[M-IS25] 生物地球化学

[MIS25-07] 日本の窒素収支評価の精緻化における生物地球化学面の課題

*林 健太郎¹、柴田 英昭²、江口 定夫¹、種田 あずさ¹、仁科 一哉³、伊藤 昭彦³、片桐 究⁴、新藤 純子⁵、谷 保静⁶、Winiwarter Wilfried⁷ (1.農研機構・農業環境変動研究センター、2.北海道大学、3.国立環境研究所、4.東北大学、5.山梨大学名誉教授、6.浙江大学、7.国際応用システム分析研究所)

キーワード：窒素収支、大気、陸域、地表水、地下水、沿岸域

20世紀はじめに大気中の窒素分子（N₂）からアンモニア（NH₃）を合成するハーバー・ボッシュ法を確立した人類は，反応性窒素（N₂を除く窒素化合物）を望むだけ作り出せるようになった．化石燃料などの燃焼に伴い発生する窒素酸化物（NO_x）を合わせると，人類が新たに作り出す反応性窒素の量は今や自然起源の生成量と同等である．しかし，人類の窒素利用効率（投入した窒素のうち最終産物に届く割合）は人間圏全体で約20%と低い．必然的に残りは大気・土壌・陸水・海洋に排出され，地球システムの窒素循環は加速された状態にある．反応性窒素には多様な化学種が含まれる（例：NH₃，NO_x，一酸化二窒素［N₂O］，硝酸態窒素［NO₃^–］など）．環境に排出された反応性窒素は形態を変化させつつ環境媒体を巡り，最終的に安定なN₂に戻るまでの間に，各化学種の性質に応じた環境影響をもたらす（例：地球温暖化，大気汚染，水質汚染，酸性化，富栄養化，これらによる人の健康や生態系の機能・生物多様性への影響）．この複雑な窒素の流れと環境影響を窒素カスケードとも称する．現在の人為的な窒素循環の加速は，地球システムの限界（プラネタリー・バウンダリー）を既に超えていると評価されている．窒素は人間社会と自然の全てを繋いでめぐっていることから，人間活動セクター（エネルギー転換，産業，農林水産業，人の生活，廃棄物・下水処理，貿易）と環境媒体（大気，土壌，地表水，地下水，海洋）をどのようにどの程度の量の窒素が流れているかを把握することが，窒素カスケードの実態を把握する上で望まれる．これが窒素収支評価である．欧州の窒素収支評価ガイダンス文書によれば，窒素収支評価の必要性と有用性は以下のとおりである：窒素カスケードの潜在影響を可視化する，政策決定者の意思決定に必要な情報を提供する，環境影響や環境保全政策のモニタリングツールとなる，国際比較の機会を与える，および知識の不足（ギャップ）を明らかにして窒素カスケードの科学的理解の改善に貢献する．地球環境ファシリティの国際プロジェクトであるTowards INMS (International Nitrogen Management System) では国別窒素収支評価の手法開発を進めており，我々もその一環として日本の窒素収支評価に取り組んでいる．
国別窒素収支評価の手法として，欧州反応性窒素タスクフォースのEPNB (Expert Panel on Nitrogen Budgets) ガイドラインや，中国で開発されたCHANS (Coupled Human and Natural Systems) モデルなどが先行しており，我々はCHANSモデルの日本向けの改良を進めている．CHANSモデルは主要セクター・媒体をそれぞれ一つのプールとし，プール間を結ぶ窒素フローを定量する．日本向けの改良では以下のプールを設けている：エネルギー・燃料，産業，作物生産，家畜生産，草地，水産，人の生活，廃棄物，下水，森林，都市緑地，大気，地表水，地下水，沿岸海洋．プールの中には必要に応じて複数のサブプールを定義し（例：産業の中に食品産業，飼料産業，その他製造業など），サブプール間の窒素フローを求めた上で，プールごとに集計する．このうち，特に生物地球化学の知見が求められることは，人間活動プールと環境媒体プール間のフロー，環境媒体プール間のフロー，および環境媒体プール内のストック変化である．具体的な課題として次のフローやプロセスが挙げられる：1) 人為による大気排出，2) 人為による陸域への投入，3) 人為による地表水の利用と地表水への排出，4) 人為による地下水の利用と地下水への直接・間接の排出，5) 人為による沿岸海洋への排出，6) 大気－陸面相互作用（多くの過程を含む），7) 陸域内プロセスと蓄積，8) 地表水－地下水－沿岸海洋のフロー，9) 沿岸海洋－外海間のフロー．本発表では，日本向けCHANSモデルの概要と，上記の課題の現状の算定方法を紹介し，生物地球化学の観点からの精緻化について参加者と議論したい．