土壌内物質動態を考慮したメタン発酵消化液の水田での持続的施用技術の開発

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メタン発酵施設における畜産廃棄物および食品残渣の処理がバイオマス資源の利活用技術として普及しつつあるが、持続的な施設運営のためには、その過程で生成されるメタン発酵消化液の肥料としての利用が不可欠である。日本国内では水田を対象とすることが有効であると考えられるが、消化液は有機態窒素とアンモニア態窒素を含む液状の特殊な肥料となるため、イネを対象に土壌内の窒素動態に着目した適切な施用技術に関する検討が必要と考えられる。2011年度(2年目)は、消化液の施用時期に関する3年間(2008年～2010年)の圃場試験結果および室内培養試験に関して、土壌窒素形態変化をより詳細に考察することによって、施用時期による影響が仮定と異なった要因について明らかにした。これらの成果は以下の2点であり、学術雑誌や研究発表大会において発表した。(1) 消化液を基肥として施用する場合について、施用時期を湛水開始の約2、1、0週間前の3段階に設定し、土壌窒素濃度の経時変化およびイネ収量、イネの生長量を3年間の水田圃場実験から比較検討した。その結果、施用時期は作付け期間初期の土壌窒素濃度に影響し、消化液施用から湛水開始までの日数が短い場合に土壌中の溶存態有機態窒素濃度およびアンモニア態窒素濃度が高濃度を示すことを明らかにした。ただし、土壌窒素濃度およびイネの生長における施用時期の影響は時間の経過に伴って徐々に小さくなり、最終的には有意でなくなることを示した。以上より、基肥施用時期が湛水開始の0日前から15日前の範囲であれば、イネの収量を減少させることなく消化液を水田圃場へ施用することが可能であり、施用時期の集中化を回避し得る可能性を示した。(2) 室内培養実験を行い、異なる土壌水分量および土壌温度条件下における消化液施用土壌窒素の形態変化、および、消化液施用から湛水開始までの日数を変化させた場合の土壌窒素の形態変化を比較検討した。全ての温度・水分量条件で、消化液施用後初期(3日程度)の溶存態有機態窒素、硝酸態窒素、アンモニア態窒素濃度は、低下傾向を示し、消化液施用後3日程度経過以降は、土壌の飽和度が80%の場合、あるいは温度が高いほど硝化が早く活性化する傾向を示すことを明らかにした。以上より、消化液施用後に無機態窒素が最も高濃度で維持される条件は、水分量が飽和度20%の場合、温度がより低温の場合であること、さらに、湛水後の無機態窒素濃度は湛水前日数が短い場合よりも高い値で推移することを示した。