食料増産と資源・環境問題としての肥料 Fertilizer as resources for increased food production and its environmental aspect

食 料 増 産 と 資 源 環 境 問 題 としての 肥 料 Fertilizer as resources for increased food production and its environmental aspect 農 業 環 境 技 術 研 究 所 物 質 循 環 研 究 領 域 新 藤 純 子 Junko Shindo, NIAES

世 界 の 人 口 食 料 生 産 肥 料 使 用 の 変 化 窒 素 とリンの 循 環 窒 素 リンによる 水 質 汚 染 将 来 の 食 料 生 産 拡 大 により 環 境 負 荷 は?

世 界 の 人 口 小 麦 の 平 均 単 収 1900 年 :800 kg/ha 2008 年 : 3.1 t/ha 国 連 人 口 基 金 東 京 事 務 所 http://www.unfpa.or.jp/p_graph/pgraph.html

Enriching the Earth By Vaclav Smil (2004) 20 世 紀 最 大 の 発 明 は 飛 行 機 でも 原 子 力 でも 宇 宙 飛 行 でもなく ン モニの 合 成 法 である これによっ て 1900 年 から2000 年 の100 年 間 に 人 口 は16 億 人 から60 億 人 まで 増 加 世 することができた 界 の 窒 素 肥 料 生 産 量 の 変 化 1 億 tn/y 1000 万 t ハーバー ボッシュ 法 ハーバー ボッシュ 100 万 t 副 生 硫 安 ハーバー ボッシュ 法 1908 年 高 温 高 圧 下 で 窒 素 と 水 素 を 反 応 させてンモニを 合 成 (ハーバー) 1913 年 工 業 化 成 功 (ボッシュ) 10 万 t 1 万 t 1900 1930 1960 石 灰 窒 素 1895 年 発 明

窒 素 肥 料 使 用 量 ( 億 tn) 世 界 の 窒 素 肥 料 消 費 量 (1961~2007 年 ) 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 旧 ソ 連 旧 東 欧 欧 州 フリカ オセニ 北 米 中 南 米 中 国 インド その 他 ジ 0.0 1961 1971 1981 1991 2001 46 年 間 に 世 界 : 9.5 倍 ジ: 29.0 倍 日 本 : 0.9 倍 中 国 : 59.5 倍 FAOSTAT(http://faostat.fao.org/site/291/default.aspx)データに 基 づいて 作 図

リ ン 1820 年 頃 から 無 機 態 リン 肥 料 の 製 造 1842 年 :John Bennet Lawesにより 初 めての 肥 料 会 社 設 立 原 料 骨 グノ( 海 鳥 の 糞 の 堆 積 物 )など リン 鉱 石 1900 年 頃 の 生 産 量 40 万 tp

リン 酸 肥 料 使 用 量 ( 万 tp) 世 界 のリン 酸 肥 料 消 費 量 (1961~2007 年 ) 2000 1500 1000 500 旧 ソ 連 旧 東 欧 欧 州 フリカ オセニ 北 米 中 南 米 中 国 インド その 他 ジ 0 1961 1971 1981 1991 2001 46 年 間 に 世 界 : 3.8 倍 ジ: 21.6 倍 日 本 : 0.8 倍 中 国 : 80.0 倍 FAOSTAT(http://faostat.fao.org/site/291/default.aspx)データに 基 づいて 作 図

穀 物 生 産 量 ( 億 t) 人 口 ( 億 人 ) 30 25 20 15 10 5 世 界 の 穀 物 生 産 量 と 人 口 の 変 化 (1961~2007 年 ) 旧 ソ 連 欧 州 オセニ 中 南 米 インド 人 口 旧 東 欧 フリカ 北 米 中 国 その 他 のジ 0 1961 1971 1981 1991 2001 FAOSTAT(http://faostat.fao.org/site/291/default.aspx)データに 基 づいて 作 図 80 70 60 50 40 30 20 10 0 46 年 間 に 人 口 穀 物 生 産 世 界 : 2.2 倍 2.7 倍 ジ: 2.3 倍 3.4 倍 日 本 : 1.4 倍 0.6 倍 中 国 : 2.0 倍 4.2 倍

kg/ha 単 収 (t/ha) kg/ha 単 収 (t/ha) kg/ha 単 収 (t/ha) 農 地 面 積 当 たり 肥 料 使 用 量 (kg/ha) と 穀 物 単 収 (t/ha) 300 250 200 150 100 50 0 300 250 200 150 100 50 0 1961 P2O5 N 穀 物 単 収 1980 6 5 4 3 2 1 0 6 5 4 3 2 1 0 * 農 地 面 積 とは 耕 作 地 と 永 年 作 物 栽 培 面 積 の 合 計 300 250 200 150 100 50 0 2007 6 5 4 3 2 1 0

窒 素 とリンの 循 環

N 2 生 物 的 窒 素 固 定 ( 豆 類 ) 1500 万 tn + 2000 万 tn N 2 ハーバー ボッシュ 法 1 億 tn 雷 化 学 肥 料 200~500 万 tn NO, NO 2 NH3 N 2 O N 2 脱 窒 N 2 生 物 的 窒 素 固 定 1 億 tn 吸 収 有 機 物 2700 万 tn 2500 万 tn NO 3 - NH 4 + 硝 化 + 3500 万 tn

N 2 生 物 的 窒 素 固 定 ( 豆 類 ) 1500 万 tn + 2000 万 tn 酸 性 雨 N 2 ハーバー ボッシュ 法 1 億 tn 雷 化 学 肥 料 200~500 万 tn NO, NO 2 NH3 N 2 O 成 層 圏 オゾンの 破 壊 N 2 脱 窒 富 栄 養 化 温 暖 化 N 2 生 物 的 窒 素 固 定 1 億 tn 赤 潮 2700 万 tn + 3500 万 tn 2500 万 tn 有 機 物 吸 収 NO - 3 NH + 4 硝 化 地 下 水 汚 染

窒 素 フローモデル 概 要 ンモニ 沈 着 ン モ ニ 揮 散 窒 素 固 定 肥 料 農 地 輸 入 作 物 分 解 輸 入 高 タンハ ク 飼 料 副 産 物 土 壌 有 機 物 人 輸 入 畜 産 品 家 畜 家 畜 ふん 尿 ンモ ニ 魚 貝 人 から 下 水 処 理 流 入 循 環 流 出 農 地 から N sur 環 境

中 国 一 人 当 たりのNフロー(kgN/ 人 :2005 年 ) ンモニ 沈 着 ンモニ 沈 着 インド N 固 定 ン モ ニ 輸 入 N fert 農 地 20.1 N crop 7.4 肥 料 作 物 輸 入 高 タンパク 飼 料 4.5 土 壌 有 機 物 人 輸 入 畜 産 品 家 畜 魚 介 ン モ 4.7 ニ 下 水 処 理 N 固 定 ン モ ニ 輸 出 肥 料 5.4 11.3 農 地 作 物 輸 出 高 タンパク 飼 料 1.2 土 壌 有 機 物 人 輸 出 畜 産 品 家 畜 魚 介 ン モ 3.2 ニ 下 水 処 理 13.4 環 境 6.1 環 境 ンモニ 沈 着 ンモニ 沈 着 N 固 定 日 本 ン モ ニ 輸 入 6.1 3.7 農 地 肥 料 3.2 5.8 作 物 輸 入 高 タンパク 飼 料 5.0 土 壌 有 機 物 人 輸 入 畜 産 品 家 畜 環 境 魚 介 ン モ 5.2 ニ 下 水 処 理 ン モ ニ 輸 入 5.1 農 地 農 地 から 肥 料 2.5 7.2 9.5 作 物 輸 入 4.9 高 タンパク 飼 料 5.7 土 壌 有 機 物 人 輸 入 畜 産 品 家 畜 環 境 魚 介 ン モ 4.9 ニ 下 水 処 理 韓 国

リン 鉱 石 : 生 産 量 と 資 源 量 (kt) 経 済 的 に 採 掘 可 能 な 資 源 量 採 掘 可 能 な 資 源 量 (kt) 万 tp 2045 2089 196,650 616,170 USGS: Commodity Statistics and Information http://minerals.er.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/phosphate_rock/mcs-2009-phosp.pdf

窒 素 とリンによる 水 質 汚 染

ヨーロッパの 状 況 窒 素 肥 料 使 用 量 家 畜 の 飼 養 頭 数 の 増 大 により 窒 素 による 深 刻 な 水 質 汚 染 が 顕 在 化 EU:1991 年 に 硝 酸 塩 指 令 を 公 布 施 肥 の 時 期 量 作 付 け 体 系 家 畜 ふん 尿 の 貯 蔵 農 地 への 投 入 などの 適 正 化 地 下 水 表 流 水 の 硝 酸 イオン 濃 度 地 形 等 に 基 づいて 脆 弱 地 域 を 設 定 し より 厳 し い 規 制

EU27カ 国 の 肥 料 消 費 量 の 変 化 COMMISSION STAFF WORKING DOCUMENT on implementation of Council Directive 91/676/EEC concerning the protection of waters against pollution caused by nitrates from agricultural sources based on Member State reports for the period 2004-2007, (2010)

OECD: 環 境 に 配 慮 した 農 業 に 関 する 指 標 の 一 つとして 農 地 における 余 剰 養 分 量 (N P)を 評 価 余 剰 量 =インプット- 作 物 による 吸 収 インプット: 化 学 肥 料 家 畜 堆 肥 窒 素 固 定 大 気 沈 着 (ンモニの 揮 散 脱 窒 も 考 慮 ) 農 地 ( 農 地 + 草 地 ) 面 積 農 地 5.0 土 壌 有 機 物 5.8 環 境 当 たりの 量 として 比 較 N 固 定 ン モ ニ 輸 入 6.1 肥 料 3.7 3.2 作 物 ンモニ 沈 着 輸 入 高 タンパク 飼 料 人 輸 入 畜 産 品 家 畜 魚 介 ン モ 5.2 ニ 下 水 処 理

Japan Korea Belgium Netherlands Portugal NewZealand Norway UnitedKingdom Denmark Italy Luxembourg Finland Spain Ireland Switzerland Turkey France Germany Greece Austria Poland UnitedStates CzechRepublic Sweden Australia Canada Iceland Mexico SlovakRepublic 中 国 インド タイ kg P /ha Korea Netherlands Belgium Japan Luxembourg Denmark Germany Ireland Norway Switzerland CzechRepublic Finland France Austria Poland Sweden Portugal NewZealand SlovakRepublic UnitedKingdo Italy Hungary UnitedStates Canada Spain Turkey Mexico Australia Greece Iceland 中 国 江 蘇 省 インド タイ kg N /ha OECD 各 国 の 農 地 の 余 剰 養 分 400 350 300 250 窒 素 1990-92 2002-04 東 ジ 200 150 100 50 0 70 60 50 40 リン 1990-92 2002-04 窒 素 フローモデル による 30 20 10 0 OECD 各 国 については OECD 報 告 書 (Environmental Performance of Agriculture in OECD Countries Since 1990)に 基 づいて 作 図

東 ジの 農 地 の 余 剰 窒 素 1988 1961 0 50 100 150 200 kgn/ha 2005

硝 酸 イオン 濃 度 の 地 理 的 分 布 (2004-2007) 地 下 水 表 流 水 COMMISSION STAFF WORKING DOCUMENT on implementation of Council Directive 91/676/EEC concerning the protection of waters against pollution caused by nitrates from agricultural sources based on Member State reports for the period 2004-2007, (2010)

地 下 水 の 硝 酸 イオン 濃 度 の 分 布 (2004-2007) < 25 25-40 40-50 > 50 mg NO 3- /L COMMISSION STAFF WORKING DOCUMENT on implementation of Council Directive 91/676/EEC concerning the protection of waters against pollution caused by nitrates from agricultural sources based on Member State reports for the period 2004-2007, (2010)

硝 酸 イオン 濃 度 の 基 準 超 過 割 合 EU 15カ 国 (50 mg NO 3- /L) 1996-98 2000-2003 2004-2007 地 下 水 20% 17% 17% (15%) 表 流 水 2.5% 4% ( 3%) 括 弧 内 は 旧 東 欧 を 含 むEU 27カ 国 日 本 の 場 合 (44.3 mg NO 3- /L) 全 国 の4~5%の 井 戸 で 環 境 基 準 を 超 過 表 流 水 の 超 過 割 合 は 0.1~0.2% 欧 州 では 農 地 面 積 率 が 高 いため 農 地 面 積 当 たりの 余 剰 量 は 日 本 より 低 いが 地 域 全 体 としての 負 荷 は 依 然 大 きい

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 全 窒 素 環 境 基 準 達 成 率 (%) 全 リン 環 境 基 準 達 成 率 (%) 全 窒 素 全 リンの 環 境 基 準 達 成 率 100 全 窒 素 100 全 リン 80 60 40 20 0 80 湖 沼 60 東 京 湾 40 伊 勢 湾 20大 阪 湾 瀬 戸 内 海 ( 大 阪 0 湾 を 除 く) 湖 沼 東 京 湾 伊 勢 湾 大 阪 湾 瀬 戸 内 海 湖 沼 閉 鎖 性 海 域 ( 湾 )で 環 境 基 準 達 成 率 が 低 い 環 境 基 準 類 型 によって 湖 沼 : 0.1 mgn/l~1mgn/l 0.005 mg P/L~0.1 mgp/l 海 域 : 0.2 mgn/l~1mgn/l 0.02 mgp/l~0.09 mgp/l 公 共 用 水 域 水 質 測 定 結 果 ( 環 境 省 水 大 気 環 境 局 平 成 20 年 11 月 )に 基 づいて 作 成 )

日 本 の 水 質 オコ( 青 粉 )とは 富 栄 養 化 が 進 んだ 湖 沼 等 において 微 細 藻 類 ( 主 に 浮 遊 性 藍 藻 )が 大 発 生 し 水 面 を 覆 い 尽 くすほどになった 状 態 (ウィキペディ) 北 浦 オコ (2005 年 7 月 ) 霞 ヶ 浦 トレンドステーションHP( 国 立 環 境 研 究 所 )より

三 河 湾 に 発 生 した 赤 潮 の 様 子 愛 知 県 水 産 試 験 場 提 供

環 境 省 による 公 共 用 水 域 調 査 結 果 全 窒 素 濃 度 分 布 ( 河 川 湖 沼 ) 窒 素 フローモデルによ る 推 定 濃 度 2003 年 1998 年 大 都 市 周 辺 で 高 濃 度 畜 産 の 盛 んな 地 域 で 高 濃 度 経 年 的 に 低 下 傾 向 1988 年

河 川 水 窒 素 濃 度 分 布 (モデルによる 推 定 結 果 ) 1988 1961 0 2 4 6 8 10 mgn/l 2005

将 来 の 食 料 生 産 拡 大 により 環 境 負 荷 は?

人 口 ( 億 人 ) 世 界 の 人 口 予 測 100 90 80 70 60 50 旧 ソ 連 旧 東 欧 欧 州 フリカ オセニ 北 米 中 央 南 米 中 国 インド その 他 のジ 世 界 中 国 2030 /2005 1.28 倍 1.11 倍 40 30 20 インド 1.31 倍 フリカ 1.65 倍 10 0 1961 1971 1981 1991 2001 2011 2021 2031 2041 国 連 による 推 計 FAOSTAT(http://faostat.fao.org/site/291/default.aspx)データに 基 づいて 作 図

一 人 当 た り 肉 消 費 量 80 70 60 50 40 30 20 10 一 人 当 たり 肉 の 消 費 量 とGDP Kg/ 人 / 年 0 穀 物 から 畜 産 品 に 国 によってその 傾 向 は 違 う ベトナム 中 国 シンガポール マレーシ 韓 国 日 本 インド 10 100 1000 10000 100000 一 人 当 たりGDP (ドル/ 人 / 年 )

2030 年 の 食 料 需 要 と 窒 素 負 荷 2005 10 6 t 中 国 71.5 インド 5.7 肉 消 費 量 2030 /2005 1.16 穀 物 消 費 量 2005 10 6 t 206 2030 /2005 0.89 N 負 荷 農 地 人 ンモニ 2005 10 6 tn 30.1 2030 /2005 1.30 1.23 0.94 1.42 2.35 165 1.51 13.7 1.78 2.50 1.60 1.96 2030 年 の 窒 素 負 荷 は 中 国 :2005 年 の 1.3-1.4 倍 に インド:1.8-2.0 倍 に 1 人 当 たり 肉 消 費 量 2005 2030 中 国 : 54.5 kg/y 60.0 kg/y インド: 5.1 kg/y 9.6 kg/y

将 来 の 食 料 生 産 増 大 による 環 境 負 荷 低 減 のために 多 くの 先 進 国 や 中 国 では 肥 料 が 過 剰 欧 州 :1990 年 以 降 施 肥 量 減 少 したが 単 収 は 増 加 旧 ソ 連 も 生 産 量 の 低 下 は 小 さい 日 本 : 施 肥 基 準 は 初 めて 作 物 を 栽 培 する 時 の 値 栽 培 を 繰 り 返 すと 養 分 が 土 壌 に 蓄 積 し てくる( 西 尾 道 徳 農 業 と 環 境 汚 染 より)

施 肥 効 率 を 高 めることにより 肥 料 の 損 失 環 境 への 流 出 を 小 さく 適 切 な 肥 料 の 選 択 適 切 な 栄 養 比 率 適 切 な 施 肥 時 期 と 位 置 硝 化 抑 制 剤 の 利 用 耕 起 や 水 分 管 理 などの 営 農 法 の 改 良 (Smil 世 界 を 養 う ) 緩 効 性 肥 料 被 覆 肥 料 ( 現 在 日 本 でのシェ は 約 3%) Pの 回 収

ご 静 聴 ありがとうございました