窒素化学変換抑制剤と最適管理で半乾燥塩類化土壌の収量と窒素利用効率を向上させる

過酷な土地への作物供給

世界の乾燥地帯では、農家は塩分を含む風の強い土壌で十分な食料を生産しつつ、肥料が水や大気を汚染するのを防ぐという難しい課題に直面しています。本研究は中国・内モンゴルの事例で、硝化阻害剤と呼ばれる添加剤を併用したより賢い窒素施肥法が、降雨が乏しい環境でもトウモロコシの収量を潜在能力に近づけ、肥料の無駄を削減し環境負荷を軽減できることを示しています。

乾燥で塩分の多い農地の課題

乾燥および半乾燥地域は世界の耕作地の40％以上を占め、世界の食糧生産の大部分を担っていますが、少雨、塩類化した土壌、灌漑への強い依存といった深刻な問題に直面しています。内モンゴル西部の河套灌漑区では、農家は高収量を確保しようとしてトウモロコシに300〜450kg/haもの大量の窒素肥料を施用するのが慣行です。しかし実際の収量は可能な水準の約40％にとどまり、多くの窒素が大気中に放散されたり運河や湖に流出したりして、金銭的損失と水質汚染を招いています。研究者たちが解こうとした核心の問題は、より少ない窒素で地域の達成可能な収量にどれだけ近づけるか、そして環境への損失をいかに減らすかでした。

より賢い施肥システムの設計

研究チームは、降雨が非常に少なく黄河からのかんがいを行う典型的な塩類化土壌で3年間の圃場実験を行いました。比較したのは4つのトウモロコシ管理法です：窒素を全く施さない処理、一般的な高投入の農家慣行、窒素を約3分の1削減して施肥を簡素化した「高収量・高効率」システム、そして同じ削減量の窒素に硝化阻害剤DMPPを混ぜて播種時に一回だけ施用する「高収量・耐ストレス」システム。全区で同じトウモロコシ品種と類似のリン・カリ管理が用いられたため、差は主に窒素戦略に起因します。

より少ない窒素で多くの収量

2020〜2022年を通じて、無施肥区は生産性の低下を示し、土壌だけでは高収量のトウモロコシを支えられないことを確認しました。これに対して窒素を削減した2つの改良システムはいずれも収量15〜18t/ha、すなわち地域の潜在収量の約80％を達成し、平常年には高投入慣行と同等かそれに近い結果を示しました。重要なのは、最適化されたシステムは380kg/haで3回施用する従来慣行に対して、250kg/haを1回施用するだけでこれを達成した点です。これにより、作物が実際に取り込む施用窒素の割合である窒素利用効率は、降雨に恵まれた年で50％未満から約60％以上へと向上し、国際的な「グリーン開発」目標に合致しました。

干ばつに対する備え

最も厳しい試練は2022年に訪れ、降雨が激減してトウモロコシは重要な生育段階で深刻な干ばつに直面しました。こうした厳しい条件下では、阻害剤を使わない窒素削減システムは高投入慣行に比べて明らかな収量低下を示しました。これに対し、硝化阻害剤を使用したシステムは収量を維持し、特に1穂当たりの粒重を高く保ちました。測定では、この処理が地上部の窒素吸収を保持し、リンの吸収を促進し、乾燥年でも総生物量を維持したことが示されました。高pHで塩分の多い土壌では、アンモニウムから硝酸への変換を遅らせることで阻害剤が根の近くに利用可能な窒素を長く保ち、水ストレスに対する耐性を助けたと考えられます。

よりクリーンな圃場と水系

作物が施用窒素を多く取り込んだため、改良システムでは圃場に残る窒素過剰量が大幅に小さくなりました。高投入慣行では年間で160〜200kg/haを超える過剰窒素が蓄積しやすく、これはガス放散や排水への浸出の原因となります。最適化システムではこの過剰が概ね半分になり、阻害剤処理では一部の年で入力と出力がほぼ釣り合うこともありました。これは温室効果ガスの排出リスク低減や、すでに主要な汚濁源と認識されている地域水系への窒素流入の低減を意味します。

農家と環境にとっての意義

乾燥で塩類化した地域の農家にとって、本研究が示す明確なメッセージは次のとおりです：単に窒素を増やせば収量が増えるわけではなく、より適切なタイミングと配合の窒素管理が重要であるということ。窒素施肥を1回に減らし投与量を抑えつつ硝化阻害剤を併用することで、高いトウモロコシ収量を実現し、作物が利用する肥料の割合を高め、汚染を抑えることができます。特に、干ばつ年においてはこの手法が保険のように働き、水が不足しても収量を確保する助けになります。同様の地域で広く採用されれば、食料生産を押し上げると同時に脆弱な土壌や水資源への圧力を軽減できる可能性があります。

引用: Zeng, Z., Wu, L., Liu, J. et al. Synergistic nitrification inhibitors with best management practices can achieve higher yield and nitrogen use efficiency in semi-arid saline-alkali soils. Sci Rep 16, 5287 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36007-1

キーワード: 窒素利用効率, 硝化阻害剤, トウモロコシ収量, 半乾燥農業, 塩類化土壌