研究報告 (2) 地球温暖化の道内農作物への影響は?~2030 年代の予測と対応方向 ~ 北海道立総合研究機構中央農業試験場農業環境部 中辻敏朗 北海道は日本の食料供給にとって重要な役割を担っていますが この役割を将来においても果たすためには 温暖化で本道の主要作物がどのような影響を受けるかを予測し

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1 研究報告 (2) 地球温暖化の道内農作物への影響は? ~2030 年代の予測と対応方向 ~ 北海道立総合研究機構中央農業試験場農業環境部 中辻敏朗

2 研究報告 (2) 地球温暖化の道内農作物への影響は?~2030 年代の予測と対応方向 ~ 北海道立総合研究機構中央農業試験場農業環境部 中辻敏朗 北海道は日本の食料供給にとって重要な役割を担っていますが この役割を将来においても果たすためには 温暖化で本道の主要作物がどのような影響を受けるかを予測し それに基づいて適切な対応策を講じる必要があります このような背景から 私たち道総研農業研究本部では 地球温暖化が道内の基幹作物である水稲 畑作物 飼料作物の生育や収量 品質などに及ぼす影響を 2030 年代をターゲットに予測し 想定される課題への対応方向を検討するプロジェクト研究を実施しましたので その成果の一部を報告します 本日の話の内容です まず予測の前提となる 2030 年代の気候を説明します その後 水稲 畑作物として秋まき小麦 てんさい 大豆 飼料作物として牧草の将来予測を紹介し 最後に技術的な対応方向を示します は 用いる排出シナリオの違いの影響を少なくし また現実味のある近未来を対象にするため 2030 年代を予測のターゲットとすることとしました 気温上昇のイメージをつかんでいただくため 道内の平均気温が1 または2 上昇した場合の地図を示します これは 現在の6~9 月の平均気温が 17.5 以上の地域を赤色で示した地図です 道内の安定的な水稲栽培地域にほぼ合致する範囲です 世界の気温上昇程度については 用いる温室効果ガス排出シナリオで程度が異なりますが 1980~1999 年までに比べて今世紀末には 1.8~ 4.0 程度上昇すると見込まれています ただし この図に示す通り 比較的近未来の 2030 年代までは 排出シナリオによらず 世界平均で約 1 上昇する予測となっています そこで 本研究で これに対し 現在の平均気温が1 上がると 17.5 以上の地域はこのくらい広がります -28-

3 2 上がった場合は 根釧地方と山岳部を除くほとんどがカバーされます 温度条件だけからみると 稲を作れる地域がこのように広がると言えます このように 平均気温が1 もしくは2 上がっただけで 道内の気温分布が大きく変わり 農業にも大きな影響が及ぶことがお分かりいただけたと思います 温暖化のイメージをつかんでいただいたと思いますので ここから本題に入ります このモデルによる気温予測値を道内の 935 メッシュについて平均し 現在と比較した図です 茶色の線で示した月平均気温は 1.3~2.9 年平均で2 上昇しますが 農耕期間の5~9 月は平均 1.8 の上昇で 秋 冬よりも温度上昇は小さめです 赤線は記録的高温となった 2010 年の6~8 月の気温ですが 昨年 (2010 年 ) の気温は 2030 年代予測値を1 近く超えており 我々は 2030 年代以降をすでに経験したと言えましょう 予測の前提となる温暖化気候データには 農業環境技術研究所の Yokozawa らによる 気候変化メッシュデータ日本 を利用しました これは 世界各国で開発した4つの気候モデルで計算した世界の気候予測値を日本付近の2 次メッシュに展開したものです 気象要素は平均気温 最低 最高気温 降水量 日射量の5 項目で 2000 年から 2099 年まで 10 年ごとの月別平均値が示されています 本研究では 4つのモデルの中から 気象庁の地球温暖化情報などでの将来予測に比較的近い CCSR/NIES という気候モデルによる予測値を使うこととしました これは降水量と日射量です 年間降水量は現在の 1.2 倍で 6 7 月に多雨と予想されています また雨の影響を受けて農耕期間の日射量は現在より 15% 減少と見積もられています 赤線は先ほどと同じく 2010 年の6~8 月の降水量です 昨年は 2030 年代予測値に近く 先の気温と合わせて この 2030 年代予測値には十分現実味があります -29-

4 また 農業にとっては 霜の降りる時期や雪解け時期も大切な気候指標ですが これらの時期も温暖化で変わります 秋の初霜の日と春の遅霜の日を日最低気温から推定したところ 初霜は現在よりも4~19 日遅くなり 晩霜日は4~18 日早くなると予想されました また 長期積雪終日 つまり根雪が終わる時期を冬期間の降水量と3 月の気温から推定したところ 雪解けは現在よりも3~17 日早まると予測されました では このような 2030 年代の気候が作物へのどのような影響を及ぼすかについて これ以降 具体的に見ていきます なお この研究では 温暖化 を気温や降水量のような気象要素の変動と見なすこととし 二酸化炭素濃度の上昇が作物生育に及ぼす直接的な影響については考慮していないことをはじめにお断りしておきます まず 水稲です 北海道の稲は5 月下旬に田植えをして 9 月中旬 ~ 下旬に収穫をしますが 生育の途中で 気温が収量や米の品質に強く影響する時期があります 第一の関門は 7 月中旬の冷害危険期です この時期は花粉が作られる時期で このとき低温に遭遇すると花粉が奇形化したり 花粉の数が少な くなったりして 不稔籾が増えて 著しい減収を引き起こします 水色は水田に張る水の深さを示しますが 農家は冷害危険期には水を深くして 低い外気温から稲の体を守るようにしています 第二の関門は穂が出た後の登熟期間です この期間は籾にデンプンを盛んに送り込んで籾を充実させる期間です この期間に低温に遭うとデンプンの転流がうまくいかず 籾は小さく収量も少なくなります また 低温ではデンプンの構成成分であるアミロース含有率も高くなり 粘り気の少ない食感のお米になってしまいます このように 温度環境にデリケートな水稲が温暖化でどうなるのでしょうか まず 収量について 林らが提案した気候登熟量示数を使って検討しました 気候登熟量示数とは 出穂後の日射量と平均気温で決まる値で 最大可能収量のことです 日射量が多いほど また気温が 21.9 の時にピークを示します ここでは 岩見沢を例に 出穂日 ( 穂が出る日 ) との関係を図に示しました 青が現在のライン 赤が 2030 年代のラインです 出穂日が遅くなるほど出穂後の積算日射量と平均気温は低くなるので 収量は減っていきます が各年代の推定出穂期ですので この図によれば 2030 年代には出穂期が早くなることで 登熟期間の気象条件が良くなり 収量は現在よりも6% ほど高まると予測されました また 線の幅は安全出穂期間 すなわち安定した収量 品質を得るのに望ましい出穂期間を意味します 2030 年代にはこの期間が長くなるとともに 曲線の傾きが現在よりも緩やかになるため 出穂日の前後による収量の変化は小さくなり 作柄は -30-

5 安定する方向へ向かうと見られます 一方 直播栽培という畑に直接籾を蒔く 省力的技術として期待されている栽培法については 温暖化が有利に働くので 直播の水田面積が少しずつ増えていくことが期待されます 温暖化は米の食味にも影響します これは岩見沢でのアミロース含有率の試算例です 先ほども少し言いましたが アミロース含有率が低いと米は良く粘り 美味しいお米となります 期待の新品種 ゆめぴりか もアミロースが低い品種です アミロース含有率は ここに示した丹野の式で求めましたが 出穂後の平均気温が高いほど下がりますので 2030 年代には現在よりも1ポイント程度下がります 実際 高温年となった昨年 (2010 年 ) の米のアミロースは全般に低い傾向にあったことが報告されています また ここには示しませんが これも低い方が美味しくなるタンパク質含有率もやや低下する傾向にあるので アミロースの低下と合わせて 北海道の米がより美味しくなることが期待されます 次は秋まき小麦です 秋まき小麦は 名前の通り9 月中旬 ~ 下旬に種を蒔き 芽が出て少し生育した状態で雪に埋もれ 冬を越します そして 年が明けて春に生育を再開します この時期を起生期と言います 6 月初旬に穂が出て 穂にデンプンとタンパクを貯めながら登熟し 7 月下旬 ~8 月上旬に成熟期となって収穫を迎えます ほぼ 10 ヶ月間 畑に植わっている作物です その他の影響としては 温暖化で生育ステージの進行が前倒しになるため 先ほど示した7 月中 ~ 下旬の冷害危険期の気温は 2030 年代でも現在より少し高まるだけです このため 将来の気温の変動幅が現在並と仮定すると この期間の低温による冷害発生リスクは 2030 年代にも残ります 秋まき小麦の収量予測には ヨーロッパで開発された作物モデル WOFOST を利用しました この図に示すように WOFOST では 生育ステージ 炭酸同化 呼吸 蒸散 各器官への同化産物の分配などのプロセスがモデル化されていて 気象データを入力すると 生育量が日単位で推定できます また 収量の推定は 土壌水分条件を考慮する場合としない場合の二通りについて推定できるようになっています なお このモデルは すでに志賀によって北海道の秋まき小麦に適用され -31-

6 十分使えるモデルであることが明らかにされています たほなみ について 秋の気温から求めた播種適期です 青色が現在の 赤色が 2030 年代の播種適期ですが 2030 年代の適期は現在から6~10 日遅くなります このため 輪作をする小麦畑では 麦の前はバレイショの作付けが多いのですが バレイショの収穫後から麦の種まきまでに若干の時間的余裕が生まれそうです 岩見沢と芽室でのシミュレーションの例です 2030 年代の起生期や成熟期は現在よりも早まりますが 登熟日数は現在並です つまり 生育期間が現在よりも全体に前にスライドするようなイメージです 2030 年代の収量は 気温と日射量から算出した場合 農耕期間の日射量が減少するため 現在よりも全般に減少します ただし 土壌水分条件も考慮した場合には 水田から畑に転換した岩見沢の転換畑小麦のように 粘土質のため現状で水分不足が低収要因となっている地域では 2030 年代には降水量が増えるため 現在よりもやや増収すると見積もられました 秋まき小麦では越冬状態を良くし 春先の生育を適度に確保するため いつ種を蒔くかが重要です つまり 早く蒔いて秋のうちに育ち過ぎると 翌春以降の生育が良くなりすぎて 登熟期に強い風や雨に当たると倒伏します 逆に遅く蒔いて小さくて弱々しい麦では 雪の下で越冬することができません なお 先ほど水分不足で低収となっている地域では 2030 年代には降水量の増加で増収すると言いましたが この場合 雨による倒伏や 赤かび病という毒素を作るカビの害 穂発芽といって穂から発芽してしまう現象などの障害がないことが前提となります 実際 開花期以降に大雨に見舞われた昨年 (2010 年 ) は 倒伏や穂発芽による品質低下が道内で広く認められています 先ほどのモデルによるデータの解釈に当たっては このようなモデルで考慮していない要因に留意が必要です 2030 年代には秋の気温上昇に伴い 播種適期も変わります この図は これからの基幹品種 き 次は砂糖の原料となる てんさいです 国産の砂糖生産量の 4/5 は北海道のてんさいでまかなわれています てんさいは水稲や小麦とは違い 明確な生育期を持たず 5 月初旬に定植後 生育を続け 根の部分がどんどん大きくなって 10 月 -32-

7 上旬以降に収穫を迎えます およそ半年ほど畑で生育します は現在よりも糖量が増える地域が多く 全道では 6% ほどの増収と見積もられました 過去のデータを詳細に解析したところ てんさいの収量 ( 根重 ) は4 月中旬 ~6 月下旬 つまり生育前半の積算最高気温で説明でき 温度が高まると多収となることが分かりました 全道平均では現在の 56 t/ha から 2030 年代には 62 t/ha 程度にまで増えそうです 一方 根に含まれる糖分の含有率 つまり根中糖分は7 月上旬 ~10 月上旬 つまり生育後半の積算最低気温と負の相関があり 温度が高まると糖分は低下し これも全道平均では現在の 17% から1ポイント下がって 16% になると見積もられました てんさいについてその他の留意点ですが 昨年のてんさいは猛暑と多雨で病害にかなりやられました 2030 年代には 高温 多雨で発生しやすい褐斑病 葉腐病などへの対応や圃場の排水対策が重要となるでしょう また てんさいでは根重だけ大きくても また根中糖分だけ高くてもだめで 両者を掛け合わせた糖量が最大となる時期に収穫することが重要です 2030 年代には てんさいの生育期間が秋の気温上昇で延びると予想されるので 糖量を最大とするための収穫適期の見直しなどが 糖量増加の実現にとって必要となります 根重と根中糖分を予測する回帰式が得られたので この2つを掛け合わせると糖量になります 2030 年代の糖量の全道メッシュ図がこれです 現在の糖量に対する 2030 年代の糖量の比で示しています 全道でざっと計算したので 実際にてんさいの作付けが無い地域も含まれています 青色が現状並みかやや減少 赤色が濃いほど糖量が増えることを意味します これによると 2030 年代 次は大豆です 大豆の播種は5 月下旬です 順調に生育すると7 月下旬 ~8 月上旬に花が咲きます その後 莢ができ 中のマメがだんだん充実して 葉っぱが枯れ上がり 成熟期を迎えます その後 にお積みをして乾燥させて収穫するか 最近は畑に放置して乾燥させて直接コンバインで収穫する体系も広まってきました 大豆も低温に弱い作物で 出芽直後から開花期までが特に低温に敏感な時期です 播種後の -33-

8 霜にやられると葉が死んでしまいますし 開花期頃に低温に遭うと受精がうまくいかず 莢の数や豆の量が少なく 収量も減少します の地域で増収し 全道平均では 314 kg/10a から 365 kg/10a へと 16% 増収すると予測されました 大豆については 中央 上川 北見 十勝の各農業試験場で蓄積してきた収量データを解析したところ ユキホマレ という品種の収量は6~8 月の平均気温の2 次曲線で表せることがわかりました 2 次曲線なので 収量がピークとなる温度があり それは 19.4 で この温度が大豆 ユキホマレ の収量からみた適温と考えられます この関係に基づき 2030 年代の収量を予測してみると 網走のように 現在の気温が低く 2030 年代に生育適温に近づく地域では 増収が見込まれます その一方 岩見沢のように 現在の気温が適温に近い地域では 2030 年代には適温を超えてしまうため 減収すると予想されます その他の事項ですが DVI という生育指数を用いて気温の推移から生育期を予測すると 2030 年代の開花期や成熟期は 現在より6~9 日早まると見積もられました これと関連しますが 大豆については 道産豆類地帯別栽培指針 というものがあり この指針では生育期間の積算気温や霜の降りない期間の長さなどで地帯区分をし それぞれの地帯に適した品種や栽培上の留意点などが示されています 2030 年代には道内各地の気温が変化しますので 地帯区分の見直しと新たな地帯区分の設定などの改定が必要です また 大豆は外観品質による検査等級分けが行われるため 外観品質も重要ですが 登熟気温が高すぎると 裂皮といって表面の皮が裂けてしまったり しわが発生したりするので 2030 年代にはこのような被害の発生が懸念されます このような収量予測を全道展開したのがこの図です 先ほどのてんさいと同じように 現在の収量に対する 2030 年代の収量比で示しています 青色が現在並かやや減収 赤色が濃いほど増収を意味します 先のスライドで示したように 岩見沢を含む道央や道南の一部で減収する他は 多く 最後に牧草です 牧草は刈り取る度に再生しますので 一度種を蒔くと 10 数年は継続利用できま -34-

9 す 道内での栽培面積が最も大きいイネ科牧草チモシーを例に 牧草の生育経過をみると 牧草は5 月初旬から再生を開始し この時期を萌芽期と呼びます その後 6 月下旬から7 月上旬頃に出穂期を迎え この時期が1 回目の刈取り期に当たります この牧草を1 番草と呼びます その後 2 番草が再生を開始し 8 月下旬か9 月上旬に2 回目の刈り取りを行います チモシー草地はこのように年 2 回の収穫をした後 秋を経過して越冬します 定した チモシー草地の年間収量です 現在が青 2030 年代が赤です 2030 年代には気温が上昇するにも関わらず 現在よりも収量は 10~20% 減少すると予測されました ここには示しませんでしたが 2030 年代には気温のみが上昇し 日射量は現在と同じと仮定して計算した場合は 現在より 1~7% 増収したので この図での 2030 年代の減収要因は日射量の減少にあると推定されます このサイクルが 温暖化で少し季節の早い方へスライドします この図は DVR 法により 気温と可照時間から推定した 道内 11 ヶ所でのチモシー 1 番草の出穂期ですが 青線が現在 赤線が 2030 年代ですので 2030 年代の出穂期は現在よりも8 ~20 日早まると予測されました 2 番草を生育日数 60 日間で刈り取るとすると 2030 年代には生育が全体に前倒しになるため 温度条件だけからみると 3 番草も利用できる地域 つまり年 3 回刈りの地域も出現すると考えられます このように 2030 年代には年 2 回刈りでは収量の減少が見込まれるので 年 3 回刈りのできる地域が出現するのならば 刈り取り回数を3 回に増やして草の量を確保することが対策として考えられます しかし 実際には 50~100 ha の草地を相手に刈り取り回数を増やすことは 労力的にみて難しいと言わざるを得ません この場合 2 回刈りで収量を確保するには 出穂時期の遅い晩生品種を使うことが有効です 晩生品種は一般に早生品種よりも生育期間が長いので 多収となるからです 幸い 牧草には幅広い熟期をもったいろんな品種が用意されているので これをうまく使うことが現実的な対応方法と言えるでしょう 以上の影響予測を踏まえ 2030 年代に向けて全作物に共通して必要な対応を 品種開発と栽培技術の2つに分けて概説します さて 肝心の収量はどうなるでしょうか この図は 2 回刈りを前提として 気温と日射量から求めた蒸発散量にチモシーの水利用効率をかけて推 -35-

10 品種開発の方向性です 第一に 高温でも収量や品質が低下しない高温耐性をもった品種の開発が必要です 特に 小麦やてんさいは元来涼しい気象条件を好む作物なので これらをいかに高温に耐えるようにしていくかが重要です また 高温 湿潤な環境で多発が予想される各種病害虫 例えば水稲ではいもち病 秋まき小麦では赤かび病などに対する抵抗性が従来にも増して必要です また 畑作物全般における雨害 湿害への耐性も強化すべきです その一方で 水稲で述べた通り 2030 年代にも冷害リスクは残るので 水稲では冷害危険期での耐冷性 秋まき小麦では越冬前の寒さに耐える力 つまり耐凍性のように 寒さに対する耐性も付けるという 高温と低温の両方への対応が必要とされます 各種生育指標の見直し 施肥体系の再構築などが必要になると思われます これらについては 今後の作物の気象反応を注意深く観察し 各種の予測も踏まえながら 現行の確立された栽培技術をベースに修正を図っていくのが現実的です また 畑作では 今後の降雨変動に対応するため 排水改良等の農地基盤整備がこれまで以上に重要です 病害虫については 適期防除の励行に加え 新規病害虫への対応を見据えた準備が必要と思われます 以上 地球温暖化の道内農作物への影響について 2030 年代をターゲットに 紹介しました 今後は 本成果をもとにして 温暖化気候下で北海道農業をどう展開していくかを現場と共に考え 実行に移していく必要があります 道総研はこの問題に積極的に取り組んでいきますので みなさんのご意見 ご要望等をお寄せいただければ幸いです 最後に栽培技術の対応方向です 播種 移植適期 収穫期の変更 栽培地帯区分や各地帯に導入する品種の熟期の見直し 特定の生育期における茎数などに代表されるような -36-

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