食料増産と資源・環境問題としての肥料 Fertilizer...

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？

国連人口基金東京事務所http://www.unfpa.or.jp/p_graph/pgraph.html

世界の人口

小麦の平均単収1900年：800 kg/ha2008年： 3.1 t/ha

「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、アンモニアの合成法である。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60億人まで増加することができた。」

Enriching the Earth

By Vaclav Smil

(2004)

ハーバーボッシュ

ハーバー・ボッシュ法

石灰窒素1895年発明

副生硫安

１億ｔN/y

1000万ｔ

100万ｔ

10万ｔ

1万ｔ1900 1930 1960

世界の窒素肥料生産量の変化

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

させてアンモニアを合成（ハーバー）1913年工業化成功（ボッシュ）

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1961 1971 1981 1991 2001

窒素肥料使用量（億

tN)

旧ソ連旧東欧欧州アフリカオセアニア北米中南米中国インドその他アジア

世界の窒素肥料消費量(1961～2007年）

FAOSTAT（http://faostat.fao.org/site/291/default.aspx）データに基づいて作図

46年間に世界： 9.5倍アジア： 29.0倍日本： 0.9倍中国： 59.5倍

http://faostat.fao.org/site/291/default.aspx

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

グアノ（海鳥の糞の堆積物）など

リン鉱石

• 1900年頃の生産量 40万 tP

世界のリン酸肥料消費量(1961～2007年）


46年間に世界： 3.8倍アジア： 21.6倍日本： 0.8倍中国： 80.0倍

0

500

1000

1500

2000

1961 1971 1981 1991 2001

リン酸肥料使用量（万

tP）

旧ソ連旧東欧欧州アフリカオセアニア北米中南米中国インドその他アジア


0

10

20

30

40

50

60

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5

10

15

20

25

30

1961 1971 1981 1991 2001人口

(億人

)

穀物生産量

(億t）

旧ソ連旧東欧欧州アフリカオセアニア北米中南米中国インドその他のアジア人口

世界の穀物生産量と人口の変化(1961～2007年)


46年間に人口

穀物生産

世界： 2.2倍2.7倍

アジア： 2.3倍3.4倍

日本： 1.4倍0.6倍

中国： 2.0倍4.2倍


農地面積当たり肥料使用量（kg/ha)

と穀物単収 (t/ha)

0

1

2

3

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5

6

0

50

100

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200

250

300

単収（

t/h

a）

kg/h

a

1961P2O5N

穀物単収

0

1

2

3

4

5

6

0

50

100

150

200

250

300

単収（

t/h

a）

kg/h

a

1980

0

1

2

3

4

5

6

0

50

100

150

200

250

300

単収（

t/h

a）

kg/h

a2007

*農地面積とは、耕作地

と永年作物栽培面積の合計

窒素とリンの循環

生物的窒素固定

1億 tN

N2

吸収

脱窒

N2

N2O

NO3- NH4

+

硝化

有機物

NO, NO2

雷 200～500万ｔN

N2生物的窒素固定（豆類）

1500万 tN

化学肥料

1億 tN


N2 NH3

2500万 tN

+ 2000万 tN

2700万 tN

+ 3500万 tN

生物的窒素固定

1億 tN

N2

吸収

脱窒

N2

N2O

NO3- NH4

+

硝化

有機物

NO, NO2

雷 200～500万ｔN

N2生物的窒素固定（豆類）

1500万 tN

化学肥料

1億 tN


N2 NH3

2500万 tN

+ 2000万 tN

2700万 tN

+ 3500万 tN

酸性雨

地下水汚染

富栄養化

赤潮

温暖化

成層圏

オゾンの破壊

環境

輸入

窒素固定

アンモニア沈着

農地土壌有機物

家畜ふん尿

農地から

人から

流入

循環

流出

Nsur

副産物

分解

窒素フローモデル概要

肥料

作物

家畜

畜産品魚貝高ﾀﾝﾊﾟｸ飼料

輸入

輸入

下水処理

アンモニア揮散ア

ンモニア

人

中国

日本

インド

韓国

一人当たりのNフロー（kgN/人：2005年）

Nfert

Ncrop

環境


13.4

4.7

4.520.1

7.4

輸入輸入

N固定


下水処理

輸入

アンモニア

アンモニア

畜産品魚介高タンパク飼料

肥料

作物

人

家畜

環境


5.8

5.2

5.03.7

3.2

6.1

輸入輸入

N固定


下水処理

輸入

アンモニア

アンモニア


肥料

作物

人

家畜

環境

輸入輸入



下水処理

農地から

輸入

4.9

5.77.2

2.5

5.1 4.9

9.5

アンモニア

アンモニア


肥料

作物

人

家畜

環境


6.1

3.2

1.211.3

5.4

輸出輸出

N固定


下水処理

輸出

アンモニア

アンモニア


肥料

作物

人

家畜

USGS: Commodity Statistics and Informationhttp://minerals.er.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/phosphate_rock/mcs-2009-phosp.pdf

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

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。

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)

EU２７カ国の肥料消費量の変化

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（アンモニアの揮散、脱窒も考慮）

•農地（農地＋草地）面積当たりの量として比較環境


5.8

5.2

5.03.7

3.2

6.1

輸入輸入

N固定


下水処理

輸入

アンモニア

アンモニア


肥料

作物

人

家畜

0

50

100

150

200

250

300

350

400

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Bel

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Mex

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中国

江蘇省

インド

タイ

kg N

/h

a

1990-92 2002-04

0

10

20

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40

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70

Jap

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lic

中国

インド

タイ

kg P

/h

a

1990-92 2002-04

窒素

リン

OECD各国の農地の余剰養分

窒素フローモデルによる

東アジア

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

0 50 100 150 200 kgN/ha

1961

東アジアの農地の

余剰窒素

1988

2005

地下水表流水

硝酸イオン濃度の地理的分布(2004-2007)


40 -5025 - 40 > 50 < 25 mg NO3-/L

地下水の硝酸イオン濃度の分布(2004-2007)


硝酸イオン濃度の基準超過割合

EU 15カ国（50 mg NO3-/L)

括弧内は旧東欧を含むEU 27カ国

日本の場合（44.3 mg NO3-/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％

1996-98 2000-2003 2004-2007地下水 20% 17% 17% (15%)表流水 2.5% 4% ( 3%)

•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。

全窒素、全リンの環境基準達成率

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

全窒素全リン

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）

0

20

40

60

80

100

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

全窒素環境基準達成率

(%)

湖沼

東京湾

伊勢湾

大阪湾

瀬戸内海（大阪

湾を除く）

湖沼、閉鎖性海域（湾）で環境基準達成率が低い

0

20

40

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100

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

全リン環境基準達成率

(%)

湖沼

東京湾

伊勢湾

大阪湾

瀬戸内海

北浦アオコ（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

日本の水質

アオコ（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（ウィキペディア）

三河湾に発生した赤潮の様子愛知県水産試験場提供

1998年

全窒素濃度分布(河川・湖沼）

•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

窒素フローモデルによる推定濃度

環境省による公共用水域調査結果

2003年

0 2 4 6 8 10 mgN/L

1961

1988

2005

河川水窒素濃度分布

（モデルによる

推定結果）

将来の食料生産拡大により

環境負荷は？

0

10

20

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1961 1971 1981 1991 2001 2011 2021 2031 2041

人口

(億人）

旧ソ連旧東欧欧州アフリカオセアニア北米中央・南米中国インドその他のアジア

世界の人口予測

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

2030/2005

世界 1.28倍

中国 1.11倍

インド 1.31倍

アフリカ 1.65倍


一人当たり肉の消費量とGDP

0

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10 100 1000 10000 100000

中国

シンガポール

日本ベトナム

韓国

マレーシア

インド

Kg/人/年

一人当たりGDP (ドル/人/年）

一人当たり肉消費量

穀物から畜産品に

国によってその傾向は違う

肉消費量穀物消費量N負荷

農地、人、アンモニア

2005106 t

2030/2005

2005106 t

2030/2005

2005106 tN

2030/2005

中国 71.51.16

206 0.89

30.1 1.30

| | |

1.23 0.94 1.42

インド 5.7 2.35

1651.51

13.7 1.78

| | |

2.50 1.60 1.96

2030年の食料需要と窒素負荷

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（現在日本でのシェアは約3％）

• Pの回収

ご静聴ありがとうございました

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