2021 Fiscal Year Research-status Report
Consequences of intensive maize cultivation on soil microbiome and efficient nitrogen cycling in sub-Saharan Africa
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18KK0183
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
内田 義崇 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (70705251)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
多胡 香奈子 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 上級研究員 (20432198)
山本 昭範 東京学芸大学, 教育学部, 准教授 (20733083)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2023-03-31
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| Keywords | 炭素循環 / 土壌微生物 / 炭素欠乏 / 独立栄養細菌 / 無機態炭素固定 / 硝化菌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者らは、サブサハラアフリカにおける農地開発が土壌微生物コミュニティーの構造および機能にどのように影響を与えるかを調べてきた。これまでの研究では、硝化ポテンシャルはサイトの影響を大きく受けるが、同一サイト内では農地開発によって高くなる傾向が明らかになってきており、鍵となる硝化菌の種に着目して今年度は硝化機能遺伝子amoAの種レベルでのコミュニティー解析を進めた。その結果、硝化ポテンシャルが低いサイトでは、農地開発によってNitrosospira multiformisの相対存在量が増加しNitrosospira sp. Wyke8の相対的存在量が減少した。現在、これらの変動が土壌の硝化ポテンシャルとどのように関連しているのかについて解析を行っている。さらに、複数のザンビア産土壌を用いて、炭素投入（堆肥等）が土壌炭素動態や微生物多様性の変化にどのような影響を与えるかについても精緻に調査した。その結果、炭素投入の微生物多様性変化への影響は土壌によって大きく異なることがわかった。具体的には、炭素量が1%を上回り、水分保持力の大きい土壌においては、炭素投入の微生物への影響が小さくなり、炭素投入よりも水分量によって微生物多様性が変動することが定量された。また、炭素量が1%を下回るような極めて貧栄養な土壌においては、炭素投入による微生物量の増加、およびそれに伴う有機物分解速度の増加がより顕著であることも評価できた。
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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
これまで、土壌採取と主に基礎的な土壌物理化学性を調べ、さらに生物性（微生物コミュニティー構造など）を、次世代シークエンシングによりDNAデータを得、QIIME2やＲによる解析によって評価することができた。この結果、農地開発によって土壌炭素・窒素量は減少するにも関わらず微生物多様性は上昇することがわかり、ミュンヘン工科大学のSchloter教授らとともに論文投稿しSoil System誌に掲載された。また農地開発に対して存在量が変化しやすい（感受性の高い）硝化菌の種を洗い出すことができ、日本土壌肥料学会にてポスター発表した。さらに、複数のザンビア土壌を用いて行った、炭素投入が炭素動態や微生物多様性に及ぼす影響の研究について、現在Scientific Reports誌へ投稿中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究は、硝化菌の炭素固定能力と有機態炭素蓄積量・微生物多様性に着目して研究を行う予定である。そのために、炭素安定同位体を使った手法（Stable Isotope Probing）を用いる。この手法を用いて、硝化菌を介して有機態炭素が蓄積され、硝化菌以外の微生物へどのような影響が出ているのかを定量できる。将来的には、コストがかかる外部からの炭素投入（堆肥など）に依存せず、大気中の二酸化炭素を効率よく土壌炭素化できる農法確立に繋がる基礎情報を蓄積し、サブサハラアフリカにおいて、微生物機能を活用した土壌保全方法の提示につなげる予定である。
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| Causes of Carryover |
一部の実験を次年度に行うことにしたため、消耗品に利用する予定であった予算を次年度使用する予定とした。尚、全体の研究計画には変更は無い。
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