脱炭素化を実現するポストコッホ土壌機能生態系の解明とその活用

• Project Area: Post-Koch Ecology: The next-era microbial ecology that elucidates the super-terrestrial organism system
• Project/Area Number: 22H04882
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 杉原 創 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (30594238)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 土壌微生物機能 / 炭素隔離 / 長期連用圃場 / 土壌環境

Outline of Research at the Start

本研究では、近年急速に集積が進む土壌微生物群集の一次情報を用いて、土壌生態系内で土壌微生物群集が発現する定量可能な物質循環機能（＝有機物分解機能）に着目し、その制御因子を化学量論的に解明・管理することで、脱炭素化農業を実現する炭素隔離型ポストコッホ土壌機能生態系の創出に挑戦する。
具体的には、応募領域が有する畑作施肥量試験圃場＠筑波大を主調査地として、土壌炭素循環の重要な指標である土壌微生物の炭素利用効率を目的変数に、肥培管理が土壌理化学性や土壌微生物群集に与える様々な影響を説明変数に用いることで、炭素利用効率を最大化する（＝脱炭素化を実現する）ための環境デザインを構築する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、近年急速に集積が進む土壌微生物群集の一次情報を用いて、土壌生態系内で土壌微生物群集が発現する定量可能な物質循環機能（＝有機物分解機能）に着目し、その制御因子を化学量論的に解明・管理することで、脱炭素化農業を実現する炭素隔離型ポストコッホ土壌機能生態系の創出に挑戦する。具体的には、応募領域が有する畑作施肥量試験圃場＠筑波大を主調査地として、国内外の畑地圃場も対象に以下の実験を行う。土壌炭素循環の重要な指標である土壌微生物の炭素利用効率を目的変数として、様々な肥培管理・土地利用が土壌理化学性、養分環境、土壌微生物群集に与える影響を分析・数値化し説明変数とすることでこれらの関係性を解明し、炭素利用効率を最大化する（＝脱炭素化を実現する）ための環境デザインを検討・構築する。
初年度は、応募領域が有する畑作施肥量試験圃場＠筑波大を対象に、表層土壌（作土層に相当する0-15㎝を想定）を各処理区から採取し、上記項目の一部を測定した（残りは次年度以降に実施予定）ほか、インド南部のバイオ炭や堆肥を施用した処理区を含む連用畑地圃場、沖縄の土壌pH条件が異なる圃場などを対象に類似の分析・解析を行った。インド南部での結果から、堆肥連用により土壌養分環境の特にリン制限が緩和されたことで土壌微生物群集が変化し炭素利用効率が増加することを発見したほか、沖縄での結果からは、土壌pHが土壌微生物群集が有する分解機能に与える影響として、炭素利用効率よりも代謝回転速度の側面からより影響することなどを発見した。今後は筑波大圃場の試料分析を引き続き進めると共に、得られた知見をまとめて投稿準備を進める。

Current Status of Research Progress

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

Reason

筑波大連用圃場の試験区から採取した土壌試料の分析は順調に進んでいる。また国内外の土壌試料を対象にした実験も同時に進んでおり、生態環境が異なる地域における情報集積が進むことで、計画通りの研究成果が期待されるため。

Strategy for Future Research Activity

分析途中の土壌試料（＠筑波大連用圃場）について、引き続き分析を継続し、得られた成果をまとめて学会、投稿論文などで発表する。また、インド南部、沖縄で得られた成果について投稿論文としてまとめて公表するべく準備を進める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Tamil Nadu Agricultural University(インド)
• [Presentation] 熱帯アルカリ性畑土壌における堆肥施用は 土壌微生物の養分制限を緩和し、炭素利用効率を増加させた (2022)
  • Author(s): 阪井花帆・杉原創・関真由子・宮嵜英寿・Muniandi J, Pandian K・田中治夫1・小﨑隆
  • Organizer: 日本土壌肥料学会・東京大会
• [Presentation] 黒ボク土畑における肥培管理の違いが土壌微生物の炭素利用効率に与える影響の解明 (2022)
  • Author(s): 中尾祐己・杉原創・渕上佳奈・関真由子・田中治夫
  • Organizer: 日本土壌肥料学会・東京大会
• [Presentation] 沖縄県石垣島においてアルカリ環境が 微生物群集および炭素利用効率に与える影響の解明 (2022)
  • Author(s): 渕上佳奈・杉原 創・関 真由子・伊ヶ崎健大・荒井見和・田中治夫
  • Organizer: 日本土壌肥料学会・東京大会
• [Presentation] Effect of farmyard manure application on microbial carbon use efficiency in the tropical alkaline soil of south India (2022)
  • Author(s): Kaho Sakai, Soh Sugihara,Mayuko Seki,Hidetoshi Miyazaki,Muniandi Jegadeesan, Pandian Kannan, Haruo Tanaka, Takashi Kosaki
  • Organizer: SOM2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Land use affects microbial community composition but not carbon use efficiency in the dry tropical alkaline soil of South India (2022)
  • Author(s): Kana Fuchigami, Soh Sugihara, Hidetoshi Miyazaki, Mayuko Seki, Muniandi Jegadeesan, Pandian Kannan, Kozue Sawada, Makoto Shibata, Koki Toyoda, Haruo Tanaka, Takashi Kosaki
  • Organizer: SOM2022
  • Int'l Joint Research