肥料の使いすぎから農家と環境を救うための技術

2004年、アフリカ最大の湖であるビクトリア湖が、一夜にして病的な緑色に変貌した。藻の一種であるシアノバクテリアに汚染され、ケニア・キスム市の50万人が一時的に飲料水を失った。

これは単独の出来事ではなかった。実は、世界の湖や貯水池の約40%がこの現象の影響を受けているのだ。この現象は、農家が作物に肥料を与えるところから始まる。土がどれだけ肥料が残っているかを知るすべもなく、肥料を追加し続ける。

降雨や灌漑によって、これらの栄養素は最終的に地下水に沈み、あるいは湖や川に流出する。このような水域の藻類は急速に成長・繁殖し、酸素を消費して魚や他の生物を死に至らしめる。

ネゲヴ・ベン＝グリオン大学の博士Elad Yeshno氏は、8年の歳月をかけて、ある解決策を開発した。

これは、土壌から間隙水と呼ばれる水を自動的に連続的に抽出し、その紫外線吸収率を測定するものだ。そして、アルゴリズムが溶液中の様々な成分を区別し、最も一般的な肥料成分である土壌硝酸塩のレベルを提示する。

同氏はRafi Levi氏とともに、土壌の硝酸塩レベルのデータを農家に継続的に提供するスタートアップ、DOTS（Data of the Soil）を設立した。

農家は、靴箱サイズのシステムを土壌に設置するだけでいい。PCはDOTSのクラウドに接続され、肥料を追加する必要があるかどうかのグラフが表示される。

これまで農家が測定できたのは、投入する肥料の量だけで、すでに存在する肥料の量は測定できなかったと、同社CEOのLevi氏は言う。

「肥料をモニターする方法がないため、普及している、あるいは一般的なやり方は、過剰な施肥だ。肥料は作物と良い収量を得るために不可欠だからだ」と彼は言う。

「測定する方法がないのだから、安全であるに越したことはないというのが伝統で、過剰投与してしまうのだ。

そして実際、何が起こったかというと、この40年、50年の過剰農業の中で地下水や貯水池を汚染し、温室効果ガスの排出で大気も汚染している。温室効果ガスの排出は、肥料の過剰投与と土壌からの肥料の蒸発によって激化している」。

「農学者は、水分の中にある一定の割合の肥料が必要だと言い、農家は灌漑のたびにその量を入れるだけだ。彼らが考慮しないのは、出発点だ。私たちが提供するのは、すでに地中にあるものを測定し、そのギャップを埋める方法だ。

私の主な使命は、肥料の主成分である硝酸塩をスペクトル分析によって測定し、溶存有機炭素の干渉を克服する方法を見つけることだった」とYeshno氏は言う。

「土壌中の硝酸塩は極めて動的であり、施肥を最適化したいのであれば、リアルタイムかつ継続的なデータが必要だ」。

分光分析は、研究所で開発された溶液に用いられる標準的なプロトコルである。しかし、土壌水には有機炭素が溶けており、紫外線が有機炭素を透過して他の化合物を照らすことができないため、これまで土壌水を分析できなかった。この複雑なプロセスを簡略化するアルゴリズムを開発したのである。

水に付着する硝酸塩は、土壌に付着するカリウムやリンなどの肥料とは異なり、水の重力で地中深く沈むため、硝酸塩の濃度は時間によって変化するとYeshno氏は言う。

このシステムは、特許取得済みのセンサーを使い、作物に応じて複数の深さに設置する。2023年4月現在、DOTSは農地1ヘクタールあたり2つのシステムが必要だと見積もっている。電源はソーラーパネルで、5年ごとに交換すればよい。

イスラエルではすでに2つの農場で使用されている。一つは、同国南部のトマト農場で、DOTSを使用した1シーズンの間に、肥料の使用量を28％削減することに成功した。もう一つは、同じくイスラエル南部のアラバ砂漠にある農場で、トウガラシを栽培している。

DOTSは、夏までにアメリカやヨーロッパの農場で試験的にシステムを導入することを目指している。

Levi氏によると、肥料データを提供できる競合他社もあるが、問題は継続性がないことだという。

「一般的なソリューションは聴診器だが、私たちのソリューションは心電図に例えることが好きだ」とLevi氏は言う。

「正確なデータは得られるが、それを聴く人が必要で、聴診器を胸から離すと、何も聞こえなくなるのだ。私たちのシステムは、地中に留まり続け、24時間365日、5年連続で、誰も触れることなく、グラフやデータを提供し続ける」。

「競合他社が良くないというわけではない。競合他社は違うし、完全なソリューションに対応しているわけでもない」。

翻訳元：https://nocamels.com/2023/04/tech-saves-farmers-from-using-too-much-fertilizer/

表題画像：Photo by Roman Synkevych on Unsplash (改変して使用)