Agronomic Productivity and In Vitro Fermentation Kinetics of Maize-Sorghum Replacement Intercropping

技術要約：トウモロコシ・ソルガム置換間作における農学的生産性とインビトロ発酵キネティクス

問題提起
気候変動と乾燥・半乾燥地域における水不足の増大は、農業の持続可能性、特に反芻動物用の飼料生産に対する脅威となっている。飼料用トウモロコシ（Zea mays）は、高泌乳牛に対して優れた栄養品質を提供するが、水消費量が多く、乾燥ストレス下では収量減少を受けやすい。一方、飼料用ソルガム（Sorghum bicolor）は、驚異的な耐乾燥性と水利用効率を示すが、単作の場合、粗タンパク質（CP）の低さや中性デタージェント繊維（NDF）の高さといった、最適とは言えない栄養特性を示すことが多い。間作は、資源利用を強化するための生態学的に健全な戦略として認識されているが、特定の置換列パターン（空間配置）が形態生理学的特性、バイオマス分配、およびその後の飼料の化学組成とルーメン内発酵キネティクスへの連鎖的影響にどのように影響するかについては、依然として大きな知識の空白が存在する。

方法論
本研究では、イランのゴルスターン州（ゴルガンおよびアリ・アバド）の2つの異なる農業地域において、夏季の生育期間中に実施された、大規模かつ非反復のストリップ試験を用いた。実験デザインでは、以下の3つの栽培パターンを比較した：

1. 単作トウモロコシ (1M): 飼料用トウモロコシの純粋なスタンド。
2. 間作 1M:1S: トウモロコシ1列と飼料用ソルガム1列を交互に配置。
3. 間作 1M:2S: トウモロコシ1列と飼料用ソルガム2列を交互に配置。

各処理区のストリップは、2,100 m²（40列、長さ75 m）をカバーした。農学的管理は商業的基準に従い、機械による播種、施肥、および登熟期／硬熟期での収穫を行った。

データ収集項目：

• 形態生理学的特性: 植物体高、茎径、分げつ数、葉数、および葉茎比。
• 収量成分: 新鮮および乾燥バイオマスの分配（茎および葉）と総飼料収量。
• 生態学的効率: 土地等価比（LER）の算出。
• 化学分析: 乾物（DM）、灰分、粗タンパク質（CP）、粗繊維（CF）、および中性デタージェント繊維（NDF）の決定。
• インビトロ発酵: MenkeおよびSteingass (1988) のプロトコルを用い、造設羊のルーメン液を用いてガス生成キネティクスを評価。パラメータには、24時間および48時間におけるガス生成量、速度論的フラクション（$a, b, c$）、in vitro 乾物消化率（IVDMD）、代謝エネルギー（ME）、および総短鎖脂肪酸（SCFA）が含まれる。

統計解析には、30個のランダムなサブサンプルあたり完全ランダム化設計（CRD）を用い、ANOVAおよびDuncanおよびTukeyの後検定を用いた。

主な結果

• 形態およびバイオマス: 1M:2Sパターンはキャノピー構造を著しく変化させ、最も多い分げつ数（2.85）と葉数（19.60）を産生したが、種間競争により、植物体高（131.7 cm）および茎径（9.56 mm）は最も小さくなった。単作トウモロコシは、最大の茎径（17.47 mm）と最高の葉茎比（0.47）を維持した。
• 収量および効率: 1M:2S処理は、単作トウモロコシ（6.54 ton/ha）に対して18.55%の増加を示す、最高の総乾物収量（7.77 ton/ha）を達成した。このパターンは1.18の土地等価比（LER）を示し、単作に対して18%の生物学的優位性を示した。1M:1Sパターンも、1.12のLERにより単作トウモロコシを上回った。
• 栄養組成: 1M:2Sパターンは、単作トウモロコシ（6.55%）と比較して、大幅な粗タンパク質（9.75%）の増加をもたらした。しかし、このパターンは最も高いNDF含有量（61.59%）を示した一方で、1M:1Sパターンは最低のNDF（55.36%）を示した。
• 発酵キネティクス: 収量／品質と消化率の間には明確な乖離が観察された。1M:1Sパターンは、優れたin vitro 乾物消化率（IVDMD = 78.8%）と代謝エネルギー（10.52 MJ/kg DM）を示した。対照的に、1M:2Sパターンは、高いタンパク質と収量を備えているにもかかわらず、その高い繊維含有量とより木質化した構造に起因して、より低いIVDMD（69.2%）およびMEを示したが、最高値の分画ガス生成速度（$c = 0.068 h^{-1}$）を示した。

意義および主張
本論文は、トウモロコシとソルガムの置換間作が、水制限のある環境における持続可能な飼料生産のための実行可能なアグロエコロジカル・フレームワークを提示していると主張している。研究は、異なる植栽比を用いることで、反芻動物の特定のニーズに合わせて飼料特性を調整できると結論付けている：

• 1M:2Sパターンは、バイオマス収量と粗タンパク質含有量を最大化するための最適な戦略として特定されており、高いNDFレベルが体条件の管理や代謝異常の防止に役立つため、乾牛や更新淘汰牛に適した高収量かつ健康促進的な基礎飼料となる。
• 1M:1Sパターンは、優れた消化率とエネルギー密度を伴う同期された栄養バランスを提供し、エネルギー摂取が主要なボトルネックとなる高泌乳乳牛にとって理想的な飼料源となる。

乾燥耐性のあるソルガムをトウモロコシベースのシステムに統合することで、生産者は気候誘発による収量リスクを軽減しながら高品質な栄養入力を確保し、乾燥・半乾燥地域における酪農経営の経済的生存可能性を支えることができると著者らは断言している。