Buffalo Grazing Effects on the Physical–Mechanical Quality and Load-Bearing Capacity of Hydromorphic Riparian Soils in the Brazilian Atlantic Forest​

ブラジルの大西洋岸森林の低地にある谷間では、土地が自然に湿っており、土壌がしばしば飽和状態に近い場所で、地面の健康をめぐる静かな戦いが繰り広げられています。これは武器による戦争ではなく、重さと水の戦いです。これらの氾濫原の土壌は水形態的であり、つまり水の存在によって形作られているため、柔らかく圧縮されやすい性質を持っています。重い動物がこの湿った大地の上を歩くと、その蹄が地面を押し下げ、土壌の中の小さな空気の隙間を押し出し、粒子をより密に詰め込んでしまいます。コンパクション（締固め）として知られるこのプロセスは、スポンジのように呼吸する地面を、硬く緻密な板へと変えてしまいます。そこで育つ植物にとって、これは災厄です。根が硬くなった土を突き抜けることができず、水が浸透することもできなくなるため、流出と浸食を招くからです。農家や生態学者は、これらの敏感な湿潤地域で大規模な家畜の群れを飼育することが、生態系の基盤そのものを破壊しているのではないかと長年懸念してきましたが、どの程度のダメージが発生し、水分量がどのように結果を左右するかを正確に測定することは困難でした。

サンパウロ州立大学の研究者たちは、リベイラ渓谷における水牛の放牧に注目することで、この特定の問題を調査することにしました。水牛は非常に大きな動物であり、体重はしばしば400キログラムから800キログラムに達し、その圧倒的な大きさゆえに、足下の地面に対して多大な圧力を加えます。研究チームは、これらの群れの管理方法の違いが、土壌の物理的な強度と安定性にどのように影響するかを理解したいと考えました。彼らは、この地域に一般的で排水性が悪いことで知られるディストリック・グレイソル（Dystric Gleysol）と呼ばれる特定の種類の土壌に焦点を当てました。明確な全体像を得るために、彼らは単一の農場における4つの異なるシナリオを比較しました。それは、一度も放牧されたことのない手つかずの原生林の区画、30年間軽放牧が行われてきたエリア、20年間集中的に放牧が行われてきたエリア、そしてわずか1年間、集中的な放牧用に転換されたばかりのフィールドです。蹄が当たる表層と、そのすぐ下の層という2つの異なる深さで土壌をテストすることで、科学者たちは動物によるストレスがどのように地面を通じて伝わるのかを観察することができました。

研究者たちは単に外部から土壌を観察しただけではありません。彼らはサンプルを持ち帰り、研究所でその機械的な限界をテストしました。彼らは、地面がどれほど締固められたかを明らかにするテストである、金属製のプローブを土の中に押し込む際の硬さを測定しました。これは、雨季を模した非常に濡れた状態と、より乾燥した状態の2つの条件下で行われました。また、土壌サンプルを機械で押しつぶし、地面が永久に変形する前にどれだけの重さに耐えられるかを調べる圧縮試験も行いました。この「耐荷重能」は、土壌が跳ね返るのをやめて押しつぶされ始める地点を教えてくれます。最後に、雨が当たったときに土壌がどれほど容易に洗い流されるか、すなわち侵食性（エロジビリティ）を計算しました。これらの数値を現実的なものにするために、彼らは泥の中に残された水牛の実際の足跡までも測定し、写真を用いて蹄と大地の間の正確な接触面積を算出することで、各動物が地面に及ぼす正確な圧力を決定しました。

結果は、水と重さがどのように相互作用するかについて、明確かつ懸いる状況を描き出しました。研究によれば、土壌に含まれる水の量が、強さを制御する最も重要な要因でした。土壌が濡れているとき、それは非常に柔らかくなり、多くの重さを支えることができなくなりました。土壌が乾燥すると、抵抗力は著しく増し、貫入に対する抵抗が高まりました。しかし、土地の履歴も同様に重要でした。家畜によって一度も踏みつけられたことのない原生林の土壌は、最も強く弾力性があり、濡れていてもその構造をよく維持していました。対照的に、20年間にわたり集中的な放牧が行われてきた土壌は、最も深刻な劣化を示しました。この長期的な放牧によって土壌は非常に脆弱になり、特にダメージが蓄積した深い層において、激しい雨の際に洗い流されやすくなっていました。

おそらく最も衝撃的な発見は、異なる放牧システムが水分に対してどのように反応するかという点でした。自然植生の下にある土壌は高い耐荷重能を維持し、安定した基礎として機能していました。家畜は存在するものの過密ではない半集約的な放牧システムでは、中間的な安定性が見られました。しかし、特に20年間の集中的な放牧が行われたシステムでは、水分の変化に対して極めて敏感でした。土壌が濡れているとき、これらのエリアは構造的な完全性をほぼ完全に失い、柔らかくなり、永久的な損傷を受けやすくなりました。研究者たちは、集中的に放牧されたエリアの土壌は非常に高度に締固められており、濡れているときには動物の蹄に対してほとんど抵抗を示さないことを観察しました。これにより、地面が柔らかくなり、動物がより深く沈み込み、ダメージが悪化するという循環が生じています。また、研究チームは、最近転換された放牧地においてもすでにストレスの兆候が見られることを指摘しており、これは森林が伐採され動物が導入された直後からダメージが始まることを示唆しています。

チームは、重い水牛と水形態的な湿潤土壌の組み合わせが、環境破壊のための「完璧な嵐」を生み出すと結論付けました。動物の巨大な重量と、これらの氾濫原の土壌における自然な排水性の欠如が組み合わさることで、乾燥した環境よりもはるかに速く締固めのプロセスを加速させます。研究は、注意深い管理なしに大規模な群れをこれらの湿地に維持する伝統的な慣習は持続不可能であることを示唆しています。データは、これらの河畔生態系の健全性を守るためには、農家が土壌が飽和状態に近いときに動物を放牧することを避けるべきであることを示しています。動物の数を調整し、地面に回復の時間を与えるためにローテーションを行うことで、地面への圧力を軽減することが可能です。この研究は、水牛の飼育がこの地域において重要な経済活動である一方で、それは湿った大地の物理的な限界に対する深い敬意とバランスを取らなければならず、それによって地面が家畜と、そこに依存する森林の両方を支えるのに十分な強さを保てるようにしなければならないことを裏付けています。