土壌の表面特性と微生物を活用した土壌・水・大気保全技術の確立

• Project/Area Number: 18H03963
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 41:Agricultural economics and rural sociology, agricultural engineering, and related fields
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 石黒 宗秀 北海道大学, 農学研究院, 教授 (00294439)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 波多野 隆介 北海道大学, 農学研究院, 農学研究院研究員 (40156344) ; 柏木 淳一 北海道大学, 農学研究院, 講師 (40241369) ; 内田 義崇 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (70705251) ; 荒木 肇 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 教授 (30183148)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥44,590,000 (Direct Cost: ¥34,300,000、Indirect Cost: ¥10,290,000); Fiscal Year 2022: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2021: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2020: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2019: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2018: ¥19,240,000 (Direct Cost: ¥14,800,000、Indirect Cost: ¥4,440,000)
• Keywords: 土壌 / 微生物 / 物質循環 / 汚染物質 / 環境保全 / 自然栽培稲作 / メタンガス / 窒素 / リン / 界面活性剤

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は，肥料成分や放射性物質・界面活性剤・温室効果ガスなどの汚染物質の土壌中における動態を，土壌の表面特性と微生物活動に着目して明らかにし，その知見を用いて，土壌・水・大気保全技術を確立することである．本年度は，昨年度に引き続き次の研究を行った．
無肥料無農薬水田における窒素の動態に及ぼす中耕除草の影響を明らかにするために，無肥料無農薬水田において，中耕除草０回区，２回区，５回区を設定すると共に，化学肥料と農薬を使用する慣行区を設定し，比較検討した．３年目の本年度は，中耕除草回数が増加するに従い，稲の生育と収量が増加した．昨年までは相違が無かったため，土壌環境が徐々に良くなってきたものと思われる．しかし，窒素量に関しては，明瞭な相違は認められなかった．土壌が更に良好な状態になるにはあと数年必要と考えられた．
界面活性剤の吸着実験を行う際，土壌中の腐植物質が土壌水中に溶解し，それが吸光度測定による界面活性剤濃度の結果に影響する．その影響を取り除くために，可視光領域400nm波長の吸光度を利用することで，正確な測定が可能なことを明らかにした．
水田から排出されるCH4の温室効果ガス発生量を調べたところ，無肥料無農薬中耕除草区は，慣行区と比較して発生量が少なくなり，温室効果ガス削減に寄与する傾向を示した．中耕除草回数が最も多い５回区で，CH4の放出が多く，有機物分解が進むことが示唆された．
窒素固定能を持つ二つの微生物科が自然農法水田で相対的存在比が高いことを実証した．これらは，RhizobialesとRhodospirillalesである．

Current Status of Research Progress

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

Reason

自然栽培稲作における明瞭な中耕除草の効果が認められるようになった．また，雑草が繁茂し始め，中耕除草の効果が表れた．以前の農薬散布の影響が減少し始めたと思われる．
アニオン性界面活性剤であるドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの多腐植質土壌中における吸着と脱着の実験で，溶存腐植物質の測定に及ぼす影響を除去することができた．
中耕除草水田において，メタンガスが中耕回数が多いほど多く発生する結果となり，有機物分解との関係が示された．
自然栽培稲作において，窒素固定細菌が多くなることが示された．

Strategy for Future Research Activity

これまでと同様，無肥料無農薬水田における窒素等養分の動態に及ぼす中耕除草の影響を明らかにするために，無肥料無農薬水田において，中耕除草０回区，２回区，５回区を設定すると共に，化学肥料と農薬を使用する慣行区を設定し，比較検討する．育苗に問題があったため，循環式催芽機を用いて発芽率を向上させ，自然栽培区・慣行区とも，農薬を使用しない温湯消毒法を採用して育苗条件を同じにして稲の生育を観察する．４年目の土壌中養分および稲の生育，メタンガス等温室効果ガスを調査するとともに，既に長年自然栽培稲作を行っている水田土壌を用いて，土壌微生物と窒素固定反応を調査する．
界面活性剤ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの多腐植質土壌中への吸脱着実験をバッチ法で行い，新しく開発した測定法を用いて，吸脱着量と時間の関係を測定し，吸脱着が移動現象に及ぼす影響を考察する基礎データとする．

Research Products

• [Int'l Joint Research] Justus-Liebig-University Giessen(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Tsinghua University(中国)
• [Int'l Joint Research] ラオス国立大学(ラオス)
• [Int'l Joint Research] ワーゲニンゲン大学(オランダ)
• [Int'l Joint Research] 南方科技大学(中国)
• [Journal Article] Intertillage during Natural Farming Rice Paddy Production Negatively Impacted the Microbial Abundances in Soils but Not Diversities (2021)
  • Author(s): Lin Jin-Feng、Minarsch Eva-Maria、Ishiguro Munehide、Uchida Yoshitaka
  • Journal Title: Applied and Environmental Soil Science Volume: 2021 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1155/2021/6676456
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comparison of Same Carbon Chain Length Cationic and Anionic Surfactant Adsorption on Silica (2020)
  • Author(s): Li Pengxiang、Li Tiejian、Ishiguro Munehide、Su Yang
  • Journal Title: Colloids and Interfaces Volume: 4 Pages: 34-34
  • DOI: 10.3390/colloids4030034
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 土壌中における溶質の吸着移動現象の基礎理論 Ⅲ．協同吸着・多層吸着・選択係数 (2020)
  • Author(s): 石黒 宗秀
  • Journal Title: 土壌の物理性 Volume: 145 Pages: 11-20
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Water, solute transport, and interfacial electric phenomena in soils (2019)
  • Author(s): Ishiguro Munehide
  • Journal Title: Soil Science and Plant Nutrition Volume: 65 Issue: 3 Pages: 223-227
  • DOI: 10.1080/00380768.2019.1601501
  • NAID: 210000155419
  • ISSN: 0038-0768, 1747-0765
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 土壌中における溶質の吸着移動現象の基礎理論 Ⅱ．ラングミュアの吸着式 (2019)
  • Author(s): 石黒 宗秀
  • Journal Title: 土壌の物理性 Volume: 141 Pages: 85-90
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison of strontium retardation for kaolinite, illite, vermiculite and allophane (2018)
  • Author(s): Zigong Ning, Munehide Ishiguro, Luuk K. Koopal, Tsutomu Sato & Jun’ichi Kashiwagi
  • Journal Title: J. Radioanalytical and Nuclear Chemistry Volume: 317 Pages: 409-419
  • DOI: 10.1007/s10967-018-5870-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 水田における除草作業がCH4主要排出経路に与える影響 (2021)
  • Author(s): 浪江日和・島田かさね・Shuang Shuang Zhao・石黒宗秀・波多野隆介
  • Organizer: ISPUセミナー
• [Presentation] Precise Estimation of Dodecylbenzenesulfonate (DBS) Under the Influence of Dissolved Organic Matter (DOM) Using UV- Spectrometry (2020)
  • Author(s): Imam Hossain, Munehide Ishiguro
  • Organizer: 土壌物理学会
• [Presentation] Study of inter-tillage weeding in paddy field without agricultural chemical and fertilizer (2020)
  • Author(s): Z. ZHOU, M. ISHIGURO and J. KASHIWAGI, H. ISHIZUKA, T. FUJII, K, FUJITA
  • Organizer: 土壌物理学会
• [Presentation] Effect of water flux on anionic surfactant transport in highly humic soil (2019)
  • Author(s): Li, A., M. Ishiguro, S. Kosugi
  • Organizer: 土壌肥料学会
• [Presentation] Study of inter-tillage weeding in paddy field without fertilizer and agricultural chemical: First year result (2019)
  • Author(s): Soluttanabong, V., 石黒宗秀，柏木淳一，荒木肇，周佩陽
  • Organizer: 土壌肥料学会
• [Presentation] 無肥料無農薬水田における表層土壌の変化とメタン排出 (2019)
  • Author(s): 沼館知也・波多野隆介・石黒宗秀
  • Organizer: 土壌肥料学会
• [Presentation] Nitrogen dynamics of inter-tillage weeding in paddy field without fertilizer and agricultural chemical in 2018 and 2019 (2019)
  • Author(s): 周佩陽・石黒宗秀・柏木淳一・V. Soluttanabong
  • Organizer: 土壌物理学会
• [Presentation] Investigation of how inter-tillage weeding and no-tillage affect distribution of Nitrogen fixation microbes within Natural Farming rice paddy (2019)
  • Author(s): J.F. Lin, E.M.L. Minarsch, Munehide Ishiguro, Yoshitaka Uchida
  • Organizer: The East and Southeast Asian Federation of Soil Science Societies
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The effect of inter-tillage weeding and no-tillage on the distribution of nitrogen-fixing microorganisms in natural farming rice paddy (2019)
  • Author(s): J.F. Lin, E.M.L. Minarsch, M. Ishiguro, Y. Uchida
  • Organizer: 日本生態学会北海道地区
• [Presentation] Influence of water flux on anionic surfactant (sodium dodecylbenzenesulfonate) transport in highly humic soil (2018)
  • Author(s): AILIN, LI, MUNEHIDE ISHIGURO AND SHIGEYORI KOSUGI
  • Organizer: PAWEES International Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Phosphate adsorption on soil colloids: Batch experiment and surface complexation modeling (2018)
  • Author(s): SHIGEYORI KOSUGI, KEISUKE FUKUSHI AND MUNEHIDE ISHIGURO
  • Organizer: PAWEES International Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study of inter-tillage weeding in paddy field without fertilizer and agricultural chemical: 2. Nitrogen dynamics (2018)
  • Author(s): Zhou, P., M. Ishiguro, J. Kashiwagi, S. Kobayashi, Y. Tsukakubo and V. Soluttanavong
  • Organizer: PAWEES International Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study of inter-tillage weeding in paddy field without fertilizer and agricultural chemical: 1. Rice growth and yield (2018)
  • Author(s): Soluttanavong, V., H. Araki, M. Ishiguro, J. Kashiwagi, S. Kobayashi, Y. Tsukakubo and P. Zhou
  • Organizer: PAWEES International Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study of inter-tillage weeding in paddy field without fertilizer and agricultural chemical：3. Phosphorus dynamics (2018)
  • Author(s): Y. Tsukakubo, M. Ishiguro, J. Kashiwagi, S. Kobayashi, S. Kosugi, Soluttanavong V. and P. Zhou
  • Organizer: PAWEES International Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 粘土コロイドの分散凝集性：表面錯体モデリングによる解析 (2018)
  • Author(s): 小杉重順・石黒宗秀・福士圭介
  • Organizer: コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] Sodium Dodecylbenzenesulfonate transport in highly humic soil: influence of water flux (2018)
  • Author(s): Ailin Li, Munehide Ishiguro, Shigeyori Kosugi
  • Organizer: コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] 土壌中における水・溶質移動と界面電気現象に関する研究 (2018)
  • Author(s): 石黒宗秀
  • Organizer: 土壌肥料学会
  • Invited
• [Presentation] Study of inter-tillage weeding in paddy field without fertilizer and agricultural chemical: 2. Nitrogen dynamics (2018)
  • Author(s): Zhou, P., M. Ishiguro, J. Kashiwagi, S. Kobayashi, Y. Tsukakubo and V. Soluttanavong
  • Organizer: 土壌物理学会
• [Presentation] Study of inter-tillage weeding in paddy field without fertilizer and agricultural chemical: 1. Rice growth and yield (2018)
  • Author(s): Soluttanavong, V., H. Araki, M. Ishiguro, J. Kashiwagi, S. Kobayashi, Y. Tsukakubo and P. Zhou
  • Organizer: 土壌物理学会
• [Presentation] 表面錯体モデルによるゲータイトの表面荷電モデリング (2018)
  • Author(s): 小杉重順・福士圭介・石黒宗秀
  • Organizer: 土壌物理学会
• [Presentation] 水田の酸化還元電位変化及び窒素循環への中耕除草の影響 (2018)
  • Author(s): 小林静紗・石黒宗秀・柏木淳一・塚窪裕梨・VhanKham Soluttanavong・Peiyang Zhou
  • Organizer: 土壌物理学会
• [Presentation] Influence of Contact Time on Anionic Surfactant (Sodium dodecylbenzensulfonate) Transport in Highly Humic Soil under Different Water Flux (2018)
  • Author(s): Ailin Li, Munehide Ishiguro, Shigeyori Kosugi
  • Organizer: 土壌物理学会
• [Presentation] 土壌へのラングミュア吸着式の適用 (2018)
  • Author(s): 石黒宗秀
  • Organizer: 農業農村工学会
• [Presentation] 無肥料・無農薬中耕除草水田における養分動態 (2018)
  • Author(s): 塚窪裕梨, 小林静紗, VhanKham Soluttanavong, Peiyang Zhou，石黒宗秀, 柏木淳一，荒木肇
  • Organizer: 農業農村工学会北海道支部
• [Presentation] 北海道大学有機水田で採集されたセジロウンカ雌に見られる翅２型の頻度推移 (2018)
  • Author(s): 笠井華乃・中崎蒼太・秋元信一・石黒宗秀
  • Organizer: 北海道応用動物・昆虫研究会
• [Presentation] 北海道大学有機・慣行水田における昆虫相の年間・季節間変動 (2018)
  • Author(s): 中﨑蒼太・笠井華乃・野口創一朗・石黒宗秀・秋元信一
  • Organizer: 北海道応用動物・昆虫研究会