| 研究課題/領域番号 |
23K23711
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| 補助金の研究課題番号 |
22H02446 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分41010:食料農業経済関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
矢部 光保 九州大学, 農学研究院, 教授 (20356299)
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| 研究分担者 |
徳村 雅弘 静岡県立大学, 食品栄養科学部, 助教 (20583016)
佐合 悠貴 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (20648852)
高橋 義文 九州大学, 農学研究院, 准教授 (60392578)
野村 久子 九州大学, 農学研究院, 准教授 (60597277)
小笠原 和也 九州大学, 農学研究院, 学術研究員 (70938109)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2024年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2023年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2022年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
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| キーワード | 消化液 / 濃縮バイオ液肥 / 水耕栽培 / 養液栽培 / 有機認証 / 糖度向上 / 日持ち向上 / 硝化 / 有機性廃棄物 / 資源循環 / 植物工場 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、有機性廃棄物から肥料成分を分離濃縮回収した濃縮バイオ液肥（Bio-CLF）について、その主要成分であるアンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換する硝化技術を開発し、養液栽培用のBio-CLFを製造する。そして、これを用いて、トマトやレタスの栽培を行い、養液栽培に向けた栽培技術の開発も進めていく。第２は、米国の有機認証団体や国内でもUSDA有機認証を取得している事業者などに対する調査を踏まえ、我が国への有機水耕栽培の導入可能性について明らかにする。第３に、慣行化学肥料生産と比較したBio-CLF生産の温暖化ガス削減効果を評価するなど、環境面からのBio-CLF生産の優位性を検証する。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、主に、濃縮バイオ液肥（Bio-CLF）の主要成分であるアンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換する硝化技術を開発し、養液栽培用Bio-CLFを製造してトマトの栽培試験を行った。
まず、養液栽培用Bio-CLFを生産するには、アンモニア態窒素を効率的に硝酸態窒素に変化する技術が必要である。そこで、酸化チタン光触媒を用いた硝化技術の開発に向け研究を進めた。具体的には、純水中において、高濃度のアンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換できることを確認した。その際、種々の反応条件が硝化反応に与える影響について反応速度論的に考察を行った。次に、実際の液体肥料中において硝化実験を行い、硝化反応が実際の液肥中においても起きることを確認した。酸化チタン光触媒は反応後に回収することできるため、本手法を用いることで、薬剤などを添加せずに、液肥中のアンモニア態窒素を硝化できるようになった。
次に、作物栽培体系および養液栽培用Bio-CLFの管理指標を構築するため、アンモニア態窒素主体の消化液を硝酸態窒素主体の養液栽培用Bio-CLFに変換し、中玉トマトを対象作物とし、施設園芸農家のガラスハウスにおいて、Bio-CLFおよび化学肥料を用いた養液栽培を実施し、生育および品質を比較した。中玉トマトは、成分調整したBio-CLFを用いて少量培地養液栽培した。その結果、Bio-CLF区の果実収量は、小ぶりのトマトになったため、化学肥料区よりも下回ったが、糖度は有意に２度ほど高くなった。このことから、高糖度の特性を生かした付加価値の高いトマトを生産するならば、収量減少の影響を超える売り上げが期待できるととともに、栽培技術の視点からは、Bio-CLFをトマトの少量培地耕栽培に適用する場合には、営農目的に応じて、濃度や給液量を調整する必要があることが示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
効率的な消化技術の開発については、酸化チタン光触媒による液肥中のアンモニア態窒素の硝酸態窒素への硝化反応について、まず、実験パラメーターの影響を定量的に評価するため、純水中において実験パラメーターを変化させて硝化実験を行い、反応速度論的に考察した。実験パラメーターとしては、初期アンモニア態窒素濃度やpH、酸化チタン光触媒濃度、酸化チタン光触媒の結晶構造などを考慮した。実験結果は、想定される硝化反応のメカニズムを基に構築した反応速度論モデルにより定量的に評価した。実際の液肥中においても硝化実験を行ってきた。
他方、Bio-CLFを用いた養液栽培技術の開発に向け、培土を充填した栽培ポット（0.7L）に中玉トマト品種 ’フルティカ’を1株ずつ定植し，1本仕立てで栽培した。処理区としては、山崎トマト処方の組成に合わせて調整したBio-CLF区および化学肥料区の計2処理区を設けた。給液量は生育段階に合わせて両処理区同量とし、給液頻度は7回/日、1回あたりの給液量は30ml/株とした。Bio-CLF区および対照区の栽培株数は各28株とした。処理区毎に10株を選定し、1段目果実収量および果実の糖度と酸度を測定した。一般に有機液肥による点滴給液では、そこに含まれる懸濁物質のために、給液装置の目詰まりが栽培管理上の課題となるが、本実験で使用しているBio-CLFはU F膜濾過を行なっているため、本実験中、点滴給液における大きな流量変化は見られず適切に養液が供給された。
このように、硝化技術および養液栽培用Bio-CLFによる栽培技術の開発については、ほぼ順調に研究が進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
硝化技術の開発については、より硝化反応の効率を上げるための実験条件について検討を行う。より具体的には、最適な実施条件や、最適な酸化チタン光触媒の結晶構造やその組み合わせ、その他の触媒の検討も含めて検討を進めていく。また、より多くの異なる種類のBio-CLFを用いて硝化実験を行い、液体肥料中に含まれる夾雑物質の硝化反応に与える影響についても検討する。
養液栽培用Bio-CLFによる栽培試験を進めるために、Bio-CLFを各作物の山崎氏処方の窒素濃度に合わせて希釈し、不足する成分については化学肥料を添加することで目標の成分組成となるように調整した。今後、成分毎に分離・濃縮する調整法を検討する必要がある。また、今回、Bio-CLF区と化学肥料区を同じ給液量で管理したことから、Bio-CLF区の低収、高糖度の主因は Bio-CLFに含まれる塩類による浸透圧ストレスであると考えられる。このことから、収量重視の営農目標を立てるのであれば、トマトの少量培地耕栽培用に給液量を調整する必要がある反面、高糖度・高付加価値トマトを生産することで純収益の増加を目的とするならば、このストレスによる反応を上手く利用することが重要である。したがって、営農目標に応じた栽培技術の開発・適用が今後の課題と考えられる。
このようなBio-CLFによる養液栽培の技術進化を受け、今後は肥料成分が過不足なく含まれる液肥原料を選択することで、有機資材認証可能な濃縮バイオ液肥の製造開発を行なっていく。さらに、米国有機認証を我が国で取得するための課題を明らかにするとともに、実際に取得のための手続きを進める。
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