著者は、アーカンソー大学農学部の教授であり、飼料飼料の専門家でもあります。
マメ科植物は、歴史を通じて牧草や干し草の作物として使用されてきました。それらは、家畜の体重増加を改善し、フェスク内生菌の問題を減らし、放牧シーズンを延長し、窒素 (N) 固定による窒素肥料の投入を減らす高品質の飼料です。 N を固定する根粒菌とマメ科植物のユニークな関連付けは、しばしば促進されますが、広く誤解されているプロセスでもあります。
固定された N の総量は、マメ科植物の種と畑の個体数によって異なります。異なるマメ科植物によって完全なスタンドから固定された N の報告された量は大きく異なります。たとえば、ヘアリー ベッチによって固定された N は 1 エーカーあたり 50 ～ 150 ポンドの範囲であり、アルファルファの報告範囲は 1 エーカーあたり 128 ～ 250 ポンドです (表 1)。クリムゾン クローバーやアローリーフ クローバーなどの一年生のマメ科植物は、多年生のマメ科植物よりも高い速度で N を固定しますが、生育期間が長いほど、多年生のマメ科植物は N の総量をより多く固定することができます。
固定から利用できる N の潜在的な量が多いため、マメ科植物は遊離 N 肥料の供給源として促進されます。アーカンソー州で行われた研究では、フェスク クローバー スタンドでは、飼料収量がいくつかの肥料 N 率で類似していることが示されました (表 2)。このような結果や同様の研究は、マメ科植物が窒素を固定し、混合物中のコンパニオン グラスが使用するために土壌に放出するというよくある誤解につながっています。しかし、マメ科植物は N を草と自由に共有するわけではありません。
高価なプロセス
共生窒素固定により、マメ科植物はN欠乏環境で成長することができます。窒素固定は、マメ科植物と窒素固定を担う根粒菌の両方にとって、生物学的に費用のかかるプロセスです。バクテリアはマメ科植物の根に感染し、根粒菌が生きて仕事をする根粒を形成します.
根粒菌は土壌中の空気から窒素を固定し、マメ科植物は固定された窒素から恩恵を受けます。次に、マメ科植物は光合成から根茎菌に炭水化物と糖を提供します.各生物は、協会から必要な栄養素を取得します。窒素固定は、窒素施肥を必要とせずにマメ科植物の成長を直接促進します。強化された草の成長は、N 固定の間接的な効果にすぎません。
植物は、雪や雨などのさまざまな供給源から N を使用します。土壌有機物 (OM)。土壌中の OM の割合単位ごとに、1 エーカーあたり年間 10 ～ 30 ポンドの N を提供できます。施肥率によって異なる肥料または動物の糞尿。 N はマメ科植物によって固定されています。
窒素が動物の糞尿または肥料によって適用されると、マメ科植物は草と同じように他の供給源からの遊離窒素を使用するため、窒素固定が停止します.ただし、牧草はマメ科植物よりも N に対して競争力があります。マメ科植物は一般的に水平方向の葉を持っていますが、牧草はより垂直方向です。追加された N によって草が背が高くなるにつれて、それらはマメ科植物に日陰を作ります。濃い色合いも N 固定率を低下させます。
したがって、N を追加してもマメ科植物に直接的な悪影響はありませんが、正味の効果は、牧草地からマメ科植物に群がる牧草との競争が大きくなることです。アーカンソー州の研究では、バミューダグラスとクローバーの芝のクローバーの割合が、使用する窒素肥料を増やすごとに半分になることが示されました (表 3)。
ほとんどが上位の成長
根粒は工場であり、N 倉庫ではないことに注意することが重要です。ジェラルド・エバーズがテキサスで行った調査によると、N の最大 90% が年間マメ科植物の成長の頂点にあることが示されました。多年生のマメ科植物では、N の約 70% から 80% が植物の上部成長部にあります。マメ科植物の頂部生育は、典型的には約 2.5% から 4% の N を含みます。これは、飼料乾物 (DM) 1 トンあたり約 50 から 80 ポンドの N に相当します。
バージニア州で行われた研究では、レッド クローバーの 53% の林分またはトール フェスクで栽培されたアルファルファの 59% の林分が、1 エーカーあたりそれぞれ 4.7 および 5.8 トンの総 DM 収量に十分な N を固定していることを示しました。マメ科植物の上部生育には 2.8% から 2.9% の N が含まれていました。
転送の 3 つのモード
固定された N が植物の上部の成長にあり、スタンド内のコンパニオン グラスと自由に共有されていない場合、どのようにして草地内の草や他の植物に到達しますか?
N 転送には 3 つの主要なメカニズムがあります。これら 3 つの経路の中で最も小さい経路は、根同士の接触と菌根菌の関連によるものです。他の 2 つの主要な経路は、放牧による植物と動物の循環によるものと、植物の腐敗によるものです。群を抜いて最大の伝達経路は、草食動物を介した植物材料の循環であり、ほとんどは地上で、また地下の草食動物によっても循環します。
放牧されている動物の体内には、ごくわずかな量の N しか保持されません。摂取された窒素の最大 80% から 90% が尿と糞便に排泄されます。尿中の窒素の約 50% は揮発によって失われます。
明らかに、システムはやや漏れやすく、すべての固定 N が土壌に取り込まれているわけではありません。さらに、牧草による排泄された窒素の利用は、放牧地全体の排泄物の分布に依存している。研究者は、牧草地の約 14% から 22% だけが毎年この移動によって覆われていることを示しています。
放牧管理と放牧率は分布に影響を与える。放牧率が低く、継続的な放牧システムでは、より多くの肥料と尿が水と日陰の近くに集中する傾向があります。 N の多くは、牧草地全体に高い放牧率で、回転システムで分布しています。
干し草畑では違います
干し草システムでは、窒素含有トップ成長のほとんどが除去されるため、二次移動メカニズムが機能します。放牧後の N 移動の 2 番目に大きい経路は、植物の分解によるものです。植物が干し草のために放牧または収穫されると、根が枯れてしまい、脱落した結節ができます.通常の植物の成熟と損傷により、冠、葉、茎が枯れます。これらの植物の部分は、バクテリアや菌類の作用によって腐敗し、時間の経過とともに窒素を放出しなければなりません.
この経路は、バミューダグラスなどの草に一年生のマメ科植物が過剰に播種されている暖かい季節の草システムでは、重要な窒素源になる可能性があります。一年生のマメ科植物が晩春に成熟して枯れると、植物の残留物が分解され、夏の暖かい季節の草が使用するために窒素が放出されます.テキサス州の研究では、バミューダグラスにオーバーシードされた冬の一年生のクローバーの組み合わせが、N 1 エーカーあたり 113 から 142 ポンドに相当する肥料を施したバミューダグラスと同じ量の DM を産出することが示されました。
窒素固定には時間がかかります
植え付け後、根粒形成と窒素固定が始まるまでにはタイムラグがあります。この期間は、植物の出芽後約 3 週間です。多年生植物の窒素固定は樹立年が最も低く、2 年目または 3 年目には 90% 以上に達します。
アーカンソー州の研究では、これらのマメ科植物をバミューダグラスの牧草地に播種すると、クローバーまたはアルファルファの割合が4年間で増加したことが示されました.エーカーあたりの子牛の体重増加は、マメ科植物の割合が4年間の研究の過程で増加するにつれて、特にアルファルファで改善する傾向がありましたが、窒素肥料が適用された非マメ科植物の治療では、増加量は一般的に低かった.興味深いことに、エーカーあたりの子牛の増体は、N 肥料処理では深刻な干ばつの年に劇的に減少しましたが、マメ科牧草処理では何年にもわたってより安定したままでした (図 1 および 2)。
マメ科植物は重要な飼料であり、N インプットの必要性を減らします。飼料システムで N サイクリングがどのように機能するかを知ることは、これらの飼料を効果的に利用するために重要です。理解すべき重要な概念は次のとおりです。N 固定からの飼料の成長はプロセスですが、N 受精による飼料の成長は 1 回限りのイベントです。
この記事は、Hay &Forage Grower の 2020 年 4 月/5 月号に掲載されました。 6～8ページ。
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