沖縄県農業研究センター研究報告　5, 2011

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有機物の長期連用がサトウキビと土壌の理化学性に与える影響　　　

比嘉明美１・儀間靖１・亀谷茂２・國吉清１・桃原弘３

１沖縄県農業研究センター （〒 901-0336 糸満市真壁 820）２沖縄県農業研究センター 石垣支所（〒 907-0003 石垣市平得地底原 1178-6）

３沖縄県病害虫防除技術センター （〒 903-0072 那覇市真地 123）

Influences of Long-Term Successive Application of Organic Matters on the Yield of Sugarcane and Soil Chemical and Physical Properties 　　

Akemi HIGA1, Yasusi GIMA1, Sigeru KAMEYAMA2, Kiyosi KUNIYOSHI1, Hirosi TOUBARU3,

1Okinwa Prefectural Agricaltural Research Center Soil Environment Section820,Makabe,Itoman-city,Okinawa,901-0336,Japan　

2Okinwa Prefectural Agricaltural Research Center　Isigakijima　Branch1178-6, hiraechisokobaru,Isigaki City,Okinawa,907-0003,Japan

3Okinawa, Prefectural Plant Protection Center123 Maji Naha City Okinawa 903-0072,Japan

Abstract 　To contribute to the development of appropriate farmland fertility maintenance and improvement technology for jahgaru (soft rock immature soil/typical gray plateau soil calcareous), we conducted the organic matter successive application tests from 1986 to 1994, and examined the influence of management practices on the changes in sugarcane field fertility with time. The yield of sugarcane increased by 9 to 12% when chemical fertilizers were applied together with organic matter (e.g., compost 3t/10a) in comparison with chemical fertilizers alone. Because the single application of organic matter with a high C/N ratio（112) (e.g., dead leaves of sugarcane) adversely affects the growth of sugarcane, it was assumed that the use of manure with a low C/N ratio (e.g., compost) as a companion material when plowing-in the residue and/or dead leaves of sugarcane would increase sugarcane yield. 　No increase in the total soil carbon can be expected even by supplying of 3 tons of cattle manure per 10a over consecutive years or applying a mixture of dead sugarcane leaves with cattle manure over consecutive years, because of decomposition of organic matter advances rapidly in subtropical regions like Okinawa Prefecture. Therefore, it was concluded that applying 3 or more tons per 10a of cattle manure every year is required to maintain and improve the fertility in jahgaru soil. 　It was assumed that organic materials (e.g., compost) application in sugarcane cultivation increases the available phosphorous content in the soil, and thus it is possible to significantly reduce the use of phosphatic fertilizer.

Keywords: Jahgaru, Plowing-in dead leaves, Total carbon, Reduction of chemical fertilizer

沖縄県農業研究センター研究報告 5：11 〜 15, 2011

緒　言

　土壌は農業生産の基盤であり、地力の維持 ･ 増進を図ることは生産力の向上と農業経営の安定化を図る上で極めて重要である。しかし、地力は気象、地形、肥培管理など自然的、人為的条件等種々の要因で常に変化するため、地力の維持向上のためには適切な土壌管理対策が必要である。特に近年、有機物施用の減少、作土の浅耕化など地力の低下が懸念されている１）。沖縄県内の土壌中の有機物含量が低いのは、高温多湿で有機物の分解、消

耗が速いことも関与しているといわれているが、ジャーガルでサトウキビを対象とした有機物連用試験の報告は少ない。このためジャーガルにおけるサトウキビの肥培管理が地力の経時的変化に及ぼす影響を検討し、サトウキビの収量・品質、土壌に与える影響を明らかにする。

材料及び方法

1　試験圃場及び土壌の化学性　土地条件としては島尻層群泥岩を基盤とし 1986 年

有機物の長期連用がサトウキビと土壌の理化学性に与える影響

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3) 養分含有率　収穫時に各試験区から採取した 10 本の蔗茎を用いて、全窒素は乾燥粉砕試料をケルダール法により定量した。その他の成分は乾燥粉砕試料を硝酸・過塩素酸分解し、リンはバナドモリブデン酸法、カリウムは炎光光度法、カルシウム及びマグネシウムは原子吸光光度法により測定した。分析法は全て栽培植物分析測定法３）に準じた。 4) 統計分析　各調査項目で得られた値は SAS 社の StatView を用いて、Fisher の PLSD 法および t 検定により平均値の差を比較した。

結　果

1　有機物施用とサトウキビの収量、品質　表 2 にサトウキビの原料茎重の経年変化を示した。9作のサトウキビの平均収量は、有機物を施用した④有機物施用区と⑤総合改善区で 840 ～ 860kg/a、②化学肥料単用区は 770kg/a となり②化学肥料単用区に比べ９～12% 増加し、有意差が認められた。③化学肥料単用区（枯葉持出）は 830kg/a で②化学肥料単用区に比べ 8% 増収し有意差が認められた。①窒素無施用区では 567kg/aで 26% 減収し、全ての試験区と有意差が認められた。　図 1 および表４に甘蔗糖度の経年変化と平均値を示した。甘蔗糖度は、④有機物施用区と②化学肥料単用区、③化学肥料単用（枯葉持出）区との間にそれぞれ有意差が認められ、④有機物施用区は 15.3% で、両化学肥料単用区（枯葉持出の有無）の平均甘蔗糖度 15.6 ～ 15.8%より、僅かに低くなった。

2　土壌の化学性の変化 図 2 に全炭素の経年変化を示した。全炭素は有機物を施用した区で、常に無施用区より高い傾向を示した。全炭素は試験開始 1 年後には、④有機物施用区、⑤総合改善区は②化学肥料単用区、③化学肥料単用区（枯葉持出）に比べ有意に高く、9 年後には枯葉を持出した①窒

　表 1　試験区の構成及び施用量

　図 1　サトウキビ糖度の経年変化

　表２　サトウキビ原料茎重の経年変化

3 月に切り土面に作土を客入し造成した圃場である。土壌条件は灰色台地土石灰質造成相、p Ｈは 8.1 の強アルカリ性で全炭素含量は 1% 以下、陽イオン交換量 26me/100g、交換性陽イオンの中で交換性カルシウムが 32me/100g で最も高く、交換性マグネシウム3.14me/100g、交換性カリウム 0.42me/100g、可給態リン酸 22mg/100g の典型的なジャーガルである。 2　試験区と作型 　表 1 に各試験区の構成及び施肥量を示した。①窒素無施用 (PK)+ 枯葉持出、②化学肥料（NPK）+ 枯葉鋤込、③化学肥料（NPK）+ 枯葉持出、④化学肥料（NPK）+枯葉鋤込 + 牛ふん堆肥（3t/10a）⑤化学肥料（NPK）+枯葉鋤込 + 牛ふん堆肥（3t/10a）+ 更新時深耕 40cm の5 試験区を設置した。

　試験規模は 1 区 30m2、３反復、供試品種は NCo310 で、栽植密度 2400 本 /10a（畦幅 130cm、株間 30cm）２芽苗を用いた。　　作型は 1986 年 - 春植、1987 年 - 春植、1988 年 - 株出、 1989 年 - 株出、1990 年 - 株出、1991 年 - 株出、1992- 春植、1993 年 - 株出、1994 年 - 株出の 9 作で実施した。　農薬、除草剤散布等の栽培管理についてはさとうきび栽培指針（沖縄県農林水産部 1985）に従った。

3　調査項目及び調査方法1) サトウキビの収量と甘蔗糖度　収穫調査は試験区内を全て刈り取り、原料茎数、原料茎重を調べた。更に各試験区から採取した 6 本の蔗茎を用いて、蔗汁糖度、Brix、繊維分等の品質について分析した。2) 土壌の化学性　収穫後に各試験区から採取した土壌は風乾し 2mm の篩を通した細土を分析に供した。　pH はガラス電極法で測定し、全窒素はケルダール法より定量した。全炭素は微粉砕後 Tyurin 法により定量した。交換性陽イオンはバッチ法 -a で抽出後カルシウム及びマグネシウムは原子吸光光度法、カリウムは炎光光度法で測定した。可給態リン酸は Truog 法で測定した。分析法は全て土壌標準分析測定法 2）に準じた。

沖縄県農業研究センター研究報告　5, 2011

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　図２　全炭素の経年変化

　図３　全窒素の経年変化

　図４　可給態リン酸の経年変化

　表３　試験圃場の化学性

には、全ての処理間に差はみられなかったが、9 年後には④有機物施用区、⑤総合改善区では他の試験区に比べ増加した（表 3）。　図 4 に可給態リン酸の経年変化を示した。可給態リン酸は①窒素無施用区が 9 年をとおし常に低く推移し、牛ふん堆肥を施用した区が全窒素の経年変化と同様、無施用区に比べ高く推移した。試験開始1年後の可給態リン酸は①、②、③の堆肥無施用区で平均 17mg/100g、④、⑤の牛ふん堆肥施用区で平均 27mg/100g、9 年後には堆肥施用の有無に関わらず増加したが、無施用区で平均 33mg/100g、堆肥施用区で平均 54mg/100gとなり、堆肥施用による増加・蓄積の割合が高いことが確認された（表 3）。　塩基交換容量は各処理区とも減少傾向を示し、有機物施用による塩基交換容量の増加はみられなかった。交換性カリウムは、平均値だけでみると③枯葉持出区で低い傾向を示した（表 3）。

3　サトウキビ茎中成分　茎中窒素濃度は①窒素無施用区で他の試験区に比べ低く推移し、処理を反映していた。④有機物施用区や⑤総合改善区では 1989 年以降他の処理に比べ高い傾向を示し（図 5）、⑤総合改善区と②化学肥料単用区との間に有意な差が認められた（表 4）。

素無施肥区、③化学肥料単用区（枯葉持出）に比較して有意に高くなった。④有機物施用区と⑤総合改善区は3t/10a の牛糞堆肥を連年施用しているが、全炭素は堆肥を施用してない②化学肥料単用区に比べ増加は認められなかった（表 3）。1992 年のサトウキビ更新時には全ての試験区で全炭素は減少する傾向がみられた。　全窒素の経年変化を図 3 に示した。全窒素は牛ふん堆肥を施用した④有機物施用区、⑤総合改善区で常に無施用区に比較して高く推移した。全窒素は試験開始 1 年後

　図５　蔗茎中窒素の経年変化

　図６　蔗茎中リンの経年変化

有機物の長期連用がサトウキビと土壌の理化学性に与える影響

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　茎中リン濃度は①窒素無施用区で最も高く、他の全ての処理と有意な差が認められたが、他の試験区間に有意な差は認められなかった（図 6、表 4）。　茎中カリ濃度は③化学肥料単用（枯葉持出）区が低い傾向を示し、③化学肥料単用（枯葉持出）区と②化学肥料単用区間に有意差が認められ、①窒素無施用区と化学肥料単用（枯葉持出）区間にも有意な差が認められた。茎中カリ濃度は経過年数と共に減少傾向を示した（図 7、表 4）。　　　

考　察

サトウキビの収量は有機物施用により増収し、④有機物施用区と⑤総合改善区は 9 年間の平均値で 9 ～ 12%の増収となった。土壌の化学性の変化では有機物施用区では全窒素、可給態リン酸の増加が認められ、蔗茎中窒素濃度は他の区より高い傾向を示した。これらの結果より、堆肥 3t/10a を有機物と併せて施用することで堆肥由来の窒素の発現、可給態リン酸の増加を促し、増収したものと考えられる。　一方、有機物施用区の蔗汁品質は収量と逆の関係を示し、甘蔗糖度は有機物を施用した区で低い傾向を示した。糖度に及ぼす土壌肥料的影響として窒素増加による品質低下がよく知られているが、本試験では有機物を施用した区で低い甘蔗糖度を示す傾向にあった。古江ら４）は糖度低下の要因として施用した堆肥に由来する窒素の継続的な発現によりサトウキビ中の糖が生長に消費され糖蓄積が抑えられたと報告していることから、有機物施用による窒素の増加が甘蔗糖度低下要因のひとつと考えられた。　　②化学肥料単用区と③化学肥料単用区（枯葉持出）間に収量の有意差が認められ、②化学肥料単用区は有意に高くなった。この結果は、サトウキビ枯葉のように C/N 比が 112 と高い有機物のみの投入はサトウキビの生育にマイナスに作用することを示唆している。後藤５）はサトウキビ枯れ葉堆肥は年間の炭素分解率が 30% と低い事を報告し、また、当真６）はサトウキビ枯れ葉を直接土壌に施用した場合、作物の窒素飢餓を引き起こす可

　図７　蔗茎中カリウムの経年変化

能性を示唆していることから、堆肥等の有機物を同時に施用することは、窒素肥料と同様な効果が有機物施用による窒素の発現により可能であると考えられる。　土壌の全炭素は、サトウキビの更新時に全ての処理で減少する傾向がみられた。この結果は、堆肥等の有機物は土壌の耕起により土壌中に分散され、分解が促進されると考えられた。④と⑤の有機物施用区では 10a 当たり3t の牛糞堆肥を 9 年間の長期にわたり連年施用しているが有機物の分解が速く、全炭素の増加傾向がみられないことから、全炭素含量の維持には毎年 10a 当たり 3t以上の堆肥投入が必要と考える。　　土壌の可給態リン酸の経年増加は、サトウキビの吸収による持ち出し以上の施肥を行った結果と考えられる。久場７）によるとリン酸の施肥量はサトウキビによる吸収で持ち出される量を補充する程度で十分と報告していること、更にサトウキビ栽培における牛ふん堆肥の施用は可給態リン酸の経年増加を助長することから、大幅なリン酸肥料の減肥が可能であると考えられる。　茎中リン濃度は窒素無施用区で有意に高く、全ての処理区と有意な差が認められ、甘蔗糖度は④と⑤の有機物施用区と比較して窒素無施用区では有意に高くなった。久場７）によると植物体中リン濃度の高まりは甘蔗糖度低下を誘発する傾向にあると報告しているが、筆者らの試験では茎中リン濃度の上昇による甘蔗糖度低下は認められなかった。　塩基交換容量は各処理区とも同様に減少傾向を示し、有機物施用による塩基交換容量の増加はみられなかった。交換性カリウムは、平均値だけでみると枯葉持出区③で低く、茎中カリ濃度は枯葉持出区で低い傾向を示して一致しており、サトウキビ枯葉鋤込は交換性カリウム増加に繋がると考えられた。　1984 年に制定された地力増進法では、地力とは土壌の性質に由来する農地の生産力と定義しているが、土壌の辞典８）によれば地力とは植物を生産し得る土壌の能力のことで、土壌肥沃度とも称されると記載されている。國吉ら９）は沖縄県全体の理化学性でみると全炭素は減少傾向からやや増加傾向にあるものの全体的に 1% 前後であり、有機物の施用により地力維持に努める必要があると報告している。これらの報告や有機物長期連用試験結果より、沖縄県のジャーガル地域の地力維持向上技術として毎年 10a 当たり 3t 程度以上の堆肥投入が必要であると判断された。

謝　辞

　本研究は土壌保全対策事業事業（1986 ～ 1995 年）の一環として基準点調査において実施されたものである。多大なご協力をいただいた皆様に感謝致します。

引用文献

1) 土壌保全対策事業成績抄録：p1 ～ 13　沖縄県農業試験場 （1994）

2) 土壌標準分析・測定法委員会編：土壌標準分析測定法、p70 ～ 130 博友社、東京 (1986）

3) 作物分析委員会編・栽培植物分析測定法：p22 ～p115 養賢堂　東京 (1975）

4) 古江広治（2009）：奄美群島に分布する土壌の特性と

　表４　甘蔗糖度と茎中養分濃度

沖縄県農業研究センター研究報告　5, 2011

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生産力向上のための土壌管理、鹿児島県農業開発総合センター研究報告（耕種部門）第 3 号 p211 ～ p2145

5) 後藤忍（2004）：奄美地域における有機物の分解と集積、九州・沖縄の農業と土壌肥料 p164 ～ 167

6) 当真嗣尊（1989）：有機物利用による地力維持増強、沖縄県農業試験場研究報告第 13 号 p101 ～ 109

7) 久場峯子（2004）：サトウキビの適正施肥量、九州・沖縄の農業と土壌肥料 p120 ～ 123

8) 平田　煕：土壌の辞典　p258 ～ 260　朝倉書店9) 國吉清、儀間靖（2004）：沖縄県の農業生産と土壌、九州・

沖縄の農業と土壌肥料 p55 ～ 58

要　約

　ジャーガル（軟岩型陸生未熟土／典型灰色台地土石灰質）における適切な地力維持向上技術開発に資するため、1986 ～ 1994 年にかけて有機物長期連用試験を行い、サトウキビの肥培管理が地力の経時的変化に及ぼす影響を検討した。 サトウキビの収量は、化学肥料単用に比べ堆肥 3t/10a 等の有機物を併せて施用することで平均 9 ～ 12% 増収した。サトウキビ枯葉のような C/N（112) が高い有機物のみの投入はサトウキビの生育にマイナスに作用するため、サトウキビ収穫残渣や枯葉を鋤き込む時には C/N 比の低い堆肥等を同時に施用することがサトウキビの増収に繋がると考えられた。　10a 当たり 3t の牛糞堆肥の連年施用、あるいはサトウキビ枯れ葉と牛糞堆肥の連年施用でも土壌中の全炭素の増加は見込めないことから、沖縄県のような亜熱帯地域においては有機物の分解が速く、ジャーガル地域の地力維持向上技術として毎年 10a 当たり 3t 以上の堆肥投入が必要であると判断された。　サトウキビの栽培で堆肥等の有機物の施用は、土壌の可態給態リン酸を増加させ大幅なリン酸肥料の減肥が可能であると考えられた。

キーワード：ジャーガル、枯葉鋤込、全炭素、減肥