農地土壌へのバイオ炭施用による一酸化二窒素の発生経路および削減メカニズムの解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15F15403
• Research Institution: National Institute for Agro-Environmental Sciences
• Principal Investigator: 秋山 博子 国立研究開発法人 農業環境技術研究所, その他部局等, 研究員 (00354001)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): CAI YANJIANG 国立研究開発法人 農業環境技術研究所, その他部局等, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2015-11-09 – 2018-03-31
• Keywords: 温室効果ガス / 土壌 / バイオ炭

Outline of Annual Research Achievements

Biochar(バイオ炭)は生物資源を材料とした炭化物である。農耕地への堆肥や作物残さ等の有機物の土壌への施用は、土壌炭素を蓄積させることにより大気中の二酸化炭素（CO2）濃度を低減できる可能性があると考えられており、炭素隔離技術として注目されている。一方、農耕地土壌における化学肥料および有機肥料の施用は、温室効果ガスである一酸化二窒素（N2O）の最大の人為的発生源であると推定されており、その削減技術の開発は重要な課題となっている。バイオ炭は土壌炭素蓄積のみでなく、作物の収量増加およびN2Oの発生削減技術としても有効である可能性が指摘されているが、研究例は少ない。
日本ではもみ殻燻炭などのバイオ炭が土壌改良剤や保肥剤として伝統的に農業利用されてきた。現在、日本の農業におけるバイオ炭の利用は年間10万トンに達すると推定されている。しかしながら、稲わら、もみ殻等の農作物副産物の多くは利用されずに廃棄されており、未利用バイオマス資源の利活用の重要性が指摘されている。また、世界的にバイオ炭による土壌炭素蓄積効果が注目されていることから、日本においてもバイオ炭による土壌炭素蓄積が大きな注目を集めておいる。
27年度は、日本の農耕地土壌においてバイオ炭によるN2O発生抑制効果を土壌インキュベーション実験により明らかにするための予備実験を行った。28年度はバイオ炭によるN2Oの削減が微生物的な要因によるものか、非生物的要因によるものかを明らかにするために、各種バイオ炭添加後、オートクレーブ滅菌処理および非滅菌処理を行い、窒素添加後のN2O発生量を比較する。また29年度は、15Nトレーサー法を用いて微生物によるN2Oの発生経路を明らかにする予定である。また研究期間中において、土壌から発生するN2Oに関するレビュー論文を共同執筆する予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

平成27年度は予定どおり、土壌インキュベーション実験の実験条件を決定するための予備実験を行い、28年度および29年度に行う予定の実験条件を決定することができた。このため、順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

日本の農耕地土壌においてバイオ炭によるN2O発生抑制効果およびそのメカニズムを土壌インキュベーション実験により明らかにするために、以下の実験を行う。
（1）28年度はバイオ炭によるN2Oの削減が微生物的な要因によるものか、非生物的要因によるものかを明らかにするための実験を行う。　①土壌2種：黒ボク土、灰色低地土、②バイオ炭4種（もみ殻燻炭、竹炭、木炭2種）、③滅菌2処理：オートクレーブ滅菌処理および非滅菌処理、④窒素処理5処理：無窒素、NH4+-N, NO3-N, NO2-N, NH2OH-N；土壌（2）×炭（4）×滅菌（2）×窒素（5）×3連＝240
（2）バイオ炭（4種）による無機態窒素（NH4+-N, NO3-N, NO2-N, NH2OH-N）の吸着および脱着について調査する。
（3）29年度は、15Nトレーサー法を用いて微生物によるN2Oの発生経路を明らかにする。
（4）研究期間中において、土壌から発生するN2Oに関するレビュー論文を共同執筆する。