土壌の酸性化

土壌の酸性化とは、水素イオンが蓄積し、土壌のpHが低下する現象です。化学的には、プロトン供与体が土壌に添加されたときに起こります。プロトン供与体は、硝酸、硫酸、炭酸などの酸である場合もあれば、硫酸アルミニウムなどの化合物で、土壌中で反応してプロトンを放出する場合もあります。また、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムなどの塩基性陽イオンが土壌から溶脱することによっても酸性化が起こります。

土壌の酸性化は、地衣類や藻類が岩石表面を分解し始めると自然に起こります。土壌が発達するにつれて、この溶解に伴って酸が流れ続けます。時間経過と風化によって、自然生態系の土壌はより酸性になります。酸性化した土壌は、微生物や植物の健康に悪影響を及ぼす可能性があります。土壌の酸性化速度は、酸性雨、農業、汚染などの特定の要因によって変化する可能性があります。^{[ 1 ]}この影響は、表面石灰散布、肥料の削減、灌漑などの方法で防止できます。^{[ 2 ]}

土壌の酸性化は、土壌中の植物や生物に損傷を与える可能性があります。植物の場合、土壌の酸性化は根を小さく、耐久性を低下させます。^{[ 5 ]}酸性土壌は根の先端を損傷し、それ以上の成長を阻害することがあります。^{[ 34 ]}植物の高さは低下し、種子の発芽も減少します。土壌の酸性化は植物の健康に影響を与え、被覆率の低下や植物密度の低下につながります。全体的に、植物の成長阻害が見られます。^{[ 35 ]}土壌の酸性化は、絶滅危惧種の植物の減少に直接関連しています。^{[ 36 ]}

土壌では、酸性化により微生物と大型動物の多様性が低下します。^{[ 37 ]} これにより、土壌構造の劣化が軽減され、土壌が侵食に対してより敏感になります。土壌中の利用可能な栄養素が少なくなり、有毒元素が植物に与える影響が大きくなり、土壌の生物学的機能（窒素固定など）に影響が出ます。^{[ 38 ]}最近の研究では、サトウキビの単作栽培により土壌の酸性度が高まり、土壌の肥沃度が低下し、微生物構造が変化し、その活動が低下することが示されました。さらに、サトウキビの単作栽培により、ほとんどの有益な細菌属が大幅に減少しましたが、有益な真菌属は逆の傾向を示しました。^{[ 39 ]}したがって、土壌の酸性度を緩和し、土壌の肥沃度と土壌酵素活性を改善し、植物と土壌に有益なサービスを提供する微生物構造を改善することは、持続可能なサトウキビ栽培システムを開発するための効果的な対策となり得ます。^{[ 29 ]}

より大規模なレベルでは、土壌の酸性化はこれらの影響により農業生産性の低下と関連している。^{[ 37 ]}

酸性水や土壌の酸性化が植物に及ぼす影響は、軽微なものから、ほとんどの場合は重大なものまで様々です。植物の死に至らない軽微なケースとしては、酸性条件に対する感受性の低い植物や、酸性雨の強さが低い場合などが挙げられます。また、軽微なケースでは、酸性水によって植物の自然なpHが低下するため、植物は最終的に枯死します。酸性水が植物に入り込み、重要な植物ミネラルを溶解させて流出させ、最終的に栄養に必要なミネラルが不足して植物が枯死します。^{[ 40 ]}より深刻な重大なケースでは、軽微なケースと同様に、必須ミネラルの除去という同じ損傷プロセスが、はるかに速い速度で発生します。同様に、土壌や植物の葉に降る酸性雨は、葉のワックス状のクチクラを乾燥させ、最終的に植物から外気への急速な水分損失を引き起こし、植物の枯死につながります。これにより、土壌中の必須塩基カチオンが流出し、有毒イオンの利用可能性が高まり、植物の根に悪影響を及ぼします。植物が土壌酸性化の影響を受けている場合、葉脈の間が黄色くなったり、成長が阻害されたりする様子を注意深く観察することができます。^{[ 41 ]}葉が緑色で健康そうに見える場合は、土壌のpHは正常で、植物の生育に適しています。ただし、葉が黄色くなる症状は土壌酸性化とは一致せず、アルカリ性土壌や栄養不足の土壌でも発生する可能性があります。さらに、土壌酸性化に苦しむ植物は光合成が困難になります。^{[ 42 ]}酸性の水によって植物が乾燥すると、葉緑体細胞が破壊されます。光合成ができなければ、植物は自身の生存に必要な栄養素や好気性生物の生存に必要な酸素を作り出すことができません。これは地球上のほとんどの種に影響を与え、最終的には植物の存在意義を失わせます。^{[ 43 ]}

土壌の酸性化は、長期作物生産における一般的な問題であり、石灰、有機改良材（例えば、わらや堆肥）、バイオ炭の施用によって軽減できます。^{[ 44 ] [ 29 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]}酸性土壌で栽培されたサトウキビ、大豆、トウモロコシ作物では、石灰施用により、栄養分の回復、土壌pHの上昇、根のバイオマスの増加、植物の健康状態の改善が見られました。^{[ 30 ] [ 48 ]}土壌の深層への石灰施用は表面への石灰施用よりも効果的ですが、費用がかかり、難しくなる場合があります。^{[ 49 ]}

酸性化の進行を防ぐために、さまざまな管理戦略を適用することもできます。酸性化の少ない肥料の使用、硝酸態窒素の溶脱を減らすための肥料の量と施用時期の考慮、酸性を中和する水を用いた適切な灌漑管理、収穫作物における基本栄養素と窒素の比率の考慮などです。硫黄肥料は、作物の回復率が高い反応性の高い作物にのみ使用すべきです。^{[ 50 ]}

二酸化硫黄と窒素酸化物の人為的発生源を削減し、大気汚染対策を実施することで、酸性雨と土壌の酸性化を世界的に軽減することができる。^{[ 51 ]}

これはカナダのオンタリオ州のいくつかの湖で観察されており、水のpHとアルカリ度の改善が実証されている。^{[ 52 ]}

土壌の酸性化は、東南アジア、アマゾン熱帯雨林、サハラ以南のアフリカ、米国東部で最もよく見られます。^{[ 53 ] [ 54 ]}各地域には、土壌の酸性化の原因がそれぞれ異なります。

• 東南アジア：火山活動と酸性雨、工業化は時間の経過とともに土壌の酸性化を増加させる可能性がある^{[ 55 ]}
• アマゾン熱帯雨林：生物風化と酸性雨、大気汚染（自動車と産業活動）が熱帯雨林における酸性雨の主な原因である^{[ 56 ]。}
• サハラ以南アフリカ：酸性雨と表土中のアルミニウム飽和^{[ 57 ]}
• 米国東部：母材（花崗岩と火成岩）と土壌は数十年にわたる工業化により陽イオンが不足し、土壌の酸性度が高まっている^{[ 58 ]。}

• 酸性硫酸塩土壌– 水浸しの条件下で形成された土壌 
• アルカリ性土壌– pHが8.5を超える土壌タイプ 
• 淡水の酸性化– 雨による淡水の酸性化 
• 海洋酸性化– 海洋のpH値の低下 

• Fenn, ME; Huntington, TG; Mclaughlin, SB; Eagar, C.; Gomez, A.; Cook, RB (2006年12月31日) 「北米における土壌酸性化の現状」 Journal of Forest Science . 52 (特別号): S3– S13. doi : 10.17221/10152-JFS .カルシウム枯渇は、北米東部における酸性沈着の影響の主要なメカニズムである。
• Sparks, Donald L.; Singh, Balwant; Siebecker, Matthew G. (2024). 「土壌酸性度の化学」. Environmental Soil Chemistry . pp. 381–410 . doi : 10.1016/B978-0-443-14034-1.00009-5 . ISBN  978-0-443-14034-1。
• Bolan, NS; Curtin, D.; Adriano, DC (2005). 「酸性度」.環境土壌百科事典. pp. 11–17 . doi : 10.1016/B0-12-348530-4/00173-9 . ISBN  978-0-12-348530-4。
• ナダラジャン、スターリン；スクマラン、スーリヤ（2021）。 「化学肥料の背後にある化学と毒性学」。持続可能な農業のための制御放出型肥料。pp . 195–229。doi ： 10.1016 / B978-0-12-819555-0.00012-1。ISBN  978-0-12-819555-0。
• Hazlett, Paul; Emilson, Caroline; Lawrence, Greg; Fernandez, Ivan; Ouimet, Rock; Bailey, Scott (2020年8月27日) 「米国北東部およびカナダ東部における森林土壌酸性化の逆転：回復に寄与する立地および土壌要因」 . Soil Systems . 4 (3): 54. Bibcode : 2020SoiSy...4...54H . doi : 10.3390/soilsystems4030054 .