土壌炭素

乾燥地帯や半乾燥地帯では、土壌炭素の大部分は方解石やドロマイトなどの無機炭酸塩の形で存在します。炭酸塩は、土壌が形成される基盤岩や母材に由来する場合もあれば、土壌生成炭酸塩としてその場で形成される場合もあります。^{[ 17 ]}

湿潤な環境では、土壌炭素の大部分は有機物です。^{[ 20 ]}土壌有機炭素は土壌有機物の一部であり、乾燥重量で約50%の炭素を含み、残りの質量は主に水素、酸素、窒素、硫黄で構成されています。^{[ 21 ]}植物の老化によって生じるデトリタスは、植物の根、落葉、作物残渣の形で有機物が土壌に加わるため、土壌有機炭素の主要な供給源です。セルロース、デンプン、タンパク質、脂質などの一部の植物化合物は微生物によって容易に分解され、滞留時間が短くなりますが、より持続的な有機炭素の形態には、リグニン、腐植、土壌凝集体に包まれた有機物^{[ 22 ]}、木炭などがあります。これらは変化に抵抗し、滞留時間が長くなります。

根からの分泌物は土壌炭素のもう一つの供給源である。^{[ 23 ]}光合成中に植物によって固定される全炭素の5～20%は、根圏の共生生物を支える根からの分泌物として供給される。^{[ 24 ] [ 25 ]}分泌物として、植物の根は貯蔵された栄養素と引き換えに菌根菌に炭素を供給する。^{[ 2 ]}微生物の個体数は、通常、隣接する土壌よりも根圏で多い。

動物の死骸や排泄物も有機物、ひいては炭素を土壌に加える。^{[ 26 ]}土壌内では、炭素は微生物によって広範囲に循環しており、微生物の死骸は土壌中の炭素の30～80%を占めることがある。^{[ 27 ]}

有機物が分解されると、土壌中で物理的または化学的に安定化できるより小さな分子が形成されます。^{[ 28 ]}化学的に安定化された有機物は、鉱物結合有機物（MAOM）として知られています。MAOMは、有機化合物が土壌中の粘土、酸化鉄、またはその他の鉱物表面に付着して形成され、微生物による分解や土壌炭素プールからの損失に対する耐性を高めます。^{[ 29 ]}

土壌有機炭素は、生きている土壌生物と、バイオマス由来の死んだ生物物質に分けられます。これらが一体となって土壌食物網を構成し、生きている生物は生物物質によって支えられています。土壌生物には、ミミズ、線虫、原生動物、菌類、細菌、そして様々な節足動物が含まれます。

土壌有機炭素は表土に集中する傾向がある。ほとんどの高地土壌では、表土の有機炭素含有量は0.5%から3.0%の範囲である。有機炭素含有量が0.5%未満の土壌は、主に砂漠地帯に限られる。有機炭素含有量が12～18%を超える土壌は、一般的に有機土壌に分類される。有機物の流入が流出を上回る場合、土壌中の有機炭素レベルが高くなる。これは通常、排水が限られており、水飽和によって分解が妨げられる地域（沼地、湿原、沼地など）で発生する。^{[ 30 ]}

火災由来の炭素は、ほとんどの土壌に未風化の木炭や風化した黒色炭素として存在します。^{[ 31 ] [ 32 ]}土壌有機炭素は通常、炭化物から5～50%の割合で生成され、^{[ 33 ]}モリソル、チェルノーゼム、テラプレタ土壌では50%を超えるレベルが見られます。^{[ 34 ]}

土壌と大気間の炭素の交換は、地球規模の炭素循環の重要な部分です。^{[ 46 ]}土壌の有機物に関連する炭素は、土壌と流域の健全性、つまり炭素隔離の主要な構成要素です。土壌有機物と土壌炭素の変動にはいくつかの要因が影響しますが、現代において最も重要なのは、人間と農業システムの影響です。

正確な量を測定することは難しいが、森林伐採やその他の農業慣行などの土地利用の変化を通じて、人間の活動によって土壌有機炭素が大幅に減少している。^{[ 47 ] [ 48 ]}例えば、熱帯雨林の破壊は、陸上生態系から二酸化炭素（CO2）として大気中に大量に貯蔵された炭素を放出する結果となった。 [ 49 ^]また、火災は土壌被覆を取り除き、土壌有機炭素の即時的かつ継続的な損失につながる。さらに、耕起と排水はどちらも土壌有機物を酸素と酸化にさらす。オランダ、イースト・アングリア、フロリダ、カリフォルニア・デルタでは、耕起と排水の結果として、酸化による泥炭地の沈下が深刻である。土壌を露出させる放牧管理（過剰または不十分な回復期間による）も、土壌有機炭素の損失を引き起こす可能性がある。農家は土壌中の有機成分を維持または増加させるために慣行を調整することが長年奨励されてきた。一方では、炭素の酸化を促進する行為（作物の残渣の焼却や過剰耕作など）は推奨されず、他方では、有機物の投入（施肥など）が奨励されている。土壌炭素の増加は単純な問題ではなく、炭素を消費および放出する土壌生物の相対的な活動によって複雑化しており、窒素肥料の添加によって活動が活発化している。^{[ 50 ]}

国連気候変動枠組条約（UNFCCC）の下では、各国は、気候変動に関する政府間パネルの優良事例ガイダンスに従って、5つのプール（地上および地下バイオマス、枯れ木、落葉、土壌炭素）すべての炭素蓄積量の変化、および土地利用、土地利用の変化、林業活動に関連する排出量と吸収量を含め、温室効果ガスの排出量と吸収量を推定し報告しなければならない。^{[ 51 ] [ 52 ]}熱帯林の破壊は、世界の人為的温室効果ガス排出量の約25%を占めている。^{[ 53 ]}森林破壊、森林劣化、土地管理慣行の変化は、土壌から大気への炭素の放出を引き起こす可能性がある。これらの理由から、 UNFCCCの下での森林破壊と森林劣化による排出削減と温室効果ガス報告には、土壌有機炭素蓄積量と蓄積量の変化の信頼できる推定値が必要である。

1996年に、土壌の物理的変化を定量化するために最小制限水域（LLWR）が作成されました。この指標は、利用可能な水分容量、土壌構造、空気フィールド孔隙率、土壌強度、および酸素拡散速度の変化を測定します。^{[ 42 ]} LLWRの変化は生態系を変化させることが知られていますが、その変化の程度は地域によって異なります。たとえば、気温が急激に変化しやすい極地では、永久凍土の融解によりより多くの土地が露出し、植物の成長速度が高まり、最終的には炭素吸収量が増加します。^{[ 42 ] [ 54 ]}対照的に、熱帯環境では、気温の上昇に伴い土壌の凝集レベルが低下するため、土壌の質が悪化します。

タンザニア 政府は、国連食糧農業機関^{[ 55 ]}およびフィンランド政府の財政支援を受けて、調査とモデリングの両方の方法を使用して土壌炭素蓄積量を推定する森林土壌炭素モニタリングプログラム^{[ 56 ]}を実施しました。西アフリカでは、土壌有機炭素レベルが高い森林が大幅に減少しています。^{[ 57 ] [ 58 ]}これは主に、土地開墾の形態として焼却を使用する小規模で非機械化農業の拡大によるものです。^{[ 59 ]}オーストラリアの農業土壌の炭素は、歴史的には現在の典型的な範囲である1.6～4.6%の2倍であった可能性があります。^{[ 60 ]}