2019 Fiscal Year Annual Research Report
肥料として農地に投入されたリンが土壌微細構造内で不均一に蓄積するメカニズムの解明
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18H02116
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋本 洋平 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (80436899)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 蓄積リン / XANES / NMR / 化学肥料 / 堆肥 / 土壌微細構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
堆肥として土壌に投入されたリンは、化学肥料由来のリンに比べ、作物に利用されやすい傾向があることが知られている。2018年度は、1）化学肥料を連用した土壌においては、リンは土壌構造内全体に比較的均一に分布すること、2）牛ふん堆肥施用土壌では均一に分布するリンのバックグラウンド上に、リンのホットスポットが不均一に分布することを示した。2019年度は、NSLSIIのテンダーX線マイクロビームを利用してホットスポット上に集積したリンのμXANES測定をおこない、リンの形態を特定した。堆肥連用土壌のホットスポット上のリンの形態は土壌ｐHにより異なり、ｐH6の土壌では、鉄鉱物吸着態、ｐH7ではカルシウム結合態が主体であった。リンを吸着した鉄鉱物は、土壌団粒の外側を覆うように存在していた。バルク土壌の固体31P-NMR分析結果より、ｐH7の土壌で堆肥連用によって蓄積するカルシウム態リンはハイドロキシアパタイトであることをつきとめた。これまで、ホットスポット上のリンの形態と堆肥施用、土壌特性の関連を明らかにした研究例はなく、本研究において、堆肥連用土壌の微細領域におけるリン蓄積メカニズムをはじめて提示することができた。
さらに、リン酸吸着能の高い黒ボク土においても、可給態リン酸濃度が適正基準を超過した土壌では、一部のリンがハイドロキシアパタイトとして蓄積していることが明らかになった。また、EDTA-NaOH抽出液の液体31P-NMRより、黒ボク土の農地土壌には無機態のオルトリン酸だけでなく、有機態リン酸が存在することが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2019年度に予定した実験はすべて完了した。特にNSLSIIにおけるμXANES分析により得られて新たな成果は、土壌蓄積リンの環境影響を考慮するうえで重要であり、国際誌に論文を投稿する。また、特性の異なる農地土壌のリンの蓄積形態をXANESおよび化学抽出法で解析した実験結果についてとりまとめ、国際誌に投稿した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度までの実験により、堆肥を連用した土壌には、微小なリンのホットスポットが不均一に分布することが明らかになってきた。特に、リン酸吸着能の高い黒ボク土においても、ハイドロキシアパタイトとしてリンが局在し、土壌鉱物への吸着を免れていることは、施肥による蓄積リンの特徴として重要である。
今後、過剰施肥により蓄積したリンの特徴をさらに明らかにするために、作付け年数の異なる農地土壌を比較調査する。バルク土壌を用いたP-K吸収端(2145.5 eV)のXANES分析と固体NMR分析を併用することで、溶解度の異なるカルシウム態リンを区別できることが明らかになったため、比重分離等の分画手法も併用し、作物に利用されなかったリンがどのように土壌にリンに蓄積していくかを明らかにする。さらにこれまでと同様、団粒構造を維持した土壌薄片を作成し、リンの微細領域での分布と局所形態をシンクロトロン放射光マイクロビームを用いて分析することにより解析する予定でいるが、COVIDの影響によるビームタイム削減により、分析ができない可能性もある。その場合は、局所分析はEPMAによる元素マップの解析に重点化し、μXANESによる局所形態分析は、来年度以降に実施する。
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