隠れた地域資源「根系」を活用した持続的・循環型イネ生産体系の確立に向けて

• Project/Area Number: 23K20294
• Project/Area Number (Other): 20H03115 (2020-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2020-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: 関谷 信人 三重大学, 生物資源学研究科, 教授 (80456590)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 晋生 三重大学, 生物資源学研究科, 教授 (10335151) ; 近藤 誠 三重大学, 生物資源学研究科, 准教授 (50432175)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000); Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2020: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000)
• Keywords: 根系 / 飼料イネ / 土壌養分 / 水田

Outline of Research at the Start

本研究では、土壌養分を収奪し持続的イネ生産を阻害すると批判される飼料イネが、実は根系によって土壌養分を良好な状態に維持することで、イネ生産の持続性に大きく貢献するのではないかという逆説を検証する。具体的には以下の2課題に取り組む。
研究①飼料イネを連続栽培し、根系によるイネ収量の経年変化を明らかにする。
研究②根系が土壌養分状態を改変する実態を多検体の実測と数値モデルで解明する。

Outline of Annual Research Achievements

コメの供給過剰を回避しつつ、水田を維持するために飼料イネの栽培が増加している。本研究では、土壌養分を収奪し持続的イネ生産を阻害すると批判される飼料イネが、実は根系によって土壌養分を良好な状態に維持することで、イネ生産の持続性に大きく貢献するのではないかという逆説を検証する。
三重大学の水田圃場に穂が小さい飼料イネ品種、対照品種として穂が大きい飼料イネ品種と食用イネ品種を栽培し、植物がない場合の土壌養分の変化を確認するため無植栽区も設けた。成熟期に飼料生産を模して地上部全量を刈取った。ただし食用イネ品種では、通常栽培を模して地上部を細断し土壌へ還元した。刈取り後、全品種の根を除去する区と無処理区を設けた。平成30年度～令和5年度まで栽培を繰り返した。
水稲出穂後に穂、葉身、茎、根に蓄積したNSC（デンプンと全糖）含量と窒素含量を連続的に計測した。その結果、穂が小さい飼料イネ品種の根で特異的にNSCと窒素が多量に蓄積し、穂の小さい飼料イネの栽培が水田の地力維持に貢献する可能性を示した（審査中Major revision）。
土壌養分動態モデルを検討する過程では、土壌採取、土壌養分測定、パラメータ推定、モデル検証を繰り返す必要がある。実験田の小区画から繰り返し土壌を採取すると、小区画が攪乱されて各処理の効果が消失してしまう懸念がある。そこで、実験田とは別にモデル検証田を用意し食用イネ品種を栽培した。生育期間中、気温、日射量、降水量、湿度、地温、表面水位、土壌含水量、土壌水圧力、土壌中無機態窒素含量、水稲窒素吸収量を計測した。令和4年度には一次分解反応に基づいて水田土壌中の窒素無機化モデルを構築し、令和5年度にはモデルの精度を検証した（投稿準備中）。

Current Status of Research Progress

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

Reason

研究助成期間の前半では、コロナ禍で非常に苦労したものの、何とか実験田を立ち上げ、その後も維持管理を継続できた。植物体の成分分析に基づいた原著論文がField Crops Research誌（IF5.8、農学系89誌中8位）にてMajor revisionと評価され、2024年4月25日現在、改定原稿が再審査を受けている。また、水田土壌中窒素無機化モデルを確立し、その成果に基づいた原著論文も投稿準備中である。

Strategy for Future Research Activity

令和6年度も引き続き実験田とモデル検証田を維持し、両田から得られるデータの公表に努めていく。

Research Products

• [Journal Article] Validation of a phenol-sulfuric acid method in a microplate format for the quantification of soluble sugars in ruminant feeds (2021)
  • Author(s): Makoto Kondo, Randi Mulianda,Masaya Matamura, Toshiyuki Shibata, Takashi Mishima, Anuraga Jayanegara, Naoto Isono
  • Journal Title: Animal Science Journal Volume: 92 Issue: 1
  • DOI: 10.1111/asj.13530
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 極短穂型飼料用イネでは、本当に繊維消化性が高くなっているのか？ (2020)
  • Author(s): 近藤誠・関田信人
  • Journal Title: 畜産技術 Volume: 785 Pages: 2-6
  • NAID: 40022382008
• [Presentation] 牛糞堆肥を施用した水田土中の窒素動態の観測と数値解析 (2023)
  • Author(s): 井手海盛 関谷信人 渡辺晋生
  • Organizer: 土壌物理学会
• [Presentation] 有機栽培された生産者水田土壌における窒素動態 (2023)
  • Author(s): 濵嶋賢 奥田久瑠美 辻武史 渡邊晋生 関谷信人
  • Organizer: 日本土壌肥料学会
• [Presentation] 無機化窒素に対する水稲三品種の根系の反応と窒素肥料回収率 (2023)
  • Author(s): 村井朝香 Kiwale Beno Anton Peter Mchuno Alfred 渡辺晋生 関谷信人
  • Organizer: 日本作物学会
• [Presentation] 有機栽培された生産者水田における有機物分解速度の時間的・空間的変動 (2023)
  • Author(s): 濵嶋賢 奥田久瑠美 辻武史 渡辺晋生 関谷信人
  • Organizer: 日本作物学会
• [Presentation] 水稲有機栽培における施肥法と圃場条件の交互作用 (2022)
  • Author(s): 前采花 Beno Kiwale Anton Peter Mchuno Alfred 永源奨 渡邊晋生 関谷信人
  • Organizer: 日本作物学会
• [Presentation] 化成・有機肥料からの窒素の無機化と水稲3品種による無機化窒素の吸収 (2022)
  • Author(s): 村井朝香 Beno Kiwale Anton Peter Mchuno Alfred 渡邊晋生 関谷信人
  • Organizer: 日本作物学会
• [Presentation] 有機物投入量の異なる水田土中の窒素動態 (2022)
  • Author(s): 井手海盛 永源奨 Peter Mchuno Alfred 関谷信人 渡邊晋生
  • Organizer: 農業農村工学会
• [Presentation] Spatial autoregressive analysis of available nitrogen in paddy soils at a rice farming community level (2022)
  • Author(s): Nobuhito Sekiya Ayaka Mae Peter Mchuno Alfred Beno Kiwale Anton Tasuku Eigen Saki Yamayoshi Masaru Sakai Kunio Watanabe
  • Organizer: International Society of Paddy and Water Environment Engineering
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nitrogen balance in paddy fields applied with various amount of rice bran in winter (2022)
  • Author(s): Tasuku Eigen Peter Mchuno Alfred Ami Shimomura Nobuhito Sekiya Kunio Watanabe
  • Organizer: International Society of Paddy and Water Environment Engineering
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of soil temperature and rainfall before transplantation on nitrogen dynamics in paddy soils under different organic fertilizer levels (2022)
  • Author(s): Kaisei Ide Tasuku Eigen Peter Muchuno Alfred Nobuhito Sekiya Kunio Watanabe
  • Organizer: International Society of Paddy and Water Environment Engineering
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Estimation of rice lodging severity and soil available nitrogen in a paddy field based on UAS images (2022)
  • Author(s): Nozomi Sato Takeshi Tsuji Nobuhito Sekiya Yasuhiro Iijima Kunio Watanabe
  • Organizer: International Society of Paddy and Water Environment Engineering
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 化成・有機肥料からの窒素の無機化と水稲 3 品種による無機化窒素の吸収－2 年間の圃場試験の結果から－ (2022)
  • Author(s): 村井朝香 Kiwale Beno Anton Peter Mchuno Alfred 渡辺晋生 関谷信人
  • Organizer: 日本作物学会
• [Presentation] 水稲有機栽培における施肥法と圃場条件の交互作用－2年間の生産者圃場試験の結果から－ (2022)
  • Author(s): 前采花 Kiwale Beno Anton Peter Mchuno Alfred 永源奨 渡辺晋生 関谷信人
  • Organizer: 日本作物学会
• [Presentation] その肥料は効いてます？―有機肥料の肥効を考える！― (2022)
  • Author(s): 関谷信人
  • Organizer: 農業食料工学会
  • Invited
• [Presentation] 冬季米ぬか施用水田での期間ごとの無機化について (2021)
  • Author(s): 永源奨 Peter Mchuno Alfred 井手海盛 関谷信人 渡辺晋生
  • Organizer: 土壌物理学会大会
• [Presentation] Nitrogen dynamics in paddy fields under different rice bran levels (2021)
  • Author(s): Mchuno Alfred Peter Tasuku Eigen Ami Shimomura Beno Kiwale Anton Kunio Watanabe Nobuhito Sekiya
  • Organizer: 10th Asian Crop Science Association Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Do new rice cultivars respond to chemical fertilizer better than old cultivars? (2021)
  • Author(s): Beno Kiwale Anton Asaka Murai Mchuno Alfred Peter Nobuhito Sekiya
  • Organizer: 10th Asian Crop Science Association Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 水田に施肥した米ぬかの水稲移植前の無機化について (2020)
  • Author(s): 永源 奨・Mchuno Peter Alfred・下村案未・関谷信人・渡辺晋生
  • Organizer: 土壌物理学会
• [Presentation] 米ぬかを施用した水田土中の窒素収支 (2020)
  • Author(s): 永源奨・渡辺晋生
  • Organizer: 農業農村工学会