土壌は主要な炭素吸収源ですが、多くの農業手法によって炭素が放出されています。
不耕起栽培、カバークロップ、輪作は、土壌に炭素を蓄えることができます。
これらの手法は土壌の健全性と肥沃度を向上させ、作物収量の増加につながります。
土壌は私たちの足元にあります。日々の暮らしの中ではほとんど意識されませんが、地球上のすべての生態系の中で最大の炭素貯蔵庫です。この栄誉は森林でも大気でもなく、私たちの土壌に与えられています。地下2メートルまでの層には約2兆4,000億トンの炭素があり、これは大気中の炭素量の3倍に相当します。
気候変動が進む現代において、土壌が炭素を蓄える優れた能力からは多くを学ぶことができます。土壌だけで大気中の温室効果ガス濃度を大幅に削減することはできませんが、炭素を地中に大量に保持することや、劣化した土地の再生を通じて、依然として重要な役割を果たすことができます。現在、多くの農業手法が、より多くの炭素を地中に閉じ込めるのに役立っています。その方法をご紹介します。
炭素が土壌に取り込まれる仕組み
すべては光合成から始まります。植物は大気中の二酸化炭素（CO2）を、葉緑素で満たされた小さな細胞小器官である葉緑体に取り込みます。その後、CO2は太陽エネルギーの助けを借りて水分子（H2O）と結合し、炭水化物（すなわち炭素を豊富に含む分子）と酸素（O2）を生成します。植物が取り込んだこの炭素の一部は、新旧の根を通じて直接土壌に入ります。
植物が葉を落としたり、圃場に作物残渣が残されたりすると、炭素も土壌に入ります。炭素を豊富に含むこの枯れ葉の層は分解され、最終的に土壌の有機物となります。シロアリなどの動物も、この過程を加速させることがあります。
地域や生態系によっては、土壌に驚くほど多くの炭素を蓄えているところがあります。これは地球最北部の地域に当てはまり、そこでは大量の炭素が永久凍土に保存されていますが、現在これらは地球温暖化によって脅かされています。また、大量の炭素貯蔵が熱帯生態系、特に熱帯雨林でも確認されています。
森林、湿地、永年草地などの炭素を豊富に含む生態系にとっての最大の課題は、これらの炭素貯蔵量を維持することです。この課題に対処するには、森林伐採と生態系の農地への転換の両方を終わらせる必要があります。土壌中の炭素の平均25％（時にははるかに多く）が、森林や湿地が農地に転換される際に失われます。とはいえ、特定の農業手法によって土壌に追加の炭素を隔離することも可能です。これらの手法の標準化は、2015年のCOP21で開始された「4 per 1,000」として知られるイニシアチブの目標の一つです。
土壌の炭素貯蔵量を増やす農業手法にはどのようなものがありますか？
農地土壌の炭素貯蔵量を増やすための多種多様な手法があります。アグロフォレストリーから中間被覆、有機質土壌の強化に至るまで、さまざまなものがありますが、特に以下の3つの解決策が他よりも頻繁に挙げられています：
不耕起または限定耕起栽培。これは、圃場全体を事前に耕起せず、作物を播種する方法です。この手法は土壌侵食を減らし、土壌への酸素供給が最小限に抑えられることで有機物の分解を遅らせ、土壌の生物多様性（特にミミズ）を保全します。
永続的な土壌被覆：圃場に残された作物残渣によるマルチング、または作物間に生育する生きた植物による被覆です。この被覆は土壌を侵食、特に水食から守り、炭素を閉じ込めるとともに、土壌生物（細菌、菌類、ミミズなど）にも恩恵をもたらします。
作物の多様化。輪作または間作を通じて行われます。作物の多様性が高まると、病害虫や植物病害の発生が減少し、特に前作の影響により、栽培区画の生産性も向上します。例えば、マメ科作物（エンドウ、インゲンマメ、落花生、ソラマメ、ルーサンなど）を輪作に組み込むと、空気中の窒素を固定して土壌に放出し、次作の生育を促進します。作物間の生産性向上は、区画内により多くの炭素を保持するのに役立ちます。そのため、特に作物の根を通じて、より多くの炭素が土壌に取り込まれます。
これらの手法は「保全農業」と定義されるものを形成しており、組み合わせることで土壌炭素貯蔵量の増加という点で実際の利点をもたらしますが、それは組み合わせて用いた場合に限られます。例えば、不耕起栽培はある状況では効果がありますが、他の状況では効果がありません。科学界がこの点を認識するのに時間がかかったのは、当初の研究が主に不耕起土壌の表層数センチメートルに焦点を当てていたためです。実際にそこでは高い炭素含有量が示されました。しかし、これは耕起された土壌と比べて土壌深層の炭素が少ないことと同時に起こることがありました。耕起土壌は、深さ20〜30センチメートルで比較的均一な炭素量を持つ傾向があります。このように、不耕起栽培は土壌断面内で炭素を効果的に再配分することはできても、必ずしも正味の増加をもたらすとは限らない場合があります。
サハラ以南アフリカで行われた最近の研究によれば、保全農業の3つの原則を組み合わせることによってのみ、土壌炭素貯蔵量の大幅な増加が期待できることが示唆されています。
ジンバブエとカンボジアの結果
これら3つの手法を組み合わせた場合の利点を理解するためには、長期的な実験を行うことが不可欠です。土壌炭素貯蔵量の有意な変化を検出するには、平均で5〜10年かかります。
14年前、カンボジアにおいて、フランス国際農業研究センター（CIRAD）とカンボジア農業省は、キャッサバを基盤とした栽培システムの試験を開始しました。この作物は同国で約70万ヘクタールを占めており、主に動物飼料用の粉を生産するための輸出向けに栽培されています。
不耕起と直播、植物による永続的な土壌被覆、トウモロコシとの輪作を組み合わせることで、土壌炭素の大幅な増加が確認されました。深さ40cmまでで、ヘクタール当たり年間約0.7〜0.8トンの増加率でした。この地域の高温多湿な気候により、トウモロコシを播種した区画において、キャッサバとトウモロコシの間に、マメ科植物（サンヘンプ、ササゲ）やイネ科植物（ミレット）などの生産性の高い植物被覆による永続的な土壌被覆が促進されました。
その結果、光合成によって一年中炭素を蓄えることができ、同時に非常に深い根系が発達し、初期の土壌層よりもはるかに深い部分でも炭素貯蔵量が増加しました。土壌へのこの追加的な炭素貯留は、システムが新たな平衡に達するまで続きます。この試験は、長期的な実現可能性を確認するために、数十年にわたって実施される予定です。平衡に達した後は、土壌管理のベストプラクティスを維持することにより、これらの炭素貯蔵量を保全することが課題となります。
ジンバブエでもこれらの併用手法を試験しました。ジンバブエは乾季が7か月、雨季が5か月です。そのために、私たちは同僚の研究者が国際トウモロコシ・小麦改良センターで10年前に設定した試験を利用することができました。その試験は、トウモロコシを主作物とする低投入型農業システムで行われたものです。私たちの実験は、耕起圃場と不耕起圃場で、トウモロコシの作物残渣（マルチ）の有無、およびササゲのマメ科作物による輪作の有無を組み合わせて行われました。
ここでも、単独で用いられた不耕起栽培にはほとんど利点が見られず、むしろわずかな土壌炭素の減少が耕起と比べて確認されました。これは、耕起しないと土壌が強く締まり、根の発達が妨げられるためです。さらに、土壌が雨水を吸収しにくくなり、雨水が表面流去水として流れてしまいます。その結果、これらのシステムではトウモロコシの生育が大幅に抑制され、根を通じて土壌に取り込まれる炭素が減少し、土壌炭素の損失につながります。
一方、前作のマルチと輪作を用いた不耕起圃場では、炭素貯蔵量の増加が見られましたが、この効果は表層のみに限られていました。ただし、より深い層で炭素の減少が見られなかったという結果から、炭素貯蔵量の正味の増加が確認されました。
これらの手法の普及を妨げる要因となるものは何ですか？
有望であるにもかかわらず、これらの手法は必ずしも容易に導入できるわけではありません。例えば、ジンバブエの農業は、ミネラル肥料の施用や機械の使用がほとんどない、低投入型の混合型作物・家畜システムに基づいています。収穫時には、トウモロコシの穂だけが手作業で摘み取られ、茎は畑に立ったまま残されます。これらの茎は乾季に家畜の飼料として利用されます。その際、雨季を森林や共有地で過ごした牛は、放牧のために畑へ連れてこられます。
その結果、トウモロコシの残渣を家畜の飼料として使うべきか、土壌被覆に使うべきかという難しい問題（ジレンマ）が生じています。乾季に家畜が残渣を食べないよう柵を設置する農家もいますが、この方法にはコストがかかります。残渣を収穫し、家畜から離れた場所に保管し、雨季にマルチを集める農家もいます。これらすべてにはかなりの組織化、時間、労力が必要であり、代替の家畜飼料源も見つけなければなりません。
これらの地域やその他の地域において、農家の関心は土壌炭素の隔離と、気候変動の緩和へのその効果だけにとどまりません。これらの手法は、土壌肥沃度と、それに伴う作物の生産性にもプラスの影響を与えます。侵食のリスクを減らし、養分の利用可能性を改善することでこれを実現し、水資源の保全にも役立ちます。これらは極めて重要な利益であり、気候変動の影響を最も受けている人々の一部であるグローバル・サウスの農家にとって、しばしば優先事項となっています。
