富栄養化とは？農業排水の窒素・リンが招く赤潮と環境への対策

富栄養化とは

農業生産において、作物の成長を促進するために欠かせない肥料ですが、その成分が意図せず環境に負荷をかけてしまう現象が「富栄養化」です。この言葉は、湖沼や内湾などの閉鎖的な水域において、窒素やリンといった栄養塩類の濃度が自然の状態よりも著しく高くなる状態を指します。農業従事者にとって、このメカニズムを正しく理解することは、地域の環境を守るだけでなく、自身の農業経営を持続可能なものにするために不可欠な知識となります。

 

なぜ農業がこの問題と深く関わっているのでしょうか。それは、農作物の生育に不可欠な「肥料の三要素」のうち、窒素（N）とリン（P）が、水質汚濁の主要な原因物質となり得るからです。降雨や過剰な灌漑によって農地から流出した肥料成分は、水路を通じて川へ、そして湖や海へと流れ着きます。本来、これらの栄養分は生態系を支える重要な要素ですが、そのバランスが崩れ、過剰に供給されることで、自然界の浄化能力を超えた変化を引き起こしてしまうのです。

 

現代の農業では、収量増大や品質向上を目指して化学肥料や有機質肥料が投入されますが、作物が吸収しきれなかった剰余成分は土壌に蓄積するか、水とともに移動します。特に水溶性の高い硝酸態窒素や、土壌粒子に吸着して流亡するリン酸は、水域に到達すると植物プランクトンの爆発的な増殖を促します。これが、私たちがニュースなどで目にする水質問題の引き金となっています。

 

環境省：富栄養化の現状と対策について
参考：環境省による富栄養化の定義と、瀬戸内海などでの具体的な発生状況、環境基準についての詳細な解説です。

 

富栄養化における農業排水と肥料のメカニズム

 

富栄養化が進行するプロセスにおいて、農業排水は大きな役割を果たしています。一般的に、生活排水や工業排水も原因となりますが、面源負荷（広範囲から薄く広く排出される汚染源）としての農地からの流出は、対策が難しい側面を持っています。ここでは、具体的にどのようにして肥料成分が水域を汚染するのか、その化学的・物理的なメカニズムを掘り下げます。

 

まず「窒素」の挙動についてです。尿素や硫安などの窒素肥料は、土壌中の微生物の働きによってアンモニア態窒素を経て、硝酸態窒素へと変化します。硝酸態窒素は水に非常に溶けやすく、マイナスの電荷を帯びているため、同じくマイナスに帯電している土壌粒子（粘土など）には吸着されにくい性質を持っています。そのため、作物が吸収しきれなかった硝酸態窒素は、雨水や灌漑水とともに容易に地下水へと浸透したり、暗渠排水を通じて水路へ流出したりします。これが「硝酸性窒素汚染」と呼ばれる地下水汚染の原因でもあり、河川に流入すれば富栄養化の主役となります。

 

次に「リン」の挙動です。リン酸肥料は、窒素とは対照的に土壌への吸着力が非常に強いという特徴があります。通常、施肥されたリン酸の多くは土壌鉱物（アルミニウムや鉄など）と結合し、難溶性の形態となって土壌表層に留まります。しかし、これは「流出しない」ことを意味しません。激しい降雨による土壌侵食（エロージョン）が発生すると、リンを吸着した土壌粒子ごと濁水として水路に流出します。水域に到達した後、底泥に蓄積したリンは、水中の酸素濃度が低下するなどの環境変化によって再び水中に溶け出し（溶出）、長期にわたって富栄養化の原因物質として作用し続けるのです。

 

このように、窒素は「水に溶けて」、リンは「土と一緒に」流出するという異なるメカニズムを持っています。農業現場では、それぞれの特性に合わせた土壌管理が必要不可欠です。単に肥料を減らせばよいという単純な話ではなく、土壌診断に基づいた適正な施肥設計、緩効性肥料の利用、あるいは土壌流出を防ぐためのカバークロップ（被覆作物）の導入など、科学的なアプローチが求められています。

 

赤潮やアオコが及ぼす環境への深刻な影響

富栄養化が引き起こす最も視覚的で深刻な問題が、「赤潮」や「アオコ」の発生です。これらは単に水の色が変わるだけの現象ではなく、水域の生態系を根本から破壊し、農業を含む地域産業に甚大な経済的被害をもたらす可能性があります。

 

赤潮は、主に海域において、珪藻や渦鞭毛藻（うずべんもうそう）などの植物プランクトンが爆発的に増殖し、水面が赤褐色や茶褐色に変色する現象です。これが発生すると、以下のような深刻な被害が生じます。

 

• 魚介類の大量死: プランクトンが魚のエラに詰まり呼吸困難を引き起こしたり、プランクトンの死骸が分解される過程で水中の酸素が大量に消費され、貧酸素水塊（酸素が極端に少ない水域）が発生して窒息死させたりします。
• 貝毒の発生: 一部のプランクトンは毒素を生成します。これを食べた二枚貝が毒化し、出荷停止に追い込まれるなど、漁業関係者に壊滅的な打撃を与えます。

一方、アオコ（青粉）は、湖沼やダム湖などの淡水域において、ラン藻類（シアノバクテリア）が異常増殖し、水面に緑色の粉を撒いたような状態になる現象です。アオコの影響も多岐にわたります。

 

• 異臭味被害: 水道水源となっているダム湖でアオコが発生すると、カビ臭や墨汁のような臭い（ジェオスミンや2-MIBなどの物質）が水道水に混入し、浄水処理コストの増大や水道水の利用制限を招きます。
• 毒素の生成: ミクロキスティスなどの一部のラン藻は、「ミクロシスチン」という肝臓毒を生成することが知られています。これが家畜の飲み水に含まれた場合、家畜の健康被害につながるリスクもあります。
• 農業用水への障害: アオコを含んだ水を取水ポンプで汲み上げると、フィルターの目詰まりを頻発させたり、ドリップ灌漑のチューブを閉塞させたりするなど、農業設備への物理的な障害を引き起こします。

これらの現象は、一度発生すると自然には容易に回復しません。底層に沈殿したプランクトンの死骸は、分解される過程でさらに栄養塩を水中に放出し、次の増殖の元となる「内部負荷」を形成します。つまり、一度富栄養化した水域は、外部からの流入を止めても、すぐには元の清浄な状態には戻らないのです。

 

J-STAGE：赤潮・アオコ発生のメカニズムと被害実態
参考：水産学会誌に掲載された論文で、赤潮やアオコの発生条件や、水産生物への具体的な生理的影響について科学的に詳述されています。

 

SDGsの視点で考える肥料管理と対策

近年、SDGs（持続可能な開発目標）の観点から、農業における環境負荷低減への要求は急速に高まっています。特に目標6「安全な水とトイレを世界中に」、目標14「海の豊かさを守ろう」、目標15「陸の豊かさも守ろう」に関連して、富栄養化防止は重要課題の一つです。農業者には、生産性を維持しながら環境を守る「環境保全型農業」への転換が求められています。具体的な対策として、以下の3つのアプローチが有効です。

 

1. 施肥効率の向上（減肥と適正化）

   従来の「経験と勘」に頼った施肥から、データに基づいた施肥への転換が必要です。土壌診断を定期的に行い、畑に残存している養分量を把握した上で、不足分のみを補う「適正施肥」を徹底します。また、作物の根圏に局所的に施肥する「側条施肥」や、作物の養分吸収パターンに合わせて溶け出す「肥効調節型肥料（被覆肥料）」を利用することで、利用効率を高め、流亡する窒素成分を大幅に削減できます。これにより、肥料コストの削減と環境保全の両立が可能になります。

    

2. 土壌流出防止対策

   リン酸の流出を防ぐためには、土壌そのものを畑から出さない工夫が必要です。傾斜地では、等高線耕作や緑肥作物による地表面の被覆（カバークロップ）、畑の周囲に草生帯（バッファーゾーン）を設けることで、降雨時の濁水の流出を物理的に阻止します。これは土壌の肥沃度維持にもつながります。

    

3. 有機質資源の循環利用

   化学肥料への依存度を下げ、地域にある堆肥などの有機質資源を有効活用することも重要です。ただし、堆肥にも窒素やリンは含まれているため、過剰投入は厳禁です。有機農業であっても、不適切な管理を行えば富栄養化の原因となります。堆肥の成分分析を行い、化学肥料と組み合わせて全体の投入量をコントロールする「減化学肥料栽培」が推奨されます。

    

政府も「みどりの食料システム戦略」において、2050年までに化学肥料の使用量を30%低減する目標を掲げています。これからの農業経営において、環境への配慮は「コスト」ではなく、ブランド価値を高める「投資」として捉え直す必要があります。

 

循環型農業で富栄養化物質を資源に変える独自視点

一般的に「悪者」として扱われる富栄養化の原因物質（窒素・リン）ですが、視点を変えれば、これらは本来、農業にとって貴重な「肥料資源」そのものです。ここからは、富栄養化を単なる汚染問題として処理するのではなく、資源として回収・再利用する「循環型農業」の新たな可能性について解説します。これは検索上位の一般的な解説記事ではあまり触れられない、一歩進んだ視点です。

 

現在、リン鉱石の枯渇が世界的な懸念事項となっており、日本はその全量を輸入に頼っています。肥料価格の高騰が常態化する中、水域に流出してしまったリンを回収し、再び農地に戻す技術（リン回収システム）が注目されています。例えば、下水処理場や農業集落排水施設において、汚水中のリンを結晶化させて取り出し、「再生リン肥料」として農地に還元する取り組みが一部の自治体で始まっています。

 

農業者個人のレベルでも、この「循環」の意識を持つことは可能です。例えば、クリーニングクロップ（浄化作物）の利用です。休閑期にソルゴーやトウモロコシ、あるいは水質浄化能力の高い水生植物（マコモやヨシなど）を栽培し、土壌中に残存した過剰な窒素やリンを強力に吸わせます。その後、これらの植物を刈り取り、堆肥化して再び畑に戻す、あるいはバイオマスエネルギーとして利用するのです。これにより、地下水への溶脱を防ぎながら、流出してしまいそうな栄養分を植物体という形で「回収」し、有機物として土壌にストックすることができます。

 

また、水田の機能再評価も重要です。水田は、畑地から流出した窒素を脱窒菌の働きで浄化する機能を持っています。地域の水系において、畑作地と水田を適切に配置する、あるいは転作田において湛水管理を行うことで、流域全体の窒素負荷を低減できる可能性があります。これを「ランドスケープ・マネジメント」と呼びます。

 

さらに、近年では「アオコを肥料にする」研究も進んでいます。厄介者のアオコを回収し、特殊な発酵処理を行うことで、窒素成分豊富な有機肥料に変える試みです。これが実用化されれば、富栄養化というマイナス現象を、肥料生産というプラスの経済活動に転換できることになります。

 

「出さない対策」だけでなく、「漏れ出たものを回収して使い切る」という攻めの環境対策。これこそが、資源枯渇と環境汚染という二つの課題を同時に解決する、未来の農業のスタンダードになるでしょう。富栄養化への理解を深めることは、地域の水を守るだけでなく、足元の肥料資源を見つめ直すきっかけにもなるのです。

 

 

富栄養化海域における水生生物の環境病理学　過酸化脂質含有懸濁物質の病害作用