The intercropping of fava bean with winter wheat enhances the crop performance and the soil biogeochemical nutrient cycling under contrasting nitrogen inputs

足元の土壌を、単なる泥ではなく、植物と微細な微生物が絶えず資源を取引し、借り、共有し合っている、活気ある目に見えない都市として想像してみてください。何世紀もの間、農家はこの都市を、整然とした終わりのない列の中に一種類の作物だけを植える、単車線の高速道路のように扱ってきました。しかし、自然は通常、混み合った市場を好みます。これが**間作（インタークロッピング）**の世界です。これは、二種類の異なる植物が、まるでフェンスを共有する隣人のように、並んで育つ農業戦略です。ここでの大きなアイデアは、異なる植物は異なる「個性」とニーズを持っているということです。ある植物は水を深く掘り下げるダイバーである一方、別の植物は空気から窒素を取り込む達人かもしれません。これらが共に育つとき、彼らは互いに助け合い、単独で育つよりも生産性の高いシステムを作り出すことがあります。

科学者が投げかけている具体的な問いは、「大量の合成肥料を畑に投入することなく、同じくらい上手く食料を育てられるか？」というものです。肥料は地球にとっての重いバックパックのようなものです。作物の成長を早めますが、その製造と使用は汚染を生み出し、コストを発生させます。期待されているのは、「レグミ（豆科植物：空気から自ら窒素肥料を作ることができる植物のグループ）」と「セリアル（穀物：小麦のように窒素を必要とする穀物）」を組み合わせることで、自立したチームを作ることです。もしこれが成功すれば、土壌をより健康にし、空気をより綺麗にしながら、世界に食料を供給できるかもしれません。しかし、このチームワークは現実の世界でも実際に起きているのでしょうか、それとも実験室の中だけで機能する素敵なアイデアに過ぎないのでしょうか。

---

植物の偉大なチームアップ：ソラマメと小麦の物語

ドイツのある畑で、研究者たちは、古典的な植物コンビであるソラマメと冬小麦が、魔法のような手品――つまり、通常の化学肥料のブーストなしでも、バラバラに育つよりも一緒に育つ方が上手くいくのか――を見せられるかどうかを検証するために、大規模な実験を行いました。彼らはこれらの作物を、単独モード（ソロ）と、交互の列（チームアップ・モード）の2つの方法で植えました。また、「燃料」のレベルも2種類テストしました。一つは標準的な肥料を用いたもの、もう一つは肥料を全く使用しないものです。

肥料ゼロの区画を、サバイバル・チャレンジと考えてみてください。植物は、土壌の中で見つけるか、あるいは自分自身で作れるものだけに頼らなければなりません。このチャレンジの結果は、驚くほど劇的なものでした。

アンダードッグ（格下）の大勝利
肥料なしで単独で育てられた場合、ソラマメは少し元気がありませんでした。しかし、小麦の隣に植えられたとき、彼らは突然、第二の風を感じて勢いづきました。研究によると、チームアップで育てられたソラマメは、単独で育った場合と比較して、一株あたりの収量が2倍以上になりました。まるで小麦が豆に対して、少しのスペースと親しみやすい後押しを与え、繁栄を促したかのようでした。

小麦へのブースト
通常は主役であるはずの小麦も、損をすることはありませんでした。実際、ゼロ肥料条件下では、チームアップの中の小麦はより熱心に働き始めました。研究者は$\Delta^{13}$Cと呼ばれる、植物がどれほど激しく呼吸し、光合成をしているかを示す指紋のような値を測定しました。間作された小麦は、より高い「識別（ディスクリミネーション）」値を示しました。これは、小麦が葉にある気孔をより広く開き、二酸化炭素をがぶ飲みしようとしていることを示唆しています。それは実質的に、「私は種を作るために、もっと一生懸命働くぞ！」と言っているようなものでした。なぜなら、隣の豆から窒素の安定した供給を受けていたからです。

土地等価比（LER）：スコアボード
農場全体がより上手くいっているかを確認するために、科学者たちは**土地等価比（LER）**というスコアを使用しました。スコアが1.0であれば、チームアップは別々に育てるのと同等であることを意味します。1.0を超えれば、チームアップの勝ちです。

• 肥料ゼロの場合： チームアップのスコアは1.4でした。これは大きな勝利です！これは、別々の畑から同じ量の食料を得るためには、40%も多くの土地が必要になることを意味します。
• 標準的な肥料を使用した場合： スコアは1.1に低下しました。これは、バラバラに育てるよりもわずかに良い程度です。これは、肥料を大量に投入すると、植物は互いの助けを必要としなくなり、チームアップの魔法が消えてしまうことを示唆しています。

水と栄養素のダンス
植物はまた、水と栄養素を巡って複雑なゲームを展開していました。ソラマメは「喉が渇きやすい方」であり、小麦よりも多くの水を飲み干しました。しかし、小麦はそれほど水を飲まなかったため、チームアップの結果として、両者にとって非常に健全な「中間地点」の水位が得られました。

土壌の化学組成も興味深い展開を見せました。ソラマメは窒素工場として機能しました。シーズンの終わりまでに、ソラマメの下の土壌（単独でもチームアップでも）には、小麦の下の土壌よりも有意に多くの無機態窒素が残っていました。ゼロ肥料のチームアップでは、土壌にはヘクタールあたり約80 kgの窒素が残っており、これは次の作物を育てるのに十分な量です。ソラマメが小麦に窒素を分け与え、小麦がそれをすべて使い切らずに、将来のための素晴らしい余剰分を残したようです。

しかし、すべてが完璧なパーティーだったわけではありません。研究では、チームアップが土壌に蓄積される炭素（土壌を豊かにする「有機物」）の量を魔法のように増やすことはなかったことが分かりました。炭素量はすべての区画でほぼ同じでした。また、チームアップによって土壌微生物が窒素に関してどのように行動するか（具体的には、L-ロイシン・アミノペプチダーゼという酵素を単独の豆と比較して約**26%**増加させたこと）は変化しましたが、微生物が炭素をどれほど効率的に利用するかという根本的な部分は変わりませんでした。微生物は忙しく働いていましたが、植物が隣人になったからといって、彼らのライフスタイルを根本的に変えるほどではありませんでした。

結論
論文は、ソラマメと冬小麦を一緒に植えることは、もしあなたが肥料を減らしたいのであれば、素晴らしい戦略であると結論付けています。窒素ゼロの条件下では、チームアップは、豆が収量ブーストを得て、小麦がより良い栄養を得て光合成を行い、そして次のシーズンのための健全な窒素の蓄えが土壌に残るという、相乗効果を生み出します。

しかし、研究者たちは、これがすべてを解決する「魔法の弾丸」ではないことにも注意を促しています。恩恵は主に、植物が水と窒素をどのように利用するかで見られ、土壌炭素をどのように構築するかについては見られませんでした。そして、あらゆる優れた物語がそうであるように、現実世界での結果は少し複雑でした。フィールド内の土壌の自然な差異により、あらゆる微細な影響をすべて捉えることは困難でした。しかし、主要なメッセージは明確です。もし、より少ない化学物質でより多くの食料を育てたいのであれば、植物たちに「良い隣人」になってもらうことが、最善の方法かもしれません。