N2O 除去団粒の開発
Production of N2O redactable aggregates
松岡かおり 1・新宮原諒 1・松村絵美 1・河上智也 1・島田紘明 2・Khin Thawda Win3・光延聖 4・和穎朗太 1
1

農研機構・2 帯広畜産大学・3 国際農研・4 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）, あるいは堆肥化した有機物に Fe を加えた共沈物（DOM-Fe）で団粒を作成した。
培養 7 日間の N2O 除去速度は, XG 団粒では 3.8–4.7, DOM-Fe 団粒は 0.084 nmol N2O h ｰ 1 g ｰ 1 だった。
XG 団粒は 45–56 倍高い N2O 除去能だった。DOM-Fe 団粒培養系の pH を XG 団粒同等に高めると, N2O除去速度は約 20 倍に高まった。団粒の高いｐH と保水力, 低い C: N 比が 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, 孔隙分布
Key words: Artificial soil aggregate, Kanuma pumice, Xanthan gum, SG09 strain, pore distribution
1.はじめに定した。団粒の孔隙分布は, シンクロトロン X 線マ

世界の農耕地土壌から発生する N2O は年間イクロコンピュータ断層撮影により解析した。団粒

2.8 M トンであり（Bouwman et al. 2002）, N2O の主の全炭素/全窒素含量は乾式燃焼法, pF 水分量要な発生源である。

は砂柱法で測定した。SG09 nosZ clade I コピー

土壌団粒は, 様々な大きさの孔隙から成るため,好気的/微嫌気的空間を有し, 水分保水力も多様である。この特徴を利用するため, 土壌団粒を人数は, リアルタイム定量 PCR 法により測定した。
3.結果及び考察団粒の SG09 菌による N2O 除去速度は, XG 小工的に作成する試みは行われてきた（Harvey et粒（4.7 ± 0.2 nmol N2O h–1 g–1 団粒）＞XG 大粒al. 2020）。一方, N2O 除去を目的とした団粒開発（3.8 ± 0.7）＞DOM-Fe 団粒（0.084 ± 0.046）の順の事例はない。本研究は, 2 種類の接着物質で作に高かった（図 1）。XG 小粒と XG 大粒の N2O 除成した人工土壌団粒の N2O 除去速度を比較した。

去速度は, DOM-Fe 団粒より有意に高かった。

また, 団粒直径の違いが N2O 除去速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も評価した。
2.方法キサンタンガム（XG）, あるいは堆肥化した有機物に Fe 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て, 105℃・24 時間乾燥させた。直径 4.75–5.6mm の両団粒と直径 7–8 mm の XG 大粒を作成した。滅菌処理を行った団粒（0.8 g）を 19 mL 容ビンに採取し, 一定量の SG09N2O 還元菌を含む
HM 培地を団粒に添加し, pF 1.0 となるように滅菌水で調整した。25 °C 培養中にヘッドスペースガスを採取し, ガスクロマトグラフィーで N2O 濃度を測図 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, および孔隙サイズ分布
Table 1. Volume, porosity, and pore size distribution in the artificial soil aggregates
VolumePorosity
Pore size distribution (%)(mm3)(%)<30 μm30–100 μm>100 μm

XG-small17±1b76±1b25±1a

42±1a33±2bXG-large

101±8a82±1a

13±1b35±1b

51±1a

DOM-Fe16 ± 1 b 75 ± 1
P < 0.05 (Tukey-Kramer’s test; n = 4)b26±1a42±0a31±1bN2O 除去速度の違いを明らかにするため, 団粒の孔隙分布を調べた（表 1）。XG 小粒は＜30DOM-Fe 団粒（0.24 ± 0.24）の順に高かった。培養 7 日間の nosZ clade I コピー数の増加量は,μm と 30–100 μm の小孔隙割合が XG 大粒より有DOM-Fe 団粒（6.9E+09 コピー数 g–1 団粒）＞XG意に高かった。XG 小粒の SG09 菌による N2O 除小粒（1.8E+09）＞XG 大粒（1.2E+09）だった。よっ去速度が XG 大粒よりも高い要因と考えられた。
団粒の孔隙分布では説明が付かない DOM-Fe団粒の低い N2O 除去速度の要因を明らかにする
ため, DOM-Fe 団粒の培養系の pH（5.9）を XG 培養系の pH（5.6–5.7）と同等にした。その結果, N2O除去速度が約 20 倍に上昇した（図 2）。て, 培養期間の nosZ clade I コピー数の増加が大きいこと（即ち, 団粒が高 C: N 比であること）が,SG09 菌数当たりの N2O 除去速度を低下させたと考えられた（表 2）。
XG 団粒は, DOM-Fe 団粒に比べ, 保水力が高い傾向だった（表 2）。団粒内で微嫌気的環境を造り易く, N2O 除去に効果があると示唆された。
表 2. 人工土壌団粒の全炭素含量, 全窒素含量,全炭素:全窒素比, および pF 1.0 水分量
Table 2. Contents of total carbon and total nitrogen,
C: N ratio, and pF 1.0 water content of theartificial soil aggregates
Total carbon
Total nitrogen(mg g–1)
XG-small 2.3 ± 0.1 b 0.76 ± 0.42 ab
XG-large 2.3 ± 0.1 b 1.4 ± 0.2 a
DOM-Fe 6.5 ± 0.2 a 0.22 ± 0.00 b
C: N ratio

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 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
pH of DOM-Fe aggregate-medium mixture wasraised to nearly the same values as XG treatments.
P < 0.05 (Tukey-Kramer’s test; n = 3)
さらに, pH に加えて, DOM-Fe 団粒の高い C: N比（表 2）も, 低い N2O 除去速度の要因と考えられた。同 pH 条件での nosZ clade 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
N2O h–1 109 コピー数–1）＞XG 小粒（2.5 ± 0.0）＞

pF 1.0 water content(g g–1)
XG-small 8.1 ± 5.6 b 1.89 ± 0.25
aXG-large 1.7 ± 0.2 b 1.67 ± 0.06
a
DOM-Fe 30 ± 1
a1.43 ± 0.19
a
P < 0.05 (Tukey-Kramer’s test; n = 3)
4.おわりにN2O 除去能の高い XG 団粒は, DOM-Fe 団粒と比べて, 高いｐH と保水力, 低い C: N 比だった。
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.