水田とザリガニの混作で溝占有率を最適化すると温室効果ガス削減と生産性のバランスが取れる

同じ土地で米とザリガニを育てる

中国中部の水田は一石二鳥の役割を果たしている。稲作をしながら同じ湛水した圃場でザリガニを養殖するのだ。この米–ザリガニの組み合わせは、農家の収入を押し上げ、水や栄養分の利用効率を高めるため大変普及している。しかし厄介な問題もある。ザリガニを保護する水で満たされた溝は強力な温室効果ガスを大気中に放出する経路にもなり得る。本研究はシンプルだが緊急性のある問いを投げかける：食料生産と気候の両方を両立させるには、溝はどれくらいあれば「十分」なのか？

一つの圃場に二つのゾーン

典型的な米–ザリガニ圃場は主に二つの部分からなる。広く浅いゾーンでは通常どおり稲が育ち、ザリガニは歩き回り、穴を掘り、餌をとる。周辺には一年中湛水するように深く掘られた溝がある。これらの溝はザリガニの移動経路や隠れ場所になり、灌漑や排水にも役立つ。しかし同時に暗く酸素が不足した条件を作り出し、メタンを放出する微生物が優勢になる。農家がより多くのザリガニを得ようと溝を拡大すると、気候に配慮した圃場を大きな排出源に変え、稲作面積を削ってしまう危険がある。

圃場のデジタルツインを用いる

このトレードオフを理解するため、研究者たちはDNDCというよく知られた計算モデルを用いて水田の「デジタルツイン」を構築した。このモデルは土壌や水、作物、大気の間で炭素と窒素がどう移動するか、そしてメタンや一酸化二窒素などのガスがどのように放出されるかをシミュレートする。チームは中下流長江平原の多くの現地実験から得られた気象、土壌、管理情報をモデルに入力し、従来の単作水田と米–ザリガニ圃場の両方を含めた。重要なのは、各混作農場を実際の二つのゾーン――水田面とザリガニ溝――に分け、それぞれに固有の土壌、水、給餌条件を与えた点である。

温暖化の大部分はどこから来るか

多数の地点での測定とモデル結果を慎重に照合した後、著者らは代表的な十の米–ザリガニシステムについて温室効果ガス排出量と稲の収量を再計算した。結果は明快だった。混作圃場の稲作ゾーンは、ザリガニの穴により土壌へ酸素が入りやすくなるため、普通の水田よりメタン排出が少なかった。しかし、常時湛水している溝は面積当たりで稲作ゾーンの三倍以上のメタンを放出した。溝からの排出を含めると、混作システムの総メタン量は単作水田より多くなった。一方で溝では一酸化二窒素というもう一つの強力な温室効果ガスは実際に低かった。

溝面積の「適正」を見つける

次の課題は、気候影響と収穫を両立させる溝面積を見つけることだった。研究者らはモデルを使って異なる溝占有率を検討し、稲収量、ザリガニ生産量、メタンと一酸化二窒素の合成的な温暖化影響という三つの目標を同時に評価する意思決定ツールを適用した。溝面積が増えればザリガニのスペースと生産が増え、その分稲の面積が減りメタンが増えると想定している。実世界の研究から抽出した十の代表的な溝サイズを順位付けしたところ、圃場面積の約8.3パーセントの溝比率が最も良好で、概ね7.5～9.0パーセントの間に堅牢な「適正帯」があることがわかった。この帯の中では気候影響がほぼ最小に近く、稲とザリガニの両方の生産性が高く保たれる。

将来の米–ザリガニ農場にとっての意味

政策立案者や農家にとってメッセージは明確だ：米–ザリガニ混作は人々を養い農村経済を支える可能性があるが、溝の拡大を抑えなければならない。過大な溝は短期的にはザリガニを増やすかもしれないが、メタン排出を増やし稲作を圧迫するため、食料安全保障や中国の長期的な気候目標を損なう。圃場面積の7.5～9.0パーセントという実践的な溝範囲を示すことで、本研究は気候にやさしく持続可能な「一圃場二収穫」の具体的な指針を提供している。

引用: Xu, Z., Xia, GQ., Zhao, PY. et al. Optimizing the trench area proportion in rice crayfish co-culture systems balances greenhouse gas mitigation and productivity. Sci Rep 16, 9451 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40595-3

キーワード: 水田－ザリガニ混作, 温室効果ガス排出, 水田からのメタン, 持続可能な養殖, 気候に配慮した農業