2019 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamics of micro-organism and small animals in the soil and their contribution to crop productivity in cover cropping
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18H02310
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
荒木 肇 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 教授 (30183148)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小松崎 将一 茨城大学, 農学部, 教授 (10205510)
西澤 智康 茨城大学, 農学部, 准教授 (40722111)
内田 義崇 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (70705251)
伊藤 崇浩 新潟食料農業大学, 食料産業学科, 講師 (10826457)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 窒素 / ネット温暖化係数 / 土壌微生物群集 / 線虫 / FAO-SAFA / 緑肥混作 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．緑肥を短期および長期導入圃場での作物生産性と温暖化緩和：（１）北海道大学生物生産研究農場におけるヘアリーベッチ（HV）とライムギの混作効果：混作すきこみによるトマト増収を解析し、ライムギ由来窒素はトマト定植後4-8週に無機化されて吸収、HV窒素の無機化もトマト生育後半に移動した。果実肥大時期と緑肥の窒素無機化のピーク時期の一致を認めた。（２）茨城大学国際フィールド農学センターの長期緑肥試験圃場における温暖化係数および農業持続性評価：不耕起とライムギでネット地球温暖化係数のシンクになり、気候変動緩和が推察された。FAOの持続的農業生産評価手法（SAFA）により、不耕起栽培が緑肥機能を生かすことが示唆された。
２．緑肥投入による土壌微生物の群集構造の変化：（１）茨城大学国際フィールド農学センターの不耕起圃場における耐水性土壌団粒内の微生物群集にライムギ前作の影響が認められた。真菌群集について、ライムギ前作圃場のマクロ団粒ではPezizomycetes綱の存在量が増え、Dothideomycetes・Leotiomycetes綱が多く存在した。細菌群集において、マクロ団粒で同綱が、ミクロ団粒はGammaproteobacteria綱が多くなった。（２）北海道大学生物生産研究農場の緑肥―レタス圃場では、緑肥がβグリコシダーゼ活性や土壌微生物バイオマス増加に関与し、窒素サイクルにおける微生物活動が認められた。セルロース分解能力のあるBacteroidetes 門やの存在割合が大きく、βグリコシダーゼ活性を高めるProteobacteria門も増加した。
３．緑肥導入圃場の土壌小動物による環境変動評価：北海道大学生物生産研究農場の施設トマト栽培土壌の戦中相調査により、緑肥の有無により環境指標が変化した。緑肥導入後には細菌が優占し、緑肥が堆肥よりも早期肥沃化への寄与が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１．緑肥導入圃場での持続的な作物生産性および温暖化緩和に関する研究評価：（１）北海道大学生物生産研究農場でのライムギとヘアリーベッチの混作すきこみにより、緑肥由来窒素の放出とトマト吸収が果実肥大期に同調されることを見出し、減肥料実現の科学的知見を提示した。（２）北海道大学生物生産研究農場で緑肥処理はβグリコシダーゼ活性や土壌微生物バイオマスに積極的に関与し、窒素サイクルにおける微生物活動を確認できた。（３）茨城大学国際フィールド農学センターの緑肥種と耕起法の長期試験において、温暖化ガスの排出・吸収についてネット地球温暖化係数（netGWP）による総合的評価、FAOの持続的農業生産評価手法による環境面の持続性評価を行い、温暖化抑制や農地管理の評価を可能にした。
２．緑肥投入による土壌微生物の群集構造の変化：（１）北海道大学生物生産研究農場で緑肥処理はβグリコシダーゼ活性や土壌微生物バイオマスに積極的に関与し、窒素サイクルにおける微生物活動を確認できた。（２）北海道大学・茨城大学とも微生物単離・定量手法が確立し、茨城大学では耐水性土壌団粒内の微生物群集について、真菌・細菌とも特定のグループ（門）の増加を認めた。北海道大学でもセルロース分解能力のあるBacteroidetes 門やβグリコシダーゼ活性を高めるProteobacteria門も増加を認めた。さらに微生物の増減にはバクテリアグループ間に正負の連関も認められ、窒素炭素循環の関与微生物探索の可能性が示されつつある。
３．緑肥導入圃場性の土壌小動物による環境変動評価：北海道大学生物生産研究農場における緑肥や堆肥をすき込み後の線虫相解析から、土壌線虫が環境指標（土壌肥沃度・有機物分解・生態系構造・攪乱抵抗）として活用可能でき、緑肥や堆肥では環境影響が異なることも明らかにされた。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．緑肥導入圃場での作物生産性、環境変動評価および温暖化緩和に関する調査：窒素栄養を中心とする作物生産性向上の機作は北海道大学生物生産研究農場の施設トマトで解析された。2020年は新潟食料農業大学において、緑肥・オオムギを前作したサツマイモ圃場での土壌線虫群集を解析し、線虫を環境指標として、土壌肥沃度形成や有機物分解経路、土壌生態系構造の発達度の評価に活用する。茨城大学国際フィールド農学センターの緑肥（ヘアリーベッチ、ライムギ、裸地）と耕起法（不耕起、プラウ、ロータリ）の長期圃場における炭素蓄積と生産性の関連と温暖化影響削減を評価する。
２．緑肥投入による土壌微生物の群集構造の変化：茨城大学では、不耕起―カバークロップ土壌のメタゲノム解析を行い、ライムギ緑肥と緑肥無処理での遺伝子レベルでの機能的特徴の差、特に物質循環系（窒素固定や無機化）の特異性を明らかにする。北海道大学では、レタス圃場において緑肥のライムギやヘアリーベッチ導入により変化するバクテリア、真菌のコミュニティをその存在量や群集を調査する。今後の解析で当初は両大学の土壌交換を予定していたが、推進会議ではR統計解析のqgraph等を活用した微生物群集のネットワーク解析が微生物導体と作物生産の関係考察に有効と考えた。また微生物動態の中心的な分類グループ（Key taxa）を見出し、それらと物質循環系（βグリコシダーゼや土壌微生物バイオマス）との関係を評価する。
３．研究成果の公開：2019年までと2020年の研究を通じて、微生物群集の変化、窒素を中心とする循環系の動き、窒素供給、作物生育促進につながる流れを解析し、緑肥投入圃場の生物的動態・多様性と生産力や環境保全機能との関連を考察する。成果を学術論文、学会報告およびWEB上での情報発信を行う。
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