熱帯アジア・アフリカにおける生産生態資源管理モデルによる気候変動適応型農業の創出

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24228007
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 舟川 晋也 京都大学, 地球環境学堂, 教授 (20244577)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小崎 隆 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 教授 (00144345) ; 縄田 栄治 京都大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (30144348) ; 間藤 徹 京都大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (50157393) ; 渡邉 哲弘 京都大学, 地球環境学堂, 助教 (60456902) ; 杉原 創 九州大学, 学内共同利用施設等, 助教 (30594238)
• Project Period (FY): 2012-05-31 – 2017-03-31
• Keywords: 資源循環バランス / 温暖化対応 / 熱帯農業 / 生産生態資源管理

Outline of Annual Research Achievements

特に今年度得られた重要な成果について述べる。
1) タンザニア各地の農耕地における養分フラックスを観測した結果，年降水量が700～800 mm以下程度の地域では，そもそも作土層からの土壌水流出がほとんどみられなかったこと（モロゴロ州各調査地），それ以上の地域（イリンガ州砂質土壌，ムベヤ州粘土質土壌）においては，水・養分の下方流出に関して土性の影響がきわめて大きいことが明らかとなった。
2) カメルーン東部州の森林・サバンナ境界帯においては，特に森林および森林を開墾した耕地双方において，強い酸性条件下であるにもかかわらず，硝酸化成が活発で，硝酸イオンの下方流出が森林でさえも大きくなることが明らかとなった。これは生態学的にかなり珍しい事例であるといえ，この背景にある微生物プロセスの解明が，現在重要なテーマとなっている。
3) 他の温帯半乾燥地（カザフスタン，ハンガリー）で行った同種の圃場実験の結果とあわせて解析したところ，１回の降雨イベントにおける土壌有機物の分解率は，熱帯半乾燥地の中・細粒質土壌（タイ，タンザニア）の方で大きいこと，また可分解性有機物が過剰に存在する条件下では，後者において微生物バイオマスがより迅速に応答し増加することが明らかとなった。すなわち，ここで想定しているエフェメラル・ニッチの形成・作出は，熱帯地域においてこそより有効なアプローチとなりうることが示された。一方土壌有機物蓄積量のきわめて小さい熱帯砂質土壌においては，降水などによる土壌微生物の応答が些少なことも判明し，温帯・熱帯を問わず，砂質土壌における土壌有機物・微生物動態の管理は困難であることが示唆された。
4) インドネシア・カリマンタン島における土壌鉱物分布を，母材特性（けい長質か苦鉄質か）と温度条件という２つの生成条件から統一的に記述した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究のロードマップは大きく前期・後期の２期に分けて考えることができる。すなわち，
1) 課題2）～課題4）の個別成果を課題1）に統合し，元素動態モデルをより強化することに力点が置かれる前期。
2) 1）で構築したモデルと，課題5）および課題6）の個別成果を統合し，気候変動に対する持続性対応，技術的対応を可視化することを中心課題とする後期。
ここまで見てきたように，前期に重点的に取り組まれた課題群に関しこれまで一定の成果を得ていること，後期に中心課題となる課題5)，課題6)に関しても，気象データや土壌データなど基盤データの収集・解析・GIS化が進んでいることを勘案し，現段階での評価を「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」とした。
今後，課題1)～課題4)の内容を充実させるとともに，ここで得られた学術的成果を，気候変動に対する持続性対応，技術的対応として可視化し，幅広い専門の研究者あるいは農業実践者に理解していただけるモデルとして提示できるものとしたい。

Strategy for Future Research Activity

課題2）～課題4）の個別成果を課題1）に統合し，元素動態モデルをより強化するす。その上で，課題1)～課題4)を統合して構築したモデルと，課題5）および課題6）の個別成果を統合し，気候変動に対する持続性対応，技術的対応を可視化する。
1) 課題1)「農耕地生態系における炭素・窒素フラックスの同時管理」および課題2)「エフェメラル・ニッチ作出による土壌微生物の戦略的利用」に関わる現地圃場実験において，特に炭素・窒素安定同位体を利用した圃場トレーサー実験を行う。また下方流がごく少量と判断された半乾燥地タンザニアにおいては，1) バイパス流などによる下方フラックスの有無，2) 脱窒などの放出経路の再評価，を中心とした農耕地生態系からの資源損失の再評価を進める。
2) 課題3)「土壌鉱物性対応型侵食抑止技術の確立」に関わる圃場実験。平成27年度は特に，カメルーンFerralsols近縁土壌において詳細な解析を進めるとともに，実践的課題として，各地域において土壌表面被覆とはどのようなものか解析するための圃場実験を行う。
3) 課題4) 「低肥料適応型品種の作出」によって候補となったイネ品種の選抜を完了し，タイにて圃場実験を開始する。
4) 課題5)「広域レベルにおける生産生態資源管理モデルの開発」における各種データの統合。課題1)～3)の成果のうち，特に変動気候下における農地の持続性に関わる部分を構造化しGIS上で統合する。
5) 課題6)「栽培技術の最適化と可変的作付システムの開発」。圃場実験と合わせて各地域で広域調査を組織し，標高・斜度等の位置情報，現行の農民の作付け体系や栽培技術のバリエーション，土壌の分析データを追加収集する。また課題1)～4)の成果のうち，特に変動気候下における農耕技術的対応に関わる部分を構造化し，栽培技術の最適化と可変的作付システムの開発を行う。

Research Products

• [Journal Article] In situ short-term dynamics of CO2 flux and microbial biomass after simulated rainfall in dry croplands in four tropical and continental ecosystems (2015)
  • Author(s): Sugihara, S., Funakawa, S., Kadono, A., Takata, Y., Sawada, K., Fujii, K., Kosaki, T.
  • Journal Title: Soil Science and Plant Nutrition Volume: 61 Pages: 392-403
  • DOI: 10.1080/00380768.2015.1018800
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effect of vegetation on soil C, N, P and other minerals in Oxisols at the forest-savanna transition zone of central Africa (2014)
  • Author(s): 90.Sugihara, S., Shibata, M., Mvondo Ze, A., Araki, S., and Funakawa, S.
  • Journal Title: Soil Science and Plant Nutrition Volume: 58 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1080/00380768.2013.866523
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Rewetting of dry soil did not stimulate the carbon and nitrogen mineralization in croplands with plant residue removed in the Sahel, West Africa (2014)
  • Author(s): 91.Sugihara, S., Funakawa, S., Ikazaki, K., Shinjo, H., and Kosaki, T.
  • Journal Title: Tropical Agriculture and Development Volume: 58 Pages: 8-17
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Short-term effects of fire intensity on soil organic matter and nutrient release after slash-and-burn in Eastern Province, Zambia (2014)
  • Author(s): 92.Ando, K., Shinjo, H., Noro, Y., Takenaka, S., Miura, R., Sokotela, S.B., and Funakawa, S.
  • Journal Title: Soil Science and Plant Nutrition Volume: 60 Pages: 173-182
  • DOI: 10.1080/00380768.2014.883487
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estimating the relative contributions of root respiration and peat decomposition to the total CO2 flux from peat soil at an oil palm plantation in Sumatra, Indonesia (2014)
  • Author(s): 93.Sabiham, S., Marwanto, S., Watanabe, T., Funakawa, S., Sudadi, U., and Agus, F.
  • Journal Title: Tropical Agriculture and Development Volume: 58 Pages: 87-93
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of climatic and soil properties on cellulose decomposition rates in temperate and tropical forests (2014)
  • Author(s): 94.Hayakawa, C., Funakawa, S., Fujii, K., Kadono, A.,, and Kosaki, T.
  • Journal Title: Biology and Fertility of Soils Volume: 50 Pages: 633-643
  • DOI: 10.1007/s00374-013-0885-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of cropping and short-natural fallow rotation on soil organic carbon in the Eastern Province of Zambia (2014)
  • Author(s): 95.Ando, K.., Shinjo, H., Kuramitsu, H., Miura, R., Sokotela, S., and Funakawa, S.
  • Journal Title: Ecosystems and Environment Volume: 146 Pages: 34-41
  • DOI: 10.1016/j.agee.2014.06.012.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spatiotemporal variability in soil salinity and its effects on rice (Oryza sativa L.) production in the north central coastal region of Vietnam (2014)
  • Author(s): Nguyen, L.H.; Watanabe, T., and Funakawa, S.
  • Journal Title: Soil Science and Plant Nutrition Volume: 60 Pages: 874-885
  • DOI: 10.1080/00380768.2014.961030
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of vegetation on soil microbial C, N, and P dynamics in a tropical forest and savanna of central Africa (2014)
  • Author(s): 99.Sugihara, S., Shibata, S., Mvondo Ze, A., Araki, S., and Funakawa, S.
  • Journal Title: Applied Soil Ecology Volume: 87 Pages: 91-98
  • DOI: 10.1016/j.apsoil.2014.11.002
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] タンザニアの畑作地において作物残渣の施用法の違いが土壌呼吸速度と土壌有機物蓄積量に与える影響 (2014)
  • Author(s): 西垣智弘，杉原創，Methid Kilasara, 舟川晋也
  • Organizer: 日本熱帯農業学会第116回講演会
  • Place of Presentation: 九州大学箱崎キャンパス（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2014-10-03 – 2014-10-05
• [Presentation] アフリカ熱帯林域で休閑中に土壌炭素量が減少する理由の検討～下層植生に関するδ13Cを用いた検討～ (2014)
  • Author(s): 杉原創，柴田誠，MvondoZe A，荒木茂，舟川晋也
  • Organizer: 日本熱帯農業学会第116回講演会
  • Place of Presentation: 九州大学箱崎キャンパス（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2014-10-03 – 2014-10-05
• [Presentation] 西アフリカ・サヘル地域における洪水発生メカニズムの解明 (2014)
  • Author(s): 伊ヶ崎健大，真常仁志，田中樹，石川裕彦，舟川晋也，小崎隆
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス（東京都小金井市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] タンザニアの畑作地において作物残渣の施用法の違いが土壌呼吸速度に与える影響 (2014)
  • Author(s): 西垣智弘，杉原創，Method Kilasara，舟川晋也
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス（東京都小金井市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] 半乾燥疎開林地域の耕地における炭素・窒素収支の評価－南部アフリカ・ザンビアの事例－ (2014)
  • Author(s): 安藤薫，真常仁志，倉光源，三浦励一，舟川晋也
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス（東京都小金井市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] 森林・耕地土壌における窒素無機化の規定要因 (2014)
  • Author(s): 藤井一至，山田高大，柴田誠，村田資治，中西麻美，早川智恵，舟川晋也
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス（東京都小金井市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] 水田土壌の微粉際による重窒素標識硫安の非交換態への移行 (2014)
  • Author(s): 松岡かおり，森塚直樹，舟川晋也
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス（東京都小金井市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] 窒素供給能が異なる土壌における基質誘導呼吸速度に与える窒素・リン添加の影響 (2014)
  • Author(s): 沢田こずえ，稲垣善之，豊田剛己，舟川晋也，小崎隆
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス（東京都小金井市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] カメルーン火山帯の土壌における二次鉱物の分布 (2014)
  • Author(s): 上田史織，渡邉哲弘，中尾淳，杉原創，A. Mvondo Ze，舟川晋也
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス（東京都小金井市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] カメルーン熱帯林根域における酸性フォスフォターゼ活性の断面分布－窒素の吸収層位が異なる寝たチリンにおける地域間比較－ (2014)
  • Author(s): 柴田誠，杉原創，A. Mvondo Ze，荒木茂，舟川晋也
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス（東京都小金井市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] 中央アフリカ・森林－サバンナ境界域におけるリン酸蓄積形態の植生間比較－POM分画法による炭素とリンの量的関係－ (2014)
  • Author(s): 杉原創，柴田誠，A. Mvondo Ze，荒木茂，舟川晋也
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス（東京都小金井市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] Spatiotemporal variability of soil salinity and its effects on rice production in north central coastal region of Vietnum (2014)
  • Author(s): Nguyen, Lam Ho, Watanabe, T., Funakawa, S.
  • Organizer: 20th World Congress of Soil Science
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2014-06-08 – 2014-06-13
• [Presentation] “Fallow band system”, a do-nothing practice for controlling desertification and improving crop production in the Sahel, West Africa (2014)
  • Author(s): Ikazaki, K., Shinjo, H., Tanaka, U., Tobita, S., Funakawa, S., Kosaki, T.
  • Organizer: 20th World Congress of Soil Science
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2014-06-08 – 2014-06-13
• [Presentation] Effects of cropping and short natural fallow rotation on carbon balance in the semiarid tropics of Africa (2014)
  • Author(s): Ando, K., Shinjo, H., Kuramitsu, H., Miura, R., Funakawa, S.
  • Organizer: 20th World Congress of Soil Science
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2014-06-08 – 2014-06-13
• [Presentation] Effect of application method and quality of crop residues on soil nitrogen dynamics in maize croplands with contrasting soil texture in Tanzania (2014)
  • Author(s): Nishigaki, T., Sugihara, S., Kilasara, M., Funakawa, S.
  • Organizer: 20th World Congress of Soil Science
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2014-06-08 – 2014-06-13
• [Presentation] Nitrogen fluxes in the soil profile of tropical seasonal forests in Cameroon (2014)
  • Author(s): Shibata, M., Sugihara, S., Mvondo Ze, A., Araki, S., Funakawa, S.
  • Organizer: 20th World Congress of Soil Science
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2014-06-08 – 2014-06-13
• [Presentation] Effects of active aluminum and iron on phosphate extractability with special reference to soil micro- and meso-pores (2014)
  • Author(s): Watanabe, T., Hase, E., Funakawa, S., Kosaki, T.
  • Organizer: 20th World Congress of Soil Science
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2014-06-08 – 2014-06-13
• [Book] Soils of Kazakhstan, their distribution and mapping. In Novel Measurement and Assessment Tools for Monitoring and Management of Land and Water Resources in Agricultural Landscape of Central Asia (2014)
  • Author(s): Pachikin, K., Erokhina, O., and Funakawa, S.
  • Total Pages: 716
  • Publisher: Springer