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農業の未来：ハイテクとエコロジーの間

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新しい農業革命の必要性

農業は人類文明の繁栄を支えてきた中心的な技術です。現代では、より機械化され かつ産業化され、ほとんどの人々にとっては遠い関心事となっています。 現在、米国人口の2％未満が農場や牧場で働いています。引用された歴史的な統計では、米国の農場1戸が国内外の年間169人分の食料を供給するとされています。工業化された農業は、産業やサービスに労働力を振り向け、人口増加を支えてきました。一方、次のような課題もあります。

  • 品種や栽培条件によっては、食品の栄養品質が低下すること。
  • 農薬、除草剤、肥料による水資源と食物連鎖の汚染。
  • 昆虫から幅広い生物多様性に及ぶ生態系への影響。
  • 土壌侵食により耕作地と農地の肥沃度が脅かされる。
  • 引用された評価では、農業・林業・その他の土地利用が世界の温室効果ガス排出量の約22％を占めていました。

緑の革命は食料不足の懸念を和らげましたが、環境上の課題への対応にはさらなる改善が必要です。バイオ技術、ロボット、ソフトウェア、宇宙技術は、機械や農場の大型化と化学資材の増加だけに頼らない選択肢を提供します。

ロボットとドローン

農業実践における次の大きな変化は、農業ロボットとドローンの登場かもしれません。この新しい機械の急速な導入は、近年のいくつかの技術的飛躍によるものです:

  • 安価なセンサーと機械部品によりコストが削減。
  • マシンビジョンにより、ロボットが作物や周囲の物体を認識できること。
  • バッテリーによりシステムの持続力が向上。
  • AIにより、一部の作業で半自律運転が可能になったこと。完全自律化の実現性は作業と環境によります。

これにより、果実の収穫、除草、害虫除去など、より大きく重いトラクターでは機械化できない多くの労働を代替できるようになります。

出典： Corteva

農業ロボットの小型化とAI駆動の自律性は、新たな農業手法を生み出すことも可能です。

例えば、雑草を機械的に抜く代わりにレーザーで枯らす方法があります。また、マシンビジョンで識別した雑草だけに除草剤を散布し、圃場全体への散布を減らすこともできます。

大型の飛行ドローンは、肥料袋や収穫物などの重い荷物を運ぶだけでなく（特に山岳地帯で）、トウモロコシ畑への人工受粉さえも行うことができます。

この技術、その応用例、そしてこの分野の主要企業については「投資家は注目すべき：ロボティクスが農業を席巻している」で詳しく読むことができます。

データ

農業ではデータ活用が進んでいます。農家の経験や判断に加え、計測と分析が灌漑や資材使用の意思決定を支援します。

マルチスペクトル画像は、複数の波長帯で作物を撮影したものです。水分不足や病害の兆候の把握、収量の推定などに役立ちます。

これらの画像は主に上空から、長距離ドローンまたは衛星を通じて生成されます。土壌中の栄養素や水分含有量を測定するフィールド内センサーと組み合わせることも可能です。

ソフトウェア / AI

農場は日々の運営管理にソフトウェアをますます活用しています。これにはマルチスペクトル画像などのデータだけでなく、給与計算、スケジュール、機械メンテナンス、請求などを扱うERPソフトウェアも含まれます。

出典： AgriERP

農場で利用可能かつ集中管理されたデータが増えるほど、AI分析の支援効果が高まります。例えば、天気予報、作物データ、利用可能な機械を組み合わせることで、収穫シーズンのスケジュール最適化が可能です。

さらに、灌漑システムの漏水検知、肥料・農薬使用の最適化、家畜の位置と健康のモニタリング、収穫物の自動選別など、さまざまなことが可能です。

遺伝子工学

人類は長年、収量、耐性、栄養などの優れた作物品種を育成してきました。農業の方法も時代とともに変化しています。

従来の品種改良には選抜や交配があり、近年の手法には誘発突然変異も含まれます。すべての従来手法が自然突然変異だけに依存していたわけではありません。

現代のバイオ技術は品種改良の選択肢を広げています。遺伝子組換え作物は将来の農業にも役立つ可能性がありますが、性質、安全性、規制、地域の需要ごとに評価する必要があります。将来の医療と書くのは、この文脈では誤りです。

開発されている作物の性質には、次のような目標があります。

  • 気候不安定性に対抗し、少ない水で耐熱・耐乾燥などに対応。
  • 塩分への耐性を高めること。ただし、あらゆる作物を塩水で栽培できるという意味ではありません。
  • さまざまな生物学的仕組みによって害虫や病気への抵抗性を高めること。

最後に「植物の微生物群集の改良：細菌で作物を守る」では、植物と有益な微生物の関係を改善する研究を紹介しました。使用する微生物がすべて遺伝子組換えというわけではありません。

野生植物の新規栽培化

現在の作物の多くは野生植物に由来し、各地で選抜や育種によって栽培化されました。他の野生種を農業に適した形に改良する余地もあります。

新規栽培化とは、既存の多収作物に耐性を加えるだけでなく、丈夫な野生種を栽培しやすく、収量の高い植物へ改良する考え方です。植物に「家畜化」という語を使うより、栽培化とするのが適切です。

このアイデアは「AIと遺伝子工学で農業を前進させる – 栽培の未来」で詳しく紹介しました。識別しやすい植物の特徴とマルチスペクトル画像を組み合わせ、作物と雑草を区別する研究もあります。タグのない雑草をすべて電撃で除去する技術が確立したという意味ではありません。

新しい食料タイプ

農業を改善する別の選択肢は、新しい食料製品を創出することです。例えば「CRISPR-Cas9で食用菌糸体を改変し、代替肉へ応用する」では菌類の性質を変える研究を紹介しました。味、食感、栄養への効果は製品ごとの検証が必要です。ゴールデンライスのような栄養強化も有用ですが、栄養改善と単位面積当たりの収量増加は同じではありません。

新しい農業手法

ロボット、データ、AI、バイオ技術に加え、生態系への理解も農業の改善に役立ちます。土壌、植物、他の生物の関係が重要です。パーマカルチャーや再生型農業などの名称には多様な方法が含まれ、効果は具体的な手法と条件に基づいて評価する必要があります。

パーマカルチャー＆再生型農業

パーマカルチャーは土地利用や農業システムを設計する考え方です。一部の手法は土壌や生物多様性、資源利用に役立つ可能性がありますが、すべての農場で高収量と高収益を保証するものではありません。

この考え方は、健康な土壌が植物の生存に与える影響、異なる植物種間の相乗効果、作物害虫の天敵、土壌の炭素含有量などを統合することです。

「有機農業」のように広く知られたラベルに似た、再生型農業向けのラベルが現在次々と登場しています。

作物の列に樹木、低木、生垣、池などを組み合わせると、農場設計は複雑になります。効果は場所と管理方法により、大型トラクターを使いにくい場合もあります。

小型の電動機械、ロボット、ドローンは、一部の作業上の制約を減らせます。データ活用の有効性も、費用や現地の条件によります。

アグロフォレストリー、カーボンファーミングとバイオチャー

農業の排出量だけでなく、土壌中の炭素も重要です。適切な管理により有機炭素を増やせる場合がありますが、効果は場所、測定方法、期間、再放出のリスクなどに左右されます。

過度の耕起や植生のない土壌は、条件によって炭素の損失を増やします。有機物の減少は保水力や養分保持にも影響する場合があります。

カーボンファーミングは、土地管理によって炭素貯留を増やす、または排出を減らす取り組みです。すべての方法で同じ効果が得られるわけではありません。

一つの方法であるアグロフォレストリーでは、作物栽培や畜産と樹木を組み合わせます。樹木は日陰や有機物などを提供しますが、水や光をめぐる競争も起こり得ます。長期的には木材収入につながる場合があります。

次にカーボンファーミングです。土壌の有機物を増やす方法の一部は炭素貯留に役立つ可能性があります。多くの国や経済圏、EUなどでは、森林や土壌の炭素貯留と排出削減を促す制度が検討・導入されています。効果の測定と検証が重要です。

出典： Stop Waste

研究と実用化が進められている材料の一つがバイオチャーです。作物残渣や木材などを酸素の少ない条件で熱分解して作ります。通常の燃焼で灰にする過程とは異なります。

炭素の一部は長期間安定して残る可能性があります。土壌への効果は原料や製法、土壌条件によります。例えば、ゴルフ場で灌漑量が減ったとする事例がありますが、30％削減をすべての場所に当てはめることはできません。

再生可能エネルギー

農場は再生可能エネルギー、特に太陽光と風力の導入を進めています。2022年には153,101件の米国農場・牧場が再生可能エネルギーシステムを使用し、2012年の57,299件から10年間で167％増加しました。

太陽光発電と作物栽培を組み合わせる方法は、営農型太陽光発電と呼ばれます。詳しくは「アグリボルタイクス：実際の農場と太陽光農場の統合」で説明しています。

一部の農場では、家畜の排せつ物などの有機廃棄物を嫌気性消化してバイオガスを作っています。気候上の効果を得るには、メタン漏れなどの管理が重要です。

新たなエネルギー源として地熱があり、詳細は「地熱と受動的温室 – 農業の炭素排出削減」で取り上げました。

低排出型の肥料

リンとカリウムは主に鉱物資源から得られます。採掘や加工の電化と低排出電力の利用は排出削減に役立ちますが、それだけで肥料の完全なカーボンニュートラルが保証されるわけではありません。

アンモニア製造では、天然ガスなどの化石資源がエネルギーと水素の供給源になります。水素を大気中の窒素と反応させてアンモニアを作るため、単に化石燃料が反応を動かすだけではありません。

幸いにも、グリーンアンモニアを生産するサプライチェーンが整いつつあります。これは、FuelPositive CorporationやAmmPower Corp.が提供するモジュラーシステムによる分散型アンモニア生産を含む可能性があります。詳細は「別の水素燃料 – トップ5グリーンアンモニア株式」で紹介しました。

将来的には、化石燃料を代替する燃料源として重要な役割を果たす可能性があります。この点は「グリーンアンモニアで世界航路の脱炭素化」で検討しました。

さらに、農業機械への動力供給にも利用できるかもしれません。

あるいは、特定の微生物を使い、大気中の窒素を植物が利用できる形にする可能性もあります。

土壌レス農業

土壌を使わず食料を生産する方法もあります。都市農業は生産を消費地に近づける取り組みの一つです。詳しくは「都市農業のスケールアップで多くの利益をもたらす」で検討しました。

垂直農法

垂直農法は、作物を複数の層で栽培し、一般に屋内の環境制御や人工照明を利用します。特定の作物には有用ですが、従来農業のすべてを置き換える方法ではありません。

有望なアイデアですが、従来農業と競争力を持つためには最適化が必要です。

詳細は「垂直農法とその世界的影響の深掘り」や「ベスト5垂直農業企業」および「トップ10屋内農業企業」をご覧ください。

ほとんどの屋内・垂直農法はハイドロポニクスに依存しており、植物に必要な栄養素は土壌ではなく流れる水で供給されます。仕組みは「ハイドロポニクス – 必要なすべての知識」で解説しています。

根に水と養分の細かな霧を吹き付けて育てる方法をエアロポニクスといいます。水が不要になるわけではありません。

魚の養殖と植物栽培を組み合わせ、微生物が魚の排せつ物を植物の養分へ変換し、水を循環利用する仕組みをアクアポニクスといいます。

新たな食料源として、タンパク質などを含む微細藻類を育て、食品や飲料に利用することも考えられます。栄養と安全性は種類や加工方法によります。

再生可能素材とエネルギーのための農業

バイオ燃料

農業は食料だけでなく、多くの非再生可能素材を自然に育てた代替品で置き換えることも可能です。

現在は第一世代のバイオ燃料で実現されていますが、将来的には藻類を栽培してバイオ燃料を生産することが新たな農業ビジネスモデルになる可能性があります。

バイオマテリアル

現在、多くの素材は非再生可能資源から作られるか、何らかの形で有害です。新たなバイオ技術が代替材料の開発に役立つ可能性があります。自然由来というだけで、安全性や環境上の優位性が証明されるわけではありません。

バイオプラスチックに関しては、多くの企業がプラスチック依存を大幅に減らす取り組みをリードしています。バイオ由来プラスチックが必ず生分解性を持つわけではなく、回収や処理方法も重要です。

木材も重要な再生可能素材です。育種によって生産性が高まる可能性がありますが、炭素への効果は森林管理や土地利用などに左右されます。市場規模の推計も対象範囲によって異なります。

研究者は、アルカリ処理、熱、バイオポリマーなどを使って木材の性質を変える方法を調べています。一部の実験では処理した木材の強度や剛性が高まったと報告されています。すべての木材が鋼と同じ強度やコンクリートの23倍の剛性を得るという一般的な保証ではありません。

農業への投資

食料やバイオ素材の生産にはさまざまな投資方法があります。大きな経済分野ですが、市場規模の推計は対象となる活動や定義によって異なります（出典）。

このセクターは非常に分散化されており、農業活動の多くは比較的小規模企業や家族経営が担っています。全体として、農業は垂直統合がほとんどなく、機械、種子、化学薬品、労働、加工、再販・マーケティングなど、バリューチェーンの各段階で異なる企業が供給しています。

食品関連企業への投資にはさまざまな証券会社を利用できます。securities.ioでは、米国、カナダ、オーストラリア、英国、その他多くの国の証券会社を紹介しています。

特定企業への投資に興味がない場合は、Global X AgTech & Food Innovation ETF (KROP)、iShares MSCI Agriculture Producers ETF (VEGI)、またはVanEck Agribusiness ETF (MOO)など、農業や食品関連のETFも選択肢になります。分散効果は期待できますが、構成、手数料、リスクは異なります。一般的なバイオ技術ETFと同一ではありません。

食料生産・農業イノベーション企業

CTVA 価格チャート

Cortevaは農業技術、特に化学薬品と種子分野で世界的リーダーです。また、ロボティクスなどの新しい農業技術にも積極的に取り組んでいます。

Cortevaの2023年の純売上高は約172億ドルでした。従業員や顧客数は当時の会社資料に基づく数字です。競合のBayerとSyngentaは米国発祥の企業ではありません。

2024年上半期は、前年同期比で作物保護製品の売上が減り、種子の売上は増えました。これは通期の最終実績や需要の恒久的な低下を意味しません。

出典： Corteva

Cortevaの種子事業では、トウモロコシと大豆が重要です。Cortevaの「Enlist E3」大豆は、2,4-Dコリン、グリホサート、グルホシネートの3種の除草剤に耐性があります。2024年8月の会社資料では、米国大豆市場での技術普及率が2024年に65％を超えると予想されていました。2019年は5％未満でしたが、予測を確定実績と混同してはいけません。

出典： Corteva

作物保護・化学部門では、売上の半分以上が除草剤で、残りは主に殺虫剤と殺菌剤です。

出典： Corteva

Cortevaは従来の産業農業を基盤に事業を構築しており、これは現在のR&D予算を支える非常に収益性の高い活動です。

Cortevaは新たな農業技術にも投資しています。取り組みには次のようなものがあります。

Cortevaは低排出型バイオ燃料や特殊タンパク質の市場機会も検討しています。記事中の2035年に各100億～300億ドルという数値は将来の市場推計であり、すでに実現した売上ではありません。

出典： Corteva

Cortevaは工業化された農業の大手であり、新技術にも投資しています。ただし、個々の開発の商業的な成功は、研究成果、規制、費用、市場の受け入れに左右されます。

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ジョナサンは元生化学研究者で、遺伝子解析と臨床試験に従事していました。現在は株式アナリスト兼ファイナンスライターとして、イノベーション、市場サイクル、地政学に焦点を当て、彼の出版物『The Eurasian Century』で執筆しています。