数理モデルに基づく
水田からのメタン排出量算定方法の開発

概要

• １．水田の有機物施用や水管理によるメタン発生量の変化を推定する数理モデル^（＊1）である DNDC-Rice モデルを用いて、我が国地域別・排水条件別・水管理方法別に、有機物施用量を独立変数とした排出係数^（＊2）を決定する予測式を導き、全国の水田からのメタン排出量を算定する新たな方法を開発しました。
• ２．この算定方法は、2015 年版の 『日本国温室効果ガスインベントリ報告書』 に従来よりも高度な算定方法として採用され、日本全国の水田からのメタン排出量を算出し、国連気候変動枠組条約締約国会議に提出するために使われています。

研究（開発）の社会的背景

メタンは、その地球温暖化に対する寄与が二酸化炭素の約 6 割に相当する重要な温室効果ガスです。湛水された土壌中では有機物の嫌気的分解によってメタンが生成されるため、水田はメタンの排出源になります。世界の水田からのメタン排出量は、全メタン排出量の 10 ％以上を占めると推定されています。

国連気候変動枠組条約（UNFCCC）や京都議定書の下、日本を含めた UNFCCC 附属書I 締約国は、毎年、『温室効果ガスインベントリ報告書』 を締約国会議に提出することが義務付けられています。国全体の温室効果ガスインベントリ^（＊3）を正確に求めることは、世界的な気候変動の予測や温暖化緩和策・適応策を議論するために極めて重要な情報となります。

従来の 『日本国温室効果ガスインベントリ報告書』 では、土壌タイプ（ 5 種類）、有機物の種類（稲わら・堆肥・無施用）、水管理（中干しあり・常時湛水）で決まる排出係数を使って水田からのメタン排出量を算出していました。しかし、この方法では、有機物の量の影響や地域で異なる気候の影響を反映できない等の短所があり、最新の国際標準である IPCC ガイドライン^（＊4）に適合しないため、より精緻な算出方法が求められていました。

研究の内容・意義

• １） 農環研では、水田からのメタン排出量をコンピュータで精度良く推定できる DeNitrification-DeComposition-Rice モデル（DNDC-Rice モデル）を開発してきましたが（図１、２）、全国規模の計算を行なうには専門家による大型コンピュータを用いた計算が必要であるなど、温室効果ガスインベントリを算定する上で短所がありました。そこで、DNDC-Rice モデルによるシミュレーションに基づきながら、なるべく簡便にメタン排出量を算出する手法を考案しました。
• ２） 農林水産省事業に基づく我が国の農耕地土壌情報データベースから全国 986 地点の水田を抽出し、水管理と有機物管理のシナリオを変えながら、DNDC-Rice モデルで 30 年間のメタン排出量を計算しました。それらを統計解析した結果、地域別・排水条件別・水管理方法別の平均メタン排出量は、有機物施用量を独立変数とする1 次関数で近似できることを明らかにしました（図３、表１）。
• ３） これらの排出予測式を用いて日本の水田からのメタン排出量を算出するため、各種の統計データやアンケート結果から地域別・排水条件別・水管理方法別の水田面積を求めました。また、統計データから地域別の有機物施用量を求め、メタン排出予測式に代入して排出係数を算出しました。そして、地域別・排水条件別・水管理方法別の水田面積に排出係数を乗じて合計し、日本の全水田からのメタン排出量を算出しました（図４）。
• ４） 上記の手法で算出したメタン排出量を従来の温室効果ガスインベントリと比べると、2 倍以上の値になりました。本手法は、水田からのメタン排出に関係するより多くの要因を考慮しているため、最新の国際標準に適合するより高度な算定方法であると考えられます（図４）。

活用実績・今後の予定

• １） 本研究で開発したメタン排出量算定方法は、2015 年版の 『日本国温室効果ガスインベントリ報告書』 に採用されました。今後、環境省が毎年作成し UNFCCC 事務局に提出する同報告書において、水田からのメタン排出量を算出するために活用されます。
• ２） 今後は、温暖化緩和策として検討されている施用有機物の転換（わらから堆肥へ）や中干し日数の延長によるメタン削減効果を反映できるように、圃場試験データ等を基に排出予測式をさらに精緻化する予定です。

問い合わせ先など

用語の解説

• *1 数理モデル： 関心のある現象をコンピュータで予測できるように数式で表したものを 「数理モデル」 と呼びます。気象、経済、工学、物理、化学など、様々な対象について多数の数理モデルが開発され使われています。
• *2 排出係数： 生産量、使用量、焼却量など、温室効果ガス排出活動の規模を表す指標を 「活動量」 と呼び、活動量当たりの温室効果ガス排出量を 「排出係数」 と呼びます。例えば、水田の面積が活動量に相当し、水田 1 ヘクタール当たりのメタン排出量が排出係数に相当します。
• *3 温室効果ガスインベントリ： それぞれの国が1 年間に排出あるいは吸収した温室効果ガス（二酸化炭素、メタンなど）の量を指します。気候変動に関する国際連合枠組条約 （UNFCCC）や京都議定書の下で、締約国は自国の温室効果ガスインベントリを作成し、公表する義務を負っています。
• *4 IPCC ガイドライン： 気候変動に関する政府間パネル（IPCC）が作成した、温室効果ガスインベ ントリ作成のための標準手法を記載したガイドライン。現在、世界各国は2006 年版ガイドラインを使用することが求められています。

その他

論文等：

• Fumoto, T., Kobayashi, K., Li, C., Yagi, K., and Hasegawa, T., Revising a process-based biogeochemistry model DNDC to simulate methane emission from rice paddy fields under various residue managements. Global Change Biol., 14, 382-402 (2008)
• 麓 多門，柳原哲司，齋藤 隆，八木一行：農地からの温室効果ガス発生量の推定―プロセスモデル によるアプローチ―．土壌の物理性，114，49-52（2010）
• Hayano, M.., Fumoto, T., Yagi, K., and Shirato. Y., National-scale estimation of methane emission from paddy fields in Japan: Database construction and upscaling using a process-based biogeochemistry model. Soil Sci. Plant Nutr., 59, 812-823 (2013)
• 麓 多門：水田土壌における温室効果ガス発生量の予測技術．農業および園芸，91(1)，188-193（2016）
• Katayanagi, N., Fumoto, T., Hayano, M., Takata, Y., Kuwagata, T., Shirato, Y., Sawano, S., Kajiura, M., Sudo, S., Ishigooka, Y., and Yagi, K. Development of a method for estimating total CH₄ emission from rice paddies in Japan using the DNDC-Rice model. Sci. Total Environ., 547, 429-440 (2016)