調査・報告

畜産農家とサトウキビ栽培農家の連携による地域資源の利活用
国立研究開発法人 農業・食品産業技術総合研究機構 中央農業研究センター
生産体系研究領域 バイオマス利用グループ 主席研究員 田中 章浩【要約】
農業集落排水汚泥の安価な堆肥化技術を開発するとともに、豚尿のメタン発酵消化液と汚泥発酵肥料を利用したサトウキビ実証栽培を行いその効果を明らかにした。養豚農家では年間１頭当たり3200～4000円の排せつ物処理経費の軽減、サトウキビ農家では10アール当たり6300～7900円の収益改善効果を見込むことができる。また、消化液と牛ふん堆肥の局所施用により、サトウキビ収量が増加し、堆肥施肥に係る費用以上に収入が向上する可能性が示された。

的に低下傾向にあるなど厳しい状況となっており、はじめに安価な堆肥や肥料の開発・利用が求められている（図沖縄県では、林業が少なく堆肥副資材が慢性的に１）。そこで、畜産農家と耕種農家の連携を軸とし不足している。また、畜産経営に関する暫定排水基た地域資源循環の促進を図るために、農業集落排水準の見直しなどにより、沖縄県の農業収益の４割を汚泥の安価な堆肥（以下「汚泥発酵肥料」という）占める畜産経営において堆肥化処理だけでは家畜排化技術を開発するとともに、豚尿のメタン発酵消化せつ物法の法律順守が困難になることが予想され液（以下「消化液」という）と汚泥発酵肥料を利用る。これらの状況に対応するため、高水分の家畜排したサトウキビ（農林８号）の実証栽培を行った。

せつ物を処理でき速効性有機液肥の製造ができるメ

また、し尿と生ごみ、泡盛かすのメタン発酵消化液

タン発酵処理技術導入の必要性が高まっている。さと牛ふん堆肥の局所施用による夏植えサトウキビらに、南西諸島の基幹作物であるサトウキビをめぐ（農林25号）栽培試験を行い、それらの肥料効果な

ほ じょう

る情勢は、栽培が長期連作となっており圃場への有機物投入不足による地力低下などから、収量が長期

44 砂糖類・でん粉情報2019.8どを明らかにした。

図１

サトウキビ収穫量の経時変化

収量 （kg/10a）
収穫面積 （ha）

収穫量（千ｔ）

2,000

25,00020,00010a当たり収量1,800

収穫面積

1,600

収穫量

1,400

15,000

1,200
1,000

10,000

800
600

5,000

400
200

01974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012

0（年）

資料：農林水産省「作物統計」

１．サトウキビ基肥用の汚泥発
酵肥料１）から売り上げとしては10アール当たり11万

農林水産統計によれば、サトウキビの全額算入る。収支をプラスにするには単収を10アール当た生産費は2012年度で10アール当たり15万4116

り７トン以上に向上させるとともに、未利用資源な円（労働費は同６万7739円）であったのに対して、どを活用し肥料コストなどを削減することが重要で

沖縄県の10アール当たり平均収量5.095トン（図ある（図２）。

図２118円（買取価格１トン当たり２万1613円）であり、収支としてはマイナス４万3998円となってい労働費を除いたサトウキビ生産費の推移
作付実面積 （a/戸）費用 （円/10a）90,00080,000
70,00060,00050,000

500
種苗費

肥料費

農業薬剤費

光熱動力費

450

その他の諸材料費

土地改良および水利費

400

賃借料および料金

物件税および公課諸負担

建物費

自動車費

350

農機具費

生産管理費

300

作付実面積（a/戸）

賃借料

40,000250
200

30,000150

20,000100

肥料費10,0005001971

1976

1981

1986

1991

1996

2001

2006

20110
2016 （年度）

資料：農林水産省「農産物生産費統計」

砂糖類・でん粉情報2019.8 45

そこで、農家への販売価格１トン当たり3500円

間の堆肥化でも水分蒸散が少なく、完成堆肥の水分以下の安価な有機質肥料の生産を可能とするためが60％以上と、下水汚泥堆肥の品質基準の一つのに、農業集落排水汚泥を利用したサトウキビの基肥水分50％を満たすことが難しい（図３）。そこで、用堆肥製造技術の開発を行った。

豚ぷんを20％添加することで発酵を促進し「農業堆肥化では材料にオガクズなどを混合し30％程

集落排水汚泥＋オガクズ＋豚ぷん」の組み合わせと度の空隙を設け通気性を確保する必要があり、オガすることで、３週間で水分49％と堆肥品質基準にクズを副資材とした農業集落排水汚泥の堆肥化では適合できる堆肥化技術を完成させた。肥料製造原初期の適正水分が70％であることを明らかにした。

価は補助率０％の場合で１トン当たり１万1373円

JAの下水汚泥堆肥品質基準では、C/N比20以下、となるが、処理料として農業集落排水汚泥同7000乾物当たり有機物量35％以上、窒素1.5％以上、水円、豚ぷん同500円を徴収することで、製造費は分50％以下、pH8.5以下（リン酸２％以上、アル同3253円と農家への販売価格同3500円以下の安カリ分25％以下）が示されている。しかし、オガ価な有機質肥料の生産が可能となる。

クズを混合した農業集落排水汚泥の堆肥化では４週

図３

農業集落排水汚泥の堆肥化水分の経時変化

含水率 （％）

1009080706050403020100

豚ぷん0%区初期

豚ぷん20%区

１週目

２週目

豚ぷん40%区

３週目

堆肥化週
資料：筆者作成

２．消化液の簡易設置ホースによる散布技術開発・実証した。散布穴を長さ方向に１メートル間クローラー車両を利用した消化液の散布で基肥とれ６、８、10、12、13カ所とすることで施肥誤１回目の追肥が可能で、1.6トンの消化液散布に必差４％とほぼ均一に施肥可能となった。ホース６本、要な時間は９分程度であった（10アール当たりに長さ50メートルの条件で施肥面積は8.4アールであ換算すると21分）。そこで、サトウキビ栽培の２回り、４トンバキューム車（液肥積載量3.5トン）１目以降の追肥に消化液を利用するための施肥方法と台分の液肥を施肥すればサトウキビの追肥施肥割合して、直径50ミリメートル、長さ50メートルの散とほぼ同量を散布することができる。散布システム

布用ポリエチレンホースをサトウキビの畝間に設置の材料代は10アール当たり２万3455円である（図し、左右の畝に施肥する簡易設置ホース散布技術を４）。

46 砂糖類・でん粉情報2019.8

隔で均一に配置すると施肥誤差が28％と大きいが、給水側から10メートル区間の散布穴個数をそれぞ図４

消化液の散布方法と施肥時間

消化液の施肥作業
メタン発酵消化液の肥料利用では輸送・散布に要する労力が大きく、効率的に施肥することが重要
基肥＋追肥（１回目）利用 クローラー散布（液肥積載量1.6ｔ、施肥量3.8t/10a）により21分/10aで施肥可能
追肥利用（２回目以降） 簡易設置ホースを利用しバキューム車（液肥3.5ｔ）１台当たり12分で施肥可能
簡易設置ホースによる液肥の追肥利用
散水ホース折径 120mm

サトウキビ

サトウキビ

散水ホース折径 120mm

サトウキビ

サトウキビ

散水ホース折径 120mm

サトウキビ

サトウキビ

散水ホース折径 120mm

サトウキビ

９分/1.6t

サトウキビ

1.6ｔ施肥作業時間の内訳
液肥積込み

2.7

圃場内移動

3.9
VP40
VP75液肥散布

2.42.8m

1.4m

1.4m

2.8m

 散布システムの材 料 代 23,455 円/10a
 配管5年、ホース2.5 年 に 1回 交 換で コ ス ト は 4,691円/10a/年
 夏季の冠水にも利用でき、労働時間を短縮できる
クローラー散布車（1.6ｔ）による液肥の基肥利用
資料：筆者作成

さらに、サトウキビ圃場での施肥の際のアンモニ
ざん さア揮散が、圃場にサトウキビ残渣がない条件では１週間で10％であるのに対して、残渣ありの条件では30％となることを明らかにした。RQフレックス（注）ア態窒素と圃場面積から施肥量を決定できることを明らかにした（図５）。
（注）RQフレックスは手軽に持ち運び可能な分析機器で、専用の試験紙を用いることで、多項目の成分の簡易によるアンモニア態窒素の簡易分析は現場での実用分析が可能となる。分析項目の一つにアンモニアがある。

が可能な精度であり、現場において液肥のアンモニ 化液中アンモニア態窒素濃度のRQフレックスによる簡易測定値と消電気泳動（一般的な方法）による測定値の相関
4000

電気泳動測定値 Y （ppm）

図５3500y = 0.94x + 295.74
r² = 0.89

3000
2500
2000
1500
1000
50000500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

RQフレックス測定値 X （ppm）
資料：筆者作成

砂糖類・でん粉情報2019.8 47

３．サトウキビの減化学肥料栽培

代替しても、化学肥料栽培と同等の収量、甘しゃ糖

サトウキビは他の作物に比べて10アール当たりのさらに基肥に消化液と汚泥発酵肥料を組み合わせて収量の変動が大きいが、夏植えおよび春植え・株出施用することで化学肥料を100％代替しても、化学し栽培において、消化液を追肥とし化学肥料を70％肥料栽培と同等の収量、甘しゃ糖度が得られた。

図６度が得られた（図６）。また、夏植え栽培においては、サトウキビ減化学肥料実証栽培の結果

収量 (t/10a)

甘しゃ糖度 (%)

16161212

化学肥料
栽培

化学肥料栽培

8844000%70%

100%0%70%

化学肥料代替率
夏植え収量
夏植え甘しゃ糖度

春植え収量
春植え甘しゃ糖度

株出し収量
株出し甘しゃ糖度

資料：筆者作成
注１：国頭マージにおけるサトウキビ（農林８号）栽培事例（n=3）。
注２：収量および甘しゃ糖度に試験区間で有意差無し。

春植え―株出し体系における栽培跡地土壌の可給加し目標値に近い値となった。また、土壌中の交換態リン酸濃度は、化学肥料や消化液を施肥した区で性カリ濃度は、化学肥料栽培、消化液や汚泥発酵肥は栽培前土壌とほぼ同等（約６mg/100g）で国頭料を施肥した全ての栽培で減少傾向を示し、消化液マージにおけるサトウキビ畑での土壌改良目標値を施用した栽培では施肥基準に比較してカリ投入量10mg/100gより低いが、基肥に汚泥発酵肥料をが多いが、その影響は小さなものであった（図７）。

10アール当たり１トン施肥した栽培では濃度が増

図７

春植えー株出し体系における栽培期間中の可給態リン酸および交換性カリ濃度の推移

資料：筆者作成

48 砂糖類・でん粉情報2019.8

４．メタン発酵消化液を利用したサトウキビの収益効果

１万3300円（JA価格）で試算すると、10アール

散布料込み消化液１トン当たり500円、同汚泥発果が見込め、収益改善効果は同6300～7900円と当たり3500～4400円の肥料費減となる。また、散布込みのため同2800～3900円の労働費節減効

酵肥料同3500円、全量化学肥料時の肥料費9700～

表１

なる（表１）。

メタン発酵消化液と汚泥発酵肥料を利用したサトウキビ栽培の収益効果

項目

夏植え栽培

化学肥料代替率
施肥

春植え・株出し栽培の平均

100%

70％

慣行区

70％

慣行区

基肥

消化液
汚泥発酵肥料

化学肥料

化学肥料

化学肥料

化学肥料

追肥

消化液

消化液

化学肥料

消化液

化学肥料

単収（t/10a）

7.2

4.3

甘しゃ糖度（度）14.414.4

粗収益（千円／10a）

157.0

94.4

対照比経費削減効果

①肥料費

4.0

4.4-

3.5-

（千円／10a）

②労働費

3.9

2.8-

2.8-

7.9

7.2-

6.3-

対照比収益改善効果（千円／10a）

資料：筆者作成
注１：粗収益は平成25年度産糖度別単価一覧（JAおきなわ）の本体価格＋交付金に単収を乗じて算出した。
注２：堆肥および消化液価格は散布料込みとした。

沖縄県Ａ町の場合、豚飼育頭数8267頭から発生豚尿のメタン発酵処理および農業集落排水汚泥のする養豚農家の排せつ物処理経費は年間で2645万

堆肥化を従来の地域バイオマスフローに導入するこ4000～3306万8000円減となる。Ａ町のサトウとで、牧草などサトウキビ以外の作物への消化液利キビ栽培（夏植え栽培3.1ヘクタール、春植え栽培

用も進みやすくなり、養豚農家と耕種農家の連携を6.1ヘクタール、株出し栽培29.2ヘクタール）の軸とした地域資源利用が促進される（図８）。この化学肥料を消化液で70％代替すると年間で244万結果、養豚農家・耕種農家・行政の負担低減が可能7000円の経費が削減できる。になる。

図８

沖縄県Ａ町におけるメタン発酵導入想定時の地域バイオマスの流れ
作物毎の液肥必要量906t／年

資料：筆者作成

砂糖類・でん粉情報2019.8 49

追肥１回目に土作りのために10アール当た

５．牛ふん堆肥の局所施用と消化液を利用したサトウキビ減化学肥料栽培

り牛ふん堆肥（乾物重量当たりT-N = 2.0%、
P2O5 = 2.8%、K2O = 4.3%）を 1.5 トン、株元に局所施用

石垣市の生産者圃場（42×45メートル、国頭マージ）において、し尿と生ごみ、泡盛かすのメタン発基肥と追肥１回目を消化液で代替した場合の化学酵消化液と牛ふん堆肥の局所施用によるサトウキビ肥料削減率は、窒素（N）基準で施肥したことから（農林25号）の夏植え栽培試験を実施した。試験区

N：50%、P2O5：57%、K2O：５%となる。化学（７×45メートル）は（1）化学肥料区、（2）消化肥料区では合計10アール当たり157キログラムの液区、（3）消化液＋牛ふん堆肥区－とし、それぞ化学肥料が必要であるが、消化液を利用した区ではれ２反復とした。基肥を施用した後に、全茎式ケー同87.1キログラムと44%削減となった。化成肥料

ンプランターでサトウキビの植え付けを行った。消（877）が20キログラム当たり1441円、リン（P35）

化液の肥料成分値は窒素（T-N）= 0.28%、リンが同2882円、塩化カリ（K60）が同1831円、牛酸（P2O5）= 0.06%、カリ（K2O）= 0.01%であっ

ふん堆肥が１トン当たり１万円、消化液（散布料込た。また、消化液の肥効率は窒素0.65（T-N）、リみ）が同300円とした場合、（２）の消化液区ではン酸0.8、カリ0.9と仮定し、肥料設計を行った。

化学肥料区に対して10アール当たり2861円の肥試験区：料代削減となるが、（３）の消化液＋堆肥区では同（１）化学肥料区：基肥と追肥３回を化学肥料１万2139円の増加となる。サトウキビ価格を１ト（２）消 化液区：基肥と追肥１回目は消化液、追ン当たり２万5000円とすると、10アール当たり

肥２、３回目は化学肥料（基肥は植え付けの収量が0.486トン増加すれば、堆肥施肥代を補う時と１カ月後の２回に分けて施肥）ことができる（表２）。

（３）消化液＋堆肥区：消化液区と同様であるが、

表２

消化液と牛ふん堆肥を利用したサトウキビ栽培試験の区毎の肥料代試算
肥料代（円/10a）

施肥

試験区

（1）化学肥料区
基肥+（2）消化液区
追肥３回（3）消化液＋堆肥区

化成887
消化液
牛ふん堆肥
（1441円（300円/t） （1万円/ｔ）/20kg）

リン酸（2882円/20kg）

塩化カリ（1831円/20kg）

合計

化学肥料との差額（円/10a）

0010,808618229

11,65402,14905,4043099328,793▲ 2,8612,149

15,0005,40430993223,79312,139

資料：筆者作成

植 え 付 け か ら524日 後 に 収 量 調 査 を 行 っ たは認められなかった。消化液の窒素肥効率を0.65（図９）。10アール当たり原料茎収量は化学肥料区（T-N）と仮定したが、収量から算出すると0.50と14.5トンに比較して、消化液区12.9トン（対化学見積もられた。また、消化液＋堆肥区の同収量は、肥料比11％減）、消化液＋堆肥区16.6トン（対化消化液区に比較して3.7トン増（10アール当たり約学肥料比14％増）となったが、処理区間に有意差９万3000円増）、化学肥料区に対して2.1トン増（同50 砂糖類・でん粉情報2019.8

約５万2000円増）となり、堆肥の局所施用（10アー以上の増収効果が見られた。また、甘しゃ糖度に関ル当たり1.5トン）によって大幅に収量が増加し、して各処理区間に有意差は見られなかった。

堆肥施肥経費10アール当たり１万5000円を補う

図９

原料茎収量および甘しゃ糖度調査結果

原料茎収量（kg/10a）

20,00018,000

⽢しゃ糖度（％）

原料茎収量 (kg/10a)

16,000

⽢しゃ糖度(％）

11.5 ％

14,00011.0 ％

11.3 ％

8

10,00012,891 kg/10a

6,000

16,592 kg/10a

14,517 kg/10a

64

4,000

2

2,000
0

12
10

12,000
8,000

14

消化液

消化液

化学肥料

0＋堆肥
資料：筆者作成

６．今後の課題
メタン発酵処理の普及促進には、効率的な消化液におけるメタン発酵消化液の肥効率などを明らかにし、基肥利用を可能とするための試験を現在実施している。の施肥が課題の一つとなっている。クローラー散布車による消化液の散布は効率的な散布方法の一つであるが、散布車の価格や散布の均一性などに問題が謝辞あり、機械の低価格化や均一施肥技術の開発が必要

本研究成果の一部は、農林水産業・食品産業科学である。サトウキビの減化学肥料栽培では、消化液技術研究推進事業「南西諸島における家畜糞尿を核の追肥利用が可能なことが解明されたが、消化液のとした地域バイオマス利活用モデル構築（課題番号

基肥利用に関しては化学肥料や堆肥との併用が今の24013）（2012～2014年度）」の研究費補助を受ところ必要である。南西諸島特有の土壌・気象条件けて実施した。ここに深謝の意を表する。

〔引用文献〕
国立研究開発法人 農業・食品産業技術総合研究機構（2015）「地域バイオマス利活用マニュアルVer.1」〈http://www.naro.affrc.go.jp/publicity_report/publication/archive/files/Biomass_man_kincho_
KARC2015.pdf〉（2019/7/4アクセス）

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