トウモロコシが肥料から摂取する窒素の量はこれまで考えられていたよりも少ない

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作物が取り込む窒素量を増やそうとするトウモロコシ栽培者は、肥料散布のさまざまな側面を調整できるが、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の最近の研究では、こうした調整は肥料からの吸収効率の向上にはあまり役立たないことが示されている。それは、トウモロコシがその窒素の大部分（平均約67％）を肥料からではなく、土壌中に自然に存在する供給源から摂取していることが研究で示されているからだ。

土壌がトウモロコシの主要な窒素源であるという証拠は、4つの研究を通じて繰り返し明らかになり、最初の研究は2019年に発表され、残りは最近発表された。 4 つの研究すべてにおいて、I 大学農業消費者環境科学部 (ACES) の天然資源環境科学部 (NRES) の研究者らは、15N として知られる天然に存在する窒素同位体で肥料にラベルを付けました。そしてそれをさまざまな速度、形式、配置、タイミングで現場に適用しました。

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研究者らは各収穫後にトウモロコシバイオマスと穀物の窒素含有量を分析し、標識された15Nは肥料に起因し、標識されていない窒素は土壌源に起因すると考えた。イリノイ州中部の痩せた土壌と肥沃な土壌の両方を対象とした4件の研究すべてで、収穫時のトウモロコシに含まれる窒素のほとんどは標識されていなかった。

「生産者がこの数字の大きさに気づいてくれることを願っています。彼らはこの窒素を購入していますが、すべてが作物に取り込まれているわけではありません」とNRES大学院生として研究を完了し、現在は助手を務めるケルシー・グリースハイム氏は語った。ノースダコタ州立大学教授。「彼らにそのことを認識してもらうことが重要です。そうすれば、彼らが収益と窒素にどれだけ費やしているのかを確認したときに、状況を理解できるようになります。」

グリースハイムの2019年の研究では、秋に無水アンモニアとして施用した場合、肥料窒素のうち穀物に取り込まれたのはわずか21％だったことが判明した。秋に施用された肥料はトウモロコシが植えられるまでの数か月間土壌に残り、成長する作物に栄養を与えるために季節を通じて持続する必要があるため、この結果はある程度理にかなっています。ちなみに、この研究では、アンモニアから浸出性の高い硝酸塩への変化を遅らせるために無水で適用されることが多い硝化阻害剤が、肥料からの窒素吸収を促進するのに役立たないことも判明した。

シーズン前およびシーズン中の施用が秋に施用される窒素よりも多くの窒素の摂取を達成すると仮定して、グリースハイムは最近の 3 つの研究でそれらの戦略を試しました。

植栽の季節に飛び込み、グリースハイムは、2 x 3 の配置、表面のドリブル、およびドラッグチェーンの適用を使用して、15 N 標識硝酸尿素アンモニウム (UAN) を 1 エーカーあたり 80 ポンドで地下帯の植栽に適用しました。トウモロコシバイオマス中の 15N 含量は最大 46% に達し、帯状施肥は、最も最適な場所で 34% に達しただけのブロードキャスティングよりも効率的でした。

「疑いの余地なく、バンディングは窒素をブロードキャストするよりも効率的です。それはデータから非常に明らかでした」とグリーシャイム氏は語った。「しかし、1 つのバンドを適用するか 2 つのバンドを適用するか、あるいは 2 x 3 の配置を使用するかドラッグチェーンを使用するかにかかわらず、効率には大きな違いはありませんでした。」

グリースハイムはまた、成長中のトウモロコシの茎の根元に液体肥料を供給する Y ドロップアタッチメントを使用して、1 エーカーあたり 200 ポンドの 15N ラベル付き UAN を施用し、季節の生育中またはサイドドレッシング中の肥料の配置をテストしました。この場合、グリースハイムは植栽と V9 成長段階の間で適用を分割しました。彼女は、両方の成長段階で Y ドロップの塗布と地下への配置を比較しました。

「2回の施用時期に分けた場合、15Nの吸収は植え付け時よりも側肥の方が高かったが、季節中に施用した場合でも、肥料よりも多くの窒素が土壌から得られた(平均して穀物で26%、バイオマスで肥料由来の31%)。」グリースハイムは言った。「6 つの研究年のうち 5 年では、Y ドロップと地下での散布に違いは見られませんでしたが、揮発しやすい条件下では、地下で散布した方が取り込みが大きかったです。」

最後に、グリースハイムは、複数の肥料形態（UAN、硝酸カリウム、液体尿素）に 15N のラベルを付け、Y ドロップアプリケーターを使用して表面サイドドレス用途として適用しました。驚くべきことに、肥料を硝酸カリウムとして施用した場合に吸収が最大となり、次にUAN、次に尿素が続いた。

「浸出や脱窒による窒素の損失をかなり招きやすい気象条件にもかかわらず、硝酸塩が 3 つの供給源の中で最も効率的なものとして浮上したのは興味深いことでした」と、NRES 教授であり、4 つの論文すべての共著者であるリチャード・マルバニー氏は述べています。「同じ研究の一部であった研究室での培養実験では、これが土壌微生物によるアンモニアの揮発と固定化によるものであることが示されました。」

一連の研究は、肥料からの窒素摂取を増やすために農家ができることがある、すなわち、作物が活発に成長している季節に硝酸塩ベースの供給源を施用することを示唆している。しかし、土壌がトウモロコシに最大量の窒素を供給するという繰り返しの教訓は、窒素管理の変化につながる重要な教訓である、と研究者らは言う。

「土壌が作物を吸収するための窒素の主な供給源である場合（ほとんどの場合そうなるでしょう）、土壌を考慮する必要があります。それはとても簡単です。そうでない場合は、タイミング、速度、配置、形状などの要素を考慮して、微調整中ですが、おそらくこれらのアプローチを使用しても奇跡的な効率の向上は見られないでしょう」とマルバニー氏は言いました。「私たちは土壌と土壌供給力に応じて窒素比率を調整し、窒素比率を可変にする方向に進むべきです。」

作物に含まれない窒素を過剰に散布すると、農家の収益に影響を与えるだけでなく、過剰分が水路に浸出したり、温室効果ガスに変化したりして、農業の環境負荷が増大する可能性があります。

「肥料の実践をランク付けする手段として肥料の窒素吸収効率を使用することは非常に理にかなっています」とグリーシャイム氏は述べた。「作物中の肥料が増えることは農家にとって良いことですが、同時に土壌に残る肥料が減り、納税者や周囲の生態系にとっても良いことになります。これは双方に利益をもたらします。」

参考文献:

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