International comparative study on nitrogen flows and environmental pollutions among rapidly-growing Asian countries

• Project/Area Number: 20H02285
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 西田 継 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (70293438)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 遠山 忠 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (60431392) ; 中村 高志 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (60538057) ; 亀井 樹 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (80792168) ; 齋木 真琴 総合地球環境学研究所, 研究部, 研究員 (60967058)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2021: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2020: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
• Keywords: 窒素循環 / 開発段階 / 都市 / 地方 / 食システム / 地下水 / 農業

Outline of Research at the Start

目覚ましい発展を遂げる世界の各地域において、社会構造とともに変化する窒素汚染の仕組みを明らかにする。当該地域との交流経験で培われた研究環境を最大限に活用し、水文水質に関する緻密な現地データを整備する。独自の数値モデル技術と同位体・年代トレーサーおよび微生物遺伝子の解析技術を融合させることで、窒素の移動・反応プロセスの死角を排除し、流域スケールで窒素フロー解析を行う。開発途上国で顕在化している河川の汚染に加えて、潜在的な地下水汚染および温室効果ガス放出の評価と対策の検討も実施する。異なる発展段階の地域で行う比較研究により、世界の窒素問題を戦略的に解決するための基盤情報を取得する。

Outline of Annual Research Achievements

社会構造とともに変化する窒素汚染の仕組みを明らかにする。研究の流れは、1)基礎データ収集、2) 窒素発生負荷量（入力）の推定、3)窒素のフロー解析と環境への排出負荷量（出力）の推定、フロー解析を検証するための4)水質トレーサー解析と5)微生物遺伝子解析 、6)地域間比較と対策の提案である。対象地域は、経済発展の前期段階にあるネパールの首都カトマンズ、経済発展の極大を過ぎたと考えられる日本国内の数地域、カトマンズと似た社会状況にある首都プノンペンとの人口・経済交流が急速に拡大しつつあるカンボジア・カンポット州の農村地域とした。
4年目の今年度はカンボジアで雨季と乾季に現地調査を実施し、水試料の採取と水質測定を行った。2年目の雨季、3年目の乾季と合わせて、分析・解析に必要なデータを揃えることができた。季節による顕著な違い、顕著な窒素汚染のある地域は認められず、3カ国の中では最も入力が小さい可能性が高いことと、透水性の低い地質がより卓越していることを原因として指摘した。昨年度までに解析を終えた、最も経済発展速度が大きいと考えられるネパール・カトマンズにおいて、浅層地下水の排水に由来する窒素（特にアンモニア）汚染が複数地域で著しいことと対照的であった。カトマンズでは、深層地下水のアンモニア汚染が地質に由来することもわかっている。浅層地下水については小型水処理の分散導入、深層地下水については上記に加えて水用途または水源の変更を実装可能な対策として提案した。また、より長期的には、地中微生物のアンモニア酸化（硝化）・脱窒反応による窒素除去を考慮することで、より長期的な窒素管理も視野に入れることができる。日本国内については、産業連関表を用いて食料の生産・流通・消費・廃棄・再利用と系外との移出入に関わる窒素フロー計算モデルを完成させ、山梨県と愛知県で複数年の解析結果を得ることができた。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Royal Academy of Cambodia/ポンロックバイトーン有機農園学校(カンボジア)
• [Int'l Joint Research] Royal Academy of Cambodia/ポンロックバイトーン有機農園学校(カンボジア)
• [Journal Article] Rice grain-weight dependency on carbon and nitrogen isotope fractionation (2023)
  • Author(s): Kato Kota、Saiki Makoto、Kamiya Akito、Ito Yuri、Nishida Kei
  • Journal Title: Food Chemistry Advances Volume: 2 Pages: 100188-100188
  • DOI: 10.1016/j.focha.2023.100188
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Efficacy of a Fine Bubble Diffuser in Enhancing Attached Biofilm Hydrogenotrophic Denitrification Reactor Performance (2023)
  • Author(s): Kamei Tatsuru、Narushima Haruna、Kodera Hiroya、Sando Takeo、Rujakom Suphatchai、Eamrat Rawintra、Nakamura Takashi、Nishida Kei
  • Journal Title: Water, Air, & Soil Pollution Volume: 234 Issue: 3 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1007/s11270-023-06175-1
• [Journal Article] Analysis of physical and non-physical factors associated with individual water consumption using a hierarchical linear model before and after an earthquake in a region with insufficient water supply (2023)
  • Author(s): Ito Yuri、Yokomichi Hiroshi、Shrestha Sadhana、Kiem Anthony S.、Kondo Naoki、Nishida Kei
  • Journal Title: Journal of Water, Sanitation and Hygiene for Development Volume: 13 Issue: 9 Pages: 687-698
  • DOI: 10.2166/washdev.2023.059
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Tap Water Quality Degradation in an Intermittent Water Supply Area (2022)
  • Author(s): Shakya Bijay Man、Nakamura Takashi、Shrestha Sadhana、Pathak Sarad、Nishida Kei、Malla Rabin
  • Journal Title: Water, Air, & Soil Pollution Volume: 233 Issue: 3 Pages: 0-0
  • DOI: 10.1007/s11270-021-05483-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A protocol for nitrogen isotopic measurement of dissolved organic nitrogen with a combination of oxidation-denitrification and gas phase diffusion methods (2021)
  • Author(s): Cao Hai Thi Thuy、Nakamura Takashi、Toyama Tadashi、Nishida Kei
  • Journal Title: Isotopes in Environmental and Health Studies Volume: 57 Issue: 6 Pages: 576-584
  • DOI: 10.1080/10256016.2021.1948411
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research