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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Establishment of "Minimum-loss" agriculture

Research Project

Project/Area Number 17H06171
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

舟川 晋也  京都大学, 地球環境学堂, 教授 (20244577)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 矢内 純太  京都府立大学, 生命環境科学研究科, 教授 (00273491)
杉原 創  東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 特任准教授 (30594238)
柴田 誠  新潟食料農業大学, 食料産業学科, 助教 (40799607)
渡邉 哲弘  京都大学, 農学研究科, 准教授 (60456902)
沢田 こずえ  東京農工大学, その他の研究科, 特別研究員 (60795285)
真常 仁志  京都大学, 地球環境学堂, 准教授 (70359826)
Project Period (FY) 2017-05-31 – 2022-03-31
Keywords環境調和型農業 / 生態系 / 伝統農耕 / 土壌微生物 / 窒素フラックス
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、近代農業の諸問題を克服するために、「ミニマム・ロスの農業」を構築する。ミニマム・ロスとは、1)下層土からの溶存成分の流出、2)土壌表層からのガス成分としての放出、3)土壌侵食を通した土壌粒子・有機物の物理的除去、を最小にすることである。具体的には、生態学や地域研究(農耕技術論)の手法を大胆に取り込んだ上で、ミニマム・ロスの文脈で規範となり得る自然生態系、および比較的長期間にわたって持続性を担保されてきた伝統的農耕における生態学的・農耕技術的プロセスを広く探索・解明し、これらを近代農業の文脈で適用可能な技術要素として再構築した上で提示する。令和元年度における課題毎の成果は以下の通りである。
1) 生態系の資源獲得戦略から見た植物/微生物共生成立過程と窒素フラックス規定要因の解明:ベトナム中南部高地のOxisols, Ultisols、マレーシア半島部中部のOxisols, Ultisolsにおいて、物質動態のモニタリングを継続中である。2)植物/微生物共生等によるエネルギー変換・生化学反応の解明:令和元年度には、ベトナム中部のOxisols, Ultisols土壌を素材に、基質添加に対する微生物応答に基づいて生態系における窒素制限・リン制限を検討した。3) 在来作物品種の養分要求特性の解明:タンザニア北部の伝統的バナナ栽培、日本の水稲耕作の解析を継続中である。4) 水収支等水文過程の詳細実測および在来農耕における降雨特性・土壌特性に対する適応としての異なる表土管理の評価:ベトナム中部、ラオス北部、タンザニア、カメルーンのデータを併せて解析中である。5) 在来農耕/多品種同時栽培の再評価:特にタンザニアのバナナ混植栽培について、土壌の違いに着目し、有機物施用の効果と物質動態の把握を中心とした試験結果をとりまとめた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

課題1についてはすでに多くの有望な結果を得ており、現在段階2のプロセス群の整理に入っている。特にオキシソルとアルティソルにおいて、異なる養分獲得戦略が微生物あるいは微生物/植物共生系によって選ばれているかもしれないという仮説に関しては、今後本研究チームが得意とする土壌鉱物・化学的アプローチ(アルミニウムとリン酸の反応、室内実験系における窒素動態の詳細解析など)による検証作業を通して、格段の進展が見込まれる。
また土壌水の挙動に関する課題4においても、過去に蓄積してきたタンザニア(アルフィソル)、カメルーン(オキシソル、アルティソル)に加えて、本研究ではラオス、ベトナムのアルティソルにおいてデータを得た。ここで再度、オキシソルとアルティソルの違いという観点が出てきたが、これについては鉱物組成-有機物の介在-土壌構造の発達の連環から、より詳細な解析をコントロール下の条件によって行いたい。
課題1の根拠説明としての課題2は、現在蓄積したデータを解析している段階である。2019年度後半より、特に異なる条件下における課題1のモデル実験を、特に窒素に関して集中的に開始した。
在来農業に関わる課題3・5については、タンザニア北部の在来のバナナ複合栽培(アンディソル)に関して、まとまった分析結果を得ている。今後タンザニア北西部(アルティソル)におけるデータを補強するとともに、東南アジア、日本におけるデータを集積したい。すでに、2019年度後半より京都府において試験を開始した。
研究調書に記した研究の概要図において、段階1のプロセス解明は研究全体の70%くらいまでを占めるが、研究3年目が終了する現段階での到達度は、以上述べたように、おおむね「当初の目標に向けて順調に研究が進展しており、予定どおりの成果が見込まれる」と評価できる。

Strategy for Future Research Activity

課題1:生態系の資源獲得戦略(対窒素・リン)から見た植物/微生物共生成立過程と窒素フラックス規定要因の解明。課題1-1)で得られた窒素動態全体像の把握/環境負荷発生閾値の実測を、日本の農耕地において試みる。また現在進行中のオキシソルとアルティソルにおける物質動態の実測を継続し、特に窒素資源利用に関する統合的な結論を導きたい。
課題2:植物/微生物共生等によるエネルギー変換・生化学反応の解明。以下の観点から整理する。1) ブナ科などの外生菌根(ECM)性樹種およびスギやヒノキなどアーバスキュラー菌根(AM)性樹種と共生微生物の関係という観点から、そのエネルギー変換・生化学反応の解明を目指す。2) 異なる土壌(オキシソルとアルティソル)で成立する生態系の窒素制限・リン制限の機構解明。3) 低リン環境下における土壌微生物のリン獲得。
課題3:在来作物品種の養分要求特性の解明および課題5:在来農耕/多品種同時栽培の再評価。タンザニアのバナナ在来種栽培における資源循環図の完成を目指す。これに基づき、窒素やリン等の養分元素に関して、内部充足度あるいは外部投入への依存度、資源利用効率あるいは環境負荷率という環境農学的な評価手法をまとめる。また課題1・5と連携して、日本における同様の試みを実施し、前記の評価手法の妥当性を検証する。
課題4:水収支等水文過程の詳細実測および在来農耕における降雨特性・土壌特性に対する適応としての異なる表土管理の評価。これまでのフィールド実測データをとりまとめた上で、土壌構造を中心とした、土壌の鉱物学的特性―有機金属複合体の形成―土壌構造の形成―雨水によるその破壊と土壌侵食発生という連関に対する理解を深めるための室内モデル実験を進める。一方で、これまで得られた知見に基づいて、土壌侵食抑制を目指した、現地圃場における実証実験を行う。

  • Research Products

    (41 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (13 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Peer Reviewed: 12 results,  Open Access: 1 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 2 results) Remarks (3 results)

  • [Int'l Joint Research] フエ農林大学(ベトナム)

    • Country Name
      VIET NAM
    • Counterpart Institution
      フエ農林大学
  • [Int'l Joint Research] ソコイネ農業大学/ダルエスサラーム大学(タンザニア)

    • Country Name
      TANZANIA
    • Counterpart Institution
      ソコイネ農業大学/ダルエスサラーム大学
  • [Int'l Joint Research] ボゴール農業大学/バンドゥン工科大学(インドネシア)

    • Country Name
      INDONESIA
    • Counterpart Institution
      ボゴール農業大学/バンドゥン工科大学
  • [Int'l Joint Research] マラウイ農業省研究局(マラウイ)

    • Country Name
      MALAWI
    • Counterpart Institution
      マラウイ農業省研究局
  • [Int'l Joint Research] タミルナドゥ農業大学(インド)

    • Country Name
      INDIA
    • Counterpart Institution
      タミルナドゥ農業大学
  • [Int'l Joint Research]

    • # of Other Countries
      3
  • [Journal Article] Adaptation of farmland management strategies to maintain livelihood by the Chagga people in the Kilimanjaro Highlands2020

    • Author(s)
      Ichinose, Y., Higuchi, H., Kubo, R., Nishigaki, T., Kilasara, M., Shinjo, H., Funakawa, S.
    • Journal Title

      Agricultural Systems

      Volume: 181 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1016/j.agsy.2020.102829

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Central roles of livestock and land-use in soil fertility of traditional homegardens on Mount Kilimanjaro2020

    • Author(s)
      Ichinose, Y., Nishigaki, T., Kilasara, M., Funakawa, S.
    • Journal Title

      Agroforestry Systems

      Volume: 94 Pages: 1-14

    • DOI

      10.1007/s10457-019-00357-9

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Decoupling of protein depolymerization and ammonification in nitrogen mineralization of acidic forest soils2020

    • Author(s)
      Fujii, K., Yamada, T., Hayakawa, C., Nakanishi, A., Funakawa, S.
    • Journal Title

      Applied Soil Ecology

      Volume: 153 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1016/j.apsoil.2020.103572

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Forest understories controlled the soil organic carbon stock during the fallow period in African tropical forest: a 13C analysis2019

    • Author(s)
      Sugihara, S., Shibata, M., MvondoZe, A.D., Tanaka, H., Kosaki, T., Funakawa, S.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9:9835 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1038/s41598-019-46406-2

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Immediate and subsequent effects of drying and rewetting on microbial biomass in a paddy soil2019

    • Author(s)
      Sawada, K., Funakawa, S., Kosaki, T.
    • Journal Title

      Soil Science and Plant Nutrition

      Volume: 65 Pages: 710-718

    • DOI

      10.1080/00380768.2018.1534217

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Importance of CO2 production in subsoil layers of drained tropical peatland under mature oil palm plantation2019

    • Author(s)
      Marwanto, S., Sabiham, S., Funakawa, S.
    • Journal Title

      Soil & Tillage Research

      Volume: 186 Pages: 206-213

    • DOI

      10.1016/j.still.2018.10.021

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Soil-atmosphere exchange of nitrous oxide in two Tanzanian croplands: effects of nitrogen and stover management2019

    • Author(s)
      Zheng, J., Qu, Y., Kilasara, M.M., Nmari, W.N. Funakawa, S.
    • Journal Title

      Agricultural and Forest Meteorology

      Volume: 275 Pages: 24-36

    • DOI

      10.1016/j.agrformet.2019.05.009

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Nitrate leaching from the critical root zone of maize in two tropical highlands of Tanzania: Effects of fertilizer-nitrogen rate and straw incorporation2019

    • Author(s)
      Zheng, J., Qu, Y., Kilasara, M.M., Mmari, W.N., Funakawa, S.
    • Journal Title

      Soil & Tillage Research

      Volume: 194 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1016/j.still.2019.104295

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Kinetics of arginine ammonification to estimate microbial activity of N mineralization in forest and cropland soils2019

    • Author(s)
      Fujii, K., Yamada, T., Hayakawa, C., Nakanishi, A., Funakawa, S.
    • Journal Title

      European Journal of Soil Biology

      Volume: 92 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1016/j.ejsobi.2019.03.001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Soil properties that determine the mortality and growth of Haloxylon Aphyllum in the Aral region, Kazakhstan2019

    • Author(s)
      Matsui, K., Watanabe, T., Kussainova, M., Funakawa, S. 2019
    • Journal Title

      Arid Land Research and Management

      Volume: 33 Pages: 37-54

    • DOI

      10.1080/15324982.2018.1496187

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 沖縄県のサトウキビ畑土壌における可給態ケイ酸の定量とその規定要因の解析2019

    • Author(s)
      矢内純太,野口夏海,宮丸直子,中尾淳
    • Journal Title

      日本土壌肥料学雑誌

      Volume: 90 Pages: 13-21

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of Traditional Cultivation Management on CO2 Flux in the Dry Tropical Cropland of South India2019

    • Author(s)
      Seki, M., Sugihara, S., Miyazaki, H., Araki, R., Jegadeesan, M., Ishiyama, S., Tanaka, U., Tanaka, H.
    • Journal Title

      Agronomy

      Volume: 9 Pages: 347, 1-12

    • DOI

      10.3390/agronomy9070347

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effects of white lupin and groundnut fractionated rhizosphere soil P of different P-limited soil types of Japan2019

    • Author(s)
      Imai, K., Sugihara, S., Wasaki, J., Tanaka, H.
    • Journal Title

      Agronomy

      Volume: 9 Pages: 68, 1-15

    • DOI

      10.3390/agronomy9020068

  • [Presentation] ベトナム中部高地の森林生態系における生物学的過程への窒素・リン制限ー土壌学の観点2020

    • Author(s)
      岡田千裕,渡邉伸一,Lam Ho NGUYEN,沢田こずえ,渡邉哲弘,舟川晋也
    • Organizer
      第67回日本生態学会
  • [Presentation] 近代農業の限界と再生2019

    • Author(s)
      舟川晋也
    • Organizer
      第32回環境工学連合講演会
    • Invited
  • [Presentation] Distribution of soil organic carbon and its controlling factors in tropical volcanic regions2019

    • Author(s)
      Lyu, H., Watanabe, T., Hartono, A., Kilasara, M., Funakawa, S.
    • Organizer
      14th International Conference of the East and Southeast Asia Federation of Soil Science Societies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Soil properties controlling accumulation of C from plant residue2019

    • Author(s)
      Watanabe, T., Miyachi, A. Chen, Y-F, Zheng, J., Hartono, A., Pachikin, K., Funakawa, S.
    • Organizer
      14th International Conference of the East and Southeast Asia Federation of Soil Science Societies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Microbial immobilization of 15N labeled ammonium and nitrate following addition of polysaccharide with different quality2019

    • Author(s)
      Ma, Q., Zheng, J., Watanabe, T., Funakawa, S.
    • Organizer
      14th International Conference of the East and Southeast Asia Federation of Soil Science Societies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Livestock holdings control the soil fertility of the homegardens in the Kilimanjaro highlands, Tanzania2019

    • Author(s)
      Ichinose, Y., Nishigaki, T., Kilasara, M., Funakawa, S.
    • Organizer
      14th International Conference of the East and Southeast Asia Federation of Soil Science Societies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fertility Re-Evaluation of Paddy Soils after 50 Years of the Green Revolution (FREPS 50) ~ A Case Study in the Philippines ~2019

    • Author(s)
      Masai, F., Yanai, J., Timbas, N., Medina, S., Nakao, A., Abe, S. and Tanaka, S.
    • Organizer
      14th International Conference of the East and Southeast Asia Federation of Soil Science Societies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of the Green Revolution on long-term changes of fertility status of paddy soils in tropical Asia2019

    • Author(s)
      Yanai, J., Tanaka, S., Nakao, A., Abe, S., Hirose, M., Sakamoto, K., Masai, F., Saito, H., Kajiwara, N., Dejbhimon, K., Sriprachote, A., Kanyawongha, P., Lattirasuvan, T., Timbas, N., Medina, S., Tan, K. and Hafiz, K.
    • Organizer
      14th International Conference of the East and Southeast Asia Federation of Soil Science Societies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of active Al and Fe and degree of carbon saturation on organic matter accumulation2019

    • Author(s)
      Watanabe, T., Miyachi, A., Hartono, A., Funakawa, S.
    • Organizer
      8th International Symposium on Interactions of Soil Minerals with Organic Components and Microorganisms
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Relationship between soil microbial diversity and its carbon use efficiency under different land-use in Tanzania2019

    • Author(s)
      Kobayashi, H., Sugihara, S., Sawada, K., Kilasara, M., Tanaka, H., Murase, J., Lee, C.G., Toyota, K., Kosaki, T.
    • Organizer
      7th International Symposium on Soil Organic Matter, Adelaide SA Australia
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Long-term fallow management increased labile organic matter but not clay associated stable organic matter in Niger, West Africa2019

    • Author(s)
      Sugihara, S., Murayama, K., Ikazaki, K., Fatondji, D., Tanaka, H., Kosaki, T., Funakawa, S.
    • Organizer
      7th International Symposium on Soil Organic Matter, Adelaide SA Australia
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 四万十川流域における天然林のスギ人工化が土壌微生物群集組成とプライミング効果に及ぼす影響2019

    • Author(s)
      沢田こずえ, 稲垣善之, 渡邉哲弘, 國頭恭, 豊田剛己
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2019年度関東支部大会
  • [Presentation] インドネシアにおいて土壌の鉱物組成がアンモニウム固定能に与える影響2019

    • Author(s)
      太田奏江, 渡邉哲弘, 森塚直樹, Arief Hartono, 舟川晋也
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2019年度静岡大会
  • [Presentation] 小規模農業における土壌肥沃度を規定する世帯特性-キリマンジャロ山伝統農業の事例-2019

    • Author(s)
      一ノ瀬侑理,西垣智弘,Method Kilasara,舟川晋也
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2019年度静岡大会
  • [Presentation] 土壌特性が植物残渣の分解と蓄積に与える影響2019

    • Author(s)
      渡邉哲弘, 宮地新, Yu-Fang Chen, Jinsen Zheng, Arief Hartono, Konstantin Pachikin, 舟川晋也
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2019年度静岡大会
  • [Presentation] 熱帯アジアの水田土壌における「緑の革命」後50年間の肥沃度変化-タイ・フィリピン・マレーシアの比較2019

    • Author(s)
      矢内純太,田中壮太,中尾淳,阿部進,廣瀬美奈,阪本啓太,正井蕗子,齊藤晴義,梶原奈央,Dejbhimon, K., Sriprachote, A., Kanyawongha, P., Lattirasuvan, T., Timbas, N., Medina, S., Tan, K., Hafiz, K.
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2019年度静岡大会
  • [Presentation] フィリピンの水田土壌における「緑の革命」後50年間の肥沃度変化-因子分析による総合評価-2019

    • Author(s)
      正井蕗子,矢内純太,Nicola Timbas, Simplicio Medina, 中尾淳,阿部進,田中壮太
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2019年度静岡大会
  • [Presentation] 温度がアーバスキュラー菌根共生系の獲得するリン形態に与える影響2019

    • Author(s)
      宮島奈々子,杉原創,江沢辰広,田中治夫
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2019年度静岡大会
  • [Presentation] 土壌型を考慮した植物・微生物のリン可給化機序に関する研究2019

    • Author(s)
      杉原創
    • Organizer
      植物の栄養研究会・広島大会
    • Invited
  • [Remarks] 陸域生態系管理論

    • URL

      http://www2.ges.kyoto-u.ac.jp/lab/terrestrial-ecosystems-management/

  • [Remarks] 舟川 晋也

  • [Remarks] 京都大学 教育研究活動データベース 舟川 晋也

    • URL

      http://kyouindb.iimc.kyoto-u.ac.jp/j/eF1hS

URL: 

Published: 2021-01-27  

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