水田における窒素除去機能を規定する環境要因とモデル化

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K06332
• Research Institution: Utsunomiya University
• Principal Investigator: 松井 宏之 宇都宮大学, 農学部, 教授 (30292577)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 脱窒 / 硝酸態窒素除去係数 / 対流 / 添加有機物 / 室内実験

Outline of Annual Research Achievements

水田が有する窒素除去機能は，広く認められているものの，その除去量を推定・評価できる汎用的なモデルは開発されていない。そこで，除去量に影響を与える環境要因として，温度，対流など水の流れ，土壌中の有機炭素濃度を想定し，これらが水田での窒素除去量に与える影響の検討を通して，除去量を概算できるモデルを提示することを目的として研究を進めた。
最終年度は圃場での検証を予定していたものの，研究協力者が水稲栽培を取り止めたため，やむなく追加の室内実験とこれまでに得られた実験結果の再検証を行った。最終年度に行った再検証を含め，本研究の成果は以下のように整理することができる。
水田における窒素除去は土壌表面に発生する藻類と湛水土壌中の脱窒菌により生じていることが示唆された。土壌表面に発生する藻類については十分な検討を行うには至らなかったものの，光が土壌面に到達する条件においては土壌表面に藻類が発生し，藻類による硝酸帯窒素の吸収が行われている可能性が高いことが示された。脱窒菌による硝酸態窒素の除去は土壌中の脱窒菌の種類により除去量が大きく異なることが示唆された。つまり，繰り返し行った種々の有機物を添加する実験を通じて，添加有機物が硝酸態窒素除去係数に大きな影響を与えることがわかった。このことは添加有機物により土壌中で優先する菌種が異なった結果であると考えられる。
菌種により硝酸態窒素除去係数は異なるものの，湛水中の水の流れが硝酸態窒素除去係数に影響を与えることがわかった。水面蒸発のある実験区と水面蒸発を抑制した実験区の比較では水面蒸発がある実験区において硝酸態窒素除去係数が大きくなり，水面蒸発量を制御した実験では，蒸発量が多い実験区において硝酸態窒素除去係数が大きくなる傾向が認められた。これらのことから，水面蒸発に伴い発生する対流が湛水土壌中への硝酸態窒素の供給に影響していることがわかった。