Spatial Variability of soil along Toposequance in the Workaria Watershed, South Wollo Zone, Ethiopia

技術要約：エチオピア、南ウォロ・ゾーン、ウォカリア流域における地形シーケンスに伴う土壌の空間変動性

問題提起
エチオピアの南ウォロ・ゾーンに位置するウォカリア流域は、険しい地形、森林減少、過放牧、および洪水に起因する土壌劣化、侵食、および肥沃度の低下という課題に直面している。土壌は持続可能な開発に不可欠な動的かつ不均質な資源であるが、この特定の地域における土壌養分の空間的変動性と地形的位置との関係に関する統合的な情報は限られている。これらの変動を理解することは、持続可能な開発目標（SDG 2：飢餓をゼロに、SDG 15：陸の豊かさも守ろう）を達成するために極めて重要であるが、効果的な土地利用計画には、現在不足しているサイト固有のデータが必要である。

方法論
本研究では、375ヘクタールのウォカリア流域における土壌特性を特徴付け、その空間分布をマッピングするために、体系的なアプローチを採用した。

• 研究デザイン： 流域を、上部斜面（勾配30%）、中部斜面（8–30%）、下部斜面（0–8%）の3つの明確な地形位置に分類した。
• サンプリング戦略： グリッドベースのオーガーサンプリング法を用いた。316 m × 316 mのグリッドサイズを用いて、ArcGISにより32箇所のオーガー採取点を事前に定義した。各グリッド点において、混合サンプルを作成するために、深さ0–20 cmから4つのサブサンプルを採取した。
• ペドン（土壌断面）の記述： 上部、中部、下部の景観位置に対応する3つの代表的なペドンを選択した。これらは、200 cm（または基岩に達するまで）の深さまで現地で記述され、特定されたすべての遺伝的層位からサンプルが採取された。
• 室内分析： 土壌サンプルは、形態的特性、粒径分布（ヒドロメーター法）、容積密度、pH、電気伝導度（EC）（有機炭素：Walkley-Black法）、全窒素（Kjeldahl法）、有効態リン（Olsen法）、および交換性陽イオン（Ca、Mg、K、Na）の分析に供された。陽イオン交換容量（CEC）および塩基飽和度も算出された。
• 分類およびマッピング： 土壌は世界参照基層（WRB）システムに従って分類された。空間的変動性は、正規性テスト（Shapiro-Wilk）の後、ArcGIS 10.4における地統計学的手法（クリギング補間）を用いて分析された。サイト固有の管理マップを作成するために、加重オーバーレイ法が使用された。

主な結果

• 土壌分類と分布： 地形位置と強く相関する3つの主要な土壌型が特定された：
  • カンビソル（Cambisols）： 流域の55.2%（206.9 ha）をカバーし、上部斜面のポジションを支配している。
  • ルヴィソル（Luvisols）： 32.4%（121.4 ha）を占め、主に中部斜面に存在する。
  • バーティソル（Vertisols）： 12.3%（46.2 ha）を占め、低地でほぼ平坦な領域に位置している。
• 物理的特性： 全地形位置を通じて、土壌テクスチャは主に粘土から重粘土であった。容積密度は0.97から1.78 g/cm³の範囲であった。
• 化学的特性：
  • pH： 5.42から7.53の範囲であり、特に表層層は5.61から7.53であった。土壌反応は上部および中部斜面では弱酸性であったが、下部斜面では中性であり、一般に深さが増し、斜面勾配が緩やかになるにつれて増加した。
  • 有機炭素（OC）および窒素（TN）： OCレベルは一般に低〜極めて低（1.95–3.41%）であったが、TNは中〜高（0.17–0.29%）の範囲であった。OCとTNの間には強い相関が見られた。
  • 有効態リン（Av. P）： 4.03から9.04 mg/kgの範囲であり、流域全体で極めて低い〜低いと分類された。
  • 交換性塩基： 交換性カリウム（K）は高い変動性（CV = 61.49%）を示し、流域北部の小面積（26.7%）において、交換性Kおよび全窒素の両方が低い値を示した。カルシウム（Ca）およびマグネシウム（Mg）は一般に中〜高であった。
  • CECおよび塩基飽和度： CECは非常に高く（52.2–62.22 cmol(+)/kg）、これは粘土に富む母材に起因する。しかし、塩基飽和度（PBS）は低く（21.14–28.25%）、塩基性陽イオンの著しい溶脱を示していた。
• 空間的変動性： 地統計学的分析により、pH、Ca、Mg、CEC、および塩基飽和度が最も変動性が低く、Kが最も変動性が高いことが明らかになった。有効態PおよびOCは中程度の空間依存性を示した。

意義および主張
本論文は、地形シーケンス駆動型の土壌再分配プロセスが、ウォカリア流域における土壌特性および肥沃度状態の主要な制御要因であると主張している。本研究は、当該地域の作物生産における主要な制限要因である土壌有機炭素および有効態リンの広範な欠乏を示す重要なベースラインデータを提供している。

著者らは、生成された空間分布マップおよびサイト固有の管理推奨事項が、以下のための科学的基礎を提供すると断言している：

1. ターゲットを絞った介入： 農家や普及サービスが、一律の施用ではなく、特定の養分欠乏に基づき、肥料（特にP、N、K）や有機資材を適用することを可能にする。
2. 持続可能な土地管理： 侵食を受けやすい上部斜面などの脆弱な地点を特定し、保全活動を実施する。
3. SDGへの適合： エビデンスに基づいた養分管理を通じて農業生産性を最適化することで、SDG 2（飢餓をゼロに）に直接貢献し、また、SDG 15（陸の豊かさも守ろう）を通じて、陸域生態系の持続可能な管理と土壌回復を促進する。

本研究は、土壌テクスチャは比較的均一であるものの、肥沃度状態は景観位置によって大きく変動するため、地域の食料安全保障と環境の持続可能性を確保するために、差別化された管理戦略が必要であると結論付けている。