生物多様性は、農薬や除草剤のような技術では無期限に代替できない重要な生態系機能を担っている。これには、農場における多様な昆虫の個体群も含まれる。
北部グレートプレーンズ地域のトウモロコシ農場を対象とした研究で、昆虫の生物多様性が低い農場ほど害虫が多いことが分かった。この結果は、昆虫の生物多様性を促進する農法が害虫防除の有効な手段となりうることを示唆している。
多様性とそれがもたらす恩恵との結びつきを多く明らかにするほど、生態学的に長期的に持続可能な、レジリエントな食料生産システムの設計が可能になる。
生物ネットワーク
害虫は食料生産にとって大きな脅威であり、害虫防除の取り組みは、有益な種や野生生物への毒性、土壌や水の汚染、食料生産コストの増加など、環境や社会に意図しない影響をもたらしうる。
これまでの研究では、農業生態系内の種の多様性が害虫の個体数を減らしうることが記録されてきたが、そうした研究は、稼働中の農場で観察される現実的な群集に焦点を当てるよりも、管理された単純化された実験を重視することが多い。
中西部のトウモロコシ農場で見つかった106種の昆虫のうち、87％は、このダムゼルバグ（damsel bug）のように、有益な害虫捕食者である。
ジョナサン・ラングレン、筆者提供
単純化されたシステムに焦点を当てる理由の一つは、自然の昆虫群集は一般に非常に多様であり、生物ネットワーク内で種がどのように相互作用するかを理解することが非常に複雑になりうるためである。
ネットワーク分析は、複雑なネットワーク内で、例えば人やウェブサイトなどの主体が互いにどのように相互作用して、特定のプロセス（例として、情報が社会集団内でどのように広がるか）に影響を与えるかを研究するための有用な手法である。大規模ネットワークを理解するこのアプローチは、生物ネットワークが望ましいサービス（本研究では害虫管理）をどのように生み出すかの理解にも応用できる可能性がある。
トウモロコシは現在、北米で最も集約的に生産されている作物であり、米国本土の陸地面積の約5％が、この単一の植物種に充てられている。その高い価値のため、かなりの資源（2013年の数値で、 全米農業統計局 による約32億米ドル）が、コーンルートワーム、ヨーロッパアワノメイガ、その他のガの幼虫およびアブラムシなどの害虫防除に毎年費やされている。 研究 によって、これらの害虫を抑える上で多様性が重要であることが示されているが、生物ネットワーク全体のどのような特定の属性が害虫管理に寄与するのかは、十分に検討されていない。
昆虫群集
米国におけるトウモロコシ生産の西端にあたる、ノーザン・グレートプレーンズ北部の53のトウモロコシ農場で調査を行った。
各圃場で、花粉を放出する時期に植物の葉上に見られる昆虫種をすべて同定した（ここでの「昆虫」は、脚が4本より多く、2本より少ないすべての動物と定義している）。トウモロコシのライフサイクルにおけるこの時期は昆虫群集が最も豊富になる時期であり、この時期にはすべての主要な害虫が同時に出現する。また、トウモロコシの昆虫群集に影響しうる殺虫剤や遺伝子組み換え（GM）作物が使用されていないことを確認した。これらの農場で、106の分類群の昆虫の相対個体数を同定した。
分析の結果、生物多様性がより高いトウモロコシ畑ほど害虫が少ないことが分かった。より具体的には、種の多様性が高く、種の個体数分布がより均等なトウモロコシ畑ほど、害虫が少なかった。
興味深いことに、トウモロコシ畑における種の数と個々の昆虫の個体数は、害虫密度とは相関がなかった。
これは、群集内の種の豊富さと個体数が害虫の個体数と相関しているわけではないことを意味する。むしろ、これらの群集内の種のバランスこそが、害虫の個体数の減少と結びついているように思われる。
次に、発見された害虫の数に基づいてトウモロコシ畑をグループ分けした。それぞれの害虫密度で見つかった昆虫群集ごとにネットワークを作成した。これらのネットワークは、群集内の昆虫の相対的な個体数に基づいている。2種の個体数が有意に相関している場合、その種同士を線で結んだ。これは生態学的ネットワークの生物多様性を分析する新しいアプローチである。
コスト削減のポイント
連結の強いネットワーク、すなわち、より多くの種が連結されているネットワークほど、害虫が少ないことが分かった。これだけでなく、ネットワークの中心性も重要であった。捕食性の昆虫を含む、高度に連結された種のグループを複数持つ群集は、連結の緩やかなネットワークに見られるような害虫問題を抱えていなかった。したがって、種の多様性に加えて、群集内の種同士の相互作用の強さが、害虫の大発生がいつ、どこで起きるかと関係しているように思われる。
この研究は、トウモロコシ畑の多様性を減らす慣行が、時間の経過とともに害虫問題を悪化させることを示唆している。不必要な農薬投入と農業生態系の単純化は、失われた生物多様性の機能を補い、これらの食料生産システムを維持するために、さらに多くの農薬が必要となる運命にある。
さらに重要なことに、我々のデータは、多様性の高い作付けシステムを設計すれば、殺虫剤の投入量が少なくて済み、農家の費用も節約できることを示唆している。
この課題を解くためのピースは既に揃いつつある。土壌攪乱の低減、輪作の多様化、カバークロップの導入が害虫の抑制に重要であることは分かっている。しかし、これらの取り組みがどのように害虫を減らすのかについて、完全な全体像が常に把握できているわけではない。
長期的な食料安全保障は、害虫などのストレス要因に対して強靭な生産システムを生み出すことにかかっている。食料システム内の生物多様性は、社会に定量化可能で価値のあるサービスをもたらしており、害虫管理はその一つである。
本記事は The Conversationとの協力により掲載されている。原文は 原文記事をご覧ください。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。
The Agendaの最新情報を追うには、 週刊ニュースレターを購読してください。
著者：ジョナサン・ラングレン氏はサウスダコタ州立大学の研究昆虫学者。スコット・ファウスティ氏は同大学の教授。
画像：米国カリフォルニア州ロスバノスのトウモロコシ畑を灌漑用水路が通る様子。REUTERS/Lucy Nicholson
