土壌科学の歴史

土壌の初期の概念は、ドイツの化学者ユストゥス・フォン・リービッヒ(1803-1873) が考案したアイデアに基づいており、研究所、温室、小さな畑で土壌サンプルを研究した農業科学者によって修正および改良されました。土壌は通常の耕作の深さより下で調査されることはほとんどありませんでした。これらの化学者は、植物栄養の「バランスシート」理論​​を支持していました。土壌は、多かれ少なかれ植物栄養素の静的な貯蔵庫であると考えられていました。土壌は使用したり交換したりできます。この概念は、現代の土壌科学の枠組みに適用すると今でも価値がありますが、土壌の有用な理解は、収穫された作物によって土壌から栄養素が除去され、堆肥、石灰、肥料として戻されるという範囲を超えています。

初期の地質学者は、土壌の肥沃度に関するバランスシート理論を一般に受け入れ、それを自らの専門分野の枠組みの中で応用した。彼らは土壌を、花崗岩、砂岩、氷河堆積物など、さまざまな種類の岩石が崩壊したものと説明した。しかし、彼らはさらに踏み込んで、風化プロセスによってこの物質がどのように変化し、地質学的プロセスによって氷河モレーン、沖積平野、黄土平野、海成段丘などの地形が形成されたかを説明した。地質学者ナサニエル・シェイラー(1841-1906) の土壌の起源と性質に関するモノグラフ (1891) は、19 世紀後半の土壌に関する地質学的概念を要約している。

初期の土壌調査は、農家がさまざまな管理方法に反応する土壌を見つけ、農場の特定の土壌の種類に最も適した作物と管理方法を決定するのに役立つように行われました。初期の研究者の多くは地質学者でした。なぜなら、土壌の研究に適した必要な現場調査方法と科学的相関関係に熟練していたのは地質学者だけだったからです。彼らは土壌を、地形と岩相によって定義される地質層の風化生成物として主に考えていました。1910 年以前に発行された土壌調査のほとんどは、これらの概念に強く影響されていました。1910 年から 1920 年にかけて発行された土壌調査は、徐々に改良が加えられ、より多くの土壌の特徴が認識されましたが、基本的には地質学の概念を維持していました。

植物栄養のバランスシート理論は実験室で主流であり、地質学的概念はフィールドワークで主流でした。両方のアプローチは、1920年代後半まで多くの教室で教えられていました。より広範で一般的に役立つ土壌の概念は、米国のユージン・W・ヒルガード（1833-1916）とジョージ・ネルソン・コフィー（1875-1967）やロシアの土壌科学者など、一部の土壌科学者によって開発されていましたが、これらのより広い概念を定式化するために必要なデータは、土壌調査のフィールドワークから得られました。^[1]

フリードリヒ・アルベルト・ファロウは、 2 冊の本『土壌科学の第一原理』（1857 年、第 2 版 1865 年）と『土壌学、一般および特殊土壌科学』（1862 年）で、土壌に関する現地での観察結果を体系的なアプローチに発展させました。彼は、土壌形成が研究に値する理由を説明し、土壌科学を学問として認識するよう訴えました。1862 年の著作では、土壌断面の記述に関する提案を提示し、土壌の物理的および化学的特性について論じ、鉱物特性に基づく土壌の分類を提案しました。

今日では、ヴァシリー・ドクチャエフの方がファロウよりも影響力があると認識されているが、ドクチャエフの死後間もなく、ドクチャエフの弟子で影響力のあるロシアの土壌学者コンスタンチン・ドミトリエヴィッチ・グリンカ(1867-1927) は、ファロウを近代土壌科学の創始者とみなした。創始者としてのファロウの歴史的地位は、モスクワの土壌学者でロシア土壌科学の書誌学者であり、ポチヴォヴェデニエ (土壌科学を意味する)の編集者であるアルセニー・ヤリーロフによって支持されている。ヤリーロフは、1904 年にポチヴォヴェデニエにファロウについて書いた記事に「土壌科学の創始者フリードリヒ・アルベルト・ファロウ」という題を付けた。

自然科学としての土壌科学の科学的根拠は、ワシリー・V・ドクチャエフの古典的な著作によって確立されました。以前は、土壌は岩石の物理化学的変化の産物、つまり植物が栄養価の高いミネラル元素を抽出する死んだ基質であると考えられていました。実際、土壌と岩盤は同一視されていました。

ドクチャエフは、土壌を、独自の起源と独自の発展の歴史を持つ自然体、複雑で多様なプロセスが内部で進行する体とみなしている。土壌は岩盤とは異なると考えられている。岩盤は、気候、植生、地域、地形、年齢など、一連の土壌形成要因の影響を受けて土壌になる。彼によると、土壌は、岩の種類に関係なく、岩の「日常的な」または外向きの地平線と呼ばれるべきであり、水、空気、さまざまな種類の生物や死んでいる生物の共通の影響によって自然に変化する。^[2]

1870 年以降、VV ドクチャエフ(1846–1903) と NM シビルツェフ (1860–1900) ^[3]の指導の下、ロシアの土壌学派は土壌の新しい概念を発展させていた。ロシアの研究者は土壌を独立した自然体とみなし、それぞれが気候、生物、母材、地形、時間のユニークな組み合わせから生じるユニークな特性を持つものとした。彼らは、各土壌の特性は土壌の形成に関与する特定の遺伝的要因の組み合わせによる影響を反映しているという仮説を立てた。ハンス イェニーは後に土壌特性と土壌形成の機能的関連性を強調した。この研究の結果は、1914 年にKD グリンカのドイツ語教科書が出版され、特に 1927 年に CF マルブトが英語に翻訳したことで、アメリカ人に広く知られるようになった。 ^[4]

ロシアの概念は革命的でした。土壌の特性はもはや、岩石の性質や気候、その他の環境要因から単独で、あるいは総合的に推測されるものではなくなりました。むしろ、土壌そのものに直接目を向けることで、これらすべての要因の総合的な表現が土壌の形態に見られるようになりました。この概念では、土壌のすべての特性を総合的に、完全に統合された自然体の観点から考察する必要がありました。つまり、土壌の科学が可能になったのです。

新しい概念と土壌科学という新しい学問分野に対する初期の熱狂により、土壌の研究は地質学や農芸化学から派生した古い概念に関係なく進められるだろうと示唆する人もいました。確かにその逆は真実です。新しい概念は、独自の原理を持つ土壌科学の基礎を築くだけでなく、他の科学をさらに有用なものにします。土壌形態学は、観察、実験、および実際の経験の結果をグループ化し、土壌の挙動を予測する統合原理を開発するための確固たる基盤を提供します。^[1]

CF マルバットの指導の下、ロシアの概念は拡大され、米国の状況に適応されました。この概念は、外部の土壌特性と表層地質に従属する個々の土壌プロファイルを強調しました。しかし、土壌プロファイルを強調することによって、土壌科学者は当初、小さな地域内であってもかなり大きくなる可能性がある土壌の自然な変動性を無視する傾向がありました。土壌の変動性を無視すると、土壌の位置を示す地図の価値が大幅に低下しました。

さらに、初期の土壌遺伝プロファイルは非常に重視されていたため、最近の沖積層など、遺伝プロファイルのない物質は土壌ではないと考えられていました。岩石の風化と土壌の形成は明確に区別されていました。これらの一連のプロセスを区別することは、いくつかの目的には役立ちますが、岩石や鉱物の風化と土壌の形成は、一般的に区別がつきません。

土壌の概念は、1930 年以降、主に圧密とバランスを通じて徐々に拡大、拡張されました。主な重点は土壌プロファイルに置かれていました。1930 年以降、形態学的研究は単一のピットから長い溝、または土壌領域内の一連のピットにまで拡大されました。土壌の形態は、単一の「典型的な」プロファイルではなく、中心概念から逸脱した特性の範囲によって説明されるようになりました。粘土の鉱物学的研究技術の発達により、実験室での研究の必要性も強調されました。

マールバットは、土壌の分類は土壌生成理論ではなく形態学に基づくべきだと強く主張した。なぜなら、理論は一時的かつ動的だからである。おそらく、土壌を検査せずに土壌には特定の特性があると仮定した他の研究者を相殺するために、彼はこの点を強調しすぎたのかもしれない。マールバットは、土壌分類システムの開発と、使用可能な土壌地図の作成には、土壌自体の検査が不可欠であることを明確にしようとした。それにもかかわらず、マールバットの研究は、地質学が土壌科学にもたらす貢献についての彼の個人的な理解を明らかにしている。1935 年の彼の土壌分類は、「通常の土壌」という概念に大きく依存している。これは、下方への浸食が土壌形成と歩調を合わせる地形における平衡の産物である。

土壌科学の概念の明確化と拡大は、詳細な土壌マッピングの重要性が増したことからも生まれました。概念は変化し、地図に示された土壌の種類ごとに作物の収穫量を予測することに重点が置かれるようになりました。土壌に関する以前の記述の多くは定量的ではなく、分類単位も多様すぎて、個々の農場や畑の管理計画に必要な収穫量と管理の予測を行うことができませんでした。

1930年代、土壌形成は「ポドゾル化」、「ラテラル化」、「石灰化」などの漠然としたプロセスの観点から説明されました。これらは、地域の土壌に共通して見られる特性の原因となる独自のプロセスであると推定されました。^[1]

1941 年にハンス イェニー(1899–1992) が著した「土壌形成の要因: 定量的土壌学の体系」は、当時の近代土壌科学の基本原理の多くを簡潔にまとめ、図解しました。1940 年以降、土壌形成の要因の中で時間はより大きな重要性を帯びるようになり、地形学的研究は、あらゆる場所の土壌物質が土壌形成プロセスにさらされた時期を決定する上で重要になりました。一方、土壌化学、土壌物理学、土壌鉱物学、土壌生物学、およびそれらの基礎となる基礎科学の進歩により、土壌形成の研究に新しいツールと新しい次元が加わりました。その結果、土壌の形成は、相互に関連する多くの物理的、化学的、生物学的プロセスの集合体として扱われるようになりました。これらのプロセスは、土壌物理学、土壌化学、土壌鉱物学、土壌生物学における定量的研究の対象となっています。注目の焦点も、土壌全体の大まかな特性の研究から、粒子間の関係を含む個々の部分の共変詳細へと移っています。^[1]

マールバットの分類法と米国農務省が開発した 1938 年の分類法の両方において、クラスは主に定性的な言葉で説明されていました。クラスは、異なる科学者がシステムを一貫して適用できるように定量的な言葉で定義されていませんでした。どちらのシステムも、ロシアの土壌科学者によって提唱された遺伝的概念に大きく影響を受けた上位カテゴリのクラスを、米国の土壌マッピングで使用された土壌シリーズとその細分に明確に結び付けていませんでした。両方のシステムは、それ自体が主に定性的な特徴を持つ当時の土壌生成の概念と理論を反映していました。1949 年の 1938 年のシステムの修正により、その欠陥の一部が修正されましたが、概念と原則の再評価の必要性も示されました。ガイ D. スミスのリーダーシップの下での 15 年以上にわたる作業は、新しい土壌分類システムという形で結実しました。これは 1965 年に米国全国共同土壌調査の公式分類システムとなり、1975 年に「土壌分類学: 土壌調査の作成と解釈のための土壌分類の基本システム」として出版されました。スミス システムは、米国および他の多くの国で独自の分類システムとして採用されました。

もう一つの要因は、特に 1960 年代に土壌調査に多大な影響を及ぼしました。1950 年以前、土壌調査の主な用途は農業、牧場経営、林業でした。高速道路計画への応用は、1920 年代後半にはすでに一部の州で認識されており、1930 年代から 1940 年代にかけて、一部の州の高速道路技術者向けの現場マニュアルに土壌の解釈が掲載されました。しかし、この期間の土壌調査の変化は、主に農業、牧場経営、林業のニーズへの対応でした。1950 年代から 1960 年代にかけて、土壌の非農業用途が急速に増加しました。これにより、土壌が非農業用途に与える影響に関する情報が大いに必要になりました。^[1]

土壌形成と生物相の役割に関する大規模な再評価は、土壌地形学者が土壌形成における生物撹乱の役割に関するチャールズ・ダーウィンとナサニエル・シェイラーの初期の考えを再評価し始めた1980年代に始まりました。 ^{[5] [6]}現在ではダーウィンの結論を裏付ける十分な証拠があり、多くの地域で土壌に潜む生物相が土壌生成の主な要因となっています。^{[7] [8] [9] [10]}

土壌有機物は、21世紀以前の土壌科学で理解されていたものとは大きく異なります。^[11]確立されたパラダイムの欠陥は、1999年に土壌モデルがチェルノーゼムに含まれる大量の木炭成分を考慮できなかったときに明らかになりました。[ ^{12 ] 2016年[13]}には、土壌科学の教科書で、長年受け入れられてきたが今では時代遅れの概念を放棄する必要性について取り上げ始めました。^{[14] [15]}

2021年現在、土壌有機物蓄積に関する古典的な教科書理論が「ほとんど誤りであることが証明されている」ことを理解している人はほとんどいない^{[16] 。 [17]}

• ロシアの地球科学者のリスト

• アガフォノフ V.、1926 年。 ペドロジーの歴史史 // フランセーズとエトランジェールの科学農学の年報。 Vol. 43. P. 132–153。
• 土壌調査スタッフ、1993 年。土壌調査: 土壌の初期概念。(html)土壌調査マニュアル USDA ハンドブック 18、土壌保全サービス。米国農務省。URL は 2004 年 11 月 30 日にアクセスしました。
• ダーウィン、C.、1881年、「ミミズの行動による植物性カビの形成とその習性に関する観察」：ロンドン、ジョン・マレー
• Shaler, NS、1891、「土壌の起源と性質」、Powell, JW 編、USGS 第 12 回年次報告書 1890-1891: ワシントン DC、政府印刷局、p. 213-45。
• Paton, TR、Humphreys, GS、Mitchell, PB、1995 年、「土壌: 新しい地球規模の視点: ロンドン、UCL プレス リミテッド」
• ジョンソン、DL、1990、「バイオマントルの進化と地球の物質と人工物の再分配：土壌科学」、v.149、p.84-102。
• Humphreys, GS、およびMitchell, PB、1983、「シドニー盆地の砂岩丘陵斜面における生物撹乱と雨水洗浄の役割に関する予備的評価」、オーストラリアおよびニュージーランド地形学グループ、p. 66-80。
• Wilkinson, MT、Humphreys, GS、2005、「核種ベースの土壌生産速度とOSLベースの生物撹乱速度による土壌生成の調査：オーストラリア土壌研究ジャーナル、v. 43、p. 767–779」[1]

• Paton, TR、Humphreys, GS、2007、「米国における土壌科学の帯状基礎の批判的評価。第1部：土壌分類の始まり：Geoderma、v. 139、p. 257 – 267」[2]
• Paton, TR、Humphreys, GS、2007、「米国における土壌科学の地域主義的基礎の批判的評価。第2部：チャールズ・ケロッグのプラグマティズム：Geoderma、v. 139、no. 268 – 276」[3]