報告論文「水田輪作策定支援システム」の開発と課題
松本 浩一・大石亘・梅本 雅
この手法によって作付体系を考慮する場合、多1Ⅰ

背景と課題

くの既存研究では、作目等の前後作関係を考慮した作付制約を条件式に設定するか、二毛作で新たな食料・農業・農村基本計画では、食料あれば、それを一つのプロセスとして設定する自給率の向上に向けて、新規需要米や麦・大豆方法で行われてきた 注 ３ ）。また、複数年にわたといった主食用米以外の生産拡大や二毛作などる作付体系であっても、それを構成する作目等による水田の高度利用の必要性を提言している。

間の作付比率を設定することで対応可能であり、一方、水田作経営においても、主食用米の価格

この方法を発展させることで、いくつかの作付

注１）、主食用体系の合理的な組み合わせを分析することも可

米以外の生産にも重点をおいた複合経営へと転能になるであろう。しかし、このためには、単換していくことが求められている。特に、近年

体表の作成にあたり、分析する作付体系の作目は、水田のブロックローテーションが多く実施等を作付体系ごとに設定する必要がある 注 ４ ）。

されるようになる中で、一作ごとの作物選択のまた、ある作付体系内での作付順序の変更や、あり方を考えるのではなく、各種の作目、品種、新規作物の導入を分析したい場合では、それに栽培技術（以下、作目等）をどのように組み合即した作目等を作付体系単位で新規に追加設定わせ、複数年にわたる作付体系をどう構築し、する必要もある。そのため、その営農モデルのさらに、それらの作付体系自体をどのように組構築や修正には、専門的な知識と経験が必要で、が 1994 年以降、下落を続ける中でみ合わせるかを検討することが重要である

注２）。 多大な労力を要する。

また、営農現場でも、地域水田の将来像を検他方、線形計画法を活用した合理的な作物選討する中で、複数の作目等を体系的に組み合わ択の検討を営農現場で実施するための支援ツーせた展開が模索されている。そこでは、展開可

ルには、大石 [４]の BFM などが開発されてきた。

能な作付体系のみならず、いくつかの作付体系

しかし、これらは、単年の作目等単位での組みの組み合わせや、既存の体系に新たな作目等を合わせの検討を支援するものであり、複数年の導入した新たな体系の可能性や導入のための条作付体系へは必ずしも対応していない 注５）。

件等に関する情報を必要としている。このため

そこで、検討したい作付体系をより直接的・直に、いくつかの作付体系を組み合わせた営農モ観的に組むことができ、また、柔軟に作付体系デルが容易に構築でき、その時の作付体系別、の変更も可能であるとともに、営農現場でも利作物別の作付面積や所得等に関する情報が入手用可能なツールが必要となる。

可能になり、また、それを実施していく地域のそこで本稿では、水田作における合理的な作水田作経営者に分かりやすく説明できるツール付体系の策定支援や輪作の経営的評価に資するが求められている。

ために、検討したい作付体系をより直観的に組

従来、合理的な作目等の組み合わせの分析にむことができ、また、柔軟に作付体系の変更もは、主に線形計画法を利用して行われてきた。

可能であるとともに、営農現場でも利用可能なツールとして開発した「水田輪作策定支援シス

中央農業総合研究センター

テム」の意義と特徴を整理するとともに、この― 57 ―

ようなシステムの確立に向けた今後の検討課題合わせを導出するシステムである。前述したよを提示する。

うに、線形計画法に精通したものが、作付体系を構成する作目等の関係性を丁寧に単体表に表[７]注１）松本 によれば、主食用米の米価は、2003 年の急激な高騰を除き、1994 年の１万８千円台から 2007 年の１万３千円台へ、ほぼ直線的に下落している。
注２）農業技術の研究開発の側面でも、作付体系として技術の評価・検証を実施していくことが課題となっている。例えば、農林水産省委
託プロジェクト研究「担い手の育成に資するIT 等を活用した新しい生産システムの開発」
では、特定の作目等に対する特定の技術の評価ではなく、各種の要素技術を組み込み、複数の作物を体系的に組み合わせた作付体系としての評価が期待されている。
注３）作目等の前後作関係を条件式に設定する方法は、多くの既存研究で実施されており、例
えば、天野 [１]や金岡 [５]の北海道の畑作経営モ
デルでは、秋播小麦の作付面積は早出しの馬鈴しょと菜豆の作付面積の合計以下とする条件式を加えることで、「 早出しの馬鈴しょ―秋播小麦」や「菜豆―秋播小麦」の輪作を表現している。一方、水田作では土田 [６] にみられるように麦後の大豆面積と大豆後の水稲面積の条件式を加えることで「麦―大豆―水稲」の体系を表現している。また、梅本 [２] では「水稲―大麦」の二毛作を一つのプロセスに設定する方法で行っている。
注４）例えば、水稲単作、稲麦二毛作、稲麦大豆２年３作の作付体系を設定する場合、水稲のプロセスは、単作、二毛作、２年３作ごとの３つの設定が必要となり、麦のプロセスも二毛作と２年３作の２つを設定する必要がある。
注５）BFM でも作付体系を一つのプロセスとした技術係数等を作成することで、取り扱うことも不可能ではない。ただし、そのためには、検討したい作付体系ごとに、別途、技術係数を試算していく必要がある。

現することができれば、本システムを利用した場合と同様の最適解を得ることが可能である。
しかし、分析する作付体系を柔軟に組み替えながら、適宜、適切な単体表を構築することは容易ではない。そこで、農業経営者等は、本システムを利用することで、簡易に合理的な作付体系の組み合わせを考慮した営農計画案が策定できる。
本システムの特徴は、まず、１年間の作付を夏作と冬作の２作に限定し、輪作年数の上限を４年に設定した上で 注６）、その体系内であれば、利用者が様々な作付体系を直観的に構築することが可能であり、新規作物の導入や作付順序の変更などの作目等の組み合わせが簡便にできる点にある（第１図）。また、本システムでは、一度設定したデータは、データベース形式で内部に保存するため、その再利用が容易であるとともに、利用者の実情に応じた作目等の追加設定が行える。加えて、線形計画法に必要な単体表を一定のルールの下で自動的に作成した上で結果を導出するため、線形計画のモデリングに関する知識を有せずとも、簡易に作付体系を考慮した営農計画の結果が導出できる。
２

単体表の作成方法

通常は、作目等のプロセス間で作付体系を考慮した土地利用に関する制約条件を設定するが、作Ⅱ「水田輪作策定支援システム」の特徴付体系をプロセスにした場合、そのプロセスを構築することが作目等の作付順序や土地利用制約を考慮することになるため、改めてプロセス間での１システムの特徴

土地利用に関する制約条件を設定する必要がない。

その一方で、作付体系をプロセスに設定するた「水田輪作策定支援システム」は、MicrosoftExcel のマクロ機能を利用して、分析する作付体系 をプ ロ セス と し て設定 し 、 線 形計 画法 によって、農業所得を最大化する作付体系の組みめに、単体表の作成にあたって、本システムでは、具体的に以下の処理を行っている。
第一に、単作や二毛作以外の複数年にわたる作付体系を設定する場合には、同じ作付体系で― 58 ―

１年夏作

２年
冬作

３年

夏作

冬作

４年

夏作

１年 大豆 不耕起
タチナガハ

（新規）
馬鈴しょ

２年

水稲 移植
コシヒカリ

小麦 耕起
61号

３年

水稲 移植
コシヒカリ

水稲 乾直
コシヒカリ

小麦 耕起
農林61号

大豆 不耕起
タチナガハ

４年

水稲 移植
コシヒカリ

水稲 乾直
コシヒカリ

小麦 耕起
農林61号

飼料米 移植冬作

夏作

冬作

作物・栽培技術を選択（新規の場合；（新規）を選択）
大豆 不耕起タチナガハ

品種名を任意に入力（新規の場合；作物名を入力）

（新規）
大根

大豆 不耕起タチナガハ

第１図 「水田輪作策定支援システム」の作付体系の設定画面
注：１）紙幅の関係で、簡略化したイメージ図で示しており、実際の画面とは、若干異なる。
２）作付体系の設定行は任意に追加可能である。
３）作物名等は、イメージを容易にするために簡便的に記載したものである。

あっても、輪作開始年ごとにプロセスを設定し応じ、その作目等の作業が開始される時期も含た。これは、例えば「水稲―大豆」の交互作のめて設定した。これらの設定による作付体系別

場合、作付体系の表現上は１つだが、作付の事の旬別労働時間は、当年作の作業開始時期から態では、水稲から始まる場合と大豆から始まる12 月下旬までの労働時間に、前年作の 1 月上旬場合の２パターンが想定可能であり、それを単から作業開始時期までの労働時間を加算したも体表で再現したものである。のになる。

第二に、本システムにおける利益係数は、異また、それらの労働係数を単体表に設定するなる期間のプロセスを同じ基準期間で比較するに当たっては、利益係数と同様に、異なる年数ために、１年当たりとした。そのため、複数年の作付体系を同じ年数で実施した場合を想定し、にまたがる作付体系の係数は、作付体系合計の本システムで設定可能な輪作年数（１～４年）利益を輪作年数で除したものとした。の最小公倍数の期間である 12 年間の労働係数を設定した 注７）。

第三に、労働係数について、本システムでは、作付体系ごとの労働係数の作成は、その作付体第四に、水田転作制約についても、12 年間分系を実行した場合に、全期間を通じて必要となの設定を行うことで、常に水田転作制約が遵守る労働時間を直接的に表現した。具体的には、された作付体系の選択と、その面積が導出され第２図に示すように、旬別労働時間を作目等にるようにした。

月123456789101112旬 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下
1年 大豆
目 水稲麦
2年目

月
旬
麦123456789101112

上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下 上 中 下大豆※作付体系としての旬別の労働係数=当該旬における作目別の10a労働時間の総和

第２図 労働係数の設定方法－稲麦大豆２年３作の場合－
注：１）矢印は、表側に示した作目の作業期間を示す。
２）輪作最終年（例では２年目）の年内に作業が終了しない場合、年越し後の作業は１年目の労働係数に反映される。

― 59 ―

定 関経営
数 係 専従者面積
項 式-60-60-60

p3
1110p31101c-1c-111111001…

≧≧
≧

-1
c-1
c-1

p2
1
1
1
1

…

12月上旬労働_12年目
12月中旬労働_12年目
12月下旬労働_12年目

…
…
…
…
…

p1
1
1
1
1

…

…

1-60-60-60

…

…

≧≧
≧
≧
≧
≧

稲麦大豆
2年3作_2…

水稲作付制約_11年目
水稲作付制約_12年目
基幹労働力 b
1月上旬労働_1年目
1月中旬労働_1年目
1月下旬労働_1年目

稲麦
稲麦大豆
二毛作 2年3作_1

…

…

…

…

…

利益係数
水田面積 a ≧経営面積＝
水稲作付制約_1年目≧
水稲作付制約_2年目
≧

稲
単作

４年
４年
４年
４年
輪作_1 輪作_2 輪作_3 輪作_4
pn
1
1pn
1
1pn
1
1pn
1
1

水稲が作付される年に「1」を設定…
…

…
各プロセスの労働係数

第３図 「水田輪作策定支援システム」における単体表の模式図
注：１）斜体のプロセスが作付体系別のプロセスであり、ここでは一事例として示しているのみであり、実際の分析では設定に応じて任意に変更される。
２）pは各プロセスの利益係数を示し、同じ添字は同じ利益係数であることを示す。
３）aは水田面積の上限値、bは基幹労働人数の上限値、cは転作率を示し、それぞれ任意に設定する。
４）転作率の分母は、水田面積ではなく、経営面積である。
５）労働時間の制約は、旬別に12年間設定されるが、各プロセスの労働係数は、想定する輪作年数の旬別労働係数に基づいて12年間分に拡張処理される。例えば、単作や二毛作は輪作年数が１年なので、１年分の労働係数を用いて12回繰り返し設定される一方で、４年輪作の場合は４年分の労働係数を用いて３回繰り返し設定される。

を設定しても、それによって最適解が影響を受けないこと、また、プログラミングの簡便さを考慮し、常に 12 年間の労働係数を設定するようにした。

以上の点に基づいて作成される単体表の構造を模式的に示すと第３図のようになる。なお、
本システムで単体表の作成にかかわる上記以外のルールとして、まず、地目は水田のみとし、それはすべて借地として取り扱い、地代は各作Ⅲ物別の費用に計上する。また、旬当たりの労働「水田輪作策定支援システム」の基
本構造

時間は、専従者１人当たり上限 60 時間として設定し、臨時雇用は考慮していない。ただし、これらのルールは、システム設計上の簡便さに起因するものであり、今後、利用者の意見等を踏本システムにおける分析の基本的な流れは第４図に示すとおりである。
まず、１～４年までの輪作年数別に作目 注８）と品種を入力することで、分析する作付体系をまえながら修正する余地がある。

設定する（前掲第１図も参照）。なお、作目は、
注６）本システムでは、この設定によって４年８作までの作付体系が分析できる。この限定は、システム設計上の課題に起因しているが、４年８作までという想定は、水田の作付体系に概ね対応できるものと考えている。
注７）分析対象とする作付体系の輪作年数によっては、常に 12 年間の労働係数は必要とならない。例えば、４年輪作を分析対象に加えていない場合は、６年間の労働係数でよい。しかし、本システムでは、常に 12 年間の労働係数本システムのデータテーブルシート 注９） へ登録済みのものから選択入力する。もし、そのリストに無い場合は、「（新規）」を選択入力した上で、作目名を任意に入力する。
次に、分析対象に設定した作付体系の確認作業を行う。この段階で、既存の作目 等 も含めて、農産物価格、単収、変動費、作業時間等のデー― 60 ―

Ⅰ．体系別 に作目 ・品種の選択 入力

作目等のリスト

Ⅱ ． 設 定 し た 体 系 の 確 認

データの照合分析の基本的な流 れ（修正不要の時）

データの呼出しデータの修正・追加
データの保存Ⅲ ． 分析 基 礎条 件 の 設 定 【設定項目】①水田面積, ②基幹労働力,③転作率, ④固定費総額分 析 実 行

◆単体表の作成◆XLPの実行◆最適解の導出

データの呼出しデータテーブルシート①Crop；
作目名, 栽培時期, 栽培開始月旬, 助成金, etc②Breed；
品種名, 販売価格, etc③Technic；
栽培方法, 生産費用（費目別）, etc④Rotation；
前作作物, 後作作物,etc⑤Yield；
単位収量, etc
⑥Work；
作業名, 作業時間, 開始月旬, 終了月旬, etc

Ⅳ．結果要約の表示（第４図参照）

第４図 「水田輪作策定支援システム」の基本的な構成タの追加・修正を行う。ここで設定されたデーする。なお、作付面積については、作目等の組タは、データテーブルシートへ反映され、次回み合わせ、および作付体系としての組み合わせ以降の分析に活用できる。また、分析の基礎条など、分析対象の設定方法によって様々な情報件として、別途、水田面積、基幹労働力、転作を得ることが可能であるが、反面、それらの直率、固定費総額の設定を行う。

接的な結果をそのまま提供しても有意義な情報以上のデータを設定した後で、「分析実行」を提供にならない。そのため、作付面積の結果表行うと、線形計画モデルの単体表を自動作成し示は、全体の作付延べ面積に加えて、作目と輪

注 10）に作年数という二つの軸で集計した結果を表示す

よって最適解を導出し、要約した結果を表示するようにした。ただし、これらの結果表示の内る（第５図）。

容についても、利用者の意見等を踏まえた修正た上で、線形計画法プログラム「XLP」を図っていく必要がある。

表示する結果の内容は、農業所得と専従者１人当たりの農業所得、専従者の人数、経営面積ならびに耕地利用率（作付延べ面積÷経営面積）、作付面積、旬別労働時間（１年目）として表示

注８）ここでの作目は、栽培技術を考慮した作目である。例えば、本システムの初期設定で水稲を選択する場合は、移植の水稲か乾田直播

最適営農計画【収益性】
農 業 所 得 3,303 万円
１人当たり所得816 万円【作付面積(ha)】
体系計
作物計
69.9

水稲
9.1

1年1作_1

18.2

者

3 人

【土地】
経 営 面 積1年2作_1
1年2作_27.4
0.7

50.0 ha

2年3作_1

7.2

3.6

耕 地 利 用 率 139.9 ％2年3作_2

11.0

5.5

2年3作_3

5.4

【労働力】
専
従小麦
3.6

大麦
15.6

大豆
38.2

飼料米 馬鈴しょ
2.7
0.7

18.2
7.4
3.6

7.4
0.7

0.7

3.6
5.5

5.5

2.7

2.7

2.7

第５図 「水田輪作策定支援システム」の結果表示画面（一部）注：１）作付面積の作物名や作付体系名は、データ設定状況で任意に変更される。
２）作物計の合計は作付延べ面積、各作付体系の合計はその作付体系が毎年利用する土地面積である。
３）紙幅の関係で、旬別労働時間のグラフの表示は省略している。

― 61 ―

の水稲かを選択することになる。
注９）本システムにおけるデータテーブルシートとは、データベースのテーブルを Microsoft
Excel のワークシートで擬似的に再現したものである。
注 10）「XLP」は大石亘が開発した線形計画法を簡易に実行するための Excel アドイン（http://cse.naro.affrc.go.jp/ooisi/xlp.html）であり、その詳細は大石 [３]を参照。

第一に、 本システムでは、作付体系プロセスの技術係数を 12 年間で正確に再現させているが、最適解を導出するという視点に立てば、その必要性は低いものと考えられる。そのため、単体表での表現形式の相違にともなう最適解への影響に関する検証を進め、より単純化した単体表を効率的に作成できように改良することである。第二に、 価格が不安定な状況が増す中で、Ⅳ実用性の向上に向けた課題計画策定に当たって毎年の利益の変動も考慮していく必要があり、そのために、例えば、輪作年数

本稿では、作付体系を考慮した経営計画の策定に対する必要性が高まる中で、それに応えるために開発した「水田輪作策定支援システム」の特徴を明らかにした。しかし、本システムの開発は端緒を開いたばかりであり、実用性の向上に向けたさらなる改良を図る必要がある。
特に、本システムは、作付体系を取り扱うとごとの多段階線形計画法への展開を検討することである。第三に、より精密な生産を実施していくために、圃場単位で複数年間の作付計画が可能なシステムへの発展を図ることである。以上のようなシステムの展開・深化によって、より効率的な営農計画の策定を支援する手法へ向上させていくことができるであろう。

いう有効性を十分に発揮できていない。その一つに作付体系としてのデータの問題がある。本

[引用文献]

システムでは、品種や栽培方法が同一であれば、単収や生産費用も同じものとして取り扱うように設定している。しかし、営農実態を考慮すれば、品種や栽培方法が同一でも、その前後の作目等によって単収や生産費は異なるであろう。
そのため、作付体系ということを踏まえた単収や生産費用等の客観的データを用意する必要性があるが、現状では、作付体系技術としての開発や普及が求められ始めた状況であり、そのようなデータの整備が十分とは言いがたい。しかし、今後、作付体系を考慮したデータの重要性が益々高まるものと想定されることから、技術開発研究者にそのようなデータの収集・蓄積のための実証試験を働きかけ、協力してデータを整備していく必要がある。
また、以上に加えて、 利用者との意見交換 を踏まえて、 経営条件等の設定内容や計算結果の表示内容などの改良を進めることで、 実用性の向上を図る一方で、今後は、作付体系をプロセスに設定するという特徴を生かしながら、以下の点でシステムの改良を図っていく必要がある。

[１]天野哲郎（1985）：「畑作経営の作物選択と技術評価」、『農業生産の計画モデル―意思決定問題へのアプローチ―（総合農業研究叢書第6 号）』、pp.1-30.
[２]梅本雅（1996）：「水田複合経営における水稲乾田直播栽培技術導入の経営的評価」、『農業研究センター経営研究』、35、pp.25-40.
[３]大石亘（2006）：「営農計画のための線形計画法プログラム XLP」、『農業情報研究』、15(3)、pp.319-330.
[４]大石亘（2008）：「営農計画モデル作成自動化プログラム BFM」、『農業情報研究』、17(2)、pp.319-330.
[５]金岡正樹（1998）：「普通畑作経営における作物選択と雇用利用」、農業研究センター（編）、『線形計画法による農業経営の設計と分析マニュアル』、農林統計協会.
[６]土田志郎（1998）：「水田作経営を対象とした線形計画モデルの構築と利活用」、農業研究センター（編）、『線形計画法による農業経営の設計と分析マニュアル』、農林統計協会.
[７]松本浩一（2009）：「制度変革下における地域水田農業の動向予測手法構築に向けた課題」、
関野幸二・梅本雅・平野信之（編著）、『制度変革下における水田農業の展開と課題』、農林統計協会．

― 62 ―