灌漑の作物別グローバルエネルギー需要

作物に水をやることが想像以上に電力を要する理由

人口増と生活水準の向上に対応して食料を安定供給するには、土地や水だけでなくエネルギーも不可欠です。本研究は一見単純だが影響の大きい問いに取り組みます：世界の作物に水を運ぶのにどれだけのエネルギーが必要か、そして持続可能に食料生産を増やせる場所で灌漑を拡大するにはエネルギー面でどれほどのコストがかかるか。作物別に世界中をマッピングすることで、現在どこで灌漑が最も多くの電力を消費しているか、新たな灌漑を安全に拡大できる場所はどこか、そして水そのものではなく電力へのアクセスの制約が収量と食料安全保障を妨げている場合があることを明らかにします。

水・土地・エネルギーが食料をどう形作るか

農業生産量は1960年以降で3倍以上になりましたが、耕作面積の増加は限定的です。収量増の多くは肥料、機械、特に灌漑などによる集約化によるものです。今日、灌漑された土地は世界の作付面積の約5分の1にすぎませんが、世界の食料カロリーの40%以上を供給しています。灌漑は天候の変動を和らげ、水供給をより確実にし、植物の高温ストレスを軽減します。しかし乾いた土地を緑にするには多くのエネルギーが必要です：ポンプで河川や運河、帯水層から水をくみ上げ、加圧システムで散布や点滴を行い、技術選択、水源、作物の種類がエネルギー負担に影響します。

灌漑に潜むエネルギーを測る

研究者らはおよそ10キロメートルの格子で動作する、物理に基づく全球モデルを構築しました。気候、土壌、地形、区画サイズ、灌漑方式、詳細な作物地図を組み合わせ、各格子セルと作物ごとに典型的な年の灌漑必要量を推定し、表流水または地下水を用いる面潅漑、散水（スプリンクラー）、点滴それぞれで水をくみ出し、揚水し、散布するためのエネルギーを計算しました。ディーゼルおよび電動ポンプの効率も考慮しています。その結果、今日の条件下と、河川や帯水層を持続可能な限界以上に枯渇させない範囲で淡水が利用可能な場所にのみ灌漑を拡大するシナリオの下での作物別灌漑エネルギー需要のアトラスが得られました。

現在どこで灌漑エネルギー消費が最も高いか

世界的に見て、現在の灌漑は年間約1.38×10⁹ギガジュールのエネルギーを消費しており——総人間エネルギー消費の小さな一部にすぎませんが、農業エネルギー需要の中では無視できない比率です。大部分は広い面積を占める表流水を使う面灌漑システムを支える電力で、残りが通常は高い作動圧力を必要とする加圧式スプリンクラーや点滴システムに使われます。灌漑エネルギーの使用はインド・パキスタン地域、米国のコーンベルト、及び中東・北アフリカに強く集中しています。小麦、稲、トウモロコシ、綿花、サトウキビ、野菜の6作物が灌漑地の約60%を占め、灌漑エネルギーの類似の割合を占めます。サトウキビや熱帯果実のように、作物によっては単位面積あたりのエネルギー需要が著しく高い場合があります。これは乾きやすく深い地下水を使うことが多く、エネルギー負荷の高い方式で灌漑されるためです。

持続可能に灌漑を拡大したらどうなるか

次に研究チームは、現在は雨頼みの耕地のうち環境流量を侵害したり地下水を枯渇させたりせずに灌漑を追加できる場所がどこかを特定し、その場合のエネルギー使用と食料供給への影響を評価しました。およそ1億1千万ヘクタールの土地が特定され、その多くはアフリカ、東欧、ロシアのアジア地域にあります。これらの畑に水を引くには年間約600立方キロメートルの追加水量が必要となり、灌漑エネルギー使用は約17%増加すると推定されます。拡大の中心は小麦、トウモロコシ、稲です。追加で生産される食料は、灌漑により得られるカロリーがサブサハラ・アフリカで約60%増加するなど、特に変革的な効果をもたらす可能性があり、栄養不足対策に寄与します。しかし、最大の潜在的利益が見込まれる地域の多くはエネルギー貧困にも直面しています：追加の灌漑エネルギー需要の大きな割合が信頼できる電力へのアクセスが不足している地域に集中しており、これらの利益を達成するには新たなインフラ、マイクログリッド、またはオフグリッドの太陽光発電が必要で、ディーゼルに頼ることは避けるべきです。

新たなボトルネックとしてのエネルギーアクセス

灌漑エネルギーの地図と送電網や夜間の人工光データを重ね合わせることで、現在の灌漑エネルギー消費のちょうど半分強が電化の明確な証拠がある地域で発生しており、将来的に灌漑を拡大できる地域ではその割合はさらに低いことが示されました。また、特に水位が深い乾燥地域では地下水揚水がしばしばエネルギー費用を支配することが分かりました。技術は重要です：面灌漑からスプリンクラーに切り替えると水は節約できる一方でエネルギー使用は増える可能性があり、点滴は水効率が高く比較的エネルギー効率も良い場合がありますが、現在は世界の灌漑地のごく一部でしか使われておらず、すべての場所に適するわけではありません。研究は、水とエネルギーを単に安くあるいはより利用しやすくすることがリバウンド効果を引き起こし、強固な保護策がないと総取水量の増加を招くことを強調しています。

今後の食料と気候にとっての意味

日常的な観点から見ると、本研究は世界の将来の食料安全保障の多くが、水が豊富だがエネルギーが乏しい地域の農家が安価で低炭素の動力を使ってポンプを運転できるかにかかっていることを示しています。水が利用可能な場所で灌漑を拡大すれば、特にグローバル・サウスで収穫量と気候ショックへの回復力を大きく高め得ますが、ディーゼルで行えば排出量とコストが増えます。各地に応じた作物、灌漑方式、電源を選んで灌漑とエネルギーシステムを一緒に計画することで、この隠れたエネルギー需要を障壁ではなく機会に変えられます。著者らは、作物別の地図が政府、ドナー、公益事業者にとって、投入エネルギー当たりの食料・生計・気候回復力の最大効果をもたらす持続可能な灌漑の投資先を特定する実務的な指針になると論じています。

引用: Chiarelli, D.D., D’Odorico, P., Fiori, A. et al. Global crop-specific energy demand for irrigation. Nat Commun 17, 2396 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68902-6

キーワード: 灌漑エネルギー, 持続可能な農業, 水資源の不足, 食料・エネルギー・水のネクサス, 気候回復力のある農業