農研機構は、世界の穀物収量と土壌データを解析し、乾燥地域を中心とする世界の7割の農地では、農地の土壌に含まれる炭素量が多い場所で、干ばつ被害が抑えられていることを明らかにした。また、農地管理により土壌炭素を増やすことで、干ばつ年の穀物生産額を最大16％増加すると試算した。本成果から、農地土壌の炭素量を増やすことは、土壌保全に加え、大気中の二酸化炭素(CO2)減少を通じて温暖化の緩和につながり、さらに乾燥地域の食料安全保障を高めることが示された（2月6日発表）。この研究成果は科学国際誌「Scientific Reports」に掲載。
研究の社会的背景と経緯
開発途上国の農業生産の多くは雨水に依存しており、常に干ばつの危険に晒(さら)されている。また、開発途上国では、輸送インフラや貯蔵施設が脆弱なため、生産された食料の大部分が生産地域とその近傍で消費される。ひとたび干ばつによる生産低下が起こると食料安全保障が急激に損なわれる恐れがある。
土壌中の炭素量が多いと干ばつによる作物収量の低下がある程度軽減されることが知られている。土壌に含まれる有機物(主に有機炭素)が水分保持と多孔質な土壌構造の発達に寄与するため、干ばつ時にも作物が土中から水をある程度、得られるためである。また、有機物が豊富な土壌は、多様な土壌生物を育み、作物への養分供給が緩やかに行われ、風雨や耕作に伴う土壌侵食を低減するといった土壌保全効果が高いことも知られている。
また、農地土壌への炭素貯留による温暖化緩和効果が広く認識されている。世界の土壌に含まれる炭素量は大気中にCO2として存在する炭素の量に比べて2～3倍多く、世界の陸地面積の4割近くを農地(牧草地を含む)が占める。このため、農地土壌への炭素貯留を通じて温暖化緩和と食料安全保障の達成を目指す「4パーミルイニシアチブ」が2016年から国際的に推進されている。一方で、限られた政策的な介入で大きな効果を得るためには、土壌への炭素貯留がもたらすさまざまな便益(co-benefit)を考慮し、炭素貯留が複数の効果(例えばSDGsの達成)に同時に寄与する地域を明らかにすることが有効と考えた。
そこで農研機構は、世界の主要穀物(トウモロコシ、コメ、コムギ、ダイズ)の収量と土壌データから、農地土壌に含まれる炭素量と穀物の干ばつ被害との関係を解析し、炭素貯留による干ばつ被害の軽減効果を具体的に推定した。
研究の内容・意義
1.干ばつ被害の受けやすさを表す指標として、「干ばつ耐性ギャップ」を定義した。農研機構が開発した、50kmメッシュ別の全球作物収量データベース(うち1992-2008)を解析し、主要穀物(トウモロコシ、コメ、コムギ、ダイズ)の干ばつ年の収量データを抽出し、平年収量に対する割合で表したものを、各メッシュの「干ばつ耐性(％)」とした。干ばつ耐性(％)が大きいほど干ばつ被害が小さいことになる。次に、気候条件が同じ地域のなかで、最も大きい干ばつ耐性(％)を「その気候条件の干ばつ年の潜在的な実現可能レベルa(％)」と仮定し、残りのメッシュについて、aと干ばつ耐性(％)の差を「干ばつ耐性ギャップ(ポイント)」として、世界地図上に示しました。干ばつ耐性ギャップは、与えられた気候条件の中で、干ばつ耐性を向上できる余地があるか調べるのに有効である。
2.干ばつ耐性ギャップと土壌炭素量との関係を調べたところ、乾燥地域の農地では表層土壌中の炭素量が少ないほど干ばつ耐性ギャップが大きく、炭素量の増加に伴いギャップが小さくなり、炭素量が4～9キログラム/平方メートル以上ではギャップの値がほぼ一定となることが明らかになった。この結果から、土壌中の炭素量がもともと少ない乾燥地域の農地では、干ばつ耐性ギャップが大きく、農地管理により炭素量を増やすことで、干ばつによる収量低下を抑えられる(=干ばつ耐性ギャップを減らせる)と推定された。一方湿潤地域では、乾燥地域で見られたような干ばつ耐性ギャップと土壌炭素量の関係は見られなかった。
3.干ばつ被害の軽減効果が見込める最大水準まで土壌炭素量を増やすと仮定すると、農地に追加で蓄えられる炭素量は世界全体で48.7億トンに上る。この土壌炭素量は、世界の2016年の年間CO2排出量の55％に相当し、世界の平均気温の上昇を0.011℃ (不確実性:0.008-0.014℃ )抑制できると見積もられた。
4.上記の規模で農地土壌への炭素貯留が実現した場合、干ばつ年の世界の穀物生産額は、現状に比べ16％まで増加可能と試算された。土壌炭素管理が特に効果的な地域としては、干ばつ年の生産額の増加の観点からは中東・北アフリカが、また土壌の炭素量増加の観点からは、東南アジア・オセアニアと示唆された。
5.本成果から、世界の乾燥・半乾燥地域における農地土壌の炭素貯留が、温暖化の緩和、食料安全保障、土壌保全、といった複数のSDGsの達成に同時に寄与できることが、具体的な数値とともに示された。
今後の予定・期待
本成果は、土壌炭素を増やすような農地管理が、特に土壌炭素に乏しい乾燥地域において、SDGsの複数(2飢餓をゼロに、13気候変動対策、15陸の豊かさを守る)の達成に同時に寄与できることを示しており、国際機関や各国での施策決定に役立つことが期待される。SDGsの推進にあたり、限られた資源・労力をどのSDGsに優先的に割り当てるかは常に問題になる。そのため、本成果のような複数のSDGsに寄与する方策を見出すことは重要である。
今後は、ALTENA(アジア農耕地長期連用試験ネットワーク)7)などを活用し、気候や土壌条件ごとに炭素貯留に適した農地管理技術とその効果について検証を進める予定である。
◆用語の解説
〇乾燥地域
本研究では地域区分に年間の潜在蒸発散量に対する降水量の比を用いた。この比が0.45を下回ると乾燥地域、1.0を上回れば湿潤地域、両者の間は半乾燥地域と呼ぶ。
〇土壌炭素
土壌には炭酸塩などの無機炭素と枯死根や腐植といった有機炭素が含まれる。後者には有機態窒素やリン等の養分も多く含まれ、土壌有機物と呼ばれる。
〇持続可能な開発目標(SDGs)
SDGsは国連のミレニアム開発目標の後継である。ミレニアム開発目標では2015年までに達成すべき8つの目標を定められていが、SDGsでは2030年までに達成すべき17の目標が掲げられている。
〇炭素貯留
ここでは農地における炭素貯留を指します。農地で、堆肥や植物残渣などの有機物を土壌に入れると、徐々に微生物により分解され、一部は土壌有機炭素として土壌に留まる。この微生物の分解を受けにくい土壌有機炭素の増加を土壌炭素貯留と呼ぶ。京都議定書第3条4項において、各国が選択可能なCO2の吸収源活動として、炭素の貯留を高める農地管理が位置付けられているところである。土壌肥沃度が低く、温暖化に対して脆弱な乾燥地域の農地において炭素貯留に寄与する土壌管理技術には、不耕起・省耕起(蒸発散を抑え、節水になる)、土面被覆、アグロフォレストリー(樹木の間で農作物を栽培)、緑肥(カバークロップ)、堆肥やコンポスト、バイオ炭といった有機資材の投入などがある。
〇4パーミルイニシアチブ
4パーミル(4‰)とは1000分の4のことである。全世界の土壌中に存在する炭素の量を毎年1000分の4ずつ増やすことができたら、大気中の二酸化炭素濃度の上昇を相殺できるという計算に基づき、土壌炭素を増やす活動を推進している国際的な取り組みである。2015年にパリで行われた気候変動枠組条約第21回締約国会議(COP21)の際にフランス政府主導で始まり、2019年12月現在、日本を含む413の国や国際機関、NPOなどが参加している。
〇全球作物収量データベース
主要穀物(トウモロコシ、コメ、コムギ、ダイズ)について世界の生産地域における50kmメッシュごとの推定収量が収録されたデータベース。メッシュ別の収量は統計収量データと衛星データを組み合わせて推定されている。初出は農業環境技術研究所(現:農研機構)『平成25年度 研究成果情報(第30集)』(http://www.naro.affrc.go.jp/archive/niaes/sinfo/result/result30/)の「世界の主要生産地域における過去25年間の主要作物の推定収量データベース」。当初は120kmメッシュ・1982-2006年のデータのみで、その後、50kmメッシュ・1981-2011年のデータに更新された。
〇ALTENA(アジア農耕地長期連用試験ネットワーク)
炭素貯留、肥沃度等の土壌特性は長い時間をかけて変化する。その変化を捉え、農業の持続性を高めるためは、同一の農地管理を数十年以上モニタリングする長期連用試験が必須である。アジア各地で行われている長期連用試験を維持し情報を集約することが、アジアの食糧生産とその持続性に重要であるため、農研機構の研究者が中心となり長期連用試験に関わる研究者達のネットワークが2015年に設立された。
今日の天気は曇り～晴れ。気温が高く、最高気温24℃・最低気温16℃とか。
遠出の散歩で”カラー”畑を見つけた。魅力的な純白の仏炎苞が特徴的だ。
”カラー”は2タイプに分けられ、湿地でよく育つ「湿地性」と、乾燥した土地を好む「畑地性」があると言う。このカラーはどちらなのかは判らないが、たぶん「畑地性」かな。
数十cmの花茎を伸ばし、茎の頂部に漏斗状の巻いた純白の仏炎苞（ぶつえんほう）をつける。花は黄色で花序軸上に密集し、仏炎苞に包まれる肉穂花序（にくすいかじょ）。
・・仏炎苞
苞が大型に変化して、花弁（はなびら）の様になったもの
仏像の背にある光背に、形・雰囲気が似ていることから
苞には白・赤・黄・紫などの色があり、とても綺麗
葉は楕円形・矢じり型・ハート型などがあり、白い斑点があることが多い。柄は太長く、基部は鞘状になる。名（カラー）の由来に、仏炎苞がワイシャツの襟（Collar）に似ていることから、との説がある。
カラー
別名：海芋（かいう）、オランダカイウ
英名：Calla、Calla lily
サトイモ科オランダカイウ属
多年草（球根）
原産地は南アフリカ、日本には江戸末期にオランダから渡来
開花時期は5月～7月
畑地性のカラーは春に植え、5月～7月に花が咲く
11月ごろに葉が黄色くなって枯れ、1月～3月まで休眠する
研究の社会的背景と経緯
開発途上国の農業生産の多くは雨水に依存しており、常に干ばつの危険に晒(さら)されている。また、開発途上国では、輸送インフラや貯蔵施設が脆弱なため、生産された食料の大部分が生産地域とその近傍で消費される。ひとたび干ばつによる生産低下が起こると食料安全保障が急激に損なわれる恐れがある。
土壌中の炭素量が多いと干ばつによる作物収量の低下がある程度軽減されることが知られている。土壌に含まれる有機物(主に有機炭素)が水分保持と多孔質な土壌構造の発達に寄与するため、干ばつ時にも作物が土中から水をある程度、得られるためである。また、有機物が豊富な土壌は、多様な土壌生物を育み、作物への養分供給が緩やかに行われ、風雨や耕作に伴う土壌侵食を低減するといった土壌保全効果が高いことも知られている。
また、農地土壌への炭素貯留による温暖化緩和効果が広く認識されている。世界の土壌に含まれる炭素量は大気中にCO2として存在する炭素の量に比べて2～3倍多く、世界の陸地面積の4割近くを農地(牧草地を含む)が占める。このため、農地土壌への炭素貯留を通じて温暖化緩和と食料安全保障の達成を目指す「4パーミルイニシアチブ」が2016年から国際的に推進されている。一方で、限られた政策的な介入で大きな効果を得るためには、土壌への炭素貯留がもたらすさまざまな便益(co-benefit)を考慮し、炭素貯留が複数の効果(例えばSDGsの達成)に同時に寄与する地域を明らかにすることが有効と考えた。
そこで農研機構は、世界の主要穀物(トウモロコシ、コメ、コムギ、ダイズ)の収量と土壌データから、農地土壌に含まれる炭素量と穀物の干ばつ被害との関係を解析し、炭素貯留による干ばつ被害の軽減効果を具体的に推定した。
研究の内容・意義
1.干ばつ被害の受けやすさを表す指標として、「干ばつ耐性ギャップ」を定義した。農研機構が開発した、50kmメッシュ別の全球作物収量データベース(うち1992-2008)を解析し、主要穀物(トウモロコシ、コメ、コムギ、ダイズ)の干ばつ年の収量データを抽出し、平年収量に対する割合で表したものを、各メッシュの「干ばつ耐性(％)」とした。干ばつ耐性(％)が大きいほど干ばつ被害が小さいことになる。次に、気候条件が同じ地域のなかで、最も大きい干ばつ耐性(％)を「その気候条件の干ばつ年の潜在的な実現可能レベルa(％)」と仮定し、残りのメッシュについて、aと干ばつ耐性(％)の差を「干ばつ耐性ギャップ(ポイント)」として、世界地図上に示しました。干ばつ耐性ギャップは、与えられた気候条件の中で、干ばつ耐性を向上できる余地があるか調べるのに有効である。
2.干ばつ耐性ギャップと土壌炭素量との関係を調べたところ、乾燥地域の農地では表層土壌中の炭素量が少ないほど干ばつ耐性ギャップが大きく、炭素量の増加に伴いギャップが小さくなり、炭素量が4～9キログラム/平方メートル以上ではギャップの値がほぼ一定となることが明らかになった。この結果から、土壌中の炭素量がもともと少ない乾燥地域の農地では、干ばつ耐性ギャップが大きく、農地管理により炭素量を増やすことで、干ばつによる収量低下を抑えられる(=干ばつ耐性ギャップを減らせる)と推定された。一方湿潤地域では、乾燥地域で見られたような干ばつ耐性ギャップと土壌炭素量の関係は見られなかった。
3.干ばつ被害の軽減効果が見込める最大水準まで土壌炭素量を増やすと仮定すると、農地に追加で蓄えられる炭素量は世界全体で48.7億トンに上る。この土壌炭素量は、世界の2016年の年間CO2排出量の55％に相当し、世界の平均気温の上昇を0.011℃ (不確実性:0.008-0.014℃ )抑制できると見積もられた。
4.上記の規模で農地土壌への炭素貯留が実現した場合、干ばつ年の世界の穀物生産額は、現状に比べ16％まで増加可能と試算された。土壌炭素管理が特に効果的な地域としては、干ばつ年の生産額の増加の観点からは中東・北アフリカが、また土壌の炭素量増加の観点からは、東南アジア・オセアニアと示唆された。
5.本成果から、世界の乾燥・半乾燥地域における農地土壌の炭素貯留が、温暖化の緩和、食料安全保障、土壌保全、といった複数のSDGsの達成に同時に寄与できることが、具体的な数値とともに示された。
今後の予定・期待
本成果は、土壌炭素を増やすような農地管理が、特に土壌炭素に乏しい乾燥地域において、SDGsの複数(2飢餓をゼロに、13気候変動対策、15陸の豊かさを守る)の達成に同時に寄与できることを示しており、国際機関や各国での施策決定に役立つことが期待される。SDGsの推進にあたり、限られた資源・労力をどのSDGsに優先的に割り当てるかは常に問題になる。そのため、本成果のような複数のSDGsに寄与する方策を見出すことは重要である。
今後は、ALTENA(アジア農耕地長期連用試験ネットワーク)7)などを活用し、気候や土壌条件ごとに炭素貯留に適した農地管理技術とその効果について検証を進める予定である。
◆用語の解説
〇乾燥地域
本研究では地域区分に年間の潜在蒸発散量に対する降水量の比を用いた。この比が0.45を下回ると乾燥地域、1.0を上回れば湿潤地域、両者の間は半乾燥地域と呼ぶ。
〇土壌炭素
土壌には炭酸塩などの無機炭素と枯死根や腐植といった有機炭素が含まれる。後者には有機態窒素やリン等の養分も多く含まれ、土壌有機物と呼ばれる。
〇持続可能な開発目標(SDGs)
SDGsは国連のミレニアム開発目標の後継である。ミレニアム開発目標では2015年までに達成すべき8つの目標を定められていが、SDGsでは2030年までに達成すべき17の目標が掲げられている。
〇炭素貯留
ここでは農地における炭素貯留を指します。農地で、堆肥や植物残渣などの有機物を土壌に入れると、徐々に微生物により分解され、一部は土壌有機炭素として土壌に留まる。この微生物の分解を受けにくい土壌有機炭素の増加を土壌炭素貯留と呼ぶ。京都議定書第3条4項において、各国が選択可能なCO2の吸収源活動として、炭素の貯留を高める農地管理が位置付けられているところである。土壌肥沃度が低く、温暖化に対して脆弱な乾燥地域の農地において炭素貯留に寄与する土壌管理技術には、不耕起・省耕起(蒸発散を抑え、節水になる)、土面被覆、アグロフォレストリー(樹木の間で農作物を栽培)、緑肥(カバークロップ)、堆肥やコンポスト、バイオ炭といった有機資材の投入などがある。
〇4パーミルイニシアチブ
4パーミル(4‰)とは1000分の4のことである。全世界の土壌中に存在する炭素の量を毎年1000分の4ずつ増やすことができたら、大気中の二酸化炭素濃度の上昇を相殺できるという計算に基づき、土壌炭素を増やす活動を推進している国際的な取り組みである。2015年にパリで行われた気候変動枠組条約第21回締約国会議(COP21)の際にフランス政府主導で始まり、2019年12月現在、日本を含む413の国や国際機関、NPOなどが参加している。
〇全球作物収量データベース
主要穀物(トウモロコシ、コメ、コムギ、ダイズ)について世界の生産地域における50kmメッシュごとの推定収量が収録されたデータベース。メッシュ別の収量は統計収量データと衛星データを組み合わせて推定されている。初出は農業環境技術研究所(現:農研機構)『平成25年度 研究成果情報(第30集)』(http://www.naro.affrc.go.jp/archive/niaes/sinfo/result/result30/)の「世界の主要生産地域における過去25年間の主要作物の推定収量データベース」。当初は120kmメッシュ・1982-2006年のデータのみで、その後、50kmメッシュ・1981-2011年のデータに更新された。
〇ALTENA(アジア農耕地長期連用試験ネットワーク)
炭素貯留、肥沃度等の土壌特性は長い時間をかけて変化する。その変化を捉え、農業の持続性を高めるためは、同一の農地管理を数十年以上モニタリングする長期連用試験が必須である。アジア各地で行われている長期連用試験を維持し情報を集約することが、アジアの食糧生産とその持続性に重要であるため、農研機構の研究者が中心となり長期連用試験に関わる研究者達のネットワークが2015年に設立された。
今日の天気は曇り～晴れ。気温が高く、最高気温24℃・最低気温16℃とか。
遠出の散歩で”カラー”畑を見つけた。魅力的な純白の仏炎苞が特徴的だ。
”カラー”は2タイプに分けられ、湿地でよく育つ「湿地性」と、乾燥した土地を好む「畑地性」があると言う。このカラーはどちらなのかは判らないが、たぶん「畑地性」かな。
数十cmの花茎を伸ばし、茎の頂部に漏斗状の巻いた純白の仏炎苞（ぶつえんほう）をつける。花は黄色で花序軸上に密集し、仏炎苞に包まれる肉穂花序（にくすいかじょ）。
・・仏炎苞
苞が大型に変化して、花弁（はなびら）の様になったもの
仏像の背にある光背に、形・雰囲気が似ていることから
苞には白・赤・黄・紫などの色があり、とても綺麗
葉は楕円形・矢じり型・ハート型などがあり、白い斑点があることが多い。柄は太長く、基部は鞘状になる。名（カラー）の由来に、仏炎苞がワイシャツの襟（Collar）に似ていることから、との説がある。
カラー
別名：海芋（かいう）、オランダカイウ
英名：Calla、Calla lily
サトイモ科オランダカイウ属
多年草（球根）
原産地は南アフリカ、日本には江戸末期にオランダから渡来
開花時期は5月～7月
畑地性のカラーは春に植え、5月～7月に花が咲く
11月ごろに葉が黄色くなって枯れ、1月～3月まで休眠する