灌漑不足

不足灌漑（DI ）は、さまざまな種類の灌漑適用方法で適用できる灌漑戦略です。DIを正しく適用するには、水に対する収量反応（干ばつストレスに対する作物の感受性）と収穫量の減少による経済的影響を十分に理解する必要があります。^[1]水資源が限られている地域では、農家にとって、単位土地あたりの収穫量を最大化するのではなく、作物の水生産性を最大化する方が収益性が高くなる可能性があります。^[2]節約された水は、他の目的に使用したり、追加の土地を灌漑するために使用できます。^[3] DIは、不完全補足灌漑または調整DIと呼ばれることもあります。

意味

不足灌漑（DI）は以下のように検討され、定義されています。

欠水灌漑は、作物の干ばつに敏感な成長段階に灌漑を適用する最適化戦略です。これらの期間以外では、降雨量によって最低限の水が供給される場合、灌漑は制限されるか、または不要です。水制限は、干ばつに耐性のある生物季節段階、多くの場合は生育段階と後期成熟期に限定されます。したがって、総灌漑適用量は、作物サイクル全体の灌漑要件に比例しません。これは必然的に植物の干ばつストレスとその結果の生産損失につながりますが、DIは主な制限要因である灌漑水生産性を最大化します（English、1990）。言い換えると、DIは収量を最大化するのではなく、収量を安定させ、作物の水生産性を最大化することを目指しています（Zhang and Oweis、1999）。^[4]

作物の水生産性

作物の水生産性（WP）または水利用効率（WUE）^[5]は、kg/m³で表され、市場性のある製品（穀物のキログラムなど）の量と、その生産に必要な投入量（水の立方メートル）との関係を表す効率用語です。作物の生産に使用される水は、作物の蒸発散量と呼ばれます。これは、土壌表面からの蒸発による水分損失と植物による蒸散が同時に起こる組み合わせです。モデル化を除いて、2つのプロセスを区別することは困難です。穀物の圃場レベルでのWUEの代表値は、蒸発散量を分母として表され、0.10～4 kg/m3の範囲で変化します。^[6]

不足灌漑の経験

特定の作物については、実験により、不足灌漑（DI）によって、深刻な収量減少なしに水利用効率を高めることができることが確認されています。たとえば、トルコの冬小麦の場合、計画されたDIにより、天水栽培の冬小麦と比較して収量が65％増加し、天水および完全灌漑の冬小麦と比較して水利用効率が2倍になりました。^[7]綿についても同様の肯定的な結果が報告されています。^[8]トルコとインドでの実験では、綿の灌漑用水の使用は、収量損失を最小限に抑えながら、作物の総水必要量の最大60％まで削減できることが示されました。このようにして、高い水生産性とより優れた栄養水バランスが得られました。

未利用作物や園芸作物もDIに好意的に反応し、例えばキヌアは実験段階や農家レベルで試験されている。^[9]植物の定着と繁殖段階で雨水が不足した場合は、灌漑用水を補充することで、収量を1ヘクタールあたり約1.6トンに安定させることができる。シーズン全体を通じて灌漑用水を使用する（完全灌漑）と、水生産性が低下する。ブドウ栽培や果樹栽培でもDIが実践されている。^[10]

米国農務省農業研究局（ARS）に所属する科学者らは、生育期の早い時期に落花生に干ばつ（または灌漑不足）を強制して水を節約すると、落花生の成熟が早まり、作物の収穫量も十分維持されることを発見した。^[11] 生育期の早い時期に灌漑不足で干ばつを誘発すると、落花生はストレスの多い干ばつ環境に適応する方法を生理的に「学習」し、生育期の後半によく起こる干ばつにうまく対処できるようになる。灌漑不足は、水コストを削減し、生育期の後半に干ばつによる作物の収穫量（特定の作物）の損失を防ぐため、農家にとって有益である。これらの発見に加えて、ARSの科学者らは、保全耕作を伴う灌漑不足は落花生作物の水需要を大幅に削減すると示唆している。^[12]

他の作物の場合、不足灌漑の適用は水利用効率と収量の低下につながります。これは、トウモロコシのようにシーズン全体を通じて干ばつストレスに敏感な作物の場合に当てはまります。^[13]

大学の研究グループや農業団体以外にも、FAO、ICARDA、IWMI、CGIAR水と食料チャレンジプログラムなどの国際機関がDIを研究しています。

灌漑不足下での水生産性向上の理由

作物が水ストレスに耐性のある特定の生物季節相を持っている場合、DIは、非生産的な蒸発による水の損失を減らすことによって^、および/または総生産バイオマス（収穫指数）に対する市場性のある収量の割合を増やすことによって、および/または作物の硬化による蒸散に対する総バイオマス生産の割合を増やすことによって、収量と作物の水消費量（蒸発散量）の比率を高めることができます。ただし、この効果は、バイオマス生産と作物の蒸散との間の保守的な関係のために非常に限られています。^[14] -および/または適切な肥料の施用^[15]および/または作物の成長中の根域の浸水、害虫や病気などの悪い農業条件を回避することによって。^[16]

利点

特定の作物に対する不足灌漑の正しい適用:

一般的に十分な収穫品質を保ちながら、水の生産性を最大化します。
天水栽培に比べて収穫が安定するため、経済計画と安定した収入が可能になります。
完全灌漑と比較して、高湿度に関連する特定の病気（例：真菌）のリスクが減少します。
根圏からの栄養分の流出が減り、地下水質が改善され^[17]、完全灌漑栽培の場合に比べて肥料の必要量が少なくなる^{[18] 。}
雨季の到来に関係なく、播種時期と栽培期間の長さ^{[19]の管理が改善され、農業計画が改善されます。}

制約

不足灌漑にはいくつかの制約が適用されます。

水ストレスに対する作物の反応を正確に知ることは必須である。^[20]^[21]
需要が高い時期（作物の干ばつに敏感な時期）には、水へのアクセスに十分な柔軟性が必要です。^[22]
作物には最低限の水量が保証されるべきであり、それ以下ではDIは有意な有益な効果をもたらさない。^[23]^[24]
個々の農家は、収穫量が最大限を下回った場合、水を使用するコミュニティ全体にとっての利益（節約した水で余分な土地を灌漑できる）を考慮する必要があります。
灌漑がより効率的に行われるため、完全灌漑と比較してDIでは土壌の塩性化のリスクが高くなります。 ^[25]

モデリング

特定地域の特定作物にDIを正しく適用するには、現地実験が必要です。さらに、土壌水収支とそれに関連する作物の成長のシミュレーション（作物水生産性モデリング）は、貴重な意思決定支援ツールになり得ます。^[26]^[27]さまざまな影響要因（気候、土壌、管理、作物の特性）が作物の生産に及ぼす影響を連動してシミュレートすることにより、モデルによって、（1）水利用効率向上のメカニズムをより深く理解し、（2）気候の変動性を考慮して、干ばつに敏感な作物の成長段階で必要な灌漑適用をスケジュールし、（3）新しい地域で特定の作物のDI戦略をテストし、（4）将来の気候シナリオまたは変更された管理方法のシナリオが作物の生産に及ぼす影響を調査することが可能になります。

参照

参考文献

^ English, M., (1990). 灌漑不足 I: 分析フレームワーク. J. Irrig. Drain. E.-ASCE 116, 399-412.
^ Fereres, E., Soriano, MA, (2007).農業用水使用量削減のための灌漑不足J. Exp. Bot. 58, 147-158
^ Kipkorir, EC, Raes, D., Labadie, J., (2001). 短期灌漑供給の最適配分。Irrig . Drain. Syst. 15, 247-267.
^ ab Geerts, S., Raes, D., (2009). 乾燥地帯における作物の水生産性を最大化するための農場戦略としての不足灌漑。農業水管理96, 1275-1284
^ Kijne, JW, Barker, R., Molden, D., (2003). 農業における水生産性の向上: 編集者の概要。Kijne, JW, Barker, RMD (編)、農業における水生産性: 改善の限界と機会。Wayback Machineに 2007-07-17 にアーカイブ。国際水管理研究所、コロンボ、スリランカ、p. xi-xix。
^ Zwart, SJ, Bastiaanssen, WGM, (2004). 灌漑小麦、米、綿花、トウモロコシの測定された作物水生産性値のレビュー。Agric . Water Manage 69, 115-133。
^ Ilbeyi, A., Ustun, H., Oweis, T., Pala, M., Benli, B., (2006). 冷涼な高地環境における小麦の水生産性と収量: 補助灌漑による早期播種の影響。Agric . Water Manage 82, 399-410。
^ Raes, D., Geerts, S., Vandersypen, K., (2008). 「食料を増やし、水を減らす」 Raymaekers, B. (編)、『21世紀のための講義』 Leuven University Press、ルーヴェン、ベルギー、p. 81-101。
^ ギアーツ、S.、レイス、D.、ガルシア、M.、ヴァッチャー、J.、ママニ、R.、メンドーサ、J.、ワンカ、R.、モラレス、B.、ミランダ、R.、クシカンキ、J. 、タボアダ、C.、(2008)。キヌア (Chenopodium quinoa Willd.) の収量を安定させるために不足灌漑を導入します。ユーロ。 J.アグロン。 28、427-436。
^ Spreer, W., Ongprasert, S., Hegele, M., Wünnsche, JN, Müller, J. (2009). 異なる灌漑体制下におけるマンゴー (Mangifera indica L. cv. Chok Anan) の収量と果実の発育。Agric . Water Manage 96, 574-584。
^ USDA 2010
^ 「新たな農業の課題がピーナッツ栽培者を助けるかもしれない」。米国農務省農業研究局。2010 年 1 月 14 日。
^ Pandey, RK, Maranville, JW, Admou, A., (2000). サヘル環境における灌漑不足と窒素によるトウモロコシへの影響。I. 穀物収量と収量構成要素。農業水管理。46 , 1-13。
^ Steduto, P., Hsiao, TC, Fereres, E., (2007) バイオマス水生産性の保守的挙動について。Irrig . Sci. 25, 189-207。
^ Steduto, P., Albrizio, R., (2005). 畑で栽培されたヒマワリ、モロコシ、小麦、ひよこ豆の資源利用効率。II. 水利用効率および放射線利用効率との比較。農業。森林気象。130、269-281。
^ Pereira, LS, Oweis, T., Zairi, A., (2002). 水不足下の灌漑管理. Agric. Water Manage 57, 175-206.
^ Ünlü, M., Kanber, R., Senyigit, U., Onaran, H., Diker, K., (2006). トルコ中部アナトリア地方におけるジャガイモ（Solanum tuberosum L.）の点滴灌漑とスプリンクラー灌漑。農業水管理79、43-71。
^ Pandey, RK, Maranville, JW, Chetima, MM, (2000). サヘル環境における灌漑不足とトウモロコシへの窒素の影響。II. シュート成長、窒素吸収および水抽出。農業。水管理46, 15-27。
^ Geerts, S., Raes, D., Garcia, M., Mendoza, J., Huanca, R., (2008). 干ばつストレスに対するキノア（Chenopodium quinoa Willd.）の柔軟なフェノロジーを定量化する指標。Field Crop. Res. 108, 150-156。
^ Hsiao, TC, (1973). 水ストレスに対する植物の反応. Annu. Rev. Plant Physiol. 24, 519-570.
^ Kirda, C., (2002). 水ストレス耐性を示す植物の成長段階に基づいた欠水灌漑スケジュール。国連食糧農業機関 (FAO) (編)、『欠水灌漑の実践』。ローマ、イタリア、p. 3-10。
^ Zhang, H., (2003). 灌漑不足による水生産性の向上: シリア、華北平原、米国オレゴン州の事例。Kijne, JW, Barker, R., Molden, D. (編)、農業における水生産性: 限界と改善の機会。Wayback Machineに 2007-07-17 にアーカイブ。国際水管理研究所、コロンボ、スリランカ、p. 301-309。
^ Zhang, H., Oweis, T., (1999). 地中海地域における小麦の水と収量との関係と最適な灌漑スケジュール。農業水管理38, 195-211。
^ Kang, S., Zhang, L., Liang, Y., Hu, X., Cai, H., Gu, B., (2002). 中国黄土高原における冬小麦の収量と水利用効率に対する灌漑制限の影響。農業水管理55、203-216。
^ Geerts, S., Raes, D., Garcia, M., Condori, O., Mamani, J., Miranda, R., Cusicanqui, J., Taboada, C., Vacher, J., (2008). ボリビア南部アルティプラノのキヌア（Chenopodium quinoa Willd.）栽培において、灌漑不足は持続可能な方法となり得るか？Agric. Water Manage 95, 909-917.
^ Raes, D., Steduto, P., Hsiao, TC, Fereres, E. (2009) AquaCrop - 水に対する収穫量の反応をシミュレートする FAO 作物モデル: II. 主なアルゴリズムとソフトウェアの説明。Agron . J. 101, 438-447。
^ Steduto, P, Hsiao, TC, Raes, D., Fereres, E. (2009). AquaCrop - 水に対する収穫量の反応をシミュレートする FAO 作物モデル: I. 概念と基本原理. Agron. J. 101, 426-437.

外部リンク

AquaCrop: FAO の新しい作物水生産性モデル
国際水管理研究所
国際乾燥地農業研究センター 2008-12-11 にWayback Machineでアーカイブ
国連食糧農業機関
水と食料に関するCGIARチャレンジプログラム
不足灌漑に関するヨーロッパのプロジェクト 2012-02-24 にWayback Machineでアーカイブ

[1] English, M., (1990). 灌漑不足 I: 分析フレームワーク. J. Irrig. Drain. E.-ASCE 116, 399-412.

[2] Fereres, E., Soriano, MA, (2007).農業用水使用量削減のための灌漑不足J. Exp. Bot. 58, 147-158

[3] Kipkorir, EC, Raes, D., Labadie, J., (2001). 短期灌漑供給の最適配分。Irrig . Drain. Syst. 15, 247-267.

[dx.doi.org-4] Geerts, S., Raes, D., (2009). 乾燥地帯における作物の水生産性を最大化するための農場戦略としての不足灌漑。農業水管理96, 1275-1284

[5] Kijne, JW, Barker, R., Molden, D., (2003). 農業における水生産性の向上: 編集者の概要。Kijne, JW, Barker, RMD (編)、農業における水生産性: 改善の限界と機会。Wayback Machineに 2007-07-17 にアーカイブ。国際水管理研究所、コロンボ、スリランカ、p. xi-xix。

[6] Zwart, SJ, Bastiaanssen, WGM, (2004). 灌漑小麦、米、綿花、トウモロコシの測定された作物水生産性値のレビュー。Agric . Water Manage 69, 115-133。

[7] Ilbeyi, A., Ustun, H., Oweis, T., Pala, M., Benli, B., (2006). 冷涼な高地環境における小麦の水生産性と収量: 補助灌漑による早期播種の影響。Agric . Water Manage 82, 399-410。

[8] Raes, D., Geerts, S., Vandersypen, K., (2008). 「食料を増やし、水を減らす」 Raymaekers, B. (編)、『21世紀のための講義』 Leuven University Press、ルーヴェン、ベルギー、p. 81-101。

[9] ギアーツ、S.、レイス、D.、ガルシア、M.、ヴァッチャー、J.、ママニ、R.、メンドーサ、J.、ワンカ、R.、モラレス、B.、ミランダ、R.、クシカンキ、J. 、タボアダ、C.、(2008)。キヌア (Chenopodium quinoa Willd.) の収量を安定させるために不足灌漑を導入します。ユーロ。 J.アグロン。 28、427-436。

[10] Spreer, W., Ongprasert, S., Hegele, M., Wünnsche, JN, Müller, J. (2009). 異なる灌漑体制下におけるマンゴー (Mangifera indica L. cv. Chok Anan) の収量と果実の発育。Agric . Water Manage 96, 574-584。

[11] USDA 2010

[12] 「新たな農業の課題がピーナッツ栽培者を助けるかもしれない」。米国農務省農業研究局。2010 年 1 月 14 日。

[13] Pandey, RK, Maranville, JW, Admou, A., (2000). サヘル環境における灌漑不足と窒素によるトウモロコシへの影響。I. 穀物収量と収量構成要素。農業水管理。46 , 1-13。

[14] Steduto, P., Hsiao, TC, Fereres, E., (2007) バイオマス水生産性の保守的挙動について。Irrig . Sci. 25, 189-207。

[15] Steduto, P., Albrizio, R., (2005). 畑で栽培されたヒマワリ、モロコシ、小麦、ひよこ豆の資源利用効率。II. 水利用効率および放射線利用効率との比較。農業。森林気象。130、269-281。

[16] Pereira, LS, Oweis, T., Zairi, A., (2002). 水不足下の灌漑管理. Agric. Water Manage 57, 175-206.

[17] Ünlü, M., Kanber, R., Senyigit, U., Onaran, H., Diker, K., (2006). トルコ中部アナトリア地方におけるジャガイモ（Solanum tuberosum L.）の点滴灌漑とスプリンクラー灌漑。農業水管理79、43-71。

[18] Pandey, RK, Maranville, JW, Chetima, MM, (2000). サヘル環境における灌漑不足とトウモロコシへの窒素の影響。II. シュート成長、窒素吸収および水抽出。農業。水管理46, 15-27。

[19] Geerts, S., Raes, D., Garcia, M., Mendoza, J., Huanca, R., (2008). 干ばつストレスに対するキノア（Chenopodium quinoa Willd.）の柔軟なフェノロジーを定量化する指標。Field Crop. Res. 108, 150-156。

[20] Hsiao, TC, (1973). 水ストレスに対する植物の反応. Annu. Rev. Plant Physiol. 24, 519-570.

[21] Kirda, C., (2002). 水ストレス耐性を示す植物の成長段階に基づいた欠水灌漑スケジュール。国連食糧農業機関 (FAO) (編)、『欠水灌漑の実践』。ローマ、イタリア、p. 3-10。

[22] Zhang, H., (2003). 灌漑不足による水生産性の向上: シリア、華北平原、米国オレゴン州の事例。Kijne, JW, Barker, R., Molden, D. (編)、農業における水生産性: 限界と改善の機会。Wayback Machineに 2007-07-17 にアーカイブ。国際水管理研究所、コロンボ、スリランカ、p. 301-309。

[23] Zhang, H., Oweis, T., (1999). 地中海地域における小麦の水と収量との関係と最適な灌漑スケジュール。農業水管理38, 195-211。

[24] Kang, S., Zhang, L., Liang, Y., Hu, X., Cai, H., Gu, B., (2002). 中国黄土高原における冬小麦の収量と水利用効率に対する灌漑制限の影響。農業水管理55、203-216。

[25] Geerts, S., Raes, D., Garcia, M., Condori, O., Mamani, J., Miranda, R., Cusicanqui, J., Taboada, C., Vacher, J., (2008). ボリビア南部アルティプラノのキヌア（Chenopodium quinoa Willd.）栽培において、灌漑不足は持続可能な方法となり得るか？Agric. Water Manage 95, 909-917.

[26] Raes, D., Steduto, P., Hsiao, TC, Fereres, E. (2009) AquaCrop - 水に対する収穫量の反応をシミュレートする FAO 作物モデル: II. 主なアルゴリズムとソフトウェアの説明。Agron . J. 101, 438-447。

[27] Steduto, P, Hsiao, TC, Raes, D., Fereres, E. (2009). AquaCrop - 水に対する収穫量の反応をシミュレートする FAO 作物モデル: I. 概念と基本原理. Agron. J. 101, 426-437.

意味