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動植物に必須「窒素循環」
窒素循環（Nitrogen cycle）は、自然界の窒素（Ｎ）とこれを含む構成要素の間の変換についての循環で、生物地球化学的循環の一部をなす。気体の要素も含んでいる。
窒素はタンパク質を構成するアミノ酸やDNAやRNAのような核酸にも含まれている。つまり窒素は生物にとって不可欠の存在である。
窒素の最大の貯蔵所は大気であり、その78%は窒素ガス（N2）である。窒素ガスは、極めて安定な物質であり、またそのままでは生物には利用できない。従って空中の窒素は、そのままでは窒素の循環の経路にはなりがたい。実際にはこの窒素は窒素固定と呼ばれるプロセスによって「固定」される。窒素固定では、窒素と酸素から硝酸塩（NO3-）などを生成する。
硝酸塩は植物や動物によって使われる（食物連鎖によって循環していく）。窒素固定は、雷でも起きるし、人工的にも起こせるが、主役は土壌内の窒素固定能力を持ったバクテリアであり、例えばマメ科植物の根にある根粒菌も窒素固定を行う。窒素固定菌は、ある酵素を使って窒素ガスを硝酸塩に変化させる。
動植物に使われた窒素は、排泄物や死体の腐乱によって開放される。腐食動物や分解者が動植物の排泄物や死体を分解し、窒素はアンモニア（NH3）に姿を変える。アンモニアは毒性があり、動植物は利用できない。
しかし、土壌内の亜硝酸菌がアンモニアを亜硝酸塩（NO2-）に変化させる。亜硝酸塩も多くの動植物は利用できないが、硝酸菌が亜硝酸塩を硝酸塩に変化させ、再び動植物が利用可能な形になる。一部の硝酸塩は脱窒のプロセスを経て窒素ガスに変化する。
「窒素循環」の立役者達
根粒菌はマメ科植物の根に根粒を形成し、その中で大気中の窒素をニトロゲナーゼによって還元してアンモニア態窒素に変換し、宿主へと供給するいわゆる共生的窒素固定を行う土壌微生物。根粒内には宿主から光合成産物が供給されることにより、共生関係が成立している。
亜硝酸菌とは土壌中のアンモニアを亜硝酸に酸化する細菌と古細菌の総称。硝酸菌とともに硝化菌ともいう。生物体やその排出物が腐敗して生じるアンモニアを亜硝酸に変え、その際発生するエネルギーを炭酸同化に用いる。
反応式は「2NH₃＋3O₂→2HNO₂＋2H₂O＋158kcal(660kJ)」である。 亜硝酸は更に硝酸菌により硝酸に変えられる。
硝酸菌は、亜硝酸を硝酸に酸化することで得られるエネルギーを用いて炭酸固定を行うプロテオバクテリアの一群。土壌中や海洋に広く生息する。Nitrobacter 属、Nitrococcus 属などが含まれる。亜硝酸菌とともに硝化作用を通して自然界の窒素循環に役立っている。
NO2- + 1/2 O2 = NO3-, -⊿G = 18 kcal
温室効果ガス・一酸化二窒素（N2O）
養豚場から排出される糞を堆肥化する際に発生する一酸化二窒素(N20)を大幅に減らす技術開発に、農業・食品産業技術総合研究機構・畜産草地研究所が成功した。
N20は気候変動枠組み条約京都議定書でも削減対象になっている温室効果ガスで、地球温暖化への影響が一分子あたり二酸化炭素(CO2)の約310倍高いと言われている。対策が進むフロン類に代わり、オゾン層破壊物質としても最も大きい影響を持つことが最近の研究で分かった。発生源の65%は家畜の糞尿とも言われ、家畜の糞尿を堆肥にする過程で大量に大気中に排出される。
畜産草地研究所のこれまでの研究で、堆肥化が進む過程でできる亜硝酸イオンが長期間・高濃度に蓄積し、これがN2Oに変化すると考えられている。
硝酸菌（亜硝酸酸化細菌）を活用
新しく開発された方法は、亜硝酸イオンがN20に変化する前に亜硝酸イオンを硝酸イオンに変えてしまうのが狙い。堆肥化の途中段階にある豚の糞に硝酸菌（亜硝酸酸化細菌）を多く含む完熟堆肥を重量比で1.5-10%添加した結果、N20の発生量を平均で60%削減できることが確認された。
堆肥化は初期に有機物が活発に分解されるため温度が60℃以上まで上昇する。亜硝酸酸化細菌は高温に弱いので、60℃から温度が下がり始める時期を狙って完熟堆肥を添加するのがこの技術のポイントだ。
畜産草地研究所は今後、実規模に近い堆肥化試験に加え、この技術を牛や鶏など他の家畜糞にも適用することを検討したいと言っている。
参考HP Wikipedia「窒素循環」「根粒菌」「亜硝酸菌」「硝酸菌」・農業・食品産業技術総合研究機構・畜産草地研究所「温室効果・オゾン層破壊をもたらす一酸化二窒素ガスを抑制し、家畜糞を堆肥化」
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