| 研究課題/領域番号 |
21K05880
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分41050:環境農学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 |
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研究代表者 |
花島 大 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 北海道農業研究センター, グループ長 (20414708)
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| 研究分担者 |
前田 武己 岩手大学, 農学部, 准教授 (40333760)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 堆肥 / 低温環境 / 微生物 / 温度 / 基質 / 細菌 / RNA / 安定同位体 / 堆肥化 / 乳牛ふん |
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| 研究開始時の研究の概要 |
堆肥化処理は、乳牛ふんを有機質肥料に変換させる方法として広く用いられている。しかし低温環境下では、堆肥化を担う微生物群の活性が低下することで有機物分解が遅滞し、堆肥温度も上昇しないために、雑草種子、病原菌、および植物病害因子が堆肥中に残存する。そこで本研究では、低温環境下における堆肥化処理を活性化するために、低温環境下において代謝活性が高い微生物、加えてそれら微生物が利用している栄養成分（基質）を特定し、低温微生物にとって利用性の高い基質を人為的に補強することで堆肥化のスタートアップを強化し、低温環境という悪条件でも十分な温度上昇を実現できる堆肥化処理法を開発する。
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| 研究実績の概要 |
低温環境下で行う乳牛ふんの堆肥化処理においては、堆肥化反応が起こらない、または反応が遅延する傾向にある。しかし温度を中温域まで上げることができれば、その後は加速度的に温度が上昇する現象が認められている。そこで本研究では低温環境下の堆肥化反応のスタートアップに重要な役割を果たす微生物及び基質の特定を目的に掲げた。本研究において作出した微生物の自己発熱のみで堆肥化の温度上昇を再現できる小型堆肥化装置を用い、牛ふんと麦稈を原料とする対照区、原料の一部をデンプン、ポリペプトン、またはオレイン酸に置き替えた試験区の温度上昇を測定した。その結果、初発の５℃から10℃まで上昇するまでに要する時間が最も短いのは対照区であり、有機基質を添加した区はいずれも対照区以上の時間を要した。一方で有機基質を添加した区では、中温域での温度上昇の勾配が対照区よりも大きいことが示された。すなわち、原料へ添加した基質はスタートアップの起爆剤として作用するのではなく、中温域以降の活発な温度上昇の際に利用されていると推測された。経時的に採取した堆肥試料からRNA抽出を行い、細菌については16S rRNAを、真菌については18S rRNAをターゲットとしたアンプリコンシーケンスを実施した。堆肥温度が5 ℃から12 ℃に上昇する際に、細菌叢ではFirmicutesおよびTenericutesに属する微子物種の、真菌叢ではMucoromycotaに属する微子物種の存在比が有意に増加したことから、これら微生物が温度の立ち上がりに寄与していると考えられた。乳牛ふんは水分が高いため、好気的条件で堆肥化することが困難な材料と考えられている。そこで堆肥の堆積物底部にスノコ状構造物を設置することで余剰水分の排出と嫌気部位の解消による堆肥化促進を試みた。その結果、構造物を導入することで低温環境下でも温度上昇促進できることを見出した。
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