世界と協力して温暖化防止に貢献「農業由来の温室効果ガス削減技術」(八木一行)

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1 農業環境技術研究所研究成果発表会 2010 (2010 年 11 月 17 日 ) 世界と協力して温暖化防止に貢献 農業由来の温室効果ガス削減技術 八木一行農業環境技術研究所

2 大気中温室効果ガス濃度の増加 IPCC 第 4 次評価報告書 (AR4) (2007)

3 大気 CO 2 濃度の変化 実態と予測 - 大気 CO 2 濃度 IPCC の各種 CO 2 排出シナリオ A1B A1T A1FI A2 B1 B 年次 IPCC(2001) から

4 水 気温上昇の程度と様々な分野への影響規模 少なくとも 2 以内の上昇に抑えることが必要! 湿潤熱帯地域と高緯度地域での水利用可能性の増加中緯度地域と半乾燥低緯度地域での水利用可能性の減少及び干ばつの増加 数億人が水不足の深刻化に直面する 5 生態系 食糧 最大 30% の種で絶滅地球規模でのリスクの増加重大な 絶滅 重大な : ここでは40% 以上サンゴの白化の増加ほとんどのサンゴが白化広範囲に及ぶサンゴの死滅 ~40% の生態系が影響を受けることで ~15% 陸域生物圏の正味炭素放出源化が進行種の分布範囲の変化と森林火災リスクの増加海洋の深層循環が弱まることによる生態系の変化 小規模農家 自給的農業者 漁業者への複合的で局所的なマイナス影響低緯度地域における穀物生産性の低下中高緯度地域におけるいくつかの穀物生産性の向上 低緯度地域における全ての穀物生産性の低下いくつかの地域で穀物生産性の低下 沿岸域 健康 洪水と暴風雨による損害の増加 世界の沿岸湿地の約 30% の消失 2000~2080 年の平均海面上昇率 4.2mm/ 年に基づく毎年の洪水被害人口が追加的に数百万人増加 栄養失調 下痢 呼吸器疾患 感染症による社会的負荷の増加熱波 洪水 干ばつによる罹 ( り ) 病率 と死亡率の増加 罹 ( り ) 病率 : 病気の発生率のこといくつかの感染症媒介生物の分布変化医療サービスへの重大な負荷 年に対する世界年平均気温の変化 ( ) IPCC 第 4 次評価報告書 (AR4) (2007)

5 世界の温室効果ガス排出量内訳 (2004 年 ) IPCC 第 4 次評価報告書 (AR4) CH % N 2 O 7.9% ハロカーボン類 1.1% 林業 17.4% 廃棄物 2.8% エネルギー 25.9% CO 2 : その他 2.8% CO 2 : 土地利用変化 17.3% CO 2 : 化石燃料 56.5% 農業 13.5% 産業 19.4% 生活 7.9% 運輸 13.1% ガス別 分野別 農業と林業の合計は全体の約 1/3

6 農業由来の温室効果ガス排出 土壌 CO 2 N 2 O 水田 CH 4 吸収 CO 2 肥料 N 2 O 畜産 CH 4 N 2 O

7 農業生態系 ( 農地 ) における 温室効果ガスの発生と吸収 CO 2 光合成 N 2 O CH 4 光合成と呼吸 土壌呼吸 光合成と呼吸 化学肥料有機物 有機物 リターや残渣の供給 微生物による分解 土壌有機炭素 (SOC) C N 硝化と脱窒 N 2 O CH 4 メタン生成 C

8 課題番号 :B-2)-(2)-ab 総合的な温暖化緩和策の定量的評価 担当 : 温暖化緩和策 RP

9 農業環境技術研究所中期計画 ( 平成 18~22 年度 ) B-2)-(2) 農業活動等が物質循環に及ぼす影響の解明 ( 温室効果ガス排出削減部分 ) 農業活動由来の温室効果ガス 窒素等に関する地域 地球規模での環境問題の解決に貢献するため 農業活動が物質循環に及ぼす影響を解明し 負荷軽減策を確立する 温室効果ガスについては 栽培 土壌管理技術による温室効果ガス発生抑制効果を定量的に評価することによって 効率的な負荷軽減技術体系を提示する 同時に 土壌関連データベースを活用し 土壌炭素の動態を記述するモデルを検証 改良して 日本の農耕地土壌における気候変化 人為的管理変化に伴う土壌炭素蓄積量の変化を予測する

10 土壌からの温室効果ガス発生計測 クローズドチャンバー法 マニュアル ( 手動 ) チャンバー 自動連続モニタリングシステム農業環境技術研究所温室効果ガス発生制御施設

11 田畑輪換試験農業環境技術研究所温室効果ガス発生制御施設 CH4 flux (mg CH4 m -2 d -1 ) N2O flux (mg N m -2 d -1 ) 水田はメタンを放出 一方 転換畑は一酸化二窒素を放出 陸稲 水稲 大豆 メタン発生 水田転換畑 ( 大豆 - 小麦 ) 転換畑 ( 陸稲 ) 小麦 一酸化二窒素発生 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 その発生メカニズムは不明な点が多い Nishimura et al., 2005

12 農水省生産局委託土壌由来温室効果ガス計測 抑制技術実証普及事業新たな水管理技術によるメタン抑制実証試験 参加都道府県 ( 実証試験実施地点 ) 灰色低地土 グライ土 灰色台地土 多湿黒ボク土 山形県 ( 山形市 ) 山形県 ( 鶴岡市 ) 福島県 ( 郡山市 ) 新潟県 ( 長岡市 ) 岐阜県 ( 岐阜市 ) 愛知県 ( 長久手町 ) 徳島 ( 徳島市 ) 熊本県 ( 合志市 ) 鹿児島県 ( 南さつま市 ) 目的 : 中干し期間の前倒しや期間を延長した水管理など 各地で可能な水管理による水田からのメタン発生抑制技術を実証する 全国のデータを取りまとめて排出削減係数を求め 京都議定書第一約束期間中に 日本国温室効果ガスインベントリ報告書 に反映させる 全国各地で試験研究および普及担当者向けの説明会を開催し 技術の普及を図る

13 メタンフラックスの結果 ( 庄内 山形 福島 ) 削減分増加分 CH 4 flux (mg-ch 4 m -2 h -1 ) Yamagata Shonai 6/1/08 7/1/08 8/1/08 9/1/08 10/1/08 Date Conventional Front-loaded MD Conventional Front-loaded MD Extended MD Date Yamagata 6/1/08 7/1/08 8/1/08 9/1/08 10/1/ メタンフラックス (mg m -2 hr -1 ) Conventional 慣行 ( 中干し2 週間 ) Front-loaded 中干し3 週間 MD1 Front-loaded 中干し4 週間 MD2 Date Fukushima 6/1/08 7/1/08 8/1/08 9/1/08 10/1/08 11/1/08 青線 : 慣行区緑 オレンジ : 改良区 Rainfall (mm / day) 9 地点中 8 地点で 水管理の改良により 慣行に比べてメタン発生量を平均 30% 程度削減できた このことから 日本の多くの水田におけるメタン発生の削減に対して 中干しの強化が効果的であることが明らかになった 改良水管理では 慣行水管理区に比べて精玄米重が平均 4% 低下する傾向がみられたが 登熟歩合の向上や蛋白含量の減少など品質の向上がみられた これらの成果を 技術指導マニュアル として準備中

14 水田からの CH 4 発生量評価と削減ポテンシャル 2000 年における発生量の地理分布 25.1 Tg/yr CO 2 換算で年 6.4 億トン 95% 信頼区間 :14.8~41.5 Tg/yr 常時湛水の潅漑水田に間断潅漑を導入することにより 4.1 Tg/yr (CO 2 換算で年 1.0 億トン ) のメタン発生を削減可能 Yan et al., 2009

15 硝化抑制剤による一酸化二窒素 ( 亜酸化窒素 ) の発生抑制 N 2 O Flux (μg N -2 m h -1 ) /11 播種基肥 6/21 7/1 7/11 7/21 7/31 N 2 O 追肥 8/10 8/20 8/30 Date ( 月 / 日 ) 被覆肥料区 硝化抑制剤区 通常肥料区 9/9 9/19 9/29 収穫 10/9 10/19 N 2 O 発生量 (mg N/m 2 ) 25 亜酸化窒素の発生量 ( mgn m -2 ) 発酵鶏糞区 被覆肥料区 硝化抑制剤区 淡色黒ボク土の畑にニンジンを栽培した試験結果 (Akiyama et al., 2000) 0.29 通常処理区肥料 ( 尿素 ) 区 0.19 発酵豚糞区尿素区

16 農耕地と草地の土壌炭素賦存量の分布図 ( 表層 30 cm) 国土数値情報土地分類メッシュデータ 地力保全代表断面データ 植生調査ベクタデータ 土壌図ベクタデータ 炭素量の情報を持った土壌群の分布図 炭素量の情報を持った土壌図 草地の分布図 重ね合わせ メッシュ化 (1km) した土壌炭素賦存量分布図 農耕地平均 :81 tc ha -1 合計 :4.2 億 tc tc ha ~ ~ 10 ~ ~ ~ (kg C m -2 ) 0 ~ ~ ~ ~ ~ (kg C m -2 ) 草地平均 :119 tc ha -1 合計 :2.4 億 tc tc ha

17 農地炭素循環モデルによる土壌炭素蓄積効果の将来予測 RothC モデル (Rothamsted Carbon Model) DPM DPM/RPM * 堆肥 RPM BIO * 植物遺体 HUM BIO/HUM CO 年時点での炭素蓄積量を初期値とし 1) 全ての農耕地に堆肥を投入した場合 ( 堆肥シナリオ ) 2) 全ての水田で裏作に麦を作付けした場合 ( 水田二毛作シナリオ ) 3) 堆肥 + 水田二毛作シナリオについて 1kmメッシュごとにモデル計算を行った IOM 潜在的分解率 低 高 CO2/(BIO+HUM) DPM: 易分解性炭素 BIO: 微生物バイオマス RPM: 難分解性炭素 HUN: 腐植 IOM: 不活性な炭素 Total 炭素 シナリオ別炭素投入量 (tc/ha/ 年 ) シナリオ水田畑 作物残渣堆肥作物残渣堆肥 1. 有機物未投入 堆肥 水田二毛作 堆肥 + 水田二毛作 水稲の根 + 刈株 麦の根 + 刈株 麦 大豆の根 + 刈株 水田で 10t/ha 畑で 15t/ha 施用 堆肥の現物あたり C 含有率を 10% として計算

18 全国の農耕地における各シナリオの土壌炭素蓄積効果 土壌炭素蓄積効果 未投入シナリオとの差 (M t C) 年間の土壌炭素蓄積効果 (MtC) 水田畑合計 堆肥 水田二毛作 堆肥 + 水田二毛作 堆肥 + 二毛作 堆肥 水田二毛作 Yokozawa et al. SSPN (2010)

19 IPCC 第 4 次評価報告書 (AR4) 第 3 作業部会報告 (2007) 農林業分野からの GHG 排出とその緩和策 農林業分野からの GHG 排出 農業分野からの排出は地球全体で Gt CO 2 - eq/yr ( 人為起源の 13.5%) であり そのほとんどが CH 4 と N 2 O による 森林破壊などの土地利用変化による林業分野からの CO 2 排出は地球全体で 5.8 Gt CO 2 -eq/yr であり その他の排出も含めて人為起源の 17.4% に相当する 農林業分野を合計すると全 GHG 排出の約 1/3 に達する 農業分野の GHG 緩和策 ( 排出削減策 ) 非農業分野 ( エネルギー 運輸 森林 ) のものとコスト的に競合出来る 長期間の効果が期待出来 全体として大きな貢献が可能である 緩和 ( 削減 ) ポテンシャルの約 70% は開発途上諸国にある その適用について 持続的開発政策と一致させることにより 削減の可能性をいっそう前進させると予測される

20 IPCC AR4 WG3 Ch8 (2007) 農林業分野からの GHG 排出削減ポテンシャル 2030 年までの削減ポテンシャルの地理分布 単位は Mg CO 2 -eq/yr

21 どのように 研究成果を世界に展開するのか? どうしたら 世界と協力して 温暖化防止に貢献できるのか? 研究資源を有効活用して世界の研究機関 研究者との連携を強化し 共同研究や研究協力等の取組を推進する 国際的に活躍する人材を養成するとともに 諸外国の研究機関から研究者を招へいする等 国際的な人的交流を進める 温暖化防止のための国際的な組織 枠組みに積極的に参加し 研究成果を提供する アジア地域における農業環境研究に関するイニシアチブを確保するため 複数の国 機関が参加する国際研究コンソーシアムの構築を図る

22 IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change ( 気候変動に関する政府間パネル ) 人為的な気候変動のリスクに関する最新の知見のとりまとめと評価 1988 年設立 3 つの作業部会 評価報告書 の発表 WG I WG II WG III 気候システム及び気候変動に関する科学的知見 社会経済システムや生態系の脆弱性と気候変動の影響及び適応策 温室効果ガスの排出抑制及び気候変動の緩和策 タスク フォース ガイドライン の策定 排出係数データベース(EFDB) の構築 NGGIP ( 国別 GHGインベントリータスク フォース ) 国別温室効果ガス目録プログラムの推進

23 農業分野の温室効果ガスに関する グローバル リサーチ アライアンス 政府単位で加盟する 農業分野における GHG 排出緩和に関する国際研究ネットワーク 2009 年 12 月の COP15(Copenhagen) にて閣僚宣言により設立 農業生産におけるGHG 排出の削減や土壌炭素貯留の可能性に寄与することを目的とする 2010 年 4 月にニュージーランドにて 第 1 回高級事務レベル会合を開催 2010 年 8 月時点で 30か国が加盟済み ( アジアからは 日本 ベトナム マレーシア インド インドネシア フィリピン パキスタン )

24 農業分野の温室効果ガスに関する グローバル リサーチ アライアンス 体制とコーディネート国 運営委員会 畜産ニュージーランドオランダ 事務局ニュージーランド 研究グループ 農地米国 アドバイザリーボード 水田日本 CN 循環フランスオーストラリア クロスカッティング課題 インベントリーカナダオランダ

25 MARCO/GRA Joint Workshop On Paddy Field Management and Greenhouse Gases September 1-3, 2010 Tsukuba, Japan

26 農耕地温室効果ガスチャンバーモニタリングネットワーク 農業環境技術研究所 計測中の試験サイト 過去の試験サイト

27 モンスーンアジア農業環境研究コンソーシアム Monsoon Asia Agro-Environmental Research Consortium (MARCO) 目的と使命 : モンスーンアジア地域の持続的な発展に必要な農業環境問題の解決を目指し 各国の研究者 行政担当者等が密接な連携の下に 一体となって 問題の解決にあたる国際的な連携を推進する 具体的活動 : 1. 研究情報交換のために 国際シンポジウム等の場を定期的に提供する 2. コンソーシアムの情報交換の場としての Web サイトを提供する 3. コンソーシアムの下での活動を担う人材の育成に貢献する

28 MARCO メンバー機関と他の主なパートナー機関 韓国農村振興庁国立農業科学院 温室効果ガス削減技術 難分解性有機汚染物質 (POPs) モニタリング 生物多様性と農業環境 バングラデシュ農業大学 水田における炭素収支の精密測定 (Asia Flux ネットワーク ) MARCO メンバー機関 他のパートナー機関 中国科学院南京土壌研究所 重金属汚染の修復技術 温室効果ガス削減技術 集水域における窒素循環とその環境負荷軽減 開放型野外 CO 2 負荷実験 (Rice-FACE)

29 温室効果ガス排出削減は農業生産の増加 と環境負荷軽減に同時に寄与出来る たとえば 農耕地土壌への炭素蓄積 : => 土壌肥沃度を増進し生産性向上に寄与出来る 水管理 有機物管理による水田からのメタン発生削減 : => 水稲の生産性を向上出来る 多くの N 2 O 発生削減方策 : => 他の窒素環境負荷 ( アンモニア揮散 硝酸溶脱 流出 ) と窒素肥料の損失を軽減出来る

30 風にきくそしてはるかな土にふれる環境をまもる時をおもいConserve the environment by listening to wind, observing soil and thinking of our future

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Ⅰ はじめに 我が国は 2008 年から 2012 年の 5 年間で 1990 年比平均 6% の温室効果ガス削減という京都議定書の約束を達成するため 京都議定書目標達成計画 ( 以下 目達計画 という ) に基づき地球温暖化対策を進めてきたところである 農林水産分野では 6% の削減目標のうち 3 農林水産分野における地球温暖化対策に関するとりまとめ 食料 農業 農村政策審議会企画部会地球環境小委員会 林政審議会施策部会地球環境小委員会 水産政策審議会企画部会地球環境小委員会 Ⅰ はじめに Ⅱ 温室効果ガス排出削減の進捗状況 Ⅲ 農林水産分野における地球温暖化に係る対策 Ⅳ おわりに Ⅰ はじめに 我が国は 2008 年から 2012 年の 5 年間で 1990 年比平均 6% の温室効果ガス削減という京都議定書の約束を達成するため

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(c) (d) (e) 図 及び付表地域別の平均気温の変化 ( 将来気候の現在気候との差 ) 棒グラフが現在気候との差 縦棒は年々変動の標準偏差 ( 左 : 現在気候 右 : 将来気候 ) を示す : 年間 : 春 (3~5 月 ) (c): 夏 (6~8 月 ) (d): 秋 (9~1 第 2 章気温の将来予測 ポイント 年平均気温は 全国的に 2.5~3.5 の上昇が予測される 低緯度より高緯度 夏季より冬季の気温上昇が大きい (2.1.1) 夏季の極端な高温の日の最高気温は 2~3 の上昇が予測される 冬季の極端な低温の日の最低気温は 2.5~4 の上昇が予測される (2.2.2) 冬日 真冬日の日数は北日本を中心に減少し 熱帯夜 猛暑日の日数は東日本 西日本 沖縄 奄美で増加が予測される

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