環境負荷低減をめざした水稲栽培技術の体系化とGIS を利用した負荷予測モデルによる検証－先端技術を活用した農林水産研究高度化事業の研究成果報告－滋賀県農業技術振興センター(研究総括者)

柴原 藤善

１．研究の概要
近畿地域では、1400 万人の貴重な水資源である琵琶湖の富栄養化防止や農業用ため池（兵庫県の数 44000 は全国一）の水質保全が重要な課題になっている。
このような中で、農地からの栄養塩類（肥料成分、代かき濁水等）の流出も汚濁の一因となっており、近畿府県では独自に特別栽培米（化学肥料と化学合成農薬の使用量を通常の 5 割以下に削減）等の認証制度を設けて推進している。特に滋賀県では、2004 年度から環境農業直接支払制度を全国に先駆けて導入しており、環境負荷低減技術の取組効果の定量的な評価手法の開発が急務の課題となっている。
このため、近畿４府県の研究機関が大学・独法と連携して、農林水産省「先端技術を活用した研究高度化事業（地方領域設定型研究、2005～2007 年度）」に取り組み、耕地面積の約 8 割を占める水田を対象に、水稲栽培における環境負荷低減技術（特別栽培米）を体系化するとともに、ため池の水質管理技術を開発した。
また、琵琶湖・大阪湾流域における栄養塩類・農薬成分の流出負荷量予測モデルを開発し、GIS（地理情報システム）を活用して、これら技術の取組による負荷低減効果を定量的に評価した。
２．実施機関中核機関：滋賀県農業技術振興センター
共同機関：滋賀県琵琶湖環境科学研究センター、滋賀県立大学、大阪府環境農林水産総合研究所、奈良県農業総合センター、兵庫県立農林水産技術総合センター、（独）農研機構・近畿中国四国農業研究センター
３．成果の内容
１）水稲栽培における環境負荷低減技術の開発と体系化
化学肥料施用量（窒素成分）の目標を 4kg/10a 以下（通常 8kg/10a。10a=0.1ha）とし、有機質肥料の側条施肥、牛糞堆肥連用（2t/10a/年）、発酵鶏糞の基肥施用、緑肥鋤込み（シロカラシ）による化学肥料使用削減技術を確立した。
また、化学合成農薬使用量（延べ成分数）の目標を 7 成分以下（通常 14 成分）とし、除草剤使用削減を目指して（殺菌剤・殺虫剤は既往の成果で対応可能）、レーザー均平機や畦塗り等による漏水防止対策と合わせ、積算気温に基づく雑草発育予測法を開発し、低成分の一発除草剤の適期処理技術を確立した。
これら技術の養分・物質動態を解明し、経営評価を行った上で、慣行と同水準の収量（減収率 5％以内。コシヒカリの場合 540kg/10a）・品質を確保し、流出負荷低減効果の高い技術体系を確立した。
さらに、都市近郊（大阪湾流域）のため池水質を調査し、用水の窒素濃度に応-1-

じた水稲減肥栽培技術（5ppm 以上では 2 割削減が可能）を体系化し、それぞれ栽培マニュアルを作成した。
２）ＧＩＳを活用した環境負荷低減効果の定量評価モデルの開発
琵琶湖辺の代表的な農地河川（白鳥川、流域面積約 4000ha(40km2)、農地 57％）
において、降雨時を含めた詳細な汚濁負荷量調査を行い、水田からの栄養塩類・農薬成分の流出負荷量予測モデルを開発し、GIS を活用して河川流域の流出負荷量・水質を予測するモデルを開発した。また、大阪湾流域の代表河川（大和川）において「ため池－水田－河川」の水質変化予測モデルを開発した。
本研究で開発した技術体系を現地（白鳥川流域等）に導入して、慣行と同水準の収量・品質を確保し、栄養塩類・濁水・農薬成分の流出負荷低減効果が高いことを実証した。さらに、水田の窒素浄化機能が向上していることも認めた。
琵琶湖集水域（約 3000km2、農地 23％(水田 22％)）において、GIS を活用し、環境負荷低減技術の面的な取組による水稲作付期の窒素流出負荷量の低減効果を予測した結果、滋賀県の政策目標である取組面積率 30％の場合、水田単独では14％、琵琶湖流域全体では 2％の負荷低減が可能と評価された。
大阪湾流域では、水田によるため池・河川の水質浄化効果が高いことが予測・評価され、都市近郊における水田の多面的機能の一端が明らかになった。
４．成果の普及状況・波及効果
本研究で開発した技術体系を速やかに普及させ、2007 年度から導入された国の環境農業直接支払制度（農地・水・環境保全向上対策）の取組面積は滋賀県が全国一（水稲 8,893ha、作付面積の 26％）となり、農政の推進に貢献した。近畿４府県での普及面積は約１万 ha に達し、更なる増加と全国への波及が期待される。
GIS を活用した流出負荷予測モデルは、流域の水質保全計画策定や環境保全型農業の施策評価にも利活用できる。
今後、近畿地域における環境保全型農業の一層の推進、水環境と調和した水田農業の維持・発展、水資源・水辺環境の保全などへの貢献が期待される。
５．今後の課題
本研究では、主要な水稲を対象に、環境負荷低減技術の開発とその取組効果の評価に一体的に取り組んだ結果、定量的な調査・解析を通じ、圃場レベルから流域全体での評価に至る道筋が開けた。これにより、技術開発の課題と方向性が明確になり、社会への説明責任も果たせるので、さらに研究を継続し、発展させていく必要がある。
現在、地球規模での食料・環境・エネルギー問題が相互に関連し、深刻化している。持続可能な社会を築くためには、流域管理の中で資源・環境保全戦略を立てる必要があり、その中で水田農業の果たす多面的な機能を十分に発揮させ、農業・農村を維持・発展させることが重要と考える。
琵琶湖・大阪湾流域は、これらの問題を考える上でモデルとなる土地利用・農業・水環境にあり、本報告が今後の水田農業のあり方を市民と一緒に考え、共感できるきっかけになれば幸いである。

-2-

農林水産省研究高度化事業（地方領域設定型研究）の概要
No.1
研究概要

滋賀県農業技術振興センター

近畿地域の水稲の環境負荷低減技術の体系化と負荷予測モデル開発（H17～19年）【研究目的・目標】 近畿地域では、琵琶湖の富栄養化防止や農業用ため池の水質保全が重要課題となっている。このため、近畿農業の主体となる水稲栽培において、環境負荷低減技術（化学肥料と化学合成農薬の使用量を通常の５割以下）の体系化、 ため池の水質管理技術の開発を行う。 また、琵琶湖 ・大阪湾流域を中心に、水田からの栄養塩類 ・ 農薬成分の流出負荷量予測モデルを開発し、ＧＩＳ を活用して環境負荷低減技術の取組による効果を定量的に評価する。

中核機関 ： 滋賀県農業技術振興センター
共同機関 ： 滋賀県琵琶湖環境科学研究センター、滋賀県立大学、大阪府環境農林水産総合研究所、奈良県農業総合センター、兵庫県立農林水産技術総合センター、近畿中国四国農業研究センター

研究内容

研究の重要性と緊急性
農政の課題

背景と問題点（重要性）（新たな食料・農業・農村基本計 画）

緊急性・近 畿1400万人の水資 源である
琵琶湖・淀川等の水質 汚濁
・農 業用ため池 （兵 庫県 : ため池数 全国一）の水質 汚濁
・大 消費地 を抱え、食の安全・安心に対するニーズの高さ
・特 別栽培米等の環境 負荷低減
技術は収量が不安 定・環 境農業直接支 払制度の導入（H16年 から滋賀県が創 設）
・耕 地面積の８割 を占める水田の多面的機能に対する期待

Ⅰ．水稲栽培における環境負荷低減技術の 体系化と養分動態の解明

農業 環境・資 源保全政策の確立
・農地・農業用水等の保全管理
・環境と調和した持続的な農 業の 展開○ 環境保全重視の施策へ転換○ モデル的な取組 へ支援導入→ H19年 度から国制度が開始，農地・水・環境保全向上対策◇具体化に向けた手順

取組効果の評価・検証手法の開発① 特別栽培米等の 生産技術
（化学肥料・化学 合成 農薬の ５割以上の使用量削減、濁 水の流出防止 等 ）② 水田の窒素 等の動態
（分解 ・吸収・流出・循環・収支 ）③ ため池の水質管理

Ⅱ . ＧＩＳを活用した環境負荷低減技術診断・評価モデルの開発① 水稲用技術診断
モデル
有機質肥料の施肥 診断 、除草剤施用診断等を 統合②流出負荷量予測モデル③環境負荷低減効果の評価

琵 琶湖 ・大 阪湾 流域 での流出負 荷量の 予測と技 術取 組効果の定量 的評価

近畿の流域府県が連携して取り組む必要性
琵琶湖辺部と下流の都市部とでは水質汚濁の状況が異なり、水利用
桂川
形態に応じた技術開発が必要

大阪湾

淀川

研究の波及性 、期待される効果

琵琶湖（低濃度用水）発生源対策が重要
湖 ← 河 川 ・池・内 湖 ← 水 田 ←← 河 川 ・琵 琶 湖 逆 水

木津川

河 川 ← 水 田 ← ため 池 （← 生 活 排 水 ）ため池の水質管理も重要（高濃度用水）

 琵琶湖流域・大阪湾流域の環境保全型農業の推進① 各府県のビジョン（滋賀：H22年に水稲作付面積の20％目標.
H18年15％達成）に基づき、面的な取組効果を定量的に評価② 国の環境農業直接支払制度（H19年 ～）の推進に貢献
 都市近郊地域 における水田農業の維持・発展

水資源・水辺環境の保全、安全・安心な水の持続的供給に貢献

中課題１ ： 水稲栽培における環境負荷低減技術の体系化と養分動態の解明

No.2, 研究成果1

水稲栽培における環境負荷低減技術の体系化

地力に応じた最適施肥量を診断

目標：減収率を５％以内（３か年平均、コシヒカリ）

1494

550

500

45010

化学肥料5割削減区

活用89

水稲施肥診断システム

12

基 肥 ： 有 機 50%,3kgN/10a・ 側 条
穂 肥 ： 有 機 50%,3kgN/10a

10穂肥↓

8合計（地力＋肥料）

642

地力窒素基
肥↓

有機質肥料窒素

400

慣行区

５割削減区

７割削減区

標肥区
減肥区

2割削減

（大池）

（妹池）

用水の平均窒素濃度(mg/L)

6.7

3.0

用水からの窒素供給量(kgN/10a)
用水窒素の吸収量(kgN/10a)（利用率20%と仮定）

8.5

4.0

1.7

0.8

600

100

101
1割削減

100

500

精玄米重(kg/10a)4除草剤
目標：２～３成分32

199400300

2005年
2006年
2007年

51

43
2

y = 0 . 0 12 9 x - 0 .7 1 4 8
2
R = 0 .9 1 5 3

10

漏水防止区

0対照区

0100

200300400

500

代掻 きから の日積算気 温（℃）

（経営

用水窒素濃度に応じた減肥技術実証
低濃度池

5散布（３成分）（国の環境農業直接支払制度の対象）

ため池水質を考慮した肥培管理(大阪湾流域）

高濃度池

66活用

移植６日後に 除草剤技術の体系化

有機質肥料の側条施肥、牛糞堆肥施用、緑肥（シロカラシ）
鋤込み、発酵鶏糞施用等の施肥低減技術を開発・実証

ため池の水質実態調査

887

雑草の発生消長を積算気温から推定し、除草剤の散布適期を診断

水稲収量
463㎏/10a90(月)4月 30５5月 30６6月 30 ７7月 30 ８8月 30 ９9月30
日
日日日日日

有機栽培区

水稲収量
529㎏/10a

イヌ ビエ の 葉数 （葉）精玄米重（㎏/10a）98（延べ 14 → ７成分以下）

雑草生長量（無処理区を100）（一年生雑草）100

化学合成農薬の使用削減

水稲の窒素吸収量(kgN/10a)600

化学肥料の使用削減（窒素 ８ → ４ｋｇ/10a以下）

評価）

レーザー均平機、畦塗機等の漏水防止技術と低成分除草剤の適期処理技術を開発・実証

水田の養分動態解明
水稲作付期の流出負荷量低減効果（現地試験）
流出負荷量(kg/ha)
Ｔ－Ｎ
Ｔ－Ｐ
ＳＳ（濁水）
農薬成分（合計）
精玄米重(kg/10a)

慣行区
15.0
3.0
217
0.070
566

実証区
（5割削減）
10.9
1.8
99
0.014
544

削減率
（％）
27395480－

有機質肥料等の窒素動態を解明し、流出負荷の低減効果を実証

200
1000

高濃度池（大池）

低濃度池（妹池）

用水の窒素濃度レベルに応じた肥培管理技術を開発・実証

水利用形態の異なる琵琶湖と大阪湾の両流域で、流出負荷低減効果の高い水稲栽培技術を確立し普及。H19年度開始の国制度取組面積は、滋賀県が10,367haで全国１位（水稲8,893haで栽培面積の26％）。

中課題２ ： ＧＩＳを活用した環境負荷低減技術診断・評価モデルの開発

琵琶湖流域
大阪湾流域

800
700

モデル予測値

600

転換畑

実測値

畜産還元

500

山林系

400

市街地

300

事業系

200

生活系

100
実測値

F池

水田面積率（現況17％）が半減すると、ため池・河川の水質悪化が予測される。

B池

水田の浄化機能も評価

Bro.

y=x-1

3

Sim.

Ben.

2Pre.
1

3月

2月

10月
11月
2 0 12月
07
年
1月

8月

9月

7月

5月

6月

4月

2月

3月

9月
10月
11月
2 0 12月
06
年
1月

7月

y = x - 0.5

2006年

The.
Mef.
Esp.
0

栄養塩類・農薬の流出予測モデルを開発し、白鳥川流域で検証
3000
2000

水田単独

100

98

86 53

1000
01400012000

琵琶湖流域全体

100 100 98

10000
8000
6000
400020000慣
行
方こだ式
わこりだ
わ 5％
こだ り3 0
わ％り
100％

水田面積率(% )

y=x

Dym.

0

窒素排出負荷量（kg/day）「ため池－水田－河川」の窒素
水質予測モデルを開発、検証

y=x+1

2005年

95注）山林系、自然系を除く

234

比流出率（流出率/浸透量）の予測値

琵琶湖流域
水田
畑
畜産還元
地下水
市街地
事業系
生活系

1

Culculated specific loss （％・（㎜・d-1）-1）

作付期合計ＴＮ負荷削減率（％）
対策：環境こだわり100％

環境こだわり農業の取組効果を評価

大阪湾流域の「ため池-水田-河川」の水質実態と農薬の動態を把握

8月

5月

6月

2005
年
4月

0

ＧＩＳによる土地利用類型化

y = x + 0.5

4

水田T－N

例：白鳥川

A池

農薬成分

栄養塩類（Ｔ－Ｎ）
900

実測値琵琶湖流域の農地河川（白鳥川流域約4,000ha）からの栄養塩類 ・ 農薬の流出負荷量を把握

Herbicide observed specific loss （％・（㎜・d-1）-1）

No.3, 研究成果2

ＧＩＳによる可視化

河川流域毎に水稲作付期の窒素流出負荷量の削減率を表示（濃淡）琵琶湖・大阪湾流域における農業系負荷の各種削減対策の取り組み効果や水田の浄化機能を定量的に評価できる予測モデルを開発した。
琵琶湖集水域では、H22年の取組面積目標を30％に上方修正し、その場合には窒素の流出負荷低減率（水稲作付期。山林・自然系を除く）が流域全体で２％、水田単独で14％と予測・評価された。今後、施策の評価と環境保全型農業の推進に寄与すると期待される。

近畿府県の環境負荷低減技術の認証制度
滋賀県：環境こだわり農産物
化学肥料と化学合成農薬の使用量を通常の５割以下に削減し、琵琶湖と周辺環境への負荷を削減する技術。
条例制定、環境農業直接支払制度(H16年～,水稲5000円/10a)
兵庫県：ひょうご安心ブランド
農産物
化学肥料と化学合成農薬の使用量削減。残留農薬の自主検査(国基準の1/10以下)

大阪府

兵庫県

滋賀県
病害虫防除

大阪府：大阪エコ農産物
化学肥料と化学合成農薬の使用量を通常の５割以下に削減。
条例制定（H19年）。

種子
消毒

化学合成農薬の使用延べ成分数

施肥

殺菌剤（いもち、紋枯等）

除草剤（初期－中期）

基肥

殺虫剤（ウンカ、カメムシ等）

慣行14成分 → 特別栽培米7成分以下

追肥

穂肥

水稲の生育 水管理

化学肥料使用量 慣行8kg/10a → 特別栽培米4kg/10a以下(窒素成分)

稲イラスト：自然の中の人間シリーズ（農文協）

田植期
入水・代かき

分げつ期

幼穂形成期
中干し

出穂期

成熟期
落水

図 水稲の生育と栽培暦（施肥、病害虫防除、水管理）

1化学肥料の使用削減技術（施肥・水管理改善）
強制落水（代かき濁水）を防止

水田ハローによる浅水代かき

農業機械、肥料、農薬等の技術革新が貢献

Inter-row
space of 30 cm
条間（30cm）
Seedling
苗
Floodedwater
田面水

Fertilizer
肥 placement料

3-5 cm

作土層
Plowlayer(15cm)(Depthof 15 cm)

Fig. 2. Scheme diagram of ‘deep side-placement’ offertilizer

側条施肥（施肥田植機）の概念図（肥料の田面水への溶出を抑制）（断 面 図）3-5 cm

側条施肥田植機（粒状肥料用）

環境負荷低減技術の現地実証と効果評価(安土町東老蘇, 東近江市下羽田(白鳥川流域)まとめ）

作付期

環境負荷低減技術の取り組み①水管理改善水稲の収量は②施肥改善
同水準を確保③農薬使用削減

非作付期

土壌管理法改善①土壌診断に基づく①土壌診断に基づく
土づくり肥料の施用
土づくり肥料の施用②耕起時期の遅延②耕起時期の遅延

安定した流出負荷低減効果（用水量・地表流出水量 20～30％）(T-N 27～48％、T-P 14～39％、SS 26～54％、農薬 60％以上）

年間を通した流出負荷の低減と養分収支の改善

琵琶湖集水域の農業系負荷予測や環境農業政策の評価に活用

2

水稲作付期の窒素収支(安土町、２か年平均)
降 水
慣3.0
行区

降 水
3.0
環境こだわり区

肥 料
肥 料
施 肥 降 水籾籾施 肥 降 水
70.0
76.0
63.2
76.0 3.0
65.0
70.0 3.0
対照ほ場
実証ほ場
流入計
流入計
用水10.1（13.9）
地表排水 用水 7.4
（2.4）
6.1
5.0
3.8用 水
用 水
7.1

収支
+14.3

地表排水7.3
水と肥料の利用
浸透水 効率の向上
流出計 8.6
1.3

差引排出 －1.6

浸透水1.2

籾籾
69.2
71.2

地表排水1.5収支+3.64.4

差引排出 －2.9

水稲作付期の窒素収支(kg/ha)

浸透水
1.7
浸透水（地表排水2.8

流出計 4.61.8）内は収支

収支＝収入（降水＋用水＋施肥）－支出（地表排水＋浸透水＋籾）
脱窒量および生物窒素固定量は収支に含めない。
稲わらは連年ほ場に還元されているので収支に含めない。

(－46%)

差引排出＝流出（地表排出＋浸透水） － 流入（降水＋用水）． ＋：汚濁型，－：浄化型→ 環境こだわり農業の取組によって水田の浄化機能がさらに向上

地球環境時代の持続可能な社会を目指した
農業・農村の資源・環境保全上の課題（食料、環境、エネルギーの問題が一体化）
環境保全型農業の技術開発と効果評価
・ 農業・水利用形態の異なる集水域への広がり（空間軸）・ 農業形態・農法の持続性（時間軸）・ 化学指標（水質、負荷）に加え、生物指標（多様性）の開発
地球環境保全への貢献（土壌保護戦略）
・ 土壌機能（物質循環、分解・浄化、生物多様性等）の発揮
・ 土壌の炭素貯留機能等の評価・増進（低炭素社会）
・ 持続可能な滋賀社会ビジョン（2030年、CO2 50%削減）
高度技術型社会 or 自然共生型社会
流域管理の中で考える資源・環境保全戦略
・ 里地（水田等）、里山、里海（琵琶湖等）をつなぐ取り組み
・ 農業・農村への都市住民・消費者の理解（地産地消）
・ 有機農業推進法への対応（技術の確立と支援）
・ 食の安全・安心確保（残留農薬、土壌汚染等）への対応

3