輪作は、伝統的な農業と有機農業の両方の一部です。そのルーツは、肥沃な三日月地帯での農業の夜明けからそれほど長くない、紀元前6、000年頃にまでさかのぼります。基本的な考え方は、農民は毎年、与えられた土地で何か違うものを育てることです。輪作には、害虫や病気による被害を減らしたり、土壌の養分バランスを維持したりするなど、多くの利点があります。輪作を実践している農場の研究では、10〜25％の収量の増加が見られました。輪作にマメ科植物を含めると、そうすることで土壌の窒素の枯渇を防ぐことができます。少しの計画と記録管理で、輪作のメリットを自宅の庭にもたらすことができます。
メリット
科学者は正確な理由はわかりませんが、輪作は収量の増加をもたらします。貢献するかもしれないいくつかの要因があります。
まず第一に、同じ土地で毎年同じ作物を栽培すると、その作物の病原菌や害虫で土壌や環境を豊かにすることになります。たとえば、カボチャを育て、植物がカボチャのつる植物を引き付ける場合、そのつる植物はつるを消費し、次に卵を産み、それが土壌の中で幼虫に成長します。次のシーズン、幼虫が出現します。カボチャが同じパッチに植えられている場合、昆虫は食べ物を探す必要はありません。同じ基本的な考え方は、土壌細菌、真菌、ウイルスにも当てはまります。同じ区画で同じ作物を育てると、病気のサイクルにつながります。
第二に、作物が異なれば、必要な栄養素も異なります。すべての植物は、炭素の必要性を満たすために空気から二酸化炭素を固定します。植物はまた、主要な栄養素として窒素、リン、カリウムを必要とします。 （窒素、リン、カリウムは、肥料の袋に記載されている「N」、「P」、「K」です。）
さらに、植物は少量の微量栄養素を必要とし、作物が異なれば要件も異なります。たとえば、トマトを含む多くの果物では、カルシウムは窒素、リン、カリウムとほぼ同じレベルで必要とされます。同じ土地に同じ作物を何度も植えると、主要な微量栄養素が枯渇するリスクがあります。さらに、植物は必要な窒素、リン、カリウムの量が異なり、「重いフィーダー」を毎年同じ場所に植えると、主要栄養素の不足が発生する可能性があります。
根の深い植物と根の浅い植物の両方を輪作に含めることも、土壌の改善に役立つ可能性があります。根の深い植物は、より深く圧縮された層と土壌を破壊するのに役立ちますが、根の浅い植物は、表面近くの土壌を通気するのに役立ちます。
したがって、毎年さまざまな区画にさまざまな作物を植えることで、潜在的な病気や害虫からそれらを遠ざけ、必要な微量栄養素の一部を枯渇させた区画からそれらを遠ざけることができます。さらに、異なる根の構造は、より良い土壌構造に寄与する可能性があります。また、庭の輪作にもう1つの要素を追加すると、さらに大きなメリットを享受できます。輪作にマメ科植物を追加することで、実際に土壌の窒素レベルを高く維持できます。
マメ科植物と窒素固定
植物は、必要な炭素を薄い空気から直接取り出します。光合成の際、植物は大気中の二酸化炭素（CO2）ガスを固定し、太陽光から利用されるエネルギーを使用して、CO2を水（根から吸収される）と結合して糖を形成します。
植物にも窒素が必要です—そして私たちの大気は窒素でいっぱいです。光合成に使用される二酸化炭素が0.04％であるのに対し、私たちが呼吸する空気の約78％は窒素ガス（N2）です。残念ながら、植物の観点からは、ガス状窒素を利用することはできません。動物、原生生物、菌類など、他のほとんどの生物もできません。しかし、さまざまな細菌種が空気から窒素ガスを取り込んで、他の生物が使用できる窒素源に変換することができます。マメ科植物は、これらの窒素固定細菌のいくつかと共生関係を形成し、糖を窒素と交換します。マメ科植物はマメ科（旧マメ科）の植物です。園芸作物の輪作に関与する可能性のあるマメ科植物には、インゲンマメ（ Phaseolus vulgaris ）が含まれます。 ）、ライマメ（ Phaseolus lunatus ）、豆（ Pisum sativum ）、レンズ豆（ Lens culinaris ）、大豆（ Glycine max ）、ソラマメ（ソラマメ ）、ピーナッツ（ Arachis hypogaea ）、ひよこ豆（ Cicer arietinum ）、ササゲ（ Vigna unguiculata ）、アルファルファ（ Medicago sativa ）、クローバー（ Trifolium ）、およびvetch（ Vicia ）。
マメ科植物に関連する窒素固定に関与する細菌は、リゾビウム属およびブラジリゾビウム属のグラム陰性土壌細菌です。これらはまとめて根粒菌と呼ばれます。これらの根粒菌はマメ科植物の根に入り、根粒の一部である小結節を形成します。植物からの砂糖は根粒に生息するバクテリアに栄養を与え、そしてそれらは次に植物のために窒素を固定し、それをアンモニア（NH4 +）に変えます。植物の細胞は、アンモニウムを使用可能な尿素誘導体とアミノ酸に変換します。
根粒菌が土壌に生息している場合、窒素を固定しませんが、他の種類の自由生活土壌細菌は固定します。シアノバクテリアの中には、それ自体で窒素を固定するものもあります。小結節がアクティブである間、それはピンクまたは赤紫に変わります。毎年のマメ科植物が成長するにつれて、小結節が形成され、色が変わり、新しい小結節が満たされる間に後退します。毎年成熟するにつれて、植物はその砂糖を根粒から鞘の豆に向け直し、根粒は色を失い、非生産的になります。多年生のマメ科植物では、より長い指の形をした小結節が形成され、ほぼ常に活動します。
マメ科植物の利点に関するいくつかの説明に反して、根粒はかなりの量の窒素を直接土壌に漏らしません。窒素固定はエネルギー的に高価であり、植物は根粒に糖を供給することによってそれを支払います。次に、プラントは、結果として生じる窒素のほぼすべてを使用します。さらに、根粒があっても、マメ科植物の成長は土壌中の窒素の正味の損失をもたらす可能性があります。たとえば、インゲンマメは1エーカーあたり最大50ポンドの窒素を土壌に加えることができますが、十分に収穫するにはこれ以上の量が必要です。
商業的には、通常、1エーカーあたり30〜50ポンドの肥料を加えて栽培します。大豆、ソラマメ、ササゲ、ピーナッツなどの他の作物は、1エーカーあたり250ポンドの窒素を生成する可能性があります。これらの作物は通常、窒素で施肥されていません。クローバー、アルファルファ、ベッチなどのマメ科植物の被覆作物は、1エーカーあたり最大500ポンドの窒素を生成する可能性があります。
庭の情報源は、マメ科植物が土壌に窒素を加えると言うのが一般的です。他の植物と比較して、根粒菌と組み合わせて、外部の窒素の需要を大幅に減らすのに十分な窒素を固定していると言った方が正確です。土壌には他にも窒素の投入があります—自由生活の窒素固定剤、動物の糞尿、そしてもちろん人工肥料を含みます。サイクルの一部でマメ科植物を育てると、必要な外部窒素の量が大幅に減少します。窒素を固定するためにバクテリアと共生関係を形成する他の植物があります—フランキアバクテリアと共生関係を形成するアルダーツリーのように—しかしマメ科植物はそうする唯一の食用作物です。
成長するマメ科植物
マメ科植物は成長するのが難しくなく、ほとんどの庭の土壌でうまくいきます。根粒を形成するために必要な細菌はほとんどの土壌に存在しますが、土壌接種物を追加することで根粒菌のレベルを上げることができます。これらは、庭の種を販売するほとんどの企業から入手できます。さまざまな種類の細菌がさまざまなマメ科植物に生息しています。たとえば、インゲンマメを植える場合、大豆の接種は役に立ちません。ある種のマメ科植物を庭の区画に植えると、バクテリアは何年もの間土壌に残ります。次にその作物を植えるときに、再接種する必要はありません。
マメ科植物の根粒は窒素を固定しますが、根粒が形成され、バクテリアが増殖してかなりの量の窒素が生成されるまでにはしばらく時間がかかります。したがって、マメ科植物を植えるときに少量の窒素含有肥料を土壌に加えると、若い植物がより早く成長するのに役立ちます。また、根粒は「PK」ではなく「N」を供給します。そのため、植物が咲く頃に少量のリンとカリウムを加えると、作物に役立ちます。
最後に、根粒で生成された窒素の利点を享受するには、収穫後に植物をかき混ぜて土壌に戻すことを忘れないでください。あるいは、植物を堆肥化し、腐植土を土壌に戻します。
時間と空間の輪作！
さまざまな作者や園芸グループが推奨するさまざまな輪作があります。もちろん、多くの庭師は、同じものを2回続けて植えることを避けて、無計画な形の輪作を実践しています。一部の輪作には、1つまたは複数の庭の区画を数年間休耕させることが含まれます。休耕地を残すことの背後にある考え方は、植物病原菌から宿主を奪い、前シーズンの輪作からの有機物を土壌中で分解させ、その栄養素を放出させることです。さらに、少量（1エーカーあたり最大5ポンド）の窒素が、土壌中の自由生活窒素固定剤を介して戻ります。
区画を休耕させるとき、被覆作物を植えることは侵食を防ぎ、土壌にディスクする有機物を提供するのに役立ちます。被覆作物が「緑肥」作物である場合、土壌は窒素で強化することもできます。
ほとんどの場合、庭師は毎年すべての庭の区画を生産し続けます。このような場合、食用マメ科植物（豆や豆類）をローテーションに取り入れることは非常に有利です。ここにいくつかの一般的な輪作とそれらの長所と短所があります。
最も単純な回転
最も単純な実用的な輪作計画から始めましょう。これは、トマトなどの単一の作物を栽培したい人にのみ関心があります。このローテーションでは、庭師は自分の庭を2つの区画に分割します。最初の年、彼女は最初の区画にトマトを植え、2番目の区画を休耕地にしました。翌年、彼女はこれを逆転させ、パターンが繰り返されます。
庭師が同じ家族ではなく、2番目の種類の野菜に興味がある場合、つまり、ピーマン、ナス、ジャガイモではない場合、毎年1つの休耕地を残す代わりに、区画を交互に変えて両方の区画の生産性を維持できます。商業的農業では、トウモロコシと大豆に高い価格が課せられているため、トウモロコシと大豆の交互の輪作がかなり一般的です。この単純な輪作では、両方の区画が毎年生産され続ける場合、区画の1つが休耕されたままの状況と比較して、より多くの肥料を適用する必要があります。家庭規模では、これはそれほど問題にはなりません。庭師は、粒状肥料、堆肥、またはその2つの混合物を簡単に適用できます。
この交互のローテーションは、専任のトマト庭師には有効ですが、いくつかの潜在的な問題があります。まず、庭師は区画内で微量栄養素の問題を引き起こす可能性があります。トマトは、窒素、カリウム、リンを必要とする程度まで、カルシウム、マグネシウム、硫黄を必要とします。それらはまた、少量の他の微量栄養素を大量に必要とします。 2年間のトマトから休耕地へのローテーションでは、これらの栄養素の1つまたは複数が徐々に枯渇する可能性があります。さらに重要なことに、このローテーションは最終的にプロット内のトマト病原菌を濃縮します。これは病気の発生につながる可能性があり、庭師は少なくとも2年間、これらの区画でトマトやナス科の植物の植え付けをやめる必要があります。
より実用的なローテーション
実際には、家の庭師は彼女が育てることに興味がある植物のリストと一定量の庭のスペースを持っています。庭は任意の数の区画に分割でき、各区画は、必要に応じて3年、4年、またはそれ以上の回転で、独自の回転パターンを持つことができます。多くの場合、私のものも含めて、輪作は広範囲に計画されていません—庭師は単に同じ地面に同じものを植えることを避けます。また、それに直面しましょう。あなたが最も育てたいものが輪作のルールと矛盾することがあります。他の点では健康的な庭で、たとえばトマトを植える場合、同じ区画に2年続けて植えることはおそらく問題ありません。これは、前のシーズンに病気の兆候がなかった場合に特に当てはまります。
庭を適切な数の区画に分割し、次の経験則に従うだけで、実行可能な庭のローテーションを組み立てることができます。
1.毎年何を植え、どこに植えたかを記録します。次のシーズンの庭を計画するときにこれを参照してください。必要に応じて輪作を計画したり、季節ごとにパズルのように扱ったりすることができます。
2.食用マメ科植物を楽しむ場合は、すべての区画の輪作にそれらを含めます。そうでない場合は、クローバー、アルファルファ、ベッチ、またはその他の「緑肥」カバー作物を3〜4年ごとに輪作に入れます。
3.生物学的家族によって輪作。古いガーデンガイドの中には、野菜を葉物野菜、果物、根などの機能カテゴリに分類するものがあります。ただし、生物学的家族には複数の種類の野菜を生産するメンバーがいる可能性があるため、これは問題を引き起こす可能性があります。たとえば、ナス科には、トマト、ピーマン、ナス（植物学的には果物）、ジャガイモ（塊茎）が含まれます。
4.大量の窒素を必要とする植物でマメ科植物の季節を追います。これらのいわゆる「ヘビーフィーダー」には、トウモロコシ、トマト、ほとんどのグリーンが含まれます。マメ科植物に戻る前に、「軽いフィーダー」の1つまたは複数の季節で「重い」季節をたどってください。
5.病気のサイクルを断ち切るには、各プロット内で少なくとも3年のサイクルを使用します。サイクルが長いほど良いです。また、可能であれば、同じ家族のメンバーを前シーズンのパッチからできるだけ離して植えるようにしてください。たとえば、1つのパッチにカボチャを植えた場合は、次のシーズンに隣接するパッチにカボチャを植えないようにしてください。これは難しい場合があり、昨シーズンの庭が健康だった場合は通常無視できます。
6.小さな庭で深刻な病気の発生が発生した場合は、その植物ファミリーのすべてのメンバーを、少なくとも2年間、すべての区画の輪作から退却させます。
7.輪作にマメ科植物が含まれている場合でも、毎年庭の区画に肥料を追加する必要があることを期待してください。輪作とマメ科植物の植え付けの利点は役立ちますが、毎年同じ区画で野菜を栽培する効果に完全に対抗することはできません。
8.ガーデニングは趣味で、楽しいはずです。輪作のアイデアで、成長が苦手なものを植えたり、同じ区画に2年連続で同じものを植えることを思いとどまらせたりしないでください。同様に、あなたの庭のいくつかの区画は、すべての種類の野菜を育てるのに適していないかもしれません。これは、部分的な日陰、土壌のpH、排水、またはその他の理由が原因である可能性があります。輪作計画で、繁栄しないことがわかっている場所に何かを植えることを強いられないようにしてください。
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