石灰窒素の秋施用による稲わら腐熟促進効果と窒素動態の解明（第二報）
秋田県立大学

生物資源科学部

高階史章・平野聖也・保田謙太郎・金田吉弘・佐藤 孝
宮城大学 食産業学部 原川祐華・木村和彦

水田での稲わら腐熟促進と石灰窒素の動態かくすることなどが指摘されている（石灰窒素Ｑ＆Ａ）。
石灰窒素施用による稲わら腐熟促進についてはこれまで多くの試験が行われ、収穫後の稲わらに10〜20㎏／現在、日本で一般的となっている水稲のコンバイン収10ａ程度（Ｎとして２〜４㎏／10ａに相当）を散布して穫では、収穫後の稲わらは土壌の表面に散布・放置され土壌中にすき込むという手法が確立されている（石灰窒ている。特に、北日本などの寒冷地の水田では、冬の期

素Ｑ＆Ａ、日本石灰窒素工業会・2001年）。稲わらに添間に稲わらの分解（腐熟）が進まず、翌春の耕起時に土壌加され土壌にすき込まれた石灰窒素由来窒素のうち、一にすき込まれた未分解の稲わらが湛水直後の異常還元な部は土壌および稲わら中に残存し、翌年以降の水稲に吸どを引き起こし、水稲の初期生育を抑制している。その収されると考えられ（図１）、その動態の定量的な把握は、ため、秋のうちに稲わらに窒素資材を添加して土壌にす水稲栽培時の肥培管理を策定するうえで重要となる。しき込むなどの腐熟促進策が重要となる（農林水産省技術

かし、稲わら腐熟促進資材として添加された石灰窒素由会議事務局・1968年）。稲わら秋すき込み時に添加する

来窒素の圃場での動態については、定量的な評価例は少腐熟促進資材として、石灰窒素の有効性がこれまでに多なく、特に土壌への残存まで含めた評価となるとその数く報告されている。その効果は、窒素添加にともなう稲は限定される（詳細については高階ら・2014年、「石灰わらの炭素率（Ｃ／Ｎ比）の低下に加え、石灰窒素に含ま窒素だより№149」を参照）。
前報（高階ら・2014年、「石灰窒素だより№149」）
では、れるカルシウムによる酸性の中和や稲わらの細胞を柔ら収穫後（秋）

作付前（春）

水稲（春～秋）窒素資材（石灰窒素など）

脱窒

散布・
すき込み

脱窒土壌・
稲わら残存
溶脱

吸収
土壌残存溶脱図１ 稲わら腐熟資材由来窒素の動態
石灰窒素だより No.150（2016.1）

5

秋田県の低地土水田において、稲わら秋すき込み時に施学太白キャンパス（以下、宮城）内の水田連作圃場で行っ用された石灰窒素由来窒素の動態を、一般的な化学肥料た。水稲１株分の無底塩化ビニル枠（縦17㎝×幅30㎝×として用いられる硫酸アンモニウム（以下、硫安）を対照高25㎝）の底部に不織布を張り、稲わら（600㎏／10ａとして定量的に評価した試験の結果を報告した。秋に施相当）および 15 Ｎ標識資材（硫安または石灰窒素）を混和用された石灰窒素由来窒素は、翌年の水稲に6.6％が吸した土壌を深さ15㎝まで充填し、秋（2013年10月）に圃収され、さらに栽培後の土壌に 51％が残存しており、場に埋設した（写真１）。土壌はそれぞれ、秋田では秋田

その割合はともに硫安より高かった。これは、石灰窒素

県農業試験場内の水田連作圃場から採取した作土を、宮の主成分であるカルシウムシアナミドの分解過程で硝化

城では宮城大学太白キャンパス内の水田連作圃場から採抑制効果を持つジシアンジアミドが生成され（石灰窒素取した作土（ともに灰色低地土）を用いた。硫安および石Ｑ＆Ａ）、アンモニア態窒素から硝酸態窒素への硝化が灰窒素は、ともに粒状のものを使用し、施用量は20㎏抑制されたことにより、石灰窒素由来窒素が硫安由来窒／10ａ（＝４㎏-Ｎ／10ａ、Ｎ：20％）とした。翌５月

素に比べアンモニア態の形で長く土壌に留まり、多く有の代かき後に水稲（品種：「あきたこまち」／秋田、「ひと機化されたためであると推察された。

めぼれ」
／宮城）
を中苗３本／株で移植し、実際の圃場の以上の結果から、稲わら腐熟促進資材として施用され群落条件に近い環境で栽培した（写真１）。水稲栽培時のる石灰窒素は、硫安に比べ翌年の水稲生育の向上や地力施肥設計・栽培管理は慣行の代かき栽培を基準とし、全の維持効果が大きいと期待されている。しかし、秋すき区基肥としてＮ、P2 O5 、K2 Oを秋田では各５㎏／10ａ、込みによる稲わら腐熟の進行は、土壌条件、気温や降水宮城では各４㎏／10ａ施用した。両圃場とも追肥は行量といった気象条件によって異なる（千葉ら・1980年）。

わなかった。

また、土壌中での窒素の形態変化も、土壌条件や気象条また、水稲生育期間中に草丈、茎数、葉色を経時的に件によって異なるため、資材由来窒素の動態もこれらの調査した。この調査は分げつ期（秋田：６月25日、宮城：条件の違いに影響を受けると考えられる。

６月23日）、最高分げつ期（秋田：７月６日、宮城：７

そこで、今回の研究では、稲わら腐熟促進資材として月７日）、幼穂形成期（秋田：７月14日、宮城：７月14日）、添加した石灰窒素由来窒素の動態について、秋田と宮城

穂揃期（秋田：８月12日、宮城：８月13日）に実施した。という条件が異なる２圃場で試験を行い検討した。

今回の試験では、水稲作付前（４月上旬）に枠内の土壌石灰窒素由来窒素の動態解明試験
●試験設計

試験区

今回の試験では、西田（2010年）の手法に準じて、重窒素（15 Ｎ）トレーサー法により気象条件が異なる圃場の試験地
秋田宮城

稲わら腐熟資材由来窒素の動態を追跡した。資材（硫安および石灰窒素）と気象条件が異なる２圃場（秋田と宮城）を組み合わせ、試験区を設定した
（図２）
。

資材
硫安石灰窒素秋田

宮城

試験は 2013 年 10 月〜 2014 年９月の１年間、秋田県大潟村に位置する秋田県立大学フィールド教育研究センター（以下、秋田）
および宮城県仙台市に位置する宮城大作付前（４月７日）
写真１ 試験風景（秋田）6 石灰窒素だより No.150（2016.1）

図２ 試験設計

水稲移植（５月28日）

分げつ期調査（６月25日）

（10.7㎎ - Ｎ／ 100ｇ ）に 比 べ 秋 田

2013年（16.2㎎ - Ｎ／ 1002014年

枠埋設作付前幼穂形成期ｇ）で高かった。

収穫期

可給態リン酸（トルオーグ法）もま枠内土壌

稲わら

植物体

枠内土壌

た、宮城（18.9㎎

植物体-P2 O5 ／ 100 ｇに比べ秋田（35.9㎎-P 2 O 5 ／ 100 ｇ ）で高かった。両圃

資材由来窒素の分配率算出（植物体吸収・土壌と稲わらへの残存）場とも、地力増進基本指針における図３ 試験の流れ

水田の目標値（８と稲わらを採取した。幼穂形成期（前出）には植物体（地〜20㎎-Ｎ／100ｇ、10㎎-P2 O5 ／100ｇ以上）の範囲内上部）のみを採取した。収穫期（９月中旬）には植物体（地であった。

上部）と土壌を採取した。以上の試料について、乾燥・微粉砕などの調整後に 15 Ｎ分析を行い、資材由来窒素の分配（植物体吸収・土壌と稲わらへの残存）を定量的に明●資材施用〜作付前の資材由来窒素の動態
作付前の資材由来窒素の分配率を図４に示した。秋すき込み時の資材による窒素施用量を100％とし、そこからかにした（図３）。

ら稲わらへの取り込み率と土壌残存率を減らした差分を●圃場条件の違い「未回収率」として表した。未回収が生じる主な要因は、

秋の資材施用・枠埋設日（秋田：10 月 17 日、宮城：資材由来窒素がアンモニア態を経て硝酸態窒素となった10月15日）から作付前の試料採取日（秋田：４月７日、後、降水の土壌中での浸透にともなう枠外（下方）への溶

宮城：４月５日）
までの積算地温（深度５㎝でモニタリン脱や、嫌気的な条件下での脱窒による大気への放出などグ）と積算降水量を表１に示した。両圃場を比較すると、の窒素損失が挙げられる。稲わらへの取り込み率は、宮稲わらの分解が進むとされる10〜11月の積算地温は、城（硫安５％、石灰窒素５％）に比べ秋田（硫安９％、石秋田（374℃）に比べ宮城（449℃）で高かった。また、10灰窒素12％）で高く、秋田では硫安に比べ石灰窒素が有〜11月の積算降水量は、宮城（169㎜）に比べ秋田（302㎜）意に高かった。土壌残存率は、石灰窒素が秋田：43％、で多かった。資材施用から作付前までの期間全体をみて宮城：67％で、硫安が秋田：32％、宮城：58％であり、も、積算降水量は、宮城（548㎜）に比べ秋田（789㎜）で有意ではなかったものの硫安より石灰窒素で高い傾向が多かった。

みられた。稲わらへの取り込み率（５〜12％）は、土壌両圃場における試験前の土壌の一般理化学性を表２に残存率（32〜67％）に比べて低く、資材由来窒素は、主示した。秋田のpH（H2 O）は5.75であり、宮城（6.50）にに土壌中に有機態窒素として残存していると推察された。

比べ低かった。全炭素・全窒素はどちらも秋田が高く、稲わらと土壌への残存率の合計（稲わら＋土壌残存率）
は、

表１ 各圃場における作付前までの積算地温と積算降水量
積算地温（℃）
10〜11月
12〜４月

圃場
秋田
宮城

374182449283

積算降水量
（㎜）
10〜11月
12〜４月
302487

169

379

枠埋設日
（秋田：10月17日、宮城：10月15日）
から作付前の試料採取日（秋田：４月７日、宮城：４月５日）
までの積算値

表２ 供試土壌の化学性圃場

pH
全炭素（H2 O） （％）

全窒素 Ｃ／Ｎ
CEC
可給態窒素 可給態リン酸（％）
比 （cmolc／㎏） （㎎-Ｎ／100ℊ） （㎎-P2 O5 ／100ℊ）

秋田

5.75

2.670.24

11.3

17.4

16.235.9

宮城

6.50

1.93

0.18

10.7

19.3

10.718.9

資材由来窒素分配率（％）

可給態窒素（風乾土を 30℃・４週間湛水培養）も宮城

100

未回収率

土壌残存率

稲わらへの取り込み率

43％

58％

80
604020０32％
９％

※ 12％

硫安

石灰窒素

５％

67％
５％

硫安

秋田

石灰窒素
宮城

図４ 作付前の資材由来窒素分配率
エラーバーは標準偏差を示す※は各圃場の処理区間で有意差あり（ｔ検定、５％水準）
石灰窒素だより No.150（2016.1）

7

表３ 草丈、茎数および葉色の経時変化
圃場秋田
宮城

資材
硫安
石灰窒素
硫安
石灰窒素

草丈（㎝）

最高
分げつ期
分げつ期
39.5
39.5
50.9
52.4

59.1
57.6
58.9
58.4

幼穂形成期
71.5
71.6
65.6
65.1

茎数（本／㎡）

穂揃期
115.3
114.5
100.8
101.3

最高分げつ期
分げつ期
314
287277199456446279257

幼穂形成期
426422275270

葉色（SPAD）

穂揃期
最高
分げつ期
（穂数）
分げつ期
26526524524543.6
43.8
38.2
40.1

42.8
44.2
32.2
33.6

幼穂形成期

穂揃期

39.5
41.3
35.3
34.9

36.7
36.4
35.7
34.3

両圃場とも資材間に有意差はなかったが、石灰窒素（秋に、収穫期の地上部乾物重に資材間で有意な差はなかっ

田55％、宮城72％）は硫安（秋田41％、宮城63％）よりた。前報と同様に、今回の試験でも、稲わら秋すき込み高い傾向があった。これは、石灰窒素の分解過程で生じ時に添加する資材の違いが水稲生育（特に草丈・茎数・るジシアンジアミドによって硝化が抑制され、石灰窒素乾物重）におよぼす影響は顕著ではなかった。

由来窒素は溶脱などによる損失が少なく、硫安に比べ稲時期別の水稲の資材由来窒素吸収量を図６に示した。

わらと土壌に多く残存したためと考えられた。また、稲収穫期までに水稲に吸収された資材由来窒素を資材別にわら＋土壌残存率は、秋田よりも宮城で高かった。宮城

みると、硫安（秋田：0.15㎏-Ｎ／10ａ、宮城：0.22㎏-

は、10月中旬の資材施用後の降水量が少なく、溶脱にＮ／10ａ）に比べて石灰窒素（秋田：0.21㎏-Ｎ／10ａ、よる資材由来窒素の損失が起こりにくかったため、秋田

宮城：0.27㎏-Ｎ／10ａ）で有意に多く、圃場間では秋に比べて資材由来窒素が稲わらと土壌に多く残存したと田より宮城で有意に多かった。これは作付前における資考えられた。

材由来窒素の土壌と稲わらへの残存率の差（図４）を反映しているものと考えられた。また、これらの差は生育前●水稲生育への影響および資材由来窒素の吸収半（幼穂形成期まで）の窒素吸収で顕著にみられるととも

水稲の草丈、茎数および葉色（SPAD値）の経時変化を表３に示した。草丈は、秋田・宮城ともに生育期間をに、生育後半（幼穂形成期〜収穫期）の窒素吸収は生育前半に比べ少ないことが明らかとなった。

通じて資材間に顕著な差はなかった。秋田の茎数は、栽以上のように、水稲の資材由来窒素吸収量は資材間で培期間を通じて両資材とも同様の推移を示し、最終的な異なることがわかったが、生育調査の結果（表３）と収穫穂数にも差がなかった。宮城の茎数は、分げつ期に石灰期における乾物重（図５）では明確な差はみられなかった。

窒素（199本／㎡）に比べ硫安（277本／㎡）で有意に多かっ

また、収穫期の窒素吸収量も同様に資材間に有意な差はたが、最高分げつ期で両資材とも約270本／㎡でほぼ同みられず、植物体の資材由来窒素吸収量は全吸収量に対等の値となり、最終的な穂数にも差はなかった。秋田のして３〜６％とごくわずかであった（図７）。以上から、

葉色（SPAD値）
は、最高分げつ期に硫安（42.8）に比べ石資材由来窒素吸収量の資材間での違いは、水稲の生育・灰窒素（44.2）で高く、幼穂形成期も同様の傾向（硫安：窒素吸収に影響をあたえるほどではなかったと考えられ39.5、石灰窒素：41.3）であったが、穂揃期にはほぼ同た。

等の値になった。宮城の分げつ期の葉色は、硫安（38.2）

今回の試験における石灰窒素由来窒素の水稲への吸収に比べ石灰窒素（40.1）で高かったが、その後は資材間に量は0.21〜0.27㎏-Ｎ／10ａの範囲であり、基肥を全層顕著な差はみられず、穂揃期では硫安（35.7）に比べ石灰施肥した場合の窒素利用率を 30％として計算すると、窒素（34.3）で低かった。

この吸収量は0.7〜0.9㎏-Ｎ／10ａの基肥窒素に相当す

収穫期の水稲乾物重を図５に示した。秋田・宮城とも
穂乾物重（㎏／ ａ）

1,000

茎葉800600400

10 200０硫安

秋田

石灰窒素

硫安

図５ 収穫期の水稲乾物重
エラーバーは標準偏差を示す
部位別、全乾物重ともに各圃場の処理区間で有意差なし（ｔ検定、５％水準）

8 石灰窒素だより No.150（2016.1）

宮城

石灰窒素

資材由来窒素吸収量（㎏ Ｎ-／ ａ）

1,200ると見積もられた。このことから、稲わら腐熟促進資材

100.50.4

全期間0.3※※0.20.10.0

幼穂形成期以降幼穂形成期まで

※
硫安

石灰窒素

※
硫安

秋田

図６ 時期別の水稲の資材由来窒素吸収量
エラーバーは標準偏差を示す※は各圃場の処理区間で有意差あり（ｔ検定、５％水準）

石灰窒素
宮城

窒素吸収量（㎏ Ｎ-／ ａ）
1012９

資材由来
土壌＋肥料由来※※

６３０

していたことから、翌年の水稲にも一定量の資材由来窒素が吸収されるものと考えられ、土壌に残存した資材由来窒素の存在形態や、次年度以降の水稲にどの程度利用できるかを今後明らかにしていく必要がある。また、稲わら腐熟促進資材の施用は、単年度では水稲生育に対す

硫安

秋田

石灰窒素

硫安

図７ 収穫期の由来別植物体窒素吸収量

宮城

石灰窒素

エラーバーは標準偏差を示す※は各圃場の処理区間で有意差あり（ｔ検定、５％水準）
総窒素吸収量は各圃場の処理区間で有意差なし（ｔ検定、５％水準）

として石灰窒素を４㎏／10ａ程度添加した場合、翌年の水稲作時に１㎏-Ｎ／10ａ程度の減肥（石灰窒素Ｑ＆Ａ）る効果がみられなくても、連用することで地力窒素が蓄積され水稲生育に影響をおよぼす可能性があり、その効果は土壌残存率が高い石灰窒素で特に高いものと考えられる。
●まとめと今後の展望
前報と同様に、稲わら秋すき込み時に腐熟促進資材として添加される石灰窒素は、硫安に比べて水稲作付前まを行うのは妥当であると考えられた。

での損失が少なく、翌年の水稲への吸収率も高いことが、●作付期間中の石灰窒素由来窒素の動態東北地方の太平洋側および日本海側という気象条件の異作付前と収穫期の資材由来窒素分配率を図８に示した。

なる２圃場で定量的に示された。

収穫期の資材由来窒素の植物体吸収率は、硫安（秋田資材の違いが水稲の生育におよぼす影響は顕著ではな3.4％、宮城5.3％）より石灰窒素（秋田4.9％、宮城6.2％）

かったものの、添加した資材由来窒素の３〜６割が栽培が多く、かつ秋田より宮城で高かった。土壌残存率も同後の土壌に残存していたことから、稲わら腐熟促進資材様に、硫安（秋田32％、宮城36％）より石灰窒素（秋田による窒素添加は、地力の維持効果が期待できると考え43％、宮城58％）が多く、かつ秋田より宮城で高かった。

られた。その効果は、硫安に比べ“肥効調節型肥料”
であ

これは、作付前における資材由来窒素の土壌と稲わらへる石灰窒素で高く、さらに秋の添加後に降水量が少ないの残存率の差を反映しているものと考えられた。また、地域で高まると考えられた。

作付前までに生じた未回収率（28〜59％）に比べ、栽培また、近年、水田での転作作物として飼料米の栽培が期間中に新たに生じた未回収率の増加分は、宮城の硫安大幅に増加している。飼料用米栽培では、良食味が求め（22％）を除き６〜７％と低く、圃場および資材間で同られない一方で主食用米以上に低コストでの生産が重要程度であった。このことから、資材由来窒素の損失は主であり、多収の品種・栽培管理の導入が進むとみられてに秋の添加から作付前までに生じ、作付前の時点では、いる。稲わらまで利用するホールクロップサイレージと資材や地域にかかわらず大部分が比較的安定な有機態窒異なり、コンバインで籾のみを収穫するタイプの飼料用素として土壌中に存在し、その一部が水稲栽培期間中に米栽培の場合、多収を追求すれば必然的に収穫後の水田無機化され植物に吸収されていると考えられた。宮城のに残される稲わらが増加し、翌年の水稲栽培への影響も硫安については、作付前土壌に易分解性有機態窒素とし大きいものとなる。それゆえに、飼料用米栽培では、稲て多く残存していたため、栽培期間中の損失が大きくなっわらの処理（腐熟促進など）がこれまで以上に重要となり、た可能性が考えられた。

これに対応した石灰窒素の施用法やその窒素動態に関す収穫期でも32〜58％の資材由来窒素が土壌中に残存資材由来窒素分配率（％）

100

未回収率

80

土壌残存率
※

※

6040※

※

20０

植物体吸収率※※

作付前 収穫期 作付前 収穫期 作付前 収穫期 作付前 収穫期
硫安

秋田

石灰窒素

硫安

図８ 作付前と収穫期の資材由来窒素分配率

宮城

石灰窒素

エラーバーは標準偏差を示す
作付前の値は図４と同様で、稲わらへの残存を土壌残存に含めて示す※は各圃場の処理区間で有意差あり（ｔ検定、５％水準、収穫期のみ）る試験も今後必要となってくると考えられる。
●参考文献
石灰窒素Ｑ＆Ａ（URL: http://www.cacn.jp/technology/qa.html）
高階史章・小川賢人・平野聖也・金田吉弘・佐藤孝・毛利友明 2014.
石灰窒素秋施用による稲わら腐熟促進効果と窒素動態の解明（第一報）．
石灰窒素だより，149，６−９．
千葉満男・島津了司・武藤和夫・内田修吉 1980. 水田における稲わら施用と稲作の安定化．岩手農試研報，22，81−117.
西田瑞彦 2010. 重窒素を用いた直接的手法による水田における有機質資材由来窒素の動態解明. 東北農研研報，112，１−40.
日本石灰窒素工業会 2001. 石灰窒素100年 技術の歩み.
（URL: http://www.cacn.jp/technology/100nen_pdf/100nenayumi.pdf）
農林水産省技術会議事務局 1968. 水田におけるいねわらの施用法と施用基準.
石灰窒素だより No.150（2016.1）

9