カバークロップ

農業において、カバークロップとは、収穫を目的とせず、土壌を覆うために植えられる植物のことである。カバークロップは、農業生態系（人間が管理し、形作る生態系）における土壌浸食、土壌肥沃度、土壌の質、水、雑草、害虫、病気、生物多様性、野生生物を管理する。カバークロップは土壌中の微生物の活動を増加させ、窒素の利用可能性、対象作物の窒素吸収、作物の収穫量にプラスの効果をもたらす。カバークロップは水質汚染のリスクを減らし、大気から二酸化炭素を除去する。^{[1]カバークロップは、}換金作物の収穫後に植えられるオフシーズン作物である場合がある。カバークロップは、収穫される主作物の生存率を高めるという点でナースクロップであり、多くの場合、冬の間も栽培される。^{[2] [3]}米国では、カバークロップの栽培には1エーカーあたり35ドルもかかることがある。^[4]

カバー作物は農業生態系で同時に複数の機能を果たすことができますが、土壌浸食を防ぐという唯一の目的で栽培されることがよくあります。土壌浸食は、農業生態系の生産能力を回復不能なほど低下させる可能性があるプロセスです。カバー作物は、土壌構造を改善して浸透を増やし、土壌表面を保護し、雨滴のエネルギーを拡散させ、土壌表面上の水の移動速度を低下させることで、土壌の損失を減らします。 ^{[5]カバー作物の密集した林分は、雨水が土壌表面に接触する前に物理的に}降雨速度を遅くし、土壌の跳ね返りと浸食性の表面流出を防ぎます。^[6]さらに、カバー作物の広大な根のネットワークは、土壌を所定の位置に固定し、土壌の多孔性を高め、土壌マクロ動物にとって適切な生息地ネットワークを作り出します。^[7]これにより、今後数年間、土壌の肥沃度が良好に保たれます。

カバー クロップの主な用途の 1 つは、土壌の肥沃度を高めることです。これらの種類のカバー クロップは、「緑肥」と呼ばれます。これらは、土壌のさまざまな主要栄養素と微量栄養素を管理するために使用されます。さまざまな栄養素の中でも、窒素は作物の生産において最も制限的な栄養素であることが多いため、カバー クロップが窒素管理に与える影響は、研究者や農家から最も注目されています。

多くの場合、緑肥作物は特定の期間栽培され、その後、完全に成熟する前に耕されて土壌の肥沃度と質が向上します。残された茎は土壌の浸食を防ぎます。

緑肥作物は一般的にマメ科であり、エンドウマメ科（Fabaceae）に属します。この科は、インゲンマメ、レンズ豆、ルピナス、アルファルファなど、すべての種が莢をつけるという点で独特です。マメ科のカバークロップは一般に窒素を多く含み、作物の生産に必要な量の窒素を供給できることがよくあります。従来の農業では、この窒素は通常、化学肥料の形で施用されます。有機農業では、窒素の投入は、有機肥料、堆肥、カバークロップの種子、マメ科のカバークロップによる固定の形をとることがあります。 ^[8]カバークロップのこの品質は、肥料代替価値と呼ばれます。^[9]

マメ科の被覆作物に特有のもう一つの特性は、マメ科植物の根粒に生息する根粒菌と共生関係を形成することである。ルピナスは土壌微生物のBradyrhizobium sp. (Lupinus) によって根粒が形成される。Bradyrhizobia は地中海原産の他のマメ科作物 ( Argyrolobium、Lotus、Ornithopus、Acacia、Lupinus )の微小共生生物として見られる。これらの細菌は、生物学的に利用できない大気中の窒素ガス ( N
₂）を生物学的に利用可能なアンモニウム（NH⁺
₄カバークロップは、生物学的窒素固定プロセスを通じて土壌微生物の活性を高め、土壌中の窒素の利用可能性、対象作物の窒素吸収、作物の収量にプラスの効果をもたらします。^[8]

ハーバー・ボッシュ法は、工業的窒素固定を行って化学窒素肥料を作るために開発されたエネルギー集約型の方法であるが、それ以前は生態系に導入される窒素のほとんどは生物学的窒素固定によって発生したものであった。 ^[10]一部の科学者は、主に被覆作物の使用によって達成される広範な生物学的窒素固定が、将来の食糧生産レベルを維持または増加させるための工業的窒素固定の唯一の代替手段であると考えている。^{[11] [12]}工業的窒素固定は、化石燃料エネルギーへの依存と農業における化学窒素肥料の使用に伴う環境影響のために、食糧生産のための持続不可能な窒素源として批判されてきた。^[13]こうした広範な環境影響には、水路への窒素肥料の損失が含まれ、これは大規模な水域の富栄養化（栄養素負荷）とそれに続く低酸素症（酸素枯渇）につながる可能性がある。

その一例がミシシッピ川流域で、長年にわたる農業生産による肥料窒素の流域への流入により、メキシコ湾沖で毎年夏に低酸素の「デッドゾーン」が発生し、2017年にはその範囲が22,000平方キロメートル以上に及んだ。 ^{[14] [15]}その結果、この地域の海洋生物の生態学的複雑さは減少している。^[16]

生物学的窒素固定を通じて農業生態系に窒素をもたらすだけでなく、「キャッチクロップ」と呼ばれる種類のカバークロップは、すでに存在する土壌窒素を保持し、リサイクルするためにも使用されます。キャッチクロップは、前の作物の施肥で残った余剰窒素を吸収し、浸出[ ^17]やガス脱窒または揮発^[18]によって失われるのを防ぎます。

キャッチクロップは、典型的には、土壌から利用可能な窒素を効率的に除去するように適応した、成長の早い一年生穀物種です。^[19]キャッチクロップバイオマスに固定された窒素は、換金作物が緑肥として取り入れられたり、分解し始めると、土壌に放出されます。

緑肥の使用例としてはナイジェリアが挙げられます。そこでは、農家がリン酸岩を施用した後、カバー作物であるムクナ・プルリエンス（ベルベットビーン）が土壌中のリンの利用可能性を高めることがわかっています。^[20]

カバークロップは、時間の経過とともにカバークロップバイオマスを投入することで土壌有機物レベルを高め、土壌の質を改善することもできます。土壌有機物の増加は土壌構造を強化するだけでなく、土壌の水分と栄養素の保持力と緩衝力も強化します。 ^{[21]また、土壌}炭素隔離の増加にもつながり、大気中の二酸化炭素レベルの上昇を相殺するための戦略として推進されてきました。^{[22] [23] [24]}

土壌の質は、作物が繁茂するのに最適な条件を作り出すために管理されます。土壌の質に影響を与える主な要因は、土壌の塩分濃度、pH、微生物のバランス、土壌汚染の防止です。土壌の質が適切に管理され維持されれば、健康で生産的な環境の基盤が形成されることが指摘されています。かなり長い間、健康的な環境を生み出す作物を設計し、管理することができます。^[25]

土壌浸食を減らすことで、カバークロップは、通常、下流の水路や生態系に環境リスクをもたらす、畑から流出する水の速度と量の両方を減らすこともよくあります。^[26]カバークロップのバイオマスは、降雨と土壌表面の間の物理的な障壁として機能し、雨滴が土壌プロファイルを着実に滴り落ちることを可能にします。また、前述のように、カバークロップの根の成長は土壌孔隙の形成をもたらし、土壌マクロ動物の生息地を強化することに加えて、水が表面流として畑から流出するのではなく、土壌プロファイルをろ過する経路を提供します。水の浸透が増加すると、土壌水貯蔵と帯水層の涵養の可能性が向上します。^[27]

カバークロップは、刈り取り、耕起、ディスク耕作、ローリング、除草剤散布などの作業によって枯らされる直前は、多量の水分を含んでいます。カバークロップが土壌に取り込まれたり、土壌表面に残されたりすると、土壌水分が増加することがよくあります。作物生産のための水が不足している農業生態系では、カバークロップをマルチとして使用して、土壌表面を覆い、冷却することで水を節約できます。これにより、土壌水分の蒸発が減り、土壌栄養素の保持に役立ちます。^[28]

厚い被覆作物は被覆作物の成長期間中に雑草とよく競合し、発芽した雑草の種子のライフサイクルを完了して繁殖するのを阻止することができます。被覆作物の成長が終了した後、緑肥として土壌に混ぜるのではなく、土壌表面に平らにならした場合、被覆作物はほぼ侵入不可能なマットを形成する可能性があります。これにより、雑草の種子への光の透過率が大幅に低下し、多くの場合、雑草の種子の発芽率が低下します。^{[29]さらに、雑草の種子が発芽した場合でも、被覆作物の}マルチ層を突き破るために必要な構造能力を構築する前に、成長のために蓄えられたエネルギーを使い果たしてしまうことがよくあります。これは、被覆作物の窒息効果と呼ばれることがよくあります。^[30]

いくつかのカバー作物は、生育中および枯死後の両方で雑草を抑制します。^[31]生育中、これらのカバー作物は利用可能な空間、光、および栄養素をめぐって雑草と激しく競合し、枯死後は土壌表面にマルチ層を形成して次の雑草の発生を抑制します。^[32]たとえば、研究者らは、改良休耕システム（カバー作物の植え付けを含むさまざまな管理方法によって休耕期間を意図的に改善するシステム）でカバー作物としてMelilotus officinalis （黄色のスイートクローバー）を使用した場合、カバー作物の生育期の終わりには雑草バイオマスが総立木バイオマスの 1～12% を占めるに過ぎないことを発見しました。^[31]さらに、カバー作物の終了後、黄色のスイートクローバー残渣は、休耕システム（黄色のスイートクローバーなし）よりも 75～97% 低いレベルまで雑草を抑制しました。

競合や物理的な雑草抑制に加え、特定のカバー作物はアレロパシーによって雑草を抑制することが知られています。^{[33] [34]}これは、他の植物種にとって有毒であったり、種子の発芽を阻害したりする特定の生化学的カバー作物化合物が分解されたときに発生します。アレロパシーカバー作物のよく知られた例としては、ライ麦（Secale cereale ）、ヘアリーベッチ（Vicia villosa ）、アカツメクサ（ Trifolium pratense）、ソルガム・スーダングラス（Sorghum bicolor）、アブラナ科の種、特にマスタードなどがあります。^{[35]ある研究では、ライ麦カバー作物の残渣を、}大豆、タバコ、トウモロコシ、ヒマワリなどのさまざまな換金作物の生産中にマルチとして使用した場合、早期の広葉雑草を80％から95％抑制することがわかりました。^[36]一般的に、カバー作物は他の作物が定着する前のシーズンの早い時期に栽培して終了することができるため、換金作物と競合する必要はありません。^[32]

農業研究局（ARS）が2010年に発表した研究^[37]では、科学者らがライ麦の播種率と植え付けパターンがカバー作物の生産にどのような影響を与えるかを調べました。その結果、ライ麦を1エーカーあたりに多く植えると、カバー作物の生産量が増加し、雑草の量が減少することが分かりました。科学者らがマメ科植物とオート麦の播種率をテストしたときも同じ結果が出ました。1エーカーあたりに植えられた種子の密度が高いほど、雑草の量が減り、マメ科植物とオート麦の生産量が増加しました。従来の列またはグリッドパターンのいずれかで構成される植え付けパターンは、カバー作物の生産量や、どちらのカバー作物の雑草の生産にも大きな影響を与えなかったようです。ARSの科学者らは、播種率の増加は雑草防除の効果的な方法となり得ると結論付けました。^[38]

コーネル大学の持続可能な作物栽培システム研究室は、2023年5月に、時期に合わせた植え付けと、系統学的に類似した換金作物とカバー作物の変異体の戦略的組み合わせの有効性を調査した研究を発表しました。主任研究者のウリエル・メナレド氏は、研究結果に従ってカバー作物と換金作物を植えると、農家は雑草の成長を最大99％減らすことができることを発見しました。この研究は、農家に、既存の輪作に最も適したカバー作物を特定するための包括的な枠組みを提供します。つまり、この研究の結果は、系統学的関連性を利用して雑草の成長を大幅に抑制できるという理解を裏付けています。^[39]

カバークロップのアレロパシー特性が雑草を抑制するのと同じように、カバークロップは病気のサイクルを断ち切り、細菌や真菌による病気の個体数を減らし、^[40]寄生性線虫を減らすこともできます。^{[41] [42]マスタードなどの}アブラナ科の種は、植物細胞組織中のグルコシノレート化合物の分解中に天然の毒性化学物質を放出することで、真菌性病気の個体数を抑制することが広く示されています。^[43]

一部のカバー作物は、害虫を価値ある作物から引き離し、害虫にとってより好ましい生息地とみなされる場所へ誘引するための、いわゆる「トラップ作物」として使用されています。^[44]トラップ作物エリアは、作物内、農場内、または景観内に設定できます。多くの場合、トラップ作物は、食用作物が生産されるのと同じ季節に栽培されます。これらのトラップ作物が占める限られたエリアは、害虫がトラップに引き寄せられて十分な数に達したら、害虫の個体数を減らすために殺虫剤で処理できます。一部の有機栽培システムでは、農家はトラップ作物の上を大型の掃除機で乗り、害虫を植物から物理的に引き離して畑から追い出します。^[45]このシステムは、有機栽培のイチゴ生産におけるリグスバグの駆除に使用することが推奨されています。 ^[46]トラップ作物のもう1つの例は、線虫に耐性のあるシロカラシナ（Sinapis alba）とラディッシュ（Raphanus sativus）です。これらは主要作物（穀物）の後に栽培することができ、例えばビートシストセンチュウ^{[47] [48]}やコロンビアンルートノットセンチュウ^{[49]などの線虫を捕らえることができます。成長すると線虫が孵化し、根に引き寄せられます。根に入った後、植物の}過敏な抵抗反応により、線虫は根の中で繁殖することができません。そのため、線虫の個体数は、種と栽培期間に応じて70～99％大幅に減少します。

その他のカバー作物は、害虫の生息地の要素を模倣することで、害虫の天敵を引き付けるために使用されます。これは生息地の増強として知られる生物学的防除の一形態ですが、カバー作物の使用によって達成されます。^[50]カバー作物の存在と捕食者と害虫の個体群動態との関係についての調査結果はまちまちで、特定のカバー作物の種類と管理慣行に関する詳細な情報が必要であり、特定の総合的害虫管理戦略を最もよく補完する必要があることを示しています。たとえば、捕食性ダニのEuseius tularensis（Congdon）は、中央カリフォルニアの柑橘類果樹園の害虫である柑橘類アザミウマの駆除に役立つことが知られています。研究者は、数種類の異なるマメ科のカバー作物（ベルビーン、ウーリーポッドベッチ、ニュージーランドシロツメクサ、オーストリアウィンターピーなど）を植えることで、 E. tularensisの個体群の季節的な増加を引き起こすのに十分な花粉を餌源として提供し、それがうまくいけば、柑橘類アザミウマの害虫個体群を減らすのに十分な捕食圧をもたらす可能性があることを発見しました。^[51]

カバー作物は通常、上記の目的の 1 つに使用されますが、野生動物の生息地としての役割も果たすことがよくあります。カバー作物を使用すると、換金作物の輪作に少なくとももう 1 つの植物多様性の側面が追加されます。カバー作物は一般的に価値のある作物ではないため、その管理は通常それほど集中的ではなく、農場に「ソフトな」人間の影響を与える機会を提供します。この比較的「手をかけない」管理と、カバー作物の確立によって生じる農場内の多様性の増加が相まって、より複雑な栄養構造が発達し、より高いレベルの野生動物の多様性をサポートする可能性が高まります。^[52]

ある研究では、研究者らが米国南部の従来の綿花畑と被覆作物畑の節足動物と鳴鳥の種の構成と畑の利用状況を比較した。被覆作物畑にはクローバーが植えられ、綿花の生育初期には綿花の列の間にクローバーが植えられた（帯状被覆作物）。渡り鳥の繁殖期には、従来の綿花畑よりもクローバー被覆作物を組み込んだ綿花畑の鳴鳥の密度が 7～20 倍高かった。節足動物の個体数とバイオマスも、鳴鳥の繁殖期の大半を通じてクローバー被覆畑の方が多かったが、これはクローバーからの花蜜の供給量の増加によるものと考えられた。クローバー被覆作物は、覆い場所を提供することで鳴鳥の生息地を強化し、高等節足動物の個体群からの食料源を増やした。^[53]

• 農業生態学
• アレロパシー
• 生物学的防除
• 緑肥
• グランドカバー
• 窒素循環
• 窒素固定
• 有機物
• 土壌汚染

• SARE National。トピック：カバークロップ。[1]
• 中西部カバークロップ協議会。[2] 栽培者、研究者、教育者のためのリソース。
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