マクロポア

土壌では、マクロ孔は75μmより大きい空洞として定義されます。^[1]機能的には、このサイズの孔は土壌溶液の優先的な流れと、溶質およびコロイドの急速な輸送を司ります。マクロ孔は土壌の水力伝導性を高め、水の浸透と排水を速め、浅い地下水が側方流動によって比較的速く移動できるようにします。土壌では、マクロ孔は植物の 根、土壌の亀裂、土壌動物、および土壌粒子がペッドに凝集することによって形成されます。マクロ孔は、砂や砂利などのより大きな個々の鉱物粒子の間にも見られます。

マクロポアは、他の文脈では異なる定義をされることがあります。多孔質固体（つまり、土壌などの多孔質集合体ではない）の文脈では、コロイド化学者と表面化学者は、マクロポアを50nmより大きい空洞と定義しています。^[2]

土壌中の一次粒子（砂、シルト、粘土）は、様々な因子やプロセスによって結合し、土壌団粒（ペッド）を形成します。これらの土壌団粒内および間には、さまざまな形や大きさの空間が存在します。団粒間のより大きな空間はマクロポアと呼ばれます。マクロポアは、湿潤/乾燥や凍結/融解サイクルなどの物理的プロセスの影響下で形成され、土壌の亀裂や割れ目を引き起こします。また、植物の根や土壌生物が形成に重要な役割を果たす生物学的プロセス下で形成されることもあります。^[3]生物学的活動によって形成されるマクロポアは、バイオポアとも呼ばれます。たとえば、植物の根は、成長と腐敗によって土壌団粒間に大きな空間を作り出します。土壌動物、特にミミズなどの穴を掘る種は、土壌内での動きや活動によってマクロポアの形成に寄与します。一般に、マクロポアの形成は土壌の深さと負の相関関係にあり、これらの物理的および生物学的プロセスは深さとともに減少します。

土壌構造の重要な部分であるマクロポアは、多くの土壌生態系サービスの提供に不可欠です。マクロポアは、水と空気の自由な移動を可能にし、化学物質の輸送に影響を与え、土壌生物の生息地を提供します。したがって、土壌マクロポアの重要性を理解することは、土壌資源の持続可能な管理を実現するためにも重要です。

土壌マクロポアでは、水は重力の影響下で自由に移動できますが、ミクロポア（土壌内のはるかに小さな孔）では、水は毛細管力によって保持されます。^[4]水はまた、抵抗が最も少ない経路に沿って移動する傾向があります。連結したマクロポアはこれらの経路を作成し、土壌内でいわゆる優先流^{[5]を生み出します。マクロポアのこのような特性により、土壌への水の移動や土壌を横切る水の高速移動が可能になり、土壌}浸透率と透水性が大幅に向上します。これにより、表面流出や土壌浸食が軽減され、洪水を防ぐことができます。また、水資源を補充する地下水涵養にも貢献します。

一方、これらの孔は水を保持していないときは空気で満たされます。マクロ孔の拡張ネットワークは、特にこれらのマクロ孔が土壌表面に接続されている場合に、土壌と大気の間のガス交換を改善するのに役立ちます^[6] 。二酸化炭素や酸素などの土壌ガスは、土壌呼吸の重要な要素です。酸素は植物の根と土壌生物の成長に不可欠であり、呼吸による二酸化炭素の放出は地球規模の炭素循環の不可欠な部分です。

土壌を通る水と空気の最適な移動は、生命を維持するために不可欠な要素を提供するだけでなく、栄養循環などのさまざまな土壌プロセスの基礎でもあります。  

マクロ孔は土壌中の水の移動を促進するため、水に溶解している化学物質の輸送にも必然的に影響を及ぼします。その結果、マクロ孔は土壌栄養素の循環と土壌汚染物質の分布に影響を及ぼす上で重要な役割を果たす可能性があります。たとえば、マクロ孔で構成される優先流路は土壌水の排水を促進しますが、溶解した栄養素は急速に運び去られ、土壌中の水と化学物質の不均一な分布につながる可能性があります。過剰な化学物質や汚染物質が地下水に放出されると、受水域で水質汚染を引き起こす可能性があります。^{[7]これは、}灌漑や施肥の有効性に関する問題や環境汚染の影響につながるため、特に農業活動などの一部の土地利用では懸念される可能性があります。 ^[8]たとえば、窒素肥料から変換された過剰な硝酸塩は、大雨や灌漑によって地下水に流れ込む可能性があります。その結果、飲料水中の硝酸塩レベルが高いと健康上の懸念が生じる可能性があります。^[9]

マクロポアは土壌中の大きな孔であるため、水と空気の移動が容易になり、植物の根の成長に適した空間と土壌生物の生息地を提供します。^[10]  その結果、ミミズや幼虫などのさまざまな土壌生物が生息するこれらの孔は、土壌全体の品質に影響を与える土壌生化学プロセスの重要な場所にもなります。  

土壌マクロポアは均一ではなく、不規則な形状をしています。形状、サイズ、表面粗さもさまざまです。互いに接続することで、土壌内で特定のネットワークを形成します。したがって、これらのマクロポア ネットワークの特性は、土壌内での機能、特に水の移動、通気性、植物の根の成長に大きな影響を与える可能性があります。

土壌マクロポアの相互接続性は、土壌の水を導く能力に影響を与え、それによって土壌の浸透と透水伝導率を制御します。土壌マクロポアの相互接続性が高いほど、通常、土壌の浸透性が高くなります。^[11]土壌表面および地下水とマクロポアの相互接続性は、土壌への水の浸透と地下水の補充にも寄与します。土壌マクロポアの相互接続性は、土壌中の水と溶質の垂直方向と横方向の移動に影響を与えます。

相互接続された土壌マクロ孔は、特に土壌境界を越える場合、連続した経路を形成できない場合があります。行き止まりの孔が存在すると、水や空気の動きが妨げられたり遅くなったりする可能性があります。したがって、土壌マクロ孔の連続性も土壌プロセスに影響を与える要因です。

例えば、マクロポアの連続性が高まると、土壌と大気の間のガス交換が増加し、土壌の通気性が向上します。マクロポアの連続性は、植物が根を簡単に成長させることができる広い空間を提供し、植物の根が途切れた領域で新しい空間を探すための資源を割り当てることで、地上のバイオマスを犠牲にすることなく、植物が根を簡単に成長させることができるようになります。^[12]

土壌マクロポアは連続的につながって土壌内の2点間の長いチャネルを形成することがありますが、これらのチャネルは直線ではなくほとんどが曲がりくねっています。曲がり具合は基本的に、実際の経路の長さと2点間の最短距離の比率です。^[13]本質的に、マクロポアの経路の曲がり具合は水の流れに対する抵抗を示しています。経路が曲がりくねっているほど、抵抗は高くなります。これは土壌中の水の移動速度と分布に影響を与えます。  

土壌マクロ孔は土壌構造の重要な部分であり、その保全は土壌資源の持続可能な管理にとって極めて重要です。これは、耕作によってマクロ孔の形状とサイズが変化する可能性がある耕作地など、常に人間による撹乱を受ける土壌に特に当てはまります。

土壌マクロポアは土壌圧縮の影響を受けやすい。^[14]例えば森林地帯の圧縮土壌では、通常、マクロポアの割合（マクロ多孔性）が低く、水の移動が妨げられている。

有機物は、乱れた土壌に混入することで、土壌のマクロ多孔性や関連する土壌機能を改善することができます^[15]

• 土壌の空隙空間の特性評価
• ナノ多孔質材料