著者はノースカロライナ州ローリーにある USDA-Agricultural Research Service の研究生態学者
研究試験と農場の両方で、窒素肥料の施用に対する反応はかなり変動する可能性があります.植物の色がより緑色になることを除けば、窒素を適用しても飼料の成長と収量にほとんど影響がないという状況を私たちは皆見てきました.逆に、窒素の適用が牧草地の生産性に大きな影響を与える状況に注目しました。
窒素は、植物や動物の組織におけるタンパク質の必須要素です。タンパク質は、酵素や DNA など、生物が効果的に機能するためにさまざまな分子で必要とされます。すべての植物において、窒素は、光合成に必要な必須化合物であるクロロフィルの形成と機能において最も重要な要素です。クロロフィルを介した大気からの二酸化炭素固定がなければ、動物は存在せず、植物や動物からの食物もありません.
環境のトレードオフ
したがって、飼料に十分な量以上の窒素を適用する必要があるかもしれません。この重要な栄養素にそのような制限はありません.それはうまくいく可能性がありますが、窒素は高価であり、地下水に漏れたり地表水に流出したりして環境災害を引き起こしている窒素が多すぎるため、水質の問題の多くが存在します.
食べる食べ物を作るためだけに毒を盛るべきではありませんよね？
窒素のジレンマは、環境的および経済的損失を引き起こさずに十分な適用量を決定することです.もちろん、他にも多くの重要な問題があります — 植物を最大限に利用し、環境への損失を最小限に抑えるために窒素を適用するのに最適な時期はいつですか?最も費用対効果が高く、植物の吸収効率が最も高いのはどの形態の窒素ですか?浸出、揮発、脱窒による損失を避けるために、キャノピーまたは土壌プロファイルのどこに窒素を適用する必要がありますか?
干し草や飼料作物に
収穫時の窒素 (N) 含有量が 2% で、毎年 1 エーカーあたり 5 トンの収穫を予定している場合、1 エーカーあたり少なくとも 200 ポンド (10,000 ポンド x 2% =200 ポンド) を適用することが理にかなっています。しかし、適用する窒素の約 50% のみが実際に作物に取り込まれて利用される場合、1 エーカーあたり 400 ポンドの N が毎年必要になるでしょう。
残りの 50% の窒素はどこに行くのでしょうか?
一部は、大気中へのアンモニア揮発によって失われます。一部は亜酸化窒素ガスに脱窒され、大気中に失われる可能性があります。一部は、硝酸塩としてルート ゾーンの下に浸出する場合があります。一部は、土壌表面から近くの土地または地表水に洗い流される可能性があります。侵食によって土壌粒子とともに洗い流されるものもあれば、土壌微生物によって新たに形成される有機物に取り込まれるものもあります。これらはすべての可能性ではありません.
豊富な窒素源
では、土壌炭素は草のタンパク質とどのような関係があるのでしょうか?
それは土壌有機物と土壌微生物の問題です。土壌有機物は主に炭素で構成されています。実際、土壌有機物の 58% は炭素です。土壌微生物は、細菌、菌類、放線菌など、顕微鏡で見る必要がある土壌中の最小の生き物です。もちろん、土の中にも目に見える生物はたくさんいます。
農地の土壌有機物にも窒素が4～6%含まれています。土壌の有機窒素はしっかりと結合しており、土壌微生物によってアンモニウムと硝酸塩に無機化されなければなりません。これらは、植物によって容易に取り込まれる 2 つの無機形態の窒素です。土壌に 2% の土壌有機物が含まれている場合、その土壌には 1 エーカーあたり 800 ～ 1,200 ポンドの N が存在する可能性があります。土壌に 5% の土壌有機物が含まれている場合、1 エーカーあたり 2,000 ～ 3,000 ポンドの N が存在する可能性があります。これは、上部 4 インチの土壌に大量の窒素が含まれており、次の 20 インチの土壌には同量の窒素が含まれている可能性があります。
土壌中の窒素の一部を利用することはできますが、成長期にどれだけ利用可能になるかを予測することは困難でした.科学者たちは、合成窒素肥料の開発につながった産業革命の前に、この問題をより集中的に研究していました.硝酸アンモニウムと尿素が容易に入手できるようになると、有機物からの窒素の無機化を理解することへの関心は大幅に低下しました。
現在、窒素肥料コストの上昇、水質浄化の取り組み、土壌の健康への関心が収束するにつれて、窒素の無機化を理解することに新たな関心が寄せられています。ここで、土壌中の炭素を理解することが、草のタンパク質につながります。
最適な窒素率の違い
ノースカロライナ州とその周辺の州全体で行われた一連の農場でのトール フェスク備蓄試験では、土壌有機物の無機化に由来する窒素の量が、尿素肥料によって供給される窒素の量と比較されました。土壌サンプルは、備蓄期間の開始時 (9 月初旬) に収集され、土壌窒素無機化および土壌試験生物活性について分析されました。
背の高いフェスクの飼料は、飼料の成長と栄養価が決定される 12 月または 1 月までの約 4 か月間、妨げられることなく成長することが許可されました。次に、この管理アプローチの典型として、肉牛がこれらの牧草地に放たれました。
実験期間中、窒素は 1 エーカーあたり 0、40、80、および 120 ポンドの N で適用され、これらの処理は、2018 年の秋に実施された 37 の試験のそれぞれで、合計 16 のプロットに対して 4 回繰り返されました。同様のアプローチを使用して 2015 年と 2016 年に実施された 55 件の試験からも結果が得られました。
すべての試験で平均すると、窒素肥料の適用率が高いほど飼料収量が改善されました。これは珍しいことではなく、現在の秋の備蓄用飼料の多くでは、エーカーあたり 50 ～ 100 単位の窒素が必要とされています。しかし、この研究でユニークだったのは、92 回の試験のうち 26 回だけが、追加された窒素のコストをカバーするのに十分な収量応答を示したことです。
66 件の試験 (72%) では、生産を最適化するために、土壌にすでに存在していた以上の窒素は必要ありませんでした。 4 インチの土壌の表面に残留する無機窒素の量は少なかったため、利用可能な窒素の最も合理的な供給源は、有機物の無機化によるものでした.
肥料窒素に反応する畑とそうでない畑があるのはなぜですか?
反応性フィールドと非反応性フィールドの間で土壌のアンモニウムと硝酸塩に違いがなかったため、土壌の表面 4 インチに残留する無機窒素の量が原因ではありませんでした。この違いは、土壌有機物からの窒素無機化の量によるものでした。
実験室の理想的な条件下での土壌窒素無機化の可能性は、肥料窒素にまったく反応しなかった試験で、エーカーあたり平均 131 ポンドの N でした。収量を最適化するために最も多くの窒素肥料を必要とした試験では、土壌窒素の無機化はエーカーあたり 93 ポンドの N で有意に低かった.収量を最適化するために 1 エーカーあたり 40 ポンド以下の N の肥料を必要とする試験では、1 エーカーあたり 119 ポンドの N という中間レベルの土壌 N 無機化が得られました。
より実践的なテスト
これらの結果は、初めてそれらを見た多くの農家の協力者にとって驚くべきものでした.しかし、農場での飼料や放牧管理の選択によって土壌の健康状態が変化する可能性があることを認めれば、それらは理にかなっています。窒素無機化の可能性が高い土壌は、利用可能な窒素を植物に供給する能力が高くなります。残念ながら、ラボで土壌窒素の無機化の可能性を判断できるようにするには、少なくとも 2 か月の処理時間が必要であり、この 1 回の分析だけでサンプルあたり約 40 ドルの費用がかかります。
幸いなことに、土壌試験の実際的な側面は、研究プロジェクトの開始時に考慮されました。土壌窒素無機化能の推定とともに、土壌生物活性の単純で迅速かつ経済的な推定も決定されました。
土壌検査の生物活性を評価しました。これは、サンプリングから土壌検査レポートの送信までに約 1 週間しかかからず、研究環境ではサンプルあたり約 5 ドルから 10 ドルしかかからない可能性があります。土壌試験生物活性が適切な代替物と見なされる理由は、土壌窒素無機化と土壌試験生物活性との間に強い関連性があるためです。この関連性は、この研究 (図 1 を参照) や他の研究でも観察されました。
この研究の影響は、干し草と飼料の生産者が土壌試験を使用して土壌の生物学的健康状態を判断し、収量を最適化するために必要な肥料窒素の量を合理的かつ圃場固有に決定できるようになったことです。この土壌試験は、生産者が短期的に利益の可能性を微調整し、投資された肥料の効率を最大化し、地域の流域の健康に貢献するのに役立ちます。肥料の窒素を最適化することで、土壌有機物に炭素を隔離することで、農業の二酸化炭素排出量も削減できます。
あなたの農場でこのアプローチの価値を確認したい場合は、お住まいの地域の土壌試験研究所に連絡して、土壌生物学的試験を提供しているかどうかを確認してください.それはあなたの経済的および生態学的な利益になるかもしれません！
この記事は、Hay &Forage Grower の 2020 年 3 月号に掲載されました。 20ページと21ページ。
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