**タイトル:** 地震科学者が実験農場で示した、過剰耕作が土壌を弱体化させるメカニズム *主要な発見:* - 過剰耕作は自然の土壌構造を乱し、結合力を低下させ侵食に対する感受性を高めます。 - 実験農場で得られたデータによれば、頻繁な深耕は土壌有機物含量を減少させ、その結果地震エネルギーを吸収する能力が低下します。 - 科学者は土壌の健全性を維持し、地震被害リスクを軽減するためにノートイルまたは減耕作業の採用を推奨しています。

ジョー・コリンズ氏のフィールド（ハーパーアドムス大学近郊）の実験用土地図は、ワシントン大学研究者が農業地震学実験に協力するために移動した場所を示しています。実験では耕作が土壌水分に与える影響を調べました。写真：Marine Denolle／ワシントン大学

（左から右へ）エサン・ウィリアムズ、ジョー・コリンズ、サイモン・ジェフリーの三名は、ハーパーアドムス大学近郊でテスト用畑の表面直下に光ファイバーケーブルを敷設しています。写真：Marine Denolle／ワシントン大学

優秀な共同著者であるMarine Denolle（ワシントン大学地球・宇宙科学准教授）は、雨の日の実験畑前で娘キャサリンと共にポーズを決めています。写真：Marine Denolle／ワシントン大学

かつてワシントン大学で博士後期研究員だったエサン・ウィリアムズは現在、UC サンタクルスの准教授です。彼は実験農場で非常に携帯性の高いDASデータ収集システムを使用しています。写真：Marine Denolle／ワシントン大学

耕作（またはタイル）は、古くからある農業技術で、土壌表面層をひっくり返し、新しい土を露出させることで植え付けの準備をします。この方法は水分と栄養素の循環を改善することを目的としており、今日でも人気がありますが、土壌劣化への懸念から、土壌に負担をかけない再生的手法へ戻る人もいます。

ワシントン大学主導の新研究では、地震モニタリング用に設計された手法を使って耕作が土壌水分と保水性に与える影響を調査しました。研究者たちは英国の実験農場で畑側に光ファイバーケーブルを敷設し、異なる量の耕作やトラクタタイヤによる圧縮が加わった畑の地面振動を記録しました。

この研究は3月19日に『Science』誌に掲載されました。結果は、耕作と圧縮が土壌内の精巧な毛管ネットワークを乱し、土壌が自然のスポンジのような性質を失うことを示しています。「この研究は、人類最古の農業活動の一つである耕作プロセスが土壌構造にどのように影響し、水分吸収に変化をもたらすかについて明確な説明を提供します」と共同著者David Montgomery（ワシントン大学地球・宇宙科学教授）は述べています。

耕作と土壌劣化との関係は長い間確認されていましたが、その根拠は十分に強固ではありませんでした。「直感に反する」とモンタゴメリー氏は語ります。耕作は水分が植物の根へ到達できる穴を作るはずですが、実際には土壌内の小さなチャンネルを破壊し、雨が表面にたまって泥状の硬化層を形成します。この現象は時間とともに侵食や洪水リスクを高めます。研究者たちは地震学的手法でこのプロセスを詳細に観測しました。

過去10年ほど、物理科学者たちは光ファイバーケーブルネットワークを遠隔観測に利用する方法を模索してきました。彼らは分布型音響センシング（DAS）と呼ばれる技術を用いて、ケーブルのひずみから地面振動を記録します。この技術は非常に感度が高く、物質内で音波が伝わる速度―すなわち地震速度―も捉えることができます。

土壌が濡れると地震速度は変化します。泥の中では乾いた土よりも音速が遅くなるためです。「私たちは、異なる処理条件下で土壌が環境変動にどう反応するかを理解するために、地震ツールを利用できるかどうか調べたかった」と優秀な共同著者Marine Denolleは語ります。

英国ノーペンツ近郊の実験農場（ハーパーアドムス大学に所属）は、この実験に理想的なテスト環境でした。畑は20年以上にわたり一貫した耕作を受けた行列で構成されており、無耕作行列、10 cm深さの耕作行列、25 cm深さの耕作行列があります。また、トラクタタイヤ圧力を変えることで耕作による圧縮も調整しました。

「すでに行われた自然実験を活用し、まだ測定されていなかったデータを収集した」とモンタゴメリーは述べます。研究者たちは光ファイバーケーブルで畑を覆い、40時間連続の地面振動データを取得し、同期間内の天候データ（軽度から中程度の降雨と温和な気温）と組み合わせました。

「自然に発生する地面振動は非常に環境要因に敏感であり、降水量も含まれることがわかりました」とリード著者であるQibin Shi（元ワシントン大学地球・宇宙科学博士後期研究員、現在中国科学院）は語ります。彼らは各耕作戦略が土壌の降雨応答にどのような影響を与えるかを、研究サイト間での地震速度トレンドを比較することで明らかにしました。Shiはデータ処理と土壌水分との関係性を理解するためにさまざまなモデルを開発しました。

この手法はシンプルでコストが低く、従来のモニタリングツールよりも遥かに高い空間・時間解像度を提供します。研究者たちは、農家が土地管理を行う際やリアルタイム洪水警報、気候モデルの大気中水分推定精度向上、液状化リスク情報を含む地震危険図の改善に役立つと考えています。

追加共同著者には、Abigail Swann（ワシントン大学大気・気候科学教授）、Nicoleta C. Cristea（ワシントン大学土木・環境工学研究助手教授）、Ethan Williams（カリフォルニア大学サンタクルス校）、Nan You（旧ペンデュー大学）などが含まれます。Simon Jeffery、Joe Collins、Ana Prada Barrio、Paula A. Misiewicz（ハーパーアドムス大学）、Tarje Nissen‑Meyer（エクセター大学）も参加しています。

本研究はThe Pan Family Fund、Murdock Charitable Trust、UW College of the Environment Seed Fund、David and Lucile Packard Foundation、およびNational Environmental Research Councilの横断的研究能力助成金により資金提供されました。

詳細についてはDenolle氏（mdenolle@uw.edu）までお問い合わせください。