農 業 と 科 学

平成 18
年 4月 1日

第三種郵便物認可(9)

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長年の田畑輪換や畑転換による地力窒素の消耗
東北農業研究センタ‑ 水田土壌管理研究室室 長

加 藤 直 人1
0年以上前に来日したフロリダ大学のシュナイ

圃場は，沖積土水田(細粒灰色低地土)であるが，ダ一博士に見せられた一枚の写真を鮮明に覚えて下層に非アロフェン質の黒色土層(リン酸吸収係いる。それは，土壌が分解，消失して，階段を上数1500程度)が埋没しておりらないと玄関に辿りつけなくなった家の写真であ場によって異なる。これから紹介する田畑輪換のった。流亡ではなく分解であるという博士の説

試験は，この黒色土が表層に現れている圃場で行明であったと記憶している。フロリダでは，長年990年から開始し，現在った。田畑輪換の試験は 1サトウキビが換金作物として作付けされてきたも継続中であるがここでは 2002年までのデータが，今では水稲が導入され，田畑輪換を行なってを紹介する。なお1989年以前は水稲連作である。

いる。その目的は，米の生産ではなく，土壌の分圃場を 3分割し輪換畑期間が基本的に 1年の体解を抑制し，作土深を維持するためである。この系(短期畑輪換)と話を聞いた時，水田が持つ素晴らしい土壌保全機設定し，対照として連年水田を設けている。 2002

能の一端を垣間見た気がした。

年までの 13年間で，短期畑輪換では 6年間，中期

もちろん，これはフロリダの温暖な気候と有機質土壌の性質によるものでその出現位置は聞3年の体系(中期畑輪換)を畑輪換では 10年間，畑地化して大豆を栽培し，そ日本ではこれほど極の他の年は水稲を作付けしている。また，それぞ

端な例は聞いたことがない。しかし，程度の差はれに有機質資材を施用する系列と無施用の系列があっても，水田の畑地化によって，土壌有機物のあり，全部で 6試験区となっている。有機質資材分解は確実に促進される。米の生産過剰基調が続施用系列には，毎年秋に， 10アール当たり 600kg

き， 30
年以上にわたって生産調整が行なわれていの稲わら(水稲 1作で生産される稲わらに相当)るが，転作作物の連作に伴う病虫害や雑草害の発を大豆作，水稲作に関わらず施用している。

生を防ぐために田畑輪換が有効な手段として奨励されてきた。しかし，田畑輪換であっても，地力の維持に留意する必要があり，そのためにはこの圃場の作土の全炭素全窒素の推移を図 1

図 1.長年の田畑輪換に伴う土壌の全炭素と全窒素濃度の低下(参考文献 1より転載)

水田期間をでき有機物施用を行い

1443.
1

また土壌肥沃度の推移を見守る必要が

423.
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全 2.
9るだけ長く確保しある。

ここでは，田畑輪換や長期畑転換を行った場合の地力窒素と大豆・水稲の士 38m

生産性を長年にわたって調査した事例と36を紹介する。なお，詳細は，住田らの)報 告 1，2) をご覧頂きたい。

1.田畑輪換による地力低下の例
筆者が所属する東北農業研究センター水田利用部(秋田県大仙市)の場内

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1期輪換・稲わらーや連年水田・稲わら‑Ir‑短期輪換・稲わらベ・一仁:1ベ〉一連年水田・無わらイト短期輪換・無わらベコー中期輪換・無わら(10)農 業 と 科

第三種郵便物認可

学

平成 18年 4月 1日

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全炭素は稲わらを施以上のように，畑地化率が 46%の短期畑輪換の用しなくても維持されており稲わらを施用する

場合でも，有機物を施用しなければ地カ窒素は大田畑輪換では全炭素は経年きく減少する 。 また，短期畑輪換では大豆作 の年

特に稲わら無施用の場合にを含めて，毎年稲わらを施用すれば，地力窒素のそれが著しい 。全窒素にも同様の傾向が見られ，消耗を防止することができるが，畑地化率がおよ連年水田では増加も見られるがそ75%の中期畑輪換ではと増加した 。 しかし的に減少しており田畑輪換では減少している 。 このように，田畑輪換によって，土このような稲わら施用の効果が見られ弘 vゐことが分かった 。

壌の全炭素や全窒素は減少することが明らかにな

図 3に，大豆や水稲の子実収量の変化を示した 。

り，土壌有機物が消耗しや すいことが示された 。

この図では，気象変動に伴う収量変化の影響を消

ただし，畑期間が短い短期畑輪換の稲わら施用系去するために，水稲については連年水田の収量を図 2.田畑輪換による土壌の可給態窒素の低下

100とした指数で 大豆 については十分な水田期間を確保した輪換畑におけ る収量を 100とした指数で示している 。なお 稲わら施用による収量差はそれほど大きくなかったので 施用の有無の 2処理を平均した値で示した 。 まず，大豆の収量 について見ると， 1994年は稲わら施用による還元障害， 2001年は褐紋病による大きな減収があったことを考慮すると 田畑輪換開始から概ね 10年経過すると，転換による増収効果が見られなくなり，収量指数が低下する傾向が伺える 。一方，水稲は連年水田に比べて収量が低 下する傾向は見られず， 1
0
年以上田畑輪換を繰り返しでも ，復由化初年目には増収効果が認められる 。 この水稲での増収は，根の活性維持と根城の拡大，作土量の増加

連年水田の稲わら無施用を 100とした指数(参考文献 1より転載)

換開始時たようである 。
次に土壌の可給態窒素の推移 を図 2に示した 。田畑輪換の開始から 13年後の結果で比較してみると，連年水田では稲わらを施用すると，無施用に比べて27%高くなった 。 しかし，中期畑輪換では，稲わら施用の有無に 関わらず連年水田無わら区のおよそ 7割程度にまで，可給態窒素は大きく 減少した 。
短期畑輪換でも稲わらを施用しなけ
れば ，連年水田無わら区の 75%まで減

図 3.田畑輪換における大豆・水稲の生産性
輪換田水稲︐輪換畑大 豆 の収量指数

列では，全窒素の減少が明確ではなく，稲わらの施用によって減少が 抑制され150ー か 短期畑輪換‑Dー中期畑輪換(白抜:水稲，黒色:大豆)

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(12)
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西暦年次(田畑輪換年数)

少した 。なお，短期畑輪換で稲わらを水稲は連作田水稲，大豆は十分な水田期間を確保した輪換畑での収連用した場合，試験開始時の 可給態窒量を 100とした指数

素は連年水田無わら区の 93%であった

1994年の大豆が低収なのは，稲わら施用系列における還元障害が原のに対し， 13年後でも 92%とほぼ変わ因。稲わら無施用系列ではそれほど低くない 。200
1年の大亘収量低らず，大きな低下は認められなかった 。

下は褐紋病による減収。(参考文献 1より転載)

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司1 ，，，，， 11 ，，..‘ 1111111...-"11" ， 11111 四四 11. 1\ .1111 喝司川 1111111. 同 l'IIIIIII' ，.. ...ll川 1"11.... 岨 1"11"11'.... 川 11'11'‘ー.， 111" 1' 11.......11 川1 ・"・ .....1"1 1'''''....川 tlllltl "，，， I'lllhlll.~ulllhn ，_，，'・"川 111 圃噂 I lI ltlllll~"llh ， lllhll-.lllllhlll ，.，四 11111 ，， 11'"によると考えられる 3。
)

1kgの窒素が含まれているので，堆肥系列には約 1

2.長期畑転換による大きな消耗と水田期間での8年間で、約 200kgの窒素が投入されたことにには 1回復なる。つまり，長期畑転換の堆肥系列では，試験別の水田圃場では， 1982年に畑転換を行い，そ00kgの開始時の全窒素が高く，しかもその後に 28年間にわたり大豆を栽培した後， 2000年かの後 18年後には窒素が投入されたのにもかかわらず， 1ら水田に 3年間戻し連年水田の無堆肥系列と同等の窒素含有率となっ2003年に再畑転換した。こた。このようにの圃場は，作土，次層ともに細粒の灰色土である。
有機質資材として稲わら堆肥を 10アール当り 2水田と畑では有機物の蓄積・消耗に驚くような大きな差が見られる。
可 給 態 窒 素 (4週間湛水培養無機化窒素)の変トン施用した系列と無施用の系列があり，また対照として連年水田を設けている。

化は，さらに鋭敏で、，畑転換による著しい減少が
認 め ら れ た ( 図 5)。特に，稲わら堆図4. 長期畑転換とその後の復固化に伴う土壌の全炭素，肥を施用しない場合は，試験開始時の(復田化は 2000~2002年)およそ 30%程度まで大きく減少した。

全窒素濃度の推移(参考文献 1より転載)

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また，可給態窒素は， 3年間の復田化によって増加が見られたが，試験開始時の水準には回復しなかった。
全窒素の対する可給態窒素の比は，長期畑転換によって連年水田のおよそ半分まで低下しその後の復田化によって回復し， 7割程度となった(図5。
)
以上のように地力窒素は 18年間の長'82 '92 '00'01'02'0
3

期畑転換によって大きく低下したが，ベ〉一連年水田・無堆肥ー・一連年水田・堆肥2t
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その後の復元水田での水稲は，連年水館山窒

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しかし，その後， 2003年と 2004年に再び大豆を作

005年に再復固化して水稲を栽培したと付けし， 2(12)農 業 と 科 学

第三種郵便物認可(毎月 1日発行)平成 18年 4月 1日第 574号

司 1 ，，，"， 111 圃司 '10川 10".." ，・・.， 1..11 問問 111"1111 1 ・，司 11111111 1 ・，同 IfIIIIJIII ，....， I ， "IIIU...~"lll lI tll.... 川 '"11 ・‘ー・“ 11" 1'"回....，.'・"川‘ ".1111 1' 1111 ‘ ""II"IO ，，~圃 '11 ・ '11 ， '1.....11 ・ II..U. .，.，， 11 1川 hl".I'I" ， I It I~"III.fl・ .h. ， ....'IIUh ・""'1四 '10 ， 111"' '9ころ，堆肥系列では連年水田を上回る収量が得らわれば，今後，土壌有機物の消耗は益々速くなる

れたが，無堆肥系列ではほぼ同等の収量にとどま可能性がある。

った(データ未発表)。地力の低下が水稲の収量に地力窒素の推移は長期間にわたり追跡調査をまで悪影響を及ぼし始めたとも考えられるので，行なわなければ明らかにできない。今回紹介した今後の推移が注目される。

成果も，連用試験圃場を長年にわたり維持してき3. 窒素収支の相違と地力変化たことが実を結んだと言える。近年，労力や予算以上のように，水稲作期間中では地力の漏養，の不足，試験場の移転等によって，こうした連用その原因の一つは試験圃場が中止されるケースが目立つてきた。し両者の窒素収支にある。大豆作では，およそ 20kg

かし，長期連用試験から学ぶことは，まだまだあ/10a程度の窒素が吸収され，そのうち 16kgが子実る。分析手法や機器の発達により，試験開始時にに蓄積されるので子実以外の残澄を土壌に還元は予想もできなかったような解析が可能となるこ

6kgの持ち出しとなる。根粒による窒素固しでも 1ともある。東北農業研究センター水田利用部で維0kg/10a) と施肥によ定(全窒素吸収量の 50%，1持管理している長期試験圃場の土壌を調べ，有機g/10aを差し引くと，約 3kg/10aの窒素る投入 3k0
年間にわたる土物施用や化学肥料の連用に伴う 3が土壌から収奪されることになる。水稲では，お壌の重窒素自然存在比の推移を具体的に示した成よそ 10kg/10aの窒素が吸収され，稲わらを土壌に果りなどが好例であろう。

大豆作では消耗が見られたが還元すれば持ち出しは 7kgとなる。寒冷地水田でシュナイダ一博士の来日の目的は，有機質土壌程度は期待され，も生物的窒素固定がおよそ 2kgで水稲を栽培するとケイ酸が欠乏し，低収となる施肥で 8kg投入されれば，持ち出し量よりも投入ため，ケイ酸質肥料の研究が盛んな日本の情報を程度の窒素が土壌に富量のほうが多くなり， 3kg収集することであった。フロリダが稲作を学んだ化されることになる。このような窒素収支の差は，ように，我々もフロリダでの対処法を教訓にした

短期間では目に見えにくいが~)。

ように確実に効果を残しボディーブローの長期間経過すると地力窒素の明白な差となって表れる。また，こうした地力窒素の推移の差には畑期間における土壌有機物の分解なども一役買っていると思われる。

4. 終わりに
以上，紹介したように寒冷地東北地方において参考文献

1)住田弘一，加藤直人，西田瑞彦:田畑輪換の繰り返しゃ長期畑転換に伴う転作大豆の生産力低下と土壌肥沃度の変化 東北農研研究報
03，39‑52 (2005)
告12) 住田弘一他:田畑輪換の繰り返しは転作大も，田畑輪換による地力窒素の低下が見られたこ

豆の生産力を低下させるとは大きな意昧を持つと考えられる。地力窒素の情報 18 (平成 15年度)， 140‑
141(2003)

低下を防ぐには畑期間をあまり長くしないこと

東北農業研究成果

3) 住田弘一，加藤直人:長期畑転換あとの復元と，有機物施用を意識することが必要である。今4，水田における水稲生産力，東北農業研究 5

後も転作作物の作付けは続くと予想され，その多59‑60 (2001)

くの場面で有機物が施用されなければ，生産現場

4)西田瑞彦他:堆肥連用水田土壌の窒素安定でも地力窒素の低下による生産性の低下が顕在化

0
年にわたる推移，東北同位体自然存在比の 3する危険性がある。また，畑転換に加えて，排水9 (平成 16年度)， 44‑45
農業研究成果情報 1

対策による乾由化が進み(2004)

それに地球温暖化が加