31日本農学会シンポジウム

カーボンニュートラルの達成にむけた農学研究

環境保全と食糧生産および農業経営を安定化させるカギは土壌炭素
佐々木章晴*〔キーワード〕：土壌炭素，地球温暖化，水系水質，た時に団粒構造が認められる土が好まれる．育苗は生産現場では「苗立て 8 割」と言われ，育苗の成否農業生産性，人材育成は収量に大きく影響する．また苗を定植する圃場で1．はじめには，作土の黒色が強い方が好まれる．

産業革命によって人類が化石燃料を大量に消費

このように農業生産現場においては，黒い土≒腐するようになってから，大気中の二酸化炭素濃度は植（土壌炭素）の高い土は収量が高い，生産性が高増加し，地球温暖化が促進され，気候や水文循環にい傾向にあるとの認識がある（佐々木 2014）．

変化が生じ，食糧生産をはじめとした人間活動に大3．河川流域の観測による気づききな影響が生じることが懸念されている（環境省
2020）．このことへの対策として，大気中の二酸化河川の水質は，河川や沿岸域の水生生物や水産生炭素濃度を抑制することが必要となる（白戸 2016）．

物に大きな影響を与えることが徐々に明らかにな一方近年の農業生産は，単年度の生産量を最大化りつつある．一方，流域の土地利用や土地管理を河するために化学肥料を大量に消費している．このこ川水質は反映する（佐々木 2009；佐々木 2017）．とは，N2O などの GHG 放出を促進し（環境省 2020），

北海道東部根釧地方の草地酪農地帯における河水系への窒素，リンなどの流出を増加させ，水生生川流域の観測において，酪農場全体の投入窒素（購物への影響も予想される（佐々木 2009）．

入肥料・飼料）から搬出窒素（生乳生産）を差し引

また，化学肥料などの生産資材を大量に消費するいた余剰窒素が存在し，投入窒素の増加によって余農業経営は，生産コストを上昇させ，農産物価格の剰窒素も増加することが明らかとなり，このことが低迷もあり，農業経営を不安定化させている（佐々河川水中の硝酸態窒素濃度に影響している可能性

木 2014）．

が考えられた（佐々木 2017）．

そこで本報告では，大気中の二酸化炭素濃度抑制，これら河川流域の観測から，投入窒素が地域平均

農耕地への化学肥料などの投入量抑制による生産の 1/3 であるが，牧草の TDN 収量が 8 割程度の酪コストの抑制，環境負荷の抑制のためにどのような農経営事例（以下，低投入酪農経営事例）が見いだ方向性が考えられ，また生産現場ではどのような実された．草地土壌を調査したところ，土壌炭素含有践が行われているかについて報告する．

率の地域平均（n=31）が 8.6％に対して，この事例（n=2）では 10.7％であった（表 1）．草地土壌の2．農業生産現場における土壌炭素の認識

土壌炭素含有率の違いが，草地生産性に何らかの影

農業生産現場では，黒い土が求められる．特に野響を与えている可能性を考え，土壌炭素の研究を行った（佐々木 2014）．

菜や花き栽培の育苗土では，黒く，手で握って離し
表1

土壌全炭素含有率・腐植酸＋フルボ酸としての炭素含有率の結果

調査年・調査地

酪農経営・草地管理

慣行施肥量（地域の平均的な酪農経営）
低投入酪農経営の事例
佐々木（2014），「これからの酪農経営と草地管理」より．
2005 年・中標津町*北海道大学大学院 農学研究院（Akiharu Sasaki）

土壌全炭素含有率％
平均±標準偏差8.6±2.910.7±0.3

腐植酸＋フルボ酸 C％
平均±標準偏差3.9±2.0
8.6±2.00369-5247/23/\500/1 論文/JCOPY

調査草地数
n=31
n=2

32

農業および園芸

第 98 巻第1号（2023 年）

その結果，長い波長（赤）よりも短い波長（青）4．見えてきた土壌炭素の実態と役割の吸光度が高くなり，この傾向は土壌 A 層の腐植酸

2005 年に採取した 33 草地圃場の土壌の腐植酸＋＋フルボ酸と，完熟堆肥およびリターの腐植酸＋フフルボ酸の測定を行った．その結果，地域平均ルボ酸では，大きな差は見られなかった（図 1）．

（n=31）では 3.9％，低投入酪農経営事例では 8.6％

これらのことから，土壌の腐植酸＋フルボ酸の由来となった．このことから，土壌全炭素のうち 45～は完熟堆肥とリターである可能性が考えられた．

80％は腐植酸＋フルボ酸であること，土壌炭素含有

腐植酸＋フルボ酸が土壌化学性に与える影響を率の差は腐植酸＋フルボ酸含有率の差である可能検討した．腐植酸＋フルボ酸含有量と土壌塩基置換性が考えられた（表 1）（佐々木 2014）．

容量には正の相関が見られた．また，腐植酸＋フル次に，腐植酸＋フルボ酸の由来として，草地に散ボ酸含有量と土壌交換性アルミニウム含有量との布される完熟堆肥，草地に還元されるリターの土壌間には，負の相関が見られた（図 2）．一方，交換表層への堆積が考えられる．完熟堆肥，リターとも性アルミニウム含有率と投入窒素 1kg あたりの牧草に腐植酸＋フルボ酸と思われる黒色物質が抽出さ乾物収量には負の相関が見られた（図 2）．これられた．これらが土壌から抽出される腐植酸＋フルボのことから，腐植酸＋フルボ酸の増加は塩基置換容酸と類似の物質かどうかを，可視光の吸収スペクト量を上昇させることにより土壌の肥料保持力を高ルを測定し検討した．

める可能性があること，また，作物生産性を抑制す

0.40

0.35

0.30

0.30

0.250.25

吸光度

吸光度

0.40

◆A層
■完熟堆肥

0.35

0.20
0.15

0.20
0.15

0.10

0.10

0.05

0.05

0400
図1

450

500

550 600
波長（nm）

650

700

750

0400

500

550
600
波長（nm）

650

700

750

9.00.30

r=-0.38（P<0.05）

0.25〇厚層黒色火山性土□黒色火山性土▲未熟火山性土

0.20

8.0

0.15
0.10
0.05
0投入窒素1kg当たり収量（DM kg/N kg/10a）

交換性アルミニウム（kg/10a）

450

土壌 A 層位・完熟堆肥・リターから抽出された腐植酸＋フルボ酸の吸光特性佐々木（2017）「草地と語る」より．

0.35

7.06.05.0
4.0
3.0

y=-0.0092x+7.9392
R2=0.3514

2.01.005000
土壌腐植酸＋フルボ酸（kg/10a）

図 2

◆A層
■L層
▲F層
●H層

10000

00100

200300400

pH 4.0酢安可溶Al（mg/100g乾土）

腐植酸＋フルボ酸の交換性アルミニウム抑制効果と交換性アルミニウムが投入窒素 1kg 当たりの収量に与える影響佐々木（2014）「これからの酪農経営と草地管理」より．

佐々木：環境保全と食糧生産および農業経営を安定化させるカギは土壌炭素33ると予想される土壌交換性アルミニウムを抑制す少ないことでもあることから，生産コストを圧縮する可能性があることから，腐植酸＋フルボ酸は作物ることが可能になり，農業所得率を高く維持するこ生産性に影響を与えている可能性が示唆され，このとが可能になると考えられた（図 4）（佐々木 2014）．

ことが低投入型酪農経営事例における低窒素投入

5．土壌炭素の新たな価値の認識における作物生産性維持に関連している可能性が考えられた（図 3）．

現在，地球の大気中には炭素（大部分は二酸化炭またこのことは，購入肥料や購入飼料の投入量が素）として 760Gt 存在する．これが地球温暖化の主

少量の配合飼料（２〜６kg/頭/⽇）C/N⽐の⾼い糞尿（粗繊維が多い）

粗繊維含有率の⾼い乾草
リターの⼟壌還元

地域平均の約７割の⽣産量（５tDM/ha/年）
放牧主体
結実期採草利⽤

完熟堆肥⇒腐植酸＋フルボ酸が豊富
⼟壌炭素が多くアルミニウムが抑制され，CECの⾼い⼟壌少量の化学肥料（２kgN/10a）

低N投⼊と完熟堆肥が⼟壌炭素を集積し，⽜群を⽀えている？

結実期・乾草収穫

現在までに推定される低投入型酪農経営事例の物質動態

生産コスト・農業所得（千万円/年）

図3河川等への物質流出量減少（低環境負荷）10

図4987627.3%

農業所得
その他支出
肥料費
飼料費％は農業所得

54348.1%

23.6%

農業
粗収
益

210低投入型
酪農

中規模高投入型
酪農

大規模高投入型
酪農

酪農経営形態と経営状況
佐々木（2014）「これからの酪農経営と草地管理」より．

34

農業および園芸

第 98 巻第1号（2023 年）因であるとされている．一方，土壌炭素は地球全体

その結果，草地更新後の年数が長く，購入肥料・で 2000Gt 存在すると推定されている（白戸 2016）．

購入飼料が少ない（≒窒素投入が少ない）と土壌炭低投入型酪農経営事例では，17 年で土壌炭素含有素含有率は上昇する傾向が見られた．また，土壌 pH率が 10.5％から 13.5％へ増加した例もみられる．もが低いと土壌炭素含有率が上昇する傾向が見られしこの事例が地球全体で実現できたならば，地球全た（図 5）（佐々木ら 2021）．このことは，低投入体の土壌全炭素含有量は 2,000Gt から 2,570Gt とな型酪農経営事例が土壌炭素蓄積を促進する可能性

り，産業革命期の二酸化炭素濃度よりも低くなる可を示唆していると考えられた．

能性がある（白戸 2016）．しかし，陸域の 40％を6．土壌炭素を増加させる可能性

占める農耕地・草地において，土壌炭素を変動させる人為的要因については未解明の部分が多い．

土壌炭素を増加させることによって，地球温暖化

そこで，北海道東部の草地酪農地帯において，草の抑制し，施肥量を削減し肥料要素の水系流出抑制

地更新を 20 年以上行っていない低投入型酪農経営による農業生産および水産生産の両立，農業経営の事例 8 例と，草地更新を 10 年ごとに行い購入肥料・低コスト化が実現できると考えられる（図 6）（佐々購入飼料を地域内で平均的な量を使用する酪農経木 2017）．

営事例 6 例から，土壌炭素含有率に影響する要因を解析した．

図5

しかし，低投入型の農業経営は収量が減少する．
そこで，近年利用が拡大しているバイオ炭の土壌添

草地の人為的管理と土壌炭素との相関図
佐々木ら（2021）「北海道東部火山性草地土壌における人為的要因による土壌炭素含有率への影響」より．

⼟壌炭素の増⼤⼤気中のCO2を⼟壌に固定
図6

施肥反応性の向上？

地球温暖化の抑制

肥料の削減が可能に？

⽔系流出削減流域・沿岸域
⽣態系保全

土壌炭素増大による地球環境・農業経営への影響

農業経営の低コスト化

35

佐々木：環境保全と食糧生産および農業経営を安定化させるカギは土壌炭素加による土壌炭素含有量増加を試みた．

7．土壌炭素を中心にこれからなすべきこと

バイオ炭の土壌への施用によって，作物体の糖度は減少し，逆に土壌炭素がバイオ炭の施肥量以上に日本の国土のほとんどは「河川流域」であり，河増大する事例が見られ，土壌炭素蓄積には植物根か川流域の土壌炭素量が河川流域・沿岸域生態系の生らの糖分放出も大きく関与している可能性が考え産性と地域経済，および災害に対するレジリエンスられた．また，バイオ炭以外の施用を全く行わないに大きな影響を与える．

条件でも，収量が増加する事例も見られた（図 7）．

土壌炭素含有量を増加させる具体的行動のため

これらのことから，地域内の未利用有機質資源には，河川流域・沿岸域全体におけるステークホル（雑木林や竹林など）の炭化とその土壌への施用にダーの合意形成とその場の形成がまず必要である

よる土壌炭素含有量の増大は，大きな可能性を秘め（図 8）（草野 2022）．合意形成のためには，地域ていると考えられる．

住民間の対話が重要になる．基礎研究をもとにした300

乾物草量（kg/10a）

250
200
150
100500

図7

木炭

竹炭

GEビガー500倍

GEビガー1000倍

対照区

炭資材の土壌添加による乾物草量の変化
2022 年 6 月，岩見沢農高．

真理への対話 → 合意への対話 → 終わりのない対話
基礎研究 → 応⽤研究 → 現場における実戦的研究
・・・PDCAサイクルによる研究と対話の深化③終わりのない対話

⽣態学的検証

現場における実戦的研究

実戦の検証

PDCAサイクル②合意への対話
応⽤研究①真理への対話

図8

河川流域内における合意形成で必要な 3 つの対話

基礎研究

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農業および園芸

第 98 巻第1号（2023 年）

対応策
制度・社会計画

⼟壌炭素が関わる範囲

NBS・⾃然に根差した問題解決（国際⾃然保護連合）
緑の⾷料システム戦略（農⽔省）
地域循環共⽣圏
グリーン（環境省）
インフラ（GI）

EbA・⽣態系に基づく気候変動対応
（国連）

⼟地利⽤

建設⼟⽊構造物
災害
図9

気候変動

⽔資源
物質循環

⾃然資源
利⽤
課題

既存の環境保全の枠組みと土壌炭素との関連

真理への対話，応用研究による合意への対話，現地業のおよび管轄範囲の枠内で行動せざるを得ない．

で試行錯誤し改善を繰り返す終わりのない対話，こ

そこで既存の学問範囲にこだわらない，河川流の 3 つが段階的に求められるようになる．この対話

域・沿岸域全体をすべて教育研究の対象として，上の中で，外部の教育研究機関の研究者はもちろんの記の地域人材のリカレント教育を実施できる専門こと，地域内部において探究と合意形成を推進しての教育研究機関の設立が望まれる．これは日本のどいく内部研究者の存在が望ましい．

こかに 1 つ設置するのではなく，全国の主要な河川そして，合意形成による行動を検証する方法とし流域に 1 つはあることが望ましい．日本国内のどこて，地域住民が効果を検証できるための技術開発がかに本校を設置し，全国各地に分校を設置し，ネッ必要となる．近年高価な観測・分析機器が開発されトワーク型の教育研究機関にしていくのも有効でているが，地域住民自ら効果を検証する観測を実施あると考えられる．これらの活動により，土壌炭素するためには，安価で取り扱いの容易な観測・分析を軸として，大気環境・河川流域環境・沿岸域環境機器が必要である．一例として，ハンディタイプのの保全と賢明な利用が実現し，地球環境課題の解決水質計測器や，スマートフォンに簡易分光器を取りへの大きな一助になると考えられる．

付けた，反射光スペクトルの測定は可能性があるかもしれない．
そして，合意形成の場の政策化のために，既存の環境保全の枠組みとのすり合わせが必要となる．土壌炭素が関わる範囲は，既存の複数の枠組みに関係する．また，土壌炭素の増大には地域住民の主体的な参加が必要であることから，土壌炭素の政策的な位置づけと，地域特性に合わせた手触り感のある政策展開が必要であると考えられる（図 9）．
その一方で，河川流域および沿岸域全体を俯瞰し，総合的な視点を持ちつつも個々の山林・原野・農耕地・河畔林・河畔地それぞれの配置や管理をどのように行っていくかを考え，行動する人材の育成が望まれる．現状では，林業関係者，農業関係者，河川管理者，漁業関係者，行政関係者，土木技術者が担い手として考えられるが（草野 2022），それぞれの産参考文献
環境省（2020）気候変動影響評価報告書（総説）．環境省：
1-95．
白戸康人（2016）家畜糞堆肥等の有機物施用による土壌の炭素貯留～地力の維持増進と地球温暖化緩和の両立を目指して～．畜産環境情報，64，11-22．
佐々木章晴（2009）根釧地方の酪農開発が自然環境に与える影響．日本草地学会誌 55（3）：252-263．
佐々木章晴（2014）これからの酪農経営と草地管理：土－草－牛の健康な循環でムリ・ムダをなくす．農山漁村文化協会（ISBN：4540131516）．
佐々木章晴（2017）草地と語る マイペース酪農ことはじめ．寿郎社，札幌，pp.1-221（ISBN：9784902269970）．
佐々木章晴（2017）北海道根釧地方における土地利用の変化と酪農生産システムが河川流域の物質動態と野生生物および水産業に与える影響．横浜国立大学環境情報学府 博士論文，横浜，pp.1-141．
佐々木章晴・Zhihao Tu・湯本勲（2021）北海道東部火山性草地土壌における人為的要因による土壌炭素含有率への影響．日本土壌肥料学雑誌 92（2）：182-191．
草野謙次郎（2022）ニシベツ伝記．幻冬舎，東京．