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植物と菌類の共進化を応 用した炭素駆動型農業 国際農林水産業研究センター 小田正人 2015.1.9 Japan International Research Center for Agricultural Sciences 研究概要：共進化（Co-evolution）応用農業 植物と菌類は共進化を遂げてきた 植物は光合成によって空気中のCO2を効率よく固定する。植物が固定 した炭素をエネルギー源として菌類は窒素固定や土壌中の養分有効化 などを行っている。両者の共進化は４億年に及ぶ。 共生関係は炭素が軸 土壌への炭素資材投入によりこの共生関係を促進した栽培事例は多 数存在する。慣行栽培を超える多収を達成し、土壌団粒化が進行する ことで作物の根圏環境が改善して、気候変動耐性が向上している。 体系的農法を確立し慣行農法の諸問題を克服 共進化応用農法に関する、適性品種開発から作物の共生微生物叢の 形成、効果的な炭素資材の投入方法に亘る研究を実施し、５年後には 実用化する。 植物と菌類の共進化を応用した炭素駆動型農業 近代農業 ２００年 進歩の方向 植物工場 炭素駆動型農業 研究課題 パラダイムシフト 収量限界 →突破 無機養分 肥料・農薬 →低減 堆肥・炭 気候変動 →耐性増 （分解しない炭素） 高C/N 有機物 適性品種開発 共生微生物叢 資材投入法 団粒化 根域拡大 （微生物が分解 する炭素） CO2 →蓄積 死んだ炭素の蓄積 植物（炭素）⇔菌類（養分） 生きた炭素の蓄積 共進化の無視 菌類 ４億年の共進化 共進化の利用 近代農業の問題複合体 近代農業 ２００年 進歩の方向 植物工場 無機養分 堆肥・炭 （分解しない炭素） 死んだ炭素の蓄積 施肥は菌を殺す 堆肥や炭は分解しにくい パラダイム：植物への養分供給 無機栄養説（NPK＋微量要素） →N重視 問題複合体（緑の革命） １．肥料 収量限界、作物品質劣化 富栄養化、土壌劣化・流亡 ２．農薬 環境汚染、抵抗性害虫・雑草 生態系撹乱 ３．かんがい（近代農業の土台） 水資源不足、塩害 ４．品種 施肥に最適化 ５．派生的問題 気候変動耐性、温室効果ガス イネのN吸収率* (%) 表層 17 全層 28 側条 36 側条緩効 64 苗箱全量 77 施肥効率 ≠収量向上 * Kankyouhozengata nougyojiten 2005 Kaneda 1996より作成 共進化応用農業（ポスト緑の革命） 炭素駆動型農業 研究課題 高C/N 有機物 適性品種開発 共生微生物叢 資材投入法 団粒化 根域拡大 （微生物が分解 する炭素） パラダイム：菌類のエネルギー源供給 共進化 →C重視 近代農業の基盤は継承しつつ、問題複合体は解消 １．菌類による完全バランス養分供給 収量限界の突破、作物品質向上、富栄養化なし ２．土壌団粒層と根圏の拡大 透水性、保水性、恒温性、風蝕・浸食耐性が向上 気象変動耐性の向上、炭素貯留 植物（炭素）⇔菌類（養分） 生きた炭素の蓄積 共進化の利用 ３．派生的効果 共生により連作で収量が向上、雑草の減少 ４．課題 栽培事例は多数あるが、技術の体系化が必要 研究の現状 菌類の分類学上の位置の修正 植物（菌類・細菌） 植物 動物 菌類 動物 細菌 共生菌類 根で養分吸収 菌根で養分吸収 特定の菌に関する研究は膨大 微生物叢の診断手法も進歩（例BiOLOG） ただし名前のついた種は全体の3％程度 有用微生物 の研究 育種 無着手（農家の自家採種程度） 栽培 • JIRCASの先行研究 ブラジル栽培事例調査(2012)筑波大連携 微生物量と作物収量の関係(2011-12) 作物残渣の効果的施用法(2013-14) 低コスト土壌呼吸量測定法（2014） • その他 国内の栽培事例多数 「炭素循環農法」と名付けられている 発想転換 システムの パワーアップ 着眼 共進化 具体化 炭素供給 ブラジルの共進化応用農法圃場（2012.11） ブラジル、サンパウロ州 ・キノコ培地廃棄物（廃菌床）を投入 ・作物の生長が早く、多収 ・外観・栄養・味すべての品質が良い ・作業性がよく、無防除で低コスト ・気象変動耐性が高い 50mm/h の豪雨で土壌流亡なし 連続65日の無降水でも無潅水 炭素資材投入4年半の圃場 隣接の一般圃場 A層は7cm厚い41cm B層も全て団粒化 ㎡当りA層で 炭素は 9400 g 増加 窒素は 460 g 増加 投入資材に対し 炭素は 1.9倍 窒素は 3.6倍 微生物活性は 隣接一般圃場の約10倍 （土壌溶液中のATP） 協力筑波大 主な栽培例一覧 • ブラジル・サンパウロ州 野菜、サトウキビ *（レタスは240ha、サトウキビは3,000ha規模） • 広島県・安芸太田町 山間部野菜 （企業） • 茨城県・笠間市 ハウス野菜（新規就農） • 静岡県・掛川市 路地野菜 • 宮城県・仙台市 水稲 * レタスは木材チップ、サトウキビは残渣を利用 実例＋既存知見・最新技術で短期技術化 国内外の 栽培事例調査 農家・試験場 における再現 ５年後 実用化目標 投入資材 資材評価 転換年限短縮 作物・品種 品種評価 適性品種 栽培法 栽培法評価 耕種法・機械 土壌特性 土壌特性遷移 診断法 微生物叢 微生物叢 遷移 適用条件 成果の達成時期 共進化応用農業の波及効果 低環境 負荷 攻めの 農業 国際 競争力 超低 コスト 高 収量 連作 可能 技術輸出 国際貢献 世界の 食料安定 持続 的 省 資材 小 潅水 安全 高品質 無 汚染 高 栄養 共進化応用農業 農地 再生 気候 変動 耐性 医療費低減 生産人口増 健康 長寿 社会 単純 技術 作期 拡大 参入 が容 易 若者就農 企業参入 耕作放棄地 解消