巻頭連載
環境変動対策・気候変動に対する技術

開放系実験により大気CO₂濃度に対するコメの収量・品質の反応を解明
国立研究開発法人 農研機構
農業環境研究部門 エグゼクティブリサーチャー

長谷川利拡
温室効果ガスである大気中の二酸化炭素（CO2）
濃度の上昇は、地球温暖化、降水パターンの変化、それらにともなう異常高温や豪雨などの極端な現象の増加を通じて、作物の生長や収量・品質に大きく影響する。一方、CO2 濃度の上昇自体は、作物の光合成を促進して増収に働くことが知られているが、その効果は品種や施肥管理によって異なるか、温暖化（以下、CO2 施肥効果）がどのように変化するか、などについては未検証であが進行した際に高 CO2 濃度による増収効果った。
（以下、FACE）
実験の結果から、水稲のCO2 濃度に対す
今号では、屋外水田で CO2 濃度を高める開放系大気 CO2 増加る収量・品質の反応を紹介する。

FACE実験におけるCO2濃度の制御

FACE 実験における CO2 濃度の制御は、圃場の一画に設けた八角形の区画で行われる（写真１）。区画の中央でFACE 実験は、囲いのない条件で大気 CO2 濃度を高めCO2 濃度と風向・風速を計測し、CO2 濃度が外気よりもて植物や土壌の反応を調べる実験で、気候変動下の作物200ppm 高くなるように、周辺に設置した放出チューブ生産をできる限り実際の圃場に近い条件で明らかにするから CO2 ガスを放出する。放出チューブは、各辺それぞために 1989 年にアメリカで始まった。水田の FACE 実験

れに作動し、風上側の三辺から放出するように自動制御は、1998 年に岩手県雫石町で開始したものが世界で最初される。区画面積は、雫石町では約 120㎡（差し渡し 12である。その後、2001 年には中国江蘇省に導入され、ｍ）であったが、つくばみらい市では窒素水準、品種、水2010 年からは茨城県つくばみらい市で新たに FACE 実験

温・群落温度上昇区など、より多くの条件で CO2 濃度のが始まり（雫石町での FACE 実験は 2008 年で終了）、異影響を調査できるように倍増した。

なる環境における実験の結果が集積されてきた。

高温条件におけるCO2濃度に対する反応
異なる温度条件における CO2 施肥効果を調べるために、
雫石町とつくばみらい市で実施した計 11 作期の FACE 実
験で共通品種「あきたこまち」の収量を比較した。その結果、外気よりも CO2 濃度を 200ppm 高めた高 CO2 区では対照区に比べて平均で 11％増収したが、CO2 施肥効果
は場所や年次によって 0 〜21％と大きく変動した（データ省略）。その変動要因を調べたところ、CO2 施肥効果は、冷害年の 2003 年（雫石町）を除くと、気温が高くなるとともに減少することがわかった（図１）。
また、コメの外観品質をみると、温暖なつくばみらい市での FACE 実験では、高 CO2 濃度によって白未熟粒が多発して整粒率が大幅に低下し、その程度は特に高温の年で大きいため、高 CO2 濃度が高温登熟障害を悪化させ

写真１ つくばみらい市でのFACE 実験
差し渡し17 ｍの八角形状区画の中央部にCO2 濃度センサーと風向・風速計を設置し、区画内のCO2 濃度が対照区に対して200ppm 高くなるように、周辺に設置した放出チューブから風向きに応じてCO2 ガスを放出する。

2グリーンレポート No.647（2023年5月号）

ることがわかった。これらの影響を考慮したコメの収量・品質の将来予測については、「グリーンレポート」№ 646（2023 年４月号）の記事を参照していただきたい。

環境変動対策・気候変動に対する技術
30
高濃度による収量の増加率（％）

CO2

実験の結果から、CO2 施肥効果は窒素施肥量が 10 ａ当た

ｙ＝69.1－2.37ｘ、
Ｔ＞20℃
Ｐ＜0.001
Ｒ2＝0.783、り８㎏を下回ると低下した（図２）。窒素が少ないと玄米基部に発生する白未熟粒率が増加することから、低窒素

20

栄養条件は、CO2 施肥効果を抑えるだけでなく、外観品質の低下を加速する可能性がある。

10

低窒素栄養条件における CO2 施肥効果に品種間で差があることもわかった。籾数が多い多収品種「タカナリ」と対照品種「コシヒカリ」の CO2 施肥効果を低窒素（窒０素肥料無施用）条件で比較したところ、「コシヒカリ」の「タカナリ」は収量は高 CO2 濃度で増加しないのに対し、－10202224262818％も増加した（図３ａ）。
「タカナリ」は「コシヒカリ」に出穂後 30 日間の平均気温（℃）

図１

比べて高 CO2 濃度による地上部乾物重の増加が大きい

高 CO2 濃度による収量の増加率と気象要因の関係（図３ｂ）ことに加えて、地上部乾物重に対する子実重の雫石町７年、つくばみらい市６年の結果●○：雫石町（○は2003 年の冷害年）、■：つくばみらい市（Hasegawa et al., 2016 Adv. Agric. Syst. Model.７:45-68）にデータを追加割合（収穫指数）が高く保たれた（図３ｃ）。「コシヒカリ」は、高 CO2 濃度および低窒素条件では乾物重の割に籾数が少ないため収穫指数が低下した。これに対し、「タCO2施肥効果の品種間差異

カナリ」は、CO2 濃度、窒素条件に関わらず乾物重に応CO2 施肥効果は、品種によっても大きく異なった。つじた籾数が確保され、収穫指数が高く維持された。
「タカ

くばみらい市での FACE 実験では、高 CO2 濃度によってナリ」は、高 CO2 濃度条件で窒素吸収が促進されるだけ３％しか増収しない品種から 36％も増収する品種まであでなく、日本型品種に比べて窒素吸収量当たりの籾数がった。高い CO2 施肥効果を持つ品種は、籾数が多いか粒極めて高く、低窒素条件でも多くの子実が生産される性のサイズが大きい多収品種であった。さらに、籾数を多質を持つことがわかった。

くする遺伝子、穂数を多くする遺伝子は、高 CO2 濃度条

また、白未熟粒率をみると、「コシヒカリ」は高 CO2件で多収を達成するのに役立つこともわかってきた。

によって白未熟粒率が 14 ポイント増加したが、「タカナ

また、品質低下に対しては、高温でも白未熟粒が発生

リ」は白未熟粒率の増加が少なく、外観品質は低下しなしにくい「高温耐性品種」が有効であることが証明されかった（図３ｄ）。以上から、多収品種「タカナリ」は、ている。ただし、今後も温暖化、CO2 濃度の上昇が同時低窒素条件でも高い籾数生産効率によって高 CO2 濃度にに進行すると、より高いレベルの耐性が必要になる。

よる増収効果が維持されるとともに、外観品質の低下も小さいことがわかった。

低窒素栄養条件におけるCO2濃度に対する反応

これらの特性と遺伝子との関連を明らかにすることに窒素栄養は、高 CO2 濃度に対する生理、収量、品質反より、高温、高 CO2 濃度条件に対応すると同時に、窒素応のいずれにおいても重要な要素である。過去の FACE利用効率の高い品種育成が加速するものと期待される。

30

雫石町
中国
つくばみらい市

600
500

300

9004045304020０タカナリ

25

コシヒカリ

600

タカナリ

０コシヒカリ

10タカナリ

30

図３（ｄ）

50700
コシヒカリ

（長谷川ら2018、日本土壌肥料学雑誌、
89：491-496 から）5010040

図２ 日
 本（雫石町、つくばみらい市）の
FACE 実験と中国（江蘇省）の 
FACE 実験における高 CO2 濃度処理による収量の増加率と窒素施肥量の関係

1,1006035

タカナリ

102030
窒素施肥量（㎏ /10ａ）

55（ｃ）

800

コシヒカリ

０1,2001,000

400200０60

白未熟粒率（％）

５対照
（ｂ）
1,300
高CO₂濃度

収穫指数（％）

10（ａ）

地上部乾物重（ｇ ㎡\）

15－5700

玄米収量（ｇ ㎡\）

高 濃度による収量の増加率（％）

25
CO2
20

ｙ＝30.5/ｘ＋15.9
Ｐ＜0.05Ｒ2＝0.271、

 くばみらい市での FACE 実験の無窒素区におけるつ「タカナリ」
および「コシヒカリ」の（ａ）
玄米収量、
（ｂ）
地上部乾物重、（ｃ）収穫指数、（ｄ）
白未熟粒率の３ヵ年の平均と標準誤差（Hasegawa et al. 2019. Frontiers in Plant Science, 10:１-15 から）グリーンレポート No.647（2023年5月号）

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