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土壌塩分制御とは、土壌の塩分化の過程と進行を制御し、塩害による土壌劣化を防ぐとともに、既に塩分濃度が高い（塩性）土壌を再生することを指します。土壌再生は、土壌改良、修復、修復、回復、または改善とも呼ばれます。
塩害の主な人為的原因は灌漑である。灌漑に使用される河川水や地下水には塩分が含まれており、水が蒸発した後も土壌中に塩分が残る。
土壌の塩分濃度を制御する主な方法は、灌漑水の10～20％を土壌に浸透させ、適切な排水システムを通して排出することです。排水の塩分濃度は通常、灌漑水の5～10倍高いため、塩分の流出量が流入量とほぼ一致し、塩分が蓄積されることはありません。
塩分を多く含む土壌は、塩分含有量が高い。主成分となる塩は通常、塩化ナトリウム（NaCl、「食塩」）である。そのため、塩分土壌はナトリウム土壌でもあるが、塩分を含まずアルカリ性のナトリウム土壌も存在する。
この被害は、75か国にわたる乾燥地帯および半乾燥地帯で、20年以上にわたり毎日平均2,000ヘクタールの灌漑地が失われている（毎週、世界はマンハッタンよりも広い面積を失っている）...2050年までに世界人口が90億人に達すると予測され、新たに生産可能な土地がほとんどない状況では、あらゆる土地を活用する必要がある。—主執筆者、マンズール・カディール、国連大学カナダ拠点の水・環境・健康研究所、水と人間開発担当副所長[ 1 ]
国連大学の調査によると、世界の灌漑地の約20%にあたる約6,200万ヘクタール（24万平方マイル、1億5,000万エーカー）が影響を受けており、これは1990年代初頭の4,500万ヘクタール（17万平方マイル、1億1,000万エーカー）から増加している。 [ 1 ]世界人口の10%以上が居住するインド・ガンジス平原では、塩害を受けた土地で栽培される小麦、米、サトウキビ、綿花の収穫量損失は、それぞれ40%、45%、48%、63%に達する可能性がある。[ 1 ]
塩性土壌は、乾燥地帯や半乾燥地帯の灌漑地でよく見られる特徴であり、環境問題となっており、作物の生産量が少ない、あるいはほとんどないという結果をもたらしている。[ 2 ]塩性土壌の原因は、地下への自然な地下排水が不足していることが原因で、地下水位が高いことと関連していることが多い。地下排水が不十分なのは、帯水層の輸送能力が不十分な場合や、帯水層が地形的な窪地に位置している場合など、水が帯水層から排出されないことが原因である可能性がある。
世界的に見て、塩類土壌の形成における主な要因は降水量の不足である。自然に塩類土壌となる場所のほとんどは、地球上の（半）乾燥地域や乾燥気候帯に見られる。
人為的な塩害は、主に灌漑用水に含まれる塩分によって引き起こされます。河川や地下水から得られる灌漑用水は、水の純度に関わらず、蒸発後に土壌中に残留する塩分を含んでいます。
例えば、塩分濃度が0.3 g/L（0.3 kg/m³に相当し、電気伝導率は約0.5 FdS/m）と低い灌漑用水を使用し、年間灌漑用水の供給量を10,000 m³/ha（約3 mm/日）とすると、毎年3,000 kg/haの塩分が 土壌に蓄積されます 。十分な自然排水（湛水土壌など）がなく、塩分を除去するための適切な浸出・排水プログラムが実施されない場合、長期的には土壌の塩分濃度が高くなり、作物の収量が減少することになります。
灌漑用水の多くは塩分濃度が0.3g /Lを超えており、さらに灌漑事業では年間を通して大量の水が使用されるため、塩分濃度は一層高くなっています。例えば、サトウキビは年間約20,000m³ /haの水を必要とします。その結果、灌漑地域では 年間3,000kg/haを超える塩分が蓄積されることが多く、中には年間10,000kg/haにも達する地域もあります 。
塩害の二次的な原因は、灌漑地の湛水です。灌漑は、灌漑地の自然な水収支に変化をもたらします。灌漑事業では、大量の水が植物に消費されず、どこかへ流れていかなければなりません。灌漑事業では、灌漑用水すべてが植物に消費される100%の灌漑効率を達成することは不可能です。達成可能な最大灌漑効率は約70%ですが、通常は60%未満です。つまり、灌漑用水の最低30%、通常は40%以上が蒸発せずにどこかへ流れていかなければならないということです。
このようにして失われた水の大部分は地下に貯留されるため、地域の帯水層の本来の水文状況が大きく変化する可能性があります。多くの帯水層はこれほどの量の水を吸収・輸送することができず、その結果、地下水位が上昇し、浸水被害が発生します。
浸水は3つの問題を引き起こします。
灌漑地の帯水層の状態と地下水の流れは、土壌の塩類化に重要な役割を果たしており、[ 3 ]以下に示すように、
通常、灌漑事業においては、農地の塩害は20～30％というかなりの範囲に影響を及ぼします。このような割合の土地での農業が放棄されると、新たな塩分と水のバランスが保たれ、新たな均衡状態に達し、状況は安定します。
インドだけでも、数千平方キロメートルが深刻な塩害に見舞われている。中国とパキスタンもそれに劣らず（中国はインドよりも塩害を受けた土地が多いかもしれない）。世界中の塩害地3,230,000 km 2の地域分布は、 FAO / UNESCOの世界土壌地図から作成された次の表に示されている。 [ 4 ]
塩害の原理は比較的理解しやすいものの、土地の特定の部分が塩害に見舞われ、他の部分は見舞われない理由を説明したり、どの部分が被害を受けるかを正確に予測したりすることはより困難である。その主な理由は、自然条件の時間的・空間的な変動、灌漑用水の通常不均一な配分、そして農業慣行の季節的または年間の変化にある。起伏のある地形の土地に限っては予測は単純で、窪地が最も劣化するだろう。
灌漑プロジェクトの区別可能なサブエリアごとに塩分と水分の収支[ 3 ]を作成したり、農業水理塩類モデル[ 5 ]を使用したりすることは、問題の範囲と深刻さを説明したり予測したりするのに役立つ可能性があります。
土壌塩分濃度は、土壌溶液の塩濃度（g/L）または電気伝導率（EC）（dS/m）で測定されます。これら2つの単位の関係は約5/3で、yg/L => 5y/3 dS/mとなります。海水は塩分濃度が30g /L（3%）、ECが50dS/mになる場合があります。
土壌塩分濃度の測定基準は、土壌の飽和ペーストの抽出液から得られ、ECはECeと表記されます。抽出液は遠心分離によって得られます。塩分濃度は、飽和ペーストからではなく、2:1または5:1の水:土壌混合物（乾燥土壌1gあたりの水g数）から遠心分離なしで測定する方が簡単です。ECeとEC 2:1の関係は約4なので、ECe = 4EC 1:2となります。[ 8 ]
ECe > 4 の場合、土壌は塩類土壌とみなされます。[ 9 ] 4 < ECe < 8 の場合、土壌はわずかに塩類土壌と呼ばれ、8 < ECe < 16 の場合、（中程度に）塩類土壌と呼ばれ、ECe > 16 の場合、非常に塩類土壌と呼ばれます。
塩分に敏感な作物は、わずかに塩分を含む土壌でも生育力を失います。ほとんどの作物は、（中程度の）塩分を含む土壌によって悪影響を受け、塩分に強い作物だけが、塩分濃度の高い土壌で生育します。ワイオミング大学[ 10 ]とアルバータ州政府[ 11 ]は、植物の耐塩性に関するデータを報告しています。
排水は土壌塩分を制御する主要な方法です。灌漑システムの少量（約10～20パーセント、排水または浸出分）を排水して灌漑プロジェクトから排出する必要があります。[ 12 ]
塩分濃度が安定している灌漑地域では、排水の塩分濃度は通常、灌漑水の塩分濃度の5～10倍になります。塩分の流出量と流入量が釣り合っているため、塩分が蓄積することはありません。
既に塩類化した土壌を改良する場合、排水の塩分濃度は当初、灌漑用水の塩分濃度よりもはるかに高くなります（例えば50倍）。塩分の流出量は流入量を大幅に上回るため、同じ排水量でも急速な脱塩が起こります。1～2年後には土壌の塩分濃度が大幅に低下し、排水の塩分濃度も正常値に戻り、新たな好ましい平衡状態に達します。
乾季と雨季がはっきりしている地域では、排水システムは雨季のみ稼働させ、乾季には停止させる場合がある。このように排水を制限または制御することで、灌漑用水を節約できる。
塩分を含む排水の排出は、下流地域に環境問題を引き起こす可能性があります。環境への危険性を慎重に検討し、必要に応じて緩和策を講じる必要があります。可能であれば、排水は塩分を含む排水による被害が最も少ない雨季のみに限定すべきです。
土壌の塩分濃度を制御するための土地排水は、通常は水平排水システム（左図）によって行われますが、垂直システム（右図）も用いられます。
塩水を排出するために設計された排水システムは、地下水位も低下させます。システムのコストを削減するためには、地下水位の低下を最小限に抑える必要があります。許容される地下水位の最高レベル（または許容される最低深度）は、灌漑方法、農業慣行、および作物の種類によって異なります。
多くの場合、季節平均の地下水位が0.6～0.8mであれば十分です。これは、灌漑後や豪雨後には地下水位が0.6m未満（例えば0.2m）になることがあることを意味します。これは、他の場合には地下水位が0.8mより深くなる（例えば1.2m）ことを自動的に示唆しています。地下水位の変動は土壌の呼吸機能を助け、植物の根によって生成された二酸化炭素（CO₂ ）の排出と新鮮な酸素（O₂ ）の吸入を促進します。
地下水位を深すぎないように設定することで、過剰な灌漑が抑制されるという利点も得られます。なぜなら、地下水位の上昇は作物の収量に悪影響を及ぼし、灌漑用水の節約につながるからです。
地下水位の最適深度に関する上記の記述は非常に一般的なものであり、場合によっては必要な地下水位が示された深度よりも浅い場合（例えば水田）もあれば、他の場合にはかなり深くなければならない場合（例えば果樹園）もある。地下水位の最適深度の設定は、農業排水基準の領域に属する。[ 13 ]
土壌表面と地下水位の下にある土壌の不飽和帯は、 4つの主要な水理学的流入および流出要因の影響を受けます。 [ 3 ]
定常状態（すなわち、不飽和帯に貯留される水の量が長期的に変化しない状態）では、不飽和帯の水収支は次のようになります。流入量＝流出量、したがって次のようになります。
そして塩分バランスは
ここで、Ci は灌漑用水の塩分濃度、Cc は毛管上昇水の塩分濃度（地下水体上部の塩分濃度に等しい）、Fc は植物による全蒸発量の割合、Ce は植物の根に吸収される水の塩分濃度、Cp は浸透水の塩分濃度、Ss は不飽和土壌中の塩分貯留量の増加である。これは降雨に塩分が含まれていないことを前提としている。海岸沿いではそうでない場合もある。さらに、流出や表面排水は発生しないと仮定している。植物によって除去される量 (Evap.Fc.Ce) は通常無視できるほど小さい。Evap.Fc.Ce = 0
塩分濃度 Cp は、不飽和帯の土壌の塩分濃度 (Cu) の一部として考えることができ、Cp = Le.Cu となります。ここで Le は浸出効率です。浸出効率は 0.7 ～ 0.8 程度であることが多いですが[ 14 ] 、構造が悪く重粘土質の土壌ではそれより低い場合があります。ポルトガルのテージョ川デルタにあるレジリア・グランデ干拓地では、浸出効率がわずか 0.15 であることが分かりました[ 15 ] 。 土壌塩分濃度の上昇を避け、土壌塩分濃度 Cu を所望のレベル Cd に維持したいと仮定すると、 Ss = 0、Cu = Cd、Cp = Le.Cd となります。したがって、塩分バランスは次のように簡略化できます。
この塩分バランスを満たすために必要な浸透水の量をLr（浸出必要量）とすると、次のことがわかる。
ここで Irr = Evap + Perc − Rain − Cap を代入して整理すると次のようになる 。
これにより、塩害対策に必要な灌漑と排水の必要量も計算できます。半乾燥地帯や乾燥気候 での灌漑プロジェクトでは、浸出の必要量を確認することが重要です。その際、圃場灌漑効率（灌漑水が地下に浸透する割合）を考慮する必要があります。 望ましい土壌塩分濃度Cdは、作物の塩分耐性によって異なります。米国ワイオミング大学[ 10 ]とカナダ・アルバータ州政府[ 11 ]は、作物の塩分耐性データを報告しています。
水資源が乏しく、排水不良（地下水位が高い）や土壌塩害の問題を抱える灌漑地では、帯状耕作が行われることがあり、その間の帯状地は永久に休耕地として残され、帯状地の1つおきに灌漑が行われます。[ 16 ]
灌漑された区画では水が供給されるため、地下水位が高くなり、それが非灌漑区画への地下水の流れを促します。この流れは灌漑区画の地下排水として機能し、地下水位を浅すぎない深さに維持し、土壌の浸出を可能にし、土壌塩分濃度を許容範囲内の低いレベルに制御することができます。
灌漑されていない（犠牲）帯では土壌が乾燥しており、毛細管現象によって地下水が上昇して蒸発し、塩分が残るため、土壌が塩類化します。しかしながら、これらの帯は家畜の放牧や、耐塩性のある牧草や雑草の播種に利用できます。さらに、カジュアリーナ、ユーカリ、アトリプレックスなどの耐塩性のある有用な樹木を植えることもできます。これらの樹木は根が深く、湿った下層土の塩分濃度は表土よりも低いことを念頭に置いてください。このようにして風食を抑制することができます。灌漑されていない帯は塩の採取にも利用できます。
土壌中の水と溶質の輸送に利用できるコンピューターモデルの大部分（例えば、SWAP [ 17 ] 、 DrainMod-S [ 18 ] 、 UnSatChem [ 19 ]、Hydrus [ 20 ] ）は、不飽和土壌中の水の移動に関するリチャードの微分方程式と、塩の移流と分散に関するフィックの微分対流拡散方程式を組み合わせたものに基づいています。
これらのモデルでは、土壌の不飽和水分含有量、水張力、保水曲線、不飽和透水係数、分散度、拡散率といった土壌特性を入力として必要とします。これらの関係は場所や時間によって大きく異なり、測定も容易ではありません。さらに、農地の土壌塩分濃度は空間的に大きく変動するため、農家の圃場条件下でモデルを較正するのは困難です。モデルは短い時間ステップを使用するため、少なくとも日単位、できれば時間単位の水文現象データベースが必要です。これらのことから、大規模なプロジェクトにモデルを適用するには、十分な設備を備えた専門家チームが必要となります。
SaltMod [ 5 ]のような、月ごとまたは季節ごとの水と土壌の収支と経験的な毛管上昇関数に基づいたよりシンプルなモデルも利用可能です。これらは、灌漑と排水の実践に関連した長期的な塩分濃度の予測に役立ちます。
LeachMod、[ 21 ] [ 22 ] SaltModの原理を用いることで、様々な根圏層で土壌塩分濃度がモニタリングされた浸出実験の分析が可能になり、モデルは各層の浸出効率の値を最適化して、観測された土壌塩分濃度とシミュレーションされた土壌塩分濃度との適合性を得ます。
地形の変化による空間的な変動は、 SahysModのような塩分濃度と地下水モデルを使用してシミュレートおよび予測することができます。