Does No-till farming enhance carbon sequestration in Humid Asia?

• Project/Area Number: 20KK0149
• 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 41:Agricultural economics and rural sociology, agricultural engineering, and related fields
• Research Institution: Aichi University
• Principal Investigator: 小崎 隆 愛知大学, 国際コミュニケーション学部, 教授 (00144345)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 早川 智恵 宇都宮大学, 農学部, 助教 (10725526) ; 藤井 一至 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 (60594265)
• Project Period (FY): 2020-10-27 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000); Fiscal Year 2024: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2022: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 土壌炭素貯留 / 不耕起農法 / 湿潤アジア / 火山灰土壌 / 水田土壌

Outline of Research at the Start

気候変動に適応し、土壌の炭素貯留機能を高める農法として、不耕起栽培が乾燥地を中心に普及しているが、湿潤アジア地域の火山灰土壌、水田土壌における効果は未解明である。その理由は、当該地域における気候や栽培作物、土壌タイプが特異的であること、ならびに土壌への長期的な炭素貯留効果を予測する土壌炭素動態モデルが転耕や埋没、湛水などのかく乱を伴う土壌には対応できていないことによる。
本研究では日本に加え米国、インドネシアを比較しつつ、①土壌の炭素蓄積速度を評価し、②有機物の分解速度に対する耕起の影響解析により、③異なる気候、栽培条件において作物収穫量と炭素貯留効果を最大化できる耕起様式を特定し提案する。

Outline of Annual Research Achievements

水田土壌における有機物の安定性（代謝回転速度）を調査するため、岩手県軽米町、花巻市の水田から雑穀（ヒエ）へと転作した畑地、水田の調査を行った。まず、C3植物のイネ、C4植物の雑穀の炭素安定同位体比が十分な差があり、土壌有機炭素の挙動を追跡することができることを確認した。今後、比重分画によって各画分の炭素安定同位体比を求め、転作期間のイネ、ヒエ由来炭素量の変動解析を行う。
インドネシアの水田土壌についても、共同研究者であるArief Hartono博士（ボゴール農科大学）とともにチガヤ（C4植物）を添加した条件で土壌有機炭素の代謝回転速度を求める実験を設計し、培養試験を開始した。さらに、インドネシア、米国の研究者らと協力し基質分解試験のデータを収集し、有機物の分解速度の規定要因、不耕起栽培の有効性を検証した。この結果、有機物の分解速度は温度、基質のセルロース含量とともに高まるが、リグニン／窒素比の高い基質の添加、不耕起栽培によって土壌有機物の分解速度が低下することを解明した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

コロナ禍による現地調査の制約はあったが、インドネシアの研究者と綿密に連絡を取り、アグロフォレストリーに関する論文を共同で出版することができた。
インドネシアの土地利用変化に伴う土壌炭素蓄積量の変動について発表した研究成果に対しては、Marie Spohn博士（スウェーデン農業科学大学）から共同研究の依頼があり、同位体分析を共同で実施している。また、ムラワルマン大学と森林総合研究所のMOUの契約期間を2027年まで延長することで国際共同研究の加速が可能になった。
米国滞在・調査については2023年に延期となったが、共同研究の開始のように一部で想定以上の成果を上げていることを総合的に判断して、順調に進んでいると自己評価した。

Strategy for Future Research Activity

岩手県軽米町、花巻市、インドネシア（東ジャワ州、東カリマンタン州）の水田土壌における有機物の安定性（代謝回転速度）を調査するため、比重分画、各画分の炭素安定同位体比の分析を進め、転作期間のイネ、ヒエ由来炭素量の変動解析を行う。
Global Conference of Sandy Soil（2023年6月4－8日、於米国・ウィスコンシン州・マディソン市）に参加して研究成果を発表するとともに、アーカンソー州、モンタナ州、オレゴン州、ワシントン州における現地調査、データ収集を通して不耕起栽培の比較を行い、現地の共同研究者であるStephen Machado博士（オレゴン州立大 学）他と論文出版に関する打ち合わせを行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] IPB University/Mulawarman University(インドネシア)
• [Int'l Joint Research] Kasetsart University(タイ)
• [Int'l Joint Research] IPB(インドネシア)
• [Int'l Joint Research] Kasetsart University(タイ)
• [Journal Article] Fluxes of dissolved organic matter and nitrate and their contribution to soil acidification across changing permafrost landscapes in northwestern Canada (2023)
  • Author(s): Fujii Kazumichi、Hayakawa Chie
  • Journal Title: Geoderma Volume: 430 Pages: 116306-116306
  • DOI: 10.1016/j.geoderma.2022.116306
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Deciphering nitrous oxide emissions from tropical soils of different land uses (2023)
  • Author(s): Zheng Jinsen、Sakata Tadashi、Sukartiningsih、Fujii Kazumichi
  • Journal Title: Science of The Total Environment Volume: 862 Pages: 160916-160916
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.160916
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of forest management on soil acidification in cedar plantation (2022)
  • Author(s): Fujii Kazumichi、Funakawa Shinya、Kosaki Takashi
  • Journal Title: Geoderma Volume: 424 Pages: 115967-115967
  • DOI: 10.1016/j.geoderma.2022.115967
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Urea uptake by spruce tree roots in permafrost-affected soils (2022)
  • Author(s): Fujii Kazumichi、Hayakawa Chie
  • Journal Title: Soil Biology and Biochemistry Volume: 169 Pages: 108647-108647
  • DOI: 10.1016/j.soilbio.2022.108647
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cropland intensification mediates the radiative balance of greenhouse gas emissions and soil carbon sequestration in maize systems of sub-Saharan Africa (2022)
  • Author(s): Zheng Jinsen、Canarini Alberto、Fujii Kazumichi、Mmari William N.、Kilasara Method M.、Funakawa Shinya
  • Journal Title: Global Change Biology Volume: 29 Issue: 6 Pages: 1514-1529
  • DOI: 10.1111/gcb.16550
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Recalcitrance of lichen and moss litters increases soil carbon storage on permafrost (2022)
  • Author(s): Fujii Kazumichi、Hayakawa Chie
  • Journal Title: Plant and Soil Volume: 472 Pages: 595-608
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Correction to: Continuous maize cropping accelerates loss of soil organic matter in northern Thailand as revealed by natural 13C abundance (2022)
  • Author(s): Fujii Kazumichi、Mitani Risako、Inagaki Yoshiyuki、Hayakawa Chie、Shibata Makoto、Kosaki Takashi、Ueda Miki U.
  • Journal Title: Plant and Soil Volume: 474 Issue: 1-2 Pages: 263-263
  • DOI: 10.1007/s11104-022-05363-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Continuous maize cropping accelerates loss of soil organic matter in northern Thailand as revealed by natural 13C abundance. (2022)
  • Author(s): Fujii, K., Mitani, R., Inagaki, Y., Hayakawa, C., Shibata, M., Kosaki, T. and Ueda, M.U.
  • Journal Title: Plant Soil Volume: - Issue: 1-2 Pages: 251-262
  • DOI: 10.1007/s11104-022-05333-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Soils and sustainable development goals of the United Nations: An International Union of Soil Sciences perspective. (2021)
  • Author(s): Lal, R., Bouma, J., Brevik, E., Dawson, L., Field, D., Glaser, B., Hatano, R., Hartemink, A., Kosaki, T., Lascelles, B., Monger, C., Muggler, C., Ndzana, G.M., Norra, S., Pan, X., Paradelo, R., Reyes Sanchez, L.B., Sanden, T., and Zhang, J.
  • Journal Title: Geoderma Regional Volume: 25 Pages: e00398-e00398
  • DOI: 10.1016/j.geodrs.2021.e00398
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of clearcutting and girdling on soil respiration and fluxes of dissolved organic carbon and nitrogen in a Japanese cedar plantation (2021)
  • Author(s): Fujii Kazumichi、Funakawa Shinya、Hayakawa Chie、Kosaki Takashi
  • Journal Title: Forest Ecology and Management Volume: 498 Pages: 119520-119520
  • DOI: 10.1016/j.foreco.2021.119520
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comparison of soil acidification rates under different land uses in Indonesia (2021)
  • Author(s): Fujii Kazumichi、Toma Takeshi、Sukartiningsih
  • Journal Title: Plant and Soil Volume: 465 Issue: 1-2 Pages: 1-17
  • DOI: 10.1007/s11104-021-04923-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Plasticity of pine tree roots to podzolization of boreal sandy soils (2021)
  • Author(s): Fujii Kazumichi、Makita Naoki、Kamara Mouctar、Kttim Martin、Sugita Shinya
  • Journal Title: Plant and Soil Volume: - Issue: 1-2 Pages: 209-222
  • DOI: 10.1007/s11104-021-04928-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Root exudation and biodegradation of organic acids in a tropical forest soil under dipterocarp and pioneer trees (2021)
  • Author(s): Fujii, K., Hayakawa, C., and Sukartiningsih
  • Journal Title: Plant and Soil Volume: - Issue: 1-2 Pages: 213-226
  • DOI: 10.1007/s11104-021-05132-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ion solubilization in surface soil layers of montane region with heavy snowfall (2021)
  • Author(s): Fujii, K. and Ohmiya, T.
  • Journal Title: Catena Volume: 206 Pages: 105490-105490
  • DOI: 10.1016/j.catena.2021.105490
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of sugarcane substrate inputs on microbial biomass and nitrogen availability in tropical sandy soils of northeast Thailand. (2021)
  • Author(s): Chuwongpanich W, FUJII K, INAGAKI Y, Hayakawa C, Chittamart N
  • Journal Title: Soil Science and Plant Nutrition Volume: 未定 Issue: 2 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1080/00380768.2020.1870095
  • NAID: 210000158786
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Litter decomposition and soil organic carbon stabilization in a Kastanozem of Saskatchewan, Canada. (2020)
  • Author(s): Kazumichi Fujii, Kokoro Morioka, Chie Hayakawa, Yoshiyuki Inagaki, Ryan D. Hangs, Darwin W. Anderson, Brian G. McConkey
  • Journal Title: Geoderma Regional Volume: 23 Pages: e00348-e00348
  • DOI: 10.1016/j.geodrs.2020.e00348
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fine root biomass stimulates microbial activity of glucose mineralization in buried humic horizon of volcanic ash soils (2020)
  • Author(s): Chie Hayakawa , Taichi Kobayashi , Kazumichi Fujii, Keishi Senoo
  • Journal Title: Soil Science and Plant Nutrition Volume: 66:5 Issue: 5 Pages: 724-733
  • DOI: 10.1080/00380768.2020.1820757
  • NAID: 210000158702
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 土が支える食と農 (2023)
  • Author(s): 藤井一至
  • Organizer: 生物科学連合国際会議
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 土壌劣化：そのメカニズムと修復 (2023)
  • Author(s): 小﨑隆
  • Organizer: 復興農学会2022年度大会
  • Invited
• [Presentation] Comparison of cellulose decomposition rates in the tropical clay-rich and sandy soils. (2023)
  • Author(s): Hayakawa C., Fujii K., Funakawa S. and Kosaki T.
  • Organizer: Global Conference on Sandy Soils-Properties and Management.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Leaching and retention of dissolved organic carbon in soils are influenced by land use change and texture (2023)
  • Author(s): Fujii K., Zheng J., Hayakawa C. and Kosaki T.
  • Organizer: Global Conference on Sandy Soils-Properties and Management.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] “Fallow Band System,” a do-nothing practice for nutrient management in the Sahelian sandy soils, West Africa (2023)
  • Author(s): Ikazaki K., Shinjo H., Tanaka U., Tobita S. Fatondji D., Funakawa S., and Kosaki T.
  • Organizer: Global Conference on Sandy Soils-Properties and Management.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Temperature dependency of organic matter decomposition is regulated by substrate quality and soil tillage practices (2022)
  • Author(s): Fujii K., Zheng J., Hayakawa C., Inagaki, Y., Hartono A. and Kosaki T.
  • Organizer: SOM2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Temperature dependency of organic matter decomposition is regulated by substrate quality and soil tillage practices (2022)
  • Author(s): Fujii K., Zheng J., Hayakawa C., Inagaki, Y., Hartono A. and Kosaki T.
  • Organizer: World Congress of Soil Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Towards further collaboration with the IUSS (2022)
  • Author(s): Kosaki T.
  • Organizer: The 15th International Conference of the East and Southeast Asia Federation of Soil Science Societies (ESAFS)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 土壌有機物分解速度の温度依存性に対する基質タイプと土地利用の影響 (2022)
  • Author(s): 藤井一至・Zheng Jinsen・早川智恵・稲垣善之・Hartono Arief・小崎隆
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2022年度東京大会
• [Presentation] 耕起は火山灰土壌の難分解性有機物の分解を促進するか？－ 同位体トレーサー法を用いてー (2022)
  • Author(s): 早川智恵・山中春香・内田陽之・藤井一至・平井英明・小﨑隆
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2022年度東京大会
• [Presentation] 土壌情報システムの基盤構築とその応用による土壌の劣化防止と修復に関する研究 (2022)
  • Author(s): 小﨑隆
  • Organizer: 第93回日本農学会大会
  • Invited
• [Presentation] Cellulose addition can promote biodegradation of the burial humus in volcanic ash soils through priming effect. (2021)
  • Author(s): 早川智恵、藤井一至、植羅優香梨、稲垣善之、妹尾啓史
  • Organizer: 日本生態学会
• [Presentation] Towards judicious management of peatlands for enhancing SDGs. (2021)
  • Author(s): Kosaki, T.
  • Organizer: International Seminar Tropical Peatland (ISTP) 2021, Bogor, Indonesisa
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 熱帯塩基性土壌における土地利用の違いが微生物群集と炭素利用効率に及ぼす影響の解明 (2021)
  • Author(s): 渕上佳奈，杉原創，宮嵜英寿，関真由子，Jegadeesan, M.，Kannan, P.，沢田こずえ，柴田誠，豊田剛己，田中治夫，小﨑隆
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2021年度札幌大会
• [Presentation] バナナ農園のケイ酸供給能力に対する土壌タイプおよび共存植生の影響 (2021)
  • Author(s): 藤井一至、荒井和菜、磯部一夫、小松健、早川智恵、Airef Hartono
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2021年度札幌大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 植物・土壌間相互作用の解明と人工土壌への挑戦 (2021)
  • Author(s): 藤井一至
  • Organizer: 化学フェスタ(公益社団法人日本化学会)
  • Invited
• [Presentation] 土壌の化学性から保水性を予測する (2021)
  • Author(s): 藤井一至
  • Organizer: International Conference Forest and Landscape Restoration of Post-Mining Sites、3:VI-3
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 熱帯林の有機物代謝回転および酸性度に対する土地利用の影響 (2021)
  • Author(s): 藤井一至
  • Organizer: 東アジア生態学連合
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] リター分解速度および土壌中の溶存有機炭素フラックスに対する気候の影響 (2021)
  • Author(s): 藤井一至、早川智恵、稲垣善之、舟川信也、小﨑隆
  • Organizer: 地球惑星科学連合
• [Presentation] フタバガキおよび先駆樹種下の熱帯林土壌における根からの有機酸の滲出と生分解 (2021)
  • Author(s): 藤井一至、早川智恵、Sukartiningsih
  • Organizer: 欧州地球惑星科学連合
  • Int'l Joint Research
• [Book] We earth : 海・微生物・緑・土・星・空・虹7つのキーワードで知る地球のこと全部 (2021)
  • Author(s): 福岡伸一、鈴木智順、小倉ヒラク、河野智謙、藤井一至、渡部潤一、江守正多、松長有慶、辻信一
  • Total Pages: 213
  • Publisher: グラフィック社
  • ISBN: 9784766135701
• [Book] Soil Sciences Education: Global Concepts and Teaching (2020)
  • Author(s): Kosaki, T., Lal, R. and Sanchez, L.B.R. (Eds.)
  • Total Pages: 198
  • Publisher: Schweizerbart Science Publishers
  • ISBN: 9783510655236