都市化と農業近代化の相互作用が世界の耕作地における窒素利用を形作る

なぜ都市と農場は同じ物語を共有するのか

より多くの人が都市に移り住むと、その食料は遠くの畑から来ていることを忘れがちです。本研究は、収量を高める一方で大気や水を汚染することもある重要な要素である窒素肥料を、世界の農家がどのように使い変えてきたかを都市化の観点から検証します。139か国の60年にわたるデータを追跡した結果、食料供給と環境保全の両立には単一の道筋は存在しないことが示されました。むしろ、都市の成長が農業に与える影響は、既存の農業の近代化の度合いや国の富に依存します。

窒素が助けにも危険にもなった経緯

現代農業は、1ヘクタール当たりの生産を高めるために窒素肥料に依存しています。1961年以降、世界の耕地で使われる窒素肥料の量は7倍以上に増え、1ヘクタール当たりの作物に含まれる窒素は3倍になりました。このブームは、中国、インド、欧州、北米などで改良された品種や管理の向上と相まって食料供給の安定に寄与しました。しかし、肥料使用量はしばしば収穫の伸びを上回り、投入された窒素のうち作物に取り込まれる割合は小さくなりました。世界全体の窒素利用効率は1960年代の約45%から1990年代には約35%に低下し、その後、富裕国での管理改善により2020年代には再び約45%に回復しました。

世界各地での不均一な進展

こうした世界平均の背後には非常に異なる地域ごとの物語が存在します。中央アジアの一部では、ソ連時代の農業体制が崩壊し補助金が消え、灌漑網が劣化した結果、作物の窒素収量が停滞したり低下したりしました。対照的に、デンマークやオランダのような国々は、精密農業の導入により肥料使用を削減しつつ作物の窒素収量を引き上げることに成功しました。中国やインドのような急速に工業化する国々では、長期間にわたり肥料使用が収量の伸びを上回り、効率を低下させ窒素損失を増加させました。これらのパターンは、都市の成長、経済の転換、地域政策が肥料投入と有用な収穫との関係を強めるか弱めるかに影響することを浮き彫りにします。

都市の成長が農業成績を助ける場合と損なう場合

著者らは単純な平均を越えて、都市化の影響が国の富や農場の近代化とともにどのように変わるかを問います。動的統計フレームワークを用いて、増加する都市人口の直接的影響と、農地面積、機械使用、灌漑といった間接的な役割を切り分けています。貧しい国々では、都市化の各段階が一般に収量や効率を明確に改善することなく肥料使用を押し上げがちです。人々が農村を離れ、圃場が細分化すると、小規模農家は機械やその他の技術を導入しにくくなり、肥料の増加がわずかな増収にしか結びつきません。農地の大規模化は機械化を採算に乗せることで初期段階の損失を和らげることがありますが、信用やインフラ、市場が弱い場合はその効果は限定的です。

近代的な道具がルールを変える

中所得に達する国々では状況が変わります。ここでは、より良い灌漑や機械化が肥料需要を減らし窒素利用効率を改善し始めますが、トレードオフも生じます。灌漑への投資は多くの場合窒素の利用効率を高め肥料需要を削減しますが、適切な機械や管理と組み合わさっていなければ収量の伸びを鈍らせることもあります。すでに豊かな国々では、農場が一般に大規模で装備が整っているため、さらに農地を拡大しても追加の恩恵は小さく、場合によっては収量や効率を損なうことさえあります。代わりに、高度な機械や効率的な灌漑といった精密な技術が、極めて都市化が進んだ社会で窒素損失を抑えつつ生産を維持する主要な手段になります。

持続可能な農業に対する単一の処方はない

研究の中心的なメッセージは、都市化が自動的に農業を助けるわけでも害するわけでもなく、その影響はタイミング、所得水準、近代化の進み方に依存するということです。貧しい国では、適度な土地集約化と適切な機械や投入物へのアクセスを組み合わせる政策が、初期の都市化が収穫を損なうのを防げます。中所得国は、収量を犠牲にせずに肥料の無駄を減らすために灌漑と機械化をバランスよく活用する戦略が必要です。富裕国は農地の拡大に注力するよりも、精密技術や栄養素のリサイクルに重点を置くべきです。いずれの場合も、土地管理、機械、灌漑の賢い組み合わせが、都市の成長を食料安全保障とより清浄な環境の両立を支える力に変え得ます。

引用: Wang, S., Zhang, X., Deng, O. et al. Interplay of urbanization and agricultural modernization shapes nitrogen use in global croplands. Nat Commun 17, 4524 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71251-z

キーワード: 都市化, 窒素肥料, 作物収量, 農業の近代化, 食料システム