2024/05/10 更新

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サワダ コズエ
沢田 こずえ
SAWADA Kozue
所属
大学院生命農学研究科 植物生産科学専攻 植物生産科学 特任助教
職名
特任助教

学位 1

  1. 博士(農学) ( 2010年3月 ) 

委員歴 1

  1. 日本土壌肥料学会   欧文誌(Soil Science and Plant Nutrition誌)編集委員  

    2014年10月 - 2016年9月   

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    団体区分:学協会

受賞 1

  1. 「Soil Science and Plant Nutrition」誌論文賞

    2010年4月   日本土壌肥料学会   Soil microorganisms have a threshold concentration of glucose to increase the ratio of respiration to assimilation

    Sawada K, Funakawa S, Kosaki T

 

論文 25

  1. Disentangling divergent factors controlling bacterial and fungal communities in topsoil and subsoil horizons across environmental gradients of tropical volcanic regions

    Han Lyu, Kozue Sawada, Ruohan Zhong, Method Kilasara, Arief Hartono, Randy A. Dahlgren, Shinya Funakawa, Tetsuhiro Watanabe

    Catena   239 巻   2024年4月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Soil bacteria and fungi are key drivers of biogeochemical cycling, yet their distribution and primary controlling factors are obscure in tropical volcanic regions. Moreover, bacteria and fungi exhibit varying sensitivities to environmental factors with poorly understood interactions among climate and edaphic factors. To address these gaps, we collected topsoil (0–15 cm) and subsoil (20–40 cm) (n = 24) across elevational transects in tropical volcanic regions of Tanzania (north-west and south-east slopes of Mt. Kilimanjaro: TW and TE) and Indonesia (Mt. Sibyak, Sumatra and Mt. Tengger, Java: IS and IJ). Bacterial and fungal abundances and community structures were assessed using real-time PCR and PCR amplification with 16S/ITS sequencing. We evaluated the impacts of geographic distance, climate, vegetation, soil organic matter (SOM) quality (e.g., mean residence time of SOM pools), and other edaphic properties (e.g., pH, active Al/Fe). Our results revealed that bacteria tend to have a higher abundance/diversity than fungi in carbon- and nitrogen-rich soils having less-degraded SOM. Fungi exhibited less variation than bacteria in abundance/diversity between topsoil and subsoil, likely due to their versatile substrate adaptability. Notably, bacterial and fungal community structures in IJ soils resembled those in TE soils more closely than IS soils, challenging the importance of geographical distance as a soil microbial determinant. Statistical models identified that moisture is a stronger factor than temperature in shaping the community structures of bacteria and fungi either directly or indirectly via regulating edaphic and vegetation properties. Overall, soil pH, active Al/Fe, and SOM quality control bacterial diversity and community structure, whereas soil pH primarily regulates fungal community structure, with vegetation type demonstrating a stronger influence than edaphic factors. In conclusion, climate, particularly moisture as characterized by excess precipitation (precipitation minus evapotranspiration), is the primary factor regulating bacteria and fungi distribution and emerges as a reliable predictor of soil microbial biodiversity.

    DOI: 10.1016/j.catena.2024.107907

    Scopus

  2. Conversion from natural coniferous forests to cedar plantations increase soil nitrogen cycling through changing microbial community structures 査読有り

    Kozue Sawada, Yoshiyuki Inagaki, Soh Sugihara, Takashi Kunito, Jun Murase, Koki Toyota, Shinya Funakawa

    Applied Soil Ecology   191 巻   頁: 105034 - 105034   2023年11月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.apsoil.2023.105034

  3. Bacterial and fungal community composition and community-level physiological profiles in forest soils 査読有り

    Takashi Kunito, Shota Hibino, Hirotaka Sumi, Kozue Sawada, Ho-Dong Park, Kazunari Nagaoka

    PLOS ONE   18 巻 ( 4 ) 頁: e0284817 - e0284817   2023年4月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Public Library of Science (PLoS)  

    We characterized the potential functioning and composition of the bacterial and fungal communities in the O and A horizons of forest soils using community-level physiological profile (CLPP) based on BIOLOG analysis, and polymerase chain reaction–denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) analysis of 16S and 18S rDNA fragments, respectively. In addition, relationships between the potential functioning and the community composition in each horizon, and between the O and A horizons, were assessed using Procrustes analysis. For the bacterial and fungal communities, the CLPP and DGGE profile were clearly separated between the O and A horizons in a principal coordinate analysis except for the fungal CLPP. No significant links for CLPP and DGGE profile between the O and A horizons were observed for either bacterial or fungal communities, suggesting that different factors had considerable influence on the microbial communities between the O and A horizons. Significant couplings between bacterial and fungal DGGE profiles (p <0.05 for O horizon; p <0.01 for A horizon), and between bacterial and fungal CLPPs (p = 0.001 for O horizon; p <0.01 for A horizon), were observed in the O and A horizons, implying that common factors strongly influenced the bacterial and fungal communities in each horizon. Although a significant correlation was observed between bacterial community composition and the potential functioning in the A horizon (p <0.01), such a correlation was not observed for the fungal community in the A horizon, and for the bacterial and fungal communities in the O horizon. This finding suggested that potential functioning, which would reflect only rapidly growing microorganisms, was not strongly associated with the composition of the entire microbial community. Further studies are needed to unravel the factors shaping the composition and functioning of microbial communities in forest soils.

    DOI: 10.1371/journal.pone.0284817

  4. Positive priming effects through microbial P-mining in tropical forest soils under N<sub>2</sub>-fixing trees 査読有り

    Kozue Sawada, Takashi Kunito, Tetsuhiro Watanabe, Natsuko Kitagawa, Han Lyu, Ho Lam Nguyen, Koki Toyota, Shinya Funakawa

    Soil Science and Plant Nutrition     頁: 1 - 6   2023年4月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Informa UK Limited  

    DOI: 10.1080/00380768.2023.2199777

  5. Microbial synthesis of arylsulfatase depends on the soluble and adsorbed sulfate concentration in soils 査読有り

    Takashi Kunito, Hiroaki Kurita, Masaki Kumori, Katsutoshi Sakaguchi, Seiya Nishizawa, Kazuki Fujita, Hitoshi Moro, Kozue Sawada, Yuichi Miyabara, Hideshige Toda, Kazunari Nagaoka, Yuichi Ishikawa

    European Journal of Soil Biology   111 巻   頁: 103418 - 103418   2022年7月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.ejsobi.2022.103418

  6. Comparison of the Structure and Diversity of Root-Associated and Soil Microbial Communities Between Acacia Plantations and Native Tropical Mountain Forests. 査読有り

    Sawada K, Watanabe S, Nguyen HL, Sugihara S, Seki M, Kobayashi H, Toyota K, Funakawa S

    Frontiers in microbiology   12 巻   頁: 735121   2021年9月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.3389/fmicb.2021.735121

    PubMed

  7. Impacts of conversion from natural forest to cedar plantation on the structure and diversity of root-associated and soil microbial communities. 査読有り

    Sawada Kozue, Inagaki Yoshiyuki, Sugihara Soh, Funakawa Shinya, Karl Ritz, Toyota Koki

    Applied Soil Ecology, 167, 104027   167 巻   頁: 104027 - 104027   2021年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.apsoil.2021.104027

  8. 「ミニマム・ロスの農業」の規範となる自然生態系および伝統的農業生態系土壌における炭素・養分循環の解明 査読有り

    沢田こずえ, 渡邉哲弘, 舟川晋也

    土と微生物     2021年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者  

  9. Priming effects induced by C and N additions in relation to microbial biomass turnover in Japanese forest soils. 査読有り

    Sawada Kozue, Inagaki Yoshiyuki, Toyota Koki

    Applied Soil Ecology   162 巻   頁: 103884 - 103884   2021年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.apsoil.2021.103884

  10. Application of biogas digestate with rice straw mitigates nitrate leaching potential and suppresses root-knot nematode (Meloidogyne incognita). 査読有り

    Yuexi Wang, Chikamatsu Seiya, Tuya Gegen, Sawada Kozue, Toyota Koki, Riya Shohei, Hosomi Masaaki

    Agronomy   9 巻   頁: 227   2019年

  11. Effects of 3-year cultivation on the soil nutrient status in a tropical forest and savanna of Central Africa, as determined by the microbial responses to substrate addition 査読有り

    Soh Sugihara, Yoko Fujimori, Makoto Shibata, Kozue Sawada, Haruo Tanaka, Antoine D, Mvondo Ze, Shigeru Araki, Takashi Kosaki, Shinya Funakawa

    Soil Science and Plant Nutrition   64 巻 ( 6 ) 頁: 728 - 735   2018年

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1080/00380768.2018.1517585

    Web of Science

  12. Immediate and subsequent effects of drying and rewetting on microbial biomass in a paddy soil 査読有り

    Kozue Sawada, Shinya Funakawa, Takashi Kosaki

    Soil Science and Plant Nutrition     2018年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  13. Effect of repeated drying-rewetting cycles on microbial biomass carbon in soils with different climatic histories 査読有り

    Kozue Sawada, Shinya Funakawa, Takashi Kosaki

    APPLIED SOIL ECOLOGY   120 巻   頁: 1 - 7   2017年11月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV  

    There are contrasting results regarding the effect of repeated drying-rewetting (DRW) cycles on microbial biomass carbon (MBC), and two fundamentally different mechanisms have been postulated. The first is a microbial stress mechanism which will reduce MBC as stress-sensitive microbes die, and the second is a substrate supply mechanism which will increase MBC through the release of a microbial substrate from non-biomass soil organic carbon (C). However, the balance of these two mechanisms has not been fully examined for various soils with different climatic histories, especially for soils from humid areas. We hypothesized that soils subjected to fewer DRW events would be largely affected by the stress mechanism. Therefore, the effect of repeated DRW cycles on MBC and C dynamics was investigated and compared to that of a moist control treatment for four soils with different DRW histories. The first DRW significantly reduced the MBC for soils with less DRW but not for soils with more DRW. However, when comparing the sizes of MBC after 28 days of four DRW cycles and the moist treatment, the result was not related to the microbial resistance of each DRW. Cumulative respired CO2-C over a 4-day moist period after each DRW was always significantly greater than that in the moist treatment even when the MBC was not reduced by the DRW. The results with no change in MBC suggested that the substrate supply mechanism rather than the stress mechanism would be essential for the effect of repeated DRW cycles on MBC and C dynamics.

    DOI: 10.1016/j.apsoil.2017.07.023

    Web of Science

  14. Substrate-induced respiration responses to nitrogen and/or phosphorus additions in soils from different climatic and land use conditions 査読有り

    Kozue Sawada, Yoshiyuki Inagaki, Koki Toyota, Takashi Kosaki, Shinya Funakawa

    EUROPEAN JOURNAL OF SOIL BIOLOGY   83 巻   頁: 27 - 33   2017年11月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ELSEVIER FRANCE-EDITIONS SCIENTIFIQUES MEDICALES ELSEVIER  

    The fates of carbon (C) input to soils widely vary under different nutrient availability. In this study, both initial substrate-induced respiration (SIR) rates and substrate-induced growth responses to nitrogen (N) and/or phosphorus (P) additions were investigated together because the two approaches had been assessed separately in previous studies. A wide range of Japanese, Thai and Kazakh soils with different land uses were used, including acidic Japanese forest soils with low N availability, which has not been fully examined. We hypothesized that microbes in Japanese forest soils would mainly respond to N addition. The results showed that N addition decreased initial SIR rates to 75-87% for the acidic Japanese and Thai forest soils probably due to the increases in substrate C use efficiencies, but had no effect for other soils. P addition tended to increase initial SIR rates. In addition, P but not N addition resulted in the increases of specific microbial growth rates for all tested soils. In conclusion, soil microbes responded to P addition with enhanced their growth rates and initial SIR rates, whereas they responded to N addition with reduced initial SIR rates probably through efficient use of C only for the Japanese and Thai forest soils. Therefore, nitrogen availability will have a crucial role in microbial use of substrate C especially for acidic forest soils with low N availability.

    DOI: 10.1016/j.ejsobi.2017.10.002

    Web of Science

  15. Short-term respiration responses to drying-rewetting in soils from different climatic and land use conditions 査読有り

    Kozue Sawada, Shinya Funakawa, Takashi Kosaki

    APPLIED SOIL ECOLOGY   103 巻   頁: 13 - 21   2016年7月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV  

    Many surface soils, including those that have rarely experienced dry conditions, may experience more frequent and/or intense drying-rewetting (DRW) events in the future. Such DRW events are likely to induce large and sudden CO2 pulses derived from increased substrate availability owing to their release from non-biomass soil organic C (SOC) and microbial biomass C (MBC); however, few studies have investigated respiration rates following DRW at high time resolutions (e.g., 1 h) or in soils from humid areas. In this study, DRW effects on the dynamics of respiration rates at hourly intervals for 12 h and substrate-induced respiration (SIR) rates were investigated. Soils previously subjected to different DRW frequencies were collected from forest and arable or grassland sites in Japan (humid), Thailand (semi-humid) and Kazakhstan (semi-arid). The relatively humid Japanese and Thai soils were further subjected to five DRW cycles in the laboratory to compare the effects of the first and fifth DRW. Respiration rates after the first and fifth DRW and first DRW to the Japanese and Thai forest soil, respectively, were not fitted by models employing exponentially-decaying functions, and were initially similar to SIR rates. In such cases, C-saturated conditions for surviving microbes would occur probably because of increased substrate availability following release from dead MBC, suggesting the importance of incorporating microbial parameters into SOC models. Respiration rates after DRW to other samples decreased exponentially to a constant rate. In such cases, when increases in the labile and stable C pools by DRW were estimated by the respiration kinetics, the labile C pool would be primarily derived from dead MBC. (C) 2016 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.apsoil.2016.02.010

    Web of Science

  16. Potential nitrogen immobilization as influenced by available carbon in Japanese arable and forest soils 査読有り

    Kozue Sawada, Shinya Funakawa, Koki Toyota, Takashi Kosaki

    SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION   61 巻 ( 6 ) 頁: 917 - 926   2015年11月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:TAYLOR & FRANCIS LTD  

    Microbial nitrogen (N) immobilization following the addition of organic materials to soils regulates soil N availability, which affects plant growth and N leaching from soils. In this study, the potential for microbial N immobilization was evaluated by short-term incubation experiments following the addition of available carbon (C) under non-limiting conditions of N and phosphorus (P) to seven Japanese arable and forest soils. Glucose was added as a model substrate at concentrations close to microbial biomass C. The forest soils had lower pH and smaller increases in respiration rates after the glucose addition, and higher organic and biomass C compared to the arable soils. Microbial N immobilization, estimated by net decreases in extractable N, was significantly correlated with the concentrations of added glucose and was on average 43mgNg(-1) glucose C during 3- and 7-day incubation for all soils. Net increases in biomass N measured by the chloroform fumigation-extraction method using the common conversion factor of 0.54 at 3 and 7days after the glucose addition were lower than the microbial N immobilization for all soils, and the biomass N accounted for a smaller portion of immobilized N in the arable soils than in the forest soils. Therefore, the present study suggests that microbial N immobilization would be dependent on the concentrations of available C in organic materials and higher than the increases in biomass N, especially for arable soils when organic materials are added to soils under non-limiting conditions of N and P.

    DOI: 10.1080/00380768.2015.1075364

    Web of Science

  17. In situ short-term dynamics of CO2 flux and microbial biomass after simulated rainfall in dry croplands in four tropical and continental ecosystems 査読有り

    Soh Sugihara, Shinya Funakawa, Atsunobu Kadono, Yusuke Takata, Kozue Sawada, Kazumichi Fujii, Takashi Kosaki

    SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION   61 巻 ( 3 ) 頁: 392 - 403   2015年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:TAYLOR & FRANCIS LTD  

    The wet-dry cycles of soil primarily drive carbon (C) dynamics in dry croplands that mainly experience sporadic rainfall events. We evaluated the in situ short-term (hourly) dynamics of soil carbon dioxide (CO2) efflux and microbial biomass, to compare the significance of a single rainfall event with/without C substrate to reveal the effects of a single rainfall on the soil C dynamics in clayey dry croplands in four different climates and ecosystems. The experiments were conducted on four clayey dry croplands as follows: Thailand (TH) and Tanzania (TZ) in tropical climates, and Kazakhstan (KZ) and Hungary (HG) in continental climates. Hourly measurements of soil CO2 efflux, in situ microbial biomass (MB) and in situ microbial activity (qCO(2)) were conducted after the application of simulated rainfall (W plots) and rainfall/glucose (WG plots) treatments. We also evaluated the easily mineralizable carbon (EMC) by incubation. The rainfall treatment caused an increase in the qCO(2) but not in MB, causing a clear but short C flush in all W plots (10-37h), while the WG treatment caused an increase both of qCO(2) and MB, resulting in substantially longer and larger C flush in the WG plots (ca. 100h). The ratio of the cumulative soil CO2 flux caused by rainfall treatment to EMC was larger in TH-W and TZ-W plots (8.2 and 4.9%, respectively) than in the KZ-W and HG-W plots (2.9 and 1.1%, respectively). In addition, applied glucose was more heavily mineralized in the TH-WG and TZ-WG plots (15.0 and 9.7%, respectively) than in the KZ-WG and HG-WG plots (6.4 and 3.4%, respectively), because of the different MB increment patterns for the first 24h, i.e., immediate and large MB increments in TH and TZ, but not in KZ and HG. These results reveal a possible mechanism that causes the rapid decomposition of soil organic carbon and applied organic matter in the dry tropical cropland.

    DOI: 10.1080/00380768.2015.1018800

    Web of Science

  18. Effects of the application of digestates from wet and dry anaerobic fermentation to Japanese paddy and upland soils on short-term nitrification. 査読有り

    Sawada K, Toyota K

    Microbes and environments   30 巻 ( 1 ) 頁: 37 - 43   2015年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1264/jsme2.ME14080

    Web of Science

    PubMed

  19. 土壌微生物研究におけるモデル基質としてのグルコース利用―研究事例と今後の展望― 査読有り

    沢田こずえ, 豊田剛己

    土と微生物   67 巻 ( 1 ) 頁: 32 - 38   2013年4月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:土壌微生物研究会  

    将来の気候変動下における土壌炭素循環の予測不確実性を解決するためには,土壌中での微生物を介した炭素循環メカニズムを解明することが重要である。これまで,土壌中で微生物が取り込む基質の主成分であるグルコースをモデル基質として用い,微生物メカニズムを解明する研究が発展してきた。本稿では,微生物がグルコースを吸収して増殖する期間とグルコースが微生物に吸収された後の期間に分けて,研究事例を紹介した。グルコース吸収期間において,バイオマス炭素の半分以下の低濃度のグルコースを添加後のCO2放出速度はミカエリス・メンテン式に従うことが分かった。また,バイオマス炭素以上の高濃度のグルコースを添加後のCO2放出速度の経時変化から,(1)土壌微生物をr戦略微生物とK戦略微生物に分けられること,(2)様々な生態系における窒素・リン制限についての情報が得られることが分かった。グルコース吸収後の期間においては,微生物の代謝回転速度とプライミング効果についてまとめた。プライミング効果の大きさを決定する要因として,添加基質炭素濃度と可給態窒素量が考えられた。今後の展望としては,微生物バイオマスの群集組成に着目した研究の発展が望まれる。

    DOI: 10.18946/jssm.67.1_32

    CiNii Books

    その他リンク: http://agriknowledge.affrc.go.jp/RN/2010852139

  20. 土壌微生物のグルコース利用効率に関与する要因の検証 査読有り

    沢田こずえ, 舟川晋也, 小崎隆

    土と微生物   65 巻 ( 1 ) 頁: 41 - 48   2011年4月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:土壌微生物研究会  

    土壌微生物のグルコース利用効率は,有機物循環モデルにおけるパラメーターを見積もるために重要である。グルコース利用効率は,純粋培養微生物では約60%であることが知られている一方,土壌微生物においては,広い範囲の値が報告されている。本稿では,その要因を,全土壌に共通のものと,土壌の性質に由来するものに分けて検証した。共通要因として,(1)計算方法,(2)培養時間,(3)バイオマス炭素由来呼吸の影響.(4)添加グルコース炭素濃度が考えられた。特に(4)において,グルコース利用効率は,添加グルコース炭素濃度が増加するにつれて,ある閾値までは約80%と一定で,閾値を超えると徐々に低下することが明らかになった。一方土壌の性質に由来する要因として,(1)酸性や重金属ストレス,(2)養分濃度,(3)糸状菌と細菌の割合,(4)粘土含量が考えられた。しかし,これらの要因のうち,明らかにグルコース利用効率に影響を与えるものは存在しなかった。以上から,基質濃度が低い疑似定常状態では,基質利用効率を考慮しないこれまでのモデルで微生物呼吸量は十分予測できるが急激な基質添加がある状況下では,従来のモデルでは微生物呼吸量が過小評価される可能性があることが示唆された。

    DOI: 10.18946/jssm.65.1_41

    CiNii Books

    その他リンク: http://agriknowledge.affrc.go.jp/RN/2010810824

  21. Simulating short-term dynamics of non-increasing soil respiration rates by a model using Michaelis-Menten kinetics 査読有り

    Kozue Sawada, Shinya Funakawa, Takashi Kosaki

    SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION   56 巻 ( 6 ) 頁: 874 - 882   2010年12月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:WILEY-BLACKWELL PUBLISHING, INC  

    Short-term dynamics of soil respiration rates over time measured at hourly intervals during less than 12 h after microbial substrates were added to soils can be classified into first- order, zero-order and growth-associated types. To simulate the zero-order type respiration rates, a model using Michaelis-Menten kinetics is proposed, because this kinetics model includes a maximum respiration rate but no increase in microbial biomass. In this model, soil respiration by microorganisms was assumed to be the sum of the mineralization of easily available substrates (R), which include both added glucose (G) and substrates released by disturbance such as a mixing treatment (D) and constant mineralization under steady state conditions. By analyzing the short-term dynamics of previously published respiration rates, which show no increase with time, for a Kazakh forest, a Japanese forest and a Japanese arable soils, the parameter values of z(r) and D(0), which indicate the ratio of respired to utilized R and the initial concentration of D, respectively, were estimated. This allowed simulation of the decreasing concentrations of R and estimation of the parameters V(max) and M in the Michaelis-Menten equation. Simulations using the obtained parameter values matched the measured data well. Correlation coefficients (r(2)) and root mean square errors (RMSE) indicated that the simulations usually matched the measured data, which included not only zero-order respiration rates but also first- order respiration rates. Therefore, the proposed model using Michaelis-Menten kinetics can be used to simulate the short-term dynamics of respiration rates, which show no increase over time, when easily available substrates would be added in soils.

    DOI: 10.1111/j.1747-0765.2010.00524.x

    Web of Science

    J-GLOBAL

  22. Threshold concentrations of glucose to increase the ratio of respiration to assimilation in a Japanese arable soil and a strongly acidic Japanese forest soil 査読有り

    Kozue Sawada, Shinya Funakawa, Takashi Kosaki

    SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION   55 巻 ( 5 ) 頁: 634 - 642   2009年10月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:WILEY-BLACKWELL PUBLISHING, INC  

    It is widely recognized that the efficiency of substrate C use in acid and/or disturbed soils by soil microorganisms is relatively low based on the observation that metabolic quotients (qCO(2)) are usually high in these soils. In the present study, threshold concentrations of glucose, at which the ratio of respiration to assimilation by soil microorganisms began to increase, were comparatively analyzed using two soils differing in pH and disturbance, a Japanese arable soil disturbed by cultivation and a strongly acidic Japanese forest soil. Varying concentrations of glucose C, generally less than those in the microbial biomass C, were added to the two soils. The ratio of respired to utilized glucose C remained at approximately 20% when lower concentrations of glucose were added and respiration rates did not increase (zero-order types), whereas the ratio increased when the concentrations of added glucose exceeded a certain level and respiration rates increased (growth-associated types). The substrate-induced respiration rate a few hours after the addition of glucose increased only for the growth-associated types, although chloroform-labile C increased in both types as the concentrations of added glucose increased. The results clearly confirmed the presence of a threshold concentration of glucose above which the ratio of respiration to assimilation increased. The threshold concentrations in Japanese arable and forest soils were lower than the concentration previously reported in a moderately acidic Kazakh forest soil. The lower threshold concentrations observed in the Japanese arable and forest soils are considered to result from different microbial growth characteristics after the addition of glucose linked with a shorter lag period before the exponential increase of the respiration rate and a lower ratio of substrate induced respiration rate to biomass C, respectively. The results suggest that the efficiency of substrate C use in acid and disturbed soils is relatively low in situations where higher concentrations of substrates are occasionally supplied with temporal C &apos;flushes&apos;, such as may occur in the rhizosphere or in the vicinity of plant residues.

    DOI: 10.1111/j.1747-0765.2009.00400.x

    Web of Science

  23. Different effects of pH on microbial biomass carbon and metabolic quotients by fumigation-extraction and substrate-induced respiration methods in soils under different climatic conditions 査読有り

    Kozue Sawada, Shinya Funakawa, Takashi Kosaki

    SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION   55 巻 ( 3 ) 頁: 363 - 374   2009年6月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:WILEY-BLACKWELL PUBLISHING, INC  

    Soil microbial biomass C, the metabolic quotient ([qCO(2)] respiration rate to biomass ratio) and growth characteristics, such as lag period and specific respiration increment after the addition of glucose to the soil, were determined for 19 surface soils varying widely in pH and land use under different climatic conditions in Asia. The soil samples included natural undisturbed forest and grassland soils, and disturbed soils affected by cultivation or slash and burn agricultural practices. Although chloroform labile C was significantly correlated with the substrate-induced respiration (SIR) rate, the ratio of chloroform labile C to SIR was negatively correlated with soil pH. The SIR-biomass C to organic C ratio was significantly correlated with soil pH, but this correlation was not observed between pH and the biomass C to organic C ratio using the fumigation-extraction (FE) method. Similarly, the qCO(2) measured using SIR-biomass C (SIR-qCO(2)) was negatively correlated with soil pH, whereas the qCO(2) measured using FE-biomass C (FE-qCO(2)) was not correlated with pH. These results were in contrast to several reports on the significant correlations between soil pH and FE-biomass C to organic C ratio and FE-qCO(2) using soil samples collected from a relatively narrow range of climatic conditions. Therefore, it could be concluded that soil pH can indirectly affect the FE-biomass C to organic C ratio and FE-qCO(2) by affecting the quality and decomposition of litter and soil organic matter, but has a more direct effect on the SIR-biomass C to organic C ratio and SIR-qCO(2) by inhibiting the mineralization of glucose in acid soils. Although the lag period and the specific respiration increment were not well correlated with any measured variables, the lag period was significantly lower in the disturbed soils than in the natural undisturbed soils. This suggests that the lag period after glucose addition could be used as a good indicator of disturbance.

    DOI: 10.1111/j.1747-0765.2009.00378.x

    Web of Science

  24. Soil microorganisms have a threshold concentration of glucose to increase the ratio of respiration to assimilation 査読有り

    Kozue Sawada, Shinya Funakawa, Takashi Kosak

    SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION   54 巻 ( 2 ) 頁: 216 - 223   2008年4月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:BLACKWELL PUBLISHING  

    The ratio of respiration to assimilation of glucose in soil microorganisms is reported to increase as the concentrations of added glucose increase. To explain this, a conceptual model has already been proposed in which the glucose acquired by soil microbes is incorporated into either storage compounds or storage compounds together with structural compounds only if sufficient glucose is available for growth. The model also suggested that glucose incorporation into storage compounds required less respiration and more assimilation than incorporation into structural compounds. We hypothesized that soil microbes start to invest acquired glucose into the synthesis of structural compounds when added glucose exceeds a threshold concentration. To confirm this hypothesis we investigated the patterns of glucose use after the addition of glucose C at 23 to 311% of biomass C, levels that are much lower than those tested in previous studies. Respiration rates did not increase (zero-order types) when added glucose C ranged from 23 to 47% of biomass C, but they did increase (growth-associated types) when glucose C was more than 78% of biomass C. The ratio of respiration to utilized glucose was approximately 20% for the zero-order types, but was higher than 20% and increased as the concentrations of added glucose increased for the growth-associated types. In addition, the substrate-induced respiration rate at 12 h after the glucose addition increased only for the growth-associated types, although chloroform-labile C increased in both types as the concentrations of added glucose increased. These results suggested that structural compounds were synthesized only for the growth-associated types and, thus, there was a threshold concentration of glucose over which structural compounds started to be synthesized in soil microbes and the ratio of respiration to assimilation started to increase.

    DOI: 10.1111/j.1747-0765.2007.00235.x

    Web of Science

  25. The main functions of the fallow phase in shifting cultivation by Karen people in northern Thailand-a quantitative analysis of soil organic matter dynamics 査読有り

    FUNAKAWA Shinya, HAYASHI Yoshikazu, TAZAKI Ikuko, SAWADA Kozue, KOSAKI Takashi

    Tropics   15 巻 ( 1 ) 頁: 1 - 27   2006年3月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:JAPAN SOCIETY OF TROPICAL ECOLOGY  

    To clarify the various functions of the fallow phase in the shifting cultivation system in northern Thailand, the fluctuation of fertility-related properties of soils throughout land-use stages was analyzed and the soil organic matter (SOM) budget was quantitatively evaluated, with special reference to soil microbial activities. The factors that have ensured the long-term sustainability of the shifting cultivation system can be summarized as follows: (1) Some soil properties relating to soil acidity improve when SOM increases in the late stages of fallow. The litter input may be supplying bases that are obtained via tree roots from further down the soil profile to the surface soil. This simultaneous increase in SOM and bases in the surface soil through forest-litter deposition in the late stages of fallow has an increasing effect on nutritional elements. (2) The decline in soil organic C during the cropping phase may be compensated by litter input during 6-7 years of fallow. With regards to overall budget, the organic matter input through incorporation of initial herbaceous biomass into the soil system after establishment of tree vegetation (approximately in the fourth year) was indispensable for maintaining the SOM level. (3) The succession of the soil microbial community from rapid consumers of resources to stable and slow utilizers, along with the establishment of secondary forest, retards further leaching loss of nitrogen (N) and enhances N accumulation in the forest-like ecosystems. It is noteworthy that during the fallow period, nitrifying activity of soil microbes, which was once activated in the cropping phase, is apparently suppressed. As a result, nitrate (NO<sub>3</sub><sup>-</sup>) effluent from soil layers was remarkably decreased, even in the initial stages of fallow. The functions of the fallow phase listed above can be considered essential to the maintenance of this forest-fallow system. Agricultural production can therefore be maintained with a fallow period of around 10 years, which is somewhat shorter than widely believed. Traditional shifting cultivation in the study village is shown to be well adapted to its soil-ecological condition.

    DOI: 10.3759/tropics.15.1

    CiNii Books

    J-GLOBAL

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書籍等出版物 4

  1. 土壌生化学(実践土壌学シリーズ 3)

    沢田こずえ( 担当: 共著 ,  範囲: 第3章「微生物バイオマスと群集構造」、P. 25-38、)

    朝倉書店  2019年 

  2. 土のひみつ~食料・環境・生命~

    沢田こずえ, 豊田剛己( 担当: 分担執筆 ,  範囲: 第5-3章:土壌に窒素が供給されると大気中の二酸化炭素が減少する?)

    朝倉書店  2015年9月 

  3. Research Approaches to Sustainable Biomass Systems

    Sawada Kozue, Toyota Koki( 担当: 分担執筆 ,  範囲: 第5-4章:Microbially mediated soil fertility)

    Elsevier  2013年10月 

  4. 改訂新土壌微生物実験法

    沢田こずえ( 担当: 分担執筆 ,  範囲: 第11-3章:基質誘導呼吸法)

    養賢堂  2013年7月 

MISC 3

  1. 書評:金子信博編「土壌生態学(実践土壌学シリーズ2)」 招待有り

    沢田こずえ  

    日本土壌肥料学雑誌90 巻   頁: 106   2019年

  2. 書評:Kevin R Tate 編 「Microbial Biomass: A Paradigm Shift in Terrestrial Biogeochemistry」 招待有り

    沢田こずえ  

    土と微生物72 巻 ( 1 ) 頁: 57 - 58   2018年4月

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    記述言語:日本語   掲載種別:書評論文,書評,文献紹介等  

  3. Soil microorganisms have a threshold concentration of glucose to increase the ratio of respiration to assimilation(SSPN AWARD)

    Sawada Kozue, Funakawa Shinya, Kosaki Takashi  

    日本土壌肥料学会講演要旨集 ( 56 ) 頁: 237 - 237   2010年9月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本土壌肥料学会  

    CiNii Books

講演・口頭発表等 2

  1. 「分解者」の定義に当てはめて土壌微生物とその働きを考える 招待有り

    沢田こずえ

    日本生態学会自由集会  2017年3月15日 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  2. 「ミニマム・ロス」の農業の規範となる自然生態系土壌における微生物群集組成と養分循環の解明 招待有り

    沢田こずえ

    日本土壌微生物学会2021年度大会シンポジウム(東京)  2021年6月 

科研費 13

  1. 多様な土壌における有機炭素蓄積ポテンシャルの解明

    研究課題/研究課題番号:23H03524  2023年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    渡邉 哲弘, 沢田 こずえ, 柴田 誠

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    担当区分:研究分担者 

    土壌は陸域最大の炭素プールであり、土壌への有機炭素の蓄積は、大気中の二酸化炭素濃度を減少させる重要な方策となっている。本研究では、有機炭素蓄積メカニズムの異なる土壌を対象として、表面科学に基づく有機炭素-粘土鉱物界面の解析と、最先端の微生物群集組成および活性の解析によって、土壌ごとに異なる有機炭素蓄積ポテンシャルを明らかにする。さらに、土壌生成学に基づき、気候、地質情報から有機炭素蓄積ポテンシャルの空間分布を解明する。

  2. 熱帯土壌におけるリン利用性が有機物分解・蓄積に与える影響

    研究課題/研究課題番号:22K05931  2022年4月 - 2025年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    沢田 こずえ, 渡邉 哲弘, 國頭 恭

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    土壌有機物量の増加による肥沃度改善によって単位面積あたりの農業生産性を向上させ、「持続可能な集約化」を達成することは、生産性の低下や農地と熱帯林の競合が顕在化している熱帯地域において、喫緊の課題となっている。本研究では、熱帯土壌において、リンの形態と量および微生物の群集組成と機能が、有機物分解・蓄積に与える影響を解明する。以上によって、熱帯農地において、効率的な土壌有機物量の増加による「持続可能な集約化」達成を目指す。
    土壌有機物量の増加による肥沃度改善によって単位面積あたりの農業生産性を向上させ、「持続可能な集約化」を達成することは、生産性の低下や農地と熱帯林の競合が顕在化している熱帯地域において、喫緊の課題となっている。本研究では、熱帯土壌において、リンの形態と量および微生物の群集組成と機能が、有機物分解・蓄積に与える影響を解明し、効率的な土壌有機物量の増加による「持続可能な集約化」達成を目指す。具体的には、近年急速に発展してきた13Cトレーサー法と分子生物学的手法を応用し、熱帯土壌において、リンの形態と量および微生物の群集組成と機能が、プライミング効果に与える影響を解明する。
    2022年度は、基質を添加して培養した土壌における炭素・リン獲得酵素活性や細菌・真菌の量や群集組成を測定し、基質添加による正のプライミング効果との関係を解明した。また、インドネシアの標高が異なる土壌において、微生物群集組成を解析した。
    現在、インドネシアとベトナムの土壌において、リンの形態と量を測定するための方法を模索している。
    2022年度は、リンマイニングによる正のプライミング効果が起こることがすでに分かっているベトナムの土壌において、そのメカニズム解明のために、添加なし、無機態窒素のみ添加(N)、無機態リンのみ添加(P)、13C標識グルコースのみ添加(C)、CN添加、CP添加、CNP添加の処理を加えた後培養した土壌における、炭素・リン獲得酵素活性や細菌・真菌の量や群集組成を測定した。その結果、正のプライミング効果は、フォスファターゼによる有機態リンの加水分解とは関係なく起こることが分かった。また、プライミング効果に関わる細菌・真菌群集組成や機能予測解析による機能遺伝子は、同定できなかった。
    さらに、インドネシアの標高が異なる土壌において、微生物群集組成を解明した。
    現在、インドネシアとベトナムの土壌において、リンの形態と量を測定するために、最適な酵素添加法(多量のフィターゼやフォスファターゼ添加によって遊離される無機態リンの定量)を模索している。
    ベトナムの土壌において、リンマイニングによる正のプライミング効果のメカニズム解明のために、有機酸生成にかかわる遺伝子(pqqC)やフォスファターゼ生成にかかわる遺伝子(phoC, phoD)をreal-time PCRによって定量する。また、インドネシア土壌に加えて、よりリン利用性が低いと考えられるカメルーン土壌においても、微生物群集組成を解明する。
    リンの形態と量を測定するための酵素添加法については、NaOH溶液抽出によって沈殿した有機物が吸光度測定を妨害することが分かったので、今後は有機酸抽出による測定法を検討する。

  3. 土壌有機炭素の蓄積・分解を制御するメカニズムの解明

    研究課題/研究課題番号:20H04322  2020年4月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    渡邉 哲弘, 柴田 誠, 沢田 こずえ

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    担当区分:研究分担者 

    土壌は陸域最大の炭素プールであり、土壌への有機炭素の蓄積およびその分解に伴う二酸化炭素の放出は、大気中の二酸化炭素濃度に大きく影響する。そのため土壌中の有機炭素動態の正確な予測が求められている。本研究では、表面科学に基づく土壌有機炭素-粘土鉱物界面の解析によって有機炭素の蓄積メカニズムを解明し、また最先端の微生物群集組成および活性の解析によって有機炭素の分解メカニズムを明らかにする。さらにそれらが、実測された二酸化炭素放出量や植物残渣由来の炭素蓄積量を説明できるかを検証し、土壌有機炭素の分解・蓄積に強く影響するメカニズムを特定する。
    本研究では、土壌有機炭素-粘土鉱物界面の解析によって有機炭素の蓄積メカニズムを解明し、また微生物群集組成および活性の解析によって有機炭素の分解メカニズムを明らかにする。さらにそれらが、実測された土壌有機炭素の分解・蓄積を説明できるかを検証し、土壌有機炭素動態の予測に重要なメカニズムを特定する。本年度は、風化程度が大きく異なるインドネシア、タイ、カメルーン、タンザニア、日本の212地点の非火山灰性の土壌(表層と下層)について、炭素蓄積に寄与する土壌の地化学的要因を調べた。土壌炭素蓄積に対する粘土・シルト、活性アルミニウム・鉄、鉄酸化物の影響を比較したところ、土壌の深度、風化程度にかかわらず、活性アルミニウム・鉄含量がもっとも重要であった。下層土壌においては、土壌が酸性である場合、気候帯、風化程度、土壌タイプによらず、1モルの活性アルミニウム・鉄に対して4~5モルの炭素が結合していた。表層土壌においても炭素含量は活性アルミニウム・鉄含量と相関したが、下層土壌よりも相関は弱く、また活性アルミニウム・鉄に対する炭素の割合が下層よりも高かったことから、活性アルミニウム・鉄を核として有機物が複層構造を形成し蓄積していると考えられた。また、pHが比較的高い土壌(pH > 6)については、活性アルミニウム・鉄とともに交換性カルシウム・マグネシウムの寄与が大きく、カルシウム・マグネシウムによる架橋構造も重要であることが示された。
    温帯から熱帯、半乾燥帯から湿潤帯の幅広い土壌群を用いて、有機炭素の蓄積に重要な土壌の地化学的特性を明らかにすることができた。また、有機態炭素を吸着する土壌粘土鉱物の分布について、インドネシア火山帯およびカメルーン火山帯における規定因子の解析を進めた。13-C標識植物体を施用した後に土壌の培養を行い、熱帯強風化土壌における土壌有機炭素蓄積因子の解析を進めた。いずれについても良好な成果が得られており、国内および国際学会での発表、学術雑誌への投稿の準備を進めている。
    土壌中の有機炭素の蓄積メカニズム、分解メカニズムについての解析を進める。まず、有機炭素の分解特性が異なる多様な土壌に対して有機物の熱分解分析を行い、蓄積している有機物の化学性を明らかにする。また、微生物群集構造を解析するとともに、その土壌有機炭素の量・化学性、気候および土壌特性値との関係を明らかにすることで、微生物による有機炭素分解についての解析を進める。また、土壌有機炭素分解の温度依存性を測定し、有機炭素蓄積・分解メカニズムの影響を検討する。

  4. 森林生態系における土壌微生物の多様性とプライミング効果の関係

    研究課題/研究課題番号:19K20434  2019年4月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究

    沢田 こずえ

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    大気中炭素量の二倍以上を保持する土壌炭素量が将来どのように変動するかを予測することは、今後の気候・大気環境変動を予測する上で極めて重要である。本研究では、近年急速に発展してきた同位体分析と分子生物学的手法を応用し、日本森林生態系において、森林型(天然林と人工林)や土壌型(褐色森林土と黒ぼく土)が、炭素・窒素添加による有機物分解促進効果(プライミング効果)と土壌微生物の群集組成や多様性に与える影響を明らかにする。以上により、土壌炭素量を増加させるための森林管理法を考案する。
    本研究では、森林土壌において、菌根菌タイプ(外生菌根菌とアーバスキュラー菌根菌)の違いや土壌酸性度、窒素・リン制限の違いが、微生物の群集組成や多様性と炭素添加による有機物分解促進効果(プライミング効果)に与える影響を解明した。
    その結果、菌根菌タイプの違いは、微生物群集組成や多様性に大きく影響を与えるが、プライミング効果には影響しないことが解明された。日本の強酸性土壌では、プライミング効果が抑制された。また、リンが欠乏する熱帯林土壌では、リンマイニングによるプライミング効果が、窒素が欠乏する温帯林土壌では、窒素マイニングによるプライミング効果が起こった。
    プライミング効果は、菌根菌タイプの違いや微生物群集組成・多様性の違いよりも、土壌酸性度の違いや窒素・リン制限の違いの影響の方が大きいことが分かった。つまり、樹種選択による微生物群集組成の改変は、プライミング効果にはあまり影響しないかもしれない。一方、土壌酸性化は有機物分解を抑制しうること、適切な養分バランスが森林土壌の炭素蓄積に重要であることが示された。以上の成果は、森林土壌における炭素動態の予測精度の精緻化と、CO2放出量の抑制や土壌炭素量の増加に向けての適切な管理と利用法の考案につながる重要な成果である。

  5. 熱帯畑作地における有機物の「質・量」統合的生態系管理による劣化土壌修復技術の創出

    研究課題/研究課題番号:18H02315  2018年4月 - 2022年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    小崎 隆, 村瀬 潤, 杉原 創, 沢田 こずえ

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    担当区分:研究分担者 

    熱帯地域では土壌劣化が引き起こす貧困と飢餓の負のスパイラルが深刻化している。本研究では、従来の量的な有機物管理に加えて、土壌微生物が持つ質的な管理も視野に入れることで、効果的な劣化土壌の修復・保全が可能になる、という着想に基づき、フィールド実験をタンザニア及びインドで行った。異なる土地利用下で、有機物の分解/同化に関与した土壌微生物群集を炭素同化能/分解能と関連付けて比較・解析した。その結果、1)土地利用に伴う土壌微生物の炭素利用効率の違いは、主に糸状菌群集の差異に起因すること、2)堆肥多量施用区で土壌微生物の炭素分解能は向上し、施用有機物が土壌に効率的に蓄積すること、などが判った。
    『持続可能な開発目標(SDGs)』の最優先課題「貧困と飢餓の撲滅」は農学が解決すべき究極の目標であり、劣化土壌の修復は喫緊の課題である。本研究では、熱帯畑作地における土地利用が土壌微生物群集やその機能に与える影響について、SIP法などの先端技術を駆使することで解明した結果、従来想定されていた細菌群集に加えて、畑地の炭素循環への貢献度が不明瞭であった糸状菌群集の果たす役割が大きいことを明らかにした。また熱帯畑作地における土壌壌微生物の機能改善に必要な堆肥施用技術に関する新規知見も得られた。今後これらの知見を融合・発展することで、熱帯地域における劣化土壌修復技術の社会実装が可能になる。

  6. 「ミニマム・ロスの農業」実現を目指して

    研究課題/研究課題番号:17H06171  2017年5月 - 2022年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(S)

    舟川 晋也, 矢内 純太, 杉原 創, 柴田 誠, 渡邉 哲弘, 真常 仁志, 沢田 こずえ

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    担当区分:研究分担者 

    世界各地の自然生態系および在来農法における物質動態を詳細に解析した結果、農耕地からの窒素等の資源流亡を抑制するためには、気候・土壌条件に合致した適切な有機資源の利用が重要であることが明らかとなった。土壌への有機炭素の投入は、直接的にはこれが有機・無機複合体として土壌中に窒素・リン等の資源を集積するとともに、間接的には物理的・化学的・生物的反応を通してこれら資源の土壌中への一時的貯留を促進する。鉱物学的特性、化学性、微生物特性を含めた土壌特性を認識した上で、サイトスペシフィックな肥培管理法を開発することが必要である。
    窒素汚染や生物多様性の減少など近代農業と環境の相克が顕在化してきた今日、農業技術開発の主たる方向性を、「多収・経済性」から「持続性の担保・環境負荷の抑制」へ転換しなければならない。そのための基本的考え方として、本研究では「ミニマム・ロスの農業」を提唱した。学術的には土壌-植物-微生物の生態学的関係性を農業生産に適切に応用することで環境負荷を削減しようとするものであり、社会的には「人類が生き残るために生態系や環境に許容される農業の外縁とは何か?」問うものである。

  7. 土壌の乾燥再湿潤による有機物分解メカニズムの解明と定量的解析

    研究課題/研究課題番号:17J40120  2017年4月 - 2020年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特別研究員奨励費

    沢田 こずえ

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    将来の気候変動によって、土壌が乾燥再湿潤される回数が増加すると予測されている。土壌が乾燥再湿潤されると、微生物基質炭素(C)の増加を引き金として、微生物活性の増加とそれによる土壌からのCO2や養分放出量の増加というカスケード反応が起こる。そこで本研究では、乾燥履歴や微生物群集組成が異なる土壌を用いて、乾燥再湿潤による有機物分解メカニズムの解明を行うことを目的とする。
    今年度は、これまでの研究(Sawada et al. 2010)を応用し、Michaelis-Menten式を改良したモデル式を構築し、乾燥再湿潤処理後のCO2放出速度のシミュレートを試みた。その結果、農耕地土壌やカザフスタン森林土壌などでは、一般によく用いられる一次反応式よりも、Michaelis-Menten式を用いたモデル式の方が、フィッティング精度が向上した。つまり、乾燥再湿潤後のCO2放出速度は、微生物バイオマス量が制限要因になる場合があるため、パラメータにバイオマスの指標を加えることで精度が向上することが分かった。その一方、日本森林土壌などでは、乾燥再湿潤後のCO2放出速度は、指数関数的に増加後減少したため、一次反応式でもMichaelis-Menten式でもフィッティングできなかった。つまり、微生物バイオマスのみでなく、微生物の増減もモデルに組み込む必要があることが分かった。以上の成果は、乾燥再湿潤による有機物分解を定量的に解析するうえで重要な成果である。

  8. 土壌微生物の養分獲得戦略に基づく有機物分解促進メカニズムの解明

    研究課題/研究課題番号:13J40116  2013年4月 - 2017年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特別研究員奨励費

    沢田 こずえ

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    将来、大気CO2濃度の上昇による植物の光合成促進に伴って、土壌へのC供給量が増加すると予想される。土壌へ易分解性Cが添加されると、もともと土壌に存在する有機物の無機化が促進(正のプライミング効果)または遅延(負のプライミング効果)される。また、人間活動の発展に伴って、大気中のN化合物濃度が増加した結果、土壌へのN負荷量も増加している。土壌へ無機態Nが添加されると、プライミング効果が抑制または促進される。本研究は、「N供給能が低い日本森林土壌では、プライミング効果に与える無機態N添加の影響が大きい」という仮説を検証するために、高知県スギ林とヒノキ林土壌において、プライミング効果に与える無機態N添加の影響を評価することを目的とした。
    結果、ヒノキ土壌では、グルコース添加によって負のプライミング効果が起こった。また、土壌有機物由来微生物バイオマスCが増加した。ヒノキは糸状菌が優占するので、糸状菌が体内に炭素を貯めこむことによってCO2放出が抑えられるのかもしれない。一方、スギ土壌へグルコースのみ添加した場合は、プライミング効果は起こらなかったが、グルコースとともに無機態Nを添加した場合、正のプライミング効果が起こった。また、58日間で添加グルコースCを上回るCO2-Cが積算で放出され、C収支がマイナスとなったことから、スギへのC・N添加の影響は極めて大きいことが分かった。また、この時土壌有機物由来微生物バイオマスNの代謝回転が速くなった。
    以上から、①ヒノキでは、無機態N添加の有無にかかわらず正のプライミング効果が起こらなかった、②スギでは、無機態N添加によってバイオマスNの代謝回転が早まり、正のプライミング効果が起こったことが分かった。

  9. 「ミニマム・ロスの農業」実現を目指して

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    担当区分:研究分担者 

  10. 熱帯畑作地における有機物の「質・量」統合的生態系管理による劣化土壌修復技術の創出

    基盤B

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    担当区分:研究分担者 

    2年目にあたる本年度は、課題1:土地利用が土壌微生物群集の多様性・機能および群集内・間の炭素利用効率に与える影響の解明、に取り組むため、昨年度に引き続き、タンザニアにおいて、土地利用が異なる4地点から採取した土壌の分析を行った。この結果、アンプリコン解析を用いた土壌微生物の群集構造の解析およびシャノン指数を用いた多様性評価の結果、炭素利用効率が高い地点で、1)特定の微生物群集が存在すること、2)微生物の多様性が高いこと、を明らかにした。以上のことは、仮説「農地化に伴う微生物群集構造の変化は炭素利用効率を低下させる」を支持している。
    これに加えて、土壌の理化学性と微生物群集構造は類似しているが、微生物の多様性と炭素利用効率には有意な差がある、畑地と乾燥林の2地点を対象に、添加した炭素を実際に体内に取り込んだ微生物の群集構造や多様性を特定するために、Stable Isotope Probe法を用いた実験を行い、試料を作成した。次年度以降、これら試料中の微生物群集を、アンプリコン解析により評価することで、実際に基質を利用している微生物群集が土地利用間でどの程度違うのか、に着目して、2地点の炭素利用効率の違いを検討する。
    また、上述した結果は熱帯酸性土壌であるタンザニアでの実験結果であるが、熱帯アルカリ性土壌であるインドでも同様の調査を実施し、類似の試験設定で各種試料を採取している。次年度以降、同様の実験を行い解析することで、より広範な生態環境条件下を対象とした仮説の検証を行う。
    上述したとおり、当初の計画通り、昨年度入手した分析試料の分析や解析が順調に進んでいる。加えて、現在までに得られた結果も仮説を支持するものとなっていることから、(2)おおむね順調に進展している、といえる。
    課題1の達成のために、引き続き1-2年目に採取・精製した試料を用いた分析を行う。具体的には、SIP法を用いた土壌微生物の群集内における炭素資源利用特性の評価(タンザニアの試料)と、土地利用ごとの土壌理化学性と土壌微生物の群集構造および炭素利用効率の関係性解明(インドの試料)である。これらの遂行により、仮説「農地化に伴う微生物群集構造の変化は炭素利用効率を低下させる」を熱帯地域において実証する。
    次に、課題2:多様な有機物の施用が有機物分解速度に与える影響の解明、に関しては、COVID-19の影響も考慮しつつ、安全第一としたうえで、慎重かつ柔軟に研究を進めることとする。具体的には、万が一、現地での圃場試験ができなかった場合には、すでに手元にある現地土壌を用いて、日本国内で類似の培養実験を実施することを検討する。
    加えて、得られた研究成果を国内外の学会で発表するとともに、投稿論文の取りまとめを行う。

  11. 熱帯土壌におけるリン利用性が有機物分解・蓄積に与える影響

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    担当区分:研究代表者 

  12. 土壌有機炭素の蓄積・分解を制御するメカニズムの解明

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    担当区分:研究分担者 

  13. 森林生態系における土壌微生物の多様性とプライミング効果の関係

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    担当区分:研究代表者 

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