環境再生農業における生物的多様性を活用した病害虫管理戦略：生態系機能の科学的解明と応用
はじめに
環境再生農業は、土壌の健全性、生物多様性、生態系サービスの回復を通じて、持続可能な農業システムを構築することを目指しています。その重要な目標の一つに、化学農薬への依存度を低減し、より生態系に調和した病害虫管理を実現することが挙げられます。従来の慣行農業では、単一作物の大規模栽培と化学農薬の多用が、病害虫の大発生リスクを高め、生態系への負荷を増大させるという課題が指摘されてきました。
これに対し、環境再生農業では、農場内外の生物的多様性を高めることで、病害虫を自然に抑制する生態系機能（生態系サービス）を強化しようとします。本稿では、環境再生農業の実践がどのように生物的多様性の向上に繋がり、それが病害虫管理にどのような影響を与えるのかについて、科学的な視点から掘り下げ、そのメカニズムの解明と応用に関する最新動向を紹介します。
環境再生農業における生物多様性と病害虫管理の関係
農業生態系における生物的多様性は、様々なレベルで病害虫管理に寄与します。植物の多様性（作物種、品種、間作、被覆作物、垣根、周辺植生など）、動物の多様性（天敵昆虫、捕食者、寄生者、土壌動物など）、微生物の多様性（土壌微生物、植物内生菌など）が複合的に作用することで、病害虫の発生を抑制し、被害を軽減することが期待されます。
例えば、畑地の周辺や内部に多様な植物を導入することは、天敵昆虫や送粉者などの益虫にとって生息場所、餌、隠れ家を提供し、それらの定着と増殖を促進します。これにより、アブラムシやハダニといった害虫の捕食者や寄生者の密度が高まり、害虫の個体群密度の増加を抑制する効果が期待できます。また、土壌中の微生物多様性が高いと、病原菌に対する拮抗作用を持つ微生物が増加し、土壌病害の発生を抑制する可能性があります。
環境再生農業で推奨される多様な栽培方法（輪作、間作、被覆作物の利用、不耕起栽培など）は、意図的にまたは副次的に農場内の生物的多様性を高めます。これらの手法は、単一作物の連続栽培に比べて、特定の病害虫が蔓延しにくい環境を作り出すとともに、様々な生物群にとってより有利な環境を提供します。
環境再生農業の実践手法が病害虫管理に与える影響
- 被覆作物と輪作: 作物収穫後に被覆作物を栽培したり、異なる科の作物を順番に栽培したりすることで、特定の病原菌や害虫のライフサイクルを断ち切り、その密度を抑制します。また、一部の被覆作物（例：マメ科）は、益虫の餌資源や生息場所を提供することもあります。
- 間作（コンパニオンプランツ）: 異なる作物を同時に栽培することで、害虫の飛来を阻害したり、天敵を誘引したりする効果が報告されています。例えば、ネギ類とイチゴの間作は、一部の害虫に対する忌避効果が期待されています。
- 不耕起栽培: 土壌構造を維持し、土壌生物相の多様性を高めます。これは、土壌病害の抑制に寄与する可能性のある有益な土壌微生物の活動を促進すると考えられています。また、地表に残された作物残渣は、特定の害虫の移動を妨げたり、捕食者の隠れ家となったりすることもあります。
- アグロフォレストリー: 樹木を農地に導入することで、農場全体の生物多様性が大幅に向上します。樹木は多様な生物の生息環境となり、天敵の供給源となるだけでなく、作物を物理的に保護したり、風通しを改善したりすることで病害の発生リスクを低減する効果も期待できます。
これらの実践手法が複合的に組み合わされることで、農業生態系全体の健全性が高まり、病害虫に対する自然な抵抗力が増強されると考えられています。
生態系機能としての病害虫抑制機能の科学的評価
環境再生農業による病害虫管理効果を科学的に評価するためには、単に害虫の発生数をモニタリングするだけでなく、生態系における複雑な相互作用を解明する必要があります。これには、以下のようなアプローチが用いられます。
- 生物群集解析: 昆虫類、クモ類、鳥類、土壌動物、微生物など、農場内の様々な生物群の多様性、密度、活動性を調査します。DNAバーコーディングやメタゲノミクスといった最新の分子生物学的手法は、特に土壌微生物や微小な生物群の多様性を詳細に把握する上で強力なツールとなっています。
- 食性解析・ネットワーク解析: 安定同位体比分析や分子マーカーを用いた食性解析により、捕食者と被食者、寄生者と宿主の関係性を明らかにし、農場内の栄養ネットワークや生物間相互作用ネットワークを構築します。これにより、どの生物が病害虫抑制に主要な役割を果たしているのかを特定できます。
- 圃場試験と実験的操作: 被覆作物の有無、周辺植生の構成、耕うん方法などの条件を操作した比較試験を行い、それぞれの条件が病害虫の発生や天敵の活動に与える影響を定量的に評価します。エンクロージャー（網室など）を用いた実験では、特定の生物群を隔離または排除することで、その生物群が病害虫抑制にどの程度寄与しているかを検証します。
- モデリング: 収集された生物多様性データや生態系相互作用の知見に基づき、病害虫の個体群動態や生態系機能としての病害虫抑制効果を予測する数理モデルやシミュレーションモデルが開発されています。
これらの科学的な評価を通じて、環境再生農業がどのように病害虫管理機能に貢献するのか、そのメカニズムをより深く理解し、効果的な実践手法の開発や改善に繋げることができます。
課題と展望
環境再生農業における病害虫管理は、化学農薬に比べて効果の発現が緩やかであったり、特定の条件下では効果が限定的であったりする可能性があります。また、複雑な生態系における相互作用を完全に理解し、予測することは容易ではありません。地域や作物の種類によって、最適な環境再生農業の実践手法や期待される病害虫管理効果は異なります。
今後の研究では、以下のような方向性が重要となります。
- 多様な環境再生農業の実践手法が生態系機能としての病害虫抑制に与える影響を、長期的な視点と地域特異的な条件の下で評価する研究。
- メタゲノミクスやメタトランスクリプトミクスなどのオミクス解析技術を活用し、土壌微生物や植物内生菌が病害虫抑制に果たす役割を分子レベルで解明する研究。
- AIや機械学習を用いたデータ解析により、複雑な生態系データから病害虫発生リスクを予測し、管理戦略を最適化する技術開発。
- 生態系サービスとしての病害虫抑制機能の経済的価値を評価し、環境再生農業導入のインセンティブ設計に繋げる研究。
- 研究成果を分かりやすく農家や農業普及員に伝え、実践を促進するための効果的な情報伝達・技術移転手法の開発。
まとめ
環境再生農業は、生物多様性の回復と生態系機能の強化を通じて、化学農薬への依存を減らし、持続可能な病害虫管理を実現する可能性を秘めています。生物的多様性を活用した病害虫抑制メカニズムの科学的な解明は進んでおり、最新の解析技術や評価手法がその理解を深めています。
課題は残るものの、さらなる研究と現場での実践を通じて、環境再生農業が持つ病害虫管理能力を最大限に引き出し、より強靭で環境負荷の少ない農業システムを構築していくことが期待されます。これは、農業生態学の研究者にとって、生態系の複雑な相互作用を解明し、その知見を社会実装に繋げる上で、非常に重要なテーマと言えるでしょう。