正確な灌漑用水と窒素管理により、トウモロコシの保全農業における水と窒素の利用効率が向上

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12060 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

地下水の枯渇の脅威と農産物システムの持続可能性に対処するために、3 年間にわたる野外実験が設定されました。 保全農業ベース（CA）トウモロコシ小麦システム（MWS）の下での窒素管理と組み合わせた地下点滴灌漑（SDI）システムは、作物収量、灌漑用水の生産性（WPi）、窒素利用効率（NUE）および収益性に影響を与えます。 推奨窒素100％のSDIにおけるトウモロコシ、小麦、MWSの穀物収量は、従来の畝間灌漑（CT-FI）システムよりもそれぞれ15.8％、5.2％、11.2％有意に高かった。 システム灌漑による水の節約（約 55%）と平均 WPi は、CT-FI システムよりも SDI 下のトウモロコシ、小麦、MWS で高かった。 トウモロコシと MWS では肥料 N が 25% 節約されましたが、小麦では N の節約は観察されませんでした。 MWS からの純収益は、生産コストが高いにもかかわらず、100% N の SDI (補助金なし) では CT-FI システムよりも大幅に高かった (265 米ドル)。 SDI システム敷設に対する 80% の補助金を考慮すると、純利益は 47% 増加しました。 私たちの結果は、生産性、NUE、および WPi を最大化するために SDI および N 管理で CA を補完する大きな可能性を示しました。これは、南アジアの Trans-IGP の MWS において経済的に有益で環境に優しい可能性があります。

トウモロコシと小麦の作付システムは、米と小麦、綿と小麦のシステムに次いで 3 番目に重要な作付システム (約 290 万ヘクタール)1 であり、南アジアのインド・ガンジス平原で新たに発生している水危機を考慮すると潜在力を持っています。 米における従来の洪水灌漑では、蒸発と土壌浸透によって大量の灌漑水が失われます2,3。 近年、インド北西部 (NW) でトウモロコシの栽培面積が増加しているのは、貴重な灌漑用水と電気代を節約するためにトウモロコシの栽培を促進する政府の有利な政策が主な原因です4。 従来のトウモロコシや小麦を平地で栽培するには、洪水灌漑に加えて 6 ～ 7 回の耕作作業が必要ですが、これには高エネルギーの投入と灌漑用水と肥料窒素 (N) の非効率的な使用が伴い、経済的利益も少なくなります5。 水を節約し、灌漑用水生産性（WPi）と肥料窒素利用効率（NUE）を高めるための代替技術には、恒久的な高床式ベッドベースの保全農業（CA）実践（不耕起とわらマルチング）、灌漑スケジュールと施肥1への移行が含まれます。 6.

トウモロコシと小麦のシステムでは、生産性を向上させ、栽培コストを削減することが大きな課題となっています。 畝間灌漑による永続的な上げ床の採用により、収量、NUE が増加し、労働力と水の問題に対処し、環境を節約しました7、8、9、10。 恒久的な上げ床植栽システムでは、トウモロコシと小麦の両方が、幅 30 cm の溝を持つ幅 37.5 cm の床の上に植えられ、以前の作物の残留物が土壌表面に保持されます11。 以前の研究では、残留物を保持した恒久的な上げ床にトウモロコシを植えると、従来の植え付けと比較して灌漑用水が 11% 節約され、WPi が 16% 高くなったことが示されています 8,12。

保全農業と正確な水と栄養素の適用は、南アジアの農産物システムの変革に向けて切望されている変化のために穀物システムを強化する機会を提供するでしょう。 CA システムで窒素施肥と点滴灌漑を組み合わせた階層化は、WPi と NUE を増加させるために、トウモロコシ 13,14,15 や小麦 15,16,17,18 などの圃場列作物にとって経済的に実行可能な選択肢となる可能性があります。 地表点滴灌漑は、開始時に側枝を固定し、各作物の収穫後に側枝を除去するという複雑なプロセスにより、年間の圃場作業を妨げるため、重大な制限があります。 地表点滴灌漑とは異なり、地下点滴灌漑（SDI）システムは土壌の蒸発を軽減し、植物の根域に直接水と肥料をより適切に供給して植物の需要を満たし、同期させることができるため、WPiとNUEが向上し、労力も節約できます。費用がかからず、通常の耕うん作業が可能になります13、18、19。 従来の尿素としての N の表面施用は、特に作物残渣がマルチとして保持されている場合に N の揮発損失を促進します 20,21。 SDI による数回の分割での正確な N 施肥は、浸出と揮発による N 損失を削減し、それによって CA ベースの永続的なレイズドベッドトウモロコシ小麦システムにおける NUE を改善する可能性があります 19,22,23。 したがって、SDI を介して活発な作物の根ゾーンに灌漑用水とともに窒素を正確に配置することにより、CA ベースの恒久的なレイズドベッドトウモロコシ小麦システムにおける NUE と WPi が強化されます。