サヘル地域の降雨に関しては、変動性こそが唯一確実なことである。サヘルは、乾燥したサハラ砂漠と南側のより湿潤なサバンナとの間に位置する移行帯である。雨は遅れて到来することが多く、時にはほとんど降らないこともある。
これは、食料の大半を雨に頼って生産している地域において、作物の壊滅的な不作や飢饉につながりかねない。何世紀にもわたり、サヘル全域の農民は、気まぐれな降雨に適応するため、ミレット、ソルガム、ピーナッツ、ササゲなどの作物を栽培してきた。これらの作物は、干ばつによるストレス下でも穀物を生産できる性質を備えている。
さらに、すでに深刻な問題をいっそう悪化させているのは、サヘルの人口が増加している一方で、作物の収量が 人口増加と足並みをそろえて増えていない。
肥料投入量が少なく養分に乏しいこうした土壌では、最小限の投入で十分な収量と土壌保全を実現できる農業システムが切実に求められている。
サヘルにおける土壌水文学に関するこの研究は、 より大規模なプロジェクト の一環として行われており、一部の農家が実践してきた伝統的な技術を、干ばつストレスの時期であっても作物収量をさらに高めるためにどのように応用できるかを検討している。われわれは、食用作物を在来の木本低木である Guiera senegalensis と一緒に植えることで、最小限のコストで作物の生育を改善できることを見いだした。これは単純な手法であり、サヘルだけでなく、農業に定期的に適さない他の多くの地域でも応用できる可能性がある。
同じストローから飲む
作物を樹木と組み合わせて栽培する他のアグロフォレストリー・システムでは、樹木が水をめぐって作物と競合し、 近くにある作物の生育と収量を低下させる ことがある。
本研究では、水力リフト（水力再分配とも呼ばれる）と呼ばれる過程を調査した。その過程では、 G. senegalensis の低木が夜間に、土壌深部の水を根系を通じて汲み上げ、光合成を活発に行っていないときに、乾燥した表層の土壌層へ放出する。水力リフトは、周期的な干ばつが生じる環境で確認されており、浅い根が養分を吸収する能力を高め、 蒸散量をより高い水準で維持すること 、また光合成についても同様であることが示されている。
われわれの仮説は、毎日、近くにあるトウジンビエの作物が、低木によって汲み上げられた水の一部を利用しているというものであった。水移動の仮説を検証するため、厳しいサヘルの条件下でセネガルにおいて圃場試験を実施した。本研究は、雨季の作付け期間中に低木と併せて作物の生育を調べる、進行中の研究の一部である。必要な乾燥条件を作り出すため、本実験では灌漑を用いて、供給する水の量と時期を調整した。
土壌水分センサーを用いて土壌水分を監視した。水力リフトに特徴的な、日中の土壌の乾燥と夜間の再湿潤が確認された後、本研究を開始した。
水の経路
水力リフトは、日中に根が表層土壌から水を吸収し、土壌を乾燥させることで生じる。その後、深部の湿った土壌と地表近くの乾燥した土壌の間に勾配が生じると、水はストローで水を吸い上げるのと同様に、勾配に沿って植物内を上昇する。水が表層の土壌に達すると、乾いたスポンジが台の上にこぼれた液体を吸い取るように、根の周囲の乾いた土壌に引き込まれる。われわれの仮説は、根から放出されるこの水の一部が、近くのミレット植物によって利用されているというものである。
実験を行うため、化学トレーサーを含む水の入ったボトルを低木の深い根に取り付けた。その後、5日間にわたり、近くで生育している低木と作物の地上部の茎のサンプルを採取し、トレーサー水がどこへ移動したかを調べた。
水を注入した翌日には低木でトレーサーが確認され、その直後に近くで生育する作物からも検出された。この結果は、水が低木の根を通って上昇し、作物へと移動したという考えを強く裏付けるものである。低木の根から作物に至る正確な経路は今後の調査課題であるが、経路が存在することには確信を持っている。水力リフトと種間の水移動が組み合わさった現象は、長らく仮説として提唱されてきたが、ほとんど観察されてこなかった。作物生産に対してこれほど大きな影響を及ぼすアグロフォレストリー・システムの構成要素として観察された例は、これまでにない。
われわれのチームは、米国とセネガルの教授および大学院生、複数のアフリカ諸国の研究者、そして圃場技術者として雇用された地元農家で構成されていた。われわれは、農家のSaliou Diouf氏から土地を借りた。同氏は、 Senegalese Agricultural Research Instituteの研究者と密接に協力している。Saliouとその息子たちは、ミレットの栽培と低木の管理について、かけがえのない視点を与えてくれた。彼の土地で行われた研究活動による収益により、Saliouの家族は点滴灌漑システムを整備し、村の共同井戸から水を購入して、繁盛する野菜事業を育て、維持できるようになった。
在来植物の力
植物間で移動する水の量はごくわずかであるように思われる。しかし、水が放出される場所に比べると、放出される水の量ははるかに重要性が低いかもしれない。
植物の根を取り囲む小さな土壌の円筒部分、すなわち根圏は、植物の生育において極めて重要な役割を果たしている。根圏は、植物に必要な水分と養分の大部分が植物へ届くための通り道であり、多様な機能を担う微生物が高密度に存在している。したがって、水ストレス下でその機能を果たし続けられるよう根圏の生存能力を維持することは極めて重要であり、まさにこの領域こそが水力リフトによって水が放出される場所である。
試験では、作物の根が低木の浅い根を取り囲んでいるのを観察し、これは水の吸収と関係している可能性があると推測している。
G. senegalensis はサヘル全域に広く分布している。検討中の管理手法は、景観内での自然分布よりも高い密度で低木を植えることであり、これにより、複数の方法で作物の生育を促進する一助となることが期待されている。
水力リフトが土壌微生物群集の構造と機能に影響を与えうる仕組みについても、われわれの学際的チームが NSF Partnership for International Research and Education (PIRE) programの支援を受けて調査している。他の種では、水力再分配が 微生物群集の機能を大きく変化させることが 観察されている。 また、 低木の存在が、 その潜在的に高い割合で存在する微小動物および中型土壌動物（土壌に生息する小さな生物）とともに、周囲の土壌の構造と特性にどのように影響しうるかも調べている。
この手法は、追加の労働力と資金をわずかに投入するだけで、サヘルの広範囲に応用できる可能性がある。世界人口が乾燥地や限界的な土地での耕作を余儀なくされる傾向が強まる中、在来植物が周囲の環境にどのように適応しているかに目を向け、その知見を活用して自らの農業システムを最適化することを忘れてはならない。特に資源が限られた地域においては、なおさらである。
本記事は、 The Conversationとの協力により掲載されたものである。詳しくは 原文記事をご覧いただきたい。。本記事の掲載は、世界経済フォーラムによる見解への支持を意味するものではない。
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執筆者：Nathaniel Bogie、カリフォルニア大学マーセド校 環境システム学 博士課程在籍者
画像：ケニア北西部、ケニアとエチオピアの国境近くのトドニャンから数キロメートル離れたトゥルカナ湖の岸辺に座るトゥルカナの男性。REUTERS/Siegfried Modola
