エコ農業テクノロジー

水田におけるメタン発生抑制技術：導入の意義と具体的な手法

Tags: 水田, メタン抑制, 温室効果ガス, 環境負荷低減, 持続可能な農業, 稲作技術

はじめに

水田は日本の農業において重要な位置を占めていますが、同時に温室効果ガスの一つであるメタンの発生源としても知られています。地球温暖化対策が喫緊の課題となる中で、農業分野、特に水田からのメタン排出量を削減することは、持続可能な農業の実現に向けた重要な取り組みの一つです。長年稲作に携わってこられた皆様の中には、環境負荷を減らすことに関心がありつつも、新しい技術の導入による影響や、具体的にどのような手法があるのかについて、情報が不足していると感じていらっしゃる方もおられるかもしれません。

この記事では、水田からメタンが発生するメカニズムを解説し、その発生を抑制するための具体的な技術についてご紹介します。各技術の環境負荷低減への貢献、導入におけるメリット・デメリット、具体的な導入手順、そして費用に関する一般的な考え方や利用可能な支援情報についても触れ、技術導入の検討を進める上での一助となることを目指します。

水田におけるメタン発生のメカニズム

水田に水が張られると、土壌中の酸素が少なくなり、嫌気的（けんきてき）な状態（酸素がない状態）になります。この嫌気的な環境下では、特定の微生物が土壌中の有機物（稲わら、根、雑草など）を分解する過程で、最終的にメタンガス（CH₄）が発生します。この現象はメタン発酵（メタンはっこう）と呼ばれ、主に稲の根を通じて大気中に放出されます。メタンは二酸化炭素（CO₂）に比べて地球温暖化係数（温室効果をもたらす能力を示す値）が約25倍（100年間の評価）と非常に高いため、その排出削減が地球温暖化対策において重要視されています。

水田メタン発生抑制技術の種類

水田からのメタン発生を抑制するための技術は、主に水管理や有機物管理、品種改良などのアプローチに分けられます。ここでは、代表的な手法をご紹介します。

  1. 水管理による抑制:

    • 中干し（なかぼし）の延長・強化: 従来、水田の土壌を乾かすために行われる中干しの期間を長くしたり、より強く乾燥させたりする方法です。土壌を一時的に好気的（こうきてき）な状態（酸素がある状態）にすることで、メタンを生成する微生物の活動を抑え、メタンを消費する微生物を活性化させます。
    • 間断かんがい（かんだんかんがい）： 常に水を湛えるのではなく、水田に水を張ったり抜いたりするサイクルを設ける方法です。これにより、土壌を定期的に好気的な状態にし、メタン発生を抑制します。

  2. 有機物管理による抑制:

    • 有機物施用時期の変更: 稲刈り後の稲わらなどの有機物を水田にすき込む時期を、代かき直前ではなく、収穫後早期や秋季に変更する方法です。これにより、有機物の分解がある程度進んでから湛水状態になるため、メタン発生量が抑制されることがあります。
    • 有機物の種類や処理方法の検討: 未分解の有機物を大量に施用するとメタン発生量が増加しやすいため、堆肥化された有機物を利用したり、施用量を調整したりすることも有効な場合があります。

  3. 栽培品種の選定:

    • 高メタン抑制品種の利用: 一部の稲の品種は、メタンの発生量が少ない傾向があることが研究により明らかになっています。このような品種を選ぶことも、メタン発生抑制に貢献する可能性があります。

各技術の詳細と環境負荷低減への貢献

中干しの延長・強化

手法: 通常の中干し期間（移植後20日〜30日頃から1週間程度）を、地域の慣行や気象条件に合わせて数日〜1週間程度延長する、あるいは土壌表面にひび割れが生じるまでしっかりと乾燥させます。

環境負荷低減への貢献: * メタン排出削減: 土壌が好気化することでメタン生成菌の活動が抑制され、メタン消費菌が活動するため、大幅なメタン排出削減効果が期待できます。研究事例では、慣行に比べてメタン排出量が20%〜50%以上削減されたという報告もあります。 * その他の効果: 過剰な栄養分の分解促進、土壌の物理性の改善（固化防止、根の伸長促進）、不必要な分げつ（茎の数が増えること）の抑制などにより、品質や収量の安定にもつながる場合があります。

注意点: 極端な乾燥は稲にストレスを与え、生育不良や収量減につながるリスクがあります。土壌の種類（砂壌土か粘土質かなど）や地域の気候、稲の生育状況に合わせて適切な期間と乾燥度を見極めることが重要です。

有機物施用時期・方法の変更

手法: 稲わらを水田にすき込む場合、春の代かき直前ではなく、秋の収穫後できるだけ早い時期や冬期間にすき込みます。また、未熟な有機物を大量に投入するのではなく、完熟堆肥を利用するなどの方法があります。

環境負荷低減への貢献: * メタン排出削減: 秋期にすき込むことで、有機物が冬季の低温期間にある程度分解されるため、春の湛水後のメタン生成量が抑制されます。春にすき込む場合でも、湛水期間を短く保つ期間を設けることで効果が得られます。 * 土壌改良: 有機物の適切な管理は、土壌の肥沃度向上や物理性改善にも寄与します。

注意点: 秋期すき込みは、地域によっては病害虫の発生リスクを高める可能性が指摘されています。また、冬期の土壌凍結・融解の影響を受ける場合もあります。地域の気候や病害虫の発生状況を考慮した上で、適切な時期と方法を選択する必要があります。

高メタン抑制品種の導入

手法: 研究機関などによって特性が明らかにされている稲の品種の中から、メタン発生量が少ないとされる品種を選択して栽培します。

環境負荷低減への貢献: * メタン排出削減: 品種固有の生理的特性（根からの酸素放出量、根の形態など）により、土壌微生物の活動に影響を与え、メタン発生量が抑制されると考えられています。特定の品種を栽培するだけでメタン排出削減に貢献できます。

注意点: 品種選択は、地域の気候や土壌への適応性、市場での評価、収量・品質といった agronomic な特性（農業上の特性）を総合的に判断して行う必要があります。メタン抑制効果が高いとされる品種が、必ずしも地域の慣行品種と同等の栽培のしやすさや収益性を持つとは限りません。

導入のメリット・デメリット

メリット

デメリット・課題

具体的な導入手順と技術選択のポイント

メタン発生抑制技術を導入する際は、以下のステップを参考に、自身の状況に合わせて進めることが推奨されます。

  1. 現状の把握: 自身の水田の土壌タイプ、水管理の状況、有機物施用方法、慣行の栽培体系などを詳細に把握します。
  2. 目標設定: どの程度のメタン排出削減を目指すか、どのような栽培管理上のメリットを期待するかなど、導入の目標を明確にします。
  3. 技術の検討と比較: 紹介した技術の中から、自身の圃場条件や目標に合いそうなものをいくつか検討します。それぞれの技術のメリット・デメリット、必要な労力や資材などを比較します。地域の研究機関や普及指導センターなどが提供する情報も参考にします。
  4. 小規模での試験導入: 可能であれば、圃場の一部で試験的に技術を導入し、稲の生育状況、水管理の適否、収量・品質への影響などを確認します。
  5. 本格導入と改善: 試験結果を踏まえて本格的に導入を進めます。導入後も継続的に圃場の状況を観察し、必要に応じて管理方法を調整するなど、改善を重ねます。

技術選択のポイント: * 圃場条件との適合性: 土壌の種類（水持ちの良さなど）や地形（水管理のしやすさ）によって適した技術が異なります。 * 既存の栽培体系との整合性: 現在行っている他の栽培技術や作業体系と無理なく組み合わせられるかを確認します。 * 必要な労力とコスト: 新しい技術の導入には、追加の作業や設備投資が必要になる場合があります。自身の経営規模や労働力に見合うか検討します。 * 情報の入手しやすさ: 技術に関する情報や、地域での導入事例、相談できる専門家などがいるかどうかも重要な判断材料です。

費用対効果と利用可能な補助金・相談先

メタン発生抑制技術の導入にかかる費用は、選択する技術によって大きく異なります。水管理の変更など、管理方法の見直しが中心となる技術であれば、新たな設備投資はほとんどかからず、主に管理にかかる労力や時間が増える可能性があります。一方、特定の資材導入や設備改修が必要な場合は、初期投資が発生します。

費用対効果: メタン抑制による直接的な経済的メリットは現時点では限定的かもしれませんが、将来的なカーボンクレジット制度への参加や、環境価値を付加した農産物販売など、新たな収益機会につながる可能性はあります。また、中干し強化による収量・品質の安定化や、水管理の効率化によるコスト削減など、間接的な経済効果が期待できる場合もあります。導入を検討する際は、目先のコストだけでなく、長期的な視点で環境面・経済面双方の効果を見積もることが重要です。

利用可能な補助金・相談先: 環境負荷低減に資する農業技術の導入に対して、国や地方自治体による補助金制度が用意されている場合があります。「みどりの食料システム戦略」に関連する支援策など、農業分野における環境対策を推進するための制度が存在します。これらの情報は、農林水産省のウェブサイトや、各都道府県・市町村の農政担当部署で確認できます。

また、技術導入に関する具体的な相談は、以下の窓口で行うことができます。 * 農業改良普及センター: 各地域の普及指導員が、地域の気候や土壌条件に合わせた栽培技術に関するアドバイスを提供しています。 * 都道府県の試験研究機関: 農業試験場などが、地域の特性に応じた技術開発や実証試験を行っており、専門的な知見を得ることができます。 * 農協（JA）: 営農指導部門が、組合員の農業経営全般に関する相談に応じています。

これらの機関に相談することで、自身の圃場に最適な技術の選択、導入計画の策定、関連情報の入手などがスムーズに進められるでしょう。

まとめ

水田におけるメタン発生抑制技術は、持続可能な農業の実現に向けた重要なステップの一つです。中干しの延長・強化や有機物管理の方法変更など、いくつかの具体的な手法があり、それぞれの技術がメタン排出量削減に貢献します。

新しい技術の導入には、管理方法の変更による習熟や、収量・品質への影響といった潜在的なリスクも伴います。しかし、自身の圃場条件を理解し、技術の特性をよく把握した上で、小規模での試験導入や専門機関への相談を組み合わせることで、これらの課題を克服し、効果的に技術を取り入れることが可能です。

環境負荷を低減し、社会的な要請に応えながら、将来にわたって安定した稲作経営を継続していくために、メタン発生抑制技術の導入を検討されることは、非常に意義深い取り組みと言えるでしょう。この記事が、その検討の一助となれば幸いです。