牛糞および羊糞の堆肥化とミミズ堆肥化における物理化学的および構造的変化の統合評価（添加材処理を含む）

納屋の廃棄物を土壌資源に変える

世界中の農場では大量の牛糞や羊糞が生じます。これを山積みにしたり無造作に散布したりすると、栄養塩の流出や悪臭、温室効果ガスの放出といった問題を引き起こします。本研究は、微生物やミミズを利用する堆肥化とミミズ堆肥化を最適化して、より清潔で安定した土壌改良材を作る方法を探ります。研究者は、農家がふんをより安全に管理しつつ健康な作物を育てられるよう、簡便な鉱物・炭素系の添加材を試験しました。

未処理のふんから管理された堆積へ

研究チームは牛糞と羊糞を採取し、120日間にわたって二つの方法で処理しました。一つは主に高温性微生物による古典的な堆肥化、もう一つはミミズの働きを追加するミミズ堆肥化です。多孔質の木炭様材料であるバイオチャー、粒子の細かい耐火粘土、反応性の鉱物である二酸化マンガンという三種の添加材を複数の投与量で混合しました。温度、重量減少、基本的な化学特性を経時的に追跡することで、各配合が両動物由来のふんの分解速度と質にどのように影響するかを評価しました。

熱、重量減少、そしてそれらが意味すること

すべての山は堆肥化の典型的な推移を示しました：温まり期、高温期、そして緩やかな冷却期です。高用量の耐火粘土を施した山は最も高温に達し、牛糞では65°C超、羊糞では70°C超となり、特に激しい微生物活動と良好な通気を示しました。バイオチャーも高用量で高温期を高めかつ長引かせましたが、二酸化マンガンの効果はやや穏やかでした。ミミズを加えると全体の重量減少は大きくなり、バイオチャーや低用量の粘土を加えた羊糞混合物では約70%の減少に達した例もありました。これはミミズが物理的に素材を細断し微生物活性を高めたためです。一方で粘土多めの混合物は質量の減少が少ないものの、より安定しよく「熟した」堆肥を形成しました。つまり、より速く失われることが必ずしも長期持続する土壌改良材という目的にとって良いとは限りません。

より良い「栄養スポンジ」を作る

堆肥の品質を評価するため、研究者たちはカルシウム、マグネシウム、カリウムといった栄養元素を保持する能力に着目しました。この特性は陽イオン交換容量と呼ばれ、完成物が土壌中でどれだけの「栄養スポンジ」になるかを示します。高用量の耐火粘土を含むミミズ堆肥化された羊糞は、非常に高い陽イオン交換容量の改善を示し、長期的な安定性を示唆する測定値とモデル値を示しました。バイオチャーもその大きな内部表面積のおかげで投与量依存的にこの特性を向上させました。対照的に二酸化マンガンは反応の触媒的役割が強く、真の栄養保持体としては効果が控えめでした。総じて、ミミズを用いるシステムは常に堆肥のみのシステムより優れており、ミミズの活動が有機物中の酸性基やフェノール性基を蓄積させ、植物に栄養を保持・供給する働きを高めました。

頑強な植物繊維の分解

チームはまた、ヘミセルロース、セルロース、リグニンという難分解の植物由来成分の内部も調べました。これらは藁などの残渣の骨格となり、分解が遅いことが多い成分です。数学モデルを用いて解析したところ、ヘミセルロースが最も速く分解し、特に粘土やバイオチャーを施した処理で顕著でした。これらの添加材は山を通気性よく保ち、微生物に有利な環境を維持したためです。セルロースは中程度の速度で分解しました。最も耐性のあるリグニンは、二酸化マンガンの存在下で主に分解が進み、微生物がこの硬い結合材を破るのを助ける化学的な支援を示しました。牛・羊のミミズを用いるシステムでは、二酸化マンガンと中用量の粘土の組み合わせがこれらの頑強な繊維の分解を特に強く促しましたが、高用量の粘土や過剰な炭素は通気を阻害したり微生物群集を変化させたりしてプロセスを遅らせることがありました。

農家や庭師への実践的教訓

総合すると、各添加材は異なるが補完的な役割を果たします。バイオチャーは山をより通気性が高く微生物に親和的にし、鮮度の高い素材の初期分解を加速します。耐火粘土は安定した腐植豊富な生成物を作り、栄養素を保持して作物へ徐々に放出します。二酸化マンガンは最も頑強な植物片の分解に追加の推進力を与えます。これらを慎重に組み合わせ、ミミズと組み合わせることで、簡便な材料でも未処理の牛糞・羊糞をより安全で効果的な堆肥・ミミズ堆肥に変えることができます。一般向けの要点は、適切な材料と生物学的助っ人を用いれば、手に負えない納屋の廃棄物でも信頼でき、気候にやさしい肥料へと変えられ、長期的な土壌の健康を支えられるということです。

引用: Karimi, S., Shariatmadari, H. & Nourbakhsh, F. Integrated assessment of physicochemical and structural changes during composting and vermicomposting of cattle and sheep manure with additive treatments. Sci Rep 16, 10128 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40802-1

キーワード: 堆肥化, ミミズ堆肥化, バイオチャー, 家畜ふん管理, 土壌肥沃度