ペドトランスファー機能

土壌科学において、土壌伝達関数( PTF ) は、土壌調査のデータを使用して特定の土壌特性を予測する関数です。

ペドトランスファー関数という用語は、私たちが持っているデータを必要なものに変換するという意味で、Johan Bouma ^[1]によって造られました。最も簡単に入手できるデータは、圃場の形態、土壌の質、構造、pH などの土壌調査から得られます。ペドトランスファー関数は、この基本情報を、より手間と費用のかかる他の土壌特性の推定値に変換することで、この基本情報に価値を追加します。これらの関数は、利用可能な土壌データと、特定のモデルや品質評価にもっと役立つ、または必要な特性との間のギャップを埋めます。ペドトランスファー関数は、さまざまな回帰分析とデータマイニング手法を利用して、基本的な土壌特性と測定がより難しい特性を関連付けるルールを抽出します。

1989 年まで正式に認識され、命名されることはなかったものの、土壌伝達関数の概念は、判定が難しい土壌特性の推定に長い間適用されてきました。多くの土壌科学機関は、測定が難しい土壌特性を推定するための独自の (非公式の)経験則を持っています。おそらく、測定の難しさ、コスト、および大規模なデータベースの可用性のため、PTF の開発における最も包括的な研究は、保水曲線と透水係数の推定に関するものでした。

最初の PTF は、ライマン ブリッグスとマクレーン (1907)の研究から生まれました。彼らは、土壌に生育する植物が、土壌に水を加えなければほぼ飽和した大気中で回復できないほど萎れた状態になったときの土壌水分含有量のパーセンテージとして定義される萎凋係数を、粒子サイズの関数として決定しました。

萎凋係数= 0.01砂+ 0.12シルト+ 0.57粘土

Frank Veihmeyer と Arthur Hendricksen (1927) による圃場容量(FC) と永久萎凋点(PWP) の概念の導入に伴い、1950 年から 1980 年にかけての研究では、粒度分布、嵩密度、有機物含有量と、圃場容量 (FC)、永久萎凋点 (PWP)、有効水容量(AWC) における水分含有量との相関関係を調べる試みがなされました。

1960 年代には、FC、PWP、AWC の推定に関するさまざまな論文が発表されましたが、特に Salter と Williams による一連の論文 (1965 など) が有名です。彼らはテクスチャ クラスと利用可能な水容量の関係を調査しました。これは現在クラス PTF として知られています。また、粒子サイズ分布と AWC を関連付ける関数も開発しました。これは現在連続 PTF として知られています。彼らは、これらの関数が平均 16% の精度で AWC を予測できると主張しました。

1970 年代には、大規模なデータベースを使用したより包括的な研究が開発されました。特に優れた例は、イングランドとウェールズの土壌に関する Hall ら (1977) の研究です。彼らは、土壌の圃場容量、永久萎凋点、有効水分量、空気容量をテクスチャ クラスの関数として確立し、これらの土壌水分特性を推定する連続関数を導出しました。米国では、Gupta と Larson (1979) が、-4 kPa から -1500 kPa の範囲の電位で、粒度分布と有機物含有量を水分含有量に関連付ける 12 の関数を開発しました。

土壌の水理特性を記述するモデルや土壌水分および溶質輸送のコンピュータモデリングが盛んに開発されるにつれて、これらのモデルへの入力としての水理特性の必要性がより明白になりました。Clapp と Hornberger (1978) は、異なるテクスチャクラスについて、べき関数保水曲線、吸着率、飽和透水係数のパラメータの平均値を導き出しました。おそらくこの種の研究としては初めてのことですが、Bloemen (1977) は、Brooks と Corey の水理モデルのパラメータと粒度分布を関連付ける経験式を導き出しました。

ドイツの Jurgen Lamp と Kneib (1981) は pedofunction という用語を導入し、Bouma と van Lanen (1986) は transfer function という用語を使用しました。土壌物理学や他の多くの分野で使用されているtransfer function という用語との混同を避けるために、Johan Bouma (1989) は後にこれをpedotransfer functionと呼びました。(個人的な逸話によると、この用語は Wageningen 大学の Arnold Bregt が提案したようです)。

それ以来、油圧PTFの開発は、米国、ヨーロッパ、南米、オーストラリアなど世界中でブームの研究テーマとなりました。

ほとんどの PTF は土壌の水理特性を予測するために開発されていますが、水理特性に限定されるわけではありません。土壌の物理的、機械的、化学的、生物学的特性を推定するための PTF も開発されています。

土壌伝達関数を使用して土壌の水理特性を決定するのに役立つプログラムがいくつかあり、その中には次のようなものがある。

• SOILPAR – Acutis と Donatelli 著^[2]
• ROSETTA – USDAのSchaapら^[3]による人工ニューラルネットワークを使用する

McBratneyら（2002）は土壌推論システムSINFERSの概念を導入した。SINFERSでは土壌変換関数が土壌推論エンジンの知識ルールとなる。土壌推論システムは、一定レベルの確実性（ソース）で測定値を取得し、論理的にリンクされた土壌変換関数（オーガナイザー）によって、未知のデータを最小限の不正確さで推論する（予測子）。^[4]

• 水分当量
• 無制限の水域
• 土壌の機能