N2O 除去人工団粒の開発
Production of N2O reducible artificial aggregates
松岡かおり 1・新宮原諒 1・松村愛美 1・河上智也 1・島田紘明 2・Khin Thawda Win1・光延聖 3・和穎朗太 1
1

農研機構・2 帯広畜産大学・3 愛媛大学
要旨

温室効果・オゾン層破壊の原因である亜酸化窒素（N2O）の除去団粒を開発するため, 鹿沼土粉砕物とキサンタンガム（XG）, または堆肥由来有機物と鉄の共沈物（DOM-Fe）で団粒を作成した。培養 7 日間の N2O 除去速度は, XG 団粒は 3.8–4.7, DOM-Fe 団粒では 0.084 nmol N2O h ｰ 1 g ｰ 1 だった。XG 団粒は45–56 倍高い N2O 除去能を示した。DOM-Fe 団粒培養系の pH を XG 団粒培養系と同等に高めると, N2O除去速度は約 20 倍に高まった。団粒のｐH 条件（5.6–5.7）と高い保水量が N2O 除去に効果があった。
キーワード：人工土壌団粒, 鹿沼土, キサンタンガム, SG09 株, 孔隙径分布
Key words: Artificial soil aggregate, Kanuma pumice, Xanthan gum, SG09 strain, Pore size distribution
1.はじめにクロマトグラフィーで測定した。団粒の孔隙分布は,世界の農耕地土壌から発生する N2O は年間

SPring-8 BL20B2 によるシンクロトロン X 線マイク

2.8 M トンである（Bouwman et al. 2002）。農耕地ロコンピュータ断層撮影により解析した。全炭素/土壌は, N2O の主要な発生源である。

全窒素含量は乾式燃焼法, pF 水分量は砂柱法で土壌団粒は様々な大きさの孔隙を持つため,測定した。N2O 還元酵素遺伝子である nosZ‐I コ

多様な好気/微好気空間を有する。これらの微生ピー数はリアルタイム定量 PCR 法で測定した。

物生存空間を利用して土壌団粒の人工的な作成

3.結果及び考察が行われてきた（Harvey et al. 2020）。団粒内の微団粒の SG09 菌による N2O 除去速度は, XG 小好気空間は, N2O 還元菌が N2O 除去を促進する粒（4.7 ± 0.2 nmol N2O h–1 g–1 団粒）＞XG 大粒可能性がある。本研究では, 鹿沼土粉砕物と 2 種（3.8 ± 0.7）＞DOM-Fe 団粒（0.084 ± 0.046）の順類の接着物質で団粒を作成し, N2O 除去速度をに高かった（図 1）。XG 小粒と大粒は, DOM-Fe 団比較した。また, 団粒直径の違いが N2O 除去速粒と比較して N2O 除去速度が有意に高かった。

度に及ぼす影響を評価した。N2O 除去速度に及ぼす団粒の物理化学的性質の影響も考察した。
2.方法
キサンタンガム（XG）, または落葉堆肥由来の水溶性有機物に鉄を加えた共沈物（DOM-Fe）の溶液を鹿沼土粉砕物（＜250 µm）に一定量滴下後団粒状にし, 105℃・24 時間乾燥させた。直径4.75–5.6 mm の両団粒と直径 7–8 mm の XG 大粒団粒を作成した。滅菌後の団粒（0.8 g）を 19 mL容ビンに採取し, 一定量の SG09 菌（N2O 還元菌
Bradyrhizobium ottawaense）を含む HM 培地に滅菌水を加えて pF 1.0 に調整した。25 °C・7 日間培養中のヘッドスペースガス中 N2O と O2 濃度をガス

図 1. 人工土壌団粒の N2O 除去速度
Fig. 1. Rate of N2O reduced by the artificial soil
aggregates with and without SG09 inoculum.
P < 0.05 (Tukey-Kramer’s test; n = 3)

表 1. 人工土壌団粒の体積, 孔隙率, および孔隙径分布. P < 0.05 (Tukey-Kramer’s test; n = 4)
Table 1. Volume, porosity, and pore size distribution of the artificial soil aggregates used in this incubation study
VolumePorosity
Pore size distribution (%)
(mm3)

(%)

<30 μm30–100 μm>100 μm

XG-small17±1b76±1b25±1a42±1a33±2b

XG-large

101±8a82±1a13±1b35±1b51±1aDOM-Fe16±1b75±1b26±1a42±0a31±1b団粒の孔隙分布を調べた結果（表 1）, XG 小粒高かった。また, 培養中の O2 消費速度は,と DOM-Fe 団粒の孔隙構造には明確な違いはな

DOM-Fe 団粒で高い傾向があり（図 3）, すべてのく, DOM-Fe 団粒の N2O 除去速度が低い理由は団粒で O2 消費量（好気呼吸量）が N2O 消費量孔隙構造とは別の要因にあると考えられた。

（嫌気呼吸量）よりも 1–2 オーダー高かった。保水次に, DOM-Fe 団粒の培養系の pH を XG 団粒

量の高い XG 団粒は微好気的で N2O 還元が起こ培養系 pH（5.6–5.7）と同等になるよう上げた。そのりやすい一方, 保水量の低い DOM-Fe 団粒は好結果, N2O 除去速度は約 20 倍に上昇した（図 2）。

気的で N2O 還元が起こりにくいこと, また, 好気的であるため SG09 菌が増殖に必要なエネルギーを獲得しやすい結果, nosZ‐I コピー数が増加したと考えられた。なお, 団粒の C:N 比は, DOM-Fe 団粒（30）＞XG 団粒（1.7–8.1）であり, N2O 除去速度が基質の C:N 比で説明できないことを示した。

図 2. 人工土壌団粒の N2O 除去速度. DOM-Fe 団粒の培養系の pH を XG 団粒培養系と同等に上げた
時の N2O 除去速度.
Fig. 2. Rate of N2O reduced by the artificial soil
aggregates with and without SG09 inoculum. The pHof DOM-Fe aggregate-medium mixture was raised tonearly the same values as XG treatments.
P < 0.05 (Tukey-Kramer’s test; n = 3)
同じ pH 条件下での nosZ‐I の 109 コピー数当たりの N2O 除去速度は, XG 大粒（4.2 ± 0.1 nmol–19–1

N2O h 10 コピー数 ）＞XG 小粒（2.5 ± 0.0）＞
DOM-Fe 団粒（0.24 ± 0.24）の順に高かった。培養 7 日間の nosZ‐I コピー数の増加量は,

図 3. 人工土壌団粒の O2 消費速度. 他図 2 参照
Fig. 3. Rate of O2 consumed by the artificial soil
aggregates with and without SG09 inoculum. Refer toFig. 2 for the incubation condition.
P < 0.05 (Tukey-Kramer’s test; n = 3)
4.おわりにDOM-Fe 団粒（6.9E+09 コピー数 g–1 団粒）＞XG

N2O 除去能の高い XG 団粒は, DOM-Fe 団粒と小粒（1.8E+09）＞XG 大粒（1.2E+09）の順に高か比べて, 高いｐH と高い保水量の特徴を有した。

った。よって, 培養中の nosZ‐I コピー数の増加は, 菌数当たりの N2O 除去速度を低下させた。
団粒の pF 1.0 水分量は, XG 小粒（1.89 g g–1）
＞XG 大粒（1.67）＞DOM-Fe 団粒（1.43）の順に農研機構農業環境研究部門の多胡香奈子氏と原新太郎氏からSG09 株をご提供頂いた。
Bouwman, A.F., Boumans, L.J.M., Batjes, N.H., 2002. Modelingglobal annual N2O and NO emissions from fertilized fields.
Global Biogeochemical Cycles 16 (4), 1080.
Harvey, H.J., Wildman, R.D., Mooney, S.J., Avery, S.V., 2020. Soilaggregates by design: Manufactured aggregates with defined
microbial composition for interrogating microbial activities insoil microhabitats. Soil Biology and Biochemistry 148, 107870.