土壌塩分濃度

土壌塩分濃度とは、土壌中の塩分含有量のことです。塩分含有量が増加する過程は、塩類化（アメリカ英語では塩類化とも呼ばれる）として知られています。^{[ 1 ]}塩は土壌や水中に自然に存在します。塩類化は、鉱物の風化^{[ 2 ]}などの自然プロセスや、海の徐々の減少^{[ 3 ]}によって引き起こされる可能性があります。また、灌漑^{[ 4 ]}や道路の塩^{[ 5 ]}などの人工プロセスによっても引き起こされる可能性があります。

塩類は土壌や水域の天然成分です。塩類化に関与するイオンは、 Na ⁺、K ⁺、Ca ²⁺、Mg ²⁺およびCl ⁻です。^{[ 6 ]}

長期間にわたり、土壌鉱物が風化して塩を放出すると、^{[ 7 ]}これらの塩は、降水量が十分な地域^{[ 8 ]}や灌漑が行われている地域^{[ 9 ]}では排水によって土壌から洗い流されたり浸出したり、あるいは干ばつ時の激しい蒸発によって毛細管現象で上昇し、地表近くに蓄積されることがある。^{[ 10 ]}鉱物の風化に加えて、塩は塵^{[ 11 ]や降水[ 12 ]}によっても沈着する。塩は乾燥地域で蓄積し、自然に塩分を含んだ土壌になることがある。^{[ 13 ]}例えば、オーストラリアの大部分ではこれが当てはまる。

人間の活動は、灌漑用水に塩分を加えることで土壌の塩分濃度を高める可能性があります。^{[ 14 ]}適切な灌漑管理は、土壌から添加された塩分を洗い流すのに十分な排水（例えば雨水）を提供することで、塩分の蓄積を防ぐことができます。 ^{[ 15 ]}浸出を促す排水パターンを乱すことも、塩分の蓄積につながる可能性があります。この例は、1970年にエジプトでアスワン・ハイ・ダムが建設されたときに発生しました。建設前の地下水位の変化により土壌侵食が起こり、地下水位に高濃度の塩分が蓄積しました。建設後、地下水位が継続的に高かったため、耕作地の塩類化が進みました。^{[ 16 ]}人為的な地球温暖化による乾燥化の進行も、湛水土壌の塩類化に寄与しています。^{[ 17 ]}

Na ⁺ (ナトリウム) が優勢になると、土壌はナトリウム質になることがあります。ナトリウム質土壌のpH は酸性、中性、アルカリ性のいずれかになります。^{[ 18 ]}

ナトリウム土壌は、構造が非常に悪く、水の浸透や排水が制限または妨げられる傾向があるため、特に問題があります。^{[ 19 ]}根圏には、植物にとって有毒となる可能性のあるレベルでホウ素やモリブデンなどの特定の元素が蓄積される傾向があります。 ^{[ 20 ]}ナトリウム土壌の改良に最も一般的に使用される化合物は石膏であり、塩分やイオン毒性に耐性のある植物は、改善のための戦略となる可能性があります。^{[ 21 ]}

「ナトリウム土壌」という用語は、学術分野では不正確に使われることがある。アルカリ土壌という用語と混同して使われることがあるが、アルカリ土壌には次の2つの意味がある。1) pHが8.2を超える土壌、2) 交換性ナトリウム含有量が交換容量の15%を超える土壌。「アルカリ土壌」という用語は、これらの両方の特性を満たす土壌に対して使われることが多いが、常にそうとは限らない。^{[ 22 ]}

乾燥地帯における塩害は、地下水位が地表から2～3メートルの深さにある場合に発生する可能性があります。地下水中の塩分が毛細管現象によって地表に上昇するためです。これは、地下水が塩分濃度が高い場合（多くの地域で実際にそうなっています）に発生し、帯水層が処理できる量よりも多くの雨水が流入するような土地利用によって促進されます。例えば、農業のために樹木を伐採することは、一部の地域で乾燥地帯の塩害を引き起こす大きな原因となっています。これは、樹木の深い根が、一年生作物の浅い根に置き換わったためです。

灌漑による塩分は、ほとんどすべての水（自然の降雨でさえ）に溶解塩が含まれているため、灌漑が行われる場所では時間とともに発生する可能性があります。^{[ 23 ]}植物が水を使用すると、塩分は土壌に残り、最終的に蓄積し始めます。植物が必要とする量を超えるこの水は、浸出分と呼ばれます。灌漑水による塩分化は、排水不良や農作物の灌漑に塩水を使用することによっても大幅に増加します。

都市部における塩害は、灌漑と地下水作用の複合的な影響によって引き起こされることが多い。また、都市部では（庭園やレクリエーションエリアなどで）灌漑が一般的になっている。

塩分の影響は

• 植物の成長と収量に悪影響を及ぼす
• インフラへの被害（道路、レンガ、パイプやケーブルの腐食）
• 利用者の水質低下、沈殿問題、金属の溶出増加^{[ 24 ]}、特に銅、カドミウム、マンガン、亜鉛。
• 土壌浸食は、最終的に、作物が塩分量によって過度に影響を受ける場合に発生します。
• 海水淡水化にはより多くのエネルギーが必要

塩害は重要な土地劣化問題です。土壌の塩分濃度は、過剰な灌漑水で土壌から可溶性塩類を 洗い流すことで低減できます。土壌の塩分濃度制御には、地下水位の制御とフラッシングを、タイル排水またはその他の地下排水と組み合わせて行う方法が含まれます。^{[ 25 ] [ 26 ]}土壌の塩害に関する包括的な解説は、国連食糧農業機関から入手できます。^{[ 27 ]}

土壌中の可溶性塩類の存在は、特に水分条件の変化下では、土壌の工学的特性に大きな影響を与える可能性がある。研究によると、長期間の浸水は粘土質土壌や石膏質土壌中の塩類の溶解と再分布を引き起こし、土壌構造の変化や強度と剛性の低下につながることが示されている。^{[ 28 ]}

石膏質土壌に関する研究では、水分変動や浸水条件が石膏の溶解や土壌内部構造の変化により機械的性能に大きな影響を与える可能性があることがさらに実証されている。^{[ 29 ]}

以前の研究では、圧縮条件が塩分の影響と相互作用し、圧縮が増加すると初期強度が向上するが、石膏質土壌中の可溶性塩の溶解により、長期間の水分への曝露によって劣化が生じる可能性があることも示されている。^{[ 30 ]}

耐塩性植物を栽培すれば、土壌の塩分濃度が高い場合でも耐えることができます。塩分濃度が低いと、感受性の高い作物は生育が鈍くなり、ほとんどの作物は（中程度の）塩分濃度の土壌で悪影響を受け、塩分濃度が高い土壌では耐塩性作物だけが生育します。ワイオミング大学^{[ 31 ]}とアルバータ州政府^{[ 32 ]}は、植物の耐塩性に関するデータを報告しています。

^{灌漑地における農家の条件下での現地データは、特に発展途上国では不足している。しかし、エジプト[ 33 ]} 、インド^{[ 34 ]}、パキスタン^{[ 35 ]}で農場調査がいくつか行われている。いくつかの例を次のギャラリーに示し、作物は感受性の高いものから非常に耐性のあるものへと並べられている^{[ 36 ] [ 37 ] 。}

• 農家の畑における作物の収穫量と土壌塩分濃度を、耐塩性の向上順に並べたグラフ。
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  図1。エジプトのナイルデルタで栽培されているベルシーム（クローバー）は塩分に弱い作物で、ECe値が2.4 dS/mまでは耐えられますが、それ以上になると収量が減少し始めます。
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  図2. インドのハリヤナ州サンプラで栽培された小麦はやや敏感で、ECe値4.9 dS/mまで耐えられる。
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  図3。インド、ハリヤナ州ゴハナの小麦畑での現地測定では、ECe = 7.1 dS/mという高い許容レベルが示された。（図には示されていないが、エジプト産小麦の許容点は7.8 dS/mであった。）
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  図4。ナイルデルタで栽培される綿花は、臨界ECe値が8.0 dS/mであることから、耐塩性があると言える。しかし、8 dS/mを超えるデータが不足しているため、最大耐塩性レベルを正確に決定することはできず、実際にはそれよりも高い可能性がある。
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  図5. パキスタンのハイアプール産のソルガムは非常に耐性があり、ECe = 10.5 dS/mまでよく生育します。
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  図6. パキスタンのハイアプール産の綿は非常に耐性があり、ECe = 15.5 dS/mまでよく育ちます。

カルシウムは土壌の塩分濃度に対抗する上でプラスの効果があることがわかっています。植物の水分利用量の減少など、塩分濃度がもたらす悪影響を軽減することが示されています。^{[ 38 ]}

土壌の塩分濃度は、植物のストレス状態に関連する遺伝子を活性化します。 ^{[ 39 ]}これらの遺伝子は、スーパーオキシドジスムターゼ、L-アスコルビン酸オキシダーゼ、デルタ1 DNAポリメラーゼなどの植物ストレス酵素の産生を開始します。このプロセスを制限するには、植物に外因性グルタミンを投与することができます。スーパーオキシドジスムターゼの合成に関与する遺伝子の発現レベルの低下は、グルタミン濃度の増加とともに増加します。^{[ 39 ]}

FAO/UNESCOの世界土壌地図から、以下の塩類化地域が導き出されます。^{[ 40 ]}

• アルカリ性土壌– pHが8.5を超える土壌タイプ 
• シロイヌナズナの塩分に対する反応
• バイオソルト農業– 塩分濃度の高い環境での作物生産 
• バイオソルティリニティ– 灌漑に塩水を使用すること 
• 作物の海水耐性– 作物の品質 
• 脱塩― 水から塩分を除去すること 
• 融雪塩の環境への影響– 路面の凍結防止に使用される化学物質リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ 
• 塩生植物 – 耐塩性植物 
• 耐塩性– 生物が高塩分環境に適応する能力 
• オーストラリアの塩分濃度
• 作物の耐塩性
• 生物学におけるナトリウム
• 軟水化– 硬水からプラスイオンを除去する 
• 米国塩分研究所– 塩害土壌の研究を行う国立研究所 

• 土壌中の水分と塩分のバランスに関する記事
• 塩類土壌の浸出モデルをダウンロードする
• プレーリー公共テレビ制作のドキュメンタリー「ソルト・オブ・ジ・アース」