第一章 農業システムの理解
農業システムは様々な方法で説明することができます。長年にわたり、研究者や農家は、特定の特徴や定義に基づいて農業システムを識別するために、様々な用語（農業システム、作付体系、有機農業、生態学的農業など）を使用してきました。これらの一般的な用語の多くはBox 1.1に概説されています。一部の用語は独自の実践方法、管理技術、哲学に焦点を当てている一方で、他の定義は生産される商品（例：トウモロコシ-大豆システム、野菜または養豚生産システム）に焦点を当てています。
本ハンドブックでは、「農業システム」という用語を、家畜および作物（食料、飼料、繊維および/またはエネルギー）を生産するシステムを広く指すものとして使用し、そのシステムの社会的、政治的、経済的要素も含むものとします。
Box 1.1のカテゴリーに該当する事例や例は、適切な場合に示されますが、農業システム研究者は、研究や教育目的で独自のシステムを概念化する際に、これらの定義に縛られる必要はありません。むしろ、それぞれから要素を選択して、独自のシステムを最適に開発または定義すべきです。
農業システムの主要概念
一般システム理論と生態系生態学から導き出された以下の概念は、農業生態学の基礎となり、研究目的で農業システムを概念化し理解する上で不可欠です（Drinkwater, 2009）。これらは総じて、学際的研究を促進するための枠組みを提供します。
１、農業システムは固有の空間的・時間的境界によって定義される
農業システムの境界は、農場のように固定的な場合もありますが、主観的な境界によって定義することもできます。農業システム研究において、空間的・時間的境界は、研究目標、環境構造、社会経済的・政治的構造、そして農家やその共同体による土地利用の決定によって決められます。研究課題や仮説を設定した後、最初のステップは、取り組む問題に合致する物理的・時間的境界を特定することです。例えば、春の耕起や作付けが水質に与える影響を測定する集水域研究では、短期的な焦点で十分かもしれません。しかし、集水域から流出する栄養負荷を定量化することが目的である場合、季節的・年次的な変動を捉えるために複数年の研究が必要となります。システムの物理的境界は、圃場、管理単位、特定の農場の境界線（Shreck et al., 2006）から、複数の農場の集合体、集水域全体（Strock et al., 2005）、または郡まで、幅広く変化します。
２、農業システムは相互作用する下位システムで構成される
すべてのシステムは、階層的または非階層的な関係を持つ多くの小さな相互作用する下位システムで構成されています。農業システムと生態系システム内における入れ子状の階層の普遍性は顕著な特徴です。集水域はこの入れ子状の階層を例示しています—大きな河川流域には、より小さな集水域を排水する多くの支流があり、それぞれが独自の支流システムを持っています。しかし、入れ子状の階層が常により大きなシステムの小型版というわけではありません。より一般的には、農業システムには独自の特性を持つ下位システムが含まれています。圃場は農場に集約され、農場は集水域、農業地域、または郡に集約されます（Strock et al., 2005; Gentry et al., 2009）。階層の各レベルは、より大きなシステムとは明確に異なる小さなシステムで構成されています。下位システムは、穀物と家畜の両方を生産する統合農場のように、非階層的な関係を示すこともあります。ここでは、これらの事業は、作物の産出（家畜飼料用の穀物と飼料）と栄養（圃場に施用される堆肥）の交換を通じて結びついた、より大きな農業システム内の相互作用する下位システムです。
３、システムプロセスは異なる規模とレートで発生する
システム境界と同様に、システムプロセスは空間と時間において変化します。例えば、栄養循環は、ミクロンレベルから植物全体まで、そして単一の圃場から農業共同体まで、様々な規模で発生します。時間ベースのプロセスは数分から数世紀にわたります—易分解性有機物の分解や捕食者-被食者の相互作用による害虫個体群の変化は、一栽培期間内で発生する可能性があります（Letourneau, 1997; Puget et al., 2000）。
しかし、安定化した土壌有機物や除草剤に対する雑草の抵抗性の変化は、明らかになるまでに何年もしくは数十年かかる場合があります（Aref and Wander, 1997; Vidal et al., 2007）。慣行農法から有機農法への移行、または慣行耕起から不耕起への移行といった主要な管理の変更時には、一部のプロセスは急速に変化しますが、他のプロセスは検出までに何年もかかります。例えば、休閑地をカバークロップに置き換えることは、土壌有機炭素総量の変化が測定可能になる前に土壌分解者に影響を与えます。異なるプロセスが異なる時期に定常状態に達するため、研究者は、特に管理システム間の移行を研究する際には、これらの様々な時間枠を考慮する必要があります。というのも、遺産効果が新しい実践と相互作用する可能性があるためです。
４、システム構造が機能を決定する
農業生態系において、構造的特性（例：土壌タイプ、気候、生物多様性）は、植物生産性、窒素保持、温室効果ガス排出などの機能と、安定性やレジリエンスといった創発的特性を駆動します。この構造-機能関係は、特定の機能を最適化するための農業システムの設計や、農業生態系間の差異を理解するための有用な枠組みを提供します。例えば、自然生態系における生物多様性の増加は、しばしば生産性の向上とシステムのレジリエンス強化と相関関係にあります。そのため、種の多様性の意図的な管理は、持続可能な農業システムを実現するための重要な戦略となりうるのです（Jackson et al., 2007）。
５、農業システムはオープンシステムである
農業システムはオープンシステムであり、エネルギー、栄養素、生物、情報が常にシステムの境界を越えて移動します。システム構成要素間および境界を越えた正味の流れを測定することは—栄養収支とエネルギー収支、物質収支計算、ライフサイクル分析を通じて—これらのプロセスを理解する上で極めて重要です。
例えば、圃場や集水域といった定義された境界を越える栄養流を測定することは、農場管理が長期的な土壌肥沃度と周辺景観に与える影響を理解するのに役立ちます。
６、農業システムには創発的特性がある
すべてのシステムには創発的特性があります。これらは、システムの複雑性がより高いレベルに達した時にのみ現れる特徴や挙動です（von Bertalanffy, 1968）。これらの特性は、システムが下位システムの複合体として機能する場合にのみ創発し、構成要素が分離されている場合には存在できません。
動物の器官系を考えてみましょう：消化系、生殖系、循環器系は個別に存在しますが、生命という創発的特性を生み出すのは、これらが協調して働く時だけです。農業システムにおいて、土壌の質は創発的特性であり、土壌の生物的、物理的、化学的プロセス間の相互作用から生じます（Carter et al., 2004）。同様に、持続可能性は、システム内の複数の社会的・物理的相互作用から創発します（Chase and Grubinger, 2014; Lengnick, 2015）。
システム研究の理解
これらの主要概念に基づき、システム研究は複雑なシステムが統合的な全体としてどのように機能するかを理解することを目指します。構成要素間の相互作用を研究してシステム全体を理解しなければならないという中核的な前提が、システム思考を定義づけています。したがって、農業システム研究は以下を理解することを目指します：(1) 構成要素間の関係がシステムにどのように影響を与えるか、(2) システム全体がどのように機能するか。
還元主義的研究からシステム理論へ：
そこからここへの道のり
還元主義的研究とは異なり、システム研究は複雑なシステムが全体としてどのように機能するかを検証します。システム研究は以下の点を認識しています：
(1) 複雑なシステムには構成要素間の非線形的な相互作用が存在すること
(2) これらの相互作用がフィードバックループを生み出し、自己制御と創発的特性を可能にすること。簡単に言えば、複雑なシステムは部分の総和以上のものです。これは還元主義的科学の前提：(1) システムは分析のために独立した構成要素に分解できる、(2) これらの構成要素を線形的に組み合わせることでシステム全体を説明できる、という考えとは対照的です。
「システム思考」は、私たちの世界を構成する複雑なシステムを理解するための情報を整理する上で有用なアプローチです。
還元主義的科学は依然として価値がありますが、システムベースの研究—特に学際的なシステム研究（第2章でさらに詳しく説明）—は、生産システムと環境的・社会的文脈との関連性を強調しながら、現実世界の複雑性を理解するための追加的なツールを提供します。
農業システム研究の起源は1800年代にまで遡り、異なる作付体系を比較した最初の長期輪作研究に始まります。アメリカでは、モロー・プロット（1876年にイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校で設立）やサンボーン・フィールド（1888年にミズーリ大学で設立）といった初期の実験で、家畜糞肥や緑肥を使用する伝統的な複合輪作と単純化された輪作を比較しました。
1940年代に、可溶性肥料、除草剤、農薬といった短期間で結果が出る管理戦略—つまり還元主義的手法で研究できるもの—に研究の重点が移行すると、作付体系研究は人気を失いました。
しかし、経済的目標と生産システムの両方に焦点を当てる営農システム研究は、1970年代に資源の限られた農家の生産技術向上を支援する戦略として、国際開発の分野で登場しました（Shaner, 1982）。この手法は、農村部の生産者や消費者への影響を考慮せずに国家の生産目標と開発目標にのみ焦点を当てていた従来の農業研究の限界を克服することを約束したため、国際農業・農村開発機関から注目を集めました。農学者、経済学者、農家を含む研究チームが、初めて実際の農場を研究し始めました。1980年代後半までに、この種の研究は世界中の国内外の農業研究機関で確立されていました（Baker and Norman, 1990）。
アメリカでは、1980年代に持続可能な農業運動を通じて全体システム研究への関心が復活しました。初期の持続可能性研究の多くは、国際的な営農システム運動から知見を得ていました。ロデール研究所の営農システム試験は、アメリカにおける第二世代の作付体系実験の先駆けとなりました（Liebhardt et al., 1989; Peterson et al., 1999）。この長期試験は、1980年代から1990年代にかけて確立された数多くの作付体系実験に影響を与えました。初期のSARE助成の例には、カリフォルニア州デービスの持続可能な農業営農システム（SAFS）プロジェクト（35ページ参照）、ノースカロライナ州ゴールズボロの環境農業システムセンター（CEFS）の研究ユニット（20ページ参照）、テキサス州の高原農業における飼料・畜産システムの研究、そしてウェストバージニア州における慣行農業から有機農業への移行に関する研究が含まれます。最近のSARE助成システムプロジェクトには、ペンシルベニア州立大学の酪農業向け持続可能な作付体系の開発と、ニューハンプシャー大学の完全統合型の自給自足酪農場（76ページ参照）が含まれます。
同時に、生態学者たちは生態系の概念を農業に応用し始め、「農業生態系」と呼ばれる新しい概念的枠組みであるアグロエコロジーの発展につながりました（Gliessman, 2014）。アグロエコロジーは、確固とした理論的・概念的基盤を提供することで、農業における全体システム思考の発展に大きな影響を与えてきました（Gliessman, 2014）。本ハンドブックで紹介される理論やアイデアの多くは、アグロエコロジーと農業生態系に基づく研究に由来しています。
システムベースの研究は還元主義的科学に取って代わることはできませんが、生産システムと環境的・社会的文脈との関連性を強調しながら、現実世界の複雑性を理解するための追加的なツールを提供します。
BOX 1.1.農業システムの用語
農業文献全般において、営農システムはその基礎となる哲学と管理実践によって定義されてきました。営農システムとは、「特定の農場資源が環境の中でどのように組み合わされているか...一次農産物の生産のために...世帯が物理的、生物的、社会経済的環境と資源に応じて、明確に定義された実践に従って管理する独自で合理的に安定した営農事業の配置」を指します（IRRI, 2012）。
以下が、研究者、政策立案者、農家によって一般的に認識されている主要な営農システムの種類です：
保全農業システム（Conservation agriculture systems）は、高い生産性を維持しながら資源保全的な方法を使用します。通常、最小耕起、被覆作物、輪作を組み合わせます。
低投入型農業システム（Reduced- or low-input farming systems ）は、市販の化学物質や燃料といった外部資源の使用を最小限に抑えます。これらのシステムは、生物的病害虫防除、再生可能エネルギー、生物的窒素固定、緑肥や有機物からの栄養分など、内部資源を活用して栄養分とエネルギーの循環を最適化します。これらのシステムの多くは統合農業の例です。
統合農業システム（Integrated farming systems）は、環境の質と経済的利益のバランスを取るために、従来型と有機農業の生産方法を組み合わせます。例えば、統合農家は堆肥や緑肥作物で土壌を育成しながら、一部の合成肥料を使用し、生物的、文化的、機械的な病害虫防除実践も併用します。
代替的畜産システム（Alternative livestock production）は、従来型や工業的畜産農場よりも収容密度を下げ、放牧地により大きく依存します。酪農における一般的な例は集約的輪換放牧で、短期間の集約的な放牧期間の後に、牧草地の回復を可能にする長期の休息期間を設けます。
統合型耕種畜産システム（Integrated crop–livestock farming systems）は、畜産農家が所有または管理する農地と放牧地で、家畜飼料の相当部分を生産します。これらのシステムは、作物と畜産の事業を活用して栄養分を効率的にリサイクルし、輪作を促進し、飼料や投入資材の価格変動から農家を保護します。
有機農業（Organic agriculture）は、生態学的生産管理システムであると同時に、食品や農産物が承認された方法で生産されたことを示す表示用語でもあります。これらの方法は、資源循環を促進し、生態学的バランスを促進し、生物多様性を保全する文化的、生物的、機械的な実践を統合します。合成肥料、下水汚泥、放射線照射、遺伝子工学は禁止されています。
生態学的農業システム（Ecologically based farming systems）は、土壌の健全性を高め、水質を保護するために、生態学的病害虫管理、栄養循環、自然・再生可能資源を重視します。有機農業やその他の「自然」農業システムがこのカテゴリーに含まれ、輪作、生物的病害虫防除、堆肥などの一般的な実践を採用し、ほとんどまたはすべての合成肥料や病害虫防除を避けます。
食料システム（Food systems）は、食料生産から消費までを結びつける複雑な活動と制度のネットワークを包含します。食料システム研究は通常、「商品連鎖」アプローチを用いて生産、加工、流通、消費を分析します。
（National Research Council, 2010より改編）
農業研究におけるパラダイムの転換
還元主義的アプローチからシステムアプローチへの移行には、実験デザインや研究プロトコルの軽微な変更以上のものが必要です。システム研究を効果的に実施するには、農業、農業システム、科学的協働、実験デザインについての新しい考え方が求められます。
この転換には3つの重要な領域があります：
Rethink：再考
研究者は個々の構成要素と単純な因果関係に焦点を当てることから脱却し、システムのすべての部分とそれらの相互関連性を包含する全体論的な視点を採用する必要があります。これは、研究対象を定義する際にシステム全体の観点から考えることを意味します。
Redesign：再設計
研究者は、要因実験からシステムアプローチへの移行に伴い、農業研究のデザイン方法を変革しなければなりません。
Regroup：再編成
協働は不可欠です。現実世界の農学的問題は専門分野の境界内に収まることはめったにないため、科学者と農業実践者のチームが協力し、システムの異なる部分に関する専門知識を共有する必要があります。特にSAREが資金提供する多くの大規模システム研究プロジェクトでは、農業者が最初から参加し、設計と実施に関する意見を提供しています。
BOX 1.2. 還元主義的設計の課題
要因実験設計を用いる研究者たちは、特に実験が実際の農業システムを正確に模倣しているという前提に関して、いくつかの課題に直面しています。特定の要因を分離する実験設計は、しばしば現実を過度に単純化してしまいます。変数を制御しようとする過程で、研究者たちは重要なシステムの相互作用を変更したり、排除したりしてしまう可能性があります。
有機農業の研究を考えてみましょう：除草剤散布区画と機械的除草区画を単独で比較した場合、有機システムは従来型システムより性能が劣る可能性があります。これは、管理履歴が背景条件（土壌特性や雑草個体群など）に影響を与え、農家は化学的雑草防除を使用しない代わりに、輪作、耕起、播種日を調整する必要があるためです。有機農業を適切に研究するには、これらすべての要素を組み込んだシステムベースの設計が必要です。
要因実験設計はまた、非現実的な実験条件を生み出す可能性があります。この設計では処理間で実験対象外の管理実践をすべて一定に保つ必要がありますが、実際の農業システムはそのようには機能しません。実践では、ある農法を変更すると通常は他の要素も調整する必要があります—例えば、耕起方法を変更すると、多くの場合、播種日や作物品種も変更する必要があります。要因実験設計のこれらの制限は、システムベースの研究の重要な利点を浮き彫りにしています：それは農家が実際にどのように農場を管理し、問題を解決しているかをより正確に反映しているのです。
Rethink：実験的アプローチの再考
個々の部分と因果関係の研究から全体論的な視点への転換は、システムアプローチを適用する上で極めて重要です。良い第一歩は、対象となるシステム内の構成要素と相互作用を示す概念モデルまたはマップを作成することです。これらのモデルは研究課題と仮説の展開に役立ちます。
ダイズアブラムシの管理における還元主義的アプローチとシステムアプローチを比較する事例研究を考えてみましょう。
従来の還元主義的アプローチを用いる研究者は、アブラムシの問題に対して「ダイズアブラムシをどのように防除できるか？」と問いかけるかもしれません。そして、ダイズアブラムシの動態が農業環境の他の要因から独立して機能すると仮定し、異なる農薬の種類や施用量など、特定の手法を検証する短期的な要因実験を設計するかもしれません。
対照的に、システムベースのアプローチを用いる研究者は、より広い問いから始めます：「農業システム内のどのような相互作用とプロセスがダイズアブラムシの個体数と生活環に影響を与えているのか？」多くの可能性を考慮して、選択肢を視覚的に表現するためのイラストや概念マップの作成から始めるかもしれません。
図1.1は、共同研究チームがダイズアブラムシに影響を与えるプロセスと相互作用を説明するために使用する可能性のある概念マップの例を示しています
Redesign：再設計
標準的な農業研究において、要因実験計画法が最も一般的なアプローチです。この設計では、研究者は他の属性を一定に保ちながら、様々な組み合わせを比較することで、複数のレベルで2つ以上の要因の効果を研究します（Little and Hills, 1978）。このアプローチにより、研究者は複雑なシステムを分解し、特定の要素を分離して、生産に関する問題における因果関係を特定することができます。例えば、要因実験計画法では「特定のトマト品種が有機肥料または無機肥料の様々な施用量にどのように反応するか？」を調査することができます。これにより、各トマト品種の異なる肥料施用量に対する反応を個別に評価することができます。
しかし、トマトは肥料の種類や施用量以外にも、土壌構造、水分、病害虫の圧力など、多くの要因に反応します。要因実験計画法は完全なシステムをシミュレートするのではなく、特定のプロセスを分離するため、しばしば現実を過度に単純化してしまいます。研究者が検証対象の変数以外をすべて一定に保とうとすると、システム内の重要な相互作用を変更したり排除したりすることが多くなります（Drinkwater, 2002）（Box 1.2参照）。
初期の農業システム研究プロジェクトの多くは、開発中の新しいシステムにこの要因実験的アプローチを適用するという過ちを犯しました。実験計画が単なる修正された還元主義的アプローチだったため、これは良好な結果につながりませんでした（Janke et al., 1991）。土壌の健全性、微生物の多様性、被覆作物、経済的利点などの持続可能性に不可欠な要因を含むようにシステムを再設計する代わりに、研究者は除草剤や農薬などの要因を一度に1つずつ除去または置換しただけでした。システム全体を適切にテストするには、実践方法や実験計画においてより大きな変動性を意味する場合でも、各管理体制が最適に機能できるように設計する必要があります。
カリフォルニア州デービスの持続可能な農業営農システム（SAFS）実験は、実践の置換ではなく、システムを模倣する設計の優れた例を示しています。このSARE資金による長期試験（35ページ参照）では、従来型と被覆作物を用いたトマトの輪作を比較しました。農家の協力者が、被覆作物の鋤き込み後の遅い植付けにより被覆作物システムの性能が低いことを指摘したとき、研究チームは適応しました。従来型システムを模倣する代わりに、トマトの苗を使用することで地域の最良の実践に合わせてシステムを修正しました。これは被覆作物システムにおいて、異なる植付け日、品種、灌漑スケジュールを意味しました。これらの変更により、被覆作物システムは経済的な競争力を持つだけでなく、エネルギーと水の使用においてより効率的になりました。研究者がシステム間で同一の植付け日と品種を維持していたら、被覆作物システムの潜在能力を大幅に過小評価していたでしょう。
このケースは、農業システム研究における長期的な時間枠の必要性を浮き彫りにしています。研究者は、早期の農家からの意見を得ても、経験を積み、実験計画を調整する時間が必要です。2〜3年の短期実験では、長期的な生態学的プロセスを分析する機会が限られています。例えば、土壌の栄養素の利用可能性は管理履歴に依存し、多くの土壌プロセスが安定するには数作期以上必要です。特に窒素の利用可能性は、微生物バイオマスの回転のような急速なプロセスと、土壌有機物（SOM）の量と組成に影響を与えるより遅いプロセスの両方を含みます。従来型の耕起を数十年続けた後に不耕起栽培を導入すると、窒素と炭素の循環の変化により、一時的に植物が利用できる窒素が減少する可能性があります（Meisinger et al., 1985）。この効果はSOMが平衡に達するにつれて減少します。同様に、無機肥料から有機資材に切り替えると、当初は窒素の利用可能性が低下しますが、土壌の循環が安定するにつれて徐々に増加します（Liebhardt et al., 1989; Clark et al., 1999）。短期的な収量反応試験では、これらの長期的な生物学的プロセスを正確に測定することはできません。
システム研究の再設計には、典型的な還元主義的研究区画よりも大きな研究領域が必要です。標準的な試験場区画を超えた景観特徴は、作物の被害（Letourneau, 1997）や害虫の個体数など、時には試験場の境界を超えた研究を必要とする結果に影響を与えます。大規模な研究により、景観レベルの植生と、寄生蜂などの天敵を含む有益な昆虫の個体数、多様性、行動との間の関連が明らかになっています。Marino and Landis（1996）は、トウモロコシ畑のヨトウムシ幼虫に対する寄生蜂の有効性を決定するのは、圃場規模ではなく、景観レベルの植生の多様性であることを発見しました。寄生蜂の種の多様性は両方の規模で同様でしたが、平均寄生率は複雑な景観で有意に高くなりました（13.1パーセント対2.4パーセント）。これらの発見は、単一地点での小区画要因実験では生物的害虫防除の有効性を適切に評価できない可能性があることを示しています。
システムの再設計には独自の課題があります—各システムには異なる定義と評価方法が必要であり（第3章と第4章参照）、研究には多くの場合、様々な実験設計と複数の戦略が組み込まれています。これらには、農場での参加型研究、事例研究、調査、インタビュー、フォーカスグループ、景観レベルのデータ収集、多様な管理アプローチが含まれる場合があります。
システムベースの研究は複数の相互作用する要素の研究を重視しますが、反復、要因実験計画、統計分析などの還元主義的なツールを依然として使用することができます。因果関係と基本的なメカニズムを特定する制御実験は、システムの文脈内で複雑な問題を解決するのに役立ちます。長期的な営農システム研究では、作付けシステムを主要な処理とする無作為完全ブロック設計がよく使用されます（Liebhardt et al., 1989）。研究者は頻繁に、より大きなシステム実験のための特定の実践をテストする「サテライト試験」として小規模な要因実験を実施します。また、農場の圃場やより大きな実験の中に、時には要因処理を含む反復区を組み込みます（Kramer et al., 2002; Schipanski et al., 2010）。第3章と第4章でこれらのアプローチについて詳しく説明します。
Regroup：再編成
システム研究は、広範な集合的知識を持つ多分野または学際的なチームによって共同で実施される時に最も効果的です。例えば、ダイズアブラムシの研究（p. 14）では、システムアプローチには最低でも昆虫学、植物病理学、土壌生物学の専門家が必要です。研究課題が複雑になるにつれて、チームはより多様化する必要があります。
窒素損失は、システムの視点がいかに多様な専門知識を必要とするかを示しています。生物物理学的レベルでは、窒素損失は主に農家が圃場に施用する肥料の量、タイミング、種類に依存します。これらの管理要因の最適化に多くの研究が焦点を当ててきましたが、農家の施肥決定は複数の要因の影響を受けます：土壌条件、輪作、政府の政策、民間市場、そして彼ら自身の費用便益分析です。施肥後は、降雨パターンや細菌による変換などの環境プロセスがさらに栄養損失率に影響を与えます。
この例は、システムベースの農業研究に多様なチームが不可欠である理由を示しています。農学者は肥料効率の改善に焦点を当て、土壌栄養の専門家は作物の栄養吸収を向上させるためのより良い施用方法を研究します。普及教育者は、これらのベストプラクティスを農家に伝えます。植物生理学者と分子遺伝学者は、窒素をより効率的に利用する作物品種の開発を含む作物改良に取り組むことができます。水管理と水文学の専門家は、過剰な窒素を捕捉するための浅い溝や湿地の建設など、工学的解決策を探求します。経済学者やその他の社会科学者は人的要因を評価します。
モンタナ州の事例は、この点を示しています。生物物理学者は硝酸塩問題に対処するために肥料施用方法の変更を提案しましたが、農家は収量を低下させる可能性のある施肥量の削減に抵抗しました。広範な調査とインタビューを通じて、社会学者は研究の枠組みを変える必要があることを発見しました。窒素肥料管理のみに焦点を当てるのではなく、異なる圃場条件と管理システム全体にわたる硝酸塩の動態を研究するように範囲を広げました。この転換—肥料を問題として見るのではなく、作物と土壌システム全体を検討すること—は農家の共感を得ました。農家と科学者が協力して研究課題を再定義し、結果を共に分析しました。彼らの発見は、地下水への硝酸塩の移動が輪作、土壌硝酸塩レベル、降雨パターンの相互作用に依存していることを明らかにしました。この包括的なアプローチは、より深い洞察を提供し、農家が実際に実施する可能性の高い解決策を開発する機会を増やしました。（システム研究プロジェクトにおける社会科学者の重要な役割の他の例については、Box 1.3を参照してください。）
プロジェクト開始時から社会学者、経済学者、その他の社会科学者を含めることの価値は、いくら強調してもしすぎることはありません。農業における現在の多くの環境問題—そして農家の経済的安全性を確保する解決策の開発の失敗—は、分野横断的な協力の不足に直接起因しています。
ジョージア大学収穫後研究チームの一部として、食品科学部と農業工学部の教員は、農場から消費者までの新鮮な果物と野菜の収穫後処理の理解についてアプローチを広げようとして、農業経済学者と協力し、収穫後処理の物理的および品質的側面を超えた研究計画を開発しました。この学際的チームは共同で、収穫後処理が価格にどのように影響するか、そして市場が受け入れる価格を決定するために研究範囲を拡大しました。最初から経済学者を含めていなければ、ヘドニック価格モデリング、つまり内部特性と外部要因の両方に起因する価格要因を検討することはできなかったでしょう（Box 1.4）。
複数の研究分野を含めることに加えて、農業システム研究はアカデミアを超えた拡大も必要とします。研究は真空の中で作られるのではなく、現在の農業実践から生まれ、それを反映しています。伝統的な研究パラダイムは一方向の流れを持つ直線的な関係を想定する傾向がありました—研究者がイノベーションを開発し、普及員がそれを推奨して広め、農家がそれを採用または拒否する—しかし実際には、農家、普及教育者、研究者間の相互作用と知識の流れは多方向的です。
農業システム研究は複数の視点とアプローチを取り入れるように設計されているため、異なる知識の方法を重視することで専門家と見なされる範囲を広げ、普及、地域社会グループ、政府機関、そして研究の受益者である農家自身など、複数の利害関係者に研究の場を開放します。農業システムアプローチは、研究プロセスのすべての段階—開始、計画、実施—で農家やその他の利害関係者をより容易に関与させ、すべての参加者が互いに学び合うことを可能にします。最初から情報の流れを改善することで、農業システム研究は新しい種類のイノベーションも促進します。第2章では再編成と協力的なチーム作りについて論じます。
ノースカロライナ州の環境農業システムセンターの事例研究は、複数の利害関係者がこれらすべてのアプローチ—再考、再設計、再編成—を使用して、古い問題に対する新しい解決策を見出す方法を示しています。
BOX 1.3. システム研究における社会学
ポリエチレンプラスチックマルチの環境に優しい生分解性の代替品は1980年代から入手可能でしたが、野菜栽培者は、長期的にはコスト効率が良く、労力が少なく、プラスチックマルチよりも環境的に持続可能であるにもかかわらず、長年その使用を躊躇してきました。
この躊躇をより良く理解するために、ワシントン州立大学、テネシー大学、テキサスA&M大学の学際的な研究チームは、社会学者を中心に、農家や普及教育者とのフォーカスグループ調査とアンケートを実施しました。グループは、農家が生分解性プラスチックマルチの使用を躊躇する理由として、技術に関する知識不足、高い初期コスト、土壌での予測不可能な分解、土壌への影響が不明であることを発見しました。
2009年から2013年にかけてUSDA-SCRI助成金により行われたこの研究は、ポリエチレンプラスチックマルチの代替品使用に対する障壁と架け橋を特定するため、野菜農家の認識を記録する社会学的研究を適用した初めての研究でした。この情報を基に、学際的チームは新しいマルチ製品を試験する一般的な圃場試験を超えて、効果的な生分解性マルチを見つけるために農家と直接協力しています。チームは、農家が新技術の使用法を詳しく学ぶ機会を得られるよう、アウトリーチ戦略を開発しています。この例と17ページで言及したジュディスの窒素の事例では、問題は最初、純粋に環境的な観点からアプローチされ、成功しませんでした。しかし、社会科学者を含めることで、農家の声を聞く機会が生まれました。農家をエコシステムの不可欠な部分として捉え、彼らの意思決定の動機を理解することで、社会科学者はチームがより適用可能で永続的な解決策を開発することを可能にします。
バーモント大学の人類学者ジェイソン・パーカーは、特定のコミュニティと協働する際には、システムの利害関係者を理解することが不可欠だと指摘します。「特定の言語を学ぶことではなく、人々が特定の問題やトピックについてどのように話し、考えているかを学ぶことが重要です。それができれば、プロジェクトの成果を共有する際の協力がより成功する可能性が高くなります」とパーカーは述べています。
社会学者は、農家の決定に影響を与える要因が複雑で、単なる経済的または環境的な考慮を超えていることを理解しています。実際、農場は多くの場合、家族単位で運営されているため、従来の事業ではなく、したがって農家は従来のビジネスマンやビジネスウーマンではありません。農家は以下のような様々な社会レベルでの影響に基づいて決定を下します：
• 個人：農家、家族メンバー、農場労働者 • 世帯：家族の資源とニーズ、土地の利用可能性、農場の承継 • コミュニティ：近隣地域、コミュニティグループと組織 • 制度：州と政府の規則、規制、政策、人口のニーズ
社会学者は、農家がこれらの社会レベルの中で農業システムにおいてどのように相互作用するかを解釈します。研究プロジェクトに社会学者が参加することで、生物物理学者には明白でない可能性のある農家の視点をより深く理解することができます。バーモント大学の農村社会学者であるショシャナ・インウッド博士によると、社会学者は農家が多様であることを認識しています。彼らは異なる動機、価値観、経験に基づいて決定を下すため、アメリカの異なる地域で同様のシステム研究プロジェクトを行っても、まったく異なる結果が得られる可能性があります。「政策やプログラムについて話す時、すべての農家が同じようにプログラムに参加できると想定することはできません」と彼女は述べています。
社会と生産システムの間のつながりに取り組むシステム研究では、農場管理の意思決定に対する社会的影響を効果的に探求するため、初日からチームに社会学者を加えるべきです。SAREは、社会学者が生物物理学的な面と社会的な面の橋渡しにおいて果たす重要な役割により、計画チームに社会学者を加えることが持続可能な農業を推進する上で不可欠であることを見出しています。SAREの4つの運営評議会それぞれには、毎年プログラムが資金提供する助成金を決定する際に協力する農村社会学者の代表がいます。この代表は、研究提案が農家の生計を研究アプローチに組み込んだ適切な質問をしているかどうかを評価します。
「食料システムと持続可能性の変革は三本脚の椅子のようなものです。作物科学者も、動物科学者も、そして社会科学者も必要です。長期的に見れば、これによってアメリカの食料システムの質が向上するでしょう」と、社会学者で南部SARE代表のダグ・コンスタンスは述べています。
BOX 1.4. システムプロジェクトにおける経済学者の役割
典型的な学際的プロジェクトでは、よく次のようなシナリオが起こります：生物物理学的研究に基づく論文（または助成金申請）が審査に提出されます。研究（または計画）は完了しており、著者は査読者から（願わくは）軽微な変更提案を待っています。審査結果は概ね好意的に戻ってきますが、ある恐ろしい一文が例外としてあります：「この研究は興味深いものですが、経済的な要素を追加することを提案します。」
そこで、主任研究者（PI）は経済学部の教員リストを確認し、知り合いがいないか探します。見つからない場合は、学部長に連絡して、その分野に興味を持ちそうな経済学者を紹介してもらいます。プロジェクトについて説明した後、PIは経済学者に参加の意向を尋ねます。経済学者がプロジェクトの開始時期を尋ねると、実際にはプロジェクトは既に終了しており、「農家にとって経済的に意味があることを確認するために、いくつかの予算計算が必要なだけです」という答えが返ってきます。
これが、学際的プロジェクトにおける経済学者の典型的な関わり方です—最初からではなく（通常は最後に）、得られた結果が収益を下げないことを証明するための予算数値の要請とともに参加するのです。
当然のことながら、PIは通常受け取る否定的な返答に落胆します。「予算計算」は経済学者が研究の一環として定期的に行うことではなく（予算を論文として発表することは不可能です）、せいぜい次学期に授業が終わった後に修士課程の学生が手伝える程度だと告げられても、PIは依然として困惑します。経済学とは予算のことではないのでしょうか？
経済学の科学としての側面と社会科学としての側面の理解不足により、自然科学分野の研究者と経済学者の間で行き詰まりが生じることがよくあります。しかし、農業システムを探求するために学際的チームが形成される別のシナリオを考えてみましょう。そのシステムは大規模な場合もあれば（農場から消費者まで）、生産・流通過程の境界を越える一部分である場合もあります。システムが複数のサブシステムと構成要素を含むことを考えると、経済的インセンティブが意思決定にどのように影響するかを検討することは理にかなっています。
プロジェクトの開始時から学際的チームに経済学者が加わることで、計画が立案され研究プロトコルが確立される際に、システムの経済的要素が目的と方法に含まれることになります。予算はその取り組みの小さな部分かもしれませんが、プロジェクトは経済学者が最初から関与していなければ問われなかったであろう重要な経済的問題に取り組むことになります。
最も重要なのは、プロジェクトの設計に他のデータと同時に経済データを収集することが含まれ、これにより経済的要素が研究の物理的側面と完全に一致することが可能になることです。
ジョージア大学の収穫後研究チームは、農場から消費者までの新鮮な果物や野菜の取り扱いを調査する際にこのような方法で運営されていました。各プロジェクトにおいて、3人の研究者全員が、それぞれの専門分野の学術誌および学際的な出版物に掲載可能な研究成果を見出せるよう注意を払いました。私たちは全ての研究の共著者となり（著者順は出版物によって異なります）、3つの専門分野を考慮してすべてのデータ収集と分析を計画しました。
成功する学際的研究は困難です。会議は時間がかかることが多く、他の専門分野の研究ニーズを理解することは難しく、必要なデータをすべて収集するには費用がかかります。しかし、システムを完全に理解し、洞察に富んだシステム研究を行うためには、学際的研究に代わるものはありません。私が行った最も興味深く有用な研究は、他の専門分野の同僚たちとの共同研究でした—そして、私たちは一度も予算計算をしませんでした。
ジェフ・ジョーダン ジョージア大学農業応用経済学教授
SARE事例研究 CEFS：社会的、経済的、生物学的境界を越えた統合研究
ノースカロライナ州ゴールズボロにある環境農業システムセンター（CEFS）は、2つの土地交付大学とノースカロライナ州農務省（NCDA）との間の特異な提携関係を代表しているため、大きな成功を収めています。有害雑草の発生により、このような社会的関係は複雑になり得ることが示されましたが、真に協力的なアプローチは、従来の研究環境では容易にアクセスできない代替的な解決策を提供できることも明らかになりました。
2000年、CEFSが所在するチェリー研究農場でトロピカルスパイダーワートが発見されたことで、地域の生産者たちは農場全体の燻蒸処理を要求して警戒しました。チェリー研究農場を所有し、政治的に任命されたリーダーを持つNCDAの職員たちは、その要求に耳を傾けざるを得ないと感じました。
しかしCEFSの研究者たちは、土壌変化に焦点を当てた多くの長期的なシステムベースの研究プロジェクトを含む彼らの研究に、燻蒸処理が大きな後退をもたらすことを認識していました。代替案として、スカウティングプログラムの使用、雑草の成長を抑制するための輪作の調整、農場への出入りする機器の検査実施により雑草を制御することを提案しました。
このアプローチは成功し、古い問題に対する新しい解決策を見出すために協力することの価値が強調されました。
「科学と政治の両面から考え、10年の研究を台無しにしない合理的な解決策に到達するために一緒に取り組むことは微妙なバランスを必要としました」と、ノースカロライナ州立大学の園芸科学教授でCEFSディレクターのナンシー・クリーマーは述べています。
CEFSは1994年に、研究者、普及員、生産者、非政府組織の代表者、政府関係者からなるタスクフォースが、持続可能な有機農業システムの長期的かつ大規模な研究に特化した施設が州の農業を強化すると判断して設立されました。今日では、学術、マーケティング、地域食料システム、コミュニティアウトリーチのプログラムが追加され、システムベースの研究に不可欠な活気ある学際的な融合が生まれています。
サザンSAREは、CEFSの影響力を拡大し、繁栄を可能にした多くの研究とアウトリーチプロジェクトに資金を提供してきました。
「私たちは本当に焦点と影響力を広げてきました」とクリーマーは言います。「持続可能な農業と地域食料システムにおける州全体の勢いは、以前よりも幅広い聴衆に reach できるようになりました。州機関の職員、郡政府、保健官僚、飢餓問題の提唱者、従来型農業と持続可能な農業の非営利団体が上級管理レベルで協力することで、幅広い支持基盤にリーチできることが保証されています。」
「この広範な視野は組織の理念にも合致しています」と、CEFSの設立に貢献し、農業システム研究ユニットの初代コーディネーターを務めたノースカロライナ州立大学の名誉作物科学者ポール・ミューラーは付け加えます。「CEFSは常に土地交付大学の『3つの使命』すべてのための施設として考えられてきました。」「それは普及、研究、学術の間のシームレスな融合を表しています。」
CEFSのフィールド研究ユニットは、代替養豚生産、農業システム、有機システム、放牧型牛肉生産、放牧型酪農、小規模農業生産という6つの研究分野に焦点を当てています。これらのユニットは「主に北カロライナ東部における主要な課題を反映しています」と、2014年にノースカロライナ農工州立大学を退職するまで小規模農場ユニットの責任者およびCEFSの共同ディレクターを務めたジョン・オサリバンは述べています。
従来の要因実験デザインの代わりに、CEFSの研究者たちは各生産システム処理において多様な管理戦略を使用しています。例えば、CEFSの農業システム研究ユニットは5つの生態系を比較する研究に携わっています。3つは異なる管理戦略を持つ農業生産システムです：統合作物・畜産システム、有機管理作物システム、従来型の換金作物システムです。4つ目は遷移生態系で、5つ目は植林システムです。
CEFSのコーディネーターたちは、長期的なシステム研究を実施する上で最も重要な考慮事項の一つは、より大きな長期プロジェクトの中に小規模な短期研究を組み込むことでモメンタムを維持することだと言います。このような2年から3年の入れ子型プロジェクトは、主要な研究試験から生じる疑問を検証できるだけでなく、定期的な結果の産出、助成金の確保、大学院生の参加にも役立ちます。「このような［長期的な］研究はあまり存在せず、それには正当な理由があります」とミューラーは言います。「結果が出るまでに長い時間がかかります。待つだけの忍耐力が必要で、多くの機関や資金提供者にはその忍耐がありません。」
CEFSの研究者たちは、これらの障壁に部分的に対処する数十の入れ子型研究を組織してきました。例えば、放牧で飼育された在来種の七面鳥と従来型の幅広胸部の七面鳥を比較した研究があります。この研究は、多くの地域の農家が在来種の鳥を自分の農場に導入するのに役立ち、州レベルで重要な意味を持っています：2007年にアメリカで販売された七面鳥の20パーセントがノースカロライナ州で飼育されていました。
ミューラーは、トロピカルスパイダーワートという有害雑草との経験が、デザインにおけるもう一つの教訓の重要性を示したと言います：それは柔軟性です。例えば、彼の農業システムユニットの研究者たちは、一部の実践が雑草の成長を促進することが判明した後、5システム比較研究で使用されていた作物や輪作の一部を変更しなければなりませんでした。しかし、これらの変更は研究全体の完全性を損なうことはありませんでした。その大きな理由は、5つのシステムが非常に異なっており、研究が長期的に設計されているからです。規模と変動性により、「必要に応じて調整する余地」が提供されるとミューラーは述べています。
第一章はここまでです。
第二章に続きます。
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