独自のバイオリアクターを構築する | 貴州サミットトレイル株式会社

発行日: 2023 年 1 月 31 日

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サスカチュワン州の元農家フランク・グローネウェグさんは、この春、農場で作られた生物肥料を散布するためにモンタナ州の穀物畑に向かう予定だ。過去 3 つの成長期にわたって、この液体堆肥抽出物が作物の収量を維持するのに役立ち、同時に化学肥料の割合を大幅に減らすことができたようです。

スウェードユスリカは、キャノーラおよび関連するアブラナ科の野菜の壊滅的な害虫であり、カナダ東部で問題になっています。

魔法の杖のない農学的なおとぎ話のように聞こえるかもしれないが、グローネウェグ氏は、基本的に土壌生物学の力を利用して作物の栄養素の生産と摂取を改善するプロセス全体の背後に科学があると言う。

液体堆肥抽出物を生産するために必要な施設や設備は、必ずしもきれいなものではないし、完璧な設備ではないと、グローネウェグ氏は言う――彼はまだ学習曲線の途中だ――しかし、より多くの農家が再生型農業に真剣に目を向けている今、実際には、肥料コストを削減できることは大きな利点です。

グローネウェグさんは3年前、妻のカリさんと4人の子供たちとともに、レジーナ北東のササス州エッジリーの農場から、ボーズマン北西のモント州スリーフォークスの穀物農場に約1,100キロ南に移住した。彼は、もし乾燥した栽培条件の間に完全な投入を行っていたら、農場は生き残れなかったかもしれないと言います。

「堆肥抽出物を使用することで、肥料代を以前の 25 ～ 33 パーセントに減らすことができました」と Groeneweg 氏は言います。

「非常に乾燥した生育期が3回あり、小麦収量は1エーカー当たり約25ブッシェルでした。80ポンドの窒素を含む完全な化学肥料を事前に推奨していて、25ブッシェルしか収穫できなかったとしても、私はそれができたかどうかわかりません。まだ農業を続けているでしょう。」

収量が低下したのは、乾燥した生育条件によるものでした。組織検査の結果、作物には十分な栄養素があり、必要なのは水分だけであることがわかりました。

Groeneweg 氏は、原材料が非常に高価であることを除けば、化学物質に恨みはありません。「作物価格は上昇しましたが、同時に投入資材のコストも上昇しました」と彼は言います。「私は肥料会社や化学会社を責めません。彼らは利益を上げるためにビジネスをしているのです。しかし、作物生産の経済性を改善するために自分の農場で何ができるかを考えなければなりません。」

過去 5 年間にわたる広範な調査を経て、カリフォルニアの研究者によって開発された堆肥システムに関する Groeneweg の目標は、生物学を土壌に戻す堆肥抽出物を生成することです。その生物学は菌類の生産に重点を置いていますが、土壌細菌や他の生物も含み、植物がより良い根系を発達させ、土壌中の栄養素をより良く利用するのに役立ちます。

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それは土壌生物学を再導入することであり、土壌の質感、保水力、土壌の健康、そして最終的には作物による栄養素の摂取を改善し、穀物、油糧種子、豆類作物が栄養豊富で、したがってより健康的な食料源となるようにします。

数オンスの液体堆肥抽出物を種子の畝に適用するのは難しい注文のように思えますが、小さじ一杯には何十億もの微生物が働き始める準備ができています。

「5年前に自分がこんな風に話しているのを聞いていたら、自分はもうやる気がなくなったと思っただろう」とグローネウェグは言う。「しかし、私はそれを調べ、他の農家と話し、ワークショップやカンファレンスに参加し、いくつかの研究を行ってきました。そして、3年間自分で試してみた今、それには何かがあることがわかりました。ただ、殴るのをやめなければなりません」土を掘り起こして生物学的物質を働かせてください。」

グローネウェグ氏は、数世代前まで遡ると、作物生産は自然システム、つまり生物学的製剤に依存していたと述べています。耕作と化学薬品が登場し、しばらくの間は作物生産が向上した蜜月のような状態でした。その後、生物学的製剤は姿を消し、農業は化学物質の投入に依存するようになりました。彼の見解では、再生型農業とは、作物の生産を生物学的ルーツに戻すことです。

モンタナ州の農場リビングスカイグレインの面積は約 14,000 エーカーです。グローネウェグでは、年間約 10,000 エーカーの作物を播種し、毎年 4,000 エーカーを休耕しています。長年にわたり、農場では主に冬小麦と休耕作が行われていました。 Groeneweg は、現在では冬小麦、春小麦、ひよこ豆、冬キャノーラ、亜麻の一部を含む、より多様な輪作を導入しました。

グローネウェグ氏は、再生農業技術を研究する中で、土壌の生物学的性質と土壌の質感を改善するために堆肥を作りたいと決意しました。彼の地域は通常、被覆作物を栽培するには乾燥しすぎており、農場には牛がいないため、肥料は便利な選択肢ではありませんでした。作物残渣を含む植物バイオマスは堆肥化することができますが、それには大量の原料が必要になります。そして彼は、従来の堆肥材料を窓列に置き、定期的に回転させるとバクテリアの生成に有利であり、菌類の生成が少ないことを発見しました。

Groeneweg 氏は、土壌の凝集を改善し、水の浸透を改善するのに本当に役立つのは土壌中の菌類の活動であることを学びました。彼は、菌類の生産に有利でありながら必要な植物バイオマスの量が少ないシステムを探していました。

彼の調査は、ジョンソン・スー・バイオリアクターとして知られる堆肥システムにたどり着きました。これは、カリフォルニアの研究者デビッド・ジョンソンによって設計されたシステムです。デビッド・ジョンソンは、ニューメキシコ州ラスクルーセスにあるニューメキシコ州立大学持続可能な農業研究研究所で研究を行っている分子生物学者です。彼は、カリフォルニアの再生農業および強靱なシステムセンターの非常勤教授でもあります。カリフォルニア州チコ州立大学

ジョンソン氏は、炭素を隔離し、土壌の健康と作物の収量を改善するための菌類主体の堆肥の有効性に関して、多大な研究を行ってきました。彼は妻のホイ・チュン・スーと協力して堆肥化システムを考案したため、ジョンソン・スー・バイオリアクターという名前が付けられました。

Johnson-Su バイオリアクターはどのようなものですか? 「実際よりももう少し複雑に聞こえます」とグルーネウェグ氏は言う。「農場にはすでにいくつかのコンポーネントがありました。」

これは、菌類の生産を促進する静的堆肥化システムと呼ばれます。熱、湿気、微生物、虫は、材料を回転させたり空気を含ませたりすることなく、有機物を堆肥に変えます。

すでに農場にあるアルファルファの干し草と穀物のわら俵は、堆肥用のバイオマスとして使用されました。堆肥には炭素と窒素の適切なバランスが必要です。 Groeneweg は、炭素と窒素の比率 30:1 を目指しています。わら俵には炭素が含まれ、アルファルファ俵には窒素が含まれます。目標比率に近づけるために、彼はテレハンドラーを使用して、農場に付属していたクーンサイドスリンガー肥料散布機にアルファルファ 2 粒とストローベイル 1 粒を入れました (表紙の写真を参照)。肥料散布機は、干し草とわらを広げずに細かく刻み、混合します。材料の水分を約 70 パーセントにするために、約 600 ガロンの水を各積載物に追加します。 Groeneweg 氏は、この作業には TMR ミキサーが理想的だが、肥料散布機はうまく機能したと述べています (下の写真 1 を参照)。

有機材料が約 30 分混合され、水分が約 70 パーセントに達すると、肥料散布機から庭に並べられた 18 個の IBC トート (中間バルクコンテナ) に移されます (下の写真 2 を参照)。

IBC トートは、金属フレームを備えた 1,000 ガロンのトートで、通常はさまざまな農産物を保持するために使用されるプラスチックのライナーが装備されています。

Groeneweg 氏は、トートバッグからプラスチックのライナーを取り外し、ライナーとして機能する布地を取り付け、その後、各トートバッグに湿らせて刻んだ干し草とわらを詰めました。トートバッグがいっぱいになると、彼は各トートバッグに 6 本の PVC チューブを等間隔で立てます (上の写真 2 を参照)。これは好気性堆肥化システムであるため、各トートの高さいっぱいに立つチューブが煙突として機能し、できるだけ多くの空気を堆肥化材料に取り込むのに役立ちます。

中身が詰まったトートは、堆肥材料が加熱し始めるまで、庭に 24 ～ 48 時間放置されます。その時点でチューブが取り外され、トートは長さ 40 フィートの断熱輸送コンテナに移されます。 Groeneweg は、使用済みコンテナを約 15,000 ドルで調達しました (下の写真 3 を参照)。

次の 3 週間にわたって、密閉容器内で堆肥材料は 60 ～ 66 C (140 ～ 150 F) の温度まで加熱されます。この温度はすべての有害な病原体を殺すのに十分な温度であり、有益な生物には影響を与えません。

この 3 週間後、堆肥材料内部の温度はほぼ一定の 27 C (80 F) まで下がり始めるはずです。その時点で、Groeneweg 氏は各バッグに約 500 匹の堆肥虫を追加し、すべてを 1 年間放置します。

容器は密閉されているので温度が保たれますが、堆肥材料の水分は 70% に保つ必要があります。堆肥の水分は定期的に監視され、必要に応じてホースから水が補充されます。

適切な温度、湿度、虫の活動が約 1 年 (場合によっては 10 か月または 11 か月) 続くと、干し草とわらの堆肥は、黒い土によく似た高品質の有機材料に変わります。

Groeneweg 氏は、彼の作付エーカー全体に散布するには、大量の「乾燥した」堆肥が必要になるため、この高品質の堆肥を種子列に液体として適用できる抽出物に変換すると述べています。これには、堆肥化した材料を抽出装置と呼ばれる 1,500 ガロンのタンクに移し、水を加えることが含まれます (上の写真 4 を参照)。抽出装置の底部にある撹拌機が堆肥を完全に混合して溶液にします。そこから、溶液を液肥カートに積み込み、播種の準備を整えます (下の写真 5 を参照)。

Groeneweg は、エアドリルの各運転に計量ホースを装備し、種子列に 1 エーカーあたり 6 ～ 8 ガロンの堆肥溶液を配置しました (下の写真 6 を参照)。

作物によっては、栄養素の摂取を改善するために種子を生物刺激剤で処理することもあります。

Groeneweg が開発した堆肥システム全体では、各バッチに約 21,000 ポンドの刻んだ干し草とわらが必要です。彼は各トートバッグに約 1,000 ポンドの有機材料を入れてプロセスを開始します。堆肥化後は、500 ～ 700 ポンドの高品質な堆肥材料に減ります。同氏は、7,500エーカーの作物を処理するのに十分な抽出物を生産するには、15,000ポンドの「製品」が必要になると見積もっている（下の写真7を参照）。

Groeneweg 氏は、適用される堆肥抽出物の量は比較的少量ですが、作物の根と接触するのに十分な生物学的物質が含まれており、相乗効果があると述べています。土壌生物学は根の発達を助けるために植物に栄養素を提供し、次に根は土壌生物学の増殖を助ける化合物を放出します（下の写真8を参照）。

グローネウェグ氏は、リンを例に挙げて、土壌検査でリン酸塩レベルが15ppm未満であることが判明する可能性があるため、作物にはリン酸塩の追加が必要になると述べている。しかし、土壌分析により、土壌の上部 6 インチには 1 エーカーあたり約 1,400 ポンドのリンが存在することが示される可能性があります。リンは植物から入手できませんが、リン酸塩は入手可能です。

「土壌生物学は、そのリンを植物が利用可能な形に変換するように機能します」と彼は言います。「つまり、リン肥料が 1 トンあたり 1,000 ドルで、上部 6 インチには 1 エーカーあたり 1,400 ポンドがあり、その下の 4 フィートの土壌は気にしないでください。そうすると、作物が利用できる膨大な価値のリンが存在します。土壌では生物学が活発に活動しています。」

同氏によると、作物が毎年15～20ポンドのリンを除去すると、理論上、上部6インチには300年近く持ちこたえるのに十分な栄養素があるという。しかし、適切な輪作や作物の多様性、そして土壌生物学をサポートする実践によって、栄養素も土壌に追加されると彼は付け加えました。

Groeneweg 氏は、堆肥抽出物を種子の列に適用して以来、窒素の適用が約 75% 削減されたと述べています。彼は、約 100 ポンドの硫酸アンモニウム、21 パーセントの窒素、24 パーセントの硫黄を適用します。これにより、エーカーあたり約 25 ポンドの実際の窒素が供給されます。

これらの生物薬剤を使用して、作物は十分な栄養素を摂取できていますか?

「私たちは生育期に作物の組織分析を2、3回行っていますが、これまでのところ、作物が必要なものを摂取していることが示されています」とグルーネウェグ氏は言う。「植物たちは幸せです。」

彼は、比較的乾燥した 3 つの成長期にこのプログラムを実行していると述べています。

「雨が降って生育条件が良好になったらどうなるか分かりません」とグルーネウェグ氏は言う。「私の理解では、生物学的製剤はオンデマンドシステムのようなものです。生育条件が良好で植物からの需要が多ければ、生物学的製剤はより多くの生産を行うでしょう。」

Groeneweg 氏は、堆肥と堆肥抽出物を生産している間に、自分が正しい道を進んでいることを示す結果が得られていると語ります。彼はまだ学習中であり、プロセスを合理化するために加えられる変更がいくつかあります。そして、彼は市場で入手可能なものにも注目しています。

「商業用生物学的製品を生産している企業は数多くあります」と彼は言う。「それらの中には、かなり優れているものもあれば、少し疑わしいものもあると思います。私は自分で生産するのが好きです。私の農場に固有の生物学的製剤を生産することにある程度の価値があるかもしれないと信じています。しかし、私はそのアイデアにもオープンです」日によっては、同様に機能する市販製品が登場するかもしれません。

「生物学的物質を土壌に再導入するという概念は理にかなっていると思います」と彼は言います。「これはどこでも機能すると期待される概念ですが、すべての農家にとって適切であるとは限りません。」

彼は、今日のほとんどの農家は窒素固定根粒菌を種子に適用せずに豆類作物を栽培することを考えていないことを観察するのは興味深いと述べています。しかし、さまざまな作物に対して生物剤や生物刺激剤について言及しており、多くは非常に懐疑的です。

Groeneweg 氏によると、生産者がさらに詳しい情報を求めている場合は、YouTube で Johnson-Su バイオリアクターとその開発者である David Johnson を検索したり、他の生産者のプレゼンテーションを検索したりすることができます。

フィールドエディター

Lee Hart は長年農業ライターを務めており、Cattleman's Corner の編集者であり、Grainews の元フィールド編集者でもあります。

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