耕作

Primary tillage is usually conducted after the last harvest, when the soil is wet enough to allow plowing but also allows good traction. Some soil types can be plowed dry. The objective of primary tillage is to attain a reasonable depth of soft soil, incorporate crop residues, kill weeds, and to aerate the soil. Secondary tillage is any subsequent tillage, to incorporate fertilizers, reduce the soil to a finer tilth, level the surface, or control weeds.^[5]

耕起を減らすと^{[注1 ]、}土壌の被覆率が15～30%となり、 侵食が深刻な時期には1エーカーあたり500～1000ポンド（560～1100kg/ha）の穀物残渣が土壌上に残ります。これには、チゼルプラウ、フィールドカルチベーター、その他の農具の使用が含まれる場合があります。残渣量への影響については、以下の一般的なコメントを参照してください。

集約耕起^{[注1 ]}では、作物残渣被覆率が15%未満、または小粒穀物残渣が1エーカーあたり500ポンド（560 kg/ha）未満になります。このタイプの耕起は、慣行耕起 と呼ばれることが多いですが、現在では（米国では）集約耕起よりも保全耕起の方が広く使用されているため^{[ 6 ] [ 7 ]}、このタイプの耕起を慣行耕起と呼ぶのは適切ではない場合が多いです。集約耕起では、モールドボード、ディスク、チゼルプラウなどの農具を使った複数の作業が伴うことがよくあります。その後、ハロー、ローリングバスケット、カッターを備えた仕上げ機を使用して、種床を準備することができます。多くのバリエーションがあります。

保全耕起^{[注1 ]}では、土壌侵食が深刻な時期に、作物の残渣の少なくとも30%を土壌表面に残すか、少なくとも1,000 ポンド/エーカー（1,100 kg/ha）の小粒穀物の残渣を土壌表面に残します。これにより水の移動が遅くなり、土壌侵食の量が減ります。さらに、保全耕起は害虫防除を強化できる捕食性節足動物に有益であることがわかっています。 ^{[ 8 ]}保全耕起は、燃料消費と土壌圧縮を減らすことで農家にも利益をもたらします。農家が畑を移動する回数を減らすことで、燃料と労働力を大幅に節約できます。 

保全耕起は、主に南米、オセアニア、北米の3億7000万エーカー以上で使用されています。^{[ 9 ]} 1997年以降のほとんどの年において、保全耕起は集約的または減耕起よりも米国の農地で多く使用されています。^{[ 7 ]}

しかし、保全耕起は、暗い土壌が春の太陽の熱にさらされる機会が減るため、土壌の温まりを遅らせ、その結果、翌年の春作トウモロコシの植え付けを遅らせることになる。^{[ 10 ]}

• 不耕起栽培とは、耕うん機やディスクハローなどを使用しない栽培方法です。地表の100%被覆を目指します。
• ストリップティル– 種を植える場所を細長い帯状に耕し、畝間の土壌は耕さない。^{[ 11 ]}
• マルチ耕起- 土壌をマルチで覆い、熱と水分を保持します。土壌の100%を攪拌します。
• 輪作耕起 – 2年ごと、またはそれ以下の頻度（隔年、3年ごとなど）に土壌を耕すこと。^{[ 11 ]}
• 畝立て耕作

ゾーン耕起または帯状耕起は、細長い帯状部分のみを耕し、畝間の土壌は耕さないままにする改良型深耕の一種です。このタイプの耕起は土壌を攪拌し、土壌の圧縮問題を軽減し、土壌内部の排水性を改善します。^{[ 12 ]}これは、作物の畝の真下の細長い帯状部分の土壌のみを攪拌するように設計されています。前年の植物残渣に頼って土壌を保護し、北部の気候での土壌の温暖化と作物の生育を遅らせる不耕起栽培と比較すると、ゾーン耕起では、耕盤を同時に破壊し、土壌の温暖化を助け、種床の準備を助ける約5インチ幅の帯状部分を作り出します。^{[ 13 ]}被覆作物と組み合わせると、ゾーン耕起は失われた有機物の補充、土壌の劣化の抑制、土壌排水性の改善、土壌の水分および養分保持能力の向上、必要な土壌生物の生存に役立ちます。

ゾーン耕起は、米国中西部および西部の農場で40年以上にわたり成功裏に使用されており、現在では米国の農地の36%以上で使用されています。^{[ 14 ]}現在ゾーン耕起が実施されている具体的な州としては、ペンシルベニア州、コネチカット州、ミネソタ州、インディアナ州、ウィスコンシン州、イリノイ州などがあります。

米国の北部コーンベルト州での使用では、一貫した収量結果が得られていませんが、農業分野では深耕に対する関心が依然としてあります。^{[ 15 ]}排水の悪い地域では、深耕はより高価なタイル排水の設置の代替として使用されることがあります。^{[ 16 ]}

耕作：

• 土壌の表層またはA層をほぐして通気性を高め、作物の植え付けを容易にする。 ^{[ 17 ]}
• 収穫残渣、有機物（腐植）、栄養素を土壌に均一に混ぜ込むのに役立ちます。^{[ 17 ]}
• 機械的に雑草を駆除する。^{[ 17 ]}
• 種まきの前に土壌を乾燥させる（湿潤な気候では、耕起は土壌を乾燥状態に保つのに役立つ）。^{[ 17 ]}
• 秋に行うと、露出した土壌が冬の間、霜と解凍によって崩れやすくなり、春の植え付けのために滑らかな表面を準備するのに役立ちます。^{[ 17 ]}
• ナメクジ、ヨトウムシ、ヨトウムシ、その他の有害昆虫は、前作の残渣に引き寄せられるため、それらの発生を減らすことができる。^{[ 18 ]}
• 地表の残留物に潜む可能性のある作物病害のリスクを低減します。^{[ 18 ]}

• 種まきの前に土壌を乾燥させる。^{[ 17 ]}
• 土壌は窒素や肥料などの栄養分を失い、水を蓄える能力も失います。^{[ 17 ] [注2 ]}
• 土壌への水の浸透率を低下させる。（土壌が以前よりも水を吸収しにくくなるため、流出と浸食が増加する^{[ 17 ] [ 19 ] ） [注3 ]}
• 土壌を耕すと、土壌粒子の凝集力が弱まり、それによって浸食が引き起こされる。
• 化学物質の流出。^{[ 17 ] [注3 ]}
• 土壌中の有機物を減少させる。^{[ 17 ] [注4 ]}
• 微生物、ミミズ、アリなどを減少させる^{[ 20 ]}
• 土壌団粒を破壊する。^{[ 17 ] [ 20 ]}
• 土壌の圧縮、耕盤とも呼ばれる。^{[ 17 ] [ 20 ] [注2 ] [注3 ]}
• 富栄養化（水域への栄養分の流出）。^{[注3 ]}

耕作は、長塚などの古代の建造物を損傷する可能性があります。英国では、グロスターシャーの長塚の半分とエセックスのほぼすべての墳丘が損傷を受けています。 2003年のイングリッシュ・ヘリテージによると、現代の強力なトラクターによる耕作は、過去60年間で、その前の6世紀の伝統的な農業による被害と同じくらいの被害をもたらしました。^{[ 21 ]}

広範囲にわたる野焼きは、植林のために皆伐地を準備する際によく用いられ、例えばブリティッシュコロンビア州中部^{[ 26 ]}や北米の温帯地域全般^{[ 27 ]で行われている。}

計画的な野焼きは、主に伐採残材の危険性を低減し、再生のための立地条件を改善するために実施されます。その結果、以下のような利点の全部または一部が得られる可能性があります。

a) 直接播種、植栽、地表掻き取りを行う前、または部分的に伐採された林分における自然播種を期待して、あるいは種子樹システムに関連して、伐採残渣、植物の競合、腐植土を削減する。

b)植栽や種まきの前、または予備的な耕起の前に、不要な森林被覆を減少または除去すること。

c) 再生を促進するために、寒冷で湿潤な場所で腐植土を減少させる。

d) 森林地帯周辺の戦略的な区域から、伐採残材、草、低木などの燃料を削減または除去し、山火事による被害の可能性を低減する。

オンタリオ州では、直接播種のための場所を準備するために計画的な野焼きが何度か試みられたが、補助的な機械的な場所の準備なしには十分な播種床を作るほど高温の野焼きはなかった。^{[ 28 ]}

燃焼に伴う土壌の化学的性質の変化には、pHの大幅な上昇が含まれ、Macadam (1987) ^{[ 26 ]}はブリティッシュコロンビア州中央部の亜北方トウヒ地帯で、燃焼後1年以上も持続していることを発見した。平均燃料消費量は20～24 t/haで、森林床の深さは28～36%減少した。増加は、 消費された伐採残材（総量と直径7cm以上のもの）の量とよく相関していた。pHの変化は、燃焼の深刻度と消費量に依存し、増加は最大2単位、つまり100倍の変化になる可能性がある。^{[ 29 ]}ブリティッシュコロンビア州中央部の焼失した皆伐地のホワイトスプルースの葉の銅と鉄の欠乏は、pHレベルの上昇に起因する可能性がある。^{[ 30 ]}

皆伐地で放火しても、全域が均一に燃えるわけではありません。例えば、タラント（1954）^{[ 31 ]}は、140ヘクタールの放火地のうち、激しく燃えたのはわずか4%、軽く燃えたのは47%、燃えなかったのは49%だったことを発見しました。刈り取った後の火入れは、その後の不均一性をさらに強調します。

 交換性カルシウムの著しい増加は、直径7cm以上の伐採残材の消費量とも相関していた。 ^{[ 26 ]}リンの利用可能性も、森林の地面と0cm から15cmの 鉱物土壌層の両方で増加し、燃焼後21か月経っても、増加はやや減少したものの、依然として明らかであった。しかし、同じ亜北方トウヒ地帯で行われた別の研究^{[ 32 ]}では、燃焼直後には増加したものの、リンの利用可能性は9か月以内に燃焼前のレベルを下回ったことがわかった。

窒素は燃焼によってその場所から失われるが、^{[ 26 ] [ 32 ] [ 33 ]} Macadam (1987) ^{[ 26 ]}は、残存する森林床の濃度が6つの区画のうち2つで増加し、他の区画では減少していることを発見した。栄養素の損失は、少なくとも短期的には、土壌温度が低いことが制限要因となっている森林床の厚さの減少による土壌微気候の改善によって相殺される可能性がある。

アルバータ州の丘陵地帯にあるトウヒ/モミの森林は、土壌表面に有機物が深く蓄積し、土壌温度が低いという特徴があり、どちらも再植林を困難にし、立地生産性の全般的な低下につながります。EndeanとJohnstone（1974）^{[ 34 ]}は、代表的な皆伐されたトウヒ/モミの地域で、種子床の準備と立地改善の手段として計画的焼却をテストする実験について述べています。結果は、一般的に、計画的焼却は、テストした場所で有機層を十分に減少させず、土壌温度も上昇させなかったことを示しました。焼却された場所での苗木の定着、生存、成長の増加は、おそらく有機層の深さのわずかな減少、土壌温度のわずかな上昇、植栽作業員の効率の著しい向上によるものです。結果はまた、施された焼却処理によって立地の劣化プロセスが逆転していないことを示唆しています。

伐採地の森林火災の危険性に影響を与える主な要因は、伐採残材の重量（樹冠全体と直径が 4 インチ未満の幹の部分のオーブン乾燥重量）とサイズ分布です。 ^{[ 35 ]}危険軽減と造林のために計画的焼却の適用に関心のある森林管理者は、Kiil (1968) によって伐採残材の量を定量化する方法を示しられました。^{[ 36 ]}アルバータ州中西部で、彼は 60 本のホワイト スプルースを伐採し、測定し、重量を測定し、(a) 販売可能な単位体積あたりの伐採残材の重量を胸高直径(dbh) に対してグラフ化し、(b) 細かな伐採残材 (<1.27  cm) の重量も dbh に対してグラフ化し、ホワイト スプルースの仮想的な林分の 1 エーカーにおける伐採残材の重量とサイズ分布の表を作成しました。林分の直径分布が不明な場合は、平均林分直径、単位面積あたりの樹木数、販売可能な立方フィート体積から伐採残材の重量とサイズ分布の推定値を得ることができます。キール氏の研究で用いられたサンプル樹木は、完全で左右対称の樹冠を有していた。樹冠が短く、しばしば不規則な密集した樹木は過大評価される可能性が高く、樹冠が長い疎らな樹木は過小評価される可能性が高い。

米国森林局は、ロッキー山脈高地におけるエンゲルマンスプルースの若い苗木に日陰を提供する必要性を強調している。植栽に適した場所は、倒木、切り株、または伐採残材の北側と東側の微小生息地であり、そのような材料によってできる影の中にあると定義されている。^{[ 37 ]}管理目標が、既存の日陰を提供する材料の分布から得られるよりも均一な間隔、またはより高い密度を指定している場合は、そのような材料の再分布または輸入が行われてきた。

一部の場所では、植栽作業員が容易にアクセスできるようにするため、あるいは植栽や種まきに適した微小場所へのアクセスを改善し、その数や分布を増やすために、場所の準備が行われる場合がある。

Wang et al. (2000) ^{[ 38 ]}は、マニトバ州南東部の北方混交林地で、植栽準備 (ドナレン ディスク トレンチング vs. トレンチングなし) を行った後、植栽後 8 年と 9 年経過したホワイト スプルースとブラック スプルースの現地での生育状況を 2 つの植栽タイプ (開放型 vs. 保護型) で調べた。ドナレン トレンチングは、ブラック スプルースの死亡率をわずかに減少させたが、ホワイト スプルースの死亡率を大幅に増加させた。ブラック スプルースでは開放型植栽地と保護型植栽地の間で高さに有意差が見られたが、ホワイト スプルースでは有意差は見られなかった。また、ブラック スプルースの根元直径は保護型植栽地の方が開放型植栽地よりも有意に大きかったが、ホワイト スプルースでは有意差は見られなかった。ブラック スプルースの開放型植栽地の体積 (97  cm ³ ) は、ブラック スプルースの保護型植栽地 (210  cm ³ ) およびホワイト スプルースの開放型植栽地 (175  cm ³ ) と保護型植栽地 (229  cm ³ ) と比較して有意に小さかった。ホワイトスプルースの開放植林地は、ホワイトスプルースの保護植林地よりも体積が小さかった。移植苗木の場合、帯状植林地は開放植林地（204 cm ³  ）よりも体積が有意に大きかった（329 cm ³）。Wang ら（2000）^{[ 38 ]}は、保護植林地の準備を使用することを推奨した。 

1970年までは、オンタリオ州では「高度な」現場準備機器は運用されていませんでしたが、^{[ 39 ]}より効果的で汎用性の高い機器の必要性がますます認識されるようになりました。この頃には、現場スタッフが最初に開発した機器の改良が行われ、他の供給元からの機器の現場テストが増加していました。

^{J. Hall (1970) [ 39 ]}によると、少なくともオンタリオ州では、最も広く使用されている圃場準備技術は、ブルドーザーの前面に取り付けられた装置（ブレード、レーキ、Vプラウ、または歯）による収穫後の機械的耕起、またはトラクターの後ろに牽引される装置（ImsettまたはSFIスカリファイア、またはローリングチョッパー）による耕起であった。オンタリオ州土地森林局が設計および製造した牽引式ユニットは、アンカーチェーンまたはトラクターパッドを単独または組み合わせて使用​​するか、さまざまなサイズのフィン付きスチールドラムまたは樽で、単独で、またはトラクターパッドまたはアンカーチェーンユニットと組み合わせてセットで使用された。

J. Hall (1970) ^{[ 39 ]}のオンタリオ州における植栽地の準備状況に関する報告書では、耐候性のある広葉樹林でイエローバーチの自然再生のために伐採後の掻き取りには、ブレードとレーキが適していることがわかったと指摘されている。プラウは植栽前に密集した低木を処理するのに最も効果的で、多くの場合、植栽機と併用された。ヤングの歯などの掻き取り歯は、植栽地の準備に使用されることもあったが、最も効果的な用途は、特に低木が軽く草本が密生しているバックログエリアでの播種地の準備であることがわかった。ローリングチョッパーは、密集した低木の処理に使用されたが、石のない土壌でのみ使用できた。フィン付きドラムは、ジャックパインとトウヒの伐採地で、腐植層が深く、伐採残材が多い新鮮な低木地でよく使用され、伐採残材を均一に分散させるためにトラクターパッドユニットと組み合わせる必要があった。 SFI スカリファイアは強化後、2 年間「非常に成功」しており、コーン スカリファイアとバレル リング スカリファイアの有望な試験が進行中であり、浅く岩の多い土壌の場所で使用するための新しいフレイル スカリファイアの開発が始まっていた。現場準備の有効性と効率性を高める必要性を認識したオンタリオ州土地森林局は、オンタリオ州、特に北部の状況に適していると思われるスカンジナビアおよびその他の地域から新しい機器を探して入手し、現場でテストするという方針を採用した。こうして、スウェーデンの Brackekultivator とフィンランドの Vako-Visko ロータリー ファーローワーのテストが開始された。

植栽場所を高くする圃場準備処理は、土壌温度が低く土壌水分が過剰な圃場では、一般的に苗の生育を向上させる。盛り土は土壌温度に大きな影響を与える可能性がある。例えば、Draper ら (1985) ^{[ 40 ]}は、このことと苗の根の成長への影響を記録している (表 30)。

盛り土は最も早く温まり、土壌深度0.5cm と10cmでは、それぞれ対照区よりも 平均10℃と7 ℃高かった。晴れた日には、盛り土と有機マットの日中の地表面温度の最高値は、土壌の湿り具合と日陰の状況に応じて25 ℃から60 ℃に達した。盛り土は植え付け後5日目に深さ10cmで平均土壌温度10℃に達したが、対照区では植え付け後58日目までその温度に達しなかった。最初の生育期間中、盛り土では対照区の微生息地よりも平均土壌温度が10℃を超える日数が3倍多かった。      

Draper et al. (1985) ^{[ 40 ]}のマウンドは、最初の生育期間を通して、サンプリングされたすべての微小サイトで合計された光合成有効放射 (PAR) 量の 5 倍を受け取りました。対照処理では、日中の背景 PAR の約 14% が常に受けられましたが、マウンドでは 70% 以上を受け取りました。11 月までに、秋の霜によって日陰が減り、差がなくなりました。入射放射は、温度への影響とは全く別に、光合成においても重要です。平均的な対照微小サイトは、補償点を超える光レベルに3 時間だけさらされました。つまり、1 日の光時間の 4 分の 1 ですが、マウンドは補償点を超える光を 11 時間受けました。つまり、同じ 1 日の時間の 86% です。100～600 μE/m ^{2 /s の強度範囲の入射光が}光合成にとって最も重要であると仮定すると、マウンドは対照微小サイトに到達する 1 日の総光エネルギーの 4 倍以上を受け取りました。

直線状の植栽準備では、向きは地形やその他の考慮事項によって決まる場合もありますが、多くの場合、向きを選択できます。それは違いを生む可能性があります。ブリティッシュコロンビア州内陸部の亜北方スプルースゾーンで行われたディスクトレンチング実験では、北、南、東、西の各方位の土手、ヒンジ、トレンチ、および溝の間の未処理の場所の 13 の微小植栽位置での若い外植木(ロッジポールパイン) の成長への影響が調査されました。 ^{[ 41 ]}南、東、西向きの微小サイトの木の 10 年目の幹の体積は、北向きおよび未処理の微小サイトの木の幹の体積よりも有意に大きくなりました。しかし、全体としては、トレンチの向きよりも植栽場所の選択の方が重要であることがわかりました。

ミネソタ州で行われた研究では、伐採後最初の年、南北方向の帯状伐採地では東西方向の帯状伐採地よりも積雪量が多かったものの、雪解けが早かった。^{[ 42 ]}帯状伐採地の中心付近の帯状伐採地では、無傷の林に隣接する境界帯状伐採地よりも雪解けが早かった。伐採された帯状伐採地は、幅50フィート（15.24m）で、幅16フィート（4.88m）の未伐採帯状伐採地と交互に配置され、樹齢90～100年のマツ林で行われた。

• Cook, RL、HF McColly、LS Robertson、およびCM Hansen。1958年。最小限の耕起で費用、水、土壌を節約する。普及速報352。ミシガン州立大学協同普及サービス、イーストランシング。
• スプラーグ、ミルトン A.、グローバー B. トリプレット。1986年。『不耕起農業と表面耕起農業：耕起革命』ニューヨーク、ワイリー。ISBN 978-0-471-88410-1
• Troeh, Frederick R.、J. Arthur Hobbs、Roy L. Donahue . 1991. 『生産性と環境保護のための土壌と水の保全』第2版。Englewood Cliffs, NJ、Prentice-Hall。ISBN 978-0-13-096807-4
• アメリカ土壌科学協会。2009年。土壌科学用語集。[オンライン]。https: //www.soils.org/publications/soils-glossaryで入手可能（2009年9月28日アクセス、2009年9月28日確認）。アメリカ土壌科学協会、マディソン、ウィスコンシン州。
• 耕さない農家が土壌を守る
• 農業_持続可能な農業.html
• 農業用ゾーンティルサブソイラーの製造元（写真付き）（umequip.com、Unverferth Equipment提供）