株式会社スマートリンク北海道
化学肥料削減に向けた堆肥投入及び生育不良箇所判断の精緻化
-実証項目達成目標-
①水稲：化学肥料標準使用量から30％削減（Ｎ施肥量）
②玉ねぎ：化学肥料標準使用量から7％削減（Ｎ施肥量）
③小麦：化学肥料標準使用量から11％削減（Ｎ施肥量）
④大豆：化学肥料標準使用量から50％削減（Ｎ施肥量）
⑤化学肥料の散布については、追肥作業の労働時間の削減：20％（UAVによるスポット散布時）
-目標に対する現在の達成状況 2023年度-
（ア）収穫時情報の利用
・水稲については、食味・収量コンバイン（自脱型）による収穫を実施、圃場内における収量マップ及びタンパク値マップを取得し、土壌採取ポイントの設定に利用した。
・小麦、大豆については、食味・収量コンバイン（汎用型）の導入が遅れ、収穫作業は既存のコンバインでの実施となったので、刈取前のNDVI画像をもとに土壌採取ポイントの設定をした。
・玉ねぎについては、刈取前のNDVI画像を利用し、土壌採取ポイントの設定を行った。
図 水稲直播圃場における収量マップ(左)、タンパク値マップ（右）
（イ）裸地状態時の画像情報の利用
・収穫後の整地が終わった裸地状態の圃場の画像をドローンおよび人工衛星（赤色、近赤外）で取得した。
・赤色の画像から有機物マップ、近赤外画像から土壌水分マップを作成
・水稲については、収量マップとドローンおよび人工衛星画像から圃場内における土壌採取ポイントを設定した。
・小麦、大豆、玉ねぎについては、刈取前のNDVI画像と上記、裸地状態の圃場画像から土壌採取ポイントの設定を行った。
図 収量情報、ドローンおよび人工衛星画像による土壌採取ポイントの設定
（ウ）土壌採取
・設定した土壌採取ポイントでの土壌採取（物理性・化学性）を実施し、分析を実施。
・化学性分析結果における施肥例の成分投入量には、たい肥の成分は考慮されていないため、散布するたい肥成分（窒素）を考慮した施肥設計を行う。
表 土壌化学性分析結果
表 土壌物理性診断結果
（エ）施肥マップの作成
・生育期間中のNDVI画像、有機物マップ、土壌水分マップと土壌診断結果（化学性・物理性）から、たい肥施肥設計、基肥マップ、追肥マップの作成を行う。
・土壌診断結果（化学性）より、施肥例における窒素投入量からたい肥1ｔあたりの成分量（窒素）を減算し、窒素換算における化学肥料の投入量の削減を試算する。
・たい肥の成分については、事前に行った牛ふんたい肥の分析結果より、窒素0.46％（現物中）を利用し、肥効率については、「北海道施肥ガイド2020」より肥料換算係数（化学肥料＝1.0）を使用した。
・水稲における牛ふんたい肥の窒素肥料換算係数は0.25となり、小麦、大豆、玉ねぎの肥料換算係数は0.2となる。
・各作物における10aあたりたい肥1tを散布した場合の化学肥料削減割合（窒素換算）については表のとおり。
・現試算において、目標を達成しているのは、玉ねぎのみとなるが、小麦、大豆については、追肥の状況により削減割合は変化すると考えられる。
・水稲については、たい肥散布とあわせて基肥、追肥での可変散布による化学肥料削減を検討する。
表 各作物における10aあたりたい肥1tを散布した場合の化学肥料削減割合（窒素換算） 水稲移植・水稲直播
表 各作物における10aあたりたい肥1tを散布した場合の化学肥料削減割合（窒素換算） 玉ねぎ
表 各作物における10aあたりたい肥1tを散布した場合の化学肥料削減割合（窒素換算） 秋まき小麦
表 各作物における10aあたりたい肥1tを散布した場合の化学肥料削減割合（窒素換算） 大豆
a)土壌診断結果（物理性）＋有機物マップ：たい肥投入量およびたい肥成分を考慮した施肥設計
b)収量及びタンパク値マップ（生育期間中NDVI画像）＋土壌診断結果（化学性）＋たい肥投入量及び成分：基肥マップ
c)土壌水分マップ＋生育期間中NDVI画像＋土壌診断結果（化学性）＋たい肥投入量及び成分：追肥マップ
・また、緑肥をすき込んだ圃場については、緑肥の成分も加えて施肥設計を実施する。
図 たい肥散布、基肥、追肥マップイメージ
（オ）UAVによる作業時間
・本年度はUAVの導入が遅れ、追肥時期での実証が出来なかったため、UAVによる除草剤散布、防除、緑肥播種での実績から地上散布との作業時間の比較を行った。
・地上散布との比較では、液剤散布において約8割の時間削減、粒剤散布においては、約2割の時間削減となるが、UAVでの散布量によっては、約7％の時間増加となった。
・除草剤散布（液剤）：0.0182h/10a
・防除（液剤）：0.02 h/10a
・緑肥播種（3kg/10a）：0.0215h/10a
・緑肥播種（2kg/10a）：0.0163h/10a
・地上散布（防除）：0.119h/10a
・地上散布（追肥）：0.02h/10a
-その他-
・衛星画像データから生育期間中のNDVI 画像での生育良好箇所、不良個所の判断において、UAVセンシングによる画像データから作物の倒伏等を判断し、最適な時期の衛星画像データを使用することで、土壌採取ポイントの設定を行った。
-次年度の計画案-
・物理性の土壌採取において、プラウ耕起のみで作業終了している圃場については春に追加での採取を実施する。
・施肥マップによる、可変施肥及びUAVでのスポット散布を実施する。
-目標に対する現在の達成状況 2024年度-
・水稲においては、水稲移植の実績から慣行区と比較し、63.3％の削減となり目標を達成した。
・水稲直播については、実証にて慣行区と比較し、それぞれ 14.5％の削減となり、目標達成には至らなかった。
・土壌診断（化学性）の診断から出される標準施肥量に対して、今回の堆肥施用による減肥量を勘案した場合においては、水稲移植で 25.7％、水稲直播で 19.2％、15.1％と目標に達していない。
・今回の堆肥施肥量については、農家と相談し、多く散布する箇所を 2t/10a、少なく散布する箇所1t/10a として設定しているため、減肥量が少なくなった結果と考えられる。
・生産者からは、次年度は土の状態を見て、さらなる投入を行うことを検討したいとの意見を得ている。
図 水稲移植(齊藤農場) 化学肥料削減効果(左：R6 年度減肥実績 右：標準施肥量からの試算）
図 水稲直播(西谷内農場) 化学肥料削減効果(左：R6 年度減肥実績 右：標準施肥量からの試算）
図 水稲直播飼料米(池田農園)化学肥料削減効果(左：R6 年度減肥実績 右：標準施肥量からの試算）
・大豆においては、西谷内農場の実証にて慣行区と比較し、目標値に近い減肥量を達成した。
・齊藤農場においては、牛ふん堆肥ではなく、鶏ふん堆肥を投入した。標準施肥量から鶏ふん堆肥の化学成分を考慮した減肥量を試算すると 99.2％の削減となる。
・水稲と同様、次年度以降において、堆肥投入量の増量も検討したいとの意見を得ている。
図 大豆(齊藤農場) 化学肥料削減効果(左：R6 年度減肥実績 右：標準施肥量からの試算）
図 大豆(西谷内農場) 化学肥料削減効果(左：R6 年度減肥実績 右：標準施肥量からの試算）
・玉ねぎについては、実証において 5.0％の削減となり、目標達成には至らなかった。標準施肥量から堆肥投入による減肥量を勘案すると 6.5％の減量となり、目標をおおむね達成する。
図 玉ねぎ(池田農園) 化学肥料削減効果(左：R6 年度減肥実績 右：標準施肥量からの試算）
・秋小麦については、令和 6 年産の堆肥投入が間に合わなかったため、追肥のみの可変施肥による減肥量を計測した。
・慣行区に対して、目標達成には至らなかったが減量となっている。
図 秋小麦(西谷内農場) 追肥可変施肥(UAV スポット散布)における化学肥料削減効果
図 秋小麦(齊藤農場) 追肥可変施肥(UAV スポット散布)における化学肥料削減効果
図 秋小麦(池田農園) 追肥可変施肥(UAV スポット散布)における化学肥料削減効果
・作業時間削減割合は、散布量設定 5kg/10aで 5.6％、散布量設定3.5～7kg/10aで11.1％となり目標達成には至らなかった。
・比較対象としたブロードキャスターは20m幅の散布であった。
・スポット散布の散布設定量が増えることで、資材の補充とバッテリー交換の回数が増加し、散布箇所への移動にかかる時間が増加するため、作業時間が増加したと考えられる。
・参考事例として、5mメッシュでの散布の場合、散布量設定5kg/10aで、26.1％の作業時間削減、散布量設定 3.5～7kg/10a で 30.4％の削減となった。
・散布量設定 5～10kg/10a においては、作業時間が約7割の増加となった。
図 地上散布(ブロードキャスター)と UAV スポット散布の作業時間比較(左：R6 年度実績、右：参考値)
-その他-
・水稲移植、水稲直播圃場において、収量・食味コンバインで刈取を実施し、KSAS で取得した収量（もみ重量）およびタンパク値データを利用した施工区、慣行区での比較を行った。
・水稲圃場においては、齊藤農場を除き、収穫量が慣行区よりも多い結果となった。
・品質については、池田農園を除き、タンパク値が施工区の方が低いものとなった。
・ただし、 タンパク値について、 地域基準である 6.8％を下回ることができたのは、 西谷内農場のみであった。
・また、KSAS で作成された収量・タンパク値マップでの慣行区、施工区との比較を行った。
・収量・タンパク値マップが作成されていない西谷内農場については、刈取前の NDVI 画像より生育状況の比較を行った。
図 水稲圃場 収量及びタンパク値比較
図 収量・タンパク値メッシュマップ及び NDVI 画像での生育状況比較
・秋小麦において、収量・食味コンバインで刈取を実施し、KSAS で取得した収量データを利用した施工区、慣行区での比較を行った。
・小麦圃場では、R6 年度には堆肥散布を行なっておらず、可変施肥のみの対応である。いずれも慣行区に比べ、収量が低いものとなった。
・西谷内農場については、コンバインの作業突合により収量・食味コンバインを利用できなかったため、荷受重量の平均収量（694.8kg /10a）のみの結果となる。
・荷受重量を生産者毎に比較すると西谷内農場の収量（694.8kg /10a）が最も多く、次いで池田農園（654.1kg /10a）、斎藤農場（495.3kg /10a）となる。
・また、追肥でのスポット散布を実施していることから、スポット散布前後での NDVI 画像より生育状況の比較を行った。
・小麦刈取後、土壌調査を行い根圏域について確認を行った。過年度から堆肥投入を行っている西谷内農場の根端が深く、収量も多い結果であった。
図 秋小麦圃場 収量比較
図 スポット散布前後の NDVI 画像での生育状況比較
図 小麦圃場 根圏域調査結果と収量の関係
・大豆圃場については、雨天予報により既存コンバインでの刈取となったため、坪刈調査の収量から施工区、慣行区の比較を行った。
・大豆圃場では、 慣行区と比べ、収量は西谷内農場において 10.7％の増加となり、目標を達成した。齊藤農場では 21.8％の減少となり目標達成にはいたらなかった。
・また、NDVI 画像より開花期ごろの生育状況比較を行った。
図 大豆圃場 収量比較
図 NDVI 画像での生育状況比較
・玉ねぎ圃場では、 生産者の出荷情報を基に慣行区と施工区の収量比較を行った。 慣行区と比べ、施工区の収量は、1.2％の増加となった。
・また、倒伏前の NDVI 画像より生育状況の比較を行った。
図 玉ねぎ圃場 収量比較
図 NDVI 画像での生育状況比較
-次年度の計画案-
・目標を達成するためには、継続的に堆肥を投入していく必要があると考えられる。それに向けて令和 7 年度産作物向けに施肥設計を作成した。改良普及センター、生産者と相談の上、次年度以降も堆肥投入を継続して実施していく予定である。
・施肥設計においては、標準施肥量をもとに投入堆肥の窒素成分量を引いた施肥量より、化学肥料の削減割合を求めた。
・堆肥の肥料成分量は、肥効率（肥料換算係数 化学肥料＝1.0）によって求められるが、堆肥の肥効率は温度変化の影響を受け、温度が低い場合、肥効率も低下することが分かっている。
・堆肥を多く投入しても気象条件によっては、設計どおりの肥効を得られない可能性があるため、令和 7 年度施肥設計において、次の 2 パターンでの試算を行った。
(a)令和 6 年度同様、土壌診断結果、前作物の生育状況、収量情報から堆肥投入量を決定し、化学肥料の削減を行う施肥設計
(b)気温が低い場合(冷夏)を想定し、(a)から堆肥の窒素肥効率が下がると仮定した場合の施肥設計
・(b)の堆肥窒素肥効率については、以下の資料を参考として、(a)の窒素肥効率（北海道施肥ガイド 2020 より、水稲：0.25、畑作：0.20）から 4.3％減少するとした。
・(b)のその他条件として、初期生育に必要な窒素量を化学肥料にて最低限確保すること（水稲：4kg/10a、大豆：1kg/10a、玉ねぎ：4kg/10a、秋小麦：2kg/10a）とし、堆肥投入量は、土壌改良材として地力を維持するために必要とされる 2t/10a を上限とした。
図 冷夏による堆肥の肥効率変化の検討
図 有機質資材窒素無機化予測モデル式
表 各資材パラメータの事後推定結果
・水稲移植(齊藤農場)
(a)水稲移植においては、連作となり、標準施肥量から 2.3t/10a の堆肥投入による減肥量を試算すると 31.1％の削減となり、目標を達成する見込みである。
散布においては、散布量を多くする箇所に 2.9t/10a、少ない箇所に 2.2t/10a を散布すると設定した場合、多く散布する箇所の面積は、圃場全体の約 17％であり、圃場平均の投入量は2.3t/10a となる。
(b)冷夏を想定した場合、初期成育での窒素量 4.0kg/10a 以上を化学肥料で確保することとし、堆肥投入量 2.0t/10a （上限 2ｔに設定）にて削減割合は 25.9％となる。
表 堆肥投入量からの化学肥料削減効果と堆肥投入マップ（水稲移植）
・水稲直播(西谷内農場)
(a)水稲直播においては、標準施肥量から 1.6t/10a の堆肥投入による減肥量を試算すると 30.7％の削減となり、目標を達成する。
堆肥散布については、堆肥投入マップより、一様散布での実施となる。
(b)冷夏を想定した場合、初期成育での窒素量 4.0kg/10a 以上を化学肥料で確保し、堆肥投入量の上限にかからないため①と同じ 1.6t/10a の堆肥投入にて削減割合は 29.3％となる。
表 堆肥投入量からの化学肥料削減効果と堆肥投入マップ（水稲直播）
・水稲直播 飼料米(池田農園)
(a)水稲直播 飼料米においては、標準施肥量から 2.1t/10a の堆肥投入による減肥量を試算すると30.2％の削減となり、目標を達成する。
堆肥散布においては、散布量を多くする箇所に 3t/10a、少ない箇所に 2.1t/10a を散布すると設定した場合、多く散布する箇所の面積は、圃場全体の約 2％であり、圃場平均の投入量は変わらない。
(b)冷夏を想定した場合、初期成育での窒素量 4.0kg/10a 以上を化学肥料で確保することとし、堆肥投入量 2.0t/10a（上限 2ｔに設定）にて削減割合は 27.5％となる。
表 堆肥投入量からの化学肥料削減効果と堆肥投入マップ（水稲直播飼料米）
・大豆(齊藤農場)
(a)大豆においては、標準施肥量から 1t/10a の堆肥投入による減肥量を試算すると 61.3％の削減となり、目標を達成する。
堆肥散布については、散布量を多くする箇所に 1.3t/10a、少ない箇所に 0.6t/10a を散布すると設定した場合、多く散布する箇所の面積は、圃場全体の約 58％であり、圃場平均の投入量は1t/10a となる。
(b)冷夏を想定した場合、初期成育での窒素量 1.0kg/10a を化学肥料で確保することとし、堆肥投入量 0.5t/10a にて削減割合は 29.3％となる。
表 堆肥投入量からの化学肥料削減効果と堆肥投入マップ（大豆(齊藤農場)）
・大豆(西谷内農場)
(a)大豆においては、標準施肥量から 1t/10a の堆肥投入による減肥量を試算すると 61.3％の削減となり、目標を達成する。
堆肥散布については、堆肥投入マップより一様散布となる。
(b)冷夏を想定した場合、齊藤農場と同様に初期成育での窒素量 1.0kg/10a を化学肥料で確保することとし、堆肥投入量 0.5t/10a にて削減割合は 29.3％となる。
表 堆肥投入量からの化学肥料削減効果と堆肥投入マップ（大豆(西谷内農場)）
玉ねぎ(池田農園)
(a)玉ねぎについては、標準施肥量から 1.2t/10a の肥投入による減肥量を試算すると 9.2％の減量となり、目標を達成する。
堆肥散布については、散布量を多くする箇所に 2.0t/10a、少ない箇所に 1.2t/10a を散布すると設定した場合、多く散布する箇所の面積は、圃場全体の約 4％であり、圃場平均の投入量は変わらない。
(b)参考として冷夏を想定した場合、初期成育での窒素量 4.0kg/10a 以上を化学肥料で確保することとし、堆肥投入量 1.2t/10a にて削減割合は 8.8％となる。
表 堆肥投入量からの化学肥料削減効果と堆肥投入マップ（玉ねぎ）
・秋小麦(齊藤農場、西谷内農場)
(a)令和 7 年度産秋小麦において、1t/10a の堆肥投入による化学肥料削減効果では、基肥において、化学肥料を 23.0％削減することとなり、目標を達成する見込みとなる。
齊藤農場では、令和 7 年度の秋小麦において大豆間作となるため、堆肥投入は実施していない。
西谷内農場では、水稲後の秋小麦となるが、倒伏により水稲刈取に時間がかかり、堆肥を投入することが出来なかった。
齊藤農場、西谷内農場の秋小麦では、令和 6 年度産と同様に追肥での可変施肥による化学肥料削減を検討する。
(b)冷夏を想定した場合、初期成育での窒素量 2.0kg/10a 以上を化学肥料で確保することとし、堆肥投入量 1t/10a にて削減割合は 22.0％となる。
表 堆肥投入量からの化学肥料削減効果と堆肥投入マップ（秋小麦(齊藤農場、西谷内農場)）
・秋小麦(池田農園)
・令和 7 年度産秋小麦において、1t/10a の堆肥投入による化学肥料削減効果では、基肥において、化学肥料を 23.0％削減することとなり、目標を達成する見込みとなる。
堆肥散布実績としては、1t/10a の堆肥投入を実施した。基肥にて化学肥料を 15.0％削減したことにより、目標を達成した。
堆肥散布については、堆肥投入マップより、一様散布にて実施した。追肥の可変施肥により、さらなる化学肥料削減効果が考えられる。
(b)冷夏を想定した場合、齊藤農場、西谷内農場と同様となる。
表 堆肥投入量からの化学肥料削減効果と堆肥投入マップ（秋小麦(池田農園)）
