2022 Fiscal Year Annual Research Report
水稲のヒ素吸収抑制を目的とする現地観測体制の構築と水管理の提案
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21H02305
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
濱 武英 京都大学, 農学研究科, 准教授 (30512008)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 紘晃 熊本大学, くまもと水循環・減災研究教育センター, 助教 (80637182)
中村 公人 京都大学, 農学研究科, 教授 (30293921)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ヒ素 / リン / 黒ボク土壌 / 灰色低地土壌 / 浸透過程 / 非平衡吸着 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，稲のヒ素吸収を抑制するために最適な現地観測と水管理（湛水深の調整）のあり方を探る。今年度は昨年に引き続き，日本の代表的な土壌である灰色低地土壌および黒ボク土壌を用いてバッチ吸着試験とカラム通水試験を実施し，土壌浸透過程におけるヒ素物質動態を再現する数値モデルの改良を行った。特に，黒ボク土壌に関して数値モデルによる動態の再現性が低かったため，その要因を明らかにした。黒ボク土壌は高い吸着能力をもち，吸着が長期間にわたって生じる。ヒ素の代替物質としてリンを用いて長期間のバッチ吸着試験を行い，黒ボク土壌中のヒ素（リン）移動の再現には，長期間の吸着試験結果に基づいて推定された吸着パラメータを使用する必要があることを明らかにした。さらに，ヒ素（リン）の吸着には土粒子の粒径分布が大きく寄与するため，粒径画分と吸着特性の関係を評価した。さらに，小松菜を用いた栽培実験を行い，植物への移向性を調べた。研究知見の現地適用を考えた時，ヒ素は連続観測が可能なセンサーがないため，現地観測では電気伝導度やpHセンサー等を代替として用いなければならない。今年度の室内実験では，ヒ素（リン）が高濃度である場合に，土壌から他の物質成分の溶出があったとしてもこれら代替センサーによって十分にヒ素（リン）の動態が把握できる可能性があることを確認した。熊本（黒ボク土壌），福井（灰色低地土壌）に調査圃場を確保し，現地観測を開始した。これまでの研究で得られた知見の一部は，論文や学会発表等で公表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画当初は，栽培試験を行い，作物によるヒ素の吸収や土壌中のヒ素の移動を支配する微生物の同定を行う予定であったが，コロナ禍の影響により，研究分担者とそれらの共同実験が十分に行うことができなった。そこで，取り組む課題の順序を変更し，土壌におけるヒ素動態を物理・化学的に評価することを優先した。昨年度，ヒ素の化学形態分画法やヒ素・リンの競合吸着試験法を確立した。今年度は，ヒ素の土壌中の移動を評価するためのカラム通水試験法を確立し，ヒ素の土壌中の移動を再現する数値モデルを作成した。また，ヒ素の植物利用可能性を評価するため，室内栽培試験法を確立した。そして，電気伝導度やpHによるヒ素の連続観測の可能性について検討を行っている。さらに，圃場スケールの物質移動試験を行うため，国・県の農業試験場や農業高校に協力を依頼し，試験圃場の選定を行い，観測体制を整備した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ヒ素動態における土壌微生物の群集としての機能を見出すため，土壌カラム試験を行う。また，ガラス温室内にて，ワグネルポットと人工の栽培区画（2m×2m）で水稲栽培を行い，pHやEhなどの水質センサーを多点設置して，栽培期間における環境条件の鉛直・水平分布および時間変化を計測する。試験では，水稲生育を阻害しない中程度のヒ素汚染を想定し，ヒ素濃度が0.01mg/L程度の灌漑水を供給する。ポット，区画は複数用意し，0 cm（表層湛水）～20 cm（深水）で湛水深を変えて試験を行う。試験期間中，土壌水や表層水を定期的に採取し，水質（ヒ素等の金属類濃度，溶存イオン濃度，溶存有機物濃度など）を計測する。また，栽培期間中に定期的に土壌を採取し，今回確立した化学形態分画法によって土中の金属類を化学的特徴ごとに定量し，移動性，生物利用可能性の変化を把握する。なお，栽培試験にさきがけて，シングルボードPCを活用した安価なpHやEhセンサーの開発にとりくむ。さらに，熊本や福井の現地観測圃場に水文気象や土壌環境を計測する機器類を設置し，栽培期間中の圃場環境の連続モニタリングと定期的な水質や土壌中の物質計測を行う。稲によるヒ素吸収抑制を目的として，水質センサーの連続モニタリングに基づく最適な水管理のあり方を明らかにする。
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