2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of food production process engineering for sustainable agricultural system
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18H05342
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
神谷 秀博 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20183783)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
レンゴロ ウレット 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10304403)
豊田 剛己 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (30262893)
黄 光偉 上智大学, 地球環境学研究科, 教授 (30292882)
山下 善之 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60200698)
岡田 洋平 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80749268)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 農業エンジニアリング / 苗育種制御 / 土壌構造設計 / 開放型圃場 / 植物生育制御 / 人工培土 / 農業プロセスシステム / 疎水・親水制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で着目した強靭で耐久性、収穫性の優れた作物の生育には、種から苗に生育する過程が極めて重要であり、苗の育成のための培土設計が重要であることを農工両分野の研究者の議論により明らかにした。この議論に基づいて、籾殻、ゼオライト、バインダーからなる合成培土と標準的な既成培土による苗の生育試験を、実験室レベルで開始した。併せて、稲の専門家である本学農学研究院・大川泰一郎教授との連携を得て、規模の大きな本学水田のライシメータで実際に稲を育て、培地による成長への影響の実験を開始した。
次に、合成土壌・培土が強靭な苗を育成できる機構の基礎的解明のため、ガラスビーズ＋疎水性物質をモデル土壌として、水の物質移動（蒸発、保水挙動等）の基礎的解明、土壌構造の画像解析、二値化、親水性・疎水性を導入したうえで水の物質移動、保水状態のHYDRUS（本学農学研究院・斎藤教授との共同研究で実施）による解析法も学び、新規合成培土の優れた機構解析の基礎を構築した。
さらに、化学工場で発展したプロセスシステムを、農業生産に応用するため、制御モデルの構成因子、制御対象の明確化のため、input, out putの整理を行った。Input パラメータとして、温度、湿度、水分量、日照、培土の構造（詰め方、空隙率、充填率など）、Output データとして、収量、品質、生育状態などが挙げられ、通常の化学プロセスに比べ、データがかなり必要であることを明らかにした。また、農場でのデータから、新培土が有意に優れていることを定量的立証法の検討に必要な、同じFieldでの実験結果（収量、生育状態、根の張りぐわいなどの画像データ）の数値化、定量化手法を検討した。また、本手法の海外展開の可能性として中国北西部の黒河中流域、及びタイのチャオプラヤ河流域において、水汚染を抑制し、環境にやさしい農業方法の導入が喫緊課題であることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
強靭で耐久性、収穫性の優れた作物の生育に不可欠な苗の育成のための培土設計法として、籾殻、ゼオライト、バインダーからなる合成培土と、従来型培土の比較試験が、稲を対象に異なる規模、品種で、農学系研究者（大川教授）との新たな連携ができ、当初想定したより大きな規模で実施できる可能性が示された。島根県農協など、実際の圃場での適用も検討が開始されることになり、実験レベルと実際の圃場での検討を並行して実施が可能となり、実規模で、プロセスシステム工学の手法の応用可能性も検討できるなど、拡がりを見せている。また、基礎的な解析を目的としたモデル土壌も、ガラスビーズと疎水性粒子の組合せで検討が開始されており、このテーマも新たな農学系研究者（斎藤教授）との連携により解析方法を含め、新たな展開が構築できている。さらに、海外研究者との交流の結果、本研究で実施しているアプローチが、海外での農薬、肥料の供給過剰におる環境破壊、水質・土壌汚染が進んでいることにも起因して、環境に優しい新たな農業の展開として大きな関心があることが、明らかになり、本研究の手法を、海外にどのように普及するかなど、新たな課題も提起されるなど、進展ができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
籾殻、ゼオライト、バインダーからなる合成培土と標準的な既成培土による苗の生育試験を、実験室レベル、及び、稲の専門家である本学農学研究院・大川泰一郎教授との連携を本格的に進めながら、規模の大きな培地による苗の成長への影響の実験で得られた「苗」の生育状態を、根、葉など個別要素に着目して観察、解析する。また、得られた苗を、本学水田のライシメータで実際に稲を育て、稲の強靭さ、収量等に及ぼす培土による苗の生育の影響を定量的に検討し、本研究で対象とする人工培土の効果を検証する。
人工培土の微構造を詳細に分析しながら、苗の根の成長度合い等の比較観察結果に基づいて、ガラスビーズ、人工疎水性物質等を用いたモデル土壌での水、空気等の物質移動状態を画像解析法等も含め詳細に解析し、人工培土が優れた苗の育種が可能である機構の解明を行う。
さらに、従来の実圃場での稲作、作物生育場で実施されている水循環、温度管理、肥料等の供給に関する計測結果・データと、実際の作物の生育や成長のデータを比較検討し、農業プロセスに適用可能なシステム工学用制御モデルの基礎を構築する。
更に、社会科学的な側面を含め、本手法の海外展開に必要な方策、事業展開の在り方について、海外での農業実態の把握を進めながら、人工培土、プロセスシステム工学の適用による農業展開の可能性を検討する。
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Research Products
(8 results)
