Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
## （２）スイートソルガム搾りかすの有効利用に関する検討

## 1 ）スイートソルガム搾りかすの性状に及ぼす爆砕処理の影響

爆砕処理したスイートソルガム搾りかすの回収率を図(2)-3に示す。爆砕保持0時間で、乾物重量当たりの回収率が、約64％となった。また、保持1時間では、58%、保持3時間では50％の1/2に減少した。爆砕処理において、高温、高压の飽和蒸気で蒸煮処理すると、水蒸気により植物の細胞壁（ヘミセルロースおよびリグニン）が加水分解され、低分子化する。さらに、圧力を瞬時に開放するとソルガム搾りかす中から水が気化して、繊維状になり、爆砕物として回収することができる。なお、保持1時間以上保持すると、試料中より焦げ臭いが確認された。この官能評価並び回収率を考えると、蒸煮時間としては、220℃に達するまでの時間のみとし、蒸煮を保持しないことが有用と思われた。

図(2)-3 爆砕処理したスイートソルガム搾りかすの回収率

また、爆砕処理したスイートソルガム搾りかすの粗繊維および灰分を測定した。粗繊維は、未処理の対照区と処理0時間はほぼ同程度であった。一方、保持時間が進むと、保持1時間では、28%、保持3時間では21%となり、減少した。また、灰分については、同じく未処理の対照区と保持0時間はほぼ同程度であった。ただし、保持時間が進むにつれて、保持1時間では、8.3%、保持3時間では8.5%となり、増加していくことが確認された。保持0時間は、回収率は減少したにもかかわらず、粗繊維並びに灰分量に大きな違いがみられなかった。

蒸煮処理時間がスイートソルガム搾りかすの繊維成分に及ぼす影響を表(2)-3に示す。下表に示すとおり、ADF（酸性デタージェント繊維）およびセルロースは処理0時間で最も高い値を示した。一方、NDF（中性デタージェント繊維）およびヘミセルロース含量は蒸煮の処理時間が延長されるにつれて減少していくことが確認された。また、リグニン量は、処理時間が進むにつれて減少は確認されず、むしろ増加傾向を示した。なお、搾りかすの蒸煮・爆砕処理物の繊維成分を従来から粗飼料として利用されている稲わらおよびコーンサイレージの値と比較したところ、ADFおよびNDF量は搾りかすの処理0時間でいずれも高いことが明らかとなった。さらに、同搾りかすのセルロース量は、稲わらの値に匹敵することが示された。また、処理1時間以上とすると、試料中より焦げ臭いが確認され、官能評価並び回収率を考えると、蒸煮時間としては、220℃に達するまでの時間のみとし、蒸煮を保持しないことが有用であることを示唆したが、それを裏付ける結果とな
った。以上のことから、蒸煮時間をなるべく最低限にすることで、リグニンの増加を抑制し、粗飼料として有効なセルロース量を増加させる効果のあることが明らかとなった。

表(2)-3. 蒸煮処理時間がスイートソルガム搾りかすの繊維成分に及ぼす影響

試料	ADF	NDF	リグニン	ヘミセルロース	セルロース
未処理	61.5	85.7	17.2	24.1	44.3
処理	0 h	73.6	76.7	25.9	3.1
1 h	59.4	61.5	29.7	2.1
3 h	55.0	54.8	36.6	n.d.
稲わら	64.3	69.2	14.0	4.8	50.4
コーンS	54.8	67.2	14.4	12.4	40.4
コーンS=コーンサイレージ	n.d.=検出されず

ADF：酸性デタージェント繊維 NDF：中性デタージェント繊維

次に、蒸煮・爆砕処理したスイートソルガム残渣のFT-IRスペクトルについて解析したところ、スイートソルガム残渣を蒸煮・爆砕処理することでヘミセルロースとセルロースの分解が確認されたが、リグニンは影響を受けていないことが示された。さらに、蒸煮・爆砕処理したスイートソルガム残渣のin vitro消化試験を行った。

表(2)-4 蒸煮・爆砕処理したスイートソルガム残渣のin vitro消化試験

試料	消化率 (%)
未処理	13.2
0h	17.0
処理 1h	14.2
3h	6.5
稲わら	5.6
コーンS	17.9

その結果、未処理のものと比べて処理0時間で高い値の消化率を示し、次に示すコーンサイレージに近い消化率が得られたことから、処理時間を制御することで、コーンサイレージと同様の飼料を得られることが示唆された（表（2）-4）。

2）スイートソルガム搾りかすの性状に及ぼすサイレージ処理の影響

サイレージ処理条件：サイレージの詰込み区分は、対照区（ソルガム搾り粕）、乳酸菌添加区（ソルガム搾り粕+乳酸菌パウダー）および乳酸菌+セルラーゼ添加区（ソルガム搾り粕+乳酸菌パウダー+セルラーゼパウダー）であり、これらを平成21年11月6日に詰込み、45日、または90日間埋蔵した。本実験条件におけるサイレージ埋蔵室の温度（日最高、最低温度）の推移を図(2)-4に示す。
図(2)-4. ソルガム搾り粕サイレージ埋蔵中の室内温度の推移

上図のとおり、埋蔵前期（11/7～12/6）、中期（12/7～1/5）および後期（1/6～2/4）における最高、最低温度は、それぞれ17.0～22.0℃、14.9～20.0℃；11.0～17.8℃、9.1～15.9℃；および12.2～16.7℃、9.4～14.6℃；の範囲内であったが、サイレージ発酵にとっては好適な条件ではなく、むしろ低い温度条件であったとみなされた。

以上の結果、スイートソルガム残渣は繊維成分の測定及びFT-IRの測定から、蒸煮・爆砕処理でヘミセルロースが分解されたことが確認され、またヘミセルロース由来の単糖であるキシロースが蒸煮・爆砕処理によって増加することが確認された。これらはスイートソルガム残渣の植物繊維が解繊され、セルロースが消化されやすい状態になったと推定され、処理0時間において未処理のものより高い消化率の値がみられたことから、スイートソルガム残渣は蒸煮・爆砕処理によって飼料価値が改善されることが示唆された。

## （３）ブタノール生産法の開発

## 1 ）ブタノール生産分離株の同定

スイートソルガム搾汁液中で増殖してブタノールを生産する菌株を2株分離した。両株ともグラム陽性の芽胞形成菌であり、芽胞が細胞端に形成される特徴からClostridium属と推定された。顕微鏡写真を図(2)-5に示す。さらに、16SリボソームRNA遺伝子の塩基配列を決定して（決定した塩基長、SBP1株で1419；SBP2株で1343）、塩基配列のホモロジー解析を行った結果、両株ともC. beijerinckii NCIMB8052株の配列と最も近縁であった（SBP1およびSBP2株との相同性はそれぞれ99.7%と99.9%）。

図(2)-5. SBP1株のグラム染色像 S, 芽胞 ; V, 栄養細胞

びSBP2株との相同性はそれぞれ99.7％と99.9%）。ブタノール生産系の近縁株の配列をもとに近隣
結合法で作成した系統樹を下図(2)-6に示した。

図(2)-6. ブタノール生産分離株(SBP1, SBP2)とClostridium属細菌との関係を示した系統樹。 バーは1塩基あたりの置換率を示す。

さらに、分離株と基準株のさまざまな基質代謝の比較を行った。その結果を、表(2)-5と表(2)-6に示す。

表(2)-5. Clostridium beijerinckii基準株と分離株の基質代謝の比較

基質	菌株
SBP1	SBP2	JCM 1390	JCM 7828
L-tryptophan	—	—	—	—
Urea	—	—	—	—
Glucose	+	+	+	+
D-Mannitol	+	+	+	+
Lactose	+	+	+	+
Sucrose	+	+	+	+
Maltose	+	+	+	+
Salicin	+	+	+	+
D-Xylose	+	+	+	+
L-Arabinose	+	+	+	+
Gelatin	—	—	—	—
Esuclin	+	+	+	+
Glycerin	+	+	+	+

表(2)-6 Clostridium beijerinckii基準株と分離株のD-型基質代謝の比較

基質	菌株
SBP1	SBP2	JCM 1390	JCM 7828
D-Cellobiose	+	+	+	+
D-Mannose	+	+	+	+
D-Melicitose	+	+	+	+
D-Raffinose	+	+	+	+
D-Sorbitol	+	+	+	+
L-Rhamnose	+	+	+	+
D-Trehalose	+	+	+	+

＋，活性あり；－，活性なし
API 20Aによる基質代謝の判定では、4株ともすべての糖類を代謝した。この基質代謝の傾向はClostridium beijerinckii種のと一致した。

次に、スイートソルガム搾汁液でのブタノール生成について検討した。SBP1とSBP2は栽培種や収穫時期が異なる複数種類のスイートソルガム搾汁液すべてで増殖し、ブタノールを生産した。ブタノール生産量に関してはスイートソルガム搾汁液の種類によりばらつきがあった。SBP1株はFS501で9.2 mM、KCS105で4.8 mM、SBP2株はFS501で8.9 mMと少ないブタノール生成量であった。FS501ではJCM 1390株のブタノール生産量が37.7 mMとSBP1、2株より多かった。KCS105は搾汁液の粘度が高かったためHPLCによる測定が行えなかった（表(2)-7）。

同じ標品でも糖含量にばらつきがあった。糖含量とブタノール生成量の関係をみると、SBP1株は糖含量の上昇に対してブタノール生成量は減少した。一方、SBP2株は糖含量の上昇とともにブタノール生成量が増大した。この関係が見られたのは搾汁液FS501、FS902、KCS105を用いたときである。この3種類のスイートソルガム搾汁液はSBP2株において糖含量あたりのブタノール生成効率が同程度であった（図(2)-7）。JCM1390株は搾汁液FS501で高いブタノール生成量であったが、ブタノール収率は0.08と低い値でスイートソルガム搾汁液でのブタノール生成には向かないと考えられる。

表(2)-7 種々のスイートソルガム搾汁液標品での細菌の増殖とブタノール生成

スイートソルガム搾汁液標品品種名(搾汁日)	増殖(ブタノール生成量 mM)
SBP1	SBP2	JCM 1390
FS501 (2008.12.1~21)	+ (68.8)	+ (73.5)	—
FS501 (2008.12.21)	+ (9.2)	+ (8.9)	+ (37.7)
FS902 (2009.01.09)	+ (51.6)	+ (42.2)	+ (10.7)
KCS105 (2008.12.22)	+ (4.8)	+ (89.1)	+ (4.8)
KCS105 (2008.12.21,22)	+ (N.T.)	+ (N.T.)	—

＋，増殖あり；－，増殖なし；N.T.，not tested

図(2)-7. 種々のスイートソルガム搾汁液標品での糖含量に対するブタノール収率
次に、分離株の増殖至適温度を決定した。各温度での培養（図(2)-8）において、菌体密度とブタノール生成量はSBP1株とSBP2株では35℃で、JCM 1390株では37℃で最大であった。これより、SBP1、2株の至適温度は35℃とした。JCM 1390株は37℃であった。至適温度でのブタノール生産量はJCM 1390株では10.7 mM、SBP1株では49.3 mM、SBP2株では42.2 mMであった。SBP1、2株はJCM 1390株と比較して約4～5倍のブタノールを生産した。また、OD_{660}値も至適温度においてJCM 1390株は1.68、SBP1株は2.09、SBP2株は1.88と、SBP1、2株はJCM 1390株より菌体密度は高かった。糖消費においても、単糖換算糖あたりでJCM 1390株は21.4 mM、SBP1株は103.3 mM、SBP2株は76.9 mMと、SBP1、2株はJCM 1390株の3.5~5倍の糖消費量であった。スクロースの消費はSBP1株では37℃、SBP2株では40℃で最大となり、ブタノール生産の至適温度とは異なる結果となった。

図(2)-8. 温度変化による菌体密度、糖消費、ブタノール生成の変化

$$ OD_{660} $$

$$ ルコース $$

次に、フェノール性有機酸添加培養において、増殖速度を、フェノール性有機酸を添加していないときと相対的に比較した(図(2)-9)。JCM1390株はp-クマル酸2 mM添加で72%に減少し、4 mM添加では増殖が起こらなかった。フェルラ酸添加では2 mM添加で増殖がみられなかった。SBP1株ではp-クマル酸2 mM添加では増殖に影響はなく、4 mM添加で増殖速度は対照の55%となり、8 mM添加では増殖がみられなかった。フェルラ酸では2、4 mM添加では増殖速度は対照の73～88%に低下し、8 mM添加で著しい増殖阻害がみられた。SBP2株ではp-クマル酸2 mM、4 mM添加で増殖速度は対照の87%に低下し、8 mM添加では増殖が起きなかった。フェルラ酸の場合では、2、4 mM添加で増殖速度は、それぞれ対照の61%、65%に低下し、8 mM添加で増殖は観察出来なかった。以上の結果よ
り、分離株SBP1株とSBP2株は既知株JCM 1390株と比較して高いフェノール酸耐性を有していることが示唆された。

フェノール酸などのリグニン分解物は細菌の細胞膜、酵素、遺伝子に係わる物質の疎水性部位にダメージを与えることから、DNAの損傷、膜の破壊、細胞質のpHの低下などがおこる。また、細胞膜の流動性を増大させる。細胞膜の流動性は細胞質の漏出の原因である膜透水性への影響が知られている。細菌はフェノール酸存在下で脂質の脂肪酸の構成を変化させ、脂質の飽和度の増加によって、フェノールによって引き起こされる膜流動性の増加を抑制する。分離株SBP1株、SBP2株はスイートソルガム搾汁液で継代し分離した。このため、フェノール酸に対して馴化適応能力に優れたものが残ったと考えられる。SBP1株、SBP2株は細胞膜の流動性が低い、つまり、飽和脂肪酸の割合が高い状態になっていることが推測される。また、細胞内の恒常性を保つ能力が高いと考えられる。

図(2)-9. $p$-クマル酸とフェルラ酸に対するSBP1株，SBP2株，JCM 1390株の耐性 a: p-クマル酸、b: フェルラ酸、記号: ○, SBP1株; △, SBP2株; □, JCM 1390株

## 2 ）ブタノール高生産分離株の選別と生産条件

ブタノール発酵生産の課題はブタノール生産量が最大でも2%（v/v）低いことにある。菌株間で違いはあるが、ブタノール生成量は5 mMから200 mM程度の広い範囲の値が報告されており、スイートソルガム搾汁液からのエタノール製造に関する本プロジェクト研究で、5.83%（v/v）のエタノールが生産できるという結果が出ている。これは1000 mMに相当し、ブタノール生成量の5～10倍の効率である。しかし、単糖換算糖あたりのエタノール転換効率は0.87、ブタノール転換効率は高いもので0.78であり転換効率は大きく違いはない。ブタノール生産を抑えている要因は、ブタノールの毒性による生育阻害であることから、ブタノール生産菌へのブタノール耐性の付与が有効と考えられ、変異株の作出など様々な研究が行われている。本研究では、培地への添加ブタノール濃度を徐々に上げて分離株を馴化し、ブタノール耐性株を選抜してブタノール生産性の向上を試みた。
SBP1株は2.2%ブタノール添加PYG寒天培地にコロニーを形成し、2.4%ブタノール添加PYG寒天培地ではコロニーが出現しなかった。一方、SBP2株は2.4%ブタノール添加PYG寒天培地にコロニーを形成した（図(2)-10）。2.4%ブタノール耐性になったSBP2株を液体培養した場合、ブタノール耐性濃度は1.0%であった（図(2)-11）。ブタノール耐性付与以前のSBP2株は0.5%以下の耐性であったので、寒天培地での耐性に比べて、耐性濃度は落ちるものの液体培養でも耐性効果があらわれた。

図(2)-10. ブタノール耐性株の選抜

図(2)-11. 2.4%ブタノール耐性SBP2株の液体培地でのブタノール耐性 値は培養7日目のOD_{660}の値から0日目の値を引いたもの。

2.4%ブタノール耐性SBP2株の3倍希釈スイートソルガム搾汁液でのブタノール生成量はブタノール耐性付与以前と比較して10倍程度になった（図(2)-12）。ブタノール耐性付与前のSBP2株のブタノール転換効率は0.39ほどであったが、2.4%ブタノール耐性SBP2株のブタノール転換効率（ブタノール生成量mol/单糖換算糖消費量mol）は0.78に上がった（図(2)-13）。このことより、2.4%のブタノール耐性の付与によりブタノール転換効率は2倍近く向上したことになる。ここで、2.4%ブタノール耐性SBP2株をSBP2-HB株とした。このSBP2-HB株のブタノール転換効率0.78はブタノール高生産株として報告されているClostridium beijerinckii BA101株と同等であった。図(2)-14はSBP2-HB株をスイートソルガム搾汁液（5倍希釈）で培養したときの時間経過による菌体密度、糖消費、生成物量の変化である。このときアセトンの生成はみられなかった。
図(2)-12. スイートソルガム搾汁液（3倍希釈）での各菌株のブタノール生成量

図(2)-13. ブタノール耐性株と非耐性株の糖消費とブタノール生成の関係 記号：□，SBP2-HB株；■，SBP2株；▲，JCM 1390株

図(2)-14. 高ブタノール生成菌SBP2-HB株の菌体密度、糖消費、生成物量の変化 記号：■，O.D. 660nm；●，ブタノール；□，グルコース；△，スクロース；○，フルクトース；×，酪酸；▲，酢酸；＋，乳酸
以上のように、SBP-2株のブタノール馴化培養により、2.4%(v/v)のブタノールに耐性を持つ株（SBP2-HB株）を選抜した。SBP-1株では、ブタノール耐性限界濃度2.2%(v/v)の菌株が得られた。その後の試験はSBP2-HB株を用いて行った。SBP-2株の糖からブタノールへの転換率（単糖換算の糖消費量当たりのブタノール生成量のモル比）は、0.27であったが、SBP2-HB株では0.78にまで上昇した。その結果を図(2)-15に示す。

図(2)-15. SBP2-HB株における希釈条件での糖消費とブタノール生産。

高ブタノール生産性株C. beijerinckii BA101株を6％グルコース含有培地で培養した場合のブタノール生成収率（ブタノール生産量のグラム数／糖消費量のグラム数）は0.32と報告されている。この値は、糖からブタノールへの転換率（モル比）0.78に相当するので、SBP2-HB株は、高ブタノール生産株として認められているBA101株と同等のブタノール生産能があると言える。糖消費に対するブタノール生産は、以下の式で近似された：

[ブタノール生成量(mol)]=0.778[単糖換算の糖消費量(mol)]-1.7171(r^{2}=0.974)。この近似式から、糖からブタノールへの転換率（単糖換算の糖消費量当たりのブタノール生成量のモル比）は0.78と算定される。

スイートソルガム搾汁液は高濃度の糖を含むため、そのまま発酵に供すると、発酵終了時に未利用の糖が残存し、含有する糖量当たりのブタノール生産性は低い。そこで、スイートソルガム(FS902)搾汁液について一連の希釈液を調製してSBP2-HB株の培養を行い、残存糖量とブタノール生産量との関係を検討した。搾汁液を1/2～1/10に希釈した場合、SBP2-HB株は全ての希釈液でグルコースを完全消費した。希釈率に対して残存スクロース量と残存フルクトース量をプロットすると直線近似でき、残存糖量がゼロになる希釈率（直線のx軸との交点）は、それぞれ0.075、0.077と算出され、希釈倍数（希釈率の逆数）にすると約13であった（図(2)-16）。したがって、スイートソルガム(FS902)搾汁液の場合では、約13倍に希釈して発酵に用いることで、糖の利用を最大限にしたブタノール生産ができると言える
図(2)-16. SBP2-HB株における搾汁液濃度と糖利用性、ブタノール生産量との関係。

記号：○、単糖換算の糖消費全量；●、ブタノール生成量；△、残存スクロース量；▲、残存グルコース量；◇、残存フルクトース量

搾汁液濃度と残存スクロース量、残存フルクトース量との関係の直線近似式は、それぞれ、[残存スクロース量(mmol/L)]=140.7[希釈率]−10.58(r²=0.947)、[残存フルクトース量(mmol/L)]=10.71[希釈率]−0.825(r²=0.918)であり、どの希釈率の培養でも残存グルコースは検出されなかった。

以上の結果から、ブタノール転換効率について糖の消費率を種類別で見たとき、グルコースとフルクトースはほぼ同じ挙動をみせ、スクロースはこれとは異なっていた。スイートソルガム品種FS902搾汁液では、希釈率0.1～0.5までグルコースとフルクトースの消費率はほぼ100%であり、希釈率が0.5を超えて糖濃度が高くなると、消費率が低下した。スイートソルガム品種KCS105搾汁液では、希釈率0.06、0.1、0.16でグルコースとフルクトースの消費率が60～70%となり最も良好な結果を得た。さらに、スクロースの消費率はグルコースとフルクトースの消費率が頭打ちになる時期で上昇し始める傾向にあり、糖の添加時期により生成効率が改善されることが示唆された。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

1）エタノール発酵の原料としてはスイートソルガムFS902品種が最適であり、その時の酵母は今回使用したSaccharomyces cerevisiae NBRC0216およびHitachi株等清酒用酵母で十分使用できることが分かった。また、酵母を再利用する繰り返し回分発酵法は、スイートソルガムからのエタノール生産に適しており、上記両酵母で80-90%のエタノール収率を達成し、また原料となるスイートソルガムの品種を選ばないという利点があり、さらに雑菌の汚染を防ぐために殺菌や酸性
化をすることなくスイートソルガムからのエタノール生産が可能であり、実現化に向けて非常に有望な方法であることが判明した。

2) スイートソルガムの糖蜜は、バイオマスとしてエタノールの原料に利用可能である。一方、その搾りかすは可溶性成分が少なく、繊維が豊富な利用価値の低い副産物であり、その有効利用が求められており、本研究の結果、スイートソルガムを蒸煮・爆砕処理することで、繊維が脆弱化している可能性が示された。また乳酸発酵およびセルラーゼで処理することで、搾りかすが発酵し、pHが低下していることが示され、消化性の高い繊維成分は反芻家畜のエネルギー源となり得ることから、搾りかすを飼料として利活用できる可能性が示された。

3)次世代バイオ燃料であるブタノールをスイートソルガム搾汁液から生産する菌株を分離した。これによって、スイートソルガムの燃料作物としての適応性を向上させる基盤ができた。

## （２）環境政策への貢献

1）今回確立した繰返し回分発酵法は、原料組成や基質濃度によらず大変実用的なエタノール生産法であることが判明し、さまざまな原料に対応でき、さらに発酵残渣が再利用可能であることが示され、経済効果が期待される。

2）本研究で、搾りかすも家畜の飼料として利用できる可能性が示された。本結果は、バイオマスと飼料とを密接につなげるもので、畜産業においても飼料資源の確保のため有益と考えられる。3）本研究で探索したスイートソルガム搾汁液からブタノールを高生産するSBP2-HB株は、トウモロコシからブタノールを高生産する菌株として知られているC. beijerinckii BA101株と同レベルであり、またスイートソルガム搾汁液の水希釈によって、未利用残存糖を減らしてブタノール生産量を高める簡便な手法に有効性を示し、原料の効率的変換に有用な菌株であることが示された。以上のことから、本研究のバイオブタノールがバイオエタノールと同様に重要な次世代燃料として期待される。

## 6 ．国際共同研究等の状況

特に記載すべき事項はない。

### 7. 研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

<論文（査読あり）>

1) Chohnan S., Nakane M., Habibur R., Nitta Y., Yoshiura T., Ohta H. and Kurusu Y., Journal of Bioscience and Bioengineering 111, 433-436 (2011)

“Fuel ethanol production from sweet sorghum using repeated-batch fermentation”

<査読付論文に準ずる成果発表>

特に記載すべき事項はない。

くその他誌上発表（査読なし）>

特に記載すべき事項はない。
## （2） 口頭発表（学会等）

1）金本美穂、Habibur Rahman、長南　茂、新田洋司、久留主泰朗、太田寛行：日本土壌微生物学会2010年度大会（2010、5月）「スイートソルガム搾汁液からブタノールを生産する細菌の分離と性状分析」

2) Kanemoto, M., M.H. Rhaman, S Chohnan, Y. Nitta, Y. Kurusu, H. Ohta: 13th International Symposium on Microbial Ecology, Seattle, USA, August 22–27, 2010. "Isolation of bacteria able to grown in sweet sorghum juice and produce butanol"

3) M. Nakane, S. Chohnan, Y. Nitta, T. Yoshiura, H. Ohta, Y. Kurusu: the American Society for Microbiology 110th General Meeting, San Diego, USA, 2010. "Bioethanol production from sweet sorghum by Saccharomyces cerevisiae".

4）石井照章、中村豊、宮口右二、豊田淳、本間貴司、長谷川守文、新田洋司、久留主泰朗：第65回関東畜産学会大会（2010、11月）「飼料としてのスイートソルガム残さの品質に及ぼす蒸煮・爆砕処理の影響」

5) Kanemoto, M., M.H. Rhaman, S. Chohnan, Y. Nitta, Y. Kurusu, H. Ohta: 日本微生物生態学会第26回大会(2010, 11月24～26日) “Characterization of soil clostridia able to grow in sweet sorghum juice and produce butanol”

6) Miho Kanemoto, M. Habibur Rahman, Yoshinori Sato, Shigeru Chonan, Youji Nitta, Yasurou Kurusu, and Hiroyuki Ohta. 国際環境生物地球科学シンポジウム（ISEB）、2011.

Biomass circulation system through the biobutanol production from a sugar-rich plant, sweet sorghum

7）金本美穂、M. H. Raman、佐藤嘉則、長南茂、新田洋司、久留主泰朗、太田寛行、日本微生物生態学会、2011、スイートソルガム搾汁液からブタノールを高生産する細菌株の選抜Selection of high butanol producing strain able to grow in sweet sorghum juice.

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない。

（４）シンポジウム、セミナーの開催（主催のもの）

特に記載すべき事項はない。

（５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない。

## (6) その他

特に記載すべき事項はない

### 8 \. 引用文献

1）中澤亮治：日本農芸化学会、9,3,285-291(1933)“糖蜜発酵酵母（研究所酵母396号）”
2）（独）農業技術研究機構：日本標準飼料成分表、p26、中央畜産会、東京、2001.

3) Gheshlaghi R, Scharer JM, Moo-Young M, Chou CP (2009) Metabolic pathways of clostridia for producing butanol. Biotechnol Adv 27:764-781.

4) Qureshi N and Blaschek HP (2000) Economics of butanol fermentation using hyper-butanol producing Clostridium beijerinckii BA101. Trans IChemE, Part C 78:139-144.

5) Gottwald M, Hippe H, Gottschalk G (1984) Formation of n-butanol from D-glucose by strains of “Clostridium tetanomorphum” group. Appl Environ Microbiol 48:573-576.

6) George HA, Johnson JL, Moore WEC, Holdeman LV, Chen JS (1983) Acetone, isopropanol, and butanol production by Clostridium beijerinckii (syn. Clostridium butylicum) and Clostridium aurantibutylicum. Appl Environ Microbiol 45:1160-1163.

7) George HA, Chen JS (1983) Acidic conditions are not obligatory for onset of butanol formation by Clostridium beijerinckii (synonym. C. butylicum). Appl Environ Microbiol 46:321-327.

8) 須藤 浩：サイレージと乾草、p157、養賢堂、東京、1971.

9) Nonaka K, Ohta H, Sato Y, Hosakawa K (2008) Utilization of phenylpropanoids by Pseudomonas putida soil isolates and its probable taxonomic significance. Microbes Environ 28:360-364.
（３）食料安全保障とバイオ燃料生産の両立を図る農業システム解析

茨城大学農学部

吉田 貢士・小松崎 将一・佐藤 達雄・小林 久

<研究協力者>

茨城大学農学部

乃田 啓吾・Krisandhi Widjaya

平成21(開始年度)～23年度累計予算額：53,797千円

（うち、平成23年度予算額：17,930千円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨] 本サブテーマでは、耕作放棄地におけるスイートソルガム栽培による分散型システムのエネルギー、経済評価、環境評価を行う。分散型システムは規模が小さいためバイオエタノールの生産について効率的とは言い難いが、それでもエネルギーおよびコストにおいてメリットが出るのであれば、さらに耕作放棄地対策としての効果や環境負荷が少なくすむというメリットを持つため、循環型エネルギー利用の技術として検討する価値のあるシステムである。具体的には、(1)地域レベルにおける、耕作放棄地の立地条件を考慮したエネルギー評価、経済評価、(2)圃場レベルにおける、窒素・リンに関する栽培通期における物質収支の評価、(3)異なる気象条件下での糖生産の効率化と環境保全の両立の検討、(4)県レベルにおける分散型システムの拡張に関する試算をそれぞれ検討した。結果として茨城県のA町を対象としたエネルギーおよび経済評価では、算出エネルギー／投入エネルギーの比は1.9、バイオエタノール1 L当の製造コストは120円弱という結果となり、実用に向けては粗放的な農業管理やスケールの検討が必要であることが示された。圃場レベルでの物質収支では、現行の施肥管理では環境への残存量が多く、また糖生産の効率化に向けた栽培体系として、出穂までの栽培が必要であり、栽培期間が長期にわたることから渇水や台風といった気象条件に対するリスクに対応する栽培スケジュールが本システムに必要であることを示した。最後に、本システムのスケール効果について検討し、単なる大規模化ではなく耕作放棄地の分布条件、つまり地域の特性を考慮したスケールの検討が必要であることを示した。

[キーワード] 窒素収支、リン収支、耕作放棄地、土地利用シナリオ評価、LCA
### 1. はじめに

平成23年3月11日の東日本大震災に端を発する、原子カエネルギーへの依存度に関する問題は大きな社会問題として日本のエネルギー政策を真剣に検討する必要があることを浮き彫りにした。原子カエネルギーの代替案として、太陽光、地熱、風力等多くの自然エネルギーが検討されているが、燃料としてのエネルギーについてはガソリンの代替に電気を利用することについての可否も大きな問題である。ここでは電気自動車技術の発展を否定するものではなく本研究でとり上げる問題ではないが、電気自動車の技術開発の進捗と、石油燃料の代替としてバイオエタノールを利用するシステムは今後の社会において混在する可能性が高い。すなわち、電力の面からいえば、今回の原子カエネルギーの依存度に対する社会的な合意形成の問題があるため、電気自動車等に利用しうる余剰電力が今後供給しうるかといった問題や、石油の面からいえば、埋蔵量に限界があることや、石油価格が国際的な政治案件となることに起因する供給面の不安定性に伴う、持続的な利用が可能かどうかという問題があるため、石油への依存量を若干でも減らすことができるバイオエタノールによる、地域レベルでのエネルギー循環利用システムは喫緊の課題として検討すべきである。

また、長期的に見ても、温暖化の抑制に向け低炭素社会の実現、およびそれを下支えするエネルギー循環型システムの開発が重要である。循環型社会システムの開発には、エネルギー収支からみたコストパフォーマンスも重要であるが、それと同時に地域ごとの特性を反映した柔軟性、持続性が必要不可欠である。本サブテーマにおいて目標としたのは、近年日本で一般的にみられる大都市近郊の畑・水田農業における農業人口の低下、担い手不足問題による耕作放棄地の増加が進む地域における、スイートソルガムを用いた分散型バイオエタノール生産システムの仮想的導入評価と、モニタリングに基づく圃場レベルでのスイートソルガム生産の環境影響評価である。循環型社会システムの一つの技術としてスイートソルガムから生成するバイオエタノールの燃料利用とスイートソルガムの持続的な生産による分散型バイオエタノール生産システムを目指す。

一般にバイオエタノール生産において、エネルギー作物の栽培から精製プロセスのエネルギーコストを低減させることは、エネルギー効率を高めるために主要な目標である。特に、本研究で取り上げるスイートソルガムはイネ科の一年草植物で、生長速度も速く、粗放管理で高収量を得ることができる。現在、日本では主に飼料用として栽培されているが、バイオ燃料作物の中では、糖含有量がサトウキビに次いで高く、糖化プロセスが不要であり、サトウキビよりも作付けの北限が高いため、関東地域近辺でも栽培可能である。

さらに、エネルギー作物を導入した地域では、食料との競合を起こさないためにも、非食料生産地での栽培を検討する必要がある。近年では、本研究が対象とする茨城県のような首都圏に近い農業地域でも、営農形態の変化、高齢化に代表される労働人口の動態変化、土地の資産化を起因とする耕作放棄地の増加の問題がある。耕作放棄地の増加は、人間の手の入らない土地の増加を意味しており、いわゆる「里山」の減少につながり、生産性のみならず生態系保全の観点からもマイナスの側面がある。耕作放棄地を有効活用する方策は地域レベルでは、より具体的な目標となりうる。

エネルギー収支分析や環境負荷削減効果の計測には、対象とするシステムの包括的な環境影響を定量的に評価することができるLCA分析の適用が有効である。LCAに関して、清水ら(2009) $ ^{1)} $ は資
源作物生産におけるデータベースの構築を行った。また，佐賀(2008) $ ^{2)} $ は、資源イネを原料とするバイオエタノール生産システムのエネルギー収支・CO $ _{2} $ 削減量をLCAによって明らかにし、また経済性の面からエタノールの最適生産規模について検討している。しかし、耕作放棄地への実際の導入を考慮した際、その面積や農地の分散条件によってエネルギー収支やコストは大きく変化するが、それらを考慮した地域レベルでの評価については、知見が少ないのが現状である。

本研究のスイートソルガム栽培による分散型システムとは、米国やブラジル等で行われている広大な面積と大規模なプラントを利用したエネルギー効率を追求する集中型システムと反対の方向性を持っており、比較すると効率自体は劣らざるをえないことは容易に予想できる。しかし、集中型システムによる過剰な肥料や農薬といった環境負荷や食料生産との競合という側面は、規模が小さいことや環境管理が容易であることから、利用可能な土地利用が限られている地域や本研究が対象とする茨城県のような水環境に対して脆弱な閉鎖性水域を持つ場合には、環境保全の面では有利と考えられる。また、分散型システムでは、域内の全エネルギーを賄うことは無理であるが、エネルギー供給の外部依存性を下げる効果は期待でき、エネルギーのリスクヘッジとしての機能と、地域の環境保全を両立することが可能となることが期待される。さらに、耕作放棄地対策や減反保障として、エネルギー作物を栽培することも一つの推奨される方法であり、従来の商品作物を栽培するのと異なり、市場での高付加価値を得る努力が不要であるため、栽培時間が減少することが期待できる。このことは、今後の農業の経営体がより企業的な方向に進む場合には、実現性の高いシステムとなり、地域の新規の雇用、耕作放棄地の対策になりうることが期待できる。

このようなメリットのあるエネルギー作物、スイートソルガムによる分散型のエネルギー循環システムを地域レベルで導入することを検討する。

### 2. 研究開発目的

本研究で提案する分散型システムで予想される問題点を大きく分けると、一つはどの程度のエネルギーが循環利用可能であるのかという点と、もう一つは持続的にシステムが運用可能か否かという点がある。持続的なシステムの運用のためには、エネルギー効率、費用対効果、環境影響のそれぞれの側面について、メリットがあることが望ましい。エネルギー効率および費用対効果についての測定は、圃場レベルおよび地域レベルでの測定、評価が必要である。また、環境影響については、圃場レベルでの水収支・物質収支の測定、評価が必要である。具体的な目的は下記の3点である。

（１）地域レベルにおける、耕作放棄地の立地条件を考慮したエネルギー評価、GHG影響評価、経済評価

（２）圃場レベルにおける、窒素・リンに関する栽培通期における物質収支の評価と持続性評価

（３）異なる気象条件下での糖生産の効率化と環境保全の両立に向けた栽培システムおよび輪作体系の検討

これらに加え、本分散型システムを県レベルで導入した場合、どの程度効果があるかについても試算し、本分散型システムの実用可能な範囲を検討する。

（４）県レベルにおける分散型システムの拡張に関する試算
### 3. 研究開発方法

（１）地域レベルにおける、耕作放棄地の立地条件を考慮したエネルギー評価、GHG 影響評価、経済評価

## 1 ）研究对象地

研究の対象地としたのは、茨城県南部のA町である。A町の基礎データを表(3)-1に示す。都市近郊の平地農業地域で、耕作不便、農家の高齢化等の原因により、耕作放棄地の増加が問題となっている。農業人口を年齢別にみると、40～64歳が37%、65以上が56%と、全体の約9割が40歳以上である。耕作放棄地は耕地面积1haに対し、5aの密度で存在し、広く、薄く分布している。これにより、農地の荒廃、地域の水利システムに支障をきたすなど、農業生産に影響を与えている。また、景観の悪化、不法投棄の増加なども危惧される。平地農業地域の耕作放棄地は中山間地域と比較して、荒廃が軽度のものが多い一方で、分散的に存在しているため対策が立てにくい。

そこで、分散状況の把握のため、A町における耕作放棄地のGISデータを作成した(図.(3)-1)。A町の耕作放棄地の分布を町役場から入手した耕作放棄地状況図と土地利用図（国土地理院）をGIS上で編集し、耕作放棄地の分布のみを表示したものである。以下の分析は、この耕作放棄地分布図を基にして行った。

2）エネルギー投入量、 $ CO_{2} $ 排出量のインベントリ分析

図3-1 耕作放棄地分布図

表 (3)-1 A町の諸元データ (2009年)

人口	47,994 人
農業人口	1,334 人
町面積	6,498ha
耕地面積	2,170 ha
耕作放棄地	369ha
本研究では、システムのエネルギー評価にあたって、LCAを行う。LCAはインベントリを求め、システム内の工程ごとにエネルギー、GHG排出量を積み上げることで求めた。図(3)-2にLCAのインベントリ分析の対象システムを示す。

本システムの概要は、A町に存在する全ての耕作放棄地にてスイートソルガムを栽培し、設定したプラント（仮想的に設定したため茨城大学農学部内とした）に運搬し、そこでバイオエタノール製造、業者への販売を行うというものである。本システムを担うのは、バイオエタノールプラントの経営者（あるいは市町村やNGO）であり、栽培は農家・農業経営体への委託、販売はエネルギー業者への委託を想定している。このバイオエタノール生産システムを3つのプロセスに大別し、各プロセスでのエネルギー投入量、CO $ _{2} $ 排出量を算出する。3つのプロセスとは、

①スイートソルガム栽培プロセス

②運搬プロセス

## ③バイオエタノール製造プロセス

の栽培から製造までで、販売はシステムの境界外とした。スイートソルガム栽培プロセスにおけるシステムの時間的な境界は耕作放棄地における耕起から収穫までとした。栽培は1年に1作行うことを想定し、できるだけ粗放的管理で行うことを前提とした。したがって圃場整備や施設建設等の基盤整備、除草・灌漑などの圃場管理、および作業労力については考慮していない。なお、栽培を請け負うのは、委託を受けた農家あるいは農業経営体を想定している。

運搬プロセスにおけるシステム境界は栽培したスイートソルガムを、地域に分布する各耕作放棄地から後述する仮想プラントまで運搬するところまでとした。運搬時における原料の積み込み、積み下ろしについては考慮していない。

図(3)-2 インベントリ分析対象システム

表(3)-2 スイートソルガム栽培におけるインベントリ項目および係数

分類	インベント項目	エネルギー(MJ)	CO₂(kg)
燃料使用(L)	軽油	38.20	2.644
ガソリン	36.70	2.528
燃料製造(L)	軽油	9.64	1.040
ガソリン	6.76	0.729
肥料(kg)	複合肥料/普通化成	8.59	0.934
機械製造(h)	トラクター	35.94	2.820
ロータリーティラー	19.71	1.547
マニュアスプレッダー	40.90	3.211
ブロードキャスター	16.01	1.257
バイオエタノール製造プロセスにおけるシステム境界は燃料作物の搾汁、前処理、発酵、精製とした。搾汁液には十分な糖分が含まれているため、糖化プロセスはここでは必要がない。

a. スイートソルガム栽培プロセスにおけるインベントリ分析

スイートソルガム栽培における分析項目およびインベントリ係数を表(3)-2に示す。インベントリ係数については佐賀(2008) $ ^{2)} $ より引用した。

b. 栽培プロセスにおけるインベントリ分析

インベントリ項目は、

①農業機械の運転に用いられる軽油・ガソリンが持つ燃料発熱量

②軽油・ガソリンを製造するために用いられる燃料製造エネルギー

③普通化成肥料の製造に用いられる肥料製造エネルギー

④ トラクター・マニュアスプレッダー等の製造に用いられる農業機械製造エネルギー（使用時間あたりに換算）の4種類に大別した。分析項目ごとのエネルギー投入量は、分析項目ごとの資材投入量または農業機械使用時間に、それぞれのインベントリ係数を乗じることによって計算した。

c. 運搬プロセスにおけるインベントリ分析

運搬プロセスにおけるインベントリ項目は、

①トラックの運転に使用される軽油の燃料発熱量、

②軽油を製造するために用いられる燃料製造エネルギーの2種類に分類した。運搬に関するインベントリ分析は、A町の耕作放棄地分布図(図(3)-1)を用いて行った。スイートソルガムは一般的に使用されている4tトラックを用いて、仮想プラントまで輸送されるものと仮定した。今回の分析では、仮想バイオエタノール製造プラント（以下、仮想プラント）を中心の丸印の位置に設定した。なお、実際に茨城大学農学には、実験用プラントが存在し、エタノール生成の実証試験も他のサブグループの研究で行っている。図(3)-1の図中の同心円は仮想プラントからの距離を示しており、それぞれ半径5km、10kmとなっている。

運搬プロセスにおける燃料使用量は以下のように算出した。まず仮想プラントから半径1km間隔の同心円によってA町全面積をドーナッツ状に分割し、各同心円に含まれる耕作放棄地の面積を計算した。次に、各同心円内の耕作放棄地の総面積と仮想プラントまでの平均距離を掛け合わせたものを積算した。運搬コストは式3-1（日本エネルギー学会（2002）³）にて、求めた。

$ C=Pr\times L\times57.9 $ （円/km/ton）+1724（式3-1）

ここで、Cは運搬コスト（円）、Prはスイートソルガムの生産量（ton）、Lは栽培した耕作放棄地から仮想プラントまでの距離（km）である。さらに、燃料の使用量は2001年の平均軽油価格84円/Lで除すことで求めた。この燃料の総使用量に対し、軽油のインベントリ係数を乗ずることによって、運搬プロセスにおけるエネルギー投入量を算出した。なお、運搬に利用するトラック栽培者が従来から運搬車両を持っているものと仮定し、その機械製造エネルギーに関しては考慮していない。

d. バイオエタノール製造プロセスにおけるインベントリ分析

仮想プラントでのバイオエタノール製造におけるエネルギー投入量は、スイートソルガムの搾汁残渣（バガス）を燃焼することによってまかなうと想定した。小原（2006） $ ^{4)} $ は、サトウキビを
用いたバイオエタノール生産に関する研究において、サトウキビの搾汁残渣がエタノール製造時の燃料をまかなうことができることを示している(図(3)-3)。スイートソルガムのバガス発生量をスイートソルガムの乾物率（橋本ら（2011） $ ^{5} $ ）から推定すると、1t当たり220kgである、また、単位重量当たりのバガスの燃焼により得られるエネルギーには、サトウキビとスイートソルガムとで大きな差がないと仮定すると、本システムでは製糖を行わない分、エネルギーは十分にまかなえ、余剰分はさらに有効活用が期待できると考えられる。以上から、バイオエタノール製造プロセスにおけるCO $ _{2} $ 排出量は0とした。

ただし本実証試験では、各種精製装置は通常の電気でまかなっており、発酵装置用のボイラーおよび発電機等の導入はしていない。

図(3)-3 サトウキビ1t当たりのバガス発生量

3）スイートソルガムからのバイオエタノール生産量

スイートソルガムの単位面積当たりの平均収量および乾物重量、糖分含有率は2010年に茨城大学フィールドサイエンスセンター内の圃場で実測された橋本ら（2011） $ ^{4)} $ の値を引用した。エタノール変換効率は発酵効率、遠心分離効率、精製効率を乗じて求めた小原ら(2005) $ ^{6)} $ 。

表(3)-3にこれを示す。スイートソルガムの単位面積当たりの平均収量に糖含有率および変換効率を乗じて算出したエタノール生産量は1,900L/haとなった。

4）スイートソルガムを原料とするバイオエタノール生産システムの経済評価

a. エタノール製造コストの算出方法

表(3)-3 スイートソルガム実測データ

平均収量	46.46t/ha
乾物重量	10.39t/ha
糖分含有率	0.11
エタノール変換効率	0.53
エタノール生産量	1,900L/ha
図(3)-4 エタノール生産コストフローチャート

エタノール製造コストは、設備費、人件費、運転費、運搬費および原料調達費の5つの費用項目から算出した。図(3)-4にエタノール生産コストの算出フローチャートを示す。まず、耕作放棄地面積と単位面積当たりのスイートソルガムの収量からA町で得られるバイオマス量を算出し、仮想プラントの規模を決定した。このプラント規模に対応した設備費、人件費および運転費を求めた。次にバイオマス量と耕作放棄地の分布から、運搬費を式3-1から求めた。また、耕作放棄地面積と単位面積当たり原料生産費から、原料調達費を求めた。

### b. 原料調達費の算出

原料となるバイオマスを、耕作放棄地で栽培したスイートソルガムとした。スイートソルガムの収集コスト及び生産コストは、生産資材などの直接経費、人件費、機械償却費の3項目から構成される。これらの値については清水ら(2009) $ ^{1)} $ から引用した（表（3）-4）。以上のデータから、エタノール1Lあたりに換算したスイートソルガムの収集コストは55.5円、と推計された。また、運搬コストはで式3-1で算出したものを使用した。

### c. 設備費の算出

バイオマスプラントでは規模の経済が強く働くことから、スケールファクターを考慮することは重要である。スケールファクターについては、以下の式3-2（朝野（2007） $ ^{7} $ ）を用いた。

$$ \left(\frac{Sa}{Sb}\right)^{x}=\frac{Ca}{Cb} $$

ここで、Xはスケールファクターであり、一般的に化学プラントは0.7乗であることが多い。Saは

表(3)-4 スイートソルガム栽培における原料調達費

大項目	小項目	単価
人件費	耕起·施肥·播種	1,000円/(hr × 人)
生産資材	有機質肥料	2,500円/t
耕起(軽油)	110円/L
作業ユーティリティ	施肥(軽油)	110円/L
播種(軽油)	110円/L
プラントAの設備規模、SbはプラントBの設備規模を示す。また、CaはプラントA、CbはプラントBの建設費総計を示す。比較対象となるSaおよびCaは山田（2006） $ ^{8)} $ より引用した（表(3)-5）。このエタノールプラントの耐用年数は17年間、金利は0の定額として、エタノール1Lあたりの設備費用を算出した。

## (2) 圃場レベルにおける窒素・リンに関する栽培通期における物質収支の評価と持続性評価

本課題で提案する分散システムは、耕作放棄地を対象に作付けをすることを前提としており、必ずしも毎年継続的にスイートソルガムを強制的に栽培するものではなく、栽培を請け負う側の負担を考慮し、例えば耕作放棄地から復田、復畑として利用することや、1年程度の休耕ローテーションを組むことなども想定している。つまり、耕作放棄地としてではなく農地として地域内で保全されている状態であることが、栽培を請け負った側としては第一義として重要であり、エネルギー作物であることは二義的な理由である。エネルギー作物ならば、商品作物と異なり労働時間の短縮が期待できるという点でメリットを想定する。

ただし、実際の栽培管理では、単一品種での栽培管理がコスト面、労働面からすると効率的である。したがって、スイートソルガムの栽培においても、連作を想定した上で環境負荷の見通しや持続性について検討する必要がある。以上から、下記に示すように圃場レベルでの物質収支を求め、排出負荷が環境に対し影響を及ぼすかについて検討する。

## 1 )実験圃場およびモニタリングシステム

圃場試験は、茨城大学農学部フィールドサイエンスセンター内の圃場で行った。圃場には畦シートを用いて9つの試験区を作成した。試験区は無施肥区と化学肥料区、さらにメタン発酵消化液を液肥利用した3水準を3反復した。試験区には気象観測タワー、土壌水分センサー、観測井を設置した。さらに、2010年度の試験では表面流の取水も実施した。なお、本試験圃場では2007年度～2009年度に別試験が行われており、2007年度はナタネ、2008年度はブロッコリー、2009年度はスイートコーンが栽培されていた。実験条件を極力均一にするよう、本試験も同じ種類の肥料を使用し、同量の施肥を行った。栽培スケジュールおよび施肥量に関するデータを示す（表（3）-6,(3)-7）。本圃場にて、水収支、窒素リン収支を測定した（図(3)-5）。下記に、各項目の測定方法

表(3)-5 式3-2におけるSa, Caの値

表(3)-6 作業スケジュール

日付	作業内容
2010/6/15	観測開始
7/1	耕起
7/2	施肥
7/3	播種
施肥
7/20	灌溉開始
7/30	追肥
9/7	灌溉終了
12/7	観測終了

Sa	20,000kL
Ca	3,800,000千円

表(3)-7 施肥量

1haあたり (kg)	1試験区あたり (g)
窒素	120	216
リン	107	193
カリウム	120	216
を示す。

### a. 蒸発散

気象データは、1時間おきに気象観測タワー（オンセット社，米国）を使用して測定した。気象観測タワーは、試験区の外に設置し，気温・日射量・相対湿度・降雨量・風速・大気圧データを観測した。

蒸発散量は、土壌水分減少法にて求めた。土壌水分減少法とは、土層別に測定した土壌水分減少量に土層の厚さを乗じた値から蒸発散量を算定する方法である（丸山・三野，1999） $ ^{9)} $ 。

$$ E T=\sum_{i=1}^{n}(W_{i}!-W_{i})D_{i} $$

図(3)-5 圃場モニタリングシステム概要図

Wi’: 初期土壤体積含水率

Wi : 初期土壤体積含水率

Di : 土層の厚さ

ただし、上記の方法は表層土が比較的乾燥している状態に対して蒸発散量を求める場合に適用したが、降雨が頻繁に生じるような湿润な状態では適用は難しい。そこで、そのような場合にはペンマンモンティス法にて蒸発散量を求めた。ペンマンモンティス法については、FAO修正ペンマンモンティス式を採用した（Allen1998） $ ^{10} $ 。ペンマンモンティス式は(式3-4)で表すことができる。

$$ ET=\frac{0.408\Delta(Rn-G)+\gamma\frac{900}{T+273}U(es-ea)}{\Delta+\gamma(1+0.34U)}\quad( 式 3-4) $$

ここで、ET: 蒸発散量(mm/d)、△: 温度飽和水蒸気圧曲線の勾配(kPa)、Rn: 純放射量(MJ/m^{2}/d)、G: