Agronomic and Physiological Responses of Sorghum and Sweet Potato to Shea Tree Shade in Burkina Faso

技術要約：ブルキナファソにおけるシアーツリーの遮光に対するソルガムおよびサツマイモの農学的・生理学的応答

問題提起
ブルキナファソにおいて、Vitellaria paradoxa（シアーツリー）と穀物類を統合したアグロフォレストリー・パークランドは食料安全保障に不可欠である。しかし、シアーツリーが作る日陰は光合成有効放射（PAR）を著しく減少させ、光をめぐる競争を引き起こし、ソルガム（Sorghum bicolor）のような関連穀物の収量低下を招くことが記録されている。この収量減少は、農民が苗木の更新を怠ったり、意図的に樹木を伐採したりする要因となっており、これらのパークランドの長期的な持続可能性を脅かしている。根および塊茎作物（イモ類）は耐陰性があることが知られているが、シアーツリーの樹木形態学的特性、具体的には胸高直径（DBH）や樹冠面積が、ソルガムとサツマイモ（Ipomoea batatas）の農学的および生理学的パフォーマンスにどのように異なる影響を与えるかについての具体的なデータは不足している。本研究は、ソルガムの収量が実行不可能となる決定的な樹木サイズの閾値を特定し、パークランドの生産性を維持するために、サツマイモが代替手段として有効であるかどうかを判断する必要性に取り組んでいる。

研究手法
研究はブルキナファソのナジノン地域、特にノベレ（Nobéré）およびサポネ（Saponé）の自治体で実施された。本研究では、2種類の作物（現地のソルガム品種および2種類のバイオフォーティファイド・サツマイモ品種「Erè」と「Tiébélé 2」）を評価するために、乱塊法（RCBD）を用いた。

• 樹木分類： V. paradoxa の樹木を、DBHに基づく3つの直径クラス（DC）に分類した。
  • DC1: 15–30 cm
  • DC2: 30–45 cm
  • DC3: ≥45 cm
• 実験処理： 各直径クラスの樹冠下（UCDC1、UCDC2、UCDC3）および、対照区としての開放地（OA）で作物を栽培した。
• 測定項目：
  • 樹木形態学： 樹冠面積およびPAR遮断量を測定した。
  • 形態学： 茎／蔓の長さ、葉数、および襟径（collar diameter）を、播種／定植後30、45、60、81日目に記録した。
  • 生理学： ポータブルデバイス（AP4 porometerおよびPhotosynQ MultispeQ）を用い、気孔コンダクタンス、クロロフィル含有量（SPAD）、および線形電子伝達（LEF）を測定した。
  • 収量： ソルガムの粒実収量および穂収量、サツマイモの塊根収量を記録した。
• 解析： データは、有意水準5%において、Kruskal–Wallis検定およびBonferroni補正を伴うDunnの事後検定を用いて分析された。

主な結果

• 光遮断： 樹木の直径とPAR透過率の間には、有意な負の相関が見られた。最小の樹冠面積を持つDC1の樹木は、最も高いPAR（274 µmol photons m⁻² s⁻¹）を透過させたが、DC2およびDC3は、それぞれ有意に少ない量（162.75および142.84 µmol photons m⁻² s⁻¹）しか透過させなかった。
• ソルガムのパフォーマンス：
  • ソルガムの成長と収量は、開放地（OA）で最も高かった。
  • 樹冠下では、DC2またはDC3と比較して、DC1の下でのパフォーマンスが有意に良好であった。
  • しかし、DC1の下でのソルガムの収量も、開放地（OA）と比較すると依然として有意に低かった。本研究では、最小の直径クラスであっても、開放地と比較してソルガムの成長と生産性は低いことが指摘されている。
  • 生理学的データによれば、樹冠下では微気象が良好であるため気孔コンダクタンスは高かったものの、LEFおよび全体的な成長は、特にDC2およびDC3における光利用能の低さによって制限されていた。
• サツマイモのパフォーマンス：
  • ソルガムとは対照的に、サツマイモはDC1や開放地よりも、大きな直径クラス（DC2およびDC3）の下で優れた成長と収量を示した。
  • 形態学的パラメータ（茎の長さ、葉数）および塊根収量は、一般に樹木の直径クラスとともに増加した。
  • 最高値の塊根収量はDC3の下で記録された。特筆すべき点として、ノベレのサイトでは、開放地またはDC1では塊根が生産されなかったが、DC2およびDC3では生産が行われた。
  • DC2およびDC3における収量は一般にDC1よりも高かったが、統計分析（表7）によれば、DC1とDC2の間の収量の差は有意ではなく（両者は同じ上付き文字を共有）、DC3は他のクラスよりも有意に多かった。
  • サツマイモの品種は、低光強度への適応として、DC2およびDC3のより濃い日陰の下で高いクロロフィル含有量を示した。
• サイトによる差異： ノベレ（降水量が多く、樹木の剪定がより集中的に行われている）は一般にソルガムに有利であり、サポネ（降水量が少なく、剪定が少ない）はサツマイモに有利であった。これは、水利用可能性と樹冠密度の違いに起因すると考えられる。

主要な貢献
本研究は、V. paradoxa の日陰が随伴作物に与える影響は一様ではなく、樹木の直径クラスに厳密に依存しているという実証的証拠を提供している。

1. 閾値の特定： 本研究は、DC1（DBH < 30 cm）を、ソルガムが（大きな樹木と比較して）少ない収量損失で栽培可能な決定的な閾値として特定した。ただし、その収量は開放地と比較すると依然として大幅に低い。逆に、DC2およびDC3（DBH > 30 cm）は、ソルガムに著しい収量減少をもたらす。
2. 作物置換戦略： サツマイモが、穀物類が失敗する大きなシアーツリーの濃い樹冠の下でも繁茂する、非常に効果的な耐陰性代替作物であることを実証した。
3. 生理学的洞察： 日陰が微気象を改善する（気孔コンダクタンスを高める）一方で、PARの減少がソルガムのようなC4植物にとっての主要な制限要因であることを明らかにした。逆に、サツマイモのC3植物としての性質と形態的可塑性は、日陰による微気象と低い光補償点を利用することを可能にしている。

意義および主張
著者らは、本研究がブルキナファソのアグロフォレストリー・パークランドに対する実践的かつ科学に基づいた管理戦略を提供するものであると主張している。樹木の直径に合わせて作物を選択することで、樹木の除去や集中的な剪定を行うことなく、システム全体の生産性を最適化できる。

• 推奨事項： ソルガムはDC1の樹木（DBH < 30 cm）の下でのみ栽培し、DC2およびDC3の下では避けることを明示的に推奨している。
• 代替案： DBHが30 cmを超える樹木（DC2およびDC3）については、シアーの生産損失（剪定を行った場合）を防ぎ、かつ穀物の収量損失（大きな樹木の下でソルガムを植えた場合）を回避するために、サツマイモを栽培することを推奨している。
• 保全への影響： このアプローチは、経済的なインセンティブ（サツマイモの収量）を提供することで、より大きなシアーツリーを保存させ、パークランドにおける樹木密度を維持または増加させることを目的としている。これは、同地域で見られる木本植物の減少に対処するものである。

本研究は、樹木の直径クラスに基づいてアグロフォレストリー・システムを管理することが、樹木の保全と作物の生産を同時に最適化し、サヘル地域における食料安全保障への持続可能な道筋を提供すると結論付けている。