植生土壌における土壌乾燥割れとその特性．観点からのレビュー

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Sci. Total Environ..2020 Aug;729:138760. S0048-9697(20)32277-4. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.138760.Epub 2020-04-20.

植生土壌における土壌乾燥割れとその特性．観点からのレビュー

Soil desiccation cracking and its characterization in vegetated soil: A perspective review.

Sanandam Bordoloi
Junjun Ni
Charles Wang Wai Ng

PMID: 32498161 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.138760.

抄録

植生されたインフラにおける表面乾燥亀裂の形成と伝播には、不飽和土壌力学、大気条件、植生パラメータなどの連成因子が関与している。植生は、根の補強だけでなく、植物が誘引した吸引により、乾燥亀裂の発達に「愛憎」の関係を誘導する。本論文の目的は、土壌-水-植物相互作用の文脈において、乾燥化プロセスを包括的に検討した最先端の研究成果を提供することである。本論文では、まず、文献に記載されているき裂の発生・進展に関する基礎理論を不飽和土壌力学の観点から論じ、その後、植生がき裂の発生・進展に及ぼす影響を検討した。その後、蒸散誘起吸引、根の補強、植栽戦略、根の滲出液、基本的な植物の形質に基づいて、土壌ひび割れに対する植生の影響について体系的に議論する。また、実験室やフィールドでの研究を含め、乾燥亀裂の測定方法について、侵入型と非侵入型の測定方法を紹介した。様々な乾燥モデルの流派についても簡単に触れられている。本レビューでは、土壌の種類、植生被覆、乾燥-湿潤サイクル、亀裂を特徴づけるアプローチ、サンプルサイズ、亀裂パターン、透水性、保水性を考慮した、乾燥亀裂に関する150件以上の研究を集計した。また、測定に関する考察、地盤工学的な遠心力モデルの利用、生物学的な改良、乾燥ひび割れに対する植物の影響などを含む将来のスコープも提示されている。

The formation and propagation of surface desiccation cracks in vegetated infrastructures involve coupled factors including unsaturated soil mechanics, atmospheric conditions and vegetation parameters. Vegetation induces a "Love-hate" relationship in the development of desiccation cracks due to plant induced suction as well as root reinforcement. The objective of the paper is to provide a state-of-the-art that comprehensively reviews the desiccation process in context of the soil-water-plant interaction together. At first, basic theories of crack initiation and propagation in literature are discussed in the context of unsaturated soil mechanics. Thereafter, influence of vegetation on soil cracking is discussed systematically based on transpiration induced suction, root reinforcement, plantation strategy, root exudate and basic plant traits. Intrusive and non-intrusive measurement approaches of desiccation cracks including lab and field studies are put forward. Various schools of desiccation models have been briefly touched upon. More than 150 studies on desiccation cracks have been tabulated in this review, considering soil types, vegetation cover, drying-wetting cycles, approaches of characterizing cracks, sample size, crack pattern, hydraulic conductivity and water retention. Future scopes involving measurement considerations, usage of geotechnical centrifuge modelling, bio-amendments and plant effects on desiccation cracking have been put forward.