持続的農業システムのための食料生産プロセス工学の開拓

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K20358
• 配分区分: 基金
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 神谷 秀博 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20183783)
• 研究分担者: レンゴロ ウレット 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10304403) ; 豊田 剛己 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (30262893) ; 黄 光偉 上智大学, 地球環境学研究科, 教授 (30292882) ; 山下 善之 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60200698) ; 大川 泰一郎 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (80213643) ; 岡田 洋平 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80749268)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 農業エンジニアリング / 人工培土 / 農業プロセスシステム / 土壌構造設計 / 土壌工学 / 植物生育制御 / 親水・疎水表面設計 / 開放型圃場

研究実績の概要

強靭で収穫性の優れた作物生産を目的に、籾殻等を原料とする開発合成培土と既成培土による苗の育成と、開放系圃場、農地での育成試験を前年度に続き実施した。試験作物は、分担者の大川開発した高収量米「さくら福姫」、分担者豊田によるトマト、豆類、野菜等を対象とした。開発培土は市販培土に比べて、苗の根の成長を促進し根乾物重が大きく、地上部乾物重も大きかった。更に、島根県の農家圃場での実証栽培を行い、開発培土は、軽量で、労力をかけず健苗育成が可能であり、慣行栽培と同等以上の生育、収量であるだけでなく、いずれの作物も工業製品と同様に均一に成長することを確認した。これは苗の段階で、極めて均等に成長するため、その後の生育も均質性を維持することを示し、広大な圃場で、水、温度、肥料成分濃度を少ない測定点で計測、制御でも生育管理が可能となることを立証した。この培土の優れた機構の解明を、分担者の豊田、Lenggoroと実施した結果、育苗時の細根率ならびに植物体のリン酸含量が高いために、圃場に移植後の生育が良好になったためと考えられた。また、窒素分についても土壌へのアンモニウムイオンの高い吸着容量を獲得する土壌構造設計法を検討し、熱、アルカリ処理したカオリン、ベントナイトが高い吸着性能を有するなど、低環境負荷の農業のため、土壌改良の重要性も検証した。これらの物理的、化学的要因を解析・制御するためのニューラルネットワークシステムの手法で解析するため、固体粒子と水の混合相での割合を制御・解析システムを開発した。
また、分担者の黄と、持続可能な農業システムを確立するため、農業による水域汚染や水害マネジメントを考慮するため、本事業成果の展開先として、国内の中山間地域、および輸出先とする中国北西部、中国浙江省温州市で、現行農業が地下水や河川への窒素、リン等による影響を解析し、汚染メカニズムを明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] University of Greenwich(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Greenwich
• [国際共同研究] 中国科学院(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 中国科学院
• [雑誌論文] Mechanistic Determination of the Role of Aluminum in Particle Adhesiveness at High Temperatures Induced by Sodium and Potassium Using a Synthetic Ash Strategy (2021)
  • 著者名/発表者名: Horiguchi Genki、Beppu Yuta、Yoshinaga Kentaro、Kamiya Hidehiro、Okada Yohei
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry & Engineering 巻: 9 ページ: 3727～3734
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c08483
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation and control of the adhesiveness of cohesive calcium carbonate particles at high temperatures (2021)
  • 著者名/発表者名: Horiguchi Genki、Kamiya Hidehiro、GarciaTrinanes Pablo
  • 雑誌名: Advanced Powder Technology 巻: 32 ページ: 283～289
  • DOI: 10.1016/j.apt.2020.12.009
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Engineering Plastic Fine Particles: Emulsion Castings Enabled by a Ternary System (2021)
  • 著者名/発表者名: Takezaki Hiroshi、Asano Itaru、Echigo Yuji、Kobayashi Hiroshi、Kamiya Hidehiro、Okada Yohei
  • 雑誌名: Industrial & Engineering Chemistry Research 巻: 60 ページ: 1067～1070
  • DOI: 10.1021/acs.iecr.0c05477
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adsorptive capacity of spray-dried pH-treated bentonite and kaolin powders for ammonium removal (2021)
  • 著者名/発表者名: Zaini Nurul Solehah Mohd、Lenggoro I. Wuled、Naim Mohd Nazli、Yoshida Norihiro、Man Hasfalina Che、Bakar Noor Fitrah Abu、Puasa Siti Wahidah
  • 雑誌名: Advanced Powder Technology 巻: 32 ページ: 637
  • DOI: 10.1016/j.apt.2021.02.036
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Maintaining higher leaf photosynthesis after heading stage could promote biomass accumulation in rice (2021)
  • 著者名/発表者名: Honda Sotaro、Ohkubo Satoshi、San Nan Su、Nakkasame Anothai、Tomisawa Kazuki、Katsura Keisuke、Ookawa Taiichiro、Nagano Atsushi J.、Adachi Shunsuke
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 7579
  • DOI: 10.1038/s41598-021-86983-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Measurement of the Shear Strength of Fly Ash Powder Beds (2020)
  • 著者名/発表者名: Aoki Nanami、Okada Yohei、Kamiya Hidehiro
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry & Engineering 巻: 8 ページ: 18864～18868
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c05280
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Flood Risk Management in Japan through a Recent Case (2020)
  • 著者名/発表者名: Fan Juan、Huang Guangwei
  • 雑誌名: Sustainability 巻: 12 ページ: 5357～5357
  • DOI: 10.3390/su12135357
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlling fly ash adhesion at high temperatures via porosity effect (2020)
  • 著者名/発表者名: Ito Masahiro、Horiguchi Genki、Hariu Takafumi、Ito Atsuki、Kamiya Hidehiro、Okada Yohei
  • 雑誌名: Powder Technology 巻: 374 ページ: 492～495
  • DOI: 10.1016/j.powtec.2020.07.057
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modification of Phosphorus-Rich Sewage Sludge Combustion Ash Using Pure Source Materials for Analysis of Ash Adhesion Behavior at High Temperature (2020)
  • 著者名/発表者名: Gao Juguan、Kamiya Hidehiro
  • 雑誌名: Energy & Fuels 巻: 34 ページ: 3797～3804
  • DOI: 10.1021/acs.energyfuels.9b04379
  • 査読あり
• [雑誌論文] Landraces of temperate japonica rice have superior alleles for improving culm strength associated with lodging resistance (2020)
  • 著者名/発表者名: Chigira Koki、Kojima Natsuko、Yamasaki Masanori、Yano Kenji、Adachi Shunsuke、Nomura Tomohiro、Jiang Mingjin、Katsura Keisuke、Ookawa Taiichiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 19855
  • DOI: 10.1038/s41598-020-76949-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 化学プラントのデジタルトランスフォーメーションに向けて (2021)
  • 著者名/発表者名: 山下善之
  • 学会等名: 化学工学会第８６年会
  • 招待講演
• [学会発表] 情報科学活用による化学プラントの変革に向けて (2021)
  • 著者名/発表者名: 山下善之
  • 学会等名: 本化学会第１０１春季年会
  • 招待講演
• [学会発表] DXを支える基盤技術と最新動向 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山下善之
  • 学会等名: 第51回計装制御技術会議
  • 招待講演
• [学会発表] ダイズシストセンチュウの新規生物的防除法の紹介 (2021)
  • 著者名/発表者名: 豊田剛己
  • 学会等名: 東京農業大学総合研究所研究会 生物的防除部会2020年度第2回講演会
• [学会発表] Innovative Flood Disaster Management for Sustainable Development (2021)
  • 著者名/発表者名: Guangwei Huang
  • 学会等名: 11th International Conference on Environment and Industrial Innovation, 2021.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 酸カルシウム微粒子の高温付着性評価と制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 堀口元規，神谷秀博，Pablo Garanes
  • 学会等名: 化学工学会第86年会，I219
• [学会発表] 化学プラントのデジタル改革に向けて (2020)
  • 著者名/発表者名: 山下善之
  • 学会等名: プラントショーOSAKA 特別研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Aerosolized nano-scale particles as tools for analysis and functionalization (2020)
  • 著者名/発表者名: W. Lenggoro
  • 学会等名: Functional Nano Powder International Conference 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 堆肥がもつ土壌病害と線虫害の抑制効果の利用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 豊田剛己
  • 学会等名: 有機農業研究者会議2020
  • 招待講演
• [学会発表] Towards Digital Transformation for Chemical Industry (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Yamashita
  • 学会等名: TwIChE, Taiwan+Remote
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Continuous Wavelet Transform with Neural Network for the Monitoring Chemical Process (2020)
  • 著者名/発表者名: Chinatsu Ukawa and Yoshiyuki Yamashita
  • 学会等名: 9th Asian Symposium on Process Systems Engineering (PSE Asia 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] ナノ粒子による下水汚泥燃焼灰の高温付着性の制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊東賢洋，堀口元規，伊藤敦貴，針生崇史，岡田洋平，神谷秀博
  • 学会等名: 粉体工学会2020年度春期研究発表会
• [学会発表] he role of surface treatment of soil particles in reducing water loss through evaporation (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Asanuma, K. Toyota, T. Nishimura, W. Lenggoro
  • 学会等名: International Chemical Engineering Symposia 2020 (IChES 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] The effect of hydrophobic particles on evaporation rate in a solar steam generation system (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Hasegawa, W. Lenggoro
  • 学会等名: The effect of hydrophobic particles on evaporation rate in a solar steam generation system
  • 国際学会
• [備考] 東京農工大学 神谷研究室
  • URL: http://web.tuat.ac.jp/~kamihide/
• [産業財産権] 下水汚泥焼却炉の煙道閉塞発生リスク評価方法 (2021)
  • 発明者名: 伊東 賢洋、神谷秀博、他6名
  • 権利者名: 伊東 賢洋、神谷秀博、他6名
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: ＰＲ０３－０００ＳＫ