Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

農地 / 農地の生物多様性 / 水田 / リモートセンシング / 水田分布の地図化 / farmland / farmland biodiversity / paddy fields / remote sensing / rice mapping

申請者らは、農業景観における土地利用や植生の変化を調べることを目標に、前年度より継続してプロジェクトを実施した。1980年代から2020年までの日本全域にわたる水田の分布地図を作成した。
この水田分布地図は、1980年代から現在までのランドサット衛星画像を使用して作成した。ランドサット画像は、雲量が多い場所を取り除くなどの前処理を行い、複数の日時の画像を集約してある。その上で、気温と田植えの日付というフィールドベースのデータを組み合わせることで、水田などの土地利用部分を機械学習によって分類する「フェノロジー・アルゴリズム」を構築し、全国規模の水田分布地図を作成することに成功した。これらの処理は、Google Earth EngineとPythonを使用して行なった。この分類精度を、JAXA 2014-16年版土地被覆図を使用し、航空写真の目視解釈を用いて評価した。その上で、水田面積の変化を全国と都道府県レベルで分析し、1980年代からは、日本で水田面積が28％減少していることを確認した。これらの成果を論文にまとめ、現在投稿中である。
加えて、全国および都道府県レベルの水田面積の変化を利用者が調べることのできる、ウェブアプリケーションも作成し、近々公開予定である。このアプリケーションは R Shiny を用いて開発し、オンラインでアクセス可能にした。このウェブアプリケーションは、日本における農業活動の変遷、それが生物多様性や人々に与える潜在的な影響に関心を持つ研究者、管理者、政策立案者にとって有用である。

硝酸態窒素除去 / 亜酸化窒素 / 硫黄脱窒 / 地下水 / 農地土壌水系 / 一酸化窒素 / FISH法 / Thiobacillus denitrificans / 亜酸化窒系 / 脱窒 / 農地 / 畑地 / 水田 / 硫黄

バッチ実験により、硫黄脱窒を実地施用するにあたっての、最適な環境条件を検討した。その結果、pH調整のため、炭酸カルシウムを元素硫黄と同時に土壌に埋め込むことで、脱窒がスムーズに進行することが確認された。また、適用区域が重量含水率40%以上の高含水率に保たれるように設定し、より無酸素に保つことで、充分な硝酸態窒素除去及びN_2O発生割合の軽減が可能となることがわかった。しかし、その場合、還元状態が進みすぎて、硫化物が生成するのはできる限り抑える必要があり、導入水量の適切な管理が必要といえる。
土壌カラム試験では硫黄の埋込法の検討を行った。その結果、土壌と硫黄を混合した層を数十cmにわたり設けなくとも、数cmの層状に硫黄を埋め込むのみで、その層で、十分な硝酸態窒素除去が可能であることが確認された。これは実用化する場合に、実地施工がより簡易な方法でよいことを示している。また、有機物が存在しても、硫黄脱窒と従属栄養的脱窒が同時に進行し、硫黄脱窒の活性も十分保たれることがわかった。有機物添加は、特にNO(一酸化窒素)の発生量を抑えるのには有効であることが、実験結果より明らかとなったが、有機物の存在は硫酸還元を促進するデメリットの方が大きいことから、硫黄脱窒の適用区域には、有機物の流入を極力抑えるのが良いと結論づけられた。
FISH法による硫黄脱窒細菌Thiobacillus denitrificansの検出では、純菌検出は十分行えることが確認された。しかし、土壌中での検出においては、土壌の自家蛍光と、probeの土壌粒子への非特異結合が問題となることが、滅菌土壌を用いた実験から明らかとなり、今後の更なる検討が必要と考えられた。

【研究分担者】
長谷川聖	東京大学	大学院・工学系研究科	助手	(Kakenデータベース)
栗栖太	東京大学	大学院・工学系研究科	助手	(Kakenデータベース)
糸川浩紀	東京大学	大学院・工学系研究科	助手	(Kakenデータベース)