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Recovery of phosphorus from natural water bodies using iron-oxidizing bacteria and woody biomass

Research Project

Project/Area Number 23K20295
Project/Area Number (Other) 20H03117 (2020-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2020-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
Research InstitutionShimane University

Principal Investigator

武田 育郎  島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 教授 (60227022)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 深田 耕太郎  島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 助教 (40633178)
吉岡 有美  島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 助教 (40753885)
佐藤 裕和  島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 助教 (90609364)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Keywordsリン回収 / 鉄バクテリア / 木質バイオマス / 木質担体
Outline of Research at the Start

これまでの研究成果を踏まえ,引き続き試験水域の水質水文環境を測定し,効率的なリン回収につながる条件につながるデータ収集を継続させる。また,浸漬試験を行って自然水域から鉄とリンを回収した木質担体について,これを再び自然水域に浸漬した時,さらなるリンの回収能力があることがわかっているが,これ作用する酸化鉄の化学形態についてメカニズムの解明に取り組む。

Outline of Annual Research Achievements

前年度に引き続き,島根県東部に位置する水田地域にある圃場整備によって地下水の流入の多い水田排水路の一部において,鉄バクテリアの生息するpH-Eh環境についての環境要素水文データや水域の還元状態に着目して調査した。また,この地域に流れている水の多くは,宍道湖に流入する最大の河川である斐伊川から取水した農業用水であることから,斐伊川の水質の長期変動についての検討も行った。斐伊川の河川水の水質については,長期にわたる詳細なデータの蓄積が利用可能であったので,流域の土地利用の変化や人口の変化についても考察した。その結果,長期の水質トレンドに関与する大気降下物の影響や季節風によって運ばれる越境汚染物質の影響も無視できないことが分かった。また,リンの吸着と鉄の化学形態を考えるとpHが6.0~6.9程度が条件としては好ましく,また,Ehは-0.5~1Vが好ましいことが新たに分かった。こうした知見と鉄バクテリアの生成する酸化鉄の化学形態(フェリハイドライト,ヘマタイト,ゲータイトなど)の構成割合については十分な情報が得られなかったものの,河川水中から回収した浸漬後の鉄バクテリア集積物の担持した木質担体の吸着試験では攪拌条件を変化させてリン回収の効率についてはいくつかの知見が得られた。すなわち,シーソー型撹拌機を用いた撹拌の設定を20RPMとしても,24時間程度で十分な濃度低下がみられることがわかった。木質担体によって回収したリンは,土壌肥料学の知見より,高リン酸区のなかでも高いレベルに相当していることがわかっているが,市販のリン肥料と比べると少ない含有率である原因に,回収した担体の約95%は木質組織であることの課題について,いくつかの代替材料を試して若干の結果を得た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

当初計画していた研究を行い,鉄バクテリアと木質担体を用いたリン回収のための条件設定とその条件を作り出す水文条件に関する有益な知見が得られ,また,酸化還元状態を工夫することで環境中のリンの濃集効率が大きいことが分かったため。

Strategy for Future Research Activity

木質担体によって回収したリンは,土壌肥料学の知見より,高リン酸区のなかでも高いレベルに相当していることがわかったものの市販のリン肥料のリン含有量と比べると少ない原因に,回収した担体の約95%は木質組織であることがあった。これについての代替材料の検討を引き続き継続していく。それとともに,申請者がこれまでに行った浸漬後の鉄バクテリア集積物の担持した木質担体の吸着試験の結果を,流れ場の物理条件とともにpHとEhを軸に整理する。さらに,鉄バクテリアも生育に適する条件(弱酸性でわずかな酸素欠乏)が整えば世界中で観察されるありふれた微生物であるものの,流れの条件によっては剥離と散逸がある事から,これらの要因に関してもこれまでの成果を整理する。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 4 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Book (4 results)

  • [Journal Article] Estimation of groundwater recharge at paddy plot using oxygen and hydrogen stable isotopes2023

    • Author(s)
      吉岡有美,中村公人
    • Journal Title

      Journal of the Japanese Society of Soil Physics

      Volume: 153 Issue: 0 Pages: 25-31

    • DOI

      10.34467/jssoilphysics.153.0_25

    • ISSN
      0387-6012, 2435-2497
    • Year and Date
      2023-03-20
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 間伐遅れの針葉樹人工林からの汚濁負荷流出の経年変化2023

    • Author(s)
      武田育郎
    • Journal Title

      島根大学生物資源科学部研究報告

      Volume: 28 Pages: 6-12

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] 降雨時における耕作放棄地からの汚濁物質の流出2023

    • Author(s)
      武田育郎,深田耕太郎
    • Journal Title

      島根大学生物資源科学部研究報告

      Volume: 28 Pages: 13-18

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] 人口減少が特徴的な流域における河川水質の30年間の変遷2023

    • Author(s)
      武田育郎
    • Journal Title

      環境技術

      Volume: 51 Pages: 41-49

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Model experiments on hydraulic properties around multiple piers with reproduced 3D geometries2022

    • Author(s)
      Hirokazu Sato
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12:19938 Issue: 1 Pages: 1-15

    • DOI

      10.1038/s41598-022-24588-6

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spatiotemporal variability of hydrogen stable isotopes at a local scale in shallow groundwater during the warm season in Tottori Prefecture, Japan2022

    • Author(s)
      Yumi Yoshioka, Hidekazu Yoshioka
    • Journal Title

      Hydrological Research Letters

      Volume: 16 Issue: 1 Pages: 25-31

    • DOI

      10.3178/hrl.16.25

    • ISSN
      1882-3416
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
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  • [Journal Article] 土壌中における音波の伝播距離の推定と共鳴法の測定範囲について2021

    • Author(s)
      深田耕太郎, 難波将希, 木原康孝
    • Journal Title

      土壌の物理性

      Volume: 149 Pages: 13-21

    • NAID

      130008143228

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      2021 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Rationality in pier geometry of Kintaikyo Bridge from viewpoint of river engineering2021

    • Author(s)
      Sato Hirokazu
    • Journal Title

      Heritage Science

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1186/s40494-021-00576-3

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 鉄バクテリアと木質バイオマスを用いて自然水域から回収した全リンの定量2020

    • Author(s)
      武田育郎,深田耕太郎,佐藤裕和,吉岡有美
    • Journal Title

      農業農村工学会論文集

      Volume: 88

    • NAID

      130007957454

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 風乾土壌が毛管上昇によって濡れる過程についての質量および静電気的測定2023

    • Author(s)
      深田耕太郎
    • Organizer
      土壌物理学会
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  • [Presentation] 人口減少が特徴的な流域における河川水質と流量の30年間の変遷2023

    • Author(s)
      武田育郎
    • Organizer
      環境技術学会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 土壌を極板とする平行板コンデンサーの静電容量から見た土壌の乾燥過程2022

    • Author(s)
      深田耕太郎
    • Organizer
      土壌物理学会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Isotope balance-based simulation for oxygen and hydrogen stable isotope compositions of paddy water2022

    • Author(s)
      Yoshioka Y., Nakamura K., Nakagiri T., Takimoto H., Yoshioka H.
    • Organizer
      PAWEES 2022 International Conference 2022 in Fukuoka 2022
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 天井川に隣接する水田における地下水の水同位体比の特徴2022

    • Author(s)
      吉岡有美,重近真奈美
    • Organizer
      農業農村工学会2020年度大会講演会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 水の安定同位体比による水田からの地下水涵養の推定2022

    • Author(s)
      吉岡有美
    • Organizer
      土壌物理学会大会第64回シンポジウム
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      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 酸素・水素安定同位体比を用いた河川浸透水の影響評価―天井川に離接する宍道湖西岸水田地区を事例として―2022

    • Author(s)
      吉岡有美,重近真奈美,橋口亜由未
    • Organizer
      第12回環境同位体学シンポジウム
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      2022 Annual Research Report
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    • Author(s)
      深田耕太郎, 木原康孝
    • Organizer
      土壌物理学会
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  • [Presentation] 乾季におけるトンレサップ湖周辺における地表水および地下水の酸素・水素安定同位体比特性について2021

    • Author(s)
      吉岡有美,増本隆夫,辻本久美子,伊藤祐二
    • Organizer
      JpGU-AGU Join Meetin
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 酸素・水素安定同位体比による水田主体扇状地の地下水涵養源評価の可能性2021

    • Author(s)
      吉岡有美, 吉岡秀和, 中村公人, 中桐貴生, 櫻井伸治, 堀野治彦, 瀧本裕士
    • Organizer
      水文・水資源学会/日本水文科学会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 土壌を極板とする平行板コンデンサーの静電容量と水分量 の関係2020

    • Author(s)
      深田耕太郎
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      土壌物理学会大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 非接触型共鳴法を用いた土壌水分量の測定2020

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      畑野憲人、深田耕太郎
    • Organizer
      土壌物理学会大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Book] 木質バイオマスと鉄バクテリアを用いた自然水域からのリン回収プロセスの開発(川本克也監修,「脱炭素と環境浄化に向けた吸着材・吸着技術の開発動向」所収)2023

    • Author(s)
      武田育郎
    • Total Pages
      336
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781317250
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Book] 同位体環境学がえがく世界2022

    • Author(s)
      陀安一郎,申基澈,藤吉麗編,吉岡有美
    • Total Pages
      286
    • Publisher
      総合地球環境学研究所
    • ISBN
      9784906888764
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Book] 農業用水利用の将来予測と水連環(日本水環境学会編集,「水環境の事典」所収)2021

    • Author(s)
      武田育郎
    • Total Pages
      4
    • Publisher
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254180565
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      2021 Annual Research Report
  • [Book] 農業用水需要の変遷(日本水環境学会編集,「水環境の事典」所収)2021

    • Author(s)
      武田育郎
    • Total Pages
      2
    • Publisher
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254180565
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-12-25  

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