半乾燥生態系での植物ー根圏微生物相互作用系を活用した緑化技術の開発

• Project/Area Number: 20KK0134
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 舘野 隆之輔 京都大学, フィールド科学教育研究センター, 教授 (60390712)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福澤 加里部 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 准教授 (10456824) ; 龍見 史恵 北海道大学, 農学研究院, 特別研究員(PD) (30883417) ; 細川 奈々枝 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (80821602)
• Project Period (FY): 2020-10-27 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000); Fiscal Year 2024: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2022: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
• Keywords: 黄土高原 / ネットワーク解析 / 土壌微生物 / 緑化 / 根圏土壌 / 菌根菌 / 硝化 / 微生物機能群 / 混植 / 窒素無機化 / 菌根 / 乾燥傾度 / 窒素循環

Outline of Research at the Start

半乾燥地の緑化は、植生回復を最優先で達成するために、地域ごとに様々な手法が提案されてきたが、生態系の持続可能性や生物多様性の維持などの新しい課題に対応した緑化技術は未だ開発途上である。本研究では、緑化の成否の背後にある生物学的なメカニズムを理解することで、在来樹種と微生物の生物間相互作用を活用した次世代型の緑化技術を開発することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

本課題は、半乾燥地で多様性な種が共存する天然林では見られるが、従来の単一植栽の植栽地ではみられないような土壌微生物群や機能群を特定し、さらに植物―微生物間の相互ネットワークのコアとなる微生物群や有機化合物を特定することで、荒廃地や放棄農地、従来の植栽地から在来種を中心とした天然植生へと誘導する次世代型の緑化技術の提案を目的としている。具体的には以下の課題について取り組む予定である。（A) 誘導目標としての多様な在来種が優占する天然植生に加え、外来種を用いた単一種による植栽地や荒廃地、農地において、それぞれコアとなる土壌の微生物群を特定するとともに、共生関係を含む根圏での有効な植物―微生物間の相互作用関係の全貌を明らかにする。（B) 在来種と従来の緑化種の根圏土壌での植物―微生物相互作用系が生態系機能に与えるメカニズムを明らかにする。（C) 有効な植物―微生物相互作用系を活用した新しい緑化手法を開発する。
令和4年度は、新型コロナウイルス感染症に関して一部渡航制限が緩和されつつはあったが、引き続きロックダウンの影響もあるため、渡航を見合わせるのが良いとの海外協力者の助言もあり、現地で新しいサンプルを得ることが出来なかった。そこで、これまで我々の研究グループで解析を進めてきた現地土壌培養実験の試料や野外操作実験の試料のシーケンスデータを活用して、課題に関連した解析を進めた。その他、国内で人工滲出物に対する土壌機能の応答を明らかにする実験結果の解析を進めた。さらに渡航制限が解除された１月から２月にかけて、別経費により海外協力者を日本に招へいし、令和５年度以降の調査や研究についての打合せを進めた。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

新型コロナウイルス感染症拡大の影響で渡航が難しく、予定していた現地調査を行うことが出来なかった。

Strategy for Future Research Activity

間もなく現地の状況も落ち着くと想定しており、海外協力者が問題ないと判断した時点で渡航し、現地で試料を採取し、令和４年度に打合せした方法で解析を進める予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 中国科学院水土保持研究所/西南大学(中国)
• [Int'l Joint Research] 中国科学院水土保持研究所/西南大学(中国)
• [Int'l Joint Research] 中国科学院水土保持研究所/南西大学(中国)
• [Journal Article] Presence of understory dwarf bamboo determines ecosystem fine root production in a cool-temperate forest in northern Japan (2023)
  • Author(s): Yanagawa Sanae、Fukuzawa Karibu、Takagi Kentaro、Shibata Hideaki、Satoh Fuyuki
  • Journal Title: Journal of Forest Research Volume: in press Issue: 3 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1080/13416979.2023.2169981
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rhizosphere effects on soil extracellular enzymatic activity and microbial abundance during the low-temperature dormant season in a northern hardwood forest (2022)
  • Author(s): Nakayama Masataka、Tateno Ryunosuke
  • Journal Title: Rhizosphere Volume: 21 Pages: 100465-100465
  • DOI: 10.1016/j.rhisph.2021.100465
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Differences in the short-term responses of soil nitrogen and microbial dynamics to soil moisture variation in two adjacent dryland forests (2022)
  • Author(s): Tatsumi Chikae、Taniguchi Takeshi、Du Sheng、Chen Qiuwen、Yamanaka Norikazu、Otsuki Kyoichi、Tateno Ryunosuke
  • Journal Title: European Journal of Soil Biology Volume: 110 Pages: 103394-103394
  • DOI: 10.1016/j.ejsobi.2022.103394
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Soil mineral fraction influences the bacterial abundance: evidence from a mineral and plant materials incubation study (2022)
  • Author(s): Yokobe Tomohiro、Hyodo Fujio、Tateno Ryunosuke、Tokuchi Naoko
  • Journal Title: Biogeochemistry Volume: 161 Issue: 3 Pages: 273-287
  • DOI: 10.1007/s10533-022-00978-w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of active aluminum on soil phosphorus forms in a forested watershed in Akita, Japan (2022)
  • Author(s): Nanae Hosokawa, Yuka Ozawa, Atsushi Hayakawa, Yuichi Ishikawa, Tadashi Takahashi
  • Journal Title: Geoderma Volume: 416 Pages: 115800-115800
  • DOI: 10.1016/j.geoderma.2022.115800
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Survival Rate, Chemical and Microbial Properties of Oak Seedlings Planted with or without Oak Forest Soils in a Black Locust Forest of a Dryland (2021)
  • Author(s): Tatsumi Chikae、Taniguchi Takeshi、Hyodo Fujio、Du Sheng、Yamanaka Norikazu、Tateno Ryunosuke
  • Journal Title: Forests Volume: 12 Issue: 6 Pages: 669-669
  • DOI: 10.3390/f12060669
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of vegetation restoration on soil carbon dynamics in Karst and non-karst regions in Southwest China: a synthesis of multi-source data (2021)
  • Author(s): Zhu Xiao-Cong、Ma Ming-Guo、Tateno Ryunosuke、He Xin-Hua、Shi Wei-Yu
  • Journal Title: Plant and Soil Volume: in press Issue: 1-2 Pages: 45-59
  • DOI: 10.1007/s11104-021-05220-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microbial functions and soil nitrogen mineralisation processes in the soil of a cool temperate forest in northern Japan (2021)
  • Author(s): Nakayama Masataka、Imamura Shihomi、Tatsumi Chikae、Taniguchi Takeshi、Tateno Ryunosuke
  • Journal Title: Biogeochemistry Volume: 155 Issue: 3 Pages: 359-379
  • DOI: 10.1007/s10533-021-00830-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In-situ measurement of the effect of canopy tree fine roots on nitrogen availability in forest soil (2021)
  • Author(s): Nakayama Masataka、Tateno Ryunosuke
  • Journal Title: Rhizosphere Volume: 18 Pages: 100324-100324
  • DOI: 10.1016/j.rhisph.2021.100324
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Timing of forest fine root production advances with reduced snow cover in northern Japan: Implications for climate-induced change in understory and overstory competition (2021)
  • Author(s): Fukuzawa, Karibu., Tateno, Ryunosuke., Ugawa, Shin., Watanabe, Tsunehiro., Hosokawa, Nanae., Imada, Shogo., Shibata, Hideaki.
  • Journal Title: Oecologia Volume: - Issue: 1 Pages: 263-273
  • DOI: 10.1007/s00442-021-04914-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Arbuscular Mycorrhizal Community in Roots and Nitrogen Uptake Patterns of Understory Trees Beneath Ectomycorrhizal and Non-ectomycorrhizal Overstory Trees (2021)
  • Author(s): Tatsumi Chikae、Hyodo Fujio、Taniguchi Takeshi、Shi Weiyu、Koba Keisuke、Fukushima Keitaro、Du Sheng、Yamanaka Norikazu、Templer Pamela、Tateno Ryunosuke
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 11 Pages: 583585-583585
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.583585
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of soil nutrients and stand structure on aboveground net primary productivity of oak secondary forests in the forest-steppe transition zone of Loess Plateau, China (2020)
  • Author(s): Sun Meimei、Zhai Bo-Chao、Chen Qiu-Wen、Li Guoqing、Tateno Ryunosuke、Yamanaka Norikazu、Du Sheng
  • Journal Title: Canadian Journal of Forest Research Volume: - Issue: 9 Pages: 1208-1217
  • DOI: 10.1139/cjfr-2020-0459
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effect of snow removal on the fine root biomass, dynamics, and carbon and nitrogen concentrations of oak and dwarf bamboo, Sasa in eastern Hokkaido, Japan (2020)
  • Author(s): Hosokawa Nanae、Fukuzawa Karibu、Tateno Ryunosuke、Shibata Hideaki
  • Journal Title: Journal of Forest Research Volume: 25 Issue: 6 Pages: 405-412
  • DOI: 10.1080/13416979.2020.1826622
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 化合物組成の異なる根滲出物が森林土壌の微生物および窒素循環に与える影響 (2023)
  • Author(s): 中山理智・舘野隆之輔
  • Organizer: 第134回日本森林学会大会
• [Presentation] 林床植生の除去は森林土壌の窒素動態と樹木根の外生菌根菌組成を変化させるか？ (2023)
  • Author(s): 福澤加里部・谷口武士・中山理智・野村睦
  • Organizer: 第70回日本生態学会大会
• [Presentation] 林床植生除去に対する森林土壌の窒素動態の中長期的な応答 (2023)
  • Author(s): 福澤加里部、智和正明、菱拓雄、松山周平、野村睦
  • Organizer: 第134回日本森林学会大会
• [Presentation] Mycorrhizal fungi as a driver of biogeochemical cycling (2022)
  • Author(s): Tatsumi, Chikae
  • Organizer: The 12th Japan-US seminar in Plant Pathology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Relationship between forest mycorrhizal type and nitrogen-cycling functions of soil microbial communities: Implications from the rhizosphere scale to the ecosystem scale (2021)
  • Author(s): Chikae Tatsumi, Takeshi Taniguchi, Sheng Du, Norikazu Yamanaka, Ryunosuke Tateno
  • Organizer: Annual Meeting of the Ecological Society of America
  • Int'l Joint Research / Invited