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データ駆動型の気候スマート戦略：作付体系と施肥の最適化による収量向上と温室効果ガス排出削減

Data-driven climate-smart strategies for boosting crop yield and minimizing greenhouse gas emissions by optimizing cropping systems and fertilization practices (原題)

Wentao Wu

PLOS One📚 査読済 / ジャーナル2026-06-23#その他Origin: CN経営インパクト: コスト削減対象セクター: agriculture
DOI: 10.1371/journal.pone.0352144
原典: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0352144

🤖 gxceed AI 要約

日本語

本研究は中国の北京・天津・河北地域を対象に、作付体系と窒素施肥管理の最適化を通じて作物収量を増加させつつ温室効果ガス排出を削減するデータ駆動型の気候スマート戦略を探求した。APSIMモデルを用いて40年間のシミュレーションを実施し、冬小麦-夏トウモロコシ二毛作体系と中程度の施肥が最も高い気候レジリエンス指標（0.65）を示すことを明らかにした。この結果は、適応的かつ持続可能な農業システムの構築における作付体系と施肥管理の統合的アプローチの重要性を示している。

English

This study investigates data-driven climate-smart strategies for optimizing cropping systems and nitrogen management in China's Beijing-Tianjin-Hebei region to increase crop yields and reduce greenhouse gas emissions. Using the APSIM model, the study simulates 40 years of crop yield, soil organic carbon, and N2O emissions across three cropping systems and four fertilization treatments. The winter wheat-summer maize double-cropping system with moderate fertilization achieves the highest climate resilient index of 0.65, highlighting the importance of integrating cropping systems with judicious nutrient management for sustainable agriculture.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

中国の事例ではあるが、日本の農業分野でも気候変動適応とGHG削減は喫緊の課題である。本論文で示されたデータ駆動型の作付・施肥最適化手法は、日本国内の地域特性に応じた気候スマート農業の実装に示唆を与える。

In the global GX context

This paper presents a case study from China on optimizing cropping systems and fertilization to balance crop yield and greenhouse gas emissions. Globally, it contributes to the growing body of climate-smart agriculture literature by demonstrating a data-driven modeling approach that can be adapted to other regions. The findings underscore the need for integrated management strategies to achieve agricultural sustainability under climate change.

👥 読者別の含意

🔬研究者:This study provides a modeling framework and empirical evidence on the trade-offs between crop yield and N2O emissions under different cropping systems and fertilization levels.

🏢実務担当者:Farmers and agricultural advisors can use the identified optimal system (wheat-maize double-cropping with moderate fertilization) as a benchmark for improving productivity and reducing environmental impact.

🏛政策担当者:Policymakers can consider the integration of cropping system design and nutrient management as a strategy to meet agricultural production and emission reduction targets.

📄 抄録（日本語訳）

食料生産と環境保護の間の対立は、気候スマート農業ソリューションを求める。本研究は、顕著な気候的・環境的課題に直面している中国の京津冀（BTH）地域において、作物収量を増加させ温室効果ガス排出を削減するための作付体系と窒素管理の最適化に向けた、データ駆動型の気候スマート戦略を調査した。本研究では、春トウモロコシ単作（M）、冬コムギと夏トウモロコシの二毛作（WM）、および冬コムギ、夏トウモロコシ、春トウモロコシを含む三毛作体系（WMM）の3つの作付体系を評価した。さらに、その影響を理解するために4つの窒素施肥処理を評価した。最適な管理慣行を特定するために、作物気候レジリエンス指数を作成した。農業生産システムシミュレータ（APSIM）モデルを活用し、本研究は1981年から2020年までの包括的な40年間にわたる作物収量、土壌有機炭素（SOC）含有量、および亜酸化窒素（N₂O）排出量の日次動態をシミュレートした。その結果は、SOC動態と窒素肥料効率に関する興味深い洞察を明らかにした。すべての作付体系において、SOC含有量は窒素施用の増加に伴って増加し、最高施肥処理下でピークレベルが294.9 kg·ha⁻¹に達した。N₂O排出量は時間の経過とともに上昇傾向を示し、肥料使用量の増加と正の相関を示した。作物収量に関しては、一般的に窒素投入量の増加は生産性の向上と相関した。全体として、WM体系をF2処理（コムギに90 kg·ha⁻¹、トウモロコシに60 kg·ha⁻¹）と組み合わせた場合が最適シナリオとして浮上し、最高の気候レジリエンス指数値0.65を達成した。これらの知見は、適応性があり生産的で環境的に持続可能な農業システムを開発する上で、作付体系と賢明な養分管理を統合することの深い重要性を強調している。このような慣行を採用することにより、BTH地域および類似気候の農家は、気候変動に耐えるのに十分な頑健性を持ち、食料安全保障と生態系保全に向けた世界的な取り組みに貢献する農業クリーン生産を達成できる。気候が進化し続けるにつれて、これらの戦略の精密かつ総合的な適用は、農業景観の活力と生産性を維持する上で極めて重要となるだろう。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

📄 Abstract（原文）

The conflict between food production and environmental protection calls for climate-smart agricultural solutions. This study investigated data-driven climate-smart strategies for optimizing cropping systems and nitrogen management to increase crop yield and cut greenhouse gas emissions in China’s Beijing-Tianjin-Hebei (BTH) region, which is grappling with pronounced climatic and environmental challenges. The study evaluated three cropping systems: spring maize monoculture (M), winter wheat followed by summer maize double-cropping (WM), and a triple-cropping system encompassing winter wheat, summer maize, and spring maize (WMM). Additionally, four nitrogen fertilization treatments were assessed to understand their impacts. The crop climate resilient index was created to identify the optimal management practices. Leveraging the Agricultural Production Systems sIMulator (APSIM) model, this study simulated the daily dynamics of crop yields, soil organic carbon (SOC) content, and nitrous oxide (N₂O) emissions over a comprehensive 40-year period spanning from 1981 to 2020. The findings revealed intriguing insights into SOC dynamics and nitrogen fertilizer efficiency. Across all cropping systems, the SOC content augmented with increased nitrogen application, with peak levels reaching 294.9 kg·ha ⁻ ¹ under the highest fertilization treatment. The N₂O emissions displayed an upward trend over time, positively correlated with escalating fertilizer use. Regarding crop yields, higher nitrogen inputs generally correlated with enhanced productivity. Overall, the WM system, when coupled with F2 treatment (90 kg·ha ⁻ ¹ for wheat and 60 kg·ha ⁻ ¹ for maize), emerged as the optimal scenario, achieving the highest climate resilient index value of 0.65. These findings underscore the profound importance of integrating cropping systems with judicious nutrient management in developing agricultural systems that are adaptive, productive, and environmentally sustainable. By adopting such practices, farmers in the BTH region and similar climates can achieve agricultural clean production that is robust enough to withstand climate variability and contribute to global efforts towards food security and ecological preservation. As the climate continues to evolve, the precision and holistic application of these strategies will be crucial in maintaining the vitality and productivity of agricultural landscapes.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。