7日本農学会シンポジウム

カーボンニュートラルの達成にむけた農学研究

家畜由来の温室効果ガス低減の取り組み
野中最子*〔キーワード〕：畜産，温室効果ガス，牛メタン，排産体系の確立のため，2017 年から農林水産省委託プ

せつ物，アミノ酸ロジェクト研究「農業分野における気候変動緩和技術の開発」（畜産分野における気候変動緩和技術の開1．はじめに発），2020 年から内閣府ムーンショット型農林水産研

日本人の食生活はここ 50 年で大きく変わってお究開発事業「牛ルーメンマイクロバイオーム完全制り，食料需給表（農林水産省，2022）によると 1970

御によるメタン 80 %削減に向けた新たな家畜生産シ

年代には動物性タンパク質の 7 割を魚介類から摂取ステムの実現」が開始された．これらは，おもにウしていたが，2021 年には魚介類は 4 割となり，食肉シ消化管を由来とするメタン，家畜排せつ物処理かが 6 割を占めるようになっている．2021 年におけるら発生するメタンと N2O を削減するための技術開発

1 人当たりの食肉の年間消費量は，鶏肉 14kg，豚肉を目的としている．これらプロジェクト内で得られ13kg，牛肉 6kg と合計で 34kg にも及ぶ．その他，た成果を中心に先行研究とともに紹介する．

鶏卵 290 個，牛乳 30L，チーズ，ヨーグルトなどの乳製品は 60kg も消費しており，畜産物は私達の食卓になくてはならないものになっている．

2．ウシ消化管由来メタンの削減
ウシには胃が 4 つあり，1 番目（ルーメン）と 2

一方で他の産業と同様に，畜産業からも温室効果

番目の胃の中にはたくさんの微生物が生息していガスが排出されており，国内の農林水産分野においる．その微生物がまず，ウシが食べた飼料を分解し，て，家畜の消化管内発酵由来メタン，家畜排せつ物発酵させて，ウシがエネルギー源として使える形

管理由来一酸化二窒素（N2O）とメタンでおよそ 3（短鎖脂肪酸）に変換する．さらに，自分たち微生割を占めている（図 1）．今後の持続的な畜産業の展物を増やし，それらが 3，4 番目の胃へ，そして小開を図るためにも，生産性向上と環境負荷低減を同腸へ流れていく過程で，ウシのタンパク質源（微生時に達成することが大きな課題となっている．

物態タンパク質）として利用される．このようにウ

そのような中，わが国において持続可能な家畜生

シは，ヒトが栄養として利用できない牧草などの繊維質を，微生物の力を借りて，ミルクや肉を生産す

燃料燃焼
33%

石灰・炭素施肥1%
農用地土壌からのN2O12%
図1

家畜の消化管発酵由来CH416%る仕組みを持っている．ただ，これら微生物は飼料を分解，発酵する過程で，副産物として二酸化炭素
家畜排せつ物
管理由来CH45%

2019年度
排出量4,747万t-CO2

家畜排せつ物
管理由来N2O
8%や水素などのガスを産生し，その一部はメタン細菌等に利用されてメタンとなり，他のガスと一緒にいわゆる「あい気（ゲップ）」として放出される．
このようにウシからメタンが出てくるのは必然であるが，このメタンを減らすためのアプローチとして次の 4 つが考えられている．

稲作からのCH425%

国内農林水産業および畜産からの GHG 排出農林水産省 web サイトの図を改変．

*農研機構 畜産研究部門（Itoko Nonaka）（1）飼料，栄養管理の工夫，資材の添加
採食する飼料の量や種類によってメタン排出量は変わる．採食量の増加に伴いメタン排出量は増加するが，採食量当たりのメタン排出量は減少する．
牧草より穀類などの濃厚飼料割合が増えるとメタ0369-5247/23/\500/1 論文/JCOPY

8

農業および園芸

第 98 巻第1号（2023 年）

ン産生量は減少する．牧草などの粗飼料は刈り取りにも，初産の分娩月齢の遅れや，乾乳期間の長期化時期によって栄養価は異なることは知られている

は，生産物当たりのメタン排出量を増加させることが，メタンの排出量も異なる．飼料中の脂肪含量をから，繁殖を順調に回すことも大切である．さらに，高める，あるいは，脂肪酸カルシウムを添加すると子牛の損耗や乳房炎などの生産病も少ない方が良メタン排出量を減らすことができる．

く，健全性を高めることも重要である．

（2）ルーメン微生物の制御（4）メタン排出量の少ないウシの選抜

メタン排出量を低減する微生物相改変資材の 1 つ

これまで述べてきたようにウシからのメタン排であるカシューナッツ殻液の添加は，飼料の消化率

出量は，飼料や微生物相によって変わるが，食べたや乳生産性を低下させることなく 1 割弱の低減が可

飼料の種類，量が同じであってもメタン排出量は個能である（真貝ら，2014）．また，最近になり，乳牛体によって異なる．さらに，その特性は産子に遺伝の第一胃から，プロピオン酸前駆物質を既知の近縁するということも徐々に明らかにされてきた．つま菌より多く産生する新種の嫌気性細菌が発見されり，メタン排出量の少ないウシを選び（育種選抜），た（Shinkai et al.，2022）．プロピオン酸とメタンはとその子孫を増やしていけば，将来においてウシ消化もに水素を利用する拮抗関係にあるため，この新し管からのメタン排出量を減らせる可能性があるい細菌は，ウシにおけるメタン産生量の低減とプロ（Uemoto et al.，2020）．

ピオン酸産生による生産性の向上に資することがただ，メタン排出量の少ないウシを選ぶことが極期待されている．

めて難しい．育種選抜には多頭数のメタン測定値が（3）1 頭当たりの生産性の向上必要だが，ウシからのメタン排出量を測定すること育種改良や飼養・栄養管理技術の高度化により，が困難であるからだ．これまでは，開放型呼吸試験

1 頭当たりの乳生産量や増体速度は年々増加していチャンバー（写真 1）やヘッドボックスの中にウシ

る．1 頭当たりの生産量の増加に伴い 1 頭当たりのを数日間滞在させる方法で，ウシからのメタン排出メタン排出量は増えるが，生産物当たりのメタン排量を定量的に測定していた．この方法は最も精密に出量は減る．つまり，1 頭当たりの生産性の向上は，測定できるが，国内では農研機構が保有する 4 台の飼養頭数の減少につながるため，全体としてメタンみで，育種改良に必要な何百，何千という多頭数の排出量が減ることになる．また，ウシ 1 頭当たりかデータを得るには向いていない．そこで，呼気ガスらのメタン排出量は，摂取量が多くなるほど排出量の一部を採取して，そのガス中のメタン/二酸化炭も多くなるため，ウシの栄養要求量に合わせて給与素比（CH4/CO2 比）をもとにメタン排出量を推定すし，必要以上に食べさせないことも重要である．他

るヨーロッパで開発された手法を日本の牛に適したものに改良した（Suzuki et al.，2021）．搾乳ロボット（写真 2）や個体別飼槽においてその場に滞在中のウシの呼気を数分間 1 日に 2～3 回，7 日間連続で

写真 1

呼吸試験チャンバー
成牛 1 頭が滞在できる大きさ．

写真 2

搾乳ロボット9

野中：家畜由来の温室効果ガス低減の取り組み

採取し平均的な CH4/CO2 比を求め，牛個体からのメ削減方策として提案してきた（図 2）．ここでは，農タンを推定できる簡便かつ安価な「スニファー法に林水産省委託プロジェクト研究推進事業「農業分野よるメタン排出測定システム」を開発した．今年度における気候変動緩和技術の開発」（2017-2021）により 5 年間の計画で開始された農林水産省委託プロ

おいて新しく取り組んだ採卵鶏と肉用牛について

ジェクト研究「畜産からの GHG 排出削減のための紹介する．

技術開発」では，このシステムを用いて，複数の公（1）採卵鶏におけるアミノ酸バランス改善飼料の設試や大学などで飼育されているウシから，メタン取り組み排出量を測定する予定である．これによりメタン排採卵鶏は 150 日齢から 600 日齢くらいまで産卵を出量の少ないウシを選んで増やしていけば，時間は続ける．茨城県畜産センター（飯尾ら，2021）では，かかるかもしれないが，牧草を栄養とすることがでジュリア種採卵鶏を用い，200 日齢から 300 日齢のきるウシの利点を生かしながらメタン排出量を減

産卵前期試験，および 400 日齢から 600 日齢までのらすことができると期待している．

産卵中後期試験を行った．産卵前期の飼料粗タンパ
ク質（CP）含量は原物当たり対照区 19％，試験区

3．家畜ふん尿由来一酸化二窒素および17％，産卵中後期の飼料 CP 含量は原物当たり対照

メタンの削減区 16％，試験区 14％に設定した．このように産卵

飼料のタンパク質はエネルギーと同様に，家畜自前期，後期ともに対照区と試験区で 2％ポイントの身の維持や成長のみならず，泌乳や妊娠などにも必差を設け，さらに試験区の飼料には採卵鶏の要求量要な主要栄養素の 1 つであるが，体内で利用されなを満たすため，リジン，メチオニン，トリプトファ

かったタンパク質やアミノ酸は，ふん尿として排せンを添加した．その結果，試験区では対照区と比較つされる．このふん尿に含まれる窒素こそが，温室し，採食量や産卵成績に差は認められず，排せつさ効果ガスの一つである N2O と，N2O の前駆物質でれる窒素量を前期では 2 割削減した（産卵中後期の臭気（悪臭）とも深く関わっているアンモニア結果は現在取りまとめ中）．さらに，産卵前期にお（NH3）の発生源である．ふん尿中の窒素が減少すいてこれら飼養試験で得られた排せつ物を実際にることで N2O と NH3 も減ることから，体内で必要堆肥化して温室効果ガスを測定したところ，対照区な分だけのタンパク質やアミノ酸の給与が環境負と比較して試験区では，N2O や NH3 だけでなくメタ荷ガスの削減につながる．ただし，単純に，飼料のンも減少しており，アミノ酸バランス改善飼料の温タンパク質量を減らすと，畜産物の生産量まで低下

室効果ガス削減への有効性を明らかにすることがしてしまうので，不足するアミノ酸を添加することできた．この成果をもとに一般の農家でボリスブラがポイントである．このような考え方に基づいて設

ウン種を用いて実証試験を行った．その結果，産卵計した飼料のことをアミノ酸バランス改善飼料と前期，中後期とも，アミノ酸バランス改善飼料を給呼んで，肥育豚とブロイラーでは温室効果ガス排出与しても産卵成績などの生産性に影響はないこと

飼料のたんぱく質を減らす

慣行飼料
図2

アミノ酸バランス改善飼料のイメージ

アミノ酸を添加する

低タンパク質飼料

アミノ酸バランス改善飼料

10農業および園芸

第 98 巻が確認された．

第1号（2023 年）られないという成績が得られた．

（2）ホルスタイン種肥育去勢牛へのアミノ酸バラ4．おわりにンス改善飼料の給与
前述のとおりウシのルーメンには微生物が生息以上のように，ウシ消化管からのメタン排出量のしており，ヒトが栄養として利用できない繊維成分低減，排せつ物処理からのメタンと N2O の低減技や尿素なども微生物態タンパク質やアミノ酸に変術はいくつか開発されてきているが，食料生産と環換する．そのため，ウシのアミノ酸の要求量を精密境負荷軽減を同時に達成しなければならない課題に知ることは鶏や豚などの単胃動物と比較して難であるため，短期間に大幅な削減を行うことはかな

しい．このプロジェクトで Kamiya ら（2021）は，り難しい．しかし，畜産経営は，飼料生産，栄養・肥育前後期あわせて 12 カ月以上の飼養試験によっ飼養管理，ふん尿処理・利用などで複合的に成りて生産性維持と環境保全の両立に関する検証を立っていることから，システム全体として温室効果行った．ホルスタイン種去勢牛 8 頭（対照区 4 頭，ガスの低減を考えていくことで，この問題の解決に試験区 4 頭）を供試し，肥育前期（7～10 ヵ月齢）貢献することができるものと考えている．その際にの飼料 CP 含量を乾物当たり対照区 17.2％，試験区は，生産者への技術導入を促すような方策も視野に14.4％，肥育後期（10～18 カ月齢）の飼料 CP 含量入れつつ，その取り組みを消費者へもアピールし，を対照区 14.5％，試験区 11.4％に設定した．試験区

理解を深めてもらうことも重要であろう．の飼料には，1 日 1 頭当たりリジン（前期 13g，後引用文献

期 22g）とメチオニン（前期 1g，後期 2g）をルーメン保護アミノ酸（ルーメン内の微生物が利用しにくい形）として添加した．その結果，飼料 CP 含量を減らした試験区では対照区と比較し，採食量や増体量などの飼養成績，あるいは枝肉重量やロース芯面積など生産性に差は認められず，ふん尿中への窒素排せつ量は 15％程度減少した（図 3）．
この結果をもって，実際に肉用牛を飼っている農家においてアミノ酸バランス改善飼料を用いた試験を実施した（写真 3）．その結果，試験区と対照区で，増体成績，枝肉重量やロース芯面積，歩留まりに差は認められなかった．また，肉質にも差は認め

飯尾恒・山下薫・島田理紗・荻野暁史・野中最子・長田隆2021．産卵前期採卵鶏への低タンパク質飼料給与が生産性や堆肥化過程における環境負荷ガス排出に及ぼす影響．日本畜産学会報 92：485-491．https://doi.org/10.2508/chikusan.92.485
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https://www.maff.go.jp/j/kanbo/kankyo/seisaku/midori/index.html■対照区 ■試験区
200g/日150100500
肥育前期
図3

肥育後期

肉用牛におけるふん尿からの窒素排せつ量

写真 3

実証試験牧場の肥育牛

野中：家畜由来の温室効果ガス低減の取り組み
真貝拓三・永西修・三森眞琴・長嶋協・小林泰男 2014．
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