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劣化土壌の微生物多様化・窒素蓄積に向けた混作と有機物施用の相互作用の評価

Research Project

Project/Area Number 22KJ0034
Project/Area Number (Other) 21J22147 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

木村 有歌理 (2021, 2023)  北海道大学, 国際食資源学院, 特別研究員(DC1)

Research Fellow 木村 有歌理 (2022)  北海道大学, 国際食資源学院, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords窒素循環 / 土壌微生物群集 / アンモニア酸化細菌 / 硝化 / 土壌DNA / 混作 / 土壌微生物 / 多様性
Outline of Research at the Start

本研究の目的は、農地作物の多様化が微生物の群集構造や窒素循環に関連する機能をどのように改変しているのかを調べることである。これまでの研究から、混作による作物の多様化は、微生物の多様性及びアンモニア酸化機能の存在量と関連していることが分かった。また追加で行った培養試験から、微生物群集が多様な土壌ではアンモニア酸化機能を保持する微生物の安定性が高いことが明らかとなった。今後は、混作フィールド試験でサンプリングした土壌の微生物の多様性及び窒素循環遺伝子の存在量を調べる予定である。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は混作による土壌微生物の多様化が、窒素循環に関連する機能をどのように変化させているのかを明らかにすることである。
前年度までの研究で、混作を行い且つ有機肥料を施肥した土壌において、土壌微生物が多様化することが明らかとなった。また、土壌微生物の窒素循環機能を調べたところ、アンモニア酸化機能が増大していることがわかった(Kimura et al., 2022, Agriculture)。この結果をふまえ、土壌微生物の多様性の変化がアンモニア酸化細菌・古細菌の存在量や群集構造とどのように関連するのかを土壌培養試験により調べた。具体的には、土壌微生物の多様性勾配を人為的に形成した土壌に、硫酸アンモニウムを添加し、硝化速度及びアンモニア酸化細菌・古細菌数を定量した。また、アンモニア酸化細菌・古細菌をターゲットとした微生物群集構造の解析を行った。その結果、多様性の高い土壌において、窒素添加後のアンモニア酸化細菌の群集構造の安定性が高いことが示唆された(Mitsuta et al., 2023, Geoderma)。加えて、多様な土壌微生物の存在下でアンモニア酸化細菌による硝化が促進されるメカニズムを調べるために、アンモニア酸化細菌及び土壌細菌の培養試験を行った。その結果、多様性の高い培地で硝化速度が速いことが明らかとなった。また、培養液中の土壌細菌の機能を包括的に解析するために、DNA抽出を行い、ショットガンシーケンスを実施した。現在、このデータの解析を進めており、微生物のゲノム情報から代謝相互作用を推定し、多様な微生物の下でアンモニア酸化が促進されるメカニズムを解明する予定である。
また、前年度にはオランダの半自然草地で土壌サンプルを採取し、窒素循環関連遺伝子の定量及び土壌化学性分析を実施した。この研究成果に関して、学術雑誌に論文を2報投稿した。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 4 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Utrecht University(オランダ)

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Utrecht University(オランダ)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Liming enhances the abundance and stability of nitrogen-cycling microbes: The buffering effect of long-term lime application2024

    • Author(s)
      Akari Mitsuta (Kimura), Kesia Silva Lourenco, Jingjing Chang, Mart Ros, Rene Schils, Yoshitaka Uchida, Eiko Eurya Kuramae
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: -

    • DOI

      10.1101/2024.04.21.590279

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Unveiling the dominant role of soil pH in shaping nitrogen cycling microbial gene abundances: Insights from 65-years of chemical fertilizer selection in acidic grassland meadow2024

    • Author(s)
      Akari Mitsuta (Kimura), Kesia Silva Lourenco, Mart Ros, Yoshitaka Uchida, View ORCID ProfileEiko Eurya Kuramae
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: -

    • DOI

      10.1101/2024.04.26.591135

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Stability of ammonia oxidizer communities upon nitrogen fertilizer pulse disturbances is dependent on diversity2023

    • Author(s)
      Mitsuta Akari、Ishige Nao、Tatsumi Chikae、Musavi Madegwa Yvonne、Eurya Kuramae Eiko、Uchida Yoshitaka
    • Journal Title

      Geoderma

      Volume: 439 Pages: 116685-116685

    • DOI

      10.1016/j.geoderma.2023.116685

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Legume species alter the effect of biochar application on microbial diversity and functions in the mixed cropping system-Based on a pot experiment2022

    • Author(s)
      Akari Kimura, Yoshitaka Uchida, Yvonne Musavi Madegwa
    • Journal Title

      Agriculture

      Volume: 12(10) Issue: 10 Pages: 1548-1548

    • DOI

      10.3390/agriculture12101548

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 65 years long-term lime application enhanced soil microbial nitrogen cycle processes in acidic grassland meadow2023

    • Author(s)
      Akari Kimura, Kesia Silva Lourenco, Yoshitaka Uchida, Eiko Eurya Kuramae
    • Organizer
      FEMS 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Changes in the abundance and community of ammonia oxidizing bacteria/archaea in soils with the repeated ammonium fertilization2022

    • Author(s)
      Akari Kimura, Nao Ishige, and Yoshitaka Uchida
    • Organizer
      第69回日本生態学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Biochar application alter the effect of mixed cropping system on microbial community and diversity using three legume species2022

    • Author(s)
      Akari Kimura and Yoshitaka Uchida
    • Organizer
      International Symposium on a Cocreation of Social System and Technological Innovation for Global Food Resources
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of biochar application in mixed cropping system on bacterial abundance, diversity and N cycle related functionality2022

    • Author(s)
      木村有歌理、内田義崇
    • Organizer
      日本土壌肥料学会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Changes in the abundance and community of ammonia oxidizing bacteria/archaea in soils with the repeated ammonium fertilization2021

    • Author(s)
      Akari Kimura, Nao Ishige and Yoshitaka Uchida
    • Organizer
      第69回日本生態学会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Biochar application alter the effect of mixed cropping system on microbial community and diversity using three legume species2021

    • Author(s)
      Akari Kimura and Yoshitaka
    • Organizer
      International Symposium on a Cocreation of Social System and Technological Innovation for Global Food Resources
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of biochar application in mixed cropping system on bacterial abundance, diversity and N cycle related functionality2021

    • Author(s)
      Akari Kimura and Yoshitaka Uchida
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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