家畜と気候変動：気候への影響と緩和戦略

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:A solid overview of livestock GHG sources and mitigation options, useful for benchmarking emission reduction levers in agriculture.

🏢実務担当者:Provides practical insight for farm-level methane/N2O reduction, especially feed and manure management, relevant to sustainability reporting.

🏛政策担当者:Helps frame agricultural emission reduction strategies that align with national NDC commitments and food system transformation.

畜産部門は大量の天然資源を必要とし、世界の温室効果ガス排出において重要な役割を担っている。畜産由来の最も重要な温室効果ガスはメタンと亜酸化窒素である。人口増加に牽引される畜産物需要の増加に応えるためには、この部門の排出原単位を削減することを目的とした緩和戦略が必要である。緩和戦略の効果を高めるためには、環境上のトレードオフを回避するために、畜産生産システムの構成要素間の複雑な相互作用を考慮に入れなければならない。国際連合（UN, 2017）によると、世界人口は過去12年間で約10億人増加し、2017年には約76億人に達した。この増加は10年前よりも緩やかであるが（年間1.24%対1.10%）、年間平均8300万人の増加により、世界人口は2030年には約86億人、2050年には98億人に達する見込みである。発展途上国における人口増加、都市化、所得の上昇は、畜産物需要の増加の主な要因である（UN, 2017）。畜産部門は大量の天然資源を必要とし、人為起源の温室効果ガス総排出量の約14.5%（2005年時点で71億トンの二酸化炭素換算；Gerber et al., 2013）を占めている。この部門の排出削減を目的とした緩和戦略は、増加する世界人口への十分な食料供給を確保しつつ、食料生産による環境負荷を制限するために必要である。本稿の目的は、1）畜産部門からの主な温室効果ガス排出源について議論し、2）最善の緩和戦略を要約することである。畜産由来の最も重要な温室効果ガスはメタンと亜酸化窒素である。メタンは、主に腸内発酵と糞尿貯留によって生成され、二酸化炭素の28倍の地球温暖化係数を有するガスである。糞尿貯留および有機・無機肥料の使用に由来する亜酸化窒素は、二酸化炭素の265倍の地球温暖化係数を有する分子である。二酸化炭素換算は、地球温暖化係数を考慮するために使用される標準単位である（IPCC, 2013）。図1は、FAOによって開発された家畜環境評価モデル（GLEAM）から改変したものであり（FAO, 2017）、世界中で飼養されている主要な家畜種における腸内発酵と糞尿貯留が有する温室効果ガス発生量を二酸化炭素換算で示している。動物種別の腸内発酵と糞尿貯留による温室効果ガス発生量（二酸化炭素換算ギガトンで表示）。データは2010年を参照（FAO, 2017）。腸内発酵と糞尿貯留に由来する温室効果ガスに加えて、飼料生産とそれに関連する土壌からの二酸化炭素および亜酸化窒素排出は、畜産部門におけるもう一つの重要なホットスポットである。土壌からの二酸化炭素排出は、土壌炭素動態（例えば、植物残渣の分解、土壌有機物の無機化、土地利用変化など）、合成肥料や農薬の製造、および農場内の農業作業における化石燃料の使用に起因する（Goglio et al., 2018）。亜酸化窒素排出は、有機肥料および無機肥料が土壌に施用された際に放出される。図2に示されるように、飼料の生産と加工は部門全体の約45%（32億トンの二酸化炭素換算）に寄与している。約28億トン（39%）を生成する腸内発酵は、2番目に大きな排出源である。0.71ギガトンの糞尿貯留は、全体の約10%を占める。残りの6%（4.2億トンの二酸化炭素換算）は、畜産物の加工と輸送に帰属する（Gerber et al., 2013）。排出源別の家畜排出量（Gerber et al., 2013から改変）。直接的な家畜排出量は赤色で示されている。飼料生産（図2）には、1）土地利用変化、2）肥料および農薬の製造と使用、3）圃場に排泄・施用された糞尿、4）農業作業、5）飼料加工、および6）飼料輸送から生じるすべての温室効果ガス排出が含まれる。これらのプロセスは畜産サプライチェーンの大部分を占めるが、本稿では主に直接的な家畜排出量である腸内発酵、糞尿貯留、および土壌に排泄・施用された糞尿に焦点を当てる。その他すべての排出は本稿の範囲外である。腸内発酵は反芻動物の消化プロセスの自然な一部であり、動物の前胃（ルーメン）に含まれる細菌、原生動物、真菌が、動物が摂取した植物バイオマスを発酵・分解する。ルーメン内の植物バイオマスは揮発性脂肪酸に変換され、ルーメン壁を通過して循環系を通って肝臓に送られる。このプロセスは動物のエネルギー需要の大部分を供給し、反芻動物に典型的なセルロースおよび半セルロースの高い変換効率を可能にする。腸内発酵のガス状老廃物である二酸化炭素とメタンは、主にげっぷによってルーメンから除去される。網胃・ルーメンにおけるメタン排出は、ルーメン生態系が水素を処分することを可能にする進化的適応であり、水素が蓄積すると炭水化物の発酵や繊維の分解を阻害する可能性がある（McAllister and Newbold, 2008）。腸内メタンの排出率は、飼料摂取量と消化率に応じて変化する。糞尿はメタンと亜酸化窒素の両方の排出源として機能し、排出量は環境条件、管理の種類、および糞尿の組成に関連している。排泄物の有機物と窒素含有量は、それぞれメタンと亜酸化窒素の排出に影響を与える主な特性である。嫌気的条件下では、有機物は細菌によって部分的に分解され、メタンと二酸化炭素を生成する。ラグーンやタンクでの液状糞尿（スラリー）の貯留または処理は、嫌気的環境を促進し、メタン生成の増加につながる。長い貯留期間と温暖で湿潤な条件は、これらの排出をさらに増加させる可能性がある（EPA, 2010）。一方、亜酸化窒素の排出は、生成されるために好気的条件と嫌気的条件の組み合わせを必要とする。したがって、糞尿が固形物（糞）として取り扱われるか、牧草地に堆積されると、亜酸化窒素の生成は増加する一方で、メタンはほとんどまたはまったく排出されない。亜酸化窒素は、糞尿に含まれる窒素の硝化と脱窒の両方のプロセスを通じて生成され、その窒素は主に有機形態（例えば、タンパク質）と無機形態としてアンモニウムおよびアンモニアとして存在する。硝化は好気的に起こり、アンモニウムとアンモニアを亜硝酸塩に、次いで硝酸塩に変換する一方、脱窒は嫌気的に起こり、硝酸塩を亜酸化窒素と窒素ガスに変換する（Saggar, 2010）。アンモニウムとアンモニアのバランスはpHに大きく影響され、pHが上昇するにつれてアンモニアが増加する。世界中で収穫されるバイオマスの約60%が、飼料または敷料として家畜サブシステムに入る（Krausmann et al., 2008）。飼料生産からの温室効果ガス排出は、卵、鶏肉、豚肉からの排出の60〜80%、および牛乳と牛肉部門の35〜45%を表す（Sonesson et al., 2009）。図2に示されるように、飼料生産からの排出は畜産部門の約45%を占める。飼料作物への肥料としての糞尿の施用と牧草地への糞尿の堆積は、これらの排出の約半分を表すかなりの量の亜酸化窒素排出を生成する（Gerber et al., 2013）。畜産飼料生産はしばしば農業土壌への大量の窒素施用を伴うが、適切な糞尿管理は製造肥料の必要性を減らすことができる。農業部門の極端な不均一性は、緩和戦略の全体的な持続可能性を定義する際に考慮に入れる必要があり、それは異なる畜産システム、種、気候によって異なる可能性がある。一般に、単独の対策では完全な排出削減ポテンシャルを包含することはなく、最良の結果に到達するためには、既存の選択肢の全範囲から選択された組み合わせが必要となる（Llonch et al., 2017）。緩和戦略の有効性を評価する際には、「汚染の置き換え」効果を考慮することも重要である（Hristov et al., 2013）。腸内発酵中のメタン排出の削減は、施用された糞尿における温室効果ガス排出の増加によって相殺される可能性がある。貯留中の直接的な亜酸化窒素排出の削減は、圃場施用中のより高い硝酸塩溶脱とアンモニア揮散をもたらす可能性がある。緩和は、排出される温室効果ガスの量を削減することによって直接的に、または生産効率の改善を通じて間接的に発生する可能性がある。畜産部門における温室効果ガス排出を緩和するための主な戦略が調査され、表1に要約されている。様々な戦略の緩和ポテンシャル *高 = ≥30%の緩和効果；中 = 10〜30%の緩和効果；低 = ≤10%の緩和効果。緩和効果は、Newell Price et al. (2011)；Borhan et al. (2012)；Hristov et al. (2013)；Montes et al. (2013)；Petersen (2013)；Battini et al. (2014)；Knapp et al. (2014)；Llonch et al. (2017)；Mohankumar Sajeev et al. (2018) による「標準的な慣行」に対するパーセント変化を指す。†一貫性のない/変動する結果。‡限られた研究またはデータ不足による不確実性。様々な戦略の緩和ポテンシャル *高 = ≥30%の緩和効果；中 = 10〜30%の緩和効果；低 = ≤10%の緩和効果。緩和効果は、Newell Price et al. (2011)；Borhan et al. (2012)；Hristov et al. (2013)；Montes et al. (2013)；Petersen (2013)；Battini et al. (2014)；Knapp et al. (2014)；Llonch et al. (2017)；Mohankumar Sajeev et al. (2018) による「標準的な慣行」に対するパーセント変化を指す。†一貫性のない/変動する結果

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

The livestock sector requires a significant amount of natural resources and has an important role in global greenhouse gas emissions. The most important greenhouse gases from animal agriculture are methane and nitrous oxide. Mitigation strategies aimed at reducing the emission intensity of this sector are needed to meet the increasing demand for livestock products driven by population growth. To increase the effectiveness of mitigation strategies, the complex interactions among the components of livestock production systems must be taken into account to avoid environmental trade-offs. According to the United Nations (UN, 2017), the world population increased by approximately 1 billion inhabitants during the last 12 years, reaching nearly 7.6 billion in 2017. Although this growth is slower than 10 years ago (1.24% vs. 1.10% per year), with an average increase of 83 million people annually, global population will reach about 8.6 billion in 2030 and 9.8 billion in 2050. Population growth, urbanization, and income rise in developing countries are the main driver of the increased demand for livestock products (UN, 2017). The livestock sector requires a significant amount of natural resources and is responsible for about 14.5% of total anthropogenic greenhouse gas emissions (7.1 Gigatonnes of carbon dioxide equivalents for the year 2005; Gerber et al., 2013). Mitigation strategies aimed at reducing emissions of this sector are needed to limit the environmental burden from food production while ensuring a sufficient supply of food for a growing world population. The objectives of this manuscript are to 1) discuss the main greenhouse gas emissions sources from the livestock sector and 2) summarize the best mitigation strategies. The most important greenhouse gases from animal agriculture are methane and nitrous oxide. Methane, mainly produced by enteric fermentation and manure storage, is a gas which has an effect on global warming 28 times higher than carbon dioxide. Nitrous oxide, arising from manure storage and the use of organic/inorganic fertilizers, is a molecule with a global warming potential 265 times higher than carbon dioxide. The carbon dioxide equivalent is a standard unit used to account for the global warming potential (IPCC, 2013). Figure 1 was adapted from the Global Livestock Environmental Assessment Model (GLEAM) developed by FAO (FAO, 2017) and shows in carbon dioxide equivalents the greenhouse gas incidences that enteric fermentation and manure storage have across the main livestock species raised worldwide. Greenhouse gases incidence of enteric fermentation and manure storage by animal type, expressed as Gigatonnes of carbon dioxide equivalents. Data referred to 2010 (FAO, 2017). In addition to greenhouse gases arising from enteric fermentation and manure storage, feed production together with the related soil carbon dioxide and nitrous oxide emissions is another important hot spot for the livestock sector. Soil carbon dioxide emissions are due to soil carbon dynamics (e.g., decomposing plant residues, mineralization of soil organic matter, land use change, etc.), the manufacturing of synthetic fertilizers and pesticides, and from fossil fuel use in on-farm agricultural operations (Goglio et al., 2018). Nitrous oxide emissions are emitted when organic and inorganic fertilizers are applied to the soil. As shown in Figure 2, feed production and processing contribute about 45% of the whole sector (3.2 Gigatonnes of carbon dioxide equivalents). Enteric fermentation producing about 2.8 Gigatonnes (39%) is the second largest source of emissions. Manure storage with 0.71 Gigatonnes accounts for about 10% of the total. The remaining 6% (0.42 Gigatonnes of carbon dioxide equivalents) is attributable to the processing and transportation of animal products (Gerber et al., 2013). Livestock emissions by source (adapted from Gerber et al., 2013). Direct livestock emissions are shown in red. Feed production (Figure 2) includes all the greenhouse gas emission arising from 1) land use change, 2) manufacturing and use of fertilizers and pesticides, 3) manure excreted and applied to fields, 4) agricultural operations, 5) feed processing, and 6) feed transport. Although these processes result in a large share of the livestock supply chain, in this article, we mainly focus on direct livestock emissions enteric fermentation, manure storage, and manure excreted/applied to the soil. All other emissions are outside the scope of this article. Enteric fermentation is a natural part of the digestive process of ruminants where bacteria, protozoa, and fungi contained in the fore-stomach of the animal (rumen), ferment and break down the plant biomass eaten by the animal. Plant biomass in the rumen is converted into volatile fatty acids, which pass the rumen wall and go to the liver through the circulatory system. This process supplies a major part of the energy needs of the animal and enables the high conversion efficiency of cellulose and semi-cellulose, which is typical of ruminants. The gaseous waste products of enteric fermentation, carbon dioxide and methane, are mainly removed from the rumen by eructation. Methane emission in the reticulorumen is an evolutionary adaptation that enables the rumen ecosystem to dispose hydrogen, which may otherwise accumulate and inhibit carbohydrate fermentation and fiber degradation (McAllister and Newbold, 2008). The emission rate of enteric methane varies according to feed intake and digestibility. Manure acts as an emission source for both methane and nitrous oxide, and the quantity emitted is linked to environmental conditions, type of management and composition of the manure. Organic matter and nitrogen content of excreta are the main characteristics influencing emission of methane and nitrous oxide, respectively. Under anaerobic conditions, the organic matter is partially decomposed by bacteria producing methane and carbon dioxide. Storage or treatment of liquid manure (slurry) in a lagoon or tank promotes an anaerobic environment which leads to an increase in methane production. Long storage periods and warm and wet conditions can further increase these emissions (EPA, 2010). On the other hand, nitrous oxide emissions need a combination of aerobic and anaerobic conditions to be produced. Therefore, when manure is handled as a solid (dung) or deposited on pastures, nitrous oxide production increases while little or no methane is emitted. Nitrous oxide is generated through both the nitrification and denitrification processes of the nitrogen contained in manure, which is mainly present in organic form (e.g., proteins) and in inorganic form as ammonium and ammonia. Nitrification occurs aerobically and converts ammonium and ammonia to nitrites and then nitrates, while denitrification occurs anaerobically converting nitrates to nitrous oxide and nitrogen gas (Saggar, 2010). The balance between ammonium and ammonia is highly affected by pH, with ammonia increasing as pH increases. Almost 60% of the global biomass harvested worldwide enters the livestock subsystem as feed or bedding material (Krausmann et al., 2008). Greenhouse gas emissions from feed production represent 60–80% of the emission coming from eggs, chicken and pork, and 35–45% of the milk and beef sector (Sonesson et al., 2009). As shown in Figure 2, emissions from feed production account for about 45% of the livestock sector. The application of manure as fertilizer for feed crops and the deposition of manure on pastures generates a substantial amount of nitrous oxide emissions representing about half of these emissions (Gerber et al., 2013). Although livestock feed production often involves large applications of nitrogen to agricultural soils, good manure management can reduce the need for manufactured fertilizers. The extreme heterogeneity of the agricultural sector needs to be taken into account when defining the overall sustainability of a mitigation strategy, which can vary across different livestock systems, species, and climates. Generally, no measure in isolation will encompass the full emission reduction potential, while a combination selected from the full range of existing options will be required to reach the best result (Llonch et al., 2017). It is also important to consider the “pollution swapping” effect when evaluating the effectiveness of a mitigation strategy (Hristov et al., 2013). Reduction of methane emissions during enteric fermentation might be counteracted by increased greenhouse gas emissions in applied manure. Reduction of direct nitrous oxide emissions during storage might result in higher nitrate leaching and ammonia volatilization during field application. Mitigation may occur directly by reducing the amount of greenhouse gases emitted, or indirectly through the improvement of production efficiency. The main strategies to mitigate greenhouse gas emissions in the livestock sector have been investigated and are summarized in Table 1. Mitigation potential of various strategies *High = ≥30% mitigating effect; Medium = 10–30% mitigating effect; Low = ≤10% mitigating effect. Mitigating effects refer to percent change over a “standard practice” according to Newell Price et al. (2011); Borhan et al. (2012); Hristov et al. (2013); Montes et al. (2013); Petersen (2013); Battini et al. (2014); Knapp et al. (2014); Llonch et al. (2017); Mohankumar Sajeev et al. (2018). †Inconsistent/variable results. ‡Uncertainty due to limited research or lack of data. Mitigation potential of various strategies *High = ≥30% mitigating effect; Medium = 10–30% mitigating effect; Low = ≤10% mitigating effect. Mitigating effects refer to percent change over a “standard practice” according to Newell Price et al. (2011); Borhan et al. (2012); Hristov et al. (2013); Montes et al. (2013); Petersen (2013); Battini et al. (2014); Knapp et al. (2014); Llonch et al. (2017); Mohankumar Sajeev et al. (2018). †Inconsistent/variable result

• openalex https://doi.org/10.1093/af/vfy034first seen 2026-08-02 17:31:25