著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Plants

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

中国はトウモロコシの大産地で、収穫後に大量の茎や葉（わら）が残ります。従来は畑で焼却されることが多く、大気汚染や温室効果ガスの排出につながっていました。中国政府は2014年に野焼きを禁止し、わらの有効利用を促しています。

わらを畑に戻す方法と、どのように耕すかの組み合わせは、トウモロコシの生育に影響すると考えられます。毎年浅く耕す方法（ロータリー耕）は種まき床を整えやすい一方、続けると地中に硬い層ができ、根の伸びや水の動きを妨げることがあります。深く土を割る方法（心土破砕）はこの硬い層をほぐし、根や水が深くまで届きやすくなります。

研究チームは、わらの扱いと4種類の耕し方を組み合わせたとき、トウモロコシの光合成、葉の「抗酸化」の働き、乾物の蓄積、収量がどう変わるかを調べました。こうした組み合わせのもとで、生育の時期ごとの変化を追った研究は少ないといいます。チームは、わらを戻したうえで深い耕しと浅い耕しを組み合わせると、従来のわらの扱いや耕し方に比べて光合成や抗酸化の働きが高まり、収量が増えるという仮説を立てていました。

何を、どのように調べたか

試験は中国南部・広西チワン族自治区の南寧市にある研究所の長期圃場で行われました。年平均気温約23.8℃、年降水量約1245mmの湿潤な亜熱帯で、春と秋の年2回トウモロコシを作れます。土は粘土質で、水や肥料を保ちやすい一方、耕し方が不適切だと硬くなりやすい性質があります。

比べた条件は2つの要素の組み合わせです。1つは、前作のわらを細かく刻んで畑に戻す区と、わらを持ち出す区。もう1つは、耕さない「不耕起」、深さ25cmのロータリー耕、深さ35cmの心土破砕、心土破砕のあとにロータリー耕を行う組み合わせの4通りです。不耕起ではわらは地表に置かれ、ほかの耕し方ではわらは土に混ぜ込まれました。合計8通りの条件をそれぞれ3区ずつ、計24区で試験しました。肥料は全区に同じ量を元肥として一度だけ施しています。

春作と秋作の2作にわたり、生育の初期から成熟期まで5つの時期に測定しました。測ったのは、畑の面積あたりの葉の広がり（葉面積指数）、葉の緑の濃さの目安となる葉緑素の相対値、葉が二酸化炭素を取り込む速さ（純光合成速度）、葉の気孔の開き具合（気孔コンダクタンス）、葉からの水分の蒸散速度、葉の内部の二酸化炭素濃度です。

あわせて、葉の細胞を傷める活性酸素を消す酵素（SOD、POD、CAT）の働き、細胞膜の傷みの目安となる物質（MDA）、ストレスに関わるアミノ酸の一種プロリンの量を調べました。さらに茎・葉・穂の乾物量、収量と、1穂あたりの粒数や千粒重などの収量の構成要素を測り、それぞれの項目の関係も分析しました。

主な報告結果

収量について、春作では、わらを持ち出した場合も戻した場合も、深い耕しと浅い耕しの組み合わせが、ロータリー耕、心土破砕、不耕起のいずれよりも、1穂あたりの粒数、千粒重、収量で有意に高くなりました。秋作では、わらの扱いごとに、組み合わせ、ロータリー耕、心土破砕、不耕起の順となりました。2作を通じて、わらを戻すと持ち出した場合より粒数、千粒重、収量が増えました。著者らは、わらを戻し深い耕しと浅い耕しを組み合わせた条件で最も高い収量が得られたとしています。収量は春作の方が秋作より高くなりました。

葉の広がりについて、春作の葉面積指数の平均は、わらを戻した区が3.81、持ち出した区が3.55でした。深い耕しと浅い耕しの組み合わせは、不耕起と比べて、わらを戻した場合で18.16%、持ち出した場合で16.54%高くなりました。秋作でも、わらを戻した区の平均は3.02で、持ち出した区の2.74を上回りました。秋作の絹糸が出る時期から成熟期にかけて、葉の広がりは減っていきます。深い耕しと浅い耕しの組み合わせでの減少率は、わらを戻した場合で4.43%、持ち出した場合で13.74%で、わらを戻すと葉の衰えが緩やかになりました。

葉緑素の相対値も、わらを戻した区の方が高くなりました。平均値は春作で50.51対47.98、秋作で52.06対49.17です。生育後半の低下も、わらを戻した区で小さくなりました。

光合成に関わるガス交換の値も、わらを戻した区で高くなりました。春作の純光合成速度は、わらを戻すと7.51%高くなりました。2作を通じた平均で、気孔の開き具合は27.24%、蒸散速度は年間で20.50%、わらを持ち出した区を上回りました。耕し方の中では深い耕しと浅い耕しの組み合わせが最も高く、気孔の開き具合は不耕起より27.44%、蒸散速度は不耕起より25.61%高い値でした。

茎・葉・穂の乾物量は、2作を通じてどの器官でもわらを戻した方が多くなりました。秋作では、わらを戻した条件での穂の乾物量が、深い耕しと浅い耕しの組み合わせで最も多く、不耕起より25.58%多くなりました。

抗酸化の働きについて、深い耕しと浅い耕しの組み合わせでは、細胞膜の傷みの目安であるMDAが少なく、活性酸素を消す酵素の働きが強まっていました。プロリンはわらを戻すと増え、秋作の葉の平均は1gあたり272.00μgで、持ち出した区の222.37μgより18.25%多くなりました。

項目どうしの関係を見ると、葉の広がりや光合成に関わる値は、収量や草丈・穂の長さなどと正の相関を示しました。一方、穂の先端で粒がつかない部分が長いほど、収量は低い傾向にありました。

この報告が示すこと

研究チームは、亜熱帯で年2回トウモロコシを作る畑では、わらを土に戻し、深い耕しと浅い耕しを組み合わせる方法が有効な管理だと結論づけています。わらを持ち出す方法や不耕起と比べて持続的な管理の選択肢であり、野焼きに代わる方法になると位置づけています。

効果が出た仕組みについて、著者らは、深く耕すことで硬い土の層が壊れて土の水分が保たれやすくなることや、土に混ぜたわらの分解が進むことを挙げています。これらはいずれも可能性のある説明として述べられたものです。

一方で著者らは、わらをすべて戻すことには一般に欠点もあると述べています。一時的に土の窒素が作物に使われにくくなること、種まきやわらの処理の手間、病気のリスク、温室効果ガスの一酸化二窒素が増える可能性などです。これらはわらの質や土の条件、管理方法に大きく左右されるとしています。今回わらを戻しても収量が下がらなかった理由については、ゆっくり効く肥料を使ったことと、深く耕したことが関係している可能性を挙げています。

原著論文の著者・所属：Ju-Zhi Lv（Guangxi Sub-Center of the National Maize Improvement Center, Nanning 530007, China; Maize Research Institute of Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China）、Nan-Nan He（Guangxi Sub-Center of the National Maize Improvement Center, Nanning 530007, China; Maize Research Institute of Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China）、Peng-Ju Gao（Guangxi Key Laboratory of Agro-Environment and Agro-Products Safety, Key Laboratory of Crop Cultivation and Physiology, College of Agriculture, Guangxi University, Nanning 530004, China）、Fa-Qiao Li（Guangxi Sub-Center of the National Maize Improvement Center, Nanning 530007, China; Maize Research Institute of Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China）、Xian-Jie Tan（Guangxi Sub-Center of the National Maize Improvement Center, Nanning 530007, China; Maize Research Institute of Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China）、Guo-Rong Tang（Guangxi Sub-Center of the National Maize Improvement Center, Nanning 530007, China; Maize Research Institute of Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China）、Rui-Ling Li（Guangxi Sub-Center of the National Maize Improvement Center, Nanning 530007, China; Maize Research Institute of Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, China）、Xun-Bo Zhou（Guangxi Key Laboratory of Agro-Environment and Agro-Products Safety, Key Laboratory of Crop Cultivation and Physiology, College of Agriculture, Guangxi University, Nanning 530004, China）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Ju-Zhi Lv, Nan-Nan He, Peng-Ju Gao, et al. Long-Term Straw Return Combined with Tillage Management Systems Enhances Photosynthetic Capacity, Antioxidant Defense System, and Maize Yield. Plants（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-10-15. DOI: 10.3390/plants15203159. 原著ライセンス：CC BY.