希釈された液状家畜糞尿を用いたホテイアオイ類（duckweed）栽培システムからの温室効果ガスおよびアンモニア排出

農場の廃棄物を有用なタンパク質に変える

現代の畜産は大量の家畜糞尿を生み出し、これが気候を温暖化させるガスや窒素汚染として大気や水に漏れることがあります。本研究は興味深い発想を検討します：ホテイアオイ類と呼ばれる小さな浮葉植物を使って希釈した牛糞尿を高品質のタンパク質に変換しつつ、この新たなシステムが排出を浄化するのか、それとも形を変えるだけなのかを評価するというものです。本研究は、気候に配慮した食料、畜産地帯の大気浄化、そして資源を浪費せずに栄養分を再利用する新しい方法に関心を持つ人々にとって重要です。

期待の小さな浮葉植物

ホテイアオイ類は非常に小さく増殖が早い植物群で、静水面に明るい緑色の絨毯を形成します。タンパク質が豊富で、すでに豚、家禽、魚の飼料や人の食用としても試験されています。ホテイアオイは栄養豊富な水中でよく育つため、研究者の一部は家畜糞尿中の窒素を大気中に逃がすのではなく価値あるタンパク質へ“アップサイクル”する手段と見なしています。しかしこれまで、屋外の実際の条件で希釈した液状糞尿上に直接ホテイアオイを栽培した際に放出される温室効果ガスやアンモニアについては、ほとんど知られていませんでした。

屋外ホテイアオイ池の試験方法

研究者らは、希釈した牛のスラリーで満たした10個の大型屋外ボックスを設置し、浅い農場の糞尿溜め池を模倣しました。ボックスの半分にはホテイアオイ種（Lemna minor）の層を被せ、残りはスラリーのみとしました。試験は2種類の1週間にわたる実験で実施しました：夜を模した暗所でのガス測定と、昼を模した光下での測定です。1日に数回、ボックスの蓋を密閉し、上部空気を小型ファンで攪拌してサンプルを採取し、メタン、二酸化炭素、一酸化二窒素（亜酸化窒素）、アンモニアを測定しました。同時に、ホテイアオイの成長速度と産出タンパク質量も追跡しました。

ガスはどうなったか

ガスの測定は混合した結果を示しました。家畜由来の強力な温室効果ガスであるメタンは、システム開始後の最初の数時間で高かったものの、その後すべてのボックスで急激に低下し、数日でほぼゼロになりました（ホテイアオイの有無にかかわらず）。二酸化炭素は光合成植物として予想どおりの挙動を示しました：光下ではホテイアオイ池が大気から二酸化炭素を取り込み、暗所では呼吸で放出しましたが、総じて炭素の吸収源として機能しました。アンモニアは、スラリーをホテイアオイが覆うことで80％以上削減され、窒素を吸収すると同時に蒸発を物理的に遮る“生きた蓋”のように働きました。

潜在的な代償：別の強力なガス

アンモニアに関する良いニュースには重要な欠点が伴いました。ホテイアオイを被せた池は、光下・暗所ともにスラリーのみの池よりもはるかに多くの一酸化二窒素（亜酸化窒素）を放出しました。一酸化二窒素は分子あたりの効果で二酸化炭素よりもはるかに強力な温室効果ガスです。研究者らは、水中で特定の窒素形態が増加するのを観察しており、これはホテイアオイマット下で微生物活動が活発化していることを示唆します。おそらくアンモニウムが一酸化二窒素へ変換される反応連鎖が加速されたのでしょう。言い換えれば、本システムはアンモニアの大気放出という窒素損失経路を別の損失経路（一酸化二窒素）に置き換えているようで、単に問題を解決しているわけではありません。

ホテイアオイ由来タンパク質の“環境負荷”はどれほどか

ガス排出量とタンパク質生産量を組み合わせて、研究チームはスラリー上で育てられたホテイアオイタンパク質の気候フットプリントを推定しました。天候や成長率により、タンパク質1キログラム当たり約3.5〜6.5キログラムの二酸化炭素換算の範囲が得られました。この範囲は、適切に管理されたソラマメや大麦などの露地作物と重なっており、今回の試験でホテイアオイはまだ潜在的な成長速度に達していなかった点を考えると注目に値します。成長が速いほど単位タンパク質あたりの気候影響は低くなるため、生産性向上がより低い環境負荷を実現する重要な手段であることが示されました。

今後の農場はどうなるか

一般的な観察者に向けた主要なメッセージは、希釈した糞尿上のホテイアオイ池が、農場の廃棄物を自家生産のタンパク質に変換しつつ炭素を捕捉し、アンモニア排出を大幅に削減する有望な方法になり得るということです。一方で、現在のところ一酸化二窒素を増加させるという深刻な気候面の懸念もあります。著者らは、ホテイアオイマット下の薄い水層における微生物と酸素の状態を理解することが、このガスを抑えるための池設計、管理、または補完的処理法を設計する上で不可欠であると主張しています。これらの課題を克服できれば、小さなホテイアオイ植物は畜産農場が栄養循環を閉じ、従来の多くの作物と同等かそれ以上に低い気候コストでタンパク質を供給する手助けとなるかもしれません。

引用: Stadtlander, T., Gomez, D.M., Müller, R. et al. Greenhouse gas and ammonia emissions from duckweed cultivation systems using diluted liquid manure. Sci Rep 16, 9887 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39270-4

キーワード: ホテイアオイ類, 家畜糞尿, 温室効果ガス, アンモニア排出, 持続可能なタンパク質