土壌肥沃度

土壌肥沃度とは、土壌が農作物の生育を維持する能力、すなわち植物の生育環境を提供し、持続的かつ安定した高品質の収穫をもたらす能力を指します（土壌の健康状態も参照）。^{[ 3 ]}肥沃な土壌には、次のような特性があります。^{[ 4 ]}

• 植物の成長と繁殖に必要な栄養素と水を適切な量と割合で供給する能力。
• 植物の成長を阻害する可能性のある有毒物質（例えば、栄養毒性を引き起こすFe ^2+）が存在しない。

ほとんどの場合、以下の特性が土壌の肥沃度に貢献します。

• 根の適切な成長と保水のために十分な土壌深度があること。
• 良好な内部排水性により、根の最適な成長に必要な土壌の通気性が確保される（ただし、イネなどの一部の植物は湛水にも耐える）。
• 表土、すなわちO層は、健全な土壌構造と土壌水分保持に必要な十分な土壌有機物を含んでいる。
• 土壌のpHは5.5～7.0の範囲（ほとんどの植物に適していますが、より酸性またはアルカリ性の条件を好む、あるいは耐えられる植物もあります）。
• 植物が利用可能な形態で、必須植物栄養素が適切な濃度で含まれていること。
• 植物の生育を支える様々な微生物が存在する。

農業やその他の人間活動に利用される土地では、土壌の肥沃度を維持するために、一般的に土壌保全対策が必要となります。これは、土壌侵食やその他の土壌劣化によって、上述の1つ以上の側面において土壌の質が低下するためです。

土壌の肥沃度と土地の質は、米国と世界の両方で植民地主義と奴隷制の影響を受けている。 ^{[ 5 ]}植民者による集中的かつ無計画な野焼きや森林伐採などの有害な土地利用方法の導入は、環境に長期にわたる悪影響をもたらした。^{[ 6 ]}また、集約農業と集約林業の台頭は、先進国における土壌の質の低下に寄与した。^{[ 7 ]}

土壌の肥沃度と枯渇は、世界のさまざまな地域で異なる起源と結果をもたらします。アマゾンで意図的に作られた黒土は、コロンブス以前の時代に先住民コミュニティと彼らの土地との密接な関係を促進し、今でも肥沃度の高い地域として探されています。^{[ 8 ]}アフリカや中東の地域では、土壌の枯渇によって人間と環境も変化しています。^{[ 9 ]}

生物利用可能なリン（土壌生物が利用できるリン）は、特に湿潤な熱帯土壌において、土壌中で最も不足している元素です。^{[ 10 ]}窒素とカリウムも相当量必要です。^{[ 11 ]}このため、これら3つの元素は、市販の肥料分析で必ず特定されます。たとえば、10-10-15肥料には、窒素10%、利用可能なリン（P2O5）10%、水溶性カリウム（K2O）15%が含まれています_。硫黄_は、市販の分析で特定される可能性のある4番目の元素です。たとえば、21-0-0-24は_、窒素21%と硫酸塩24%を含みます。

無機肥料は一般的に有機肥料よりも手間がかからず、栄養素の濃度が高い。^{[ 12 ]}また、窒素、リン、カリウムは一般的に植物に吸収されるには無機形態である必要があるため、無機肥料は一般的に加工せずに植物にすぐに生物学的利用可能である。^{[ 13 ]}しかし、化学肥料は毒素による慢性疾患の発症など、人間の健康に悪影響を及ぼすことが研究で示唆されている。^{[ 14 ]}環境に関しては、無機肥料への過度の依存は土壌の自然な栄養バランスを崩し、土壌の質の低下、有機物の損失、土壌侵食の可能性の増加につながる。 ^{[ 15 ]}

さらに、無機肥料に含まれる水溶性硝酸態窒素は植物の長期的なニーズを満たさず、水質汚染を引き起こします。^{[ 16 ]}緩効性肥料は栄養素の溶脱損失を減らし、供給された栄養素をより長い期間にわたって利用可能にする可能性があります。^{[ 17 ]}

土壌の肥沃度は、有機物と無機物の間で栄養素が絶えず循環する複雑なプロセスです。植物性物質や動物の排泄物が微生物によって分解されると、無機栄養素が土壌溶液に放出されます。このプロセスは鉱化作用と呼ばれます。これらの栄養素は、土壌微生物によって促進または可能になるさらなる変換を受ける可能性があります。植物と同様に、多くの微生物は窒素、リン、カリウムの無機形態を必要とするか、または優先的に使用し、これらの栄養素をめぐって植物と競合します^{[ 18 ]。}これにより、栄養素が微生物バイオマスに固定されます。このプロセスはしばしば固定化と呼ばれます。固定化と鉱化作用のバランスは、土壌微生物に対する主要栄養素と有機炭素のバランスと利用可能性に依存します^{[ 19 ] [ 20 ]} 。落雷などの自然プロセスは、大気中の窒素を一酸化窒素（NO）と二酸化窒素（NO2 _）に変換することによって固定する可能性があります^{[ 21 ]}。土壌では、窒素固定は自由生活性および共生細菌によって行われます。^{[ 22 ] [ 23 ]}脱窒は一般的に、脱窒細菌の存在下で嫌気性条件下（洪水、湛水、粒子状有機物、土壌団粒など）で起こりますが、^{[ 24 ] [ 25 ]}酸素濃度が変動し、還元炭素が利用可能な好気性環境でも起こることがあります。 ^{[ 26 ]}カリウムや多くの微量栄養素を含む栄養カチオンは、土壌の負に帯電した部分（粘土、腐植）と比較的強い静電相互作用結合で保持され、カチオン交換と呼ばれるプロセスで土壌肥沃度に大きな影響を与えます。^{[ 27 ]}

リンは、細胞分裂や植物の発育、特に苗や幼植物にとって不可欠であるため、土壌肥沃度の主要な要因です。 ^{[ 28 ] [ 29 ]}しかし、リンは肥料として過剰に使用されているため、ますます見つけにくくなり、その埋蔵量は枯渇し始めています。^{[ 30 ]}肥料におけるリンの広範な使用は、汚染と富栄養化につながっています。^{[ 31 ] [ 32 ]}世界のリン鉱石の産出量が限られているため、「ピークリン」という用語が作られ、米国では1988年、世界では1989年にピークリンが発生したと推定されています。 ^{[ 33 ]}

土壌の質を改善する能力があるため、さまざまな材料が土壌改良材として説明されており、バイオ炭は土壌の健康に多くの利点をもたらします。^{[ 34 ]}

食品廃棄物堆肥は、家畜糞尿を原料とした堆肥よりも土壌改良効果が高いことがわかった。^{[ 35 ]}

光合成とは、植物が光エネルギーを利用して化学反応を起こし、_{二酸化炭素を}糖に変換する過程のことである。そのため、すべての植物はエネルギーを生成し、成長し、繁殖するために、光と二酸化炭素の両方を必要とする。

一般的に窒素、リン、カリウムによって制限されるが、二酸化炭素の低濃度も植物の成長を制限する要因となることがある。査読済みの発表された科学研究では、CO2濃度を300 ppm以上に上げると植物の成長を促進するのに非常に効果的であることが示されている。CO2濃度をさらに上げる_と、ごくわずかではあるが、正味の光合成出力が増加し続ける可能性がある。^{[ 36 ]}

土壌の枯渇は、肥沃度に寄与する成分が除去されて補充されず、土壌の肥沃度を支える条件が維持されない場合に発生します。これは作物の収量低下につながり、現在では世界的な問題となっています。^{[ 37 ]}農業では、土壌の枯渇は、過度に集約的な耕作と不適切な土壌管理が原因である可能性があります。^{[ 38 ]}枯渇は、過耕起（土壌構造を損傷する）^{[ 39 ]} 、土壌の栄養バンクの枯渇につながる栄養投入の過剰使用^{[ 40 ]}、土壌の塩類化^{[ 41 ]}など、他のさまざまな影響によって発生する可能性があります。

アルバート・ハワードは、持続可能な農業のネイティブ技術を出版した最初の西洋人として知られています。ハワードは1945年に、「したがって、今後の病気の研究はすべて、常に土壌から始めなければなりません。まず土壌を良い状態にし、次に土壌、植物、動物、人間の反応を観察する必要があります。そうすれば、多くの病気は自然に消滅するでしょう…土壌の肥沃さは、将来の公衆衛生システムの基盤となります…」と述べています。ハワードは、作物の健康危機と家畜や人間の健康への影響を結びつけ、最終的には、人間と非人間の世界の利益のために、人間は土壌を尊重し、回復させなければならないというメッセージを広めています。彼は、工業型農業は自然の繊細なバランスを崩し、土壌から肥沃さを不可逆的に奪うと述べています。^{[ 71 ]}

灌漑とは、パイプ、運河、スプリンクラーなどから水を引き込むなど、人工的な手段で作物に水を与えるプロセスです。灌漑は、地域の自然な降雨パターンが作物を維持するのに十分でない場合に使用されます。古代文明は灌漑に大きく依存しており、今日では世界の耕作地の約18%が灌漑されています。^{[ 72 ]}灌漑水の質は、土壌の肥沃度と耕作性を維持し、植物がより深い土壌を利用するために非常に重要です。^{[ 73 ]}土壌が高アルカリ性の水で灌漑されると、土壌中に不要なナトリウム塩が蓄積し、土壌の排水能力が非常に悪くなります。 ^{[ 74 ]}そのため、アルカリ性土壌では植物の根が土壌の奥深くまで伸びることができず、最適な成長ができません。^{[ 75 ]}土壌が低 pH (酸性) 水で灌漑されると、有用な塩類 (Ca、Mg、K、P、S など) が酸性土壌からの排水によって除去され、さらに植物にとって不要なアルミニウム塩とマンガン塩が土壌から溶解し、植物の成長を阻害します。^{[ 76 ]}土壌が高塩分水で灌漑された場合、または灌漑された土壌から十分な水が排水されない場合、土壌は塩類土壌に変化し、肥沃度を失います。^{[ 77 ]}塩水は膨圧または浸透圧の要求を高め、植物の根による水と栄養素の吸収を阻害します。^{[ 78 ]}

アルカリ性土壌では、表土が水と接触するとコロイド（細かい泥）を形成するため、雨水の表面流出や排水による浸食によって表土が失われます^{[ 79 ] 。 [ 80 ]}植物は、成長のために主に土壌から水溶性無機塩を吸収しますが、葉に付着した雨や空中散布からも無視できない量の吸収があります^{[ 81 ]} 。土壌鉱物の風化が収穫時に流出する栄養素を補う場合、土壌自体は作物を栽培するだけで肥沃度を失うことはありません^{[ 82 ]}。しかし、不適切な灌漑^{[ 83 ]}や酸性雨^{[ 84 ]}によって、不要な無機塩が蓄積し、必要な無機塩が枯渇することで肥沃度を失う可能性があります。植物の生育に適さない多くの土壌の肥沃度は、適切な品質の十分な灌漑用水^{[ 85 ]}と土壌からの良好な排水^{[ 86 ]を提供することで、徐々に何倍にも高めることができます。}

• 耕地
• プラッゲン土壌
• 移動耕作
• 土壌汚染
• 土壌生物
• テラプレタ
• 陽イオン交換容量