土壌の肥沃度

土壌肥沃度とは、土壌が農業用植物の成長を維持する能力、つまり植物の生息地を提供し、持続的かつ一貫した高品質の収穫をもたらす能力を指します。 ^[3]また、土壌が植物/作物に適切な量と品質の栄養素を持続的に供給する能力も指します。肥沃な土壌には次の特性があります。^[4]

• 植物の成長と繁殖に必要な栄養素と水を適切な量と割合で供給する能力。
• 植物の成長を阻害する可能性のある毒性物質（例えば、栄養毒性につながるFe ²⁺など）が存在しない。

ほとんどの場合、以下の特性が土壌の肥沃度に寄与します。

• 適切な根の成長と水分保持に十分な土壌の深さ。
• 内部の排水が良好で、十分な通気性があり、根の成長が最適になります（ただし、米などの一部の植物は浸水に耐えます）。
• 表土または O 層には、健全な土壌構造と土壌水分保持に十分な土壌有機物が含まれています。
• 土壌 pHは 5.5 ～ 7.0 の範囲 (ほとんどの植物に適していますが、より酸性またはアルカリ性の条件を好む、または耐える植物もあります)。
• 植物が利用可能な形態での必須植物栄養素の適切な濃度。
• 植物の成長をサポートするさまざまな微生物の存在。

農業やその他の人間活動に利用される土地では、土壌の肥沃度を維持するために、通常、土壌保全活動を行う必要があります。これは、土壌浸食やその他の形態の土壌劣化により、一般的に、上記のいずれかまたは複数の側面に関して品質が低下するため です。

土壌の肥沃度と土地の質は、米国と世界の両方で植民地主義と奴隷制度の影響を受けました。植民地人による集中的かつ計画外の焼却や森林伐採などの有害な土地慣行の導入は、環境に長期にわたる悪影響をもたらしました。

土壌の肥沃度と枯渇は、世界各地でさまざまな原因と結果をもたらします。アマゾンの黒土を意図的に作り出すことは、先住民族とその土地との重要な関係を促進します。アフリカと中東地域では、土壌枯渇により人間と環境も変化しています。

土壌で最も不足しがちな元素は、生物が利用できるリン（土壌生物が利用できるもの）です。窒素とカリウムも大量に必要です。このため、これら 3 つの元素は、市販の肥料分析で必ず特定されます。たとえば、10-10-15 肥料には、窒素が 10 パーセント、有効リン（P ₂ O ₅）が 10 パーセント、水溶性カリウム（K ₂ O ）が 15 パーセント含まれています。硫黄は、市販の分析で特定される可能性のある 4 番目の元素です。たとえば、21-0-0-24 には、窒素が 21 パーセント、硫酸塩が 24 パーセント含まれています。

無機肥料は一般的に有機肥料よりも安価で、栄養素の濃度も高い。また、窒素、リン、カリウムは一般に植物に吸収されるためには無機形態でなければならないため、無機肥料は一般に変更せずに植物にすぐに利用可能である。^[5] しかし、研究では化学肥料は毒素による慢性疾患の発症など、人間の健康に悪影響を及ぼすことが示唆されている。^[6]環境に関しては、無機肥料への過度の依存は土壌の自然な栄養バランスを崩し、土壌の質の低下、有機物の損失、土壌侵食の可能性の上昇につながる。^[7]

さらに、無機肥料に含まれる水溶性窒素は、植物の長期的なニーズを満たさず、水質汚染を引き起こします。緩効性肥料は、栄養素の浸出損失を減らし、提供する栄養素をより長い期間にわたって利用できるようにします。

土壌の肥沃度は、有機と無機の形態の間で栄養素が絶えず循環する複雑なプロセスです。植物性物質や動物の排泄物が微生物によって分解されると、無機栄養素が土壌溶液に放出されます。このプロセスはミネラル化と呼ばれます。これらの栄養素は、その後、土壌微生物によって促進または可能になる可能性のあるさらなる変換を受けることがあります。植物と同様に、多くの微生物は窒素、リン、カリウムの無機形態を必要とするか、優先的に使用し、これらの栄養素をめぐって植物と競合して、微生物バイオマスに栄養素を固定します。このプロセスは、固定化と呼ばれることがよくあります。固定化プロセスとミネラル化プロセスのバランスは、土壌微生物にとっての主要な栄養素と有機炭素のバランスと利用可能性によって決まります。^{[8] [9]}落雷などの自然プロセスは、大気中の窒素をNO ₂に変換して固定する場合があります。脱窒は、脱窒細菌の存在下で嫌気性条件（洪水）下で発生する場合があります。カリウムや多くの微量栄養素を含む栄養陽イオンは、陽イオン交換と呼ばれるプロセスで土壌の負に帯電した部分と比較的強い結合で保持されます。

リンは土壌中の植物栄養素の要素であるため、土壌肥沃度の主要因です。特に苗や若い植物では、細胞分裂と植物の発育に不可欠です。^[10]しかし、リンは肥料としての過剰使用により、入手がますます困難になり、埋蔵量が枯渇し始めています。肥料におけるリンの広範な使用は、汚染と富栄養化を引き起こしています。^[11]最近、世界のリン酸岩の発生が限られていることから、 ピークリンという用語が作られました。

バイオ炭を含むさまざまな物質が土壌の質を改善する能力があるため、土壌改良剤として説明されており、土壌の健康にさまざまな利点をもたらします。^[12]

食品廃棄物 堆肥は、家畜糞尿をベースとした堆肥よりも土壌改良に優れていることがわかった。^[13]

光合成は、植物が光エネルギーを使用して化学反応を起こし、CO2 を糖に変換するプロセスです_。そのため、すべての植物は、エネルギーを生成し、成長し、繁殖するために、光と二酸化炭素の両方を必要とします。

二酸化炭素は通常、窒素、リン、カリウムによって制限されますが、低レベルの場合も植物の成長を制限する要因となる可能性があります。査読済みの科学的研究によると、300 ppmを超えるレベルまでCO _{2 を増やすと植物の成長を促進するのに非常に効果的です。さらにCO 2}を増やすと、ごくわずかですが、光合成の純出力が増加し続けます。^[14]

土壌の枯渇は、肥沃度に寄与する成分が除去され、補充されず、土壌の肥沃度を支える条件が維持されない場合に発生します。これにより、作物の収穫量が低下します。農業では、枯渇は過度に集中した耕作と不適切な土壌管理が原因である可能性があります。枯渇は、過耕作（土壌構造を損傷する）、土壌栄養バンクの採掘につながる栄養素投入の不足、土壌の塩性化など、さまざまな影響によって発生する可能性があります。

土地利用が急激に変化すると、土壌の肥沃度が著しく低下する可能性がある。例えば、植民地時代のニューイングランドでは、入植者たちは、家畜を自由に放牧すること、肥料で土壌を補充しないこと、そして侵食につながる一連の出来事など、土壌を枯渇させる多くの決定を下した。^[15] ウィリアム・クロノンは、「...長期的な影響は、それらの土壌を危険にさらすことだった。森林の伐採、破壊的な洪水の増加、放牧動物による土壌の圧縮と狭小耕作、耕作はすべて、侵食を増加させた」と書いている。クロノンは続けて、「草刈りが不要で、生きている木々の間で放牧できる場所では、入植者は単に森林の下草を焼いて牛を放牧することで労力を節約した...少なくとも1つの不利な地域では、近隣の町の住民が頻繁に焼いて集中的に放牧したため...木材は大きく傷み、土地は征服するのが難しくなった...長期的には、牛は食べられない木質のとげのある植物の成長を促す傾向があり、一度定着すると取り除くのは非常に困難でした」と説明しています。これらの慣行は、伝統的な先住民の農業方法に精通していない新しい土地での植民地入植者にとって労働を簡素化する方法でした。これらの先住民コミュニティは相談されることなく、むしろ故郷から追い出され、ヨーロッパの入植者が彼らの資源を商品化できるようにしました。集中的な土地の焼却と牛の放牧の慣行は土壌の肥沃度を損ない、持続可能な作物の成長を妨げました。^[15]

入植者たちは土地を開拓するために火を利用しましたが、特定の計画的な焼却方法は一般的であり、生物多様性を高め、ひいては土壌の肥沃度を高めるために有益です。焼却の強度、季節性、頻度を考慮しないと、生物多様性の保全と土壌の全体的な健康は火災によって悪影響を受ける可能性があります。^[16]

火の使いすぎや火の少なさによる土壌侵食に加え、植民地農業は表土の枯渇も引き起こした。表土の枯渇は、自然条件下では数百年から数千年かけて形成される栄養豊富な有機表土が侵食されたり、元の有機物が枯渇したりすることで起こる。^[17]北米大平原のダストボウルはその好例で、1880年代に農業生産が始まって以来、大平原の元々の表土の約半分が消失した。植民地主義の文脈以外では、表土の枯渇は歴史的に過去の多くの文明の崩壊に起因すると考えられる。^[18]

歴史家のデイビッド・シルケナットが説明するように、南部のプランテーションと奴隷所有者の目標は、1エーカーあたりの生産量に基づいて生産性を測るのではなく、奴隷労働力から引き出せる労働力を最大化することだった。土地は使い捨てと見なされ、アフリカ人奴隷は消耗品と見なされていた。南部の農民が奴隷に土壌を浸出させ、大規模な森林伐採に従事させると、彼らは土地を放棄し、より肥沃な見込みのある場所へと移動した。奴隷による強制的な慣行は、土地に広範な破壊をもたらした。環境への影響には、沼地の排水、単一栽培と蒸気船の燃料のための森林伐採、外来種の導入などがあり、すべてが脆弱な生態系につながった。その結果、これらの生態系は丘陵の浸食、川の不毛な土壌での詰まり、在来種の絶滅を引き起こした。シルケナットは、奴隷制と土壌の関係というこの現象を次のように要約している。「奴隷制と環境は、通常は別々に扱われるが、自然に複雑かつ強力な形で交差し、解放の時代から現代の人種的正義への清算に至るまで永続的な影響を残している…土地もまた奴隷所有者の鞭の犠牲となった」^[19]

2008年現在、土壌の枯渇が最も広範囲に見られるのは、^{[アップデート]}土壌の栄養分含有量が低い熱帯地域です。土壌の枯渇は、多くの国で植物の状態や農業作物に影響を及ぼしています。たとえば中東では、干ばつ、土壌不足、灌漑不足のため、多くの国で農作物の栽培が困難になっています。中東には作物生産の減少が見られる国が3カ国あり、生産性の低下率が最も高いのは丘陵地帯と乾燥地帯です。^[20]

アフリカの多くの国でも肥沃な土壌が枯渇している。スーダンやサハラ砂漠を形成する国々のような乾燥した気候の地域では、干ばつや土壌の劣化が一般的である。茶、トウモロコシ、豆などの換金作物は、健全に成長するためにさまざまな栄養素を必要とする。アフリカの農業地域では土壌の肥沃度が低下しており、人工肥料や天然肥料を使用して土壌の栄養分を回復させてきた。^[21]

1492 年にヨーロッパ人が南米アマゾン地域に植民地化する以前の先住民社会の詳細、特にコミュニティの規模と環境との関わりの深さについては、絶えず議論が交わされています。議論の中心となっているのは、ダーク アースの影響です。ダーク アースはアマゾンで見つかる土壌の一種で、南米の他の地域の土壌よりも色が濃く、有機炭素含有量が高く、肥沃な土壌であるため、今日でも非常に人気があります。ダーク アースの堆積物は、民族学および考古学の研究を通じて、意図的な土壌管理による古代の先住民の慣習によって作られたことが判明しています。^[22]

民族考古学者モーガン・シュミットは、この炭素を豊富に含む土壌がアマゾンのコミュニティによって意図的に作られた経緯を概説している。ダークアースやその他の人為的土壌は世界中で見つかっているが、アマゾンのダークアースは特に重要である。「アマゾンの典型的な高度に風化した熱帯高地土壌の特に貧弱な肥沃度とあまりにも対照的である」からである。アマゾンの古代農業社会の発展はダークアースの形成に強く影響されたことを示す証拠は数多くある。その結果、アマゾンの社会は農業の成功と食糧生産の強化という点でダークアースの恩恵を受けた。考古学と民族学の研究を通じて、南東アマゾンのシングー川上流域にある現代および古代のクイクロ先住民領土の土壌分析が完了し、土壌と人間との関係が明らかになった。「結果はダークアースの意図的な創造を示しており、先住民の知識が持続可能な熱帯雨林管理の戦略を提供できることを強調している」^{[22] 。}

エジプトでは、ナイル川流域のミミズは土壌の肥沃度に大きく貢献した。その結果、クレオパトラはミミズを神聖な動物と宣言し、その動物のプラスの影響を認めた。農民を含め、誰も「豊穣の神を怒らせる恐れがあるため、ミミズを傷つけたり取り除いたりすることは許されなかった」。^[要出典]ガーナとリベリアでは、さまざまな種類の廃棄物を組み合わせてアフリカンダークアースと呼ばれる肥沃な土壌を作るという長年の慣習がある。この土壌には、カルシウム、リン、炭素が高濃度で含まれている。^[23]

アルバート・ハワードは、持続可能な農業の先住民族の技術を出版した最初の西洋人として知られています。ハワードは1944年に次のように述べています。「したがって、今後のすべての病気の研究は、常に土壌から始めなければなりません。まず土壌を良好な状態にし、次に土壌、植物、動物、人間の反応を観察します。そうすれば、多くの病気が自動的に消えます...土壌の肥沃度は、将来の公衆衛生システムの基礎です...」。ハワードは、作物の健康危機を家畜と人間の健康への影響と結び付け、最終的には、人間と非人間世界の利益のために、人間は土壌を尊重し、回復しなければならないというメッセージを広めています。彼は、工業農業は自然の繊細なバランスを破壊し、土壌の肥沃度を回復不能に奪っていると続けています。^[24]

灌漑は、パイプ、運河、スプリンクラーなどから水を引くなど、人為的な手段で作物に水を与えるプロセスです。灌漑は、地域の自然の降雨パターンが作物を維持するのに十分持続できない場合に使用されます。古代文明は灌漑に大きく依存しており、今日では世界の農地の約18％が灌漑されています。^[25]灌漑用水の質は、土壌の肥沃度と耕作性を維持し、植物がより多くの土壌深部を使用するために非常に重要です。^[26]土壌がアルカリ性の高水で灌漑されると、不要なナトリウム塩が土壌に蓄積し、土壌の排水能力が非常に低下します。そのため、植物の根は土壌の深くまで浸透できず、アルカリ土壌では最適に成長できません。土壌が低pH/酸性水で灌漑されると、酸性土壌から水が排出されることによって有用な塩（Ca、Mg、K、P、Sなど）が除去され、さらに植物にとって不要なアルミニウムとマンガンの塩が土壌から溶解して植物の成長を妨げます。^{[27]土壌が}塩分濃度の高い水で灌漑されたり、灌漑された土壌から十分な水が排出されなかったりすると、土壌は塩性土壌に変化したり、土壌の肥沃度が失われたりします。塩水は膨圧または浸透圧要件を高め、植物の根による水と栄養素の吸収を妨げます。

アルカリ土壌では、雨水の表面流や排水による浸食により表土が失われ、水と接触してコロイド（細かい泥）を形成します。植物は成長のために土壌から水溶性無機塩のみを吸収します。土壌自体は、作物を育てるだけでは肥沃さを失いませんが、不適切な灌漑や酸性雨（水の量と質）により、土壌から不要な無機塩が蓄積し、必要な無機塩が枯渇することで肥沃さを失います。植物の成長に適さない多くの土壌の肥沃さは、適切な品質の十分な灌漑用水と土壌からの良好な排水を提供することで、徐々に何倍にも高めることができます。

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