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耕作性は土壌の物理的状態であり、特に作物の植え付けや栽培に適しているかどうかに関連しています。耕作性を決定する要因には、土壌粒子の凝集体の形成と安定性、水分含有量、通気性、土壌生物相、水の浸透速度と排水速度などがあります。耕作性は、水分の変化、耕起、土壌改良剤などの環境要因によって急速に変化する可能性があります。耕起（土壌の機械的操作）の目的は、耕作性を改善して作物の生産量を増やすことです。しかし、長期的には、従来の耕起、特に鋤き込みは逆効果になることが多く、土壌の炭素スポンジが酸化、分解、圧縮されます。[1]
耕作性の良い土壌はスポンジ状で、空気の浸透と水の移動のための大きな空隙があります。根は土壌耕作性により十分な土壌酸素レベルが確保される場所でのみ成長します。また、このような土壌は適度な水分と栄養分を保持します。[2]
耕作、有機物施肥、施肥、灌漑はそれぞれ土壌の耕作性を改善しますが、過剰に使用すると逆効果になる可能性があります。[2] 輪作と被覆作物は土壌の炭素スポンジを再構築し、土壌の耕作性にプラスの影響を与えます。これらを組み合わせたアプローチにより、最大の改善が期待できます。[要出典]
集約
良好な耕作地では、土壌団粒の引張強度と砕けやすさがバランスよく関係しており、浅く非研磨性の耕作で容易に砕ける団粒土粒子の安定した混合物となっています。引張強度が高いと、砕けやすさの低い圧縮土が大きく固まります。農業用土壌を適切に管理することで、土壌の団粒化に良い影響を与え、耕作地の質を向上させることができます。[3]
団粒化は土壌の耕作性と正の相関関係にあります。よりきめの細かい土壌では、団粒はさらに小さな団粒から構成されることがあります。団粒化とは、個々の団粒の間に大きな空隙があることを意味します。[4]
団粒化は耕作地の下の層である下層土で重要です。このような団粒化は、より角張っていて目立たない、より大きな（2～6インチ）土塊から成ります。これらの団粒化は耕作地層よりも生物活動の影響を受けにくいです。下層土の団粒化は、プロファイルの奥深くまで根を伸ばすために重要です。根が深くなると水分へのアクセスが容易になり、干ばつ期に役立ちます。下層土の団粒化は、主に湿った土壌で重機によって圧縮されることもあります。下層土の圧縮のもう1つの大きな原因は、開いた畝間をトラクターの車輪で耕す習慣です。[4]
孔サイズ
よく団粒化された土壌には、さまざまな孔径があります。それぞれの孔径は、土壌の物理的機能に役割を果たします。大きな孔は水はけが早く、雨期の空気交換を良くするために必要であり、植物を溺死させたり害虫問題を増加させたりする酸素欠乏を防ぎます。酸素が不足した湿った土壌では、窒素をガス状に変える脱窒作用が促進されます。劣化した土壌では、大きな孔が圧縮されて小さな孔になります。[4]
小さな気孔は水分保持に非常に重要であり、収穫量の損失を最小限に抑えながら作物が乾燥期に耐えるのに役立ちます。[4]
管理
土壌の耕作性は、植物の根と土壌生物との相互作用によって自然に維持されます。[5]
機械的および生物学的操作によって、短命な耕作が可能になります。
耕作
2021年、世界の耕作土壌量は年間1840 km3と推定されました。この値は、すべての土木工事の世界合計を2桁上回っています。[6]比較のために、世界的に見ると、植物の根とミミズ による土壌の生物撹乱の自然プロセスは、年間960 km3と推定されています。[7]
機械による土壌耕作法には、一次耕起（モールドボード耕起またはチゼル耕起）に続いて二次耕起（ディスク耕起、ハロー耕など）が行われ、土壌を砕いて通気性を与える。機械による運搬と集中的な耕起方法は、土壌団粒、砕けやすさ、土壌多孔性、および土壌嵩密度に悪影響を及ぼす。土壌が劣化して圧縮されると、このような耕作法が必要になることが多い。しかし、耕作によって作り出される耕作地は不安定になる傾向がある。団粒は土壌の物理的な操作によって得られるため、特に何年も集中的に耕作した後では短命である。[4]土壌団粒の圧縮により、表土の酸素レベルが低下し、土壌生物相が減少することもある。結果として土壌嵩密度が高くなると、降雨または従来の灌漑（表面灌漑、スプリンクラー灌漑、センターピボット灌漑）からの水の浸透が低下し、一連のプロセスによって小さな土壌粒子と有機物が自然に侵食され溶解する。[8]これらのプロセスの結果として、周期的に耕作と介入が必要になるため、耕作方法は土壌構造、土壌炭素スポンジ、耕作の質を安定させる生物学的メカニズムを破壊する可能性があります。[9]
生物学的
良好な耕作性を得るための好ましいシナリオは、植物の根、微生物、ミミズ、その他の有益な生物の活動によってもたらされる自然な土壌形成プロセスの結果である。このような安定した団粒は、耕作/植え付け中に分解され、良好な耕作性を容易に提供する。[4]土壌生物と有機物は協調して土壌団粒を結合し、自然な土壌安定性、つまり土壌炭素スポンジを確立する。植物の根の滲出液は、細胞外多糖類（EPS）を放出する細菌の餌となり、真菌の菌糸の成長を促し、分散した粘土粒子とともに土壌炭素スポンジを形成する。これらの活発な耕作性形成プロセスは、土壌構造の形成と安定化に寄与する。[3]結果として生じる土壌構造は、引張強度と土壌の嵩密度を低下させる一方で、水飽和時の分解に抵抗する非生物的/生物的結合メカニズムを通じて土壌団粒を形成し続ける。真菌の菌糸ネットワークは、EPSおよび根圏堆積との絡み合いの役割を確立することができ、団粒安定性を向上させる。[3]しかし、これらの有機物自体が生物学的に分解されるため、有機物による積極的な改良と最小限の機械耕作が必要です。[4]耕作地の質は、生物微生物と非生物土壌粒子の間のこれらの自然な結合プロセスと、必要な有機物の投入に大きく依存しています。この自然結合ネットワークのすべての構成要素は、生育期を通じてその存在が持続するように、農業において供給または管理されなければなりません。
回転
輪作は、圧縮土壌の耕作性を回復させるのに役立ちます。この回復には 2 つのプロセスが寄与しています。まず、耕起による有機物の分解が促進され、芝作物の下で終わります。これを達成するもう 1 つの方法は、不耕起農法です。次に、草やマメ科の芝は、継続的に成長して枯れる広範な根系を発達させます。枯れた根は活性有機物の供給源となり、土壌炭素スポンジと呼ばれる凝集体を形成する土壌生物に栄養を与えます。有益な生物は、生存するために有機物の継続的な供給を必要とし、消化された物質を土壌凝集体に堆積させることで、土壌凝集体を安定させます。また、生きている根や共生微生物 (菌根菌など) は、土壌生物に栄養を与え、凝集を助ける有機物を分泌します。そのため、草やマメ科の芝作物は、他のほとんどの作物よりも多くの有機物を土壌に堆積します。[4]
ソバなどの一部の一年生輪作作物も、密で繊維質の根系を持ち、土壌の耕作性を向上させることができます。異なる根系を持つ作物を混ぜると効果的です。例えば、冬小麦に赤クローバーを播種すると、根が増え、よりタンパク質を豊富に含む土壌有機物が得られます。[4]
他の輪作作物は、土壌の改善にさらに価値があります。アルファルファなどの多年生作物は、特に土壌が軟らかい雨期に、硬い層を突き抜けることができる強くて深く浸透する主根を持っています。これらの深い根は、水と将来の植物の根のための経路を確立し、土壌有機物を生成します。[4]
輪作は、従来の条植え作物に比べて活発な成長期間を延ばすことができ、より多くの有機物を残すことができます。たとえば、トウモロコシと大豆の輪作では、活発な成長が32％の期間発生しますが、乾燥豆、冬小麦、トウモロコシの輪作では72％の期間活発です。ライ麦、小麦、オート麦、大麦、エンドウ豆、冷涼期の牧草などの作物は、他の作物が活動していない晩秋から早春に活発に成長します。これらは輪作と被覆作物の両方として有益ですが、集中的な耕作によってその効果が打ち消される可能性があります。[4]
土壌の種類
土壌の耕作性を維持するために必要な土壌管理方法は、土壌の種類によって異なります。砂質土や砂利質土は自然に小さな孔が不足しているため、干ばつになりやすいのに対し、ロームや粘土質土は水を保持できるため、作物に多くの水を供給することができます。 [4]
粗い砂質土
砂質土は水分と栄養分を保持する能力が低い。水はより頻繁に、より少量ずつ施用することで、根域の下に栄養分が浸透して運ばれるのを防ぐ。有機物を定期的に施用すると、砂質土の水分と栄養分を保持する能力は10倍以上になる。[2]
きめの細かい粘土質の土壌
粘土質の土壌には大きな孔がないため、水と空気の動きが制限されます。灌漑や降雨の際には、きめの細かい土壌の限られた大きな孔隙がすぐに水で満たされ、土壌の酸素レベルが低下します。有機物の定期的な施用に加えて、微生物とミミズが土壌耕作に重要な役割を果たします。微生物が有機物を分解すると、土壌粒子が結合して大きな集合体になり、大きな孔隙空間が増加します。粘土質の土壌は土壌圧縮を受けやすく、大きな孔隙空間が減少します。[2]
砂利質および風化花崗岩質土壌
このような土壌は、もともと耕作性が低く、特に耕作が乱されると耕作性が失われます。有機物を容積比で最大25%まで追加すると、耕作性が補われます。たとえば、8インチの深さまで耕作する場合は、2インチの有機物を追加します。[2]
参照
参考文献
- ^ 「Tilth」。ブリタニカ百科事典。2015年9月10日閲覧。
- ^ abcde Whiting, David. 「土壌の耕作管理：土壌の質、構造、間隙空間」www.ext.colostate.edu。2011年1月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年9月10日閲覧。
- ^ abc Schjønning, Per; Munkholm, Lars J.; Elmholt, Susanne; Olesen, Jørgen E. (2007年10月). 「耕作における有機物と土壌の耕作性: 管理により5～6年以内に変化が現れる」.農業、生態系、環境. 122 (2): 157–172. doi :10.1016/j.agee.2006.12.029.
- ^ abcdefghijkl Van Es, Harold. 「輪作と土壌耕作」www.sare.org . 2015年9月10日閲覧。
- ^ ダニ・オー、トーマス・ケラー、ウィリアム・H・シュレシンジャー、「自然および管理された土壌構造：土壌機能のための脆弱な足場について」、土壌および耕作研究第208巻、2021年4月、104912
- ^ ダニ・オー、トーマス・ケラー、ウィリアム・H・シュレシンジャー、「自然および管理された土壌構造：土壌機能のための脆弱な足場について」、土壌および耕作研究第208巻、2021年4月、104912
- ^ PK Haff、「丘陵斜面、河川、鋤、トラック：自然と技術的プロセスによる地球表面上の大量輸送」、Earth Surf. Process. Landforms、35（2010）、pp. 1157–1166
- ^ ウェイ、ユジエ;呉、新涼。蔡、崇発。王傑。シア、ジンウェン。王中光。郭、中魯。元、在建（2019-08-30）。 「現場シミュレーションによる、さまざまな種類の土壌における浸食による土地劣化の降雨浸透への影響」土地の劣化と開発。30 (14): 1751 ～ 1764 年。土井：10.1002/ldr.3382。ISSN 1085-3278。S2CID 189976321。
- ^ Lal, R. (1999-10-21). 「オハイオ州中部の2つの土壌における長期耕起と車輪通行の土壌品質への影響」。持続可能農業ジャーナル。14 (4): 67–84。doi :10.1300/j064v14n04_07。ISSN 1044-0046 。