硝酸肥料・ポリフィルム土壌被覆の併用による画期的なN2O排出削減技術の開発

• Project/Area Number: 21K05881
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 西村 誠一 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 上級研究員 (70354090)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 米村 正一郎 県立広島大学, 生物資源科学部, 教授 (20354128)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 一酸化二窒素 / 硝化 / 脱窒 / ポリフィルム / 硝酸肥料 / 土壌中酸素濃度

Outline of Research at the Start

本研究では、硝化による一酸化二窒素（N2O）生成の無い硝酸系化学肥料の施用と、施肥土壌内への降雨水分の浸透を防ぐためのポリフィルム土壌被覆とを組み合わせた栽培を行うことによって、N2O生成が促進される条件を回避して、N2O排出を大幅に削減できる新たな栽培技術を開発・実証する。
土壌内環境と硝化・脱窒によるN2O生成との関係を、特に従来の研究では十分に解明されていなかった嫌気的条件の発達に着目した室内実験により明らかにする。その後、圃場での作物栽培・ガスフラックス測定試験を行い、慣行栽培と比較することにより、本栽培技術の有効性を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

2022年7月から2023年1月にかけて、農研機構内の試験圃場（茨城県つくば市）において露地野菜（ニンジン）の栽培試験を行った。供試した窒素肥料は、被覆尿素（CU）または被覆硝酸カルシウム（CC）（ともに70日溶出タイプ）で、各々ポリフィルム被覆区（CU+M, CC+M）および被覆を行わない区（CU-M, CC-M）の計４処理区を設けた。+M区では、施肥・被覆後のフィルムに直径75mmの植穴を開けてニンジン播種を行った。栽培期間中に週１～２回の頻度で、密閉チャンバー法でガスを採取して一酸化二窒素（N2O）および一酸化窒素（NO）フラックスを測定した。
降雨直後にCU+M, CC+M区でN2Oフラックスが増加するとともに、CU-M, CC-M区でNOフラックスが増加する傾向が観測された。+M区の積算N2O排出量は、-M区よりも84～100%高い値であり、当初の仮説に反して+M区でN2O排出が（削減ではなく）増加する結果となった。一方、CC区の積算N2O排出量はCU区よりも24～30%低い値であり、当初の仮説（CC施用によるN2O排出削減）を支持する結果であった。NOについては、+M区の積算排出量は-M区よりも23～30%低く、またCC区の積算排出量はCU区よりも30～37%低い値であった。
当初の仮説に反して+M区でN2O排出が（削減ではなく）増加した要因について、現在検討中であるが、降雨時およびその直後には植穴のところの土壌水分が一時的に高くなり、結果として+M区におけるN2O生成のホットスポットとなった可能性が、考えられた。
一方、+M区では土壌の硝酸態窒素濃度がニンジンの収穫時まで高く保たれており、ポリフィルム被覆・緩効性肥料の適切な併用によって、表層土壌に硝酸態窒素を長い期間留め、作物の窒素利用効率を高められる可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

圃場栽培試験（密閉法によるガスフラックス測定試験）を行い、ポリフィルム被覆および硝酸肥料施用がN2O, NO排出に与える複合的な影響を明らかにすることができた。
通気法によるガスフラックス測定については、システムの整備は概ね完了して予備試験を現在行っている。しかし、NOx分析計の予期せぬ故障のため令和４年度中には本試験に至らなかった。

Strategy for Future Research Activity

令和４年度に実施した圃場栽培試験を令和５年度以降も引き続き実施し、ガス排出の年次変動等を明らかにする。また令和４年度の試験では、当初の仮説に反してポリフィルム被覆によってN2O排出が（削減ではなく）増加する結果となった。この要因を明らかにするための補足試験として、ポリフィルム被覆土壌中の水分の分布・経日変化を詳細に調査する。
室内試験（通気法によるガスフラックス測定試験）については、NOx分析計の故障のために本試験ができない状態であるが、機器の修繕費を工面して早期に本試験が開始できるよう検討する。
最終年度までに本研究の目的を達成できるよう、引き続き取り組んでいく。