緑肥作物:健全な土壌を作り、作物の収穫量を増やすカバークロップの仕組み

緑肥作物:健全な土壌を作り、作物の収穫量を増やすカバークロップの仕組み 生物学

増え続ける人口に対応するために、世界中の農家が作物の収穫量や栄養価の向上を目指しています。

しかし、気候変動が農業システムに悪影響を及ぼしている現在、これは特に難しい課題です。

オクラホマ州立大学のLynn Brandenberger博士とJoshua Massey博士は、このような差し迫った問題に対処するため、土壌の健全性と作物生産の関連性に注目しています。

最近では、カバークロップが土壌の健康状態を大幅に改善し、結果的に作物の収穫量を増加させることを実証しました。

土壌の健康=作物の健康

土壌の健康=作物の健康

米国では、信頼できる農作物の産地であった多くの地域で、食糧生産に使える面積が減少しています。

これは、都市部のスプロール化1都市計画がほとんど実行されなかった結果として、住宅、商業開発、道路などが、都市周縁の広範な地帯に無秩序に拡大することによる農地の消失、米国西部の干ばつ、従来の農法の高コスト化など、さまざまな原因によるものです。

さらに、機械的に大地を耕すことを継続的に行うことで、土壌の有機物が失われ、土壌の生産性が低下し、その結果、生産性の高い農場が失われているのです。

そのため、米国の農家では、より持続可能なアプローチで土壌を管理する方法を検討し始めています。

土壌の健全性とは、土壌の化学的、物理的、生物的特性の組み合わせと考えることができます。

大量の肥料を使用したり、耕したり、収穫期の間に土がむき出しになっている期間があると、土壌中の栄養素や炭素の量など、土壌の化学的性質が変化してしまいます。

実際、従来の耕さない農業では、土壌の利用可能な栄養素はすぐに減少し、ほとんどの作物を支えることができません。

また、土壌の健康に重要な物理的特性(保水力など)、化学的特性(栄養素の保持・利用可能性など)、生物的特性(土壌微生物の多様性など)も、従来の不耕起栽培では低下します。

植物や動物の分解物である土壌有機物は、土壌の健全性の化学的、物理的、生物的な3つの側面すべてに影響を与えます。

土壌有機物は、土壌粒子の凝集を助けることで物理的構造に寄与し、水の浸透を良くし、浸食を防ぎ、植物の根の成長を促進します。

また、有機物は栄養分の貯蔵と放出を行い、作物への水の供給量を増やし、植物と重要な関係を築く有益な菌類、バクテリア、ミミズの餌にもなります。

オクラホマ州立大学のMassey氏とBrandenberger氏は、土壌の健全性と作物の品質の関連性に関心を持っています。

効果的で持続可能な農法とは、土壌の特性を最適化することであるため、彼らは土壌有機物のレベルを維持・増加させる農法の開発に焦点を当てています。

世界的に人口が増加し、気候変動によって作物の栽培が危ぶまれる中、今後何年にもわたって高収量の作物を生産するためには、このような持続可能な農法が不可欠です。

カバークロップ

カバークロップ

Brandenberger氏、Massey氏らは、特に「カバークロップ」による土壌の有機物含有量の増加に注目しています。

カバークロップは、食用作物を栽培するサイクルの合間に土壌を覆うように植えるもので、土壌浸食の防止、土壌の肥沃度と質の向上、害虫や病気の発生の抑制などの効果があるとされています。

最近の5年間の研究では、ホウレンソウ、サツマイモ、ササゲを栽培している畑で、3種類のカバークロップの組み合わせの処理を行いました。
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また、カバークロップの圃場に加えて、収穫の間にカバークロップを植えず、機械的に耕すシステムのように土をむき出しにした対照区としてのコントロール圃場も作りました。

研究チームは、土壌と植物の健康に関連する複数の変数を測定し、3種類の作物の収穫量をモニタリングしました。

その結果、カバークロップによって土壌の有機物が増加することが示唆されましたが、その結果として作物の収穫量にどのような影響があるかを測定するには、もう少し時間がかかると思われます。

カバークロップによる栄養分の供給量の増加

土壌有機物を増加させるために、農家は様々な方法を用いてきました。

例えば、堆肥、肥料、有機肥料などを土壌に添加する方法です。

しかし、これらの添加物はいずれも材料費がかかるだけでなく、食中毒の原因になるなどの問題があります。

カバークロップを維持することで、大地が裸になることはなく、植物が枯れて分解することで土壌に有機物を供給することができ、土壌の有機物を維持する方法としては、よりシンプルで安価な方法です。

今回の研究では、Brandenberger氏、Massey氏らは、各区画の冬期と夏期にカバークロップの種類を交代させました。

また、カバークロップの種類を変えることで、冬と夏のカバークロップのどの組み合わせが最も相性がよく、土壌の健康と作物の収穫量の向上に効果的であるかを判断することができました。

土壌中の炭素を定量化するための標準的な実験室のやり方で決定された土壌有機物の量は、2016年から2020年まで毎年、4つのエリアすべてで測定されました。

また、植物にとって重要な3つの栄養素である窒素(N)、リン(P)、カリウム(K)についても追跡調査を行いました。

彼らは2019年から有機物の変化に気付き始め、カバークロップしていない対照区は有機物のレベルが最も低くなっていました。

2020年にモニタリングを行ったところ、最初のカバークロップ処理区と対照区の間で、土壌有機物、N、P、Kに有意な差があり、対照区はすべての区画の中で栄養素と有機物の量が最も少ない状態でした。

しかし、対照区と残りの2つのカバークロップ処理の組み合わせとの間には有意な差がなく、最初の作物区が最も効果的なカバークロップ種の組み合わせであったことが示唆された。

農作物の収穫量への影響はまだこれから

研究者たちは、カバークロップが栽培された畑に新しい作物を直接播種することで、ホウレンソウ、ササゲ、サツマイモの収量と栄養価が増加するという仮説を立てました。

その結果、ホウレンソウやサツマイモの収量には有意な差が見られなかったものの、ササゲの収量には有意な差が見られ、対照区の収量がカバークロップを施した一部の区画よりも有意に少ないことが分かりました。

有機物の蓄積には何十年もかかることを認識することが重要です。

研究者たちは、モニタリングの4年目と5年目になってようやくその傾向に気付いたので、カバークロップが作物の収穫量に与える影響のほんの一部を捉えたに過ぎないと考えられます。

さらに、2016年以降に収集されたデータを見ると、対照区は測定可能なすべての栄養素と有機物が減少し続けていました。

この傾向は今後も続く可能性が高く、すべてのカバークロップの組み合わせと対照区の間で、土壌有機物の有意な差が現れる可能性があります。

このように、研究者たちは、サツマイモやホウレンソウの市場性のある数や重さについては、圃場間で有意な差は見られなかったものの、栄養素の利用可能性や有機物の違いは、今後数年間の作物収量の向上として現れる可能性があると強調しています。

土壌構造と生物多様性への影響

土壌構造と生物多様性への影響

カバークロップの栽培を続けることは、土壌の物理的な健全性にも影響を与えます。

例えば、他の研究者は、カバークロップによって土壌の空隙率が向上し、水の浸透や植物への移動が改善されることを実証しています。

また、土壌の構造がより凝集して安定し、根の浸透性が向上します。

こうした土壌の変化が、大豆などの作物の収穫量の向上につながったという研究もあります。

土壌の物理的構造を評価するために、Brandenberger氏、Massey氏らは、透水性などの変数を評価し、カバークロップの生育サイクルごとの水の浸透量を評価することを目指しています。

また、土壌科学の標準的な手法を用いて、土壌の圧縮と凝集体の安定性を測定することも計画しています。

また、カバークロップは、土壌に生息する豊かな生物多様性の糧となります。

土壌中の生物は、土壌の機能と健康を促進する重要な役割を担っているため、その重要性は過小評価されるべきではありません。

実際、土壌は地球上で最も生物多様性に富んだ生態系であり、多種多様なバクテリア、菌類、動物が生息しています。

さらに、土壌生物は有機物を分解して植物が利用できる栄養素に変えたり、植物が土壌要素を消費することで有機物を補充したりしています。

そこで研究チームは、カバークロップの圃場でこの生物活動が活発になっているかどうかを確認するために、土壌微生物が放出する二酸化炭素の量を測定することで、微生物の呼吸を評価します。

科学と経営の融合

カバークロップは、ローマ人や古代中国人を含む古代の農業社会で何世紀にもわたって使用されてきたという証拠があります。

従来の大規模農業技術の出現により、短期的には確かに作物の収穫量は向上し、何十億人もの人々に食料を供給できるようになりましたが、カバークロップの使用を含め、農業を持続可能なものにするための伝統的な農法の多くが失われてしまいました。

Brandenberger氏、Massey氏らの研究により、カバークロップが長期的に土壌の健全性を大幅に改善し、農業をより持続可能なものにすることが明らかになってきました。

研究者たちは、今後数年間、実験圃場の土壌の健全性と作物の収穫量をさらに評価することで、カバークロップを生産システムに組み込むことを希望する農家のためのガイドラインを作成し、今後数十年にわたって持続可能な方法で作物の高い収穫量を達成できるようにしたいと考えています。

This article was originally published on Scientia. Read the original article.