高架追尾型アグリボルタイクス下でのトウモロコシの多年にわたる研究と単純化した収量モデル

食料の栽培と太陽光の収穫を同時に

農地は二重の要求に直面しています。成長する人口を養う必要がある一方で、私たちの家や車、産業に電力を供給する太陽光パネルも設置されなければなりません。本研究は、世界で最も重要な作物の一つであるトウモロコシが高架の太陽光パネルの下でも十分に生育でき、同じ圃場で穀物と電力の両方から収入を得られるかを検討します。

なぜ農業と太陽光発電が土地を巡って競合するのか

世界の人口が増え気候が暖まるにつれ、農家はより頻発する熱波、季節の変化、不確実な降雨といった圧力にさらされています。同時に、温室効果ガス排出を削減するためにクリーンエネルギー、特に太陽光発電の導入が急がれています。平坦で開けた農地は大規模な太陽光発電所を設ける上でしばしば実用的ですが、畑を完全にパネルで覆えば作物の栽培に使える面積は減少します。アグリボルタイクス（農業と太陽光の併設）システムは妥協案を提示します。パネルを十分に高く設置することで、作物や家畜がその下で生育・飼育でき、同じ土地を二重に利用することが可能になります。

動く日陰の下でのトウモロコシの試験

研究者たちは米国の「コーンベルト」の中心にあるインディアナ州の研究農場で多年にわたる実験を行いました。トウモロコシ畑の一部に高く設置した単軸追尾型の太陽光パネルを設置しました。ある区域はパネルの連続した列の直下にあり、別の区域は格子状の配置で日射をより多く通すようになっており、残りは無遮蔽の対照区としました。パネルは太陽の動きやトウモロコシの成長に伴って、日中に光と陰の移り変わるモザイクを作り出しました。4年間の生育期にわたり、研究チームは植物の発育、草丈、穀粒収量、詳細な気象および土壌水分データを綿密に記録しました。

日陰が植物の成長と収量に与えた変化

パネルの下のトウモロコシは無遮蔽地に比べて成熟がわずかに遅れ、通常1〜3日程度でした。日陰区の植物は平均で数センチ短くなりましたが、健康状態は保たれていました。農家にとって最も重要なのは、20〜25%の遮光下で収穫された穀粒が、完全に日当たりの良い区画に比べてわずかにしか減少しなかった点です。4年間の平均で、最も遮光の強い区域の収量低下はわずか7.7%でした。年によって差はあり、ある年は差が大きく、別の年は非常に小さくなるなど、年々の天候変動を反映しています。興味深いことに、複数の年でより一貫した日陰の区域の方が軽度の日陰区域よりやや高い収量を示したことがあり、日陰による若干の冷却と水分保持効果が日射の損失を部分的に相殺する可能性を示唆しています。

光、水、収穫を単純に結び付ける方法

設計者や計画者の助けとなるよう、研究チームは単なる生データ以上のものを目指しました。アグリボルタイクス下での期待収量を天候条件から結び付ける、経験則的な単純モデルを構築しようとしたのです。多数の入力を必要とする非常に複雑な作物モデルを使う代わりに、彼らはわずか二つの主要な影響因子—圃場に到達する日射と土壌水分—を一つの「結合」変数に統合しました。フィールドでの測定値と、影がトウモロコシのキャノピー上をどのように移動するかの計算機シミュレーションを用いて、圃場の多くの地点について作物が季節を通じて経験した光と水の「資源」の総量を算出しました。この結合指標は実際の穀粒収量と中程度の相関を示し、多くの細かな生物学的詳細を無視しているにもかかわらず、地点間および年ごとのばらつきのかなりの部分を説明できました。

ひと区画の農地でより多くを生み出す

トウモロコシ収量のわずかな低下とパネルによる電力の大きな増加を比較することで、本研究は土地利用効率の指標である土地等価比（land equivalence ratio）が平均で約1.37であると推定しました。単純に言えば、同じ土地はトウモロコシ単独または太陽光単独で利用した場合に比べて、合計で約37%多い「出力」に相当する成果を生み出したということです。この結果は、十分なパネルの高さ、農業機械が通れる間隔、地域の気候への配慮といった設計上の配慮があれば、トウモロコシはアグリボルタイクスに適した作物になり得ることを示唆します。モデルは他地域や灌漑下、異なる作物での検証が必要ですが、核心的なメッセージは明快です。食料とクリーンエネルギーの間で常に二者択一を迫られるわけではありません。高架の太陽光アレイを用いれば、農家は同じ圃場で十分なトウモロコシ収穫を維持しつつ、かなりの再生可能エネルギーを生み出せる可能性があります。

引用: Sanchez, G., Agrawal, R., Brouder, S. et al. Multi-year study of maize under elevated tracking agrivoltaic system and simplified yield modeling. npj Sustain. Agric. 4, 25 (2026). https://doi.org/10.1038/s44264-026-00141-0

キーワード: アグリボルタイクス, トウモロコシ, 太陽エネルギー, 土地利用, 作物収量