Freeze protection methods for crops/作物の凍結防止方法

オンタリオ州では毎年、氷点下の気温による作物の被害で収穫量が減少しています。被害は春のアルファルファの生育不良から秋の家庭菜園でのトマトの枯死まで多岐にわたります。こうした被害の一部は防ぐことができます。作物の凍害を防ぐための方法は数多く存在します。農家はこれらの方法を理解し、凍害対策としてどの方法が実現可能で経済的かを判断することが重要です。このファクトシートでは、利用可能な様々な凍害防止方法に関する情報を提供します。

これらの方法は、能動的手法と受動的手法という観点から説明されます。能動的手法とは、霜害の危険がある場合に用いられる手法で、加温や作物の被覆などが含まれます。受動的手法とは、霜害が発生するずっと前に用いられる手法で、霜害のない安全な期間内に適切な播種と収穫のスケジュールを立てること、適切な作物と圃場の選定などが含まれます。両方の手法の具体的な例については、後ほど詳しく説明します。

霜と凍結という用語はしばしば同義語として使われます。このファクトシートでは、凍結とは作物に被害を与える氷点下の気温状態を指し、「殺霜」と同じ意味です。霜とは、気温が水の凝固点（0℃）以下まで下がる状態を指しますが、作物に凍害が発生する場合と発生しない場合があります。

霜は、発生する大気条件に応じて、移流性霜と放射性霜に分類されることが多い。移流性霜は、別の地域から冷たい空気が流れ込み、風が比較的強い場合に発生する。放射性霜は局地的に発生し、晴れて風のない夜にのみ発生する（オンタリオ州農務・食料・農村省ファクトシート「オンタリオ州における霜の挙動」、Agdex 079、注文番号85-055を参照）。

凍結防止方法の有効性を適切に評価するには、対象となる作物に対する氷点下温度の影響を理解する必要があります。影響の中にはよく知られているものもあれば、不明瞭でさらなる研究が必要なものもあります。被害が発生する前に到達しなければならない最低温度（「臨界」温度として知られています）は、多くの要因によって影響を受ける可能性があります。これらの要因には、植物の種類、品種、生育段階、植物の活力、土壌の状態、地表被覆、凍結の強度と期間、融解条件、凍結中の雲や風の状態などが含まれます。

多くの植物は、成長初期段階に比べて成熟期になると耐凍性が低下します。健康で生育の旺盛な植物は、弱い植物よりも霜に強い場合が多いのです。

被害が発生するのに必要な臨界温度は、気温が氷点下になる期間によって異なる場合があります。例えば、果樹の芽は-20℃に24時間以上さらされると損傷を受ける可能性がありますが、-60℃に2時間未満さらされただけであれば生き残る可能性があります。したがって、早朝に数時間だけ続く放射霜の臨界温度は、日中も続く可能性のある移流霜の臨界温度よりも低い可能性があります。

霜が降りた後の被害の程度は、解凍時の状況によって大きく左右されることが多い。例えば、タバコの葉は、凍結後に徐々に解凍した場合、急速に解凍した場合よりも被害が少ないことが知られている。

氷点下の気温が作物に及ぼす影響は様々です。場合によっては、影響を受けた植物部分が完全に失われることもあります。例えば、リンゴの花が凍ると実がなりません。また、収量や品質の低下にとどまる場合もあります。ジャガイモの葉が早期に凍った場合、塊茎の収量や品質が部分的に低下するだけです。早期の霜は、サイレージ用トウモロコシや穀物用トウモロコシ、その他の穀物作物の収量と品質の両方に影響を与える可能性があります。霜によって作物の貯蔵能力が低下することもあります。例えば、部分的に凍ったジャガイモは貯蔵中に早く腐敗し、他の健康な塊茎の劣化も引き起こす可能性があります。霜害防止対策が経済的かどうかは、霜による作物の収量や品質の低下の程度に大きく左右されます。したがって、栽培者は氷点下の気温が作物に及ぼす影響を十分に理解しておく必要があります。

表1は、オンタリオ州で栽培されているいくつかの作物のおおよその臨界温度を示しています。これらは作物の温度であり、地上1.5メートルの気象観測網の温度ではありません。気象観測網の温度が氷点より数度（摂氏）高くても、作物の温度は氷点下になる可能性があることに注意してください。（土壌表面の下にあるジャガイモの塊茎などの作物では、その逆の現象もよく見られます。）

凍結の危険が実際に発生するずっと前に実施する受動的な対策は、おそらく最も経済的で効果的です。中には常識的な方法もあり、既に広く用いられているものもありますが、それでも列挙しておくことは有益です。以下に、利用可能な受動的な対策の例をいくつか示します。

1. 栽培地の選定 霜に弱い作物を栽培する土地は、十分な無霜期間を確保する必要があります。霜害リスクの高い作物の場合、冷たい空気が流れ込んで滞留しやすい低地の畑は避けてください。密生した防風林、森林地帯、道路の土手、その他の障害物は、冷たい空気が斜面を下るのを妨げ、冷たい空気の「溜まり」を作り出す可能性があります。そのため、こうした障害物より上の地域では霜害リスクが高まる可能性があります。ただし、斜面に沿って設置された防風林の下の土地では、高地からの冷たい空気の移動が部分的に妨げられるため、霜害リスクは軽減される可能性があります。適切な場所に設置された防風林は、より好ましい気候を作り出し、高温を好む作物の成熟を早め、秋の霜害リスクを軽減することができます。大きな水域の近くは、水上の空気塊は陸上の空気塊よりも夜間の冷却速度が遅いため、霜害を受けにくい傾向があります。沿岸地域では、夜間に陸風が吹くことが多く、霜害を防ぐのに役立ちます。北向きの斜面に果樹園を植えることで、地域によっては霜の危険がなくなるまで開花を遅らせることができるようになりました。栽培者は、自分の地域の春と秋の霜のリスクを把握し、農場で予想される変動を認識しておく必要があります。さまざまな種類の霜の状況下で、作物の水平方向と垂直方向の両方に存在する典型的な温度パターンについては、OMAFRAの別のファクトシート「オンタリオ州における霜の挙動」（Agdex 079）に記載されています。理想的には、被害が発生するのに必要な臨界温度に感受性のある植物の部位がいつ達する可能性があるかを知ることが望ましいです。経験から多くの情報を得ることができますが、特に地形が丘陵地である場合や農場が湖の近くにある場合は、農場のさまざまな場所で最低気温を測定することが役立つ場合があります。温度記録は、農場の状況に合わせて最低気温の予測を調整するのにも役立ちます。近くの気象観測所からの情報は、観測所が必ずしも農場の状況を正確に反映しているとは限りませんが、霜のリスクを判断するのに役立つことがよくあります。一般的に、気温データを収集・解釈する場合は、経験豊富な農業気象学者または気候学者に助言を求めるのが最善である。
2. 土地の開墾生垣を間引いたり、森林地帯を開墾したりすることで、冷たい空気が下層部に流れ込むようになり、傾斜地での霜害のリスクを軽減できる場合があります。ただし、防風林より下の地域で霜害のリスクが高まる場合もあるため、この方法を試みる前に専門家の助言を求めることをお勧めします。森林内の小さな開墾地では、開墾地の面積が約1ヘクタールまでは霜害のリスクが高まります。しかし、開墾地が数ヘクタールを超えると、空気の流れが良くなるため、霜害のリスクは通常低下します。
3. 作物管理利用可能な無霜期間内に成熟する作物種と品種を選択します。たとえば、穀物用トウモロコシを栽培する場合は、致命的な霜が降りる前に成熟するハイブリッド品種を選択する必要があります。春の霜がイチゴの花に脅威となる場合は、開花時期の遅い品種を栽培するか、わらマルチの除去を遅らせることが有効です。矮性リンゴの木は、霜が降りる夜間には地表付近の空気層が上層部よりも冷たくなる傾向があるため、背の高い品種よりも霜の影響を受けやすい可能性があります。
4. 霜に弱い作物は、農場の霜が降りない期間内に植え付け、収穫してください。秋の霜が降りる前に作物が成熟するように、早めに植え付けましょう。霜害が発生した場合に再植え付けできる作物であれば、春に植え付けた方が秋よりもリスクが少し高くなる場合もあります。平均的な植え付け時期（10年のうち5年に1回、つまり50%の確率で霜害が発生する）ではなく、比較的リスクの低い時期（例えば、10年に1回未満、つまり10%の確率で霜害が発生する時期）に植え付けましょう。春の霜の危険がなくなる前に植え付けて、高価格の市場を早期に獲得したいのであれば、積極的な霜害防止対策で保護できる面積のみに植え付けましょう。作物を栽培している畑で、春と秋に霜が降りるリスクを把握しておきましょう。種子や若い苗をさまざまな温度条件にさらすことで、霜に耐えられるように植物を硬化させることができるものもありますが、この研究の多くはまだ実験段階です。温室栽培の植物は、畑に移植する前に屋外の環境にさらすことで耐寒性を高めることが多い。種子を特定の化学物質で処理すると、一部の植物の耐寒性が向上することが示されている。必要な栄養素を適切な量で施用することも、植物の耐寒性を維持するのに役立つ。
5. 土壌管理土壌の状態は、地上部と地下部の両方の植物の凍害リスクに影響します。土壌表面が緩いと、夜間の地表への熱伝導が抑制されるため、固く締まった土壌よりも地表温度が低くなる傾向があります。したがって、地表近くの植物を保護する必要がある場合は、霜害が予想される直前に土壌を耕作しないことをお勧めします。

土壌中の水分は、相反する効果をもたらします。過度に湿った土壌は、日中の太陽エネルギーの多くが水分の蒸発に費やされるため、日中に得られる熱エネルギーが少なくなります。これは、夜間に作物が利用できる熱量を減少させる可能性があります。一方、過度に乾燥した土壌は熱伝導率が低く、蓄熱量が少ないため、霜害のリスクが高くなります。乾燥した泥炭土は特に熱伝導率が低く、蓄熱容量も非常に小さいため、そのような土壌表面の夜間の最低気温は、鉱物土壌の表面よりもかなり低くなる可能性があります。泥炭土の熱特性は、鉱物土壌を添加することで改善できる可能性があります。

土壌表面にマルチング材を敷くと、断熱材として働き、霜害のリスクが高まります。日中は土壌が吸収する熱量が少なくなり、夜間は放出される熱量が少なくなるためです。ただし、マルチング材が植物の敏感な部分を完全に覆っていれば、凍害を防ぐのに役立ちます。春にイチゴの株元に敷いたわらマルチを取り除くのを遅らせると、霜の危険がある時期を過ぎて開花時期を遅らせることができる場合があります。しかし、わらは土壌の温まりも遅らせるため、霜が降りる時に花の下に残っていると、霜害のリスクが高まります。

果樹園の被覆作物はマルチング材と同様の働きをするため、霜害のリスクを高める可能性があります。しかし、土壌浸食の抑制など、霜害リスクを上回る有益な効果も期待できます。

土壌表面下の植物部分を土で覆うことは、霜害から守る方法の一つです。畝立てがしっかりしているジャガイモは、畝立てが不十分な場合よりも、塊茎が霜害を受けにくくなります。乾燥した土壌は地表付近でより早く冷えるため、土壌に水分を加えることで、塊茎の霜害リスクを軽減できる場合があります。

土壌管理方法によって得られる保護効果はわずか数度（摂氏）に過ぎないかもしれないが、このわずかな保護効果でも凍結時期を1～2週間以上遅らせる可能性があり、場合によっては作物の全滅と比較的軽微な被害との差を生むこともある。

上記のような受動的な凍結防止策は、ほとんどのシーズンにおいて能動的な対策を必要としないため、実施する価値があります。能動的な対策は費用がかさみ、単位面積当たりの作物の価値が高い場合にのみ実施可能だからです。

積極的な防除は、天気予報で霜の警報が出された後、霜が発生する直前および発生中に行われます。通常、風が弱いか無風の放射霜の条件下でのみ効果があり、低地で霜が発生しやすい地域に最も適しています。移流による霜は、通常、積極的な防除手段では防ぐことができません。

積極的な霜害対策を行うには、農場内の最低気温と風況を正確に予測することが非常に重要です。さらに、作物に被害を与える臨界温度を知ることも必要です。農家は、自分の農地で夜間に発生する気温変化と、霜害を受けやすい畑を把握し、それらの畑で優先的に対策を講じる必要があります。これらの対策の基本概念は非常にシンプルです。地表面からの熱損失を減らす、空気を攪拌して気温逆転を解消する、または熱を加えて温度を危険温度以上に維持する、といった方法のいずれかに基づいています。

積極的な霜害対策のための設備、資材、人件費への投資が経済的かどうかを判断するには、多くの要素を考慮する必要があります。これには、リスクの程度、霜害の期間と深刻度、作物の価値、そして使用する対策の有効性などが含まれます。以下に、いくつかの積極的な対策について説明します。

1. 覆いこの方法は、表面からの熱損失を減らします。家庭菜園家や、低木性の商業作物を小規模で栽培する農家は、表面からの熱損失を減らすために、わらマルチ、箱、タール紙、プラスチックなどの材料をよく使用します。材料費、保管、カバーの設置に必要な時間と労力が、広い面積の作物に対するこの方法の主な欠点です。発泡体も植物を保護するために実験的に使用されていますが、材料と塗布器は商業的に容易に入手できません。放射熱損失を減らす効果は、材料によって異なります。透明なプラスチックは長波放射をある程度透過しますが、暗く不透明なカバーは透過しません。対流による熱損失を減らすには、どのカバーでも効果的です。特にプラスチックなどの薄い材料でカバーを設置する場合は、露出した表面の温度は通常、その下の空気よりも低いため、伝導による熱損失を減らすために、植物との接触を避けるように注意する必要があります。わらマルチは、突き出た葉が凍害を受けやすいため、植物のすべての部分を覆う必要があります。植物の下にマルチを敷くと、夜間に土壌から放出される熱が植物に伝わるのを防ぎ、植物の温度上昇を抑えることができます。日中は覆いを外すようにしてください。覆いを敷いていると、覆いの下の湿度が高くなり、特定の植物病害が発生する危険性が高まります。
2. 霧や煙雲や霧は、地表面からの放射熱損失を低減する効果があることでよく知られています。この熱損失を低減するために、スマッジポットやタイヤ、廃棄物を燃やす際の煙、細かい水ノズルからの霧などが利用されてきました。しかし、敏感な作物地帯の上空に煙を維持し、長波放射を遮断するのに最適なサイズの液滴を生成することは困難であるため、この方法はあまり効果的ではありません。さらに、現在では、煙を用いるこの方法は環境法で禁止されています。
3. Wind Machines During freezes which occur on calm, clear nights, the air layer near the ground is colder than the air aloft. This is known as a temperature inversion. Wind machines or helicopters are sometimes used to bring the warmer air down to the crop level to replace the cold air layer at the surface. This method can be effective when there are large temperature differences between air layers near the surface and those up higher. Equipment and operating costs are high. Effectiveness varies in the range of 1 to 4 degrees C.
4. Sprinkling A very low rate of application of water through irrigation can be effective in preventing freeze damage through the release of heat during cooling and freezing. Protection from freezing temperatures as low as -60C have been reported for low growing berry and vine crops, when 1.5 to 2.5 mm per hour of water was applied.Sprinkling of the crop should begin with the onset of freezing conditions and a film of water continuously maintained until temperatures have risen above the freezing level (0 C). If sprinkling is discontinued prematurely, heat will be drawn from leaves to melt the ice and freeze damage may result. This method creates another problem if the frost lasts too long, because the plants must be able to support the added weight of ice that builds up on the leaves and branches. A forecast of the duration that temperatures are expected to remain below freezing is very useful when using this method. In spite of the problems, this method has proven effective for low growing crops such as strawberries, tomatoes, beans, cucumbers, peppers and squash as well as vine crops and tree fruits. It is important to recognize that this method only prevents the temperature of the protected plant from falling below the freezing point. It does not warm the plant parts nor does it raise the air temperature appreciably. Moreover, sprinklers need to provide constant, uniform coverage. There is controversy over the use of irrigation as a protection method prior to frost occurrence. The added moisture has the beneficial effects of increasing the capacity of the soil to store heat and improving conduction of heat to the surface. Nevertheless, heating of the soil during day time is reduced because increased evaporation uses up heat energy. Moisture may also change the critical temperature which is needed to cause freeze damage to a crop. Since there are counteracting factors, a general recommendation cannot be made.
5. 加熱この方法は、作物の周囲の空気層に十分な熱を加え、放射熱によって作物に熱を伝え、温度を氷点以上に維持することを目的としています。作物全体に均等に配置された多数の小型ヒーターが、この目的を達成するのに最も効果的です。大きな火やヒーターは「煙突効果」を生み出し、地表から冷たい空気を引き込むため、作物のエリアの一部でより低温の状態になる可能性があります（図 1）。固体燃料レンガ、石油、プロパンガスヒーターのいずれを使用しても、燃料費は高額です。設備投資と労働費が費用に加算されるため、単位面積当たりの価値が非常に高い作物のみが、この方法で霜から保護できます。ブドウや果樹などの背の高い作物が最も効果的に保護されます。最も良い結果が得られるのは、空気が穏やかで、急激な気温逆転が存在する場合です。この方法は、-4℃ という低い霜から保護することができます。

作物は、適切な栽培場所の選定や特定の作物・土壌管理方法（受動的対策）によって、あるいは霜注意報発令時に対策を講じることによって、凍害から守ることができます。本書では、凍害防止のための様々な受動的および能動的な対策について説明します。霜と凍結の定義、および能動的な凍害防止対策を実施できる気象条件についても解説します。凍害防止の経済性については触れません。

オンタリオ州農務・食料・農村省からの転載。原著者：アンドリュー・ブーツマ - カナダ農業省農業気象資源専門家、D・マレー・ブラウン - ゲルフ大学土地資源科学部[1]