いにしえの肥料藻⽂化を世界に〜淡⽔⽔草の液肥化研究〜

環境研究班
⼤坊隆司、⽩⿃滉弥、沼畑明⽇夢

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研究の背景

食糧生産に欠かせない肥料が世界中で値上がりしている（図１）。原因はベラルーシに対する経済制裁、中国の輸出規制、ロシアのウクライナ侵攻により、世界有数の肥料輸出国からの輸出が停滞しているからである。⽇本においては 2022 年度 JA 肥料価格が、窒素肥料の尿素で 94％、リン酸肥料の過リン酸⽯灰 25％、カリ肥料のケイ酸カリウム 36％も値上がりした。農家はコスト⾼による減収で苦しんでいる。国連は 2050 年には世界の⼈⼝が 97 億⼈になると発表しているが（図２）⼈⼝増加による⾷糧問題を抱える開発途上国にとって、この肥料⾼騰は深刻な問題である。
そこで注⽬したのが 1950 年代初期まで⽇本各地の沿岸部で⾏われていた沈⽔植物を肥料として⽤いる肥料藻⽂化である（図３）。この⽂化により流⼊する栄養塩のほとんどが外部に持ち出されていたため富栄養化も起きず健全な海が保たれていたともいわれている。途上国にも多くの池沼がある。そこで⾃⽣する⽔草を肥料にする技術を考案し、途上国の持続的農業に貢献したいと考えた。

図１ 世界の肥料の価格

図２ 世界の⼈⼝予測

図３ 藻刈り（島根県）

藻の肥料は現在もあるが、その多くがアマモなどの海藻で、肥料の形態は堆肥である。しかし海藻には塩分が付着しているため⽔で洗い流す必要がある。また堆肥にするには発酵させる必要があるため、完成に数ヶ⽉かかり悪臭も発⽣する。そこで私たちは世界の淡⽔に⾃⽣する沈⽔性（⽔中に⽣息）⽔草を材料にし、短期間でできる液体肥料を開発することを⽬標に研究を⾏うことにした。
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⽅法（１）選択した⽔草。世界各地に⾃⽣する沈⽔性淡⽔⽔草を選んだ（図４）。
a バリスネリア
・Vallisneria spifalis・トチカガミ科多年草・根から養分吸収・世界の温帯熱帯の池沼に⾃⽣
b クリプトコリネ
・Cryptocoryne var.balansae・サトイモ科多年草・根から養分吸収・インドや東南アジアに⾃⽣c マツモ

・Ceratophyllum demersum・マツモ科多年草浮き草・根がなく葉から吸収・アフリカ、アジア
d アマゾンチドメグサ
・Hydrocotyle leucocephala・ウコギ科多年草・節からも⽔中根を発⽣・世界の温帯や熱帯池沼

図４ 選択した⽔草（いずれも沈⽔性の淡⽔⽔草で左から a,b,c,d）３結果（２）⽔草の吸収・浄化試験
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⼤⽬標は⽔草の肥料化だが、これらの⽔草を富栄養化池沼で育てると⽔質はどのように変化するのか分析した。栽培はそれぞれ 22L の低濃度富栄養化（表１）⽔槽に 10 株浸漬した。栽培中はエアレーションを⾏い藻類発⽣抑制のためアルミホイルで覆った（図５）。⽔質変化は図６に⽰す。
表１ 低濃度富栄養化⽔項⽬

図５ ⽔草の栽培⽅法

10NH4-N（mg/L）

pH6Controlバリスネリア
マツモ
クリプトコリネ
チドメクサ

42012EC（μS/cm）

402

NH4-N（mg/L）

13NO3-N（mg/L）

4.4PO4-P（mg/L）

1.46

TH 全硬度（mg/L）

401510Control
マツモ
チドメクサ

53バリスネリア
クリプトコリネ

1212340

32Control
マツモ
チドメクサ

1バリスネリア
クリプトコリネ

2NO3-N(mg/L)

PO4-P（mg/L）

7.1

040pH

2081

低濃度富栄養化⽔

3020
100

33Control
マツモ
チドメクサ

図６ 3 週間の⽔質の変化（横軸：週）バリスネリア
クリプトコリネ

pH はどの区も⼤差なかった。NH4-N の濃度はマツモを除いてどの区もほぼ減少した。NO3-N、
PO4-P ではアマゾンチドメグサの濃度が低い。しかし NO3-N は NH4-N ほど⼤きな減少は⾒られなかった。これは⽔中が還元状態にあるため NH3-N をあまり吸収しなかったためと考えられる。
（３）CO2 濃度の違いによる吸収・浄化⽐較

8

温室で栽培する際、CO2 濃度を⾼めると⽣育が旺盛

6めたら吸収・浄化⼒が⾼まるか実験した（図 7）。⽔草はマツモとし、CO2 濃度は無添加マツモは 33.4mg/L、添加マツモは 73.5mg/L とした。その結果、添加区 pHpHになる。そこで⼩型 CO2 発⽣装置で⽔槽内の濃度を⾼4マツモ
マツモ（CO2)

201232

は徐々に酸性へ変化した。しかし３週間の栽培期間では植物体への影響は特に⾒られなかった。
3PO4-P（mg/L）

NH4-N（mg/L）

15

105マツモマツモ（CO2)01221マツモ
01323

図７ CO2 添加に伴う⽔質変化（横軸：週）
NH4-N、PO4-P とも CO2 を添加した⽔槽で濃度が減少した。これは⽣育が旺盛になり、栄養分を吸収したからだと考えられる。⽔草であるマツモも陸⽣植物と同じ特性であることがわかった。
（４）⽔草の液肥化試験
３週間、淡⽔で栽培した⽔草と富栄養化⽔で栽培した⽔草で液肥を製作し、その成分の違いを⽐較した。製作⽅法は 3 週間栽培した⽔草を収穫し、定温器 38℃で３⽇間乾燥する。その後、精製⽔500ml に幅１cm に切った乾燥⽔草３g を３⽇間浸漬して完成とした。結果は図８に⽰した。
8EC（μS/cm）

2500

pH

7
6

2000
1500
1000
500

5バリスネリア

浄化バリスネリア

クリプトコリネ

浄化クリプトコリネ

マツモ

浄化マツモ

浄化マツモ（CO2)

チドメグサ

浄化チドメグサ

バリスネリア

浄化バリスネリア

クリプトコリネ

浄化クリプトコリネ

マツモ

浄化マツモ

浄化マツモ（CO2)

チドメグサ

浄化チドメグサ

浄化チドメグサ

チドメグサ

浄化マツモ（CO2)浄化マツモ

マツモ浄化クリプトコリネ

クリプトコリネ

浄化バリスネリア

3NO3-N（mg/L）

1412108642
浄化チドメグサ

チドメグサ

浄化マツモ（CO2)

浄化マツモ

マツモ

浄化クリプトコリネ

クリプトコリネ

浄化バリスネリア

0
バリスネリア

NH4-N（mg/L）

バリスネリア

02

10

3

4500

TH（mg/L）

600

100
浄化チドメグサ

チドメグサ

浄化マツモ（CO2)

浄化マツモ

マツモ

0
浄化クリプトコリネ

浄化チドメグサ

チドメグサ

浄化マツモ（CO2)

浄化マツモ

マツモ

浄化クリプトコリネ

クリプトコリネ

浄化バリスネリア

0200

クリプトコリネ

1300

浄化バリスネリア

2400

バリスネリア3

バリスネリア

PO4-P（mg/L）

5

図８ ⾃作⽔草肥料の成分分析
⾃作した液肥の pH はどの区も 7 前後となった。いずれも作物の⽣育には影響ない範囲である。
NH4-N は富栄養化⽔で⽣育した⽔草が多くなった。沈⽔性⽔草は⽔中に⽣息するため、主に NH4N を吸収する。しかしすぐアミノ酸に変換されるため植物体内には蓄積しにくい。NH4-N の濃度が⾼いのは、葉がやわらないバリスネリア、クリプトコリネ、マツモが、他より早く微⽣物に分解されたからと考えられる。ところが NO3-N はどの⽔草も少なかった。これは還元環境のため NO3N を吸収できず蓄積量がそもそも少ないこと、また NH4-N が酸化され NO3-N になるには３⽇間では時間が⾜りなかったことが考えられる。さらに PO4-P はどの⽔草でも溶出し、TH（Mg+Ca）
はアマゾンチドメグサが多く含んでいることがわかった。アマゾンチドメグサは他の⽔草と違い、多くの節から発根してくるためより吸収したと考えられる。
（５）実⽤化試験-a
液肥を分析したところ、このまま肥料として使うには栄養分の濃度が低いことがわかった。そこで 4 種類の⽔草３g を 500ml の精製⽔に 3 ⽇間浸漬した⽔草液肥を体積が 2/3 になるまで消毒を兼ねて煮沸濃縮し成分分析を⾏なった。１⽇後、煮沸した液肥に培養⼟ 2.5ml をさらに加え、7⽇間常温で放置し成分を分析した。それぞれの分析結果を表２に⽰した。
表２ ⽔草液肥の成分変化
項⽬

煮沸後

培養⼟添加後（参考）鶏糞堆肥１⽇浸漬

pH

5.8

6.58EC（μS/cm）

1,378

1,0161011

NH4-N(mg/L)

7.8

13.44

11.92

NO3-N(mg/L)

0.62

1.68

1.6

PO4-P(mg/L)

1.54

1.32

0.92

TH(mg/L)

112

67

52Ca(mg/L)

38

39

10Na(mg/L)

323933

煮沸しても成分に⼤きな変化はなかった。しかし培養⼟を加えると NH4-N が 2 倍、NO3-N が約３倍に増えた。煮沸により硝化菌などは死滅したが、培養⼟を加えることで補給され、NH4-N、4NO3-N が増えたと考えられる。この成分は市販の鶏糞堆肥と⼤差ない。さらに⽔草肥料の特徴であるミネラルも多く、栽培に利⽤できることがわかった。
（６）実⽤化試験-b
そこで実⽤化試験-a で製作した煮沸後に培養⼟を加えた液肥の効果を確かめるためトウモロコシを 3 週間栽培した。Control
は無肥料の焼成⾚⽟⼟に⽔を、⽔草液肥区は液肥を 1 週間に 1回 100ml 散布した。草丈と葉⾊値（SPAD）の推移を図９に⽰した。その結果、液肥を散布すると草丈が伸び（図９）、また葉⽔草液肥

⾊値も⾼くなった。⽔草肥料の効果だと考えられる。このように 図 9 トウモロコシの⽣育⽐較
簡単な⽔草液肥は今までないため役⽴つと思われる。

（左:Control 右:⽔草液肥）

30802520SPAD

草丈(cm)6040

Control201510

⽔草Control⽔草

500123123図 10 トウモロコシの⽣育⽐較（横軸：週）４ 結論
この研究は、紛争などにより⾼騰した肥料対策として試⾏錯誤しながら取り組んできた。その結果、⼀般的なアマモなどの海藻だけでなく、アマゾンチドメグサ（図 11）など世界各地に⾃⽣している淡⽔⽔草でも⼗分肥料になることを証明できた。特に富栄養化池沼や河川で繁茂している⽔草ほど肥料成分やミネラルが多いことを明らかにすることができた。またかつて海藻は堆肥として利⽤されていたが、完成までに３ヶ⽉も要すなど⼿間がかかっていた。しかし私たちが考案した⽔草液肥は、淡⽔性なので塩抜きの必要がなく、⽔に浸漬するだけなので 2 週間で作ることができる。
これは富栄養化池沼が多い開発途上国でも⾃作可能で、⾷糧⽣産に⼤いに貢献できるものである。
また⽔草が⽣息することで⽔質が浄化されることも確認できた。現在、地球温暖化や環境汚染などが原因で池沼や河川の⽣態系が脅かされている。もし池沼の⽔草が消滅してしまうと、富栄養化はさらに進み、深刻な⽔及び健康問題に繋がる可能性が⾼い。途上国はもちろん、世界各地の農村で昭和初期の⽇本のように住⺠が藻場を守り育て活⽤する肥料藻⽂化を形成できれば、SDGs やブルーカーボンに貢献できると確信している。
肥料藻⽂化は、安価な化学肥料の誕⽣により消えてしまったが、私たちは途上国の持続的農業のため、いにしえの⽂化を復活させ、世界に発信しようと今後も研究を重ね、普及に取り組むつもりである。 図 11 節から発根するアマゾンチドメグサと成分分析作業
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