2014 Fiscal Year Annual Research Report
気候変動下の水田生態系の炭素循環を左右する窒素：メタン削減に繋ぐ機作の解明
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26252061
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| Research Institution | National Institute for Agro-Environmental Sciences |
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Principal Investigator |
林 健太郎 独立行政法人農業環境技術研究所, 物質循環研究領域, 主任研究員 (70370294)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 利拡 独立行政法人農業環境技術研究所, 大気環境研究領域, 上席研究員 (10228455)
小野 圭介 独立行政法人農業環境技術研究所, 大気環境研究領域, 主任研究員 (20549555)
常田 岳志 独立行政法人農業環境技術研究所, 物質循環研究領域, 任期付研究員 (20585856)
八島 未和(松島未和) 千葉大学, 園芸学研究科, 講師 (60527927)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | メタン / 窒素 / 水田 / 高CO2 / 気候変動 / イネ / 根域 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水田は強い温室効果をもつメタン（CH4）の発生源である．水田のCH4動態は地球システムの炭素循環と気候に影響を及ぼし，二酸化炭素（CO2）の大気濃度の増加や昇温は水田のCH4発生を促して気候変動を助長する．CH4発生は水田の炭素循環の一つの過程であり，その炭素循環はイネに対する窒素可給性の影響を強く受けると考えられる．本研究の目的は，気候変動下の水田のCH4発生削減に繋がる機作とその窒素条件の解明である．このために，平成26年度は主にポット試験および作物生産モデルの検証を行った．
ポット試験は窒素条件（窒素施肥なし，標準窒素施肥）およびイネ品種（コシヒカリ，タカナリ）の組み合わせで実施した．また無植栽ポットも設けることで，施肥ありイネなし，施肥なしイネあり，および施肥・イネなしの３通りの対照を用意した．主な調査項目は土壌とイネの窒素収支，イネの部位別バイオマス，土壌溶液溶存CH4濃度，および溶存アンモニア態窒素濃度とした．窒素収支に関するデータは解析中であるが，主な結果として，窒素施肥の有無によりバイオマスには15倍程度の差が生じたこと（元の土壌が貧栄養であったと解釈），コシヒカリに比べてタカナリは根のバイオマスが多いこと，窒素施肥なしのポットでは溶存CH4がごく低濃度で推移したことなどが挙げられる．
作物生産モデルについては，主にコシヒカリとタカナリの品種間差を表現するための検証とモデルの改良を行った．タカナリの特徴として，高CO2処理により窒素吸収が増えること，また，穂と根への窒素配分が多い一方で葉への分配は少ないことが見出され，少なくとも穂が窒素の強力なシンクであること，また，大きな根域で窒素を獲得していることの２点をモデルに導入する必要があることがわかった．
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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
平成26年度は開放系二酸化炭素増加実験（FACE）水田における試験よりもポット試験による窒素収支・分配のイネ品種間差を明らかにする方針に切り換え，また，これまで既往データの解析により作物生産モデルの改良点を見い出すことに集中し，一定の成果を挙げることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度のポット試験およびモデル検証・改良の成果を活用し，平成27年度はFACE水田においてフィールドレベルの窒素動態・収支の品種間差を明らかにするための重窒素標識実験を行うとともに，CH4の生成と酸化を分離して定量することにより水田のCH4動態を本質的に解明するためのメタン酸化阻害剤添加実験を行い，また，作物生産モデルについても実データ用いた検証を交えつつ，他のモデルとの比較検討を通じて更なる改良を行う．
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[Journal Article] Elevated CO2 affect community structure of rice root-associated bacteria2015
Author(s)
Okubo T, Liu D, Tsurumaru H, Ikeda S, Asakawa S, Tokida T, Tago K, Hayatsu M, Aoki N, Ishimaru K, Ujiie K, Usui Y, Nakamura H, Sakai H, Hayashi K, Hasegawa T, Minamisawa K
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Journal Title
Frontiers in Microbiology
Volume: 6, Article 136
Pages: 1-8
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Characterization of leaf blade- and leaf sheath-associated bacterial community and assessment of their responses to environmental changes of CO2, temperature, and nitrogen levels under field conditions2015
Author(s)
Ikeda S, Tokida T, Nakamura H, Sakai H, Usui Y, Okubo T, Tago K, Hayashi K, Sekiyama Y, Ono H, Tomita S, Hayatsu M, Hasegawa T, Minamisawa
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Journal Title
Microbes and Environments
Volume: 30
Pages: 51-62
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Effects of elevated carbon dioxide, elevated temperature, and rice growth stage on the community structure of rice root-associated bacteria2014
Author(s)
Okubo T, Tokida T, Ikeda S, Bao Z, Tago K, Hayatsu M, Nakamura H, Sakai H, Usui Y, Hayashi K, Hasegawa T, Minamisawa K
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Journal Title
Microbes and Environments
Volume: 29
Pages: 184-190
DOI
Peer Reviewed
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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, Indonesia2015
Author(s)
Arai M, Fujie K, Mori Y, Niswati A, Swibawa G, Haryani S, Gunito H, Kaneko N
Organizer
First Global Soil Biodiversity Conference
Place of Presentation
Palais des Congrès, Dijon, France
Year and Date
2015-12-03
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[Presentation] Prediction of soil nitrogen mineralization as affected by in-situ warming in paddy fields in Japan2014
Author(s)
Sudo S, Matsushima MY, Tokida T, Hayashi K, Kawai Y, Katayanagi N, Miura S, Inubushi K, Hasegawa T
Organizer
20th World Congress of Soil Science
Place of Presentation
International Convention Center, Jeju, South Korea
Year and Date
2014-06-09
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