微生物か植物に吸収される。残りには、菌体外酵素によって加水分解されるものがあり、こうなるとアンモニウムイオンと有機酸になる。土壌中に遊離するアミノ酸は数10 μmol/kgしかない。
無機化の最終産物を以下の表に示す。