土壌健全性の解明：モニタリングと管理に関する世界的な手引き

陸上生態系と農業の基盤である土壌は、食料安全保障、気候調整、生物多様性にとって不可欠な、複雑で動的なシステムです。土壌の健全性を維持・向上させることは、世界中の持続可能な開発にとって極めて重要です。土壌健全性モニタリングは、土壌の状態を理解し、潜在的な問題を特定し、効果的な管理方法を実施するために必要な不可欠なデータを提供します。このガイドでは、土壌健全性モニタリングの主要な側面、その重要性、方法、そして世界中での応用について探ります。

なぜ土壌の健全性を監視するのか？

土壌健全性モニタリングは、さまざまな分野に影響を与え、数多くの利点をもたらします：

持続可能な農業： 健康な土壌は生産性が高く、回復力もあり、肥料や農薬などの外部からの投入物の必要性を減らします。モニタリングは、農家が長期的な持続可能性のために管理方法を最適化するのに役立ちます。
環境保護： 健康な土壌は、炭素隔離、水ろ過、栄養循環において重要な役割を果たします。モニタリングは、人間の活動が土壌の健全性と環境に与える影響を評価し、軽減するのに役立ちます。
食料安全保障： 健康な土壌は、栄養価の高い食料を生産するために不可欠です。モニタリングは、増大する世界の食料需要に応えるために、土壌が作物生産を支えられることを保証します。
気候変動の緩和： 土壌は大量の炭素を貯蔵しています。モニタリングは、炭素隔離率を追跡し、土壌の炭素貯蔵を強化する戦略を特定するのに役立ちます。
早期警告システム： モニタリングにより、土壌劣化の初期兆候を検出し、タイムリーな介入を可能にし、さらなる損傷を防ぐことができます。

土壌健全性の主要指標

土壌の健全性は、いくつかの主要な指標に基づいて評価され、これらは大きく次のように分類できます：

物理的指標：

土壌構造： 土壌粒子が団粒に配列される様子を指します。良好な土壌構造は、水の浸透、通気性、根の成長を促進します。団粒安定性は、しばしば湿式篩分け法を用いて測定されます。
土性： 土壌中の砂、シルト、粘土の粒子の割合を表します。土性は、保水能力、排水性、養分保持力に影響します。正確な測定には実験室での分析が必要です。
仮比重： 単位体積あたりの土壌の質量。高い仮比重は締固めを示し、根の成長と水の浸透を妨げます。コアサンプリングを用いて測定できます。
透水速度： 水が土壌に浸透する速度。高い透水速度は、良好な土壌構造と排水性を示します。インフィルトロメーター（浸透計）試験が一般的に使用されます。
保水能力： 土壌が保持できる水の量。土性と有機物含有量に影響されます。実験室での分析によって決定されます。
地温： 生物活動と植物の成長に影響します。土壌温度計またはセンサーを使用して測定されます。

化学的指標：

土壌pH： 土壌の酸性度またはアルカリ度を測定します。養分の利用可能性と微生物活動に影響します。pHメーターまたは指示薬液を使用して測定されます。
電気伝導度（EC）： 土壌中の塩類の量を測定します。高いECは塩類集積の問題を示す可能性があります。ECメーターを使用して測定されます。
有機物含有量： 土壌中の有機物の量。土壌の健全性の主要な指標であり、養分の利用可能性、保水能力、土壌構造に影響します。強熱減量法または湿式酸化法によって決定されます。
養分レベル： 窒素（N）、リン（P）、カリウム（K）などの必須栄養素の濃度。さまざまな抽出法（例：リンに対するブレイP法）を用いた実験室分析によって測定されます。
陽イオン交換容量（CEC）： カルシウム、マグネシウム、カリウムなどの陽イオン（正に帯電したイオン）を保持する土壌の能力。養分の利用可能性に影響します。実験室での分析によって決定されます。
微量栄養素レベル： 鉄（Fe）、マンガン（Mn）、亜鉛（Zn）、銅（Cu）、ホウ素（B）、モリブデン（Mo）などの微量栄養素の濃度。これらは植物の成長に少量ながら不可欠です。特定の試薬で抽出した後、実験室分析によって決定されます。

生物学的指標：

土壌呼吸： 微生物が酸素を消費し、二酸化炭素を放出する速度。微生物活動の指標です。レスピロメーターを使用して測定されます。
微生物バイオマス： 土壌中の生きた微生物の量。土壌微生物群集の大きさと活動を反映します。クロロホルム燻蒸抽出法または他の方法によって決定されます。
酵素活性： 栄養循環と有機物分解に関与する土壌中の酵素の活性。酵素アッセイによって測定されます。例としては、デヒドロゲナーゼ活性、ホスファターゼ活性、ウレアーゼ活性などがあります。
ミミズの個体数： 土壌中のミミズの数と多様性。ミミズは土壌構造と栄養循環を改善します。手選別法または化学的抽出法（ホルマリン駆除法）によって決定されます。
土壌生物多様性： バクテリア、菌類、原生動物、線虫など、土壌に生息する生物の多様性。DNAシーケンシング、顕微鏡観察、または培養技術を用いて評価されます。
病原菌と害虫の存在： 土壌伝染性病原菌（例：フザリウム、リゾクトニア）や害虫（例：線虫、昆虫）の存在と量を特定します。さまざまなDNAベースの方法や培養法を用いて検出されます。

土壌健全性モニタリング技術

土壌の健全性を監視するためには、伝統的な野外観察から高度な実験室分析、リモートセンシング技術に至るまで、さまざまな技術が使用されます。

野外観察：

視覚的評価： 土壌の色、構造、植物の成長パターンを観察することで、土壌の健全性に関する貴重な洞察を得ることができます。これは初期評価のためのシンプルで費用対効果の高い方法です。
土壌断面記載： 土壌断面の異なる層（層位）を調べることで、土壌の発達、排水、養分分布に関する情報を明らかにすることができます。
浸透試験： インフィルトロメーター（浸透計）を用いて水が土壌に浸透する速度を測定します。
締固め試験： ペネトロメーター（貫入抵抗計）を使用して土壌の貫入抵抗を測定し、締固めのレベルを示します。
ミミズの計数： 定められた土壌領域内のミミズの数を推定します。

実験室分析：

土壌試験： 実験室で土壌サンプルを分析し、養分レベル、pH、有機物含有量、その他の化学的特性を決定します。土壌サンプルは慎重に、評価対象地域を代表するように採取する必要があります。
物理的分析： 実験室で土性、仮比重、保水能力、団粒安定性を決定します。
生物学的分析： 実験室で微生物バイオマス、酵素活性、土壌生物多様性を評価します。
汚染物質分析： 重金属、農薬、その他の汚染物質の存在について土壌サンプルを試験します。これは、産業活動や集約農業の歴史がある地域で不可欠です。

リモートセンシング：

衛星画像： 衛星データを使用して、広範囲にわたる土壌水分、植生被覆、その他の土壌健全性の指標を監視します。
航空写真： 航空写真を使用して、土壌侵食、排水パターン、作物の健康状態を評価します。
分光法： 分光計を使用して土壌表面からの光の反射率を測定し、これを有機物含有量や養分レベルなどの土壌特性に関連付けることができます。
LiDAR（光検出と測距）： レーザースキャンを使用して土壌表面の詳細な地図を作成し、土壌侵食や排水パターンの評価に使用できます。

センサーとデジタル技術：

土壌水分センサー： 土壌水分レベルを継続的に監視し、灌漑方法を最適化します。
養分センサー： 土壌中の養分レベルをリアルタイムで監視し、施肥を調整します。
pHセンサー： 土壌pHを継続的に監視し、酸性またはアルカリ性の問題がある領域を特定します。
気象ステーション： 温度、降雨量、その他の気象パラメータに関するデータを収集し、それらが土壌の健全性に与える影響を理解します。
データ分析と機械学習： センサーやその他のソースからの大規模なデータセットを分析し、パターンを特定し、土壌の健全性の傾向を予測します。

土壌健全性モニタリングプログラムの実施

成功する土壌健全性モニタリングプログラムを開発し実施するには、慎重な計画と実行が必要です。以下に主要なステップを示します：

目的の定義： モニタリングプログラムの目標を明確に定義します。異なる管理方法の影響を評価しようとしていますか？土壌劣化のある地域を特定しますか？炭素隔離率を追跡しますか？
指標の選択： プログラムの目的と地域の環境条件に基づいて、適切な土壌健全性指標を選択します。
サンプリング計画の策定： 収集されたデータが評価対象地域を代表することを保証するために、統計的に健全なサンプリング計画を設計します。サンプルサイズ、サンプリング場所、サンプリング頻度などの要因を考慮します。
サンプルの収集： サンプリング計画に従って土壌サンプルを収集し、データ品質を保証するために確立されたプロトコルに従います。すべてのサンプリング手順と場所を文書化します。
サンプルの分析： 標準化された方法を使用して実験室で土壌サンプルを分析します。実験室が認定されており、品質管理手順に従っていることを確認します。
データの解釈： モニタリングプログラムの目的の文脈で収集されたデータを解釈します。データを参照値やしきい値と比較して、懸念される領域を特定します。
調査結果の報告： モニタリングプログラムの調査結果をまとめた報告書を作成します。農家、政策立案者、一般市民を含む利害関係者に結果を伝えます。
管理方法の実施： モニタリングプログラムの調査結果に基づき、土壌の健全性を向上させるための適切な管理方法を実施します。
有効性の評価： 時間をかけて土壌の健全性を継続的に監視することにより、管理方法の有効性を評価します。望ましい結果を達成するために、必要に応じて管理方法を調整します。

土壌の健全性を向上させるための土壌管理方法

土壌の健全性を向上させるための管理方法は数多くあります。これらの方法は、土壌有機物の増強、土壌構造の改善、生物活動の促進に焦点を当てています。

保全耕起： 土壌の攪乱と侵食を最小限に抑えるために、耕起を減らすか、またはなくします。この方法は、土壌構造を維持し、有機物含有量を増やし、水の浸透を改善するのに役立ちます。例としては、不耕起栽培、減耕起、帯状耕起などがあります。
被覆作物の栽培： 土壌を侵食から保護し、雑草を抑制し、土壌の肥沃度を向上させるために被覆作物を植えます。被覆作物は休閑期間中や換金作物の間に植えることができます。例としては、ライ麦、エンバク、クローバー、マメ科植物などがあります。
輪作： 土壌の健全性を改善し、害虫や病気の問題を減らすために、異なる作物を順番に栽培します。輪作は、害虫や病気のサイクルを断ち切り、養分の利用可能性を改善し、土壌構造を強化するのに役立ちます。
堆肥と厩肥の施用： 有機物含有量を増やし、養分の利用可能性を向上させるために、堆肥や厩肥を土壌に加えます。堆肥と厩肥は、土壌の健全性を改善できる栄養素と有益な微生物が豊富です。
マルチング： 水分を保持し、雑草を抑制し、地温を調節するために、有機または無機の資材の層を土壌表面に適用します。マルチは土壌を侵食から保護するのにも役立ちます。
総合的養分管理： 環境への影響を最小限に抑えながら、作物のニーズを満たすように養分施用を最適化します。これには、有機肥料と無機肥料の組み合わせの使用、および施肥を調整するための土壌養分レベルの監視が含まれます。
アグロフォレストリー： 土壌の健全性を改善し、水を保全し、その他の利点を提供するために、樹木や低木を農業システムに統合します。アグロフォレストリーは、土壌侵食を防ぎ、栄養循環を改善し、生物多様性を高めるのに役立ちます。
等高線栽培： 土壌侵食を減らすために、傾斜地の等高線に沿って作物を耕作し植え付けます。等高線栽培は、土壌表面を流れる水の速度を遅くし、運び去られる土壌の量を減らすのに役立ちます。
段々畑： 土壌侵食を減らすために、傾斜地に一連の平らなプラットフォームを作成します。段々畑は、土壌表面を流れる水の速度を遅くし、土砂を捕捉するのに役立ちます。

土壌健全性モニタリングプログラムの世界的な事例

世界中の多くの国が、土壌の状態を評価し、持続可能な土地管理を促進するために、土壌健全性モニタリングプログラムを実施しています。以下にいくつかの例を挙げます：

米国： 天然資源保全局（NRCS）は、物理的、化学的、生物学的指標を含む包括的な土壌健全性評価の枠組みを開発しました。NRCSは、農家が土壌健全性管理方法を実施するための技術支援を提供しています。
欧州連合： 欧州土壌観測所（EUSO）は、ヨーロッパ全土から土壌データを収集・分析し、土壌健全性の動向を評価し、懸念される地域を特定しています。EUSOは、土壌政策の策定を支援し、持続可能な土壌管理方法を推進しています。
オーストラリア： 国家土壌健全性戦略は、オーストラリアの土壌資源を管理・保護するための枠組みを提供します。この戦略には、国中の土壌健全性指標に関するデータを収集する国家土壌モニタリングプログラムが含まれています。
中国： 国家土壌調査・モニタリングプログラムは、中国全土の土壌特性と土地利用に関するデータを収集します。このプログラムは、土地利用計画、農業管理、環境保護のための情報を提供します。
インド： 土壌健全性カード制度は、農家に彼らの土壌の栄養状態に関する情報と施肥の推奨を提供します。この制度は、バランスの取れた栄養管理を促進し、作物の収量を向上させることを目指しています。
ブラジル： ブラジル農牧研究公社（Embrapa）は、土壌の健全性に関する研究を行い、農家に技術支援を提供しています。Embrapaは、物理的、化学的、生物学的指標を含む土壌健全性評価の枠組みを開発しました。

土壌健全性モニタリングにおける課題と機会

土壌健全性モニタリングは数多くの利点をもたらしますが、克服すべきいくつかの課題もあります：

コスト： 土壌試験や実験室分析は、特に開発途上国の小規模農家にとっては高価になる可能性があります。
複雑さ： 土壌の健全性は複雑で動的なシステムであり、モニタリングプログラムから収集されたデータを解釈するのは難しい場合があります。
標準化： 土壌健全性モニタリング方法の標準化が欠如しているため、異なる地域や国々のデータを比較することが困難です。
データ管理： 土壌健全性モニタリングプログラムからの大規模なデータセットの管理と分析は困難な場合があります。
アクセシビリティ： 特に開発途上国では、一部の利害関係者にとって土壌健全性情報へのアクセスが制限される場合があります。

これらの課題にもかかわらず、土壌健全性モニタリングを改善する多くの機会もあります：

技術の進歩： リモートセンシング、センサー技術、データ分析の進歩により、土壌の健全性をより簡単かつ手頃な価格で監視できるようになっています。
能力構築： 土壌科学者、農家、その他の利害関係者が土壌の健全性を監視・管理する能力を構築するためのトレーニングおよび教育プログラムへの投資。
協力： 研究者、政策立案者、農家、その他の利害関係者間の協力を促進し、知識とリソースを共有し、効果的な土壌健全性管理戦略を開発する。
政策支援： 土壌健全性モニタリングを支援し、持続可能な土地管理方法を促進する政策の策定。
国民の意識向上： 土壌の健全性の重要性と持続可能な土地管理の利点についての国民の意識を高める。

土壌健全性モニタリングの未来

土壌健全性モニタリングの未来は、高度な技術の利用拡大、利害関係者間の協力強化、データ駆動型の意思決定への重点強化によって特徴づけられるでしょう。

精密農業： センサー、ドローン、その他の技術を使用して土壌の健全性と作物の状態をリアルタイムで監視し、農家が灌漑、施肥、害虫駆除について正確な決定を下せるようにする。
デジタル土壌マッピング： リモートセンシングやその他のデータソースを使用して土壌特性の詳細な地図を作成し、土地利用計画や農業管理に貴重な情報を提供する。
人工知能： AIを使用して土壌健全性モニタリングプログラムからの大規模なデータセットを分析し、パターンを特定し、土壌の健全性の傾向を予測する。
市民科学： 土壌サンプルの収集や観察結果の報告など、土壌健全性モニタリング活動に一般市民を参加させる。
ブロックチェーン技術： ブロックチェーンを使用して土壌健全性データを追跡し、食料供給チェーンにおける透明性と説明責任を確保する。

結論

土壌健全性モニタリングは、持続可能な農業、環境保護、そして世界の食料安全保障にとって不可欠です。土壌の健全性の主要指標を理解し、効果的なモニタリング技術を導入し、持続可能な管理方法を採用することで、私たちは土壌が将来の世代にわたって健全で生産的であり続けることを保証できます。技術が進歩し、協力が深まるにつれて、土壌健全性モニタリングの未来は明るく、土壌管理を改善し、より持続可能な世界を促進する新たな機会を提供します。この世界的な手引きは、私たちの土壌という重要な資源を保護し、向上させることに専念する個人、組織、政府のための包括的なリソースとして役立ちます。