環境再生農業の景観レベルでの水質改善効果：科学的評価手法とモニタリング技術
はじめに
環境再生農業（Regenerative Agriculture）は、土壌の健全性向上、生物多様性の回復、炭素隔離といった生態系サービスの強化を通じて、農業システムの持続可能性を高めることを目指しています。これらの効果は単一の農場内にとどまらず、地域や景観（Landscape）レベルでの生態系プロセスに影響を及ぼすことが期待されています。中でも水質改善は、農業活動が周辺水系へ与える負荷を低減する上で極めて重要な生態系サービスの一つです。本稿では、環境再生農業が景観レベルで水質に与える影響を科学的に評価するための手法や、近年のモニタリング技術の進展について概観します。
景観レベルでの水質への影響メカニズム
環境再生農業の実践、例えばカバークロップの導入、不耕起栽培、輪作の多様化、景観要素（緩衝帯、植生等）の維持・創出などは、個々の農場において土壌侵食の抑制、栄養塩類の流出低減、農薬の流出防止に効果があることが示されています。これらの効果が景観全体に波及することで、河川や湖沼といった水系の水質改善に寄与すると考えられています。
具体的なメカニズムとしては以下のような点が挙げられます。
- 土壌浸透能力の向上: 土壌有機物含量の増加や団粒構造の発達により、降雨の地中への浸透が促進され、表面流出が減少します。これにより、土砂やそれに付着した栄養塩、農薬の流出が抑制されます。
- 栄養塩の保持・循環: カバークロップや輪作における多様な作物は、土壌中の過剰な栄養塩を吸収・保持し、収穫時に持ち出したり、後の作物に利用可能な形で供給したりします。これにより、未使用の栄養塩が水系へ流出するリスクが低減されます。
- 景観要素によるフィルタリング: 農地と水系の間に設けられた緩衝帯（植生されたエリア）は、農地からの流出水を物理的・生物学的に浄化するフィルターとして機能し、栄養塩や沈殿物の水系への流入を防ぎます。
- 農薬使用量の低減: 土壌の健全性が高まり、生物多様性が増加することで、病害虫や雑草の抑制に役立ち、結果的に農薬の使用量そのものを減らす可能性があります。
これらの農場レベルでの効果が、流域全体の水文学的・生態学的プロセスを通じて統合され、景観レベルでの水質改善へと繋がるのです。
科学的評価手法
環境再生農業の景観レベルでの水質改善効果を定量的に評価するためには、多角的なアプローチが必要です。
1. 水質モニタリング
最も直接的な方法として、河川や排水路などにおける水質の継続的なモニタリングがあります。以下のパラメータが主要な評価指標となります。
- 栄養塩類: 硝酸態窒素（NO3-N）、アンモニウム態窒素（NH4-N）、全窒素（TN）、溶存性反応性リン（DRP）、全リン（TP）など。これらの濃度や負荷量（流量との積）の推移を観測します。
- 浮遊物質（SS）: 土砂流出の指標となります。
- 農薬: 使用される主要な農薬成分の濃度。
- 溶存酸素（DO）: 富栄養化の進行度を示す指標の一つです。
景観レベルでの影響を捉えるためには、単一地点だけでなく、流域内の複数の地点（例：異なる管理方法の農地の下流、流域出口など）でのモニタリングが必要です。また、環境再生農業導入前後の比較や、慣行農法との比較研究が不可欠です。近年では、リアルタイムでデータを収集できるセンサー技術の発展も、モニタリングの効率化に貢献しています。
2. 生態系サービス評価モデル
流域スケールの水文学的・栄養塩動態モデルを活用することで、異なる土地利用や農業管理手法が水質に与える影響をシミュレーションし、評価することが可能です。 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) や HSPF (Hydrological Simulation Program–FORTRAN) などのモデルは、農地管理、土壌特性、地形、気象データなどを入力として、河川流量や栄養塩・沈殿物の流出を予測します。これらのモデルに環境再生農業の実践をパラメータとして組み込むことで、その水質改善効果を景観全体で定量的に評価する試みが行われています。モデルによる評価は、異なるシナリオ（例：流域全体での環境再生農業の普及率の変化）の影響を予測する上で有効です。
3. リモートセンシングとGIS
地理情報システム（GIS）とリモートセンシングデータは、広範囲の景観情報を解析する上で強力なツールです。衛星画像や航空写真から得られる植生指数（例：NDVI）や土地被覆情報は、カバークロップの分布、緩衝帯の状態、耕起の有無などを把握するのに役立ちます。これらの情報をGIS上で地形データや土壌マップと組み合わせることで、水質リスクの高いエリアを特定したり、環境再生農業の導入状況と水質データの関連性を景観スケールで分析したりすることが可能です。近年では、高解像度のドローン画像なども活用され始めています。
最新研究動向と今後の展望
近年の研究では、環境再生農業が単に特定の物質の流出を減らすだけでなく、水系全体の生態系機能や生物多様性（例：水生昆虫相、魚類相）にも良い影響を与える可能性が示唆されています。これは、水質の物理化学的改善に加え、緩衝帯による生息地の提供や、河畔植生の回復などが複合的に作用することによると考えられます。
今後の研究課題としては、以下のような点が挙げられます。
- 長期的な景観スケールでのデータ蓄積と効果の検証：環境再生農業の効果は時間をかけて現れるため、長期的なモニタリングが必要です。
- 景観の異質性が水質改善効果に与える影響の解明：景観内の農地の配置、非農地エリアとのモザイクパターンなどが効果にどう影響するか。
- 異なる気候帯や土壌タイプにおける効果の比較：環境条件によって効果の発現メカニズムや程度が異なる可能性があります。
- 経済的・社会的な側面との統合：水質改善による生態系サービスの向上を経済的にどう評価し、農業経営や地域社会のインセンティブに繋げるか。
- 市民科学やAI技術の活用：市民による簡易水質調査データの収集や、AIを用いた画像解析による景観評価など、新しいアプローチの可能性も探られています。
結論
環境再生農業は、個々の農場レベルだけでなく、景観レベルでの水質改善に寄与する潜在力を持っています。その効果を科学的に評価するためには、長期的な水質モニタリング、生態系サービスモデルによるシミュレーション、そしてリモートセンシングやGISを用いた景観分析といった統合的なアプローチが不可欠です。これらの科学的知見の蓄積は、環境再生農業の社会実装を推進し、持続可能な地域水管理システムを構築する上で、重要な基盤となるでしょう。研究者コミュニティにおいては、これらの評価手法の高度化と、景観レベルでの複雑な生態系プロセスに関する更なる理解が求められています。