Evaluation of food cycle and its sustainability between extensive agricultural and urban areas focusing on the nitrogen cycle

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16KT0033
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 福岡 正人 広島大学, 総合科学研究科, 名誉教授 (70117232)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 齋藤 光代 岡山大学, 環境生命科学研究科, 准教授 (20512718) ; 田瀬 則雄 筑波大学, 生命環境系(名誉教授), 名誉教授 (40133011) ; 宮岡 邦任 三重大学, 教育学部, 教授 (70296234)
• Project Period (FY): 2016-07-19 – 2019-03-31
• Keywords: 大規模農業 / 窒素循環 / ブラジル

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、世界の食糧・エネルギー需給（循環）の持続可能性を評価するために、それらの循環量が世界で最も多い国の一つであるブラジルに注目し、食糧およびバイオエタノール生産の持続可能性について食糧の主要成分である窒素の循環を軸に評価することを目的とし、最終年である平成30年度は計画に沿って下記のとおり実施した。
（１）農業地域物質循環問題評価：2年目までにサンパウロ州のヒオ・クラロ試験地ピラスヌンガ試験地およびサン・カルロス試験地の農業試験地を対象に実施した地下水および地表水の調査結果、および窒素をはじめとする主要溶存成分、安定同位体などの分析結果についての取りまとめを行った。また、それらの結果に加えて既存情報や先行研究の内容を踏まえ、異なる土地利用（サトウキビ、大豆、トウモロコシなど）からなる農地スケールでの窒素収支を定量的に評価した。
（２）広域農地－都市物質循環影響評価：農地および都市域を含むサンパウロ州のティエテ川流域を対象に準分布型流域水・物質輸送モデル（SWAT）を適用し、流出解析を実施した結果、農地よりも都市部が主な窒素負荷源となっていることが明らかになった。一方で、本流沿いに分布するダムのトラップ効果によって、結果的に流域からの窒素負荷量が大幅に減少していることも明らかとなった。
（３）地域間循環影響評価：ブラジル最大のサトウキビの生産地であるサンパウロ州をはじめとした南東部地域では、近年生産量が頭打ちになっており、機械化や人件費の高騰が影響している可能性が明らかになった。一方で、人件費が安い北東部地域などでは生産効率的には採算ベースを確保しており、今後、サトウキビ栽培をはじめとする農業をとりまく持続可能な社会の構築・維持を実現していくうえでは、環境負荷との兼ね合いによるバランスの良い地域の発展の方向性を明らかにしていく必要があると考えられる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Sao Paulo(ブラジル)
  • Country Name: BRAZIL
  • Counterpart Institution: University of Sao Paulo
• [Journal Article] Evaluation of the spatial distribution of submarine groundwater discharge in a small island scale using the 222Rn tracer method and comparative modeling (2019)
  • Author(s): Zhu, A., Saito, M., Onodera, S., Shimizu, Y., Jin, G., Ohta, T., Chen, J
  • Journal Title: Marine Chemistry Volume: 209 Pages: 25～35
  • DOI: doi.org/10.1016/j.marchem.2018.12.003
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nitrogen dynamics in a highly urbanized coastal area of western Japan: impact of sewage-derived loads (2018)
  • Author(s): Saito, M., Onodera, S., Jin, G., Shimizu, Y., Taniguchi, M.
  • Journal Title: Progress in Earth and Planetary Science Volume: 5:17 Pages: 1～11
  • DOI: doi.org/10.1186/s40645-018-0177-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Nitrogen status of groundwater in agricultural area with several land use, southeastern Brazil (2018)
  • Author(s): Saito, M., Tase, N., Onodera, S., Saraiva, F., Terada, R., Hirata, R., Wendland, E., Tomozawa, Y., Rusydi, A., Fukuoka, M.
  • Organizer: 45th IAH congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nitrogen in groundwater of agricultural areas in Sao Paulo State, Brazil (2018)
  • Author(s): Saito, M., Tase, N., Saraiva, F., Terada, R., Hirata, R., Wendland, E., Onodera, S., Tomozawa, Y., Fukuoka, M.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nitrate concentrations of groundwater and surface water in Sao Paulo State, Brazil. The reasons why they are low. (2018)
  • Author(s): Tase, N., Saito, M., Shimizu, Y., Miyaoka, K., Fukuoka, M., Onodera, S., Hirata, R., Saraiva, F., Terada, R., Shirota, R., Wendland, E.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] An assessment of Water and Nutrient dynamics in a large agricultural watershed in Brazil using SWAT model An assessment of Water and Nutrient dynamics in a large agricultural watershed in Brazil using SWAT model (2018)
  • Author(s): Shimizu, Y., Saito, M., Onodera, S., Fukuoka, M., Hirata, R., Saraiva, F., Terada, R.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Possibility of Nitrogen Emissions Evaluation from the Viewpoint of State-Scale Agricultural Product Production and Transport in Brazil (2018)
  • Author(s): Miyaoka, K., Fukuoka, M., Tase, N., Onodera, S., Saito, M., Shimizu, Y., Shirota, R.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nitrogen dynamics in groundwater of agricultural area in southeastern Brazil (2018)
  • Author(s): Saito, M., Tase, N., Saraiva, F., Terada, R., Hirata, R., Wendland, E., Onodera, S., Tomozawa, Y., Rusydi, A., Fukuoka, M.
  • Organizer: International symposium in JAHS annual meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] An assessment of the impact of abandoned cultivated land on runoff and sediment discharge in a watershed scale (2018)
  • Author(s): Shimizu, Y., Saito, M., Onodera, S., Fukuoka, M., Hirata, R., Saraiva, F., Terada, R.
  • Organizer: International symposium in JAHS annual meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Can the Brazilian agriculture overcome nitrogen problems? (2018)
  • Author(s): Tase, N.
  • Organizer: International symposium in JAHS annual meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Possibility of Nitrogen Emissions Evaluation from the Viewpoint of State - Scale Agricultural Product Production and Transport in Brazil (2018)
  • Author(s): Miyaoka, K., Fukuoka, M., Tase, N., Onodera, S., Saito, M., Shimizu, Y., Shirota, R.
  • Organizer: International symposium in JAHS annual meeting
  • Int'l Joint Research
• [Book] 瀬戸内海流域の水環境 ―里水― (2018)
  • Author(s): 小野寺真一・齋藤光代・北岡豪一
  • Total Pages: 266
  • Publisher: 吉備人出版
  • ISBN: 9784860694630
• [Funded Workshop] 12th Terrestrial Environmental Research Workshop in 2018 (2019)
• [Funded Workshop] International research workshop for nitrogen cycle in Brazil (2019)
• [Funded Workshop] International symposium on "Nutrient transport and cycle driven by water cycle in tropical and subtropical region" in JAHS annual meeting (2018)
• [Funded Workshop] 10th Terrestrial Environmental Research Workshop in 2018 (2018)