CERES-wheatを用いた中央オロミア（エチオピア）におけるパン小麦（Triticum aestivum L.）生産のためのモデルに基づく窒素最適化

小麦と人々のために賢い施肥が重要な理由

パン小麦はエチオピアの食料安全保障の基盤ですが、多くの農家は土壌や気候の地域差や年ごとの変動を無視した画一的な施肥助言を受けています。本研究は、農家、消費者、環境に大きな影響を与える単純な問いを投げかけます：良好な収穫、公正な利益、そして今日および将来の気候変動下での汚染低減を同時に達成するには、小麦にどれだけの窒素肥料をいつ施すべきか？

画一的な規則から現地に即した意思決定へ

中央オロミアでは、多くの小麦圃場が均一な窒素施用量で管理されていますが、標高、降水量、土壌の質は圃場ごとに異なります。同時に気候変動に伴う年ごとの変動は、乾年には作物が肥料を活用できず、湿年には肥料が深層へ流れてしまうことを招きます。研究者らはDegem、Fitche、Bishoftuの3つの主要生産地に着目し、DSSATソフトウェア内の実績ある作物生長モデルCERES-Wheatを用いて、各地での窒素量と分割施用が小麦にどう影響するかを調べました。

多様な未来を試す仮想圃場の活用

短期の現地試験だけに頼る代わりに、チームは各地点の気象記録、土壌特性、管理慣行を取り入れた詳細な仮想圃場を構築しました。次に、無施肥から115kg/haまでの複数の窒素量と、播種時一括、2回分割、主要生育段階での3回分割といった施用タイミングを、長年にわたってコンピュータ実験で検証しました。これらの実験は現在の気候の下と、2050年代および2080年代の中程度および高排出の2つの将来気候経路の下で繰り返され、各回で穀物収量、全生物量、作物による窒素吸収、土壌からの窒素損失、および想定される農家所得を追跡しました。

より的確な窒素施用が収量と所得を押し上げる

シミュレーションは、窒素施用量が増えるにつれて小麦の収量と生物量が急増することを示し、二回または三回に分けてタイミングを適切にとった場合、一般的に試験した最高量の115kg/haで最も良好な結果が得られました。DegemとBishoftuでは、この量を三分割することが生物学的にも経済的にも最良の結果をもたらしました。一方でFitcheでは二分割がほぼ同等の生産性を示し、労働力の限られる農家にとっては実用的でした。無施肥と比べると、これらの戦略は収量を倍増以上にし、純利益も大幅に増加させました。解析はまた、将来の高温化と高CO2条件下では、これらの地点で経済的に最適な窒素量はさらに増加する傾向があり、最適施用量は地点によりおおむね158〜191kg/haの範囲へと上昇する見込みであることを示しました。

環境上のトレードオフと気候圧力

収量と利益を超えて、研究は窒素管理が環境とどのように相互作用するかも検討しました。モデルは、土壌から放出される強力な温室効果ガスである一酸化二窒素（N2O）が、窒素施用量や分割回数の増加に伴って増加することを示唆しており、生産最大化と排出抑制の間にトレードオフが存在することを示しています。これに対して、硝酸塩の浸出（河川や地下水の汚染につながる）は、シミュレーションでは肥料量や分割の影響が小さく、主に降雨パターンや気候条件の変化に左右されました。つまり、適切に管理された肥料であっても非常に湿潤な年には根域より深く洗い流される可能性があり、将来の気候変化は特に高排出シナリオ下でそのリスクを強める可能性があります。

農家と政策にとっての意味

専門外の読者に向けた主要なメッセージは明確です：固定的で画一的な施肥規則は、気候変動に伴い農家や環境に十分に対応することは難しい。本研究は、コンピュータモデルが地点別で気候を考慮した施肥戦略の設計に強力なツールとなり得ることを示し、小麦収量と農家所得を高めつつ汚染と温室効果ガスに目を向けることができると示しています。しかし、著者らは推奨量がシミュレーションに基づく出発点であり最終処方ではないことを強調しています。広範な導入の前に、複数年・複数地点での現地試験による確認と、地域の土壌、価格、天候に応じた柔軟な窒素管理へと延長指導員や農家を導くための研修プログラムが必要だと述べています。

引用: Kibebew, S., Dechassa, N., Alemayehu, Y. et al. Model-based nitrogen optimization for bread wheat (Triticum aestivum L.) production in central Oromia, Ethiopia using CERES-wheat. Sci Rep 16, 16336 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45892-5

キーワード: 小麦, 窒素肥料, 作物モデリング, 気候変動, エチオピア