私たちの暮らしを支え、SDGsにつながる土づくり
はじめに
世界の食品生産は、2005年から2007年の平均水準と比較して、2030年には40％以上、2050年には70％以上増加する必要があります（F A O 2012）。しかし、過去50年間で農地の面積はわずか10％しか増加せず、残りの土地は生産力が低く、開発や維持には膨大な投資が必要で、それに伴う社会的および環境的コストもかかり、農地の拡大は容易ではありません。実は、私たちの食べ物のほとんどは、ごくわずかな地球上の表面から生産されているのです。
さらに、現在の農地の状況では、モノカルチャー栽培が支配的であり、世界中の土壌が劣化の危機にさらされています。国連食糧農業機関（FAO）によれば、地球上の貴重な表土の90％が2050年までに危険にさらされる可能性があり、土壌侵食や砂漠化などの劣化が進行しています。栄養塩の過剰蓄積や欠乏による農業生産性の低下も問題となっています。さらに、将来的に地球の人口が100億人に増加する見込みです。このような状況から、地球上の土壌が私たちの食糧供給を維持できるかどうかという疑問が生まれます。
土壌は「活力ある生きた生態系として機能し、植物、動物、人間を支える土壌の継続的な能力」という役割を果たしています。
この概念は「Soil Health」と呼ばれ、その理解が広まっています。直訳では「土壌の健康」となりますが、日本では「病気にかかりにくい土」といったイメージがあるかもしれません。
一方、欧米では土壌が持つ生態系内での機能を維持し向上させることを指し、「土壌の健全性」という表現が一般的です。
この記事では、農業の生産性向上、地域の環境保全、気候変動の緩和に貢献する土壌の潜在能力について詳しく説明します。
具体的にどのような農業が土壌の健全性を向上させる手助けをしているのか、一緒に考えてみましょう。
土壌有機物と土の健全性
土壌の健全性を保つために、土壌有機物の骨格となる土壌炭素の役割は古くから知られています。有機農業の先駆者であるアルバート・ハワードは、植物残渣や堆肥などの有機物を土壌に戻すことの重要性を強調しました。植物は光合成によって二酸化炭素を吸収し、その植物の遺体は土壌中で分解され、「腐植」や「土壌有機物」として粘土鉱物と結合し、長期間にわたり土壌に蓄積されます（Howard, 1940）。
土壌の構造を簡単に説明すると、岩石が風化して形成された土壌粒子（砂やシルトなど）と粘土鉱物の間に土壌有機物がこれを結合させて構造化しています（図1C）。
日本では火山灰土壌が一般的で、この場合、有機物が火山灰と結合して粒状化します（図1A）。
有機物が不足すると土壌は粉のようになり、実質的に土壌ではなくなります（図1B）。
この土壌有機物は微生物や土壌動物によって分解され、作物の生産に必要な栄養塩を供給します。一方、土壌に蓄積された炭素は長期間にわたり大気中から隔離され、これを「炭素隔離機能（carbon sequestration）」と呼びます。土壌は二酸化炭素の吸収源として機能し、土壌中の炭素貯留は大気中の炭素量の3.3倍に相当し、世界の土壌表層の炭素量を年間0.4％（4パーミル）増加させることで、人間の経済活動による二酸化炭素の排出を実質的にゼロにできる可能性があります（白戸2023）。私たちが直面する課題の解決策は、実は土壌に潜んでいます。
図1 黒ボク土壌（A）を焼いて土壌有機物を取り除くと粉のようになる（B)。
一般的な土壌の構造はCのように示されるが、黒ボク土壌では、火山灰をつなげているのが土壌有機物（D)
農業生産を支える土
農業生産において、土壌の肥沃度の重要性は言うまでもありません。肥沃度向上のために、農地では施肥が行われます。一般的に、施肥量を増やすと作物の収量も増えますが、ある程度まで増加すると、収量の増加が鈍化し、最終的には増加しなくなる現象が起こります。これが収量漸減の法則として知られています。
しかし、化学肥料の高騰や環境保全の観点から、化学肥料削減の研究がなされ、そこでは施肥量を減らしても作物の収量が減少しない土壌が存在することがわかっています。
ジョンソン氏は、ローザムステッド農業試験場で管理が異なる畑で小麦とジャガイモを異なる施肥法で栽培しました。これらの畑は土壌は同じでありながら、堆肥の利用やカバークロップの利用履歴などが異なり、その結果、土壌有機物の含有量が異なります。面白いことに、どの畑でも施肥を増やすと収量が増加することが確認されましたが、土壌有機物の多い土壌では少ない施肥でも多くの収穫が得られることを示していました(図２)。
従来、各地域で作物栽培に必要な栄養素の量は、土壌分析に基づいて決定され、どの栄養素が不足しているか、過剰であるかを評価して施肥が行われてきました。このアプローチは短期的には有効であるものの、土壌有機物の動態について考慮されておらず、土壌有機物の減少に伴い、施肥の効果が減少し、より多くの肥料が必要になっていることが明らかになっています。
図2 Johnston （2011)は、ローザムステッド農業試験場で異なる有機物管理を行なっていた圃場にそれぞれの施肥レベルを変えて小麦とジャガイモを栽培した。
土が生み出す養分
作物を栽培するには土壌中の栄養が不可欠です。それゆえ、施肥は必要不可欠なものとされていますが、本当でしょうか？私たちは、「自然農法」として知られる農地を調査しました。耕作を放棄した畑を活用し、茨城県阿見町の浅野佑一さんは草を生やしながら作物を栽培しました 。その土壌を調査すると、非常に興味深い発見がありました（写真１）。
写真１ 茨城県阿見町の浅野佑一さんの畑は夏の間は草が優占しますが、晩秋から作物が優占します（左）。
草を除けて地表面を見るとコロコロした団粒が多数認められ、ミミズがたくさんいます（右）。
土壌の表層から30cmまでを調査した結果、植物が利用できる無機態窒素の量は非常に少ないことがわかりました。無施肥の状態では栄養が足りないのかと考えましたが、なぜか野菜は元気に育っていました。そこで、畑の土壌表層の約3cmを再び分析したところ、土壌の無機態窒素量が、150mg/100gという施肥を行った畑と同等の栄養があることが判明しました。また、土壌の炭素量も調査した結果、6％以上で、これは森林に近い土壌炭素量を保持していることが示されました（図３）。
土壌有機物を測定する際、通常は炭素の量で評価しますが、土壌有機物は元々植物や動物の遺体から成り立っています。そのため、炭素だけでなく、窒素やリンなども含まれています。この土壌のC/N比は約11です。浅野さんの畑では土壌炭素が6％あり、したがって0から30cmの土壌には、1m2あたり18kgの炭素と1.6kgの窒素が含まれています。広げて考えると、10aあたりにすると、なんと1.6トンの窒素にもなります。これらの栄養は有機態窒素であるため、なかなか作物に利用されません。しかし、浅野さんの畑には1m2あたり100匹以上のミミズが存在していました。実は、ミミズは土を食べてその糞から無機態窒素や可給態リンが供給されることが分かっています。
進化論で有名なダーウィンも生涯にわたりミミズの研究を行い、ミミズが地面の表面を耕し、その糞から植生を作り出すことを明らかにしました。
実は、この現象は自然農法の畑でも観察されることです。耕作を放棄した畑も、草を生やし、草を土に還元することによって土壌有機物を増加させ、土壌が提供する栄養分を増やすことができるのです。
図３ 茨城県阿見町内の自然農法畑（浅野さんの畑）、慣行栽培圃場（陸稲栽培）、及び除草のみの畑（裸地）での土壌炭素（A)、土壌硬度（B）の深さ別の分布。また、自然農法の圃場で土層別に土壌無機態窒素を測定すると土壌表層で高い値が認められた（c）。
出典：小松崎ら（2012）
土がかわるスゴさと変わらないスゴさ
土壌有機物が蓄積される過程で、ミミズなどの土壌生物によって土壌有機物が分解され、養分が供給されることは、おそらく理解されているかもしれません。しかし、実際の畑には、ミミズがあまり見られないことがあります。ミミズがいない畑でも、土壌の力だけで作物を栽培することはできるのでしょうか？この問いに答える前に、土壌が変わることと変わらないことについて考えてみましょう。
まず、化学肥料だけを使用している場合、土壌有機物は減少していきます。ただし、完全になくなることはありません。土壌有機物は、1000年以上の期間にわたって蓄積されたもので、非常に分解が難しい難分解性成分を含んでいます。また、土壌中の微生物も完全に消えることはありません。土壌微生物の種類は、農業の方法によってほとんど変化しないことが研究で示されました。初めてこれを知ったときは少し驚きましたが、よく考えてみると、これが土壌の力なのかもしれません。土壌は、私たちの一生よりもはるかに長い期間にわたり、生命を支えてきた存在です。気候変動や環境変化に対して、長い間に経験を積み重ね、それに対応できる堅牢性を持っているのです。
一方で、変化する要素も存在します。特に易分解性の土壌有機物も重要です。例えば、堆肥の利用やカバークロップの活用、あるいは不耕起栽培などによって、土壌の有機物供給や土壌の撹拌の減少により、土壌有機物が増加します。しかし、増加した有機物の大部分は、分解が容易なものです。これらの易分解性の有機物は、微生物、土壌線虫、トビムシ、ダニ、ミミズなどの土壌生物の餌となり、これらの生物を通じて土壌有機物は植物が利用できる栄養分に変換されます。先ほど述べたように、微生物の種類はあまり変わらないかもしれませんが、個々の微生物の量（バイオマス）は大幅に異なります。特に有機物の分解に関与する種類のバクテリアは増加し、土壌微生物の多様性が一気に高まります（図４）。
ミミズなどの大型の土壌生物がいなくても、微生物などの土壌生物は易分解性の有機物を植物が利用できる栄養分に変換することができるのです。このプロセスが、土壌を通じた栄養循環を生み出す要因となり、その結果、土壌の力を利用した作物栽培が可能となるのです。
こちらも図式化して補足いただくことは可能でしょうか。
図４ 茨城大学の圃場においてプラウ耕で冬作裸地（左）と不耕起栽培でカバークロップの利用の圃場（右）において土壌炭素量と土壌微生物の多様性について関係解析をおこなった結果、土壌炭素が多い土壌は、微生物バイオマスが大きく、多様性指数（Shannon index）が向上することが認められた（Gong et al. 2023）。
化学肥料に依存した土づくりがもたらすものは？
牛久市女化に住む篤農家である高松求さんは、化学肥料の力と危険性について指摘しています。高松さんが営農する牛久市は、細かくて軽い火山灰が積もった黒ボク土の耕地で、土壌の物理的特性は優れていますが、リン酸吸収能力が高いため、リン酸不足が頻繁に発生し、非常に肥沃な土壌状態ではありません。高松さんは22歳の時（昭和27年）から農業を始め、最初は非常に低い土地の質からスタートしました。土壌の質を向上させることが彼の農業経営における最大の課題でした。そのために、畑の土には麦わらだけでなく山から取ってきた下草を使用し、それを足で踏み固めました。その上に表土を置き、下草を広げて踏み固め、土を覆いました。これらのステップを通じて、土壌に豊富な有機物を供給した後、わずかな化学肥料を施しましたが、収量は現在の水準よりも高かったと述べています （図５）。
しかし、多くの農家では、ロータリー耕運機などの農業機械の登場により、従来は土に還す必要があった麦わらや茎葉などの作物残渣が邪魔者と見なされ、軽視されるようになりました。同時に、土壌の質が低下し、より多くの化学肥料が必要とされるようになったことを高松さんは語ります。この結果、土壌の質が低下し、過剰な肥料の使用、農薬の依存、生産性の向上が難しい従来の多投入型農業に繋がっています。
土壌の有機物がなくなるということはありませんが、易分解性の有機物が減少し続けながらも収量を維持するためには、ますます多くの肥料資材が必要になります。その結果として土壌の循環機能が低下し、多投入型の農業が続いてしまうこと繋がります。まさに、化学肥料や農薬なしでは作物が育たなくなるという悪循環に陥るのです。
図５ 地域有機資源の循環による土壌の健全性の確保の関係の模式図
土の構造を変える
土壌が果たす機能の中で、栄養供給に以上に重要な役割を果たすのが、作物への水分供給です。もし、毎日畑に水を与えることができる状況であれば、水分供給にはあまり問題がありません。しかし、一定の規模で農作物を栽培する場合、毎日の潅水は実現が難しいことがあります。そのため、土壌が水を効果的に保持できる能力は非常に重要です。
土壌有機物の増加は、土壌構造の変化を促し、団粒化を促することで、保水性を向上させます。筆者らの調査でも、土壌炭素（有機物）が増加すると、土壌がより団粒化し、土壌硬度が低下し、土壌の水分保持能力が向上することが確認されています。雨が降ると、土壌は水で飽和しますが、水は重力に従って下方に流れます。しかし、土壌内の団粒が存在する場合、その隙間に水を保持することができます（間隙水）。団粒がない土壌でも間隙水は存在しますが、団粒化が進んでいる土壌の方がはるかに多くの水を保持できます。私たちの研究によれば、火山灰土壌では、土壌炭素量が1％増加すると、乾燥した夏季において1ヘクタールあたり40トンの水を保持できることが明らかになりました（Hashimi et al. 2023）。
一方、土壌の団粒化は排水性も向上させます。土壌内の団粒と団粒の間の空隙が多い場合、過度の水が土壌内で重力に従って速やかに下方に排水されます。これにより、団粒化が進んでいる農地では、豪雨の直後でも水が表面にたまることを防ぎ、作物の根腐れを防ぐことができます。
日本では、記録的な高温や記録的な大雨など、異常気象が頻繁に発生しています。これらの異常気象は主に「極端な気象現象」（極端気象）として知られ、世界的な温暖化の影響を受けていると指摘されています。このような状況の中で、土壌有機物の増加を通じて、豪雨時の排水を確保し、同時に干ばつ時に水分を供給する土壌の機能がますます重要視されています。
図６ 茨城大学の圃場においてプラウ耕及び不耕起栽培の圃場において作物が健全に生育できる㎊1.5～1.8から㎊2.7～3.0の時に保持する水分量は、土壌炭素が多い不耕起圃場で多くなる（Hashimi et al. 2023から改変)。
土の健康と人の健康
土壌有機物を増加させることで、土壌内の微生物が増加し、土壌由来の栄養塩供給量が増えるだけでなく、肥料要素の保持能力も高まり、収穫量の向上に寄与します。また、これにより気候変動にも強い農業が実現します。
そして、このような土壌の健康は人々の健康にも影響を及ぼす可能性が注目され始めています。
最近、「One Health」という言葉が注目されています。これは、人間と動物の健康、そして環境の健全性は一つの連鎖であるという理念を指します。環境省は、人と動物に共通する感染症に焦点を当てた人獣共通感染症対策を推進していますが、アルバート・ハワードのように、土壌の健康が作物、家畜、そして人々の健康に寄与するという指摘は古くから存在しました。最近、科学的な知見が少しずつ示唆しています。
フランスの栄養学の権威であるDenis Lairon博士は、2013年にフランスの有機食品の消費者に焦点を当てた研究を始めました。この研究では、有機食品と非有機食品の消費量についての調査と、健康と環境への影響についてのコホート研究（集団ごとに要因を分析する手法）が行われました。その結果、有機食品の定期的な摂取が肥満、2型糖尿病、閉経後の乳がん、リンパ腫のリスク低減と関連していることが示されました。有機食品を好む消費者は、植物ベースの食事を好み、肥満や疾患のリスクが低いことが示されました（Kesse-Guyot 2013）。
また、環境に対する負荷も減少する可能性が指摘されました。ただし、この結果は有機食品が必ずしも健康に良いということを意味するものではありません。例えば、残留農薬の有無などとの関連は調査されていない部分もあります。しかし、土壌の健康性を重視する有機農業から生み出された有機農産物を消費者が選択することを通じて、肥満や疾患のリスクが低減する可能性があることは注目すべき事実です。
解決策は土にある！
化学化・工業化された農業生産システムは、生産性と収益性の拡大という2つの目標を最大化することを追求し、肥料、農薬、品種改良、農業資材の利用が著しく進行した結果、より多くの食品を供給することに成功しました。このことは、人類の歴史の中で長い間課題となっていた飢餓を無くすことに成功したと言えます。しかし、この方法は長期的な生産性の持続という視点が欠落していることに私たちは気づきました。例えば、農業生産に利用された窒素やリンなどの栄養塩類および殺虫剤成分などが土壌や水環境へ過剰に集積することで、陸域や海洋の深刻な汚染をもたらしていることが指摘され、生態系を脅かしている事例が世界中の地域で認められています。今までの方法を変えていく必要があります。
土壌の有機物を高める有機農業を通じて、土の健康が確保されることで、少ない養分供給で高い作物生産が可能となり、極端気象の中で安定的な農業生産を確保し、土壌の生き物を育むことで地域の生物多様性を高め、さらには炭素貯留を通じて気候変動の緩和につながります。そして、そのような農業を支持する人々は、食べ物への配慮を通じて健康を維持することも促進します。
有機農業は難しいし、手間がかかるとよく言われます。しかし、今までの農業技術は、土の健康を顧みずに、生産性を高めることのみに焦点を当ててきました。これからは、土壌や環境の健全性を高めることと、健康な食品を持続的に確保する技術の開発と普及が大切です。そのためには新たな技術開発と普及が重要でしょう。また、消費者の皆さんの理解と需要喚起も重要です。農林水産省の「みどりの食料システム戦略」では、肥料や農薬の使用量の削減、有機農業の推進を急務としています。その実現のためには、本稿では農業の持続性を確保するためには、まず土壌の健全性を目標の一つとして捉え、その結果として肥料や農薬を削減する取り組みに発展させるアプローチをより注目する必要があることを強調したいと思います。
文献
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Kesse-Guyot, E., Péneau, S., Méjean, C., Szabo de Edelenyi, F., Galan, P., Hercberg, S., & Lairon, D. (2013). Profiles of organic food consumers in a large sample of French adults: results from the Nutrinet-Sante cohort study. PloS one, 8(10), e76998.