2014 Fiscal Year Annual Research Report
プランテーションのダイナミックモデル開発による持続性評価と地域システムへの展開
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25220104
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
藤江 幸一 横浜国立大学, 先端科学高等研究院, 教授 (30134836)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金子 信博 横浜国立大学, 環境情報研究科(研究院), 教授 (30183271)
橘 隆一 東京農業大学, 地域環境科学部, 准教授 (20432297)
後藤 尚弘 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50303706)
森 也寸志 岡山大学, 学内共同利用施設等, 准教授 (80252899)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | バイオマス利用 / 地力維持・増強 / リサイクルとLCA / 物質循環システム / 環境負荷低減・クローズド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度の計画に従って、１）現地における研究環境およびサイトの整備推進、２）圃場試験区における土壌元素および微生物動態の解析、３）農産物加工プロセスにおける炭素とエネルギーの収支解析に加えて、４）バイオマス残渣の発生実態の把握とリサイクル推進に必要な炭素・窒素のフロー解析を開始した。
現地（インドネシア）Lampung大学にキャッサバ不耕起・草生栽培試験区を設定した。さらに同大学に、元素分析や土壌微生物群集の指標である菌体キノン分析を実施するための実験設備を整備し、現地圃場から採取した試料が分析可能な体制を構築した。これらにより、１）管理法の異なるサトウキビ・キャッサバ圃場の炭素動態や土壌微生物相変化の検討を行った。不耕起・加工残渣マルチ導入区では、表層土壌の炭素濃度が増加し、有機物減少が抑制でき、土壌微生物バイオマスの増加やその機能的多様性の増加により、化学肥料では補われない微量元素の供給・循環が向上していることが示唆された。また、土壌炭素の蓄積を促進する方法として、人工マクロポアを用いた土壌有機物の人工的下方浸透法で一定の効果が得られることを明らかにした。２）規模の異なるキャッサバ加工工場において加工プロセスにおける物質収支を検討した。大規模工場で採用されている遠心分離法と小規模の沈殿法ではキャッサバからの澱粉（タピオカ）回収率が異なり、排水量にも影響することを明らかにした。さらに、４）排出される温室効果ガス（GHG）量の85％が工場排水処理のラグーンから発生しており、ラグーンを覆蓋してバイオガスを回収することでGHG排出抑制とキャッサバ加工工場へのエネルギー供給が可能になるが示された。
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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
プランテーション圃場の単収向上に係る土壌と土壌生物のデータ集積を目標とし、さらに、ダイナミクスモデルと各サブテーマのすり合わせにより、必要な情報の効率的収集を実現した。
先行研究として設定したサトウキビプランテーション実験圃場だけでなく、現地Lampung大学にキャッサバ実験圃場を設定したことにより、栽培管理の違いによる作物生育、炭素・窒素の収支、土壌有機物の蓄積データが得られた。単収や土壌環境を予測するバイオマーカーの候補として土壌微生物群集構造をキノン、リン脂質脂肪酸、そしてシーケンシングの3つの手法で解析した。我々の知る限り、これは世界で初の成果である。
農産物加工プロセスにおける炭素やエネルギー収支について、規模の異なるキャッサバ加工工場やサトウキビ加工工場で物質フロー調査を行った。さらに、パイナップルの調査対象工場を選定した。キャッサバ加工工場の物質フロー解析から温室効果ガス（GHG）排出削減の余地が大きいラグーンに注目した。廃液から発生するメタンは、工場で使用する熱量と同等の熱量を保有することからエネルギーとして期待でき、工場から排出されるGHGを66%低減できることを解明した。
上記インドネシアで実施した研究に加えて、対照地域として宮古島を選定し、サトウキビ栽培と畜産業を組み合わせた地域自立型バイオマス残渣循環システム構築に向けて研究を行った。繁殖牛と肥育牛に関する炭素・窒素の元素収支の解明や、多様な施肥管理・栽培管理が行われているサトウキビ畑での実測により、島全体の物質フローを明らかにするとともに、環境負荷の少ない方法の提言を行うことができた。
これらの成果に基づき、プランテーションでの大規模栽培と島嶼地域における小規模栽培での研究結果から両者の特徴を明らかにし、バイオマス残滓の循環利用を基盤とするシステムダイナミックモデルの構築に活用できると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
熱帯の環境において保全管理を比較している圃場の定期的な土壌採取を継続して行い、土壌物性と有機物量、炭素、窒素、リン、カリの元素組成分析を実施する。土壌生物群集構造および管理法によるその変化を解析し、他所データとともにバイオマーカーの特性とその利用性を把握し、簡易なバイオマーカーを提示する。合わせて収量増加のための土壌環境改善の方策を検討する。これまでに得られた圃場データを用いて土壌炭素動態を予測・評価するため、改良Roth-Cモデルの適用性と係数の検討、改良Roth-Cモデルと植生成長モデルを組み合わせたモデルの完成を目指す。
農産物加工工場における炭素・窒素収支とエネルギー収支の調査・解析を継続して行い、圃場、加工プロセスとバイオマス残渣再資源化を連結した資源循環プロセスの設計に進むとともに、プランテーションシステムの最適化を支援するシステムダイナミクスモデル開発への展開を図る。
加工工場から排出された廃棄物（バイオマス残渣）と排水中の現状での処理における炭素・窒素などのフローの現場での調査と解析を継続する。再資源化残渣の圃場還元におけるインプット・アウトプット解析と、作物収量の評価結果を既往の知見とともに上記モデルの構築に供する。
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Research Products
(31 results)
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[Presentation] Short term effect of no-tillage and bagasse mulching on soil carbon through modification of water stable aggregate under sugarcane field in Lampung Province, Sumatra, Indonesia.2014
Author(s)
Miwa Arai, Koichi Fujie, Yasushi Mori, Ainin Niswati, I Gede Swibawa, Sri Haryani, Heru Gunito, Nobuhiro Kaneko
Organizer
First Global Soil Biodiversity Conference
Place of Presentation
Palais des Congres (Dijon, France)
Year and Date
2014-12-03 – 2014-12-03
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[Presentation] Fostering soil biodiversity for sustainable low cost agriculture.2014
Author(s)
Nobuhiro Kaneko, Toshiko Miura, Yukio Minamiya, Miwa Arai., Junpei Kimura, I Gede Swibawa, Sri Yusnaini, Ainin Niswati, Lumbanraja J, Utomo M, Sri Haryani, Heru Gunito, Koichi Fujie
Organizer
National Symposium on Agriculture “Strengthening Sustainable Agriculture to achieve Food Sovereignty and Biomass-based Energy Development”
Place of Presentation
Sheraton Hotel (Lampung, Indonesia)
Year and Date
2014-08-19 – 2014-08-20
Invited
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