Regulation of extractable P, K, and Mg levels in soils based on nutrient balance results for use in agricultural management systems

土壌は単なる泥ではありません。それは植物の成長に必要なミネラルの、生きて呼吸する貯蔵庫なのです。これらの不可欠なミネラルの中でも、リン、カリウム、マグネシウムは、健全な作物のための基本的な構成要素として機能します。農家は、これらの栄養素が不足すれば収穫量が落ち、逆に蓄積しすぎれば、余剰分が流れ出て環境に害を与えることを古くから知っていました。数十年にわたり、これらの要素を管理するための標準的な手法は、現在地面にあるものを測定し、作物が奪っていく分を肥料で補充するというものでした。この方法は、単純な取引を想定しています。つまり、畑から出ていったものは、土壌の肥沃さを維持するために補充されなければならないという考え方です。しかし、この見方は、地表の下で起きている隠れた自然なプロセスを見落としています。銀行口座が給料からの入金だけでなく、安定した給与によって補充されることができるのと同様に、土壌自体も、風化として知られる岩石やミネラルの緩やかな分解を通じて、自らの内部備蓄から栄養素を放出することができるのです。

ハルトムト・コルベ（ヨーロッパ全域のデータを用いて研究を行っている研究者）による最近の研究は、この自然な放出が具体的にどの程度行われているのか、そしてそれが私たちの畑の管理方法をどのように変えるのかを理解しようとしました。13カ国で行われた長年にわたる数百の長期実験データを分析することで、研究者は、農家が添加または除去した栄養素と、実際の土壌栄養レベルの変化との関係を分析しました。彼らは単に土壌が豊かになったか貧弱になったかを見ているのではなく、特に、土壌の栄養レベルが時間の経過とともに完全に安定する精密なバランスポイントに着目しました。このバランスポイントは、土壌が自らどれだけ放出しているのかを明らかにします。この発見は、農家は常に収穫によって失われたすべての栄養素を補わなければならないという古い仮定に異を唱えるものです。むしろ、この研究は、土壌のタイプこそが、フィールドに追加の肥料が必要か、いくらかの損失を許容できるか、あるいは枯渇を防ぐために慎重に管理される必要があるかを決定する最も重要な要因であることを示しています。

研究チームは、リンに関する273件、カリウムに関する205件、マグネシウムに関する58件の実験データを収集しました。これらの試行は平均14年間にわたっており、従来の穀物畑から有機牧草地に至るまで、さまざまな農業形態における土壌の挙動を捉えた稀有な長期的視点を提供しています。チームは各実験の「フィールド・バランス」を算出しました。これは、肥料によって土壌に投入された栄養素と、収穫された作物によって取り出された栄養素の差に過ぎません。そして、それらのバランスを、表土の栄養濃度の実際の変化と比較しました。目的は、土壌の栄養レベルが上がったり下がったりすることなく、年を追って正確に同じ状態を維持する特定のバランスを見つけることでした。この「変化ゼロ」の地点は閾値となり、地下で行われている目に見えない増減を考慮した上で、現状を維持するために必要な正確な肥料の量を教えてくれます。

最も驚くべき発見は、土壌のテクスチャー、具体的には粘土がどれだけ含まれているかが、他のどの要因よりもこのバランスを左右するということです。非常に軽い砂質の土壌では、土壌は栄養素を緩やかに保持するため、雨によって容易に洗い流されてしまいます。これらの砂質の畑で栄養レベルを安定させるためには、農家はかなりの余剰分を追加しなければなりません。リンについては、砂質の土壌では、均衡を保つためだけに毎年ヘクタールあたり約8.8キログラムの追加投入が必要であることが研究で判明しました。カリウムについてはその必要性はさらに高く、毎年ヘクタールあたりおよそ18.5キログラムの追加が必要です。この追加の押し上げがなければ、土壌ミネラルからの自然な放出が損失を補うには弱すぎるため、砂質の土壌は急速に肥沃さを失うことになります。

対照的に、土壌がより重く、粘土が豊富になるにつれて、物語は完全に変わります。中程度の質感を持つローム土壌では、ミネラルの分解による栄養素の自然な放出がはるかに強力です。ここでは、研究によれば、農家は実際にマイナスのバランスを取ることが可能です。つまり、添加する量よりも多くの栄養素を収穫しても、土壌レベルは依然として安定しているということです。このローム土壌におけるリンの場合、バランスは年間でヘクタールあたり約10キログラムのマイナスになっても構いません。これは、風化を通じて土壌が自然にその不足分を供給していることを意味します。この効果はカリウムにおいてさらに劇的です。これらの肥沃なローム土壌では、自然な放出が非常に強力であるため、利用可能な栄養レベルが低下することなく、年間ヘクタールあたり最大71.7キログラムのカリウムの損失を維持することができます。土壌は、自らの深い備蓄から収穫の代金を支払っているのです。

しかし、パターンは最も重い粘土質の土壌で再び変化します。これらの土壌はミネラルは豊富ですが、栄養素を閉じ込めてしまう傾向もあります。これを「固定（fixation）」と呼び、栄養素を植物が容易にアクセスできない形態で閉じ込めてしまいます。これらの重い粘土質の土壌で利用可能な栄養レベルを安定させるためには、砂質の土壌と同様に、再び余剰分を追加する必要がありますが、その理由は異なります。リンについては、この閉じ込め効果を打ち消すために、重い粘土質の土壌ではヘクタールあたりほぼ10キログラムの正のバランスが必要であることが研究で示されました。カリウムについては、砂質の土壌ほど極端ではありませんが、やはり正の値をとり、自然な放出はある程度行われているものの、この固定を完全に相殺するには不十分であることを示しています。

また、研究では農業システムの種類が重要であるかどうかも調査されました。合成肥料をよく使う慣行農業と、堆肥やコンポストに依存する有機農業を比較しました。結果は驚くべきもので、農業システムのタイプは、栄養バランスと土壌の反応との間の根本的な関係にほとんど影響を与えませんでした。栄養素が合成肥料の袋から来たのか、コンポストの山から来たのかに関わらず、土壌は自身のテクスチャーに基づいて同じように反応しました。これは、土壌の物理的および化学的特性が支配的な力であり、栄養素の供給源を凌駕していることを示唆しています。同様に、研究では、小麦から牧草地まで、異なる作物もこれらの根底にあるパターンを大きく変えることはないことが分かりました。

気候も役割を果たしましたが、土壌のタイプほど決定的なものではありませんでした。降水量が多い地域では、より多くの雨が栄養素を洗い流す可能性があるため、カリウム肥料の必要性がわずかに増加することが研究者によって発見されました。逆に、温暖な気候では、気温が高いことでミネラルの自然な分解が加速し、より多くの栄養素が放出されるため、肥料の必要性がわずかに減少する傾向がありました。土壌の酸性度（pH）も結果に影響を与えました。重い土壌において、高い酸性度はリン肥料の必要性の増大と関連しており、これは酸性の粘土質土壌における化学的条件が、土沢がリンを自然に放出することを困難にしているためと考えられます。

これらの関係をマッピングすることで、本研究は肥料の必要量を計算するための、より精密な新しい方法を提供しています。一律のルールではなく、農家は自分の特定の土壌タイプを見て、過剰に施肥しているのか、あるいは不足しているのかを判断できるようになります。軽い土壌では、枯渇を防ぐために追加の栄養素を加える必要があることがデータで裏付けられています。中程度のローム土壌では、土壌の自然な再生能力を信頼することで、肥料の投入量を大幅に削減できることがデータによって示唆されています。重い粘土質の土壌では、単に栄養素を加えるだけでは不十分であり、栄養が閉じ込められてしまう可能性があるため、植物が利用できるように注意深くバランスを取る必要があるという警告がデータから示されています。

この研究は、単なる新しい計算方法を提供するだけでなく、土壌をダイナミックなシステムとしてより深く理解することを提示しています。それは、土壌が満たされるのを待っている受動的な容器ではなく、自らの組成に基づいて絶えず栄養素を放出し、保持する、農業プロセスにおける能動的な参加者であることを証明しています。本研究は、収穫されたものを単に補充するという古い手法が、しばる単純すぎる場合があることを裏付けています。風化による土壌の自然なプロセスと、土地の特定のテクスチャーを考慮に入れることで、農家はより効率的に畑を管理でき、コストを削減し、栄養汚染のリスクを最小限に抑えることができます。これらの知見は、ヨーロッパ全域からの実証的かつ長期的なデータに基づいており、食料を育む土地を守りながら、世界に食料を供給するための、より持続可能なアプローチのための強固な基礎を提供しています。