土壌圧縮（農業）

土壌圧縮による土壌特性への主な影響は、通気性の低下と水の浸透の低下である。^{[ 27 ]}植物への主な物理的悪影響は、植物ホルモンであるエチレンの蓄積に対する反応として植物の根の成長が制限されること^{[ 28 ]} 、およびかさ密度の増加と土壌孔径の減少による栄養素のアクセス性の低下である。^{[ 9 ]}これにより、表土が極度に乾燥し、最終的には土壌に亀裂が生じる可能性がある。これは、根が限られた深さで植物が浸透できる土壌の上部から蒸散に必要な水を吸収するためである。^{[ 20 ]}

土壌の化学的性質は、土壌の物理的性質の変化によって影響を受けます。考えられる影響の1つは、酸素拡散の減少による嫌気性状態の発生です。_嫌気性状態に加えて、土壌水分飽和度の増加は、土壌中の脱窒プロセスを増加させる可能性があります。考えられる結果としては、 N₂O排出量の増加、土壌中の利用可能な窒素の減少、作物による窒素利用効率の低下などが挙げられます。^{[ 29 ]}これにより、肥料使用量の増加につながる可能性があります。^{[ 9 ]}

土壌の生物多様性は、土壌の通気性の低下によっても影響を受ける。深刻な土壌圧縮は、微生物バイオマスの減少を引き起こす可能性がある。^{[ 30 ]}土壌圧縮は、大きな孔隙の減少により、ミミズなどの土壌構造に不可欠な大型動物の量には影響しないが、分布には影響を与える可能性がある。^{[ 9 ] [ 31 ]}

これらの要因はすべて植物の成長に悪影響を及ぼし、ほとんどの場合、作物の収量減少につながります。^{[ 32 ]土壌圧縮は持続的であるため、「土壌圧縮コスト」 [ 33 ]}の 1 つです作物の収量減少は、長期的な経済的損失の懸念につながる可能性があります。

土壌圧縮とその直接的な影響は、長期的な視点でのみ明らかになる地球規模の影響を及ぼす間接的なオフサイト影響と密接に関連しています。蓄積された影響は、侵食、洪水、気候変動、土壌の生物多様性の喪失など、進行中の地球規模の環境問題に寄与する複雑な環境影響をもたらす可能性があります。^{[ 34 ]}

地表や地下層での湛水、孔隙率の目に見える減少、土壌構造、土壌水分、土壌色の変化などの現象は、圃場における土壌圧縮の指標です。^{[ 20 ]}通気性の低下により、表土では青灰色の土壌色と硫化水素臭が発生することがあります。土壌強度の増加は、基本的に土壌の抵抗を測定する装置である貫入計で測定できます。土壌圧縮のもう 1 つの重要な指標は、植生そのものです。作物の生育パターン、淡い葉の色、根の成長によって、圧縮の程度について結論を出すことができます。^{[ 41 ]}特に、上記の測定で圃場における土壌圧縮を特定しようとする場合、圧縮されている可能性のある土壌と近くの圧縮されていない土壌を比較することが特に重要であると考えられています。

土壌の嵩密度、孔径分布、透水性、相対見かけガス拡散係数は、土壌の空気と水に対する透過性、ひいては圧縮度について良い概観を与えてくれます。粗い孔は水の浸透、ガスの交換と輸送に最も重要であるため、孔隙率と拡散係数を測定する際にはそれらに焦点を当てることをお勧めします。^{[ 42 ]}一定量のサンプルが分析されていれば、実験室で得られたデータは信頼できます。そのため、関心のあるサンプル区画全体にわたって多数の土壌サンプルを収集する必要があります。

リモートセンシングは、土壌構造、根の成長、保水能力、生物活動の変化を認識するのに役立ちます。「裸地の表面で直接、または植生によって間接的にこれらの特徴を検出することで、この種の劣化を特定できます。」^{[ 43 ]}これは、特に広い地域で役立ちます。土壌圧縮の防止として、リモートセンシングは、土壌のテクスチャ、傾斜値、水分状態、農業の種類や使用されている機械などの経済的要因を考慮して、土壌の感受性をモデル化できます。

土壌の圧縮は局所的な現象であることが多く、数平方メートルの範囲内でも様々な要因によって変化する可能性があります。そのため、大規模な土壌の圧縮に対する感受性を推定することは非常に困難です。リモートセンシングの手法では土壌の圧縮を直接検出できないため、特に地球規模での検出、監視、定量化には限界があります。また、上記で述べた検出方法は、土壌に損傷を与えずに十分なサンプルサイズを確保し、かつ費用対効果を妥当なレベルに抑えることが不可能なため、広範囲には不十分です。

国連総会は、土地劣化に共同で取り組むことに合意した。特に、加盟国は「土地劣化に関するデータの収集、伝送、評価のための最新技術を使用し普及させる」ことを約束した。^{[ 45 ]}

欧州連合は、2014年に発効した第7次EU環境行動計画を通じて土壌圧縮に取り組んでいます。土壌劣化は深刻な課題であると認識しており、2020年までにEU全域で土地が持続可能な方法で管理されることを目指しています。^{[ 46 ]}

各国政府は、土壌圧縮の影響を軽減するために農業慣行を規制してきました。例えば、ドイツでは農家は連邦土壌保全法に基づいて活動しています。この法律では、農家は認められた優良慣行に従って土壌圧縮に対する予防措置を講じる義務があると規定されています。^{[ 47 ]}優良慣行は、生物学的、化学的、技術的なさまざまな方法を含む場合があり、ケースごとに異なる場合があります。

深根植物の導入は、圧縮された土壌を再生する自然な方法です。深根作物は、作物が誘発する湿潤と乾燥のサイクルをもたらし、土壌をひび割れさせ、根の侵入によって土壌の不透水性の層を破壊し、有機物を増加させます。 ザイ技術^{[ 48 ]}は、貧弱な土壌に掘られた穴に植えるシステムについて説明しています。これらの穴は、平均直径20～40cm 、深さ10～20cmで、有機物で満たされ、季節の最初の雨の後に種が蒔かれます。この技術は、土壌を保全し、水を捕捉し、徐々に下層の土壌の構造と健康を回復させます。^{[ 49 ]} 長期的に劣化した土壌（圧縮された土壌など）を再生する体系的な方法は、従来の農業をアグロフォレストリーに転換することです。アグロフォレストリーシステムは、同じ場所で作物と樹木の栽培を組み合わせることにより、年間収量の安定化と生態系の健全な維持を目指します。  

土壌の圧縮は作物の生育を阻害し、ひいては経済的収量を減少させるため、肥料、特に窒素とリンの使用量が増加しています。この需要の増加は、いくつかの問題を引き起こしています。リンは海洋堆積物、マグマ堆積物、またはグアノに存在します。海洋堆積物から抽出されたリンにはカドミウムとウランが含まれています。これらの元素はどちらも土壌、植物、そしてそれを消費する人間や動物に毒性影響を与える可能性があります。

鉱物肥料の使用以外に土壌肥沃度を高めるもう1つの方法は、石灰施用です。石灰施用により、pH値と塩基飽和度が、表土の微生物、特にミミズにとってより適したレベルまで上昇するはずです。土壌動物の活動が活発になることで、土壌がほぐれ、その結果、孔隙率が高くなり、水と空気の透過性が改善されるはずです。^{[ 50 ]}

技術的手法は主に、重機が土壌に加える圧力を軽減および制御することを目的としています。まず、制御された車輪交通の考え方は、車輪の軌跡と植物の根の領域を分離することです。^{[ 51 ]}タイヤによって圧縮される領域が減り、作物の生育への悪影響が軽減されることが期待されます。一部の地域では、交通経路をより適切に監視および制御するために、GISベースの技術が導入されました。^{[ 20 ]}

タイヤの空気圧を低くすることは、加えられる圧力をより広い表面積に分散させ、全体の圧力を和らげるもう一つの方法です。総合的な管理のためには、脆弱な土壌の上を走行することを避けるために、圧縮に対する脆弱性について作物畑のコンピュータベースのモデリングが推奨されます。^{[ 52 ]}

不耕起は、従来の耕起よりも多くの水を節約できるため、土壌の状態を改善するのに役立つ可能性がありますが、^{[ 51 ]}耕起は、次の播種または植え付けプロセスに向けて作物の畑を準備するものであるため、不耕起がすべての場合に必ずしも肯定的な結果をもたらすとは限りません。深耕によって既に圧縮された土壌層をほぐすことは、植物の成長と土壌の状態に有益である可能性があります。