土壌バイオマントル
有機物が豊富な土壌の上部は生物撹乱を受けています

土壌バイオマントルは、いくつかの方法で記述・定義することができます。最も簡単に言えば、土壌バイオマントルとは、有機物に富んだ生物撹乱を受けた土壌上層部であり、ほとんどの生物が生息し、繁殖し、死滅し、同化される表土を含みます。したがって、バイオマントルは、主に有機活動の産物である土壌上層部であり、生物撹乱が支配的なプロセス である領域です。

土壌生物擾乱は主に3つのサブセット、すなわち動物擾乱（動物の巣穴形成）、花卉擾乱（根の成長、樹木の根こぶ）、そして菌類擾乱（菌糸の成長）から構成されます。これら3つのプロセスはすべて、土壌母材の成層崩壊、混合、そして多くの場合は粒径の選別を促進し、他のプロセスと相まって土壌とその層位の形成につながります。一般的な用語である「生物擾乱」は主にこれら3つの混合プロセスを指しますが、特に断りのない限り、動物擾乱（動物の巣穴形成）と同義語として一般的に使用されます。[1] [2] [3] [4]

1層および2層のバイオマントル、土壌石層（石列）

バイオマントルには、表土、つまり土壌のA 層と、存在する可能性のあるその下の明るい色の (E) 層も含まれます。典型的な AEBC 層とプロファイルを持つ中緯度および亜熱帯の土壌では、バイオマントルは通常、B 層より上の部分です。動物による土壌粒子のバイオソーティングによってストーンレイヤー層 (SL)が形成された砂利質の母材では、ストーンレイヤー (SL) の基部がバイオマントルの基部を定義します。[5]基底ストーンレイヤーを持つバイオマントルは、粒子サイズが不均一な母材 (細粒と砂利の混合物) で形成される 2 層のバイオマントルです。ストーンレイヤーのないバイオマントルは、均質な材料 (ほぼ均一なサイズの砂、黄土、または砂利)で形成される 1 層のバイオマントルです。 2層構造の場合、中緯度および一部の亜熱帯土壌の土壌断面層位表記はAE-SL-BCであり、AE-SL層位がバイオマントルを構成する。[6] [7]

熱帯土壌では、大量の土壌を地表に移動する活発な深層生物擾乱因子（アリ、シロアリ、ミミズなど）が多数存在するため、中緯度型Bt（粘土質）層が欠如していることが多いため、層位の表記はM-SL-Wで、Mは鉱物質土壌（拡張表土）、SLは石層、Wは下層の風化帯またはサプロライト帯である。[6] [8] [9]この熱帯土壌体系では、M層が主要なバイオマントルであり、SL層がその基底を構成している。石層は、熱帯土壌のほとんど、あるいは中緯度土壌の多くにおいて、バイオマントルの基底を占めている。存在する場合、それらはしばしば土壌水の移動と貯留のための地下の「フレンチドレーン」として機能する。 [7]

バイオマントルと水土壌学のプロセス

土壌バイオマントルは生物擾乱の主な領域であるため、常に透水性が高く、密度が低い。そのため、環境においていくつかの重要な水文学的土壌学的役割を果たしている。例えば、バイオマントルは、しばしば豊富に存在するバイオチャネルと相互接続されたバイオポアを通して、雨水や雪解け水の下方への浸透を促進する。また、バイオマントルが粘土に富むBt（粘土質）層、あるいはその他の高密度の基層（例えば、デュリパン、フラジパンなど）や岩盤の上に形成される場合、斜面下方への土壌水（貫通流、間隙流）の移動も促進する。これらの層はいずれも、一般的に土壌水の鉛直方向の流れに対する帯水層または難透水性障壁として機能する。このような場合、ストーンレイヤーが存在すると、実際には自由水の流れのための帯水層として機能する可能性がある。したがって、土壌ストーンレイヤーが露出している斜面では、Bt層より上方に土壌水の浸透が見られることは珍しくない。地下水の涵養は、これらのバイオマントル関連のプロセスのいずれかを通じて起こり得る。もちろん、涵養は、干ばつの間など土壌が著しく乾燥して収縮したときにも起こり、干ばつを終わらせる降雨の直後に一時的に垂直漏出が起こる可能性がある。[10]

土壌圏、臨界帯、バイオマントルの相互関係

ペドスフェア（土壌圏）は、地球の5つの大きな「圏」が相互作用する惑星の境界面です。これらは、大気圏、生物圏、水圏、岩石圏、そしてペドスフェアです。近年の概念的枠組みである「クリティカルゾーン」は、地球の表層および表層付近の生命維持プロセスのほとんどが機能する領域を包含しています。[11]実践と理論において、クリティカルゾーンは基本的にペドスフェアと同義であり、「バイオマントル」は最上層のクリティカルゾーン、すなわちペドスフェア（表皮層、ほとんどの生物が生息する層）を包含します。[12] [13] [14]

バイオマントルの厚さの緯度差

中緯度の土壌では、生物擾乱のほとんどが比較的浅く、季節的であり、生物擾乱要因も少ないため、バイオマントルは比較的薄く、厚さは1～2メートル未満であることが多い。しかし、湿潤で侵食的に安定した熱帯および亜熱帯地域では、土壌の生物移動量が多く、より深い生物擾乱が発生する。また、生物擾乱は年間を通して発生し、より無脊椎動物（シロアリ、アリ、ミミズなど）によって行われるため、バイオマントルはより厚くなることが多く、5～6メートル、あるいはそれ以上の厚さになることもある。[15]このような土壌がサプロライトの生成と連動して形成される場合、バイオマントルは構造化された（生物擾乱を受けていない）サプロライトの上にある生物擾乱を受けた層であり、その基底は通常、石層によって定義される。深くて大きな体積の生物擾乱生物が生息するほとんどの亜熱帯および熱帯地域、および南アフリカのような一部の中緯度地域では、[16] [17] [18]構造化されたサプロライトの上にあるこのような厚い2層のバイオマントル（石層を含むもの）は非常に一般的です。

土壌全体のバイオマントル

一部の砂漠土壌、中程度から急勾配の山岳土壌の多く、近年侵食された多くの岩盤土壌、その他様々な土壌において、バイオマントルが土壌全体を構成しています。つまり、バイオマントルの下部には土壌層も風化帯もありません。このようなバイオマントルは、土壌全体からなるバイオマントルです。[要出典]

バイオマントルのバイオファブリック

当初の定義では[19] 、バイオマントルは少なくとも50%のバイオファブリックを含まなければならないとされていました。この基準は、無脊椎動物（アリ、ミミズ、シロアリ）が生産する、小さく、しばしばペレット状のマイクロバイオファブリックおよびメソバイオファブリックを指し、通常は手持ちレンズまたは高倍率（土壌薄片）で観察されます。しかし、この基準は、一部のバイオマントルで生産されるメガバイオファブリック、すなわち小型から大型の穴掘り脊椎動物（げっ歯類、アナグマ、ツチブタ、ゾウ）や樹木の根こそぎによって生産される、塊状で塊状の表層土壌堆積物の場合、意味をなさなくなります。

土壌バイオマントルと考古学

いくつかの成層洞窟遺跡と、考古学的資料があまりにも急速に堆積したために生物攪乱とその結果生じた成層崩壊が堆積のペースに追いつかなかったまれな屋外遺跡を除けば、世界の先史時代の文化資料のほとんどは土壌バイオマントルに存在します。[20] [21]そのような資料はこのように混ざり合っており、技術的にも理論的にも元の文脈から外れています。[22]多くの文化資料（包丁、チョッパーの芯石、メタテ、マノス、乳棒など）は、そのような遺跡のほとんどの主要な生物攪乱者（小型のげっ歯類、アリ、シロアリ、ミミズ）の巣穴の直径よりも常に大きいため、下方に沈降して石層を形成し、こうして2層のバイオマントルの一部になります。[23] [24] より小さな遺物（剥片、堆積物）は、しばしば上部バイオマントル全体で均質化しており、ポケットホリネズミ、モグラ、モグラネズミによって生成されたものなど、最近の生物撹乱による土砂堆積物でよく見られます。[25] [26]ダーウィン に始まり、ミミズは多くの大陸や島々の土壌バイオマントルや人間の遺物の主要な生物撹乱者として認識されてきました。[27] [28] [29] [30] [31] [32]

古代土壌バイオマントル（古バイオマントル）

土壌バイオマントルと土壌は、生命が陸上に居住し始めた頃から形成されてきました。[33]この興味深いテーマに関する正式な研究はほとんど行われていませんが、重要な第一歩が踏み出されつつあります。[34] [35] [36]

動的侵食、生物撹乱、土壌バイオマントルの形成

バイオマントルは、有機物に富む表層付近の層であり、そこでは生物擾乱が支配的なプロセスであり、他の生物学的プロセスやより伝統的な土壌プロセス（例えば、有機物の生成、溶脱・堆積、風化・生化学的変化、風水による侵食・堆積、凍結・融解、膨張・収縮、収縮・膨張、重力移動、地質化学的・毛細管現象による地表吸上・降水など）は通常は従属的である。「動的侵食」という表現は、これらすべてのプロセスを総括したもので、一般的には生物擾乱と有機物の影響が支配的である。[2]

土壌形成における植物の役割は、農業的にも林業的にも間違いなく大きく、地形学者、土壌学者、土壌科学者、農家、園芸家などによって十分に認識され、かなりよく理解されています。[37] [38] [ 39] [40] [41]しかし、土壌形成、土壌と土壌層の生成、さまざまな土壌景観実体（バイオマントル、ミママウンド、ストーンラインなど）の生成における動物の役割は、最近までほとんど理解されていませんでした。[14] [42] [43] [44]

ウィルキンソンとハンフリーズは、「生物擾乱は多くの土壌で最も活発な土壌生成プロセスであるようだ」という証拠を示している。[3]おそらくその通りだが、数十年にわたる研究は、ほとんどの土壌の上部では生物擾乱が支配的なプロセスであることを強く示唆している。注目すべき例外としては、収縮膨張と凍結融解のプロセスがそれぞれ支配的であると思われるバーティソルとクリオソルが挙げられる。

3つの注目すべき生物撹乱サブプロセスとそれに伴う粒子粉砕

土壌生物撹乱は、土壌上層の3つの分解および組織化サブプロセスから構成され、これらのサブプロセスは重複する可能性があり、粒子の摩耗と粒径の縮小（いわゆる「粒子粉砕」）を総合的に促進します。3つの生物撹乱サブプロセスは、バイオミキシング、バイオトランスファー、バイオソーティングです。

バイオミキシングとは、表層、浅層、中層に穴を掘る脊椎動物によって引き起こされる土壌攪乱を指します。具体的には、げっ歯類（ホリネズミ、トゥコアチュコ、モグラネズミ）、食虫類（モグラ）、イタチ科（アナグマ）、イヌ科（オオカミ、コヨーテ、キツネ）、有袋類（モグラ、ウォンバット）、ツチブタ、アルマジロ、ブタ、その他類似の生物などが挙げられます。動物による攪乱が主流ですが、樹木の根こそぎによる攪乱も依然として重要なプロセスです。

バイオトランスファーとは、動物、脊椎動物、無脊椎動物による土壌の地表、バイオマントル内、または下層からの移動を指します。バイオトランスファーはあらゆる穴掘り動物によって起こり得ますが、この用語は、アリ、シロアリ、ミミズなど、いわゆるベルトコンベアのような深い穴を掘る動物に最も当てはまります。例えば、シロアリは、風化または未風化の母材に何メートルも深く穴を掘り、湿った土壌を集めて地表の塚（シロアリの巣）を作ります。アリ、特にハキリアリは、無数の多目的地下室を掘削する過程で、膨大な量の土壌を地表にバイオトランスファーすることができます。このプロセスでは、毎年膨大な量の土壌と堆積物が熱帯・亜熱帯の地形、さらには一部の中緯度の地形（テキサス州、ルイジアナ州など）に生物学的に移行し、安定した（傾斜の緩やかな）表面に著しく厚いバイオマントルを形成します。

バイオソーティングとは、典型的には砂利質（混合粒子）土壌における粒子の選別を指し、バイオマントルの基部にストーンレイヤー（SL）層の形成につながり、結果として2層のバイオマントルが形成される。このプロセスは動物が穴を掘ることから始まり、穴の直径より小さい土壌粒子のみが移動される。より大きな粒子は下方に沈み、より小さな粒子はその下から上方に移動する。ストーンレイヤー（SL）は、生物擾乱生物の数、および穴掘りの強度とスタイルにほぼ比例する速度で形成される。ベルトコンベア状の土壌無脊椎動物（アリ、シロアリ、ミミズなど）は、ほとんどの熱帯、亜熱帯、および一部の中緯度の土壌における主要なバイオソーターであるため、多くの土壌に砂利が含まれている場合は、深い2層のバイオマントルを形成することが多い。一方、小型の掘り出し物脊椎動物（ホリネズミ、モグラ、トゥコトゥコなど）は、多くの中緯度土壌、特に砂漠、草原、ステップ地帯において、優占的な生物選別者となる傾向があります。米国北東部や西ヨーロッパのようなより湿潤な地域では、ベルトコンベアアリやミミズが優占あるいは共優占していると考えられます。

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