| 研究課題/領域番号 |
17K07701
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
隅田 裕明 日本大学, 生物資源科学部, 教授 (70147669)
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| 研究分担者 |
川東 正幸 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 准教授 (60297794)
野口 章 日本大学, 生物資源科学部, 教授 (20222193)
長坂 貞郎 日本大学, 生物資源科学部, 准教授 (70318385)
小林 孝行 日本大学, 生物資源科学部, 助教 (10551228)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 土壌肥沃度 / 資源再利用 / 溶存有機物 / 有機物分解 / 炭素循環 / 物質循環 / 植物生育 |
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| 研究実績の概要 |
土壌肥沃度の維持、向上に各種有機性廃棄物を原料とした堆肥、コンポストの土壌施用により土壌肥沃度の維持向上に努めてきた。しかし堆肥、コンポストの製造は悪臭、後熟用地確保、熟度判定方法の確立、有害性重金属の混入等の問題を抱えている。食糧自給率40％を下回る日本では、食品製造原料となる農産物を国外から輸入すると共に国内農産地でも廃棄農産物量が増加している。これら食品原料、廃棄農産物は食品安全基準を満たす資材であると共に食品製造過程で廃棄される資材は単一原料であることから、良質な廃棄物の条件を備えていると考えられる。
多変量解析を用いて供試資材の化学組成および蒸留水抽出液成分について資材間、加熱焼成温度別に特性評価を実施した。農業廃棄資材として油菜、竹、籾殻、葛、稲藁の5種、食品製造廃棄物として納豆屑、おから、コーヒー豆残渣、鱗の4種の合計9種類の廃棄資材を供試した。各資材は65℃で通風乾燥後、200、250、300、350℃のマッフル炉内で15分間加熱焼成を行った。各加熱焼成物とガラスウールを交互に充填し、抽出液量比を1:10として静置抽出(25℃、24時間)を行った。
加熱焼成による重量残存率は全ての資材共に300、350℃で急激な減少を示し、特に食品製造廃棄物に由来する資材の減少割合が高かった。資材の化学組成によるクラスター分析の結果、資材の特性を反映した4クラスターから構成されていた。蒸留水抽出液成分は主成分分析の結果、3因子による累積寄与率は81.7％以上を示した。65℃、300℃では4クラスターと類似した分布を示したが、350℃では全く異なる分布様式を示し、資材の炭化が進行していた。300℃では資材由来の水溶性成分を反映したが、350℃ではそれら成分が大きく変化したことから、300℃、350℃の加熱焼成温度による組成変化を詳細に検討する必要が示唆された。
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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
供試資材の化学組成および加熱焼成物の水溶性無機成分の多変量解析による検討より、加熱焼成温度は300℃、350℃が適切であることが示唆された。
加熱焼成物より得られたWSOM（水溶性有機成分）の特性を三次元蛍光分光スペクトルによる解析を試みたが、標準物質を特定できないことから、スペクトルの検討方法にはピークフィット法の利用が必要であることが判明した。1Hおよび13C-NMRによるWSOM解析およびHPSEC分析による分子サイズの測定が残されている。
加熱焼成抽出溶液の分解特性をCO2発生量より検討した結果、ケイ素質である籾殻、コーヒー抽出残渣は350℃の加熱焼成温度により分解率が向上したが、他の資材では炭化が進行し、分解率は低下する結果が得られた。
加熱焼成物の分解特性を評価する必要が認められた。DOMの発芽試験では加熱焼成温度による生育阻害を検討したが、魚介類由来資材では塩類による生育阻害が認められたことから脱塩方法の検討が課題となった。
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| 今後の研究の推進方策 |
加熱焼成温度として300℃、350℃が適切であることが示唆された。本年度はWSOM（水溶性有機成分）の組成に焦点を絞り、加熱焼成温度65℃を対照区として、300℃、350℃で加熱焼成した試料を供試する。
三次元蛍光分光により得られたスペクトルをピークフィット法により解析を実施し、簡便なスペクトル解析方法を検討する。さらに1Hおよび13C -NMR並びにHPSEC分析による分子サイズの測定によりWSOMの差異を明らかにする。植物生育への重要な要因は窒素供給であると考えられることから、加熱焼成物の有機態窒素画分の形態分析を実施する。
WSOMの分解特性をCO2発生量より検討した結果、ケイ素質では分解率が向上したが、他の資材では炭化過程が進行し分解率は低下した。さらに加熱焼成物のバイオチャーとしての役割を評価するため、加熱焼成物の分解特性を評価する。
蒸留水抽出液を供試した発芽試験では電気伝導度を基準として実施したが、本年度は有機物含量を基準として実施し、ノイバウエルポット試験を実施し、作物生育と無機成分吸収量について検討する計画である。
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