半乾燥生態系での植物ー根圏微生物相互作用系を活用した緑化技術の開発

• Project/Area Number: 20KK0134
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 舘野 隆之輔 京都大学, フィールド科学教育研究センター, 教授 (60390712)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福澤 加里部 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 准教授 (10456824) ; 龍見 史恵 北海道大学, 農学研究院, 特別研究員(PD) (30883417) ; 細川 奈々枝 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (80821602)
• Project Period (FY): 2020-10-27 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000); Fiscal Year 2024: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2022: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
• Keywords: 黄土高原 / 土壌微生物 / 混植 / 緑化 / 窒素無機化 / 菌根菌 / 硝化 / 微生物機能群 / ネットワーク解析 / 根圏土壌 / 菌根 / 乾燥傾度 / 窒素循環

Outline of Research at the Start

半乾燥地の緑化は、植生回復を最優先で達成するために、地域ごとに様々な手法が提案されてきたが、生態系の持続可能性や生物多様性の維持などの新しい課題に対応した緑化技術は未だ開発途上である。本研究では、緑化の成否の背後にある生物学的なメカニズムを理解することで、在来樹種と微生物の生物間相互作用を活用した次世代型の緑化技術を開発することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

本課題は、半乾燥地で多様性な種が共存する天然林では見られるが、従来の単一植栽の植栽地ではみられないような土壌微生物群や機能群を特定し、さらに植物―微生物間の相互ネットワークのコアとなる微生物群や有機化合物を特定することで、荒廃地や放棄農地、従来の植栽地から在来種を中心とした天然植生へと誘導する次世代型の緑化技術の提案を目的としている。具体的には以下の課題について取り組む予定である。（A) 誘導目標としての多様な在来種が優占する天然植生に加え、外来種を用いた単一種による植栽地や荒廃地、農地において、それぞれコアとなる土壌の微生物群を特定するとともに、共生関係を含む根圏での有効な植物―微生物間の相互作用関係の全貌を明らかにする。（B) 在来種と従来の緑化種の根圏土壌での植物―微生物相互作用系が生態系機能に与えるメカニズ
ムを明らかにする。（C) 有効な植物―微生物相互作用系を活用した新しい緑化手法を開発する。
令和5年度は、渡航することができ、9－10月と2月の2回渡航した。課題（A）と（B）に関連して、9－10月の調査では、海外連携研究者と研究代表者のグループが長年調査を行ってきた調査地である陝西省延安市郊外の公路山試験地で在来種であるリョウトウナラ、油松、側柏の3種と外来種のニセアカシアの林分から対象木を選定し、根圏土壌、非根圏土壌、菌根菌群集を採取した。9－10月と2月の渡航時に採取した土壌を中国国内の共同研究者の研究室で前処理を行い、真菌と細菌についてメタバーコーディングを行う予定である。また土壌の化学分析の前処理を進め、中国国内の共同研究者の機関で依頼分析を実施する予定である。課題（C）に関しては、関連する文献調査を進めた。その他、新型コロナウイルス感染症拡大の影響で渡航が難しい期間に進めた調査地における過去のデータ解析や国内での方法論の検討に関しての論文を公表した。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

新型コロナウイルス感染症拡大の影響で、今年度ようやく予定していた現地調査を行うことが出来たが、試料の処理や解析が大幅に遅れている。

Strategy for Future Research Activity

中国国内で研究協力者等の協力の元、依頼分析を進めるなど必要なデータを速やかに取得できるように工夫する。大幅に残額が発生しており、2024年度の進捗次第では、期間延長を行うなど計画変更も視野に取り組む。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 中国科学院水土保持研究所/西南大学/北京大学(中国)
• [Int'l Joint Research] 中国科学院水土保持研究所/西南大学(中国)
• [Int'l Joint Research] 中国科学院水土保持研究所/西南大学(中国)
• [Int'l Joint Research] 中国科学院水土保持研究所/南西大学(中国)
• [Journal Article] Shift in the rhizosphere microbial communities between growing- and low-temperature dormant seasons in a northern hardwood forest (2023)
  • Author(s): Nakayama Masataka、Tateno Ryunosuke
  • Journal Title: Plant and Soil Volume: in press Pages: 1-17
  • DOI: 10.1007/s11104-023-06391-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Variations in litter-soil properties between planted and naturally restored forests drive microbial community structure and function (2023)
  • Author(s): Wang Haocai、He Xinhua、Zhang Yuejin、Xiao Junlan、Wang Hang、Ma Mingguo、Tateno Ryunosuke、Shi Weiyu
  • Journal Title: Applied Soil Ecology Volume: 189 Pages: 104977-104977
  • DOI: 10.1016/j.apsoil.2023.104977
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mycorrhizal type affects forest nitrogen availability, independent of organic matter quality (2023)
  • Author(s): Tatsumi Chikae、Taniguchi Takeshi、Hyodo Fujio、Du Sheng、Yamanaka Norikazu、Tateno Ryunosuke
  • Journal Title: Biogeochemistry Volume: 165 Issue: 3 Pages: 327-340
  • DOI: 10.1007/s10533-023-01087-y
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Presence of understory dwarf bamboo determines ecosystem fine root production in a cool-temperate forest in northern Japan (2023)
  • Author(s): Yanagawa Sanae、Fukuzawa Karibu、Takagi Kentaro、Shibata Hideaki、Satoh Fuyuki
  • Journal Title: Journal of Forest Research Volume: in press Issue: 3 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1080/13416979.2023.2169981
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rhizosphere effects on soil extracellular enzymatic activity and microbial abundance during the low-temperature dormant season in a northern hardwood forest (2022)
  • Author(s): Nakayama Masataka、Tateno Ryunosuke
  • Journal Title: Rhizosphere Volume: 21 Pages: 100465-100465
  • DOI: 10.1016/j.rhisph.2021.100465
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Differences in the short-term responses of soil nitrogen and microbial dynamics to soil moisture variation in two adjacent dryland forests (2022)
  • Author(s): Tatsumi Chikae、Taniguchi Takeshi、Du Sheng、Chen Qiuwen、Yamanaka Norikazu、Otsuki Kyoichi、Tateno Ryunosuke
  • Journal Title: European Journal of Soil Biology Volume: 110 Pages: 103394-103394
  • DOI: 10.1016/j.ejsobi.2022.103394
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Soil mineral fraction influences the bacterial abundance: evidence from a mineral and plant materials incubation study (2022)
  • Author(s): Yokobe Tomohiro、Hyodo Fujio、Tateno Ryunosuke、Tokuchi Naoko
  • Journal Title: Biogeochemistry Volume: 161 Issue: 3 Pages: 273-287
  • DOI: 10.1007/s10533-022-00978-w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of active aluminum on soil phosphorus forms in a forested watershed in Akita, Japan (2022)
  • Author(s): Nanae Hosokawa, Yuka Ozawa, Atsushi Hayakawa, Yuichi Ishikawa, Tadashi Takahashi
  • Journal Title: Geoderma Volume: 416 Pages: 115800-115800
  • DOI: 10.1016/j.geoderma.2022.115800
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Survival Rate, Chemical and Microbial Properties of Oak Seedlings Planted with or without Oak Forest Soils in a Black Locust Forest of a Dryland (2021)
  • Author(s): Tatsumi Chikae、Taniguchi Takeshi、Hyodo Fujio、Du Sheng、Yamanaka Norikazu、Tateno Ryunosuke
  • Journal Title: Forests Volume: 12 Issue: 6 Pages: 669-669
  • DOI: 10.3390/f12060669
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of vegetation restoration on soil carbon dynamics in Karst and non-karst regions in Southwest China: a synthesis of multi-source data (2021)
  • Author(s): Zhu Xiao-Cong、Ma Ming-Guo、Tateno Ryunosuke、He Xin-Hua、Shi Wei-Yu
  • Journal Title: Plant and Soil Volume: in press Issue: 1-2 Pages: 45-59
  • DOI: 10.1007/s11104-021-05220-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microbial functions and soil nitrogen mineralisation processes in the soil of a cool temperate forest in northern Japan (2021)
  • Author(s): Nakayama Masataka、Imamura Shihomi、Tatsumi Chikae、Taniguchi Takeshi、Tateno Ryunosuke
  • Journal Title: Biogeochemistry Volume: 155 Issue: 3 Pages: 359-379
  • DOI: 10.1007/s10533-021-00830-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In-situ measurement of the effect of canopy tree fine roots on nitrogen availability in forest soil (2021)
  • Author(s): Nakayama Masataka、Tateno Ryunosuke
  • Journal Title: Rhizosphere Volume: 18 Pages: 100324-100324
  • DOI: 10.1016/j.rhisph.2021.100324
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Timing of forest fine root production advances with reduced snow cover in northern Japan: Implications for climate-induced change in understory and overstory competition (2021)
  • Author(s): Fukuzawa, Karibu., Tateno, Ryunosuke., Ugawa, Shin., Watanabe, Tsunehiro., Hosokawa, Nanae., Imada, Shogo., Shibata, Hideaki.
  • Journal Title: Oecologia Volume: - Issue: 1 Pages: 263-273
  • DOI: 10.1007/s00442-021-04914-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Arbuscular Mycorrhizal Community in Roots and Nitrogen Uptake Patterns of Understory Trees Beneath Ectomycorrhizal and Non-ectomycorrhizal Overstory Trees (2021)
  • Author(s): Tatsumi Chikae、Hyodo Fujio、Taniguchi Takeshi、Shi Weiyu、Koba Keisuke、Fukushima Keitaro、Du Sheng、Yamanaka Norikazu、Templer Pamela、Tateno Ryunosuke
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 11 Pages: 583585-583585
  • DOI: 10.3389/fpls.2020.583585
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of soil nutrients and stand structure on aboveground net primary productivity of oak secondary forests in the forest-steppe transition zone of Loess Plateau, China (2020)
  • Author(s): Sun Meimei、Zhai Bo-Chao、Chen Qiu-Wen、Li Guoqing、Tateno Ryunosuke、Yamanaka Norikazu、Du Sheng
  • Journal Title: Canadian Journal of Forest Research Volume: - Issue: 9 Pages: 1208-1217
  • DOI: 10.1139/cjfr-2020-0459
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effect of snow removal on the fine root biomass, dynamics, and carbon and nitrogen concentrations of oak and dwarf bamboo, Sasa in eastern Hokkaido, Japan (2020)
  • Author(s): Hosokawa Nanae、Fukuzawa Karibu、Tateno Ryunosuke、Shibata Hideaki
  • Journal Title: Journal of Forest Research Volume: 25 Issue: 6 Pages: 405-412
  • DOI: 10.1080/13416979.2020.1826622
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ササ除去が森林土壌の窒素動態に及ぼす影響：複数サイトにおける観測から (2024)
  • Author(s): 福澤加里部・智和正明・舘野隆之輔・松山周平・菱 拓雄・杉山賢子・谷口武士・野村 睦
  • Organizer: 第135回日本森林学会大会
• [Presentation] 化合物組成の異なる根滲出物が森林土壌の微生物および窒素循環に与える影響 (2023)
  • Author(s): 中山理智・舘野隆之輔
  • Organizer: 第134回日本森林学会大会
• [Presentation] 林床植生の除去は森林土壌の窒素動態と樹木根の外生菌根菌組成を変化させるか？ (2023)
  • Author(s): 福澤加里部・谷口武士・中山理智・野村睦
  • Organizer: 第70回日本生態学会大会
• [Presentation] 林床植生除去に対する森林土壌の窒素動態の中長期的な応答 (2023)
  • Author(s): 福澤加里部、智和正明、菱拓雄、松山周平、野村睦
  • Organizer: 第134回日本森林学会大会
• [Presentation] Mycorrhizal fungi as a driver of biogeochemical cycling (2022)
  • Author(s): Tatsumi, Chikae
  • Organizer: The 12th Japan-US seminar in Plant Pathology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Relationship between forest mycorrhizal type and nitrogen-cycling functions of soil microbial communities: Implications from the rhizosphere scale to the ecosystem scale (2021)
  • Author(s): Chikae Tatsumi, Takeshi Taniguchi, Sheng Du, Norikazu Yamanaka, Ryunosuke Tateno
  • Organizer: Annual Meeting of the Ecological Society of America
  • Int'l Joint Research / Invited