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沖縄県の土壌とさとうきびの施肥

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最終更新日:2010年3月6日

砂糖類情報ホームページ

[2009年10月]

【調査・報告】
沖縄県農業研究センター 土壌環境班長 久場 峯子

はじめに

 中国やインドの人口増加による食糧増産、経済発展の著しい国々での穀物から肉を中心とした食生活の欧米化、米国・ブラジルのバイオ燃料増産などを背景に、肥料需要が急増している。そのため2005年頃から上昇し始めた肥料価格は、原油価格の高騰が原料輸送価格を押し上げ、2008年にはついに1.5〜2倍(対2005年比)に跳ね上がった。肥料代を含めた生産コストの増大は、さとうきび価格が据え置きの中農家経営を圧迫し、施肥量を減らす動きが出ている。

 現行の沖縄県さとうきび施肥基準は1963年の旧基準に比べかなり施肥量を減らしたものになっているが、肥料が安い時期にはなかなか遵守されてこなかった。窒素だけは、その多施用による甘しゃ糖度低下を懸念し、品質取引開始時に施用を幾分控えるようになったが、その後軽作業化が進み、追肥回数の減少とそれにともなう培土の省略など、窒素施用効果が出にくい施肥体系になりつつある。一方、過剰障害を生じにくいリン酸とカリはまだ多肥の傾向にある。そこで本稿では、地力保全基本調査と施肥基準設定試験で得られたデータを用い、沖縄県の代表的土壌の紹介とさとうきび施肥に対する考えを述べたい。

1.沖縄県に分布する土壌の分類

 作物の施肥について述べるには、培地としての土壌の状態を知る必要がある。すなわち、栽培・施肥履歴の長短、施肥量の多少による土壌化学性の変化を考慮した考察が求められる。そこで本稿では、土壌が本来持っている性質を反映すると考えられる下層土と、人的活動を受けた作土の両面から本県の土壌特性を紹介する。

 図1および表1は、全県下100地点から採取された下層土試料について、pH・全炭素(T-C)・全窒素(T-N)・塩基置換容量(CEC)・交換性塩基(ex-Ca,ex-Mg,ex-K,ex-Na)・リン酸吸収係数(燐吸)・全燐酸(T-P)の10項目を用い、主成分分析という統計的手法で本県土壌の特徴付けを行った久場の報告をもとに作成したものである。主成分分析とは多変量解析のひとつで、相関関係にあるいくつかの特性値(項目)を合成(圧縮)していくつかの成分にし、その総合力や特性を求める方法である。各主成分(Z1〜n)がどの測定項目をどれだけ説明しているかという係数を表1に示す。

表1 主成分の係数と寄与率
図1 土壌サンプル別スコアとパターン

 主成分Z1は、pH,T-C,T-N,CEC,燐吸等土壌反応という化学性に加えて腐植と土性(土壌粒子の大きさ)に関係する物理的側面を説明する成分と考えられる。

 主成分Z2は、交換性塩基を説明する成分である。この場合、塩基含量が高くなると若干腐植に乏しくなる傾向、あるいは腐植含量は高いが塩基に欠けるという特徴を示している。

 主成分Z3は、高pHで低燐酸、Caを除く交換性塩基の低含量、あるいはpHとex-Caが低くT-Pとex-Mg・K・Naが高いという特徴を現している。

 3つの成分を用いると、10特性値の持つ全情報の約70%が説明できることになる(累積寄与率(注1)67.3%)。個々の試料には主成分ごとのスコアが計算され、それをスコア座標系にプロットしたのが図1で、類似するスコアパターンを持つ各土壌をまとめると、大きく4つの土壌型に分けることができた。これらは、沖縄古来の分類で島尻マージ、国頭マージ、ジャーガルと呼ばれる3主要土壌と、古くは島尻マージに分類されていた南北大東島の石灰岩上に分布する赤黄色土壌の計4土壌型にほかならない。これらの土壌は本県全耕地面積のそれぞれ40.9%、31.4%、17.9%、2.0%を占める。このうち島尻マージおよび国頭マージは比較的主成分スコアの分散が小さく、各土壌サンプルは相当する土壌型の代表特性の範囲で特徴付けられる。一方ジャーガルでは分散が大きく、代表特性から逸脱する土壌もかなりあり得ることが予想される。

2.各土壌型の特徴

 表2および表3の主要土壌の理化学性分析値をもとに、若干の物理性も加えて(表4)、以下各土壌型の特徴を紹介する。土壌断面の写真は、沖縄県農業研究センター総務企画総括の國吉氏の提供による。

表2 主要土壌下層土の理化学性分析値
表3 主要土壌作土の理化学性分析値(1979年)
表4 主要土壌下層土の物理的特性

 島尻マージ(写真1)は、沖縄本島中南部、宮古地域、八重山地域に広く分布する石灰岩を母材とする鈍い赤味のある土壌である。基岩が50センチ前後の深さで出現し、有効土層の深さを制限する場合もある。粘土含量が非常に高く強粘質であるが、土壌構造(砂や粘土などの土壌構成粒子が互いにくっつきあってできた自然的土壌集合体)が強度に発達しているため通気性・透水性は良好である。そのため、降雨後も耕運することができる扱い易い土壌であるが、干ばつ時には土壌水分の低下をきたし、さとうきび葉にロール現象を見るのが早い。本県の土壌の中では腐植含量の高いほうであるが、好ましいとされる値には程遠い。養分保持力を反映するCECは中程度で、弱酸性〜微アルカリ性を呈し、全燐酸含量は非常に高い。

写真1 島尻マージ

 国頭マージ(写真2)は、沖縄本島中北部、久米島、八重山地域の台地、丘陵地、山地に広く分布する洪積層、千枚岩、安山岩などを母材とする赤〜黄色の残積土壌である。これら母材は比較的軟らかく、大型機械を用いた開発が容易である。土性は粘質〜強粘質であるが侵食を受けやすく、強雨のあとの赤土流出が問題になっている。腐植に乏しく、CECは低く、強酸性を呈し全燐酸含量の非常に低い、肥沃度の最も低い土壌である。

写真2 国頭マージ

 ジャーガル(写真3)は、主に沖縄本島中南部の丘陵地に分布する島尻層群泥岩を母材とする灰色〜褐色の土壌である。母材の泥岩は固結度が弱く乾燥湿潤を繰り返すことで容易に砕けるが、強粘質で排水性が悪く、降雨後の耕運は非常に困難である。腐植は国頭マージ程ではないが乏しい。CECは高いほうで、炭酸カルシウムを含むためアルカリ性を呈し、全燐酸含量は高くはないが本県で最も肥沃な土壌である。

写真3 ジャーガル

 南北大東島に分布するマージは石灰岩上に分布する強粘質の土壌である。ex-Ca含量が低いため大部分が強酸性、土色が赤〜黄色を呈すること以外は化学性・物理性・土壌断面形態は島尻マージに類する。しかし日本耕地土壌分類では、その土色のために赤・黄色土に分類されており、沖縄独自の呼称からするとそれらは国頭マージに相当するため混乱を生じている。この土壌の母材については議論が絶えないが、筆者は沖縄独自の呼称として国頭マージの範疇には入れず、新たな呼び名“大東マージ”を提唱している。

3.施肥基準

 沖縄県のさとうきび施肥基準設定に向けての近年の試験は、1980年に開始された。復帰後急速に基盤整備事業が展開されたことに加え、当時の施肥基準(表5)は、化学肥料の流通が始まり出した1963年にそれまで主流だった堆厩肥をベースに改定されたもので、現状にそぐわないものと考えられたからである。ほとんどの農家はさとうきび栽培に堆肥を施用しなくなっていたにもかかわらず、表中各土壌型の上段(堆肥ありの場合)の数値だけが使われていた。そういう状況を考慮しながら、堆肥無施用を前提に先述した3土壌型で試験を開始した。対象品種は、当時どこでも広く普及していたNCo310である。 

表5 旧基準施肥量

 窒素については、試験開始1作目こそ島尻マージにおいて施用効果がなかったが、押しなべて当時の基準量程度が適量で、国頭マージの造成畑では増施が必要であった。各施用レベルの長期施用で収量がどう変化するのか。図2に窒素成分の溶脱が3土壌型中最も激しいと考えられる島尻マージの例をあげる。作が進むにつれて、標準量区の収量は5割増区に及ばなくなった。ジャーガルでは無窒素区と5割減区は島尻マージと同様な傾向にあったが、標準量と5割増の差は試験を継続した8作まで見られなかった(図3)。この違いは、島尻マージの保水性の弱さに起因する硝酸の易溶脱性と、ジャーガル特有の粘土鉱物組成(アンモニア吸着)によるものと推察される。国頭マージにおける窒素無施用は造成畑、熟畑を問わず初作から減収を招き、その程度は造成畑で大きい(図4)。熟畑では2〜3作は5割減じても標準量並みの収量を得ることが可能であったが、4作目では約20%の減収になった。

図2 島尻マージにおける窒素施用レベルを異にした長期作付けによる収量の変化
図3 ジャーガルにおける窒素施用レベルを異にした長期作付けによる収量の変化
図4 国頭マージにおける窒素施用レベルを異にした中期作付けによる収量の変化

 リン酸については、結論から言えば、国頭マージの新開地を除いて施用効果がなかった。国頭マージにおけるリン酸多投の必要性が指摘され、旧施肥基準では表5に示すように熟畑・造成畑(新開地)に限らず毎作50キログラム/10アール施用が推奨されていた。しかし、造成後初作時の50キログラム/10アール施用は不十分で、80〜100キログラム/10アールの施用で土壌中の有効態リン酸レベルを上げる必要があった。土壌リン酸レベルと収量の関係を図5に示す。その後25キログラム/10アール施用を3作繰り返すことにより、7ミリグラム/100グラムの有効態リン酸含量が10ミリグラム/100グラムへ微増した。一方国頭マージ熟畑では4作の間施肥反応がなく(図6)、リン酸無施用でも、26ミリグラム/100グラムの有効態リン酸が22ミリグラム/100グラムへ微減するにとどまった。

図5 国頭マージ造成畑におけるリン酸施肥反応と有効態燐酸
図6 国頭マージ熟畑におけるリン酸施肥反応

 島尻マージおよびジャーガルにおけるリン酸施肥反応の細かいデータは省略するが(表6)、島尻マージ下層土(ジャーガルの母材クチャ客土により、純粋な島尻マージ造成畑の確保が困難だったため、下層土を用いた1/2000アールポット試験(注2)で試みた)以外の土壌では、試験期間の5作の間で施用効果はみられなかった。下層土試験結果で、20キログラム/10アール施用が必要と示唆された。しかし、ポットという土量が少ない条件下での試験で、養分供給能が低く評価された可能性がある。熟畑では5作の間にリン酸無施用区の有効態リン酸は、島尻マージでは11.5ミリグラム/100グラムと増減がなく、ジャーガルではわずかに減った。

表6 リン酸およびカリの施肥反応と農家圃場の栄養・土壌診断結果概要

 さとうきび地上部によるリン酸吸収量は、全土壌型をとおして、最も多く吸収された熟畑夏植えで約6〜8キログラム/10アールであることも考慮すると、全体的に施用量は多すぎると判断された。

 カリについては全ての土壌型で、熟畑・造成畑を問わず施用効果がなかった。ただしリン酸と同様に、島尻マージ下層土では15キログラム/10アール施用する必要があった。熟畑では試験期間の5作の間施肥反応はなかった(図7)。表6に示すように、国頭マージ熟畑も同様であった。ジャーガルにいたっては施肥履歴のない造成畑でも、9作施用効果がなかった。その間カリ施用の有無に関わらず、交換性カリは15.6ミリグラム/100グラムから21.6ミリグラム/100グラムへ増加した。特筆すべきは国頭マージのカリに対する反応である。造成畑でも4作の間施肥反応が見られず、無カリ区で5作目に若干の収量減を生じた。無K栽培10作目で品種をF177に変えた時の減収率は30%であった(データ省略)。

図7 島尻マージ熟畑におけるカリ施肥

 さとうきび地上部によるカリの吸収は、ジャーガルの70キログラム/10アールで明らかなように、必要なくともあればあるだけ吸収するいわゆる贅沢吸収があるため、カリもリン酸同様減肥の対象になるものと判断された。

 以上の施肥反応・養分吸収量・土壌養分含量変化等のデータを基に、1985年に第1次改定を行った(表7)。改定基準値は窒素では旧基準値と大きな差は無い。しかし、リン酸とカリについてはさとうきびの吸収量が供給可能で、かつ土壌にわずかに蓄積されると考えられる最低限の量としたため、かなりの減肥になった。

表7 第1次改定基準施肥量
単位 kg/10a
*国頭マージの新開地扱いは6作程度を目安とする。

 2次改定として1993年にリン酸とカリのさらなる減肥、島尻マージの窒素増と施肥時期の改定を一部加え、現行の基準を作成した。その経緯についての説明は、次の機会に譲りたい。

 その後1996年から1998年にかけて沖縄本島北部、久米島、宮古島、石垣島の各地域約100地点のさとうきびについて栄養診断と土壌診断を実施した結果、ほとんどのほ場でリン酸およびカリの蓄積が進み、かつさとうきびの栄養診断も窒素を除き診断値を充たしていた。それまで過剰害が報告されていないリン酸であったが、国頭マージの有効態リン酸含量と葉身中リン酸濃度の間に緩い正の相関、葉身中リン酸濃度と甘しゃ糖度との間に緩い負の相関関係があった。カリについても国頭マージと島尻マージで交換性カリ含量と葉身中カリ濃度の間に強い正の相関、葉身中カリ濃度と甘しゃ糖度との間に強い負の相関関係があり、両成分の施用量はまだ減らせると考える。ジャーガルについては調査点数が少なかったため考察をしてないが、同様な傾向がみられるであろう。

4.未利用資源の有効活用

 さとうきび産業の経済波及効果の高さは周知のとおりあるが、さとうきびの波及効果は“経済”だけに止まらない。環境保全効果を内含するのである。すなわち、さとうきびは大量に発生する畜産廃棄物や食品加工残さなどの有機性廃棄物を肥料分として再利用し易い作物であり、かつ栽培面積も広く、環境浄化作物として機能する。最終生産物が砂糖という純粋な結晶であるため、食の安全も満たされる。環境問題がそれほど問われなかった一昔前には、「さとうきびほ場を『廃棄物処理場』とするのか」と怒る先輩方もおられた。しかし現在では未利用資源の有効活用という観点から、有機性廃棄物を畑地還元する動きが活発になっている。

 一例として泡盛蒸留粕について触れよう。復帰後国税庁の優良酵母が導入され飲みやすくなった泡盛は、消費拡大を生み製造量も増加した。それに伴い、大量に発生する副産物“泡盛蒸留粕(もろみ粕)”の処分に悩むことになった。ロンドン条約で2000年以降海洋投棄が禁止されると見た沖縄県酒造組合連合会の相談に、農業試験場化学部土壌微生物肥料研究室(現農業研究センター土壌環境班)は、酸性に強く広い面積を持つさとうきび畑への利用を検討することにした。

 大手の酒造会社では毎日、小規模の酒屋でも週2回は蒸留される泡盛は、年間3万トン産出される。前者で10トン、後者で2トンの蒸留粕貯留タンクを有しているものの、その処理は各社自前の畑への撒布や、ため池へ投入し自然浸透にまかす、あるいは養豚農家に引き取ってもらったりと、日々苦戦していた。そこで、施用(撒布)回数の多い試験区も組み入れた。

 その結果、化学肥料並みの収量を得るには、10トン/10アール前後の施用が必要であった(図8)。その範囲であれば、硝酸性窒素による環境負荷を最小限に止めることができる(図9)。施用例を表8に示す。

図8 泡盛蒸留粕の施用適量範囲
図9 島尻マージカラム(φ30cm、h120cm、裸地条件)
浸透水中における硝酸性窒素濃度の変化
表8 泡盛蒸留粕の施用例

おわりに

 施肥基準改定を経て5年後から、やっと研究機関が動き出した。最近の2年は肥料高騰を受け、あれほど保守的だった農家も自ら減肥を検討し始めている。リン酸は一度リン酸吸収座が飽和されると、土壌粒子とともに流出しない限り、植物に持ち去られる量以上に施用されたリン酸は蓄積にまわる。現在あるリン酸蓄積は、3要素の中で最も高価なリン酸を備蓄した先人の遺産と理解し、リン酸との今後の付き合い方を考えていきたいものである。リン酸割合の高い山型肥料(注3)の使用は、今後は必要ないと言いたい。

 カリも逃げにくい。作物が容易に吸収できる交換性K2Oを3ミリグラム/100グラムしか含まない国頭マージ造成畑で、4作も無カリ栽培が可能であったことの説明として、交換性でないカリが利用されたと考えるしかない。ちなみにその土壌は3トン/10アールの全K2Oを含んでいた。ジャーガルについては粘土粒子中に多くのKがNH4やH2Oと同様に存在しており、それらが徐々に溶出してくるものと考えられる。

 窒素肥料のみの施用を望む農家もいるが、その際には土壌診断をし、普及所等の指導下で行うべきである。

 施肥による増収を狙うには、窒素を如何に効かせるかがポイントとなる。窒素は溶出の甚だしい成分であるため、回数多く分施するほうが利用率は高くなる。品種の早晩性によっても異なるが、梅雨明けの最終追肥がNCo310では有効なことが判っている。しかしこの品種はもう時代遅れとなっており、現在の普及品種で施肥時期・回数試験を実施する必要がある。さとうきび農家の老齢化や省作業化で追肥回数が減っている。被覆尿素を材料とした肥効調節型肥料は、その追肥減対策として有効であるが、高価なため普及は今ひとつ伸びていない。

 未利用資源の利用には、例としてあげた泡盛蒸留粕以外に、豚ぷん尿スラリー、豚舎汚水から回収されるリン酸結晶(MAP)などが技術として確立されつつある。さとうきびの施肥には園芸作物のように費用を掛けていられない。安全性が確認できれば特殊肥料の届出がされた資材について積極的に利用したいものである。

 以上、土壌特性とさとうきびの施肥について述べてきたが、肥料を効かすには適度な土壌水分が必要である。最後に、各土壌型にあった土壌水分管理で施肥の効果が最大となり、増収へつながることはデータを見るまでもないことを付け加えておきたい。

(注1)累積寄与率:全体の変化に対して内訳部分の変化がどの程度貢献したかを示す指標を寄与率といい、それをある一定の順序で順次加えたものを累積寄与率という。表1では、各主成分(Z1、Z2、Z3、Z4)を順次加えていたった値。
(注2)1/2000アールポット試験:ポットを用いた1/2000アール(0.05㎡)規模の試験。
(注3)山型肥料:三要素(窒素:リン酸:カリ)の成分比率で、リン酸割合の高い肥料。

参考文献

  1. 農林水産省生産局:「肥料価格の現状等について」平成20年
  2. 地力保全基本調査成績書:沖縄県農業試験場,昭和52・53年
  3. 久場峯子:「沖縄の農地の実態と土壌管理」ペドロジスト,第37巻,第2号,1993
  4. 土壌を愛し、土壌を守る:日本ペドロジー学会(博友社),平成19年
  5. 九州・沖縄の農業と土壌肥料:日本土壌肥料学会九州支部編,2004
  6. 大田守也他:「沖縄県におけるさとうきびの栄養診断と土壌診断」 日本作物学会九州支部会報,第66号,2000
  7. 久場峯子他:「泡盛蒸留粕のさとうきび畑への還元」沖縄県泡盛産業技術開発研究会,1999

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