| Project/Area Number |
24K01869
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 41030:Rural environmental engineering and planning-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
濱 武英 京都大学, 農学研究科, 准教授 (30512008)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
折立 文子 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農村工学研究部門, 主任研究員 (90535303)
櫻井 伸治 大阪公立大学, 大学院農学研究科, 講師 (30531032)
伊藤 紘晃 熊本大学, くまもと水循環・減災研究教育センター, 助教 (80637182)
藤林 恵 九州大学, 工学研究院, 准教授 (70552397)
中村 公人 京都大学, 農学研究科, 教授 (30293921)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2026: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2024: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
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| Keywords | 有機態リン / フィチン酸 / 黒ボク土壌 / 下水汚泥肥料 / リン / 有機質肥料 / 土地利用型農業 / 黒ボク土 / 低地土 |
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| Outline of Research at the Start |
肥料需要の増加と水環境汚染を背景に，持続可能なリン資源循環の構築が求められている。しかし，実際の農地では依然としてリンが過剰に施用される傾向にある。そこで本研究は，水田（水稲）と畑地（小麦）の養分吸収の有効土層におけるリン動態の解明を通じて，有機質肥料を含む多様なリンの有効な利用方法を明らかにすることを目的とする。まず，室内栽培実験によって，有機態リンの分解過程や吸着態リンの放出過程を明らかにし，作物の成長（根の伸長）とリン吸収の変化を考慮したリン動態モデルを開発する。そして，現地観測による実態把握とモデルの検証・改良を行い，新しいリン肥沃度の評価のあり方を提案する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
リン資源の１つとして有望視されている下水汚泥肥料の効果を評価した。つくば市で採取した黒ボク土壌を用いてコマツナの栽培実験を行い，下水汚泥肥料のリン肥効を評価した。また，栽培後土壌中の可給態リン分析より，下水汚泥肥料中のリンの作物利用性を検証した。その結果，下水汚泥肥料を施用したコマツナは無施肥条件に比べ生育が良好であり，下水汚泥肥料のリン肥効が確認された．しかし，下水汚泥由来肥料を施肥基準量に合わせて施用した場合，化学肥料に比べコマツナの生長量が小さかったため，下水汚泥由来のリンの利用性は化学肥料よりも低いことが示唆された。ただし，化学肥料は移動性が高く，灌水によって根圏外にリンが流亡しやすい．一方で，下水汚泥肥料の施用により可給性の低い形態のリンが土壌中に蓄積する可能性が示唆された。冬季には，下水汚泥肥料と動物たい肥を用いて，小麦の栽培実験も行った。造粒乾燥方式により製造された下水の消化汚泥を由来とする肥料は小麦の生育に対するリン酸肥効を示したが，その効果は化学肥料および一般的な有機資材である牛糞堆肥よりも低く，消化汚泥由来肥料中のリン酸の一部は作物に利用されにくい形態であったか，黒ボク土に吸着されて作物に有効に利用されなかった，もしくはその両方の可能性が考えられた。有機態リンは土壌中に20～80%存在し，フィチン酸が主要形態である。そこで，黒ボク土を用いてフィチン酸の吸着バッチ試験を行い，無機態リンとの比較や土壌成分による吸着の違いから，フィチン酸の吸着特性を調べた。フィチン酸は6つのリン酸基がイノシトールにリン酸エステル結合をした構造であり，いくつかのリン酸基が粘土鉱物やFe, Al水酸化物に吸着する。シュウ酸抽出可能な結晶性の低いFe, Al含有量の多さが黒ボク土壌の吸着量の多さに寄与したと考えられる。
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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
計画通り栽培実験を行うことができた。コマツナ，小麦の栽培実験結果は成果のとりまとめを行っている。昨年度に下水汚泥肥料を用いて水稲の栽培実験も行っており，その解析を進めている。また，栽培実験後の土壌の化学分析についても随時行い，解析を進める。
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| Strategy for Future Research Activity |
低地土（水田）と黒ボク土（畑地）を円筒容器（高さ150 cm，直径30 cm）に充填し，温室において，それぞれ水稲と小麦を栽培する。有機質肥料として牛糞堆肥，鶏糞堆肥，下水汚泥肥料を用意し，添加量を段階的に変えた複数の条件（＋無添加，化学肥料のみ条件）で栽培を行う。円筒容器の側壁には一定の深さごとに観測孔を設け，各種センサー（土壌水分，pH，ORP等）により土壌環境の鉛直方向の変化を連続的に観測する。また，定期的に土壌間隙水を採取し，リン酸，各形態の窒素，溶存金属類の濃度を吸光光度法やICP質量分析法などによって定量し，物質の化学形態変化および鉛直移動を調べる。
土壌試料を恒温器内で長期培養する。定期的に土壌を採取し，溶液リン核磁気共鳴分光法（31P-NMR）によって土壌中のリンの各化学形態（リン酸，ポリリン酸，リン酸モノエステル・ジエステル等）の時間的変化を調べる。また，土壌DNA抽出と次世代シーケンサーによる網羅的解析によって，土壌微生物の群集構造の変化を調べる。そして，微生物のエネルギー源となる易分解性炭素（グルコース）の添加量や培養温度を変えた複数の条件で培養実験を繰り返し，土壌中のリンの化学形態変化の違いを明らかにする。
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