地震学者が実験農場での過剰耕作が土壌を弱めるメカニズムを明らかにする

61日前原文(washington.edu)

概要

University of Washingtonの研究チームがイギリスのHarper Adams University近郊で農地の耕起と土壌水分の関係を調査
地震観測技術（DAS）を応用し、土壌の水分変化を高精度で測定
耕起や圧縮が土壌の毛細管構造を破壊し、水分保持力を低下させることを実証
結果はScience誌に掲載され、農業管理や洪水リスク評価への応用が期待される
研究は複数の研究機関とファンドの支援を受けて実施

Joe Collins’ FieldにおけるAgroseismology実験の概要

University of Washingtonの研究者がHarper Adams University近郊の Joe Collins’ Field で実験を実施
実験目的：耕起が 土壌水分 に与える影響の解明
地震観測技術である Distributed Acoustic Sensing（DAS） を農業分野に応用
ファイバー光ケーブルを地表直下に設置し、異なる耕起・圧縮処理を施した区画で測定
気象データと組み合わせて 40時間連続 で地面の振動データを取得

耕起・圧縮と土壌構造の変化

耕起（Plowing）は土壌の表層を反転させ、新鮮な地面を露出させる伝統的農法
目的は水分や栄養分の循環促進だが、 毛細管構造 を破壊し、スポンジ状の性質を低下させる
圧縮（Compaction）はトラクターのタイヤ圧による副次的効果
土壌の小さな水路が破壊されることで、雨水が表面に滞留しやすく、 浸透力低下・泥状化・浸食リスク増大
長期的には土壌劣化や洪水リスクの増加につながる

地震観測技術（DAS）の活用と成果

DASはファイバー光ケーブルのひずみを利用し、 地面の微細な動き を高感度で検出
土壌水分量の変化により 地震波速度（Seismic velocity） が変動
音波は湿った泥より乾燥した土の方が速く伝播
研究チームは耕起深度別（無耕起、10cm、25cm）や圧縮レベル別に 土壌の応答性 を比較
データ解析により、耕起や圧縮が 土壌水分保持力 を大きく損なうことを実証

農業・環境管理への応用可能性

DAS技術は 安価かつ高精度 で広範囲・高頻度の土壌モニタリングが可能
農家の 土地管理最適化 やリアルタイム洪水警報、地球システムモデルの改良に貢献
土壌液状化リスクの評価精度向上にも寄与

研究チーム・資金・発表

研究チームはUniversity of Washington、Harper Adams University、UC Santa Cruz、Purdue University、University of Exeter等が参加
主要著者： Marine Denolle （University of Washington）、 Qibin Shi （Chinese Academy of Sciences）、 David Montgomery （University of Washington）
資金提供：The Pan Family Fund、Murdock Charitable Trust、UW College of the Environment Seed Fund、David and Lucile Packard Foundation、National Environmental Research Council等
詳細はScience誌論文および mdenolle@uw.edu まで問い合わせ

参考リンク

Science誌論文: https://www.science.org/doi/10.1126/science.aec0970

Hackerたちの意見

光ファイバーが水分を感知できることがわかったから、フィールド全体の水位を立方ヤード単位で感知できるようなファイバー生地が使えるかもしれないね。センサーコントローラーは、逆のLCDアドレッシングコントローラーみたいになるだろうし、行/列/サブピクセル（地下ピクセル！）のブレイクアウトもある。ピクセルでアドレス指定された農地が効率的に作業できるわけじゃないけど、土壌や種、収穫のためのプロセスや道具がまだ整ってないからね。でも、センサーや道具を使った農業が進めば、私たちの持っている魂を壊さずに活かせるようになるはずだよ。「全体を耕す」っていうハンマーで叩くようなアプローチじゃなくて。

└

精密除草ってのは実際にあるよね。毒を使う人もいれば、手で取る人、熱い油を噴霧する人、熱い水を噴霧する人もいる。どんな方法でも、基本的には土を耕す必要がなくなるんだけど…小さい雑草の場合ね。大きな雑草（攻撃的な根茎や草）だと効果がないよ。他にも耕す理由はあるけど、土壌の通気性を良くしたり、新しい有機物や肥料を混ぜたり（実際にはあまり必要ないけど、緑の廃棄物は表面に捨てるだけで済む場合も多いし、カバークロップが普及してきてる）、種を植えるための溝を作ったりとかね。基本的に、フィールドを一定期間無防備にしておくのは悪いことで、雑草や一時的な作物を育てておいて、その後それを次の作物の肥料にする方が土壌を壊さずに済む。数ヶ月前、友達がオーストラリアに遊びに来て、地元の古いワイナリーに連れて行ったんだ。そこでは10〜20の大きなフィールドを管理していて、新しい栽培士が入ってきたんだけど、最初にやったのはカバークロップの導入だった。試飲の時に、変更前後の土壌コアを見せてもらったんだけど、たった2年でその差はすごかった。数十年疑問視されなかった古い方法は、土を乾燥させ、貧弱でほとんど不毛にしてしまった。新しい方法は有機物を復活させ、水分保持力を向上させ、地下の生態系も大幅に改善されたんだ。

└

マルチスペクトルリモートセンシングが進化してきて、植物の水分量をほぼ1メートル単位で宇宙から推定できるようになってきたよ！ドローンにセンサーをつければ、もっと高解像度で測定できるし。

メインの写真にある重い粘土質の土壌、ひどいね。うちも約45エーカーの重い粘土質の農地を持ってるけど、もし重機やATVを使ったら、まさにあんな感じになるよ。

過剰耕作が大恐慌のダストボウル時代の砂嵐を引き起こしたんだよね。

└

それと、土を保持していた在来の草を取り除いたことも影響してるね。

└

それに、耕作可能な作物だけを育てて、畑を牧草地に変えず、牛や羊が草を食べられるようにする必要があるんだ。そうしないと、草やクローバーが土を補充できないからね。私たちが食べられるのは、6インチの土があって、雨が降って、牛が金のうんこをするからなんだよ。

耕すべきか、耕さざるべきか、それが問題だ。掘るのと掘らないので得られる収穫を比べるのが一つの方法だよ。チャールズ・ダウディングはまさにそれをやった。7年間、掘った区画と掘らなかった区画を持っていて、どちらにも同じ量の堆肥を加えて同じ作物を育てたんだ。全体的に見ると、掘らなかった区画の収穫は10%多かった。でも、ここからが面白いところ。これらの収穫は野菜の種類によって均等に分かれていなかった。データを掘り下げてみると、掘った方が悪かったものもあれば、良かったものもあった。どれが掘った方が良かったと思う？じゃがいも、カブ、にんじん、パースニップ、キャベツは全部掘った方が良かった！大体、じゃがいもが21%、にんじんが21%、カブが14%、キャベツが11%、ソラマメが10%良かった。これは彼の本に全部載ってるよ。他の作物は掘らない方が良かった。特にエシャロットは掘らない方が33%良くて、ビール用の大麦が21%、玉ねぎが22%良かった。

└

ノーディグ（掘らない）方法は、まるで宗教みたいに広がってる。でも、ほとんどの人には間違いだと思う。「一度掘る」方がほぼ常に優れているから、特に今までガーデニングに使われていなかった土壌の場合はね。重くて圧縮された、有機物が少ない粘土質の土でノーディグガーデンを始めようとしたら、すごくがっかりすることになるよ。

└

「一条の藁革命」の人が果樹園に根菜を植えたって聞いたけど、これって効果あるのかな？

└

ノー・ティルの一番のメリットは水の浸透と保持力だね。次に、湿った耕作土では機械が沈んじゃうから、早く作業できるってのもある。あと、機械の通過回数が減るから、燃料の節約にもなるし、必要な機械を持つコストも下がる。ただ、デメリットとしては、ノー・ティルはディーゼルをスプレー代に変えるってことかな。

└

耕作可能な土地や作物が全く同じで、簡単に入れ替えられるわけじゃないってこと、わかるよね？

└

一般的な目安として、最初の7年間はトウモロコシをノー・ティルに切り替えると収穫量が悪くなるけど、8年目以降は良くなるって言われてるよ。

アンガス・カルダーの「人民の戦争」では、第二次世界大戦中のイギリスのホームフロントについて、南ダウンズの古い農作業者たちが、ノルマン征服以来耕されていなかった土地がUボート戦争の穀物不足のために耕されることになって泣いていたと書かれている。彼らは何かを知っていたのかもしれないね（低震度地域だって言わなきゃいけないけど）。

ゼロ耕作や最小耕作ってもう何十年も前からあるのに、これがニュースになるなんて驚きだわ。

└

違うよ。ニュースはファイバーオプティクスを使って測定を行い、耕作の影響を科学的に証明することなんだ。タイトルは耕作と耕耘を混同してるし、肝心なところを隠してるね。

記事の耕作する理由についての理論は間違ってると思う。土壌がもっと水を保持するためじゃなくて、雑草を取り除くためだよ。ノー・ティルをやってた人を知ってるけど、雑草を抑えるためにグリホサートをスプレーしなきゃいけないって言ってた。最終的には、グリホサート耐性の雑草がその地域に広がって、普通の耕作に戻らざるを得なかったみたい。でも、ノー・ティルは本当に土を改善したって言ってたよ。

└

ノー・ティルでは、収穫したらすぐに再度植えるような異なる作物パターンが必要だよ。雑草の成長を避けるためにね。

└

ノー・ティルは、集中的な市場ガーデニングに最も/唯一意味があると思う。手で雑草を取り除いたり、温室で作業したり、土が裸にならないようにコンポストの層を重ねたり、カバー作物を使ったりするところだね。

└

少しのグリホサートを散布する方が、耕すよりもずっと少ないCO2を排出するよ。

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除草には、ヒューマノイドロボット（フィギュア、ユニツリー、アトラスなど）がめちゃくちゃ役立ちそう。植物の認識は簡単で、ほぼ解決されてる問題だしね。

はっきりさせておくけど、耕作と耕耘は同じじゃないからね。この記事は研究者がそれを混同して使ってる可能性がある。用途や圧縮の影響を無視して、異なる土壌の攪拌方法をまとめてる。もちろん、耕耘は農場の土壌管理全般を指す一般的な用語として使われることもあるけど、それは説明されてない。論文が交通による圧縮を取り除いているのか、それとも結果の一部なのかも不明だし。MF 8700が23800ポンドで動くと、かなり圧縮されるよ。証拠もあるし。ノー・ティルと浅耕、深耕の比較を見てみたいな。この論文では、技術データ収集を新しいアイデアとして紹介して、集めたデータから結論を引き出すべきだったと思う。物理学とセンサーは厳密そうだけど、農業の分類や農業についての理解はあまり深くないね。雨の間のデータが合計40時間ってちょっと短すぎる。繊維の2cmの深さでは、近くか表面しか感知できないし、大抵の作物はもっと深く根を張るから。単一の土壌タイプでの単一サイトの実験はかなり狭いと思う。私にとって、耕作（チゼルプラウやモールドボードのような）は土を砕くためのもので、古い作物（トウモロコシの茎など）を「折り返す」作業でもある。未使用の土地を育てるための準備の第一歩でもあるし、通常はシーズンの始まりや新しいサイトで行う。深さは8インチから20インチ。土をひっくり返すこともできる。耕耘は種まきの準備をして、通気性を良くして、大きな塊を砕いて表面の大きな隙間を埋めたり、肥料や堆肥を土に混ぜたりする。深さは4インチから12インチ。ディスキング（ディスク耕耘）は通常、残った根を数インチ深く切るもので、耕作後に行われることが多い。去年の残り物を数インチ下に埋めるのに良いよ。深さは4インチから6インチ。フィールドのサイズが小さくなると、耕作と耕耘の使い方が逆転するみたいだね？少なくとも人々がどう考えているかはそう。（編集：ちょっとまとまりがないけど、要点は伝わると思う。）

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もう一つ覚えておくべきことは、トラクターは本当に重いけど、その重さを広い面積に分散させているってこと。低いタイヤ圧と大きなタイヤを使ってるからね。だから、確かに、面積あたりの影響は人間よりもさらに低いんだ。でも、影響を与える面積はずっと大きいよ！耕作と耕耘は土壌侵食にも関わるし、場所によって大きく変わるんだ。

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だから、まずHNのコメントを見るようにしてるんだ。その後で、記事を見てみる。

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論文をチェックすると、「耕す」という言葉はどこにも書いてないよ。ただ「耕作」って書いてある。これがパラメータだよ：> 耕作は、農業で一般的に使われる三つの深さで行われた—ノー・ティル、10cm、25cm—そして、圧縮は二つのタイヤ圧レベルを使って行われた—前後のタイヤともに70 kPa、前が120 kPa、後が150 kPa。

…土を loosen するのが耕すことの全ての目的じゃないの？おめでとう、農家がすでに知っていたことを発見したね。それに、ただ耕すだけじゃ意味がない。植物をより良く育てることが目的なのに、それを無視して水分だけを見てるのは無意味だよ。

冬の間に土が露出していることで風による浸食なんて、もう言うまでもないよね。

ハクソク