| 研究課題/領域番号 |
16K07649
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
平舘 俊太郎 九州大学, 農学研究院, 教授 (60354099)
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| 研究分担者 |
山口 紀子 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境変動研究センター, ユニット長 (80345090)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 家畜堆肥 / 表面吸着 / リン酸アルミニウム / リンの状態分析 / 化学状態変化 / 黒ボク土 / 固体核磁気共鳴 / アロフェン |
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| 研究実績の概要 |
家畜堆肥は、リン含有量が高いことから、リン肥料の代替資材として期待されている。数種の家畜堆肥について固体P-核磁気共鳴スペクトルを測定したところ、7ppmから-7ppmの間にいくつかのシグナルが観測され、最も大きなシグナルは3ppm付近のシグナルであった。これまでに実施した標準リン化合物のスペクトル測定結果などから、これらは主として水溶解度の高いリン酸塩に由来すると考えられた。これら家畜堆肥を黒ボク土に添加し、一定水分条件下、25℃にて3日間～3か月間インキュベートし、その固体P-核磁気共鳴スペクトルを測定したところ、2ppmから-6ppmの間にシグナルが観測され、最も大きなシグナルは2ppm付近のシグナルであった。黒ボク土に強く吸着され植物が利用しにくい形態となったリン酸は、-6ppmから-12ppmまでシフトすることが明らかになっているが、家畜堆肥に含まれるリン酸塩は土壌に施用されても強く吸着されにくいことが明らかになった。この現象の原因として、家畜堆肥に含まれる何らかの成分がリン酸の吸着を妨げている可能性が示唆された。
黒ボク土中に含まれるアロフェンは、リン酸と反応して難溶性の化合物を生成するが、その化学反応生成物はリン酸の表面吸着であるのか、あるいはリン酸アルミニウムの沈殿であるのか、明確な結論は得られていない。そこで、精製した天然アロフェンとリン酸との反応生成物とともに、リン酸アルミニウムの沈殿を調製し、これら試料の固体P-核磁気共鳴スペクトルを測定した。その結果、リン酸濃度が0.01～0.1mM程度の低濃度であればリン酸はアロフェン表面に吸着されること、リン酸濃度が1～4mM程度の高濃度であれアロフェンから溶解したアルミニウムイオンとリン酸が反応してリン酸アルミニウムの沈殿が生成することが明らかとなった。
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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
平成28年度は、肥料として土壌に投入される標準的な無機P化合物を収集し、その固体試料については固体P-核磁気共鳴スペクトルを、またそのアルカリ抽出物については液体P-核磁気共鳴スペクトルを測定し、P化合物の化学構造とケミカルシフト値の関係を整理するとともに、ケミカルシフト値と水溶解度あるいは植物利用可能性の関係を推定した。平成29年度は、施肥履歴の明らかな土壌試料を対象に、固体および液体P-核磁気共鳴スペクトルを測定し、平成28年度に得られた知見を適用することによって、土壌中におけるPの化学形態を明らかにした。平成30年度は、P肥料の代替資材として期待されている家畜堆肥について、含まれるPの化学構造とともに、土壌に加えられた後のPの化学形態変化や動態を固体P-核磁気共鳴スペクトルを測定することにより明らかにした。また、アロフェンとリン酸の反応生成物の化学構造を推定した。これらの研究により、核磁気共鳴スペクトルを用いて、土壌中に加えられたPの化学形態変化を追う手法の有用性が確かめられた。
本研究の全体計画からみれば、当初の計画通りに順調に進捗していると考えられる。しかし、本研究が進む中で、これら土壌および土壌鉱物と反応したPは、さらに長い反応時間を経ることにより別の化学形態に変化する可能性も考えられた。そこで、平成31年度は、科学研究費助成事業（学術研究助成基金助成金）補助事業期間を1年間延長し、この可能性を検証するための研究を追加で実施することによって、本研究目的をより精緻に達成することとした。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成31年度は、科学研究費助成事業（学術研究助成基金助成金）補助事業期間を1年間延長し、家畜堆肥と土壌の反応によって得られる生成物を、より長期間にわたって固体P-核磁気共鳴スペクトルを観測する。また、可能であれば、追加的な実験にも挑戦したい。本研究では、これまで栃木県下の農耕地土壌を用いてきたが、土壌の性質は日本国内であっても多様であるため、他の地域での土壌についても固体P-核磁気共鳴スペクトルを測定したい。具体的には、(1)Pの施肥履歴が明らかになっている草地土壌およびそれに隣接する林地土壌の比較、(2)施肥履歴はないが海鳥の営巣活動によってPが蓄積している土壌、などついて本研究手法を適用したい。また、Pをとりまく化学構造が明らかになっていない肥料資材である「ようりん」について解析を進め、必要であればさらなる追加実験を行い、より確かデータを得たい。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成30年度は、家畜堆肥、および家畜堆肥と土壌の混合物を効率的に収集・調製できた。また、天然アロフェンも、高純度の試料を安価に調製できた。このため、当初の予定よりも経費を低く抑えることができた。
平成31年度は、家畜堆肥と土壌の反応によって得られる生成物を、より長期間にわたって固体P-核磁気共鳴スペクトルを観測する。また、アロフェンとリン酸の反応生成物の解析をより深く進めるとともに、表面吸着あるいは沈殿が生成する反応条件をより詳しく調べる。また、学会等での発表をより積極的に進める計画である。
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