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水田のメタン生成において細胞外電子伝達は重要か?二重同位体標識による直接定量

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ3116
補助金の研究課題番号 20J40189 (2020-2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2020-2022)
応募区分国内
審査区分 小区分41050:環境農学関連
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

研究代表者

梶浦 雅子 (2020-2021, 2023)  国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業情報研究センター, 主任研究員

特別研究員 梶浦 雅子 (2022)  国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 特別研究員(RPD)
研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2023年度: 238千円 (直接経費: 183千円、間接経費: 54千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード経路別メタン排出量 / イネ経由 / バブリング / 分離定量 / メタン排出量の日変動 / 品種間差 / 温度依存性 / 根の角度 / イネ経路 / バブリング由来のメタン排出量 / 夜間観測 / 経路別メタンフラックス / 分離定量法の開発 / 気泡バブル由来のメタン / 遊離酸化鉄 / 黒ボク土
研究開始時の研究の概要

メタン生成のプロセスとして注目されている、鉄還元菌からメタン生成菌への細胞外電子伝達が、実際の水田土壌において重要であるのか明らかにすることを目的とし、二重同位体標識物質を用いた培養実験を行う。一方、生成されたメタンの排出は主にイネの通気組織を介して、また土壌からのバブリングによって排出されるが、両者を分離定量する方法がなかったため、これを開発する。

研究実績の概要

本研究で得られた主要な成果は、水田からのメタン排出量を経路別に分析する方法を開発したことである。最新のメタン計で取得した高時間分解能のメタン濃度データを利用して、イネの通気組織を介した排出量と、土壌から上昇する気泡を介した排出量を効率的に分離・定量することが可能となり、水田からのメタン排出メカニズムに関する多くの知見を得ることができた。昼間に排出されるメタンのうち、泡由来の排出量は生育後期に増加し、全体の6割にも達する場合があることが分かり、従来の「イネ経由がほとんど」という知見を覆す結果を得た。各経路の排出量は品種や根の角度によって大きく異なり、日本の代表的な品種であるコシヒカリは他の品種に比べて泡由来の排出量が特に多く、全体の排出量も多かった。このことから、泡経路の排出量を削減することで、コシヒカリのメタン排出量を減少させる可能性が示唆された。泡由来の排出については、土壌で生成されるメタンの量が多く、気温や水温の上昇が大きいときに多く排出されることが判明した。泡由来の排出はイネ経路よりも気温や水温に敏感であり、生育後期に顕著な「排出量が昼高く、朝夕低い」という日変動の主な要因であった。ただし、この温度依存性は午前中に明瞭な線形関係を示すが、午後には不明瞭かつ非線形となる。したがって、多くの品種を比較する際などは午前中に測定し、温度補正を行うことが推奨される。最終年度では温度依存性に関する解析を深め、論文化した。COVID-19の影響により、当初計画していた同位体を用いた微生物実験は遅延したが、本研究で開発した水田からのメタン排出を経路別に定量する一連の技術や、その技術によって得られた知見の将来的な重要性は極めて高いと考えられる。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Diurnal variation in methane emission from a rice paddy due to ebullition2024

    • 著者名/発表者名
      Kajiura Masako、Tokida Takeshi
    • 雑誌名

      Journal of Environmental Quality

      巻: 53 号: 2 ページ: 265-273

    • DOI

      10.1002/jeq2.20553

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Appropriate chamber deployment time for separate quantification of CH<SUB>4</SUB> emissions via plant and ebullition from rice paddies using a modified closed-chamber method2022

    • 著者名/発表者名
      KAJIURA Masako、TOKIDA Takeshi
    • 雑誌名

      農業気象

      巻: 78 号: 1 ページ: 41-45

    • DOI

      10.2480/agrmet.D-21-00033

    • NAID

      130008140243

    • ISSN
      0021-8588, 1881-0136
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quantifying bubbling emission (ebullition) of methane from a rice paddy using high-time-resolution concentration data obtained during a closed-chamber measurement2021

    • 著者名/発表者名
      KAJIURA Masako、TOKIDA Takeshi
    • 雑誌名

      農業気象

      巻: 77 号: 4 ページ: 245-252

    • DOI

      10.2480/agrmet.D-21-00022

    • NAID

      130008102792

    • ISSN
      0021-8588, 1881-0136
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Pathway-specific emissions and dissolved CH4 pool in the soil as affected by different rice varieties2023

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Tokida, Masako Kajiura
    • 学会等名
      International Symposium on Agricultural Meteorology
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Diurnal variation in CH4 emissions from a rice paddy due to ebullition sensitive to temperature2022

    • 著者名/発表者名
      KAJIURA Masako、TOKIDA Takeshi
    • 学会等名
      International Symposium on Agricultural Meteorology
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 水田からの経路別メタンフラックスの推定に向けた新チャンバ設置法2021

    • 著者名/発表者名
      梶浦雅子、常田岳志
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Quantifying bubbling emission of methane from a rice paddy using high time-resolution concentration data during a closed chamber measurement2021

    • 著者名/発表者名
      Masako Kajiura, Tokida Takeshi
    • 学会等名
      International Symposium on Agricultural Meteorology 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A new chamber deployment strategy with a high time-resolution measurement: toward a separate quantification of CH4 emissions via plant and ebullition from rice paddies2021

    • 著者名/発表者名
      Masako Kajiura, Tokida Takeshi
    • 学会等名
      International Symposium on Agricultural Meteorology 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 日本の水田からのメタン排出量に影響を与える土壌特性~文献データの統計解析か らの考察~2020

    • 著者名/発表者名
      梶浦雅子、常田岳志
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-12-25  

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