土壌動物の菌食作用の増強による、農地からの温室効果ガスN₂O排出削減（土壌動物がN₂Oを削減する！）
概要
農耕地土壌は、温室効果ガスの一種でありオゾン層破壊作用も有する一酸化二窒素(N₂O)ガスの大きな排出源となっています。N₂Oは肥料に含まれる窒素が土壌中の微生物によって形態変化を受ける過程で発生し、その排出削減は世界的な急務です。
私達は、畑土壌に生息する菌食性土壌動物(ササラダニなど)が土壌中のN₂O生成糸状菌(カビ)を摂食することによってN₂Oの発生を低減させることを突き止め、土壌からのN₂O排出削減に応用できることを見出しました。 土壌改良資材として用いられるココナッツハスク(ココナッツの実の周りの繊維質)を土壌に施用すると、その孔隙(隙間)が住み家となって菌食性土壌動物が増殖します。菌食性土壌動物はN₂O生成糸状菌を摂食して減少させます。 これにより、土壌からのN₂O排出が大きく減少するのです。 土壌動物によるN₂O排出の低減はこれまでに報告例のない新たな発見であり、農耕地土壌からのN₂O排出削減技術につながります。
一方、私達はN₂Oを消去する能力と植物生育を促進する効果を合わせ持つ微生物を土壌から単離することに成功していました。新潟県農業総合研究所と （株）ロムとの共同プロジェクトによって、この微生物をココナッツハスクに付着させた微生物資材を開発し、試作品を作成しました。 これはN₂O発生を削減し植物生育を促進する、これまでに例を見ない画期的な農業資材として期待されます。
発表論文
研究成果の内容
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本技術開発に関連するプロジェクト
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生物系特定産業技術研究支援センター 新技術・新分野創出のための基礎研究推進事業 「機能微生物ゲノミクスによる農耕地からの亜酸化窒素ガス低減化」平成19～23年度
水田土壌のN₂O除去脱窒菌群を土壌DNA解析から明らかにし、新規手法を用いて単離し、その中からN₂O除去能の高い菌株を選抜し、水田土壌の脱窒微生物群の生態と機能を明らかにしました。 -
「微生物を利用した農耕地からの一酸化二窒素ガス発生削減技術の開発」生物系特定産業技術研究支援センター イノベーション創出基礎的研究推進事業 発展型研究一般枠Aタイプ 平成24～26年度（平成26年度は農林水産業・食品産業科学技術研究推進事業 発展融合ステージ に移行）
N₂Oを消去するとともに植物生育を促進する効果を持つ微生物を土壌から単離・選抜して、N₂O発生削減・植物生育促進効果を実証しました。 -
農林水産業・食品産業科学技術研究推進事業 実用技術開発ステージ 現場ニーズ対応型Aタイプ 「農耕地からの一酸化二窒素ガス発生を削減し作物生産性を向上する微生物資材の開発」平成27～29年度
植物系繊維（ココナッツハスク）にN₂O発生削減・植物生育促進を付着させた微生物資材を開発し、試作品を作成しました（株式会社ロム、商品名Turning.）。
土壌への植物系繊維の施用により土壌中の菌食性土壌動物が増加してN₂O削減効果が増強される現象を見出しました。
特許出願「農耕地用一酸化二窒素低減材」（新潟県、東京大学、株式会社ロム） -
生物系特定産業技術研究支援センター イノベーション創出強化研究推進事業 応用研究ステージ 「農耕地からの一酸化二窒素ガス発生を削減し作物の増収・減農薬を実現する革新的微生物資材の開発平成30～令和2年度
土壌に植物系繊維（ココナッツハスク）を施用すると菌食性土壌動物が増加し、N₂O生成糸状菌を摂食してN₂O発生が削減されることを明らかにしました。
植物系繊維の施用により増加する菌食性土壌動物は土壌病害糸状菌も摂食し、土壌病害を低減させることができました。
関連論文
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Ishii, S., Ohno, H., Tsuboi, M., Otsuka, S., and Senoo, K. (2011).
Identification and isolation of active N₂O reducers in rice paddy soil.ISME J. 5, 1936-45
水田土壌においてN₂OをN₂に変換している微生物を特定し、分離しました。 -
Wei, W., Isobe, K., Shiratori, Y., Nishizawa, T., Ohte, N., Otsuka, S., and Senoo, K. (2014).
N₂O emission from cropland field soil through fungal denitrification after surface applications of organic fertilizer. Soil Biol. Biochem. 69: 157-167
有機質肥料を土壌表面に施用した際に糸状菌脱窒によってN₂Oが発生することを見出しました。 -
Nishizawa, T., Quan, A., Kai, A., Tago, K., Ishii, S., Shen, W., Isobe, K., Otsuka, S., and Senoo, K. (2014).
Inoculation with N₂-generating denitrifier strains mitigates N₂O emission from agricultural soil fertilized with poultry manure. Biol. Fertil. Soils 50: 1001-1007
家畜糞ペレット肥料にN₂O除去脱窒菌を接種することによって土壌からのN₂O発生を削減しました。 -
Gao N, Shen W, Kakuta H, Tanaka N, Fujiwara T, Nishizawa T, Takaya N, Nagamine T, Isobe K, Otsuka S, Senoo K (2016).
Inoculation with nitrous oxide (N₂O)-reducing denitrifier strains simultaneously mitigates N₂O emission from pasture soil and promotes growth of pasture plants. Soil Biol. Biochem. 97: 83-91
N₂O除去・植物生育促進脱窒菌を土壌に接種することによってN₂O発生削減と牧草の生育促進の両効果を実現しました。 -
Nan Gao, Weishou Shen, Estefania Camargo, Yutaka Shiratori, Tomoyasu Nishizawa, Kazuo Isobe, Xinhua He, Keishi Senoo (2017).
Nitrous oxide (N₂O)-reducing denitrifier-inoculated organic fertilizer mitigates N₂O emission from agricultural soils. Biol Fertil. Soils, 53: 885-898
有機質肥料にN₂O除去脱窒菌を接種することによって土壌からのN₂O発生を削減しました。 -
Nan Gao, Chaowei Zhou, Weishou Shen, Sayuri Ota, Yutaka Shiratori, Tomoyasu Nishizawa, Kazuo Isobe, Xinhua He, Hanjie Ying and Keishi Senoo (2019).
Genome Sequence of
Novoherbaspirillumsp. UKPF54, a Plant Growth-Promoting Rhizobacterial Strain with N₂O-Mitigating Abilities, Isolated from Paddy Soil.
Microbiology Resource Announcements, 9(3): e00999-19
N₂O除去・植物生育促進脱窒菌のゲノムを解読しました。
新聞・雑誌で紹介されました
- 日経産業新聞 2021年5月28日（7ページ）「農地の温暖化ガス、ダニが抑制 土にココナツ殻混ぜる」
- 日経サイエンス 2021年8月号 国内ウォッチ（19ページ）「農耕地からのN₂O, ダニで抑制」
- Newton 2021年6月号 Focus（9ページ）「ダニは温室効果ガスを減らす救世主？」
- 子供の科学 第84巻6号（2021年5月10日発行, 8ページ）「ダニを増やすと温室効果ガスを減らせる！？」