土壌バイオマントル

土壌バイオマントルは、いくつかの方法で説明および定義できます。最も簡単に言えば、土壌バイオマントルは、ほとんどの生物が生息し、繁殖し、死に、同化する表土を含む、有機物に富んだ土壌の上部の生物撹乱部分です。したがって、バイオマントルは、主に有機活動の産物である土壌の上部領域であり、生物撹乱が支配的なプロセス である領域です。

土壌生物撹乱は、主に 3 つのサブセットから構成されます。動物撹乱(動物の巣穴)、花卉撹乱(根の成長、樹木の根こぎ)、菌類撹乱(菌糸の成長) です。これら 3 つのプロセスはすべて、土壌母材の層分離、混合、および多くの場合は粒度の選別を促進し、他のプロセスとともに土壌とその層の形成につながります。一般的な用語である生物撹乱は主にこれら 3 つの混合プロセスを指しますが、特に指定がない限り、動物撹乱 (動物の巣穴) の同義語としてよく使用されます。^{[1] [2] [3] [4]}

バイオマントルには、表土、つまり土壌のA 層と、存在する可能性のあるその下の明るい色の (E) 層が含まれます。典型的な AEBC 層とプロファイルを持つ中緯度および亜熱帯の土壌の場合、バイオマントルは通常、B 層より上の部分です。動物による土壌粒子のバイオソーティングによって石層層 (SL)が形成された砂利質の母材では、石層 (SL) の基部がバイオマントルの基部を定義します。^[5]基底に石層があるバイオマントルは、粒子サイズが不均一な母材 (細粒と砂利の混合物) で形成される 2 層のバイオマントルです。石層がないバイオマントルは、均質な材料 (ほぼ均一なサイズの砂、黄土、または砂利)で形成される 1 層のバイオマントルです。 2層構造の場合、中緯度および一部の亜熱帯土壌の土壌断面層の表記はAE-SL-BCであり、AE-SL層がバイオマントルを構成します。^{[6] [7]}

熱帯土壌では、大量の土壌を地表に移動する活発な深層生物擾乱（アリ、シロアリ、ミミズなど）が豊富なため、中緯度型 Bt（粘土質）層が欠如していることが多いため、層位の表記は M-SL-W で、M は鉱物質土壌（拡張表土）、SL は石層、W はその下の風化帯またはサプロライト帯です。^{[6] [8] [9]}この熱帯土壌体系では、M 層が主要なバイオマントルで、SL 層がその基部を構成します。石層は、熱帯土壌のほとんど、または多くの中緯度土壌でバイオマントルの基部を占めています。存在する場合、それらは土壌水の移動と貯蔵のための地下の「フレンチ ドレイン」として機能することがよくあります。 ^[7]

土壌バイオマントルは生物撹乱の主な領域であるため、常に浸透性があり、密度が低い。そのため、環境においていくつかの重要な水文学的役割を果たしている。たとえば、バイオマントルは、しばしば豊富に存在するバイオチャネルと相互接続されたバイオポアを通じて、雨水と雪解け水の下方への浸透を促進する。また、バイオマントルは、粘土に富む Bt (粘土質) 層、またはその他の高密度の土壌層 (デュリパン、フラジパンなど) または岩盤より上に形成される場合、斜面下方への土壌水 (通過流、間流) の動きも促進する。これらはすべて、通常、垂直方向の土壌水の流れに対する帯水層または難透水性層として機能する。このような場合、ストーンレイヤーが存在する場合、それは実際に自由水の流れのための帯水層として機能する可能性がある。したがって、土壌ストーンレイヤーが露出している斜面では、Bt 層より上の土壌水の浸透が見られることは珍しくない。地下水の涵養は、これらのバイオマントル関連のプロセスのいずれかによって発生する可能性がある。もちろん、涵養は、干ばつの間など土壌が著しく乾燥して収縮したときにも起こり、干ばつを終わらせる雨が降った直後に垂直漏出が一時的に起こる可能性がある。

ペドスフィア、つまり土壌は、地球の 5 つの大きな地球規模の「圏」が相互作用する惑星の境界面です。これらは、大気圏、生物圏、水圏、岩石圏、ペドスフィアです。最近の概念的枠組みである「臨界ゾーン」は、地球の表面および表面近くの生命維持プロセスのほとんどが機能する地球の外層を包含しています。^[11]実践と理論では、臨界ゾーンは基本的にペドスフィアに相当しますが、「バイオマントル」は、その表皮層（ほとんどの生物が生息する場所）を包含する最上部の臨界ゾーン、つまりペドスフィアを扱います。^{[12] [13] [14]}

中緯度の土壌では、ほとんどの生物撹乱が比較的浅く、季節的であり、生物撹乱因子が多くないため、バイオマントルは比較的薄く、厚さが1～2メートル未満であることが多い。しかし、土壌の生物移動量が多く、より深い生物撹乱が発生する湿潤な熱帯および亜熱帯の侵食的に安定した地域では、生物撹乱は年間を通じて行われ、より多くの無脊椎動物（シロアリ、アリ、ミミズなど）によって行われるため、バイオマントルはより厚くなることが多く、5～6メートル以上になることもある。^[15]このような土壌がサプロライトの生成と関連して形成される場合、バイオマントルは構造化された（生物撹乱されていない）サプロライトの上にある生物撹乱帯であり、その基部は通常、石層によって定義されます。深くて大きな体積の生物擾乱生物が生息するほとんどの亜熱帯および熱帯地域、および南アフリカのような一部の中緯度地域では、^{[16] [17] [18]}構造化されたサプロライトの上にあるこのような厚い2層のバイオマントル（石層を含むもの）は非常に一般的です。

一部の砂漠土壌、中程度から急勾配の山岳土壌の多く、最近侵食された岩盤土壌の多く、その他さまざまな土壌では、バイオマントルが土壌全体を構成しています。つまり、バイオマントルの下には土壌層も風化帯もありません。このようなバイオマントルは、全土壌バイオマントルです。^[要出典]

元々の定義では、^[19]バイオマントルは少なくとも 50% のバイオファブリックを示さなければなりません。この基準は、無脊椎動物 (アリ、ミミズ、シロアリ) によって生成された、小さく、しばしばペレット状のマイクロバイオファブリックとメソバイオファブリックを指し、通常は手持ちのレンズまたは高倍率 (土壌薄片) で観察されます。ただし、この基準は、一部のバイオマントルで生成されたメガバイオファブリックの場合、つまり小型から大型の穴掘り脊椎動物 (げっ歯類、アナグマ、ツチブタ、ゾウ) や樹木の根こそぎによって生成された、塊状の塊状の表層土壌の山の場合、意味がなく無関係になります。

いくつかの層状の洞窟遺跡と、考古学的資料があまりにも急速に堆積したために生物撹乱とその結果生じる層状化の崩壊が堆積のペースに追いつかなかったまれな屋外遺跡を除けば、世界の先史時代の文化資料のほとんどは土壌バイオマントルに存在します。^{[20] [21]}そのような資料はこのように混合されており、技術的にも理論的にも元の文脈から外れています。^[22]多くの文化資料（包丁、チョッパーのコアストーン、メタテ、マノ、乳棒など）は、そのような遺跡のほとんどの主要な生物撹乱者（小型のげっ歯類、アリ、シロアリ、ミミズ）の巣穴の直径よりも常に大きいため、下方に沈降して石層を形成し、2層のバイオマントルの一部になります。^{[23] [24]} より小さな遺物（破片、デビタージュ）は、上部バイオマントル全体で均質化されることが多く、ポケットホリネズミ、モグラ、モグラネズミによって生成されたものなど、最近の生物撹乱による残土山でよく見られます。^{[25] [26]}ダーウィン に始まり、ミミズは多くの大陸や島々の土壌バイオマントルと人間の遺物の主要な生物撹乱者として認識されてきました。^{[27] [28] [29 ] [30] [31] [32]}

土壌バイオマントルと土壌は、生命が陸上に住み始めた時から形成されてきました。^[33]この興味深いテーマに関する正式な研究はほとんど行われていませんが、重要な第一歩が踏み出されています。^{[34] [35] [36]}

バイオマントルは、有機物が豊富な表層付近の層で、そこでは生物撹乱が支配的なプロセスであり、他のすべての生物学的プロセスやより伝統的な土壌プロセスは通常は従属的です（例：有機物の生成、溶脱・堆積、風化・生化学的変化、風や水による浸食・堆積、凍結・融解、膨張・収縮、収縮・膨張、重力移動、地質化学的毛細管現象による表面吸上げ・降水など）。動的侵食という表現は、これらすべてのプロセスの合計であり、生物撹乱と有機物の影響が一般的に支配的です。^[2]

土壌形成における植物の役割は、農業的にも林業的にも間違いなく大きく、地形学者、土壌学者、土壌科学者、農家、庭師などによって十分に評価され、かなりよく理解されています。^{[37] [38] [39] [40] [41]しかし、土壌形成、土壌と土壌層の生成、さまざまな土壌景観実体（バイオマントル、}ミママウンド、ストーンラインなど）の生成における動物の役割は、最近までほとんど理解されていませんでした。^{[14] [42] [43] [44]}

ウィルキンソンとハンフリーズは、「生物撹乱は多くの土壌で作用する最も活発な土壌生成プロセスであると思われる」という証拠を提示している。^[3]おそらくその通りだが、数十年にわたる研究は、ほとんどの土壌の上部では生物撹乱が支配的なプロセスであることを強く示唆している。注目すべき例外は、収縮膨張と凍結融解のプロセスがそれぞれ支配的であると思われるバーティソルとクライオソルである。

土壌生物撹乱は、重複する可能性のある 3 つの上層土壌の分解および組織化サブプロセスで構成され、全体として「粒子粉砕」と呼ばれる粒子の摩耗とサイズの縮小を促進します。3 つの生物撹乱サブプロセスは、バイオミキシング、バイオトランスファー、およびバイオソーティングです。

バイオミキシングとは、通常、げっ歯類（ホリネズミ、トゥコツコ、モグラネズミ）、食虫類（モグラ）、イタチ科（アナグマ）、イヌ科（オオカミ、コヨーテ、キツネ）、有袋類（有袋モグラ、ウォンバット）、ツチブタ、アルマジロ、ブタ、その他類似の生物など、地表、浅い、中程度の穴を掘る脊椎動物によって引き起こされる土壌のバイオカバレッジを指します。動物によるバイオカバレッジが主流ですが、樹木の根こそぎ倒しも依然として重要なプロセスです。

バイオトランスファーとは、動物、脊椎動物、無脊椎動物による、地表、バイオマントル内、またはより低いレベルからの土壌の移動を指します。バイオトランスファーは、あらゆる穴を掘る動物によって行われますが、この用語は、アリ、シロアリ、ミミズなどの、深く穴を掘る、いわゆるベルトコンベア動物に最も当てはまります。たとえば、シロアリは、風化した母材や風化していない母材に何メートルも深く穴を掘り、湿った土を集めて地表の塚 (シロミタリア) を作ります。アリ、特にハキリアリは、無数の多目的地下室を掘削する過程で、膨大な量の土壌を地表にバイオトランスファーすることもできます。このプロセスでは、毎年膨大な量の土壌と堆積物が熱帯・亜熱帯の地形、さらには一部の中緯度の地形（テキサス州、ルイジアナ州など）に生物学的に移行し、安定した（傾斜の緩やかな）表面に著しく厚いバイオマントルを形成します。

バイオソーティングとは、典型的には砂利質（混合粒子）土壌における粒子の選別を指し、バイオマントルの基部にストーンレイヤー（SL）層を形成し、2 層のバイオマントルを形成する。このプロセスは、動物が穴を掘ることから始まり、その穴の直径よりも小さい土壌粒子のみが移動される。より大きな粒子は下に沈み、より小さな粒子はその下から上に移動する。ストーンレイヤー（SL）は、バイオターベーターの数と、穴を掘る強度とスタイルにほぼ比例する速度で形成される。ベルトコンベア土壌無脊椎動物（アリ、シロアリ、ミミズなど）は、ほとんどの熱帯、亜熱帯、および一部の中緯度の土壌における主要なバイオソーターであり、そのため、多くの土壌に砂利が含まれている場合、深い 2 層のバイオマントルを形成することが多い。一方、小さな掘り出し物脊椎動物（ホリネズミ、モグラ、トゥコトゥコなど）は、多くの中緯度の土壌、特に砂漠、草原、ステップで優勢な生物選別者になる傾向があります。米国北東部や西ヨーロッパなどのより湿度の高い地域では、ベルトコンベアアリやミミズが優勢または共優勢であると考えられます。

• https://web.archive.org/web/20070630151216/https://netfiles.uiuc.edu/jdomier/www/temp/biomantle.html