米国における現状と将来条件での家畜ふん尿窒素収支とリサイクル可能性を推定するためのフレームワーク

農場の廃棄物を隠れた資源に変える

米国全土で、牛、豚、家きんを食肉や乳製品のために飼育する過程で大量の家畜ふん尿が毎年生み出されています。ふん尿は作物の成長に不可欠な栄養素である窒素を豊富に含んでいます。しかし、その多くが無駄になっており、農家は化石燃料で生産された大量の化学肥料を購入しています。本研究は単純だが重要な問いを投げかけます：現時点および将来において、どれだけのふん尿が現実的に圃場へ再循環できるのか、そしてそれが食料生産や汚染にとって何を意味するのか?

栄養素の計算がこんなに紛らわしい理由

研究者たちは長年にわたり、農業システムにおける「ふん尿収支」―ふん尿が作物の利用量を上回るのか不足するのか―を測定しようとしてきました。しかし、過去の研究は、回収可能なふん尿の割合、貯蔵中に失われる量、作物の窒素利用効率などについて異なる仮定を用いてきました。その結果、米国に関する推定は大きくばらつき、小さな不足から莫大な欠損まで幅がありました。本論文の著者らは、同一の全国データを用いてこれら6つの手法を慎重に再実行し、意見の相違の多くはデータ自体ではなく定義の一貫性の欠如から生じていることを示しました。この不一致は、政策決定者や農家がどこでふん尿が安全に化学肥料を置き換えられるかを判断するのを難しくします。

ふん尿リサイクルのための明確な枠組み

混乱を解消するため、研究チームはいくつかの明確に定義された指標を軸にした新しいフレームワークを提案します。ふん尿側では、囲い込み飼育で動物が排出する窒素の総量、現在の収集・貯蔵技術で回収可能な部分、そして調査で実際に圃場へ施用されているより小さな量という三つのレベルを区別します。作物側では、窒素固定植物や降雨、灌漑水などの自然由来の供給源を考慮したうえで、作物が実際に必要とする窒素量を推定します。そして、現行の栽培慣行下での作物需要と、作物の窒素利用効率が改善された場合の需要を計算します。

現状のギャップはどれほど大きいか?

このフレームワークを米本土（contiguous United States）に適用すると、ふん尿の利用は作物の需要に大きく及ばないことが明らかになります。囲い込み飼育の家畜が排出する窒素のうち、およそ5分の1しか現在は圃場に散布されていません。これを作物の必要量と比較すると、国内には大きな欠損が生じており、現在は主に化学肥料で補われています。たとえ今日の最良のふん尿処理システムを全面的に導入したとしても、途中で多くの窒素が失われるか初めから回収されないため、欠損はわずかにしか縮小しません。また、著者らは、もし農家がふん尿だけからより多くの窒素を供給しようとすれば、多くの場合リンを過剰に施用してしまい、土壌中のリン蓄積が水質汚染を引き起こす可能性があることも見出しました。

より良い技術と賢い農業で何ができるか?

次に研究は、ふん尿回収の改善と作物管理の向上を組み合わせた場合に何が可能かを探ります。新しい技術やより広く普及した技術により、囲い込み家畜からほぼすべてのふん尿を捕捉・利用できるようになり、この供給源からの栄養供給を大きく増やせる可能性があります。同時に、作物の窒素利用効率を、すでに一部の良く管理されたシステムで達成されているレベルに近づければ、作物が必要とする窒素の総量を減らせます。これら二つの戦略を組み合わせると、国内の化学起源の窒素肥料の使用量は半分以上削減される可能性があります。ただし、ふん尿には多くの場合作物が必要とする以上のリンが含まれるため、余剰となるふん尿の一部はリンを除去する特別な処理が必要になるか、他地域へ輸送する必要があります。

場所ごとに異なるニーズ

全国の各郡を分析すると、ふん尿に関する課題は非常に局地的であることが示されます。家畜集約地域のごく一部の郡では、既に作物が安全に利用できる以上のふん尿窒素があり、栄養分を移出するか、群れの規模を抑える必要があります。他の数百の郡では、ふん尿の回収、輸送、あるいは作物効率の改善により、地域内で作物の窒素需要をまかなえる可能性があります。しかし、ほとんどの地域では、作物生産量が近隣の家畜数をはるかに上回るため、多少の化学肥料への依存が続くでしょう。貯蔵システムの改善、輸送への投資、あるいは家畜の配置の再設計といった具体的な管理オプションにパターンを照合することで、計画担当者や農家が優先的に取り組むべき行動を特定できます。

よりクリーンで効率的な農業への道筋

専門外の読者にとっての要点は、ふん尿は問題であると同時に見逃されている機会でもあるということです。乱暴に扱えば、窒素やリンが大気や水へ漏れ出し、気候変動、光化学スモッグ、湖沼や沿岸域の死の帯（デッドゾーン）に寄与します。賢く利用すれば、多くの工場製肥料を置き換え、土壌の健全性を支えることができます。本研究は、現状と将来条件の下でどこにどれだけの可能性があるかを測るための透明な手段を提供します。著者らは、より良いデータ、技術、政策が整えば、米国は家畜廃棄物のより多くを価値ある資源に変え、肥料費を削減し汚染を減らせると結論づけています。ただし、ふん尿だけで化学肥料を完全に置き換えることはできないため、栄養のリサイクルとより賢い化学肥料の使用の両方を進める必要があります。

引用: Wang, Y., Zhang, X., Spiegal, S. et al. A framework for estimating manure nitrogen balance and recycling potential for current and future conditions in the USA. Nat Food 7, 260–271 (2026). https://doi.org/10.1038/s43016-026-01312-5

キーワード: 家畜ふん尿のリサイクル, 窒素収支, 化学肥料, 持続可能な農業, 栄養塩類汚染