巻頭連載
環境変動対策・気候変動に対する技術

温暖化が水田の持続的生産性におよぼす影響と有機物施用の効果
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

温暖化による減収を防ぐカギは堆肥の連用

長谷川利拡
東北大学大学院 農学研究科
附属複合生態フィールド教育研究センター 教授

西田瑞彦
土壌は、作物の持続的生産の基盤であるとともに、炭素、窒素などの物質循環においても重要な役割を担うため、これまで温暖化緩和の観点から、炭素貯留、温室効果ガス発生抑制に関する研究が数多くなされてきた。一方、温暖化は、作物の発育、生長、ひいては収量に直接的な影響をおよぼすと同時に、土壌有機物の消耗を早めて肥沃度を低下させ収量に間接的な影響を持つ。これまで、温暖化の影響評価や適応技術の研究においては、温暖化が作物にあたえる直接的な影響が主な対象であったため、土壌肥沃度の維持あるいは向上による生産基盤の強化が、どの程度温暖化の影響を軽減できるかについては、十分検討されてこなかった。
今号では、温暖化が水稲の生育や収量におよぼす直接的および間接的な影響を考慮したうえで、有機物施用の効果を定量的に推定した２つの研究を紹介する。

果があり、堆肥区の収量は、化学肥料区に比べて平均で３地点で高温による収量への影響と有機物施用の効果を検証

34 13㎏ /10 ａ高かった（図１右）。堆肥施用の効果は、主に穂数および籾数の増加によるものであった。一方、ワ

気候条件が大きく異なる秋田県大仙市、新潟県上越市、 ラ施用の効果は認められなかった。
佐賀県佐賀市の水田圃場（いずれも灰色低地土）において、2017、2018 年に、同一品種（ひとめぼれ）を用いた有機物施用試験を行い、２ヵ年３地点のデータを解析して、収量・品質におよぼす温度の影響およびワラ、堆シミュレーションモデルを用いた温暖化および有機物連用効果の推定
これまでの温暖化および堆肥連用の影響肥施用の効果を調べた（図１）。３地点の有機物施用試験

気候変動が進むなかで、有機物の長期連用効果を検証

における生育期間の平均気温は、2017 年大仙の 20.4℃するには、気象や土壌条件を考慮したイネの生育モデルから 2018 年佐賀の 26.8℃と６℃以上の違いがあった（図の活用が有効である。そこで、既存のイネ生育モデル

１左）。全データを合わせて解析したところ、精玄米収量（H/H）と有機物連用による土壌肥沃度の変化から、気候は、生育期間中の気温に対して直線的に減少することが変動および有機物連用効果を推定した。まず、モデルがわかった（図１右）。温度の上昇にともなう減収程度は、有機物長期連用試験の結果を妥当に再現できるかを確か１℃当たり約 27㎏ /10 ａ（直線の傾800き）で、20℃条件で期待される収量温の上昇は、主な収量構成要素に負大仙(20.4 〜 21.9℃））の影響をあたえたが、温度上昇にともなう低下率は、特に穂数および籾不足が高温による減収の主因と考え
有機物処理では、堆肥施用がいずれの地点・年次でも同程度の増収効
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グリーンレポート No.654（2023年12月号）

600

10500ら、生育期間の短縮にともなう籾数られた（データ省略）。

700\ａ︶

数で５〜７％と顕著であったことか上越（23.0 〜 23.1℃）

精玄米収量︵㎏の約４％と推定された（図１右）。気温度に対する傾き−27±3.0 ㎏ /10ａ/℃（大仙市の平均収量に対して約４％）
化学肥料＋堆肥区
堆肥（１〜３ｔ) 施用効果
＝34±13 ㎏ /10ａ400
佐賀（26.6 〜 26.8℃）

図１

化学肥料区、稲わら区

20222426

平均気温（℃）

大仙市、上越市、佐賀市における２ヵ年（2017 年、2018 年）の有機物施用試験から得られた水稲収量と生育期間の平均気温との関係

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環境変動対策・気候変動に対する技術を明らかにするために、H/H モデルと土壌炭素の長期動1,000推定値

態をシミュレートする土壌炭素動態モデル（Roth C）を実測値活用して、温暖化が土壌肥沃度と水稲の生育・収量にお800玄米収量︵ｇ ㎡\︶

よぼす影響を、温度条件が大きく異なる全国８地点を対600象に推定した（図３）。
土壌肥沃度に変化がないと仮定した場合、大気 CO2 濃

400度が上昇（380ppm から 580ppm）すると、光合成が促進される効果により、推定収量は 15～23％程度増加し200た（CO2 施肥効果、図３左の▲）が、この効果は２℃の０1965

温暖化により減少し、地域によって増収する地域（新潟197519851995

2005

2015

年次

図２ 秋 田県大仙市における 47 年間の有機物長期連用試験における水稲収量の実測値とイネ生育モデル（H/H）による推定値
図中の値は、堆肥２ｔ /10 ａ施用を連用した区（水稲単作区）の精玄米収量めるために、秋田県大仙市で行われている長期連用試験以北）と減収する地域（三重以西）が混在した（図３左●）。一方、２℃の温暖化が土壌肥沃度を低下させる効果も考慮した場合、増収が予測される地域はほとんど認められず、温暖な地域では減収程度が大きくなると推定された。の 47 年間の収量の実測値の変化とモデル推定値を比較し各地の相対収量を平均すると、２℃の温暖化は CO2 施

たところ、本モデルは、有機物連用および気象条件の変肥条件を考慮しても約５％の減収が見込まれる（図３左化にともなう収量の実測トレンドをよく再現することが■）。堆肥の連用は、いずれの地域でも増収に貢献するわかった（図２）。

（図３右）が、２℃の温暖化による減収を相殺するには、次に、本モデルを用いてこの間の収量変化におよぼし年平均気温が 16℃以下の地域では１ｔ程度、それ以上のた要因の貢献度を調べたところ、気温上昇が収量におよ地域では１～２ｔ /10 ａの堆肥連用が必要と推定された。

ぼした効果は、１℃当たり－ 33㎏ /10 ａ（平均に対して★

１℃当たり約６％減少）と推定された（データ省略）。こ温暖化が水稲におよぼす影響は、作物生理にあたえるれに対し、堆肥連用の効果は、１ｔ/10 ａ当たり＋ 34㎏

直接的な影響に加えて、土壌肥沃度を介した間接的な効/10 ａ程度で、温度１℃上昇の効果をほぼ相殺できるも果も無視できないものと推定された。特に、温暖化が長のと推定された（データ省略）。

期的な土壌肥沃度におよぼすマイナスの影響は温暖な地２℃の温暖化（50 年後）が土壌肥沃度と収量におよぼす域ほど大きく、温暖化の影響を軽減するのに有効な有機影響物の投入にも地域や温暖化水準を考慮することが重要で温暖化は、作物の生育の直接的に影響するだけでなく、 ある。
長期的には土壌有機物の消耗を早めることで間接的に収量に影響する。これらの直接・間接的な影響の地域特性

なお、本研究は、農林水産省戦略的プロジェクト研究推進事業「農業分野における気候変動適応技術開発」で実施した。

130120120

収量の相対値︵％︶

収量の相対値︵％︶

130110100
90＋０℃＆580ppm（作物）＋２℃＆580ppm（作物）8070121410090＋２℃＆堆肥２ｔ＋２℃＆堆肥１ｔ

80＋２℃＆580ppm（作物＋土壌）
10110

16年平均気温（℃）

182070＋２℃＆堆肥０ｔ
101214161820

年平均気温（℃）

図３ 気 候条件が大きく異なる全国８地点を対象に推定した 50 年後の水稲収量の相対値
（現在の平年気象条件および大気 CO2 濃度は 380ppm で推定した収量を 100 とした場合）

８地点の違いは、現在の平年平均気温の違い（Ｘ軸）で表示
左図は温度上昇がないと仮定した場合（＋０℃）と現在の平年値から２℃上昇した場合（＋２℃）の推定値（作物）
は、温度上昇が作物の生理のみに影響すると仮定した場合、（作物＋土壌）は、温度上昇が作物生理に加えて、地力低下（土壌有機物を減少による窒素供給の低下）も考慮した場合。ただし、土壌残渣は持ち出し
右図は＋２℃条件で堆肥連用の量を変化させた場合の推定収量
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