九州大学学術情報リポジトリ
Kyushu University Institutional Repository
生産現場で実施可能な畑土壌可給態窒素の簡易評価 法と施肥診断システムの開発
上薗, 一郎
https://doi.org/10.15017/1932017
出版情報：Kyushu University, 2017, 博士（農学）, 論文博士 バージョン：
権利関係：
生産現場で実施可能な畑土壌可給態窒素の簡易評価法と 施肥診断システムの開発
上薗一郎
2018
目次
第 1 章 緒論
1.1 肥料コスト削減にむけた土壌診断の重要性 ・・・・・・・・・・・・・ 1 1.1.1 肥料価格の高騰 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 1 1.1.2 土壌診断による肥料コスト削減対策 ・・・・・・・・・・・・・・ 2 1.2 可給態窒素の簡易・迅速評価法開発の必要性 ・・・・・・・・・・・・ 3 1.2.1 培養法による可給態窒素の分析 ・・・・・・・・・・・・・・・・ 3 1.2.2 化学的抽出法による可給態窒素分析法の必要性 ・・・・・・・・・ 4 1.2.3 代表的な可給態窒素の化学的抽出法における問題点 ・・・・・・・ 5 1.3 可給態窒素測定値を活用した施肥診断システムの構築 ・・・・・・・・ 6 1.3.1 可給態窒素レベルに応じた窒素施肥診断の事例 ・・・・・・・・・ 6 1.3.2 反応速度論的手法を活用した窒素発現予測と今後の展開 ・・・・・ 7 1.4 研究の目的と論文構成 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 8
第 2 章 露地畑土壌における可給態窒素の各種簡易測定法の推定精度と
抽出有機物の特性比較 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 9 2.1 緒言 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 9 2.2 材料および方法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 10 2.2.1 供試土壌 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 10 2.2.2 分析方法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 12 2.2.2.1 培養法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 12 2.2.2.2 化学的抽出法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 12 2.2.2.3 測定法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 14 2.3 結果および考察 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 14 2.3.1 供試土壌の化学性 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 14 2.3.2 各種化学的抽出定法による測定値と培養法による可給態窒素との関係・ 15 2.3.3 各種化学的抽出法による抽出物の特性比較 ・・・・・・・・・・・ 17 2.3.3.1 各種化学的抽出法による抽出有機物の比較 ・・・・・・・・・ 19 2.3.3.2 各種化学的抽出法による抽出アンモニウム態窒素増加量の比較 ・ 20
2.3.3.3 可給態窒素簡易評価法として活用されている中性リン酸緩衝液
抽出法および熱水抽出性窒素法の推定精度 ・・・・・・・・・ 20 2.3.3.3.1 中性リン酸緩衝液抽出法 ・・・・・・・・・・・・・・・・ 20 2.3.3.3.2 熱水抽出性窒素法，熱水抽出性無機態窒素法および煮沸浸出法 21 2.3.4 要約 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 22
第 3 章 畑土壌に対する 80℃16 時間水抽出法による可給態窒素簡易評価法の適用性 23 3.1 緒言 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 23 3.2 材料および方法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 24 3.2.1 湿式加熱抽出法における抽出温度および抽出時間の検討 ・・・・・ 24 3.2.2 80℃16 時間水抽出法における土壌風乾処理の有無による影響 ・・・ 26 3.2.3 80℃16 時間水抽出法による多点土壌での検証 ・・・・・・・・・・ 26 3.2.4 分析方法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 26 3.3 結果および考察 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 27 3.3.1 湿式加熱抽出法における抽出温度の検討 ・・・・・・・・・・・・ 27 3.3.2 80℃湿式加熱抽出法における抽出時間の検討 ・・・・・・・・・・ 27 3.3.3 80℃16 時間水抽出法における土壌風乾処理の有無による影響 ・・・ 31 3.3.4 80℃16 時間水抽出法による多点土壌での検証 ・・・・・・・・・・ 32 3.3.5 培養期間の違いと 80℃16 時間水抽出法による抽出窒素量の関係 ・・ 34 3.4 要約 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 36
第 4 章 80℃16 時間水抽出液の COD 簡易測定による畑土壌可給態窒素の迅速評価 ・ 37 4.1 緒言 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 37 4.2 材料および方法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 38 4.2.1 COD 簡易測定キットを用いた可給態窒素簡易評価法の検討 ・・・・ 38 4.2.2 生産者が測定可能な可給態窒素簡易評価法の開発 ・・・・・・・・ 39 4.2.3 施設土壌に対する適用性の検討 ・・・・・・・・・・・・・・・・ 39 4.3 結果および考察 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 40 4.3.1 COD 簡易測定キットを用いた可給態窒素簡易評価法の検討 ・・・・ 40 4.3.2 生産者が測定可能な可給態窒素簡易評価法の開発 ・・・・・・・・ 44
4.3.3 施設土壌に対する適用性の検討 ・・・・・・・・・・・・・・・・ 46 4.4 要約 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 48
第 5 章 80℃16 時間水抽出物の化学的性質 ・・・・・・・・・・・・・・・・・ 49 5.1 畑土壌の 80℃16 時間水抽出有機態窒素の分解特性 ・・・・・・・・・・ 49
5.1.1 緒言 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 49 5.1.2 材料および方法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 50 5.1.2.1 供試土壌および培養条件 ・・・・・・・・・・・・・・・・・ 50 5.1.2.2 抽出方法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 51 5.1.2.3 抽出物の形態別窒素および溶存有機態炭素の測定 ・・・・・・ 51 5.1.2.4 加水分解性アミノ酸含量の測定 ・・・・・・・・・・・・・・ 52 5.1.2.5 分子量分布の測定 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 52 5.1.2.6 窒素無機化モデルと抽出有機物の炭素および窒素の分解モデル ・ 53 5.1.3 結果 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 54
5.1.3.1 培養期間中の無機化窒素量および抽出物の有機態炭素，
有機態窒素＋アンモニウム態窒素増加量の変化 ・・・・・・・・ 54 5.1.3.2 アミノ酸量と組成 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 58 5.1.3.3 分子サイズ分布 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 59 5.1.4 考察 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 60 5.1.4.1 無機化窒素量と抽出有機態窒素減少量の関係 ・・・・・・・・ 60 5.1.4.2 抽出有機物の分解速度 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 62 5.1.4.3 分解される有機物の特徴 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 63 5.1.4.4 可給態窒素推定法としての 80℃16 時間水抽出法の適用範囲 ・・ 64 5.1.5 要約 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 65 5.2 土壌の加熱抽出による抽出液の三次元蛍光スペクトルの特性 ・・・・・ 66 5.2.1 目的 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 66 5.2.2 三次元蛍光分光分析 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 66 5.2.3 結果および考察 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 67 5.2.3.1 土壌の加熱抽出による抽出液の三次元蛍光スペクトルの特性 ・ 67 5.2.4 要約 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 70
第 6 章 可給態窒素簡易評価法を活用した窒素施肥の適正化に向けて ・・・・・ 71 6.1 緒言 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 71 6.2 可給態窒素を施肥窒素量の加減に活用している事例 ・・・・・・・・・ 71 6.2.1 北海道の例 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 71 6.2.2 茨城県の例 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 72 6.2.3 栃木県の例 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 73 6.2.4 熊本県の例 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 73 6.3 反応速度論的手法の利用 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 74 6.4 可給態窒素レベルに応じた適正窒素施肥指針の構築 ・・・・・・・・・・ 74 6.4.1 可給態窒素簡易評価法に基づく窒素適正施肥シート作成の試み ・・ 74 6.4.2 栽培期間における地温の違いと窒素無機化量の推定 ・・・・・・・ 75 6.4.3 施肥基準の設定と可給態窒素の分布 ・・・・・・・・・・・・・・ 76 6.4.4 可給態窒素を考慮した窒素施肥指針 ・・・・・・・・・・・・・・ 77 6.5 可給態窒素レベルに応じた適正窒素施肥法の栽培検証 ・・・・・・・・・ 77 6.5.1 目的 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 77 6.5.2 材料および方法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 77 6.5.2.1 栽培方法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 78 6.5.2.2 調査方法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 79 6.5.3 結果および考察 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 79 6.5.3.1 生育概要 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 79 6.5.3.2 収穫調査結果 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 80 6.5.4 要約 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 82 6.6 今後の展開 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 83
第 7 章 総合考察 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 84 7.1 緒言 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 84 7.2 可給態窒素推定のための簡易抽出法 ・・・・・・・・・・・・・・・・ 85 7.3 抽出過程における窒素動態と抽出有機物の特性 ・・・・・・・・・・・ 86 7.4 80℃16 時間水抽出液の簡易分析法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・ 87
7.5 開発した畑土壌可給態窒素簡易評価法の特徴 ・・・・・・・・・・・・・ 88 7.6 開発した技術の普及と今後の展望 ・・・・・・・・・・・・・・・・・ 88 7.7 おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 89
第 8 章 摘要 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 90 謝 辞 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 92 引用文献 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 94 Summary ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 100
第 1 章 緒 論
1.1 肥 料 コ ス ト 削 減 に む け た 土 壌 診 断 の 重 要 性 1.1.1 肥 料 価 格 の 高 騰
日 本 で 使 用 さ れ る 化 学 肥 料 の 原 料 は ， ほ と ん ど を 海 外 か ら の 供 給 に 依 存 し て い る た め ，国 際 的 な 動 向 に 大 き く 影 響 さ れ る ．2008 年 の 肥 料 原 料 価 格 急 騰 は 記 憶 に 新 し く ， 特 に ， 全 量 を 輸 入 に 依 存 し て い る り ん 鉱 石 お よ び 塩 化 加 里 は ， ピ ー ク 時 に は り ん 鉱 石 が 高 騰 前 の 10 倍 ， 塩 化 加 里 は 4.5倍 ま で 上 昇 し ， リ ン 酸 質 お よ び 加 里 質 肥 料 の 価 格 を 押 し 上 げ た ．
一 方 ， 窒 素 の 肥 料 供 給 形 態 は ア ン モ ニ ア ， 尿 素 お よ び 硫 安 （ 硫 酸 ア ン モ ニ ウ ム ） で あ る ． ア ン モ ニ ア は 大 気 中 の 窒 素 を 利 用 し て 工 業 的 に 生 産 さ れ る が ， 窒 素 の 固 定 に は エ ネ ル ギ ー を 必 要 と し ， 輸 入 さ れ る 天 然 ガ ス や 原 油 由 来 の ナ フ サ が 使 用 さ れ て い る ． 尿 素 ， 硫 安 と も ア ン モ ニ ア か ら 製 造 さ れ る た め 原 油 価 格 に 左 右 さ れ る ．2008 年 の 肥 料 原 料 価 格 高 騰 の 際 は ，リ ン 酸 ，加 里 に 注 目 が 集 ま っ た が ，尿 素 も ピ ー ク 時 に は 高 騰 前 の 3.5 倍 ま で 上 昇 し た（ 農 林 統 計 協 会,2017）．
農 家 の 肥 料 購 入 価 格 に つ い て も ， 輸 入 価 格 を 反 映 し た 動 き に な っ て お り ， 肥 料 コ ス ト の 増 加 が 農 家 経 営 に 大 き な 影 響 を 及 ぼ し ， 将 来 的 な 食 料 の 安 定 供 給 に 支 障 を き た す 要 因 に な り か ね な い ． そ の 後 ， 肥 料 原 料 価 格 は 低 下 し た も の の ， 再 び 2008 年 と 同 様 な 事 態 が 起 こ る 危 険 性 が あ り ， 今 後 も 継 続 し て 農 家 の 肥 料 コ ス ト 節 減 対 策 に 取 組 む 必 要 が あ る （ 図 1-1）．
0 500 1,000 1,500 2,000 2,500
'75 '80 '85 '90 '95 '00 '05 '10 '15
塩化加里 過リン酸石灰 硫安
肥料の小売価格
(20 kg当たり円)
図1-１ 肥料小売価格の推移 （ポケット肥料要覧等より）
※ 2008年に肥料原料価格が急騰し，その後も高止まり傾向が続いている
オイルショック 2008年に急騰
1.1.2 土 壌 診 断 に よ る 肥 料 コ ス ト 削 減 対 策
日 本 の 畑 土 壌 で は ， こ れ ま で の 化 学 肥 料 や 堆 肥 の 多 用 に よ っ て ， 硝 酸 性 窒 素 に よ る 地 下 水 汚 染 や リ ン 酸 の 過 剰 蓄 積 に よ る 土 壌 養 分 バ ラ ン ス の 悪 化 が 顕 在 化 し て き て い る （ 小 川 ，2000）． こ の よ う な 状 況 を 改 善 す る た め に は ， 土 壌 診 断 の 実 施 に よ る 蓄 積 養 分 の 把 握 と そ の 利 活 用 に よ る 効 率 的 な 施 肥 管 理 の 推 進 が 必 要 不 可 欠 で あ る ．
2008年 の 肥 料 原 料 価 格 急 騰 の 時 に は ，特 に 価 格 上 昇 が 著 し い リ ン 酸 や カ リ に つ い て ，土 壌 診 断 結 果 に 基 づ く 適 正 施 肥 に 関 す る 研 究 が 行 わ れ た（ 新 良・伊 藤 ， 2016； 和 田 ・ 棚 橋 2017； 長 友 ら 2017）． こ れ ら の 成 果 は ， 施 肥 基 準 あ る い は 減 肥 基 準 と し て 各 都 道 府 県 で ま と め ら れ 公 表 さ れ て い る（ 農 林 水 産 省 ，2016）．
し か し ， 土 壌 診 断 結 果 に 基 づ く 適 正 施 肥 基 準 は リ ン 酸 ， カ リ を 対 象 と し た も の ば か り で ， 窒 素 に 関 す る 適 正 施 肥 基 準 や 指 針 は ほ と ん ど な い ． リ ン 酸 は ト ル オ ー グ リ ン 酸 ， カ リ は 交 換 性 カ リ の 土 壌 分 析 結 果 を 診 断 基 準 値 に 照 ら し 合 わ せ て ， 過 剰 域 で あ れ ば 減 肥 す る と い う 共 通 的 な 考 え 方 に 加 え ， 土 壌 養 分 の 蓄 積 実 態 を 踏 ま え て ， 土 壌 か ら 持 ち 出 さ れ た 肥 料 成 分 を 施 肥 で 補 給 す る 「 補 給 型 施 肥 基 準 」 と い う 考 え 方 も 提 案 さ れ た （ 岩 手 県 ，2009； 新 良 ・ 伊 藤 ，2016）．
一 方 ， 窒 素 の 土 壌 診 断 項 目 と し て は 無 機 態 窒 素 と 可 給 態 窒 素 が あ る ． な か で も 窒 素 肥 沃 度 の 指 標 で あ る 可 給 態 窒 素 は ， 土 壌 の 作 物 生 産 力 を 左 右 す る 重 要 な 診 断 項 目 の 一 つ で あ る ． 堆 肥 等 の 有 機 質 資 材 を 施 用 し て 窒 素 肥 沃 度 を 維 持 ・ 向 上 さ せ る こ と は 大 切 で あ る が ， 窒 素 肥 沃 度 が 必 要 以 上 に 高 ま る と ， 作 物 へ の 窒 素 供 給 の 調 節 が 難 し く な り ， 栽 培 面 で は 過 繁 茂 ・ 倒 伏 な ど ， 環 境 面 で は 硝 酸 イ オ ン に よ る 地 下 水 汚 染 の 問 題 な ど ， 水 ， 大 気 お よ び 土 壌 環 境 に 大 き な 影 響 を 及 ぼ す（ 上 薗 ら ，2003；上 薗 ら ，2004；Uezono，2005；上 薗 ら ，2005a，2005b；
上 薗 ，2006； 上 薗 ・ 餅 田 ，2007； 上 薗 ら ，2013）． こ の た め ， 窒 素 肥 沃 度 の 多 少 に 応 じ た 窒 素 施 肥 や 有 機 物 施 用 が 望 ま れ ， 特 に ， 畑 作 に お け る 可 給 態 窒 素 は 欠 か せ な い 土 壌 診 断 項 目 と い え る ．
1.2 可 給 態 窒 素 の 簡 易 ・ 迅 速 評 価 法 開 発 の 必 要 性 1.2.1 培 養 法 に よ る 可 給 態 窒 素 の 分 析
作 物 生 産 と 密 接 な 関 係 に あ る 土 壌 の 可 給 態 窒 素 は ， 栽 培 さ れ た 作 物 の 窒 素 吸 収 量 か ら 判 断 す る の が 最 も 正 確 で あ る が ， そ れ に は 多 く の 労 力 ， 時 間 そ し て 費 用 が 必 要 で あ る ． そ こ で ， 実 験 室 内 で 判 定 可 能 な 分 析 法 と し て ， 生 物 的 方 法 で あ る 培 養 法 の ほ か に ， 化 学 的 抽 出 法 が 提 案 さ れ て き た ．
日 本 で は ， 可 給 態 窒 素 分 析 法 と し て 「30℃4週 間 保 温 静 置 培 養 法 」 が 標 準 的 分 析 法 と な っ て い る （ 井 ノ 子 ，1979）． 水 田 土 壌 は 湛 水 培 養 ， 畑 土 壌 は 湿 潤 土 培 養 で 行 い ，30℃4 週 間 と い う 培 養 条 件 は 共 通 で あ る が ， 培 養 条 件 が 定 ま っ た 経 緯 は 明 ら か で な い（ 土 壌 環 境 分 析 法 編 集 委 員 会 編 ，1997；松 永・森 泉 ，2012）．
畑 土 壌 の「30℃4 週 間 保 温 静 置 培 養 法 」に よ る 可 給 態 窒 素 分 析 は ，1979 年 の 土 壌 環 境 基 礎 調 査 か ら 実 施 さ れ て い る ． こ の 調 査 は 各 都 道 府 県 が 事 業 実 施 主 体 と な り ，土 壌 の 時 間 的 経 過 に 伴 う 変 化 を 総 合 的 に 把 握 し ，適 切 な 土 壌 管 理 対 策 ， 土 地 利 用 方 式 等 を 明 ら か に す る 目 的 で 実 施 さ れ た（ 農 林 水 産 省 生 産 局 ，2008）．
こ の う ち ，定 点 調 査 は 全 国 で 2 万 地 点 の 農 地 を 対 象 と し て 行 わ れ ，2003 年 ま で 実 施 さ れ た ． こ の よ う な 大 規 模 か つ 長 期 間 実 施 さ れ た 調 査 は 他 に な く ， 日 本 の 農 耕 地 土 壌 の 特 性 に つ い て ， 実 態 と 変 化 を 知 る こ と の で き る 貴 重 な 調 査 結 果 と い え よ う （ 図 1-2）．
-5 0 5 10 15 20 25
可給態窒素(mg/100 g)
水 田 普通畑 樹園地 牧草畑 施 設
(n=32,417) (n=16,662) (n=7,989) (n=2,270) (n=1,167)
平均値
第４巡目第３巡目第２巡目第１巡目
標準偏差
図1-2 各地目の可給態窒素
※測定は30℃4週間培養法による． ただし，水田は湛水，畑は湿潤土培養である．
第１巡目(1979〜1983) 第２巡目(1984〜1988) 第３巡目(1989〜1993) 第４巡目(1994〜1999) 土壌保全調査事業成績書（平成20年8月，農林水産省生産局）より引用
1.2.2 化 学 的 抽 出 法 に よ る 可 給 態 窒 素 分 析 法 の 必 要 性
30℃4 週 間 保 温 静 置 培 養 法 で 求 め ら れ る 可 給 態 窒 素 は ， 土 壌 保 全 調 査 事 業 だ け で な く ， 現 在 で も 試 験 研 究 機 関 で 実 施 さ れ る 多 く の 試 験 土 壌 で 測 定 さ れ て お り ， 地 力 増 進 基 本 方 針 に お い て ， 乾 土 100 g 当 た り 5 mg以 上 と い う 普 通 畑 の 目 標 値 に 基 づ い て ， 窒 素 肥 沃 度 が 判 定 さ れ て い る ．
し か し ， 試 験 研 究 機 関 を 除 く 生 産 現 場 に 近 い 土 壌 分 析 機 関 で は ， 可 給 態 窒 素 が 測 定 項 目 に 含 ま れ て い る こ と は ほ と ん ど な い ． こ れ は ， 測 定 が 煩 雑 で 長 時 間 を 要 す る た め ， ル ー チ ン の 業 務 に は 使 用 し に く い た め と 考 え ら れ る が ， 土 壌 の 窒 素 肥 沃 度 に 応 じ た 窒 素 施 肥 を 妨 げ る 一 因 に な っ て い る ．
そ こ で ， こ れ を 改 善 す る た め に 培 養 法 に 代 わ る ， 迅 速 ， 簡 便 な 化 学 的 抽 出 に よ る 簡 易 測 定 法 が 多 く 提 案 さ れ て き た ． た だ し ， こ れ ら の 簡 易 測 定 法 は 土 壌 の 種 類 に よ っ て は 使 用 で き な い こ と や ， 高 価 な 分 析 機 器 や 排 気 装 置 等 の 設 備 が 必 要 で あ る こ と な ど ， 汎 用 性 ， 利 便 性 に 問 題 が あ り ， 窒 素 肥 沃 度 を 把 握 し た い と い う 生 産 者 の ニ ー ズ に 応 え る こ と が で き な か っ た ．
今 後 ， 農 産 物 の 低 コ ス ト ， 高 品 質 安 定 生 産 を 達 成 す る た め に は ， 農 家 自 ら が 土 壌 の 養 分 状 態 を 簡 易 に 把 握 し ， そ の 結 果 を 迅 速 に 土 づ く り や 施 肥 設 計 に 反 映 で き る こ と が 大 切 で あ る ． そ の た め に は ， 土 壌 の 作 物 生 産 力 を 左 右 す る 可 給 態 窒 素 の 簡 易 ， 迅 速 な 診 断 法 を 開 発 す る こ と が 必 要 不 可 欠 で あ る ．
求 め ら れ る 可 給 態 窒 素 の 簡 易 ， 迅 速 評 価 法 に 対 す る 開 発 の 着 眼 点 と し て は ， こ れ ま で の 研 究 実 績 や デ ー タ 蓄 積 が 多 い 「30℃4 週 間 保 温 静 置 培 養 法 」 で 求 め ら れ る 可 給 態 窒 素 を 推 定 す る 抽 出 法 で あ る こ と ， 高 価 な 分 析 機 器 や 有 毒 な 薬 品 等 を 使 わ ず ， 生 産 者 自 ら が 簡 便 ， 迅 速 に 診 断 で き る 方 法 で あ る こ と ， 新 た な 窒 素 肥 沃 度 の 尺 度 で は な く ， 土 壌 の 違 い に よ る 影 響 が 小 さ く ， 日 本 の 代 表 的 な 畑 土 壌 で あ る 黒 ボ ク 土 に も 対 応 で き ， 堆 肥 等 の 有 機 物 連 用 土 壌 に も 適 用 可 能 な こ と ， が 挙 げ ら れ よ う ．
1.2.3 代 表 的 な 可 給 態 窒 素 の 化 学 的 抽 出 法 に お け る 問 題 点
北 海 道 で は 「 熱 水 抽 出 性 窒 素 」 が 畑 土 壌 の 可 給 態 窒 素 評 価 法 と し て 普 及 定 着 し て い る （ 北 海 道 農 政 部 ，2002； 中 辻 ら ，2008）． さ ら に ， 表 1-1 の よ う に 熱 水 抽 出 性 窒 素 レ ベ ル に 応 じ て ， 窒 素 肥 沃 度 の 水 準 を 設 定 し て い る ．
現 在 で も ，多 く の 畑 作 物 で 窒 素 肥 沃 度 に 基 づ く 栽 培 試 験 が 精 力 的 に 実 施 さ れ ， 熱 水 抽 出 性 窒 素 診 断 に 基 づ い た 窒 素 施 肥 技 術 が 提 案 さ れ て い る （ 大 塚 ら ， 2015； 櫻 井 ら ，2016； 富 沢 ら ，2017）．
し か し ， 熱 水 抽 出 性 窒 素 の 測 定 は 北 海 道 地 域 以 外 で は 実 施 さ れ て い な い ． こ れ は ， 都 府 県 に お い て は 研 究 実 績 が な く ， 培 養 法 に よ る 可 給 態 窒 素 に 読 み 替 え ら れ な い た め で あ る ． さ ら に ， 分 析 操 作 に 熟 練 を 要 す こ と （ 北 海 道 立 中 央 農 業 試 験 場 ・ 北 海 道 農 政 部 農 業 改 良 課 ，1992）， 黒 ボ ク 土 で は ， 同 程 度 の 培 養 窒 素 量 を 示 す 非 黒 ボ ク 土 に 比 べ て 抽 出 窒 素 量 が 多 く ， 可 給 態 窒 素 を 過 大 評 価 す る 可 能 性 が あ る な ど の 問 題 点 も 指 摘 さ れ て い る （ 独 立 行 政 法 人 農 業 ・ 生 物 系 特 定 産 業 技 術 研 究 機 構 ，2007； 斎 藤 ，1988）．
一 方 ， 熱 水 抽 出 性 窒 素 法 と 並 ん で ， 全 国 的 に 利 用 さ れ た 方 法 と し て ， 中 性 リ ン 酸 緩 衝 液 抽 出 法（ 小 川 ら ，1989； 土 壌 環 境 分 析 法 編 集 委 員 会 ，1997）が あ げ ら れ る ． 中 性 リ ン 酸 緩 衝 液 抽 出 法 に つ い て も ， 施 用 有 機 物 や 腐 植 含 量 の 違 い ， 土 壌 の 種 類 ， さ ら に は 抽 出 条 件 に よ っ て 測 定 値 が 変 動 す る こ と が 報 告 さ れ て い る （ 柳 井 ら ，1998； 安 田 ・ 岡 田 ，1998； 日 本 土 壌 協 会 ，2000）．
こ の よ う に ，こ れ ら の 代 表 的 な 化 学 的 抽 出 法 は ，わ が 国 の 普 通 畑 の 約 50%を 占 め る 黒 ボ ク 土 や 有 機 物 施 用 土 壌 へ の 対 応 性 に 難 点 が あ る た め ， 今 な お 新 た な 化 学 的 抽 出 法 の 探 索 が 進 め ら れ て い る （ 平 舘 ら ，2011）．
窒素肥沃度の水準
熱水抽出性窒素 生土培養窒素 過去２カ年の有機物 (mg N/100 g) (mg N/100 g) 施用量 (t/10 a)
Ⅰ
Ⅱ(標準対応)
Ⅲ
〜 3.0 3.0 〜 5.0 5.0 〜
〜 1.5 1.5 〜 2.5 2.5 〜
〜 4 4 〜 8 8 〜
分析値がある場合 分析値がない場合の目安
表1-1 露地野菜畑における窒素施肥対応のための肥沃度区分
※ 北海道施肥ガイド2010 （北海道農政部，2010） より引用
1.3 可 給 態 窒 素 測 定 値 を 活 用 し た 施 肥 診 断 シ ス テ ム の 構 築 1.3.1 可 給 態 窒 素 レ ベ ル に 応 じ た 窒 素 施 肥 診 断 の 事 例
土 壌 窒 素 の 形 態 変 化 は 複 雑 で 速 く ， 溶 脱 や 脱 窒 な ど の 損 失 量 も 多 い た め ， 無 機 態 窒 素 測 定 に よ る 土 壌 の 窒 素 診 断 で 施 肥 量 を 調 節 す る の は 困 難 で あ る ． し か し ， 土 壌 か ら の 窒 素 発 現 量 を 的 確 に 推 測 す る こ と が で き れ ば ， 適 正 な 窒 素 施 肥 量 の 決 定 ， 合 理 的 な 地 力 維 持 管 理 を 行 う こ と が 可 能 に な る ．
1.2.1 で 示 し た よ う に ， 畑 土 壌 の 可 給 態 窒 素 は ， 風 乾 細 土 に 加 水 し て 湿 潤 土 と し ，土 壌 微 生 物 の 活 動 に 適 し た 環 境 条 件 と 考 え ら れ る 30℃ で 4 週 間 培 養 し た と き の 窒 素 無 機 化 量 で 求 め ら れ る ． つ ま り ， 可 給 態 窒 素 は あ く ま で も 潜 在 的 な 窒 素 供 給 量 の 尺 度 で あ り ， 直 接 的 な 作 物 栽 培 期 間 中 の 窒 素 供 給 量 を 意 味 す る も の で は な い ．
で は ， 可 給 態 窒 素 は 土 壌 窒 素 肥 沃 度 の 指 標 に し か 利 用 で き な い の だ ろ う か ． 都 道 府 県 の 研 究 成 果 を 検 索 す る と ， 可 給 態 窒 素 を 窒 素 施 肥 量 の 加 減 に 活 用 し て い る 研 究 成 果 が み ら れ ， 代 表 的 な も の と し て は 1.2.3 で 示 し た 「 北 海 道 施 肥 ガ イ ド 2010」が あ る ．表 1-2 は 露 地 キ ャ ベ ツ で の 活 用 例 で あ る が ，熱 水 抽 出 性 窒 素 に よ る 地 力 窒 素 肥 沃 度 レ ベ ル に 応 じ て ， 基 準 収 量 を 得 る た め の 施 肥 窒 素 量 を 設 定 し て い る ． 他 の 品 目 に つ い て も ， 道 内 各 地 で 実 施 さ れ た 精 密 な 圃 場 試 験 結 果 を 基 に し て ， 土 壌 窒 素 肥 沃 度 レ ベ ル に 応 じ た 窒 素 施 肥 量 が 設 定 さ れ て い る ．
他 に も ，可 給 態 窒 素 を 窒 素 施 肥 量 の 加 減 に 活 用 し た 成 果 が 公 表 さ れ て い る が ， い ず れ も ， 精 密 な 圃 場 試 験 や 長 期 に わ た る 現 地 調 査 か ら 導 か れ た 結 果 で あ る ．
し か し ， こ れ ら の 成 果 を ， 他 の 地 域 で 活 用 す る 場 合 ， 地 温 等 の 栽 培 環 境 条 件 が 異 な る た め ， そ の ま ま 当 て は め る こ と は で き ず ， そ の 地 域 で の 圃 場 試 験 等 で 再 試 験 し な け れ ば な ら な い ．
表1-2 露地キャベツ栽培に対する地力窒素水準に対応した窒素施肥量 (kg N/10 a)
早春まきトンネル (基準収量5 t) 春まき (基準収量6 t)
晩夏・初夏まき (基準収量6.5 t)
地力窒素の水準 Ⅰ Ⅱ(標準) Ⅲ
熱水抽出性窒素 (mg/100 g)
２２（基） ２０（基） １６（基）
１６(基)＋６(追) １４(基)＋６(追) １２(基)＋４(追) １８(基)＋６(追) １６(基)＋６(追) １２(基)＋４(追)
※ 「北海道施肥ガイド2010 p.112」を一部改変
〜3.0 3.0〜5.0 5.0〜
1.3.2 反 応 速 度 論 的 手 法 を 活 用 し た 窒 素 発 現 予 測 と 今 後 の 展 開
土 壌 の 可 給 態 窒 素 レ ベ ル に 応 じ て ， 適 正 な 窒 素 施 肥 量 を 決 定 す る た め に は ， 作 物 栽 培 期 間 中 に お け る 土 壌 か ら の 窒 素 無 機 化 量 を 把 握 す る こ と が 必 要 で あ る ． 土 壌 の 窒 素 無 機 化 量 は ， 地 温 ， 土 壌 水 分 ， 土 壌 の 種 類 ， 土 壌 有 機 物 の 特 性 等 に 影 響 さ れ る が ， 最 も 影 響 が 大 き い の は 地 温 で あ ろ う ． こ れ ま で ， 反 応 速 度 論 的 手 法 を 活 用 し た 土 壌 窒 素 無 機 化 モ デ ル の 研 究 が 進 め ら れ て き た（ 杉 原 ら ，1986）．
こ の 方 法 は ， 土 壌 の 窒 素 無 機 化 過 程 を 可 分 解 性 有 機 態 窒 素 量 （N0）， 無 機 化 速 度 定 数 （k） お よ び 活 性 化 エ ネ ル ギ ー （Ea） の ３ つ の パ ラ メ ー タ で 表 し ， 地 温 と の 関 係 か ら 窒 素 無 機 化 量 を 推 定 す る も の で あ る ． こ の パ ラ メ ー タ は ， 過 去 ， 国 公 立 の 試 験 研 究 機 関 で 計 測 さ れ て お り ， デ ー タ が 整 理 さ れ て い る （ 古 江 ・ 上 沢 ，2001）．
一 方 ， 土 壌 の 窒 素 は 微 生 物 活 動 に よ る 形 態 変 化 が 起 き る た め ， そ の 挙 動 を 正 確 に 把 握 す る こ と は 難 し い ． 加 え て 畑 で は ， 根 群 域 の 発 達 程 度 や 降 雨 等 の 影 響 で ， 土 壌 か ら の 窒 素 無 機 化 と 作 物 の 土 壌 由 来 窒 素 の 吸 収 パ タ ー ン が 合 致 し な い こ と が 多 い ． 将 来 的 に は ， 硝 酸 イ オ ン 移 動 モ デ ル 等 を 組 合 せ な が ら よ り 高 精 度 な 予 測 シ ス テ ム の 検 討 も 必 要 で あ る ．
ま ず は ， こ れ ら 既 往 の 研 究 成 果 を 活 用 し ， 土 壌 の 可 給 態 窒 素 レ ベ ル に 応 じ た 適 正 施 肥 診 断 シ ス テ ム を 構 築 し て い く こ と が 急 務 で あ る ．
土 壌 の 可 給 態 窒 素 の 簡 易 診 断 か ら ， 窒 素 の 適 正 施 肥 量 を 決 定 す る た め の 一 連 の シ ス テ ム 開 発 は ， 農 家 経 営 ， 農 産 物 の 安 定 生 産 に つ な が る の は も ち ろ ん の こ と ， 環 境 面 に お い て も 硝 酸 イ オ ン に よ る 地 下 水 汚 染 の 問 題 な ど ， 水 ， 大 気 お よ び 土 壌 環 境 の 健 全 化 に 大 き な 役 割 を 果 た す と 考 え る ．
1.4 研 究 の 目 的 と 論 文 構 成
今 後 ， 農 産 物 の 低 コ ス ト ， 高 品 質 安 定 生 産 を 達 成 す る た め に は ， 農 家 自 ら が 土 壌 の 養 分 状 態 を 簡 易 に 把 握 し ， そ の 結 果 を 迅 速 に 土 づ く り や 施 肥 設 計 に 反 映 で き る こ と が 大 切 で あ る ． そ の た め の ツ ー ル と し て ， 土 壌 の 作 物 生 産 力 を 左 右 す る 可 給 態 窒 素 の 簡 易 ， 迅 速 な 診 断 法 を 開 発 す る こ と を 目 的 と し て 研 究 し た ． 本 論 文 は ， 畑 土 壌 の 可 給 態 窒 素 測 定 法 開 発 に 関 す る 研 究 成 果 （ 上 薗 ら ， 2010a； 上 薗 ら ，2010b； 上 薗 ら ，2012， 森 泉 ら ，2015） を と り ま と め た も の で あ る ．
第 1 章 で は ， 農 家 の 肥 料 コ ス ト 削 減 の た め の 土 壌 診 断 の 必 要 性 ， 特 に 作 物 生 産 に 大 き く 関 わ る 土 壌 の 可 給 態 窒 素 診 断 の 重 要 性 に つ い て 示 し た ． ま た ， 多 く の 研 究 蓄 積 が あ る も の の ， 測 定 に 長 期 間 を 要 し ， 操 作 が 煩 雑 な た め 現 場 で 活 用 さ れ て い な い 「30℃4 週 間 保 温 静 置 培 養 法 」 に か わ る 可 給 態 窒 素 の 迅 速 な 化 学 的 抽 出 法 の 開 発 の 必 要 性 に つ い て 論 じ ， 求 め ら れ る 化 学 的 抽 出 法 の 要 件 を 整 理 し た ．
第 2 章 で は ， 日 本 の 代 表 的 な 畑 土 壌 で あ る 黒 ボ ク 土 を 含 め た 多 く の 種 類 の 畑 土 壌 に 対 し て 適 用 性 が 広 く ， 堆 肥 の 連 用 に よ っ て 高 ま っ た 可 給 態 窒 素 を 適 切 に 評 価 で き る ， 迅 速 な 化 学 的 抽 出 法 の 選 定 を 目 的 と し て ， 既 報 の 各 種 可 給 態 窒 素 簡 易 測 定 法 に よ っ て 抽 出 さ れ る 有 機 物 に つ い て ， 同 一 土 壌 を 用 い て 比 較 し た ． 第 3 章 で は ， 第 2章 の 結 果 を 受 け て ，全 国 の 試 験 研 究 期 間 で 多 く の デ ー タ 蓄 積 が あ る 30℃4週 間 保 温 静 置 培 養 法 と の 適 合 性 に 優 れ た 化 学 的 抽 出 法 に つ い て ， 最 適 な 抽 出 条 件 を 詳 細 に 検 討 し た 結 果 ， 可 給 態 窒 素 の 簡 易 ・ 迅 速 な 「80℃16 時 間 水 抽 出 法 ｣の 開 発 に 至 っ た 経 過 を 示 し た ．
第 4 章 で は ，80℃16 時 間 水 抽 出 法 に よ っ て 抽 出 さ れ る 有 機 物 の 簡 易 測 定 法 を 開 発 す る こ と に よ っ て ， 生 産 者 自 ら が 実 施 可 能 な 畑 土 壌 の 可 給 態 窒 素 簡 易 測 定 法 と し て 提 案 す る た め の 研 究 過 程 に つ い て 示 し た ．
第 5 章 で は ， 提 案 す る 可 給 態 窒 素 簡 易 評 価 法 で 抽 出 さ れ る 窒 素 の 形 態 等 に つ い て 詳 細 に 検 討 し た ．
第 6 章 で は ， 開 発 し た 可 給 態 窒 素 の 簡 易 ， 迅 速 判 定 法 を 生 産 現 場 で 活 か し て い く た め に 作 成 し た 施 肥 診 断 シ ス テ ム の 概 要 と 今 後 の 展 望 に つ い て 述 べ た ．
第 7 章 で は 第 2〜6章 に つ い て 総 合 的 に 考 察 し ， 第 8章 で 摘 要 に ま と め た ．
第2章 露 地 畑 土 壌 に お け る 可 給 態 窒 素 の 各 種 簡 易 測 定 法 の 推 定 精 度 と 抽 出 有 機 物 の 特 性 比 較
2.1 緒 言
畑 土 壌 の 可 給 態 窒 素 は ，30℃4 週 間 の 湿 潤 培 養 期 間 中 に 生 成 す る 無 機 態 窒 素 量 で 表 さ れ る （ 土 壌 環 境 分 析 法 編 集 委 員 会 ，1997）． こ の 30℃4 週 間 保 温 静 置 培 養 法 は ， 実 際 の 畑 土 壌 中 に お け る 微 生 物 の 作 用 を 想 定 し ， 土 壌 を 好 適 な 条 件 下 で 培 養 す る こ と に よ っ て ， そ の 間 の 微 生 物 の 消 長 ， 無 機 態 窒 素 の 発 生 量 を 測 定 す る も の で ， 作 物 生 産 性 と の 相 関 が 高 い と さ れ て お り ， 全 国 の 試 験 研 究 期 間 で 多 く の デ ー タ が 蓄 積 さ れ て い る （ 農 林 水 産 省 生 産 局 ，2008； 西 ら ，2013）．
し か し ， 培 養 に 時 間 が か か る こ と ， 培 養 温 度 や 水 分 な ど 環 境 条 件 を 厳 密 に 管 理 す る 必 要 が あ る な ど ， 簡 易 ， 迅 速 性 に 欠 け る 分 析 法 で あ る ． こ の た め ， 土 壌 診 断 機 関 や 生 産 現 場 か ら は ， 簡 便 で 迅 速 な 化 学 的 抽 出 法 が 切 望 さ れ て き た ．
可 給 態 窒 素 を 迅 速 に 測 定 す る た め の 化 学 的 抽 出 法 は ，こ れ ま で に 多 く 提 案 さ れ て い る ． そ の 代 表 的 な 方 法 と し て ， 熱 水 抽 出 法 （ 斎 藤 ，1988； 北 海 道 立 中 央 農 業 試 験 場 ・ 北 海 道 農 政 部 農 業 改 良 課 ，1992）と 中 性 リ ン 酸 緩 衝 液 抽 出 法（ 小 川 ら ，1989； 土 壌 環 境 分 析 法 編 集 委 員 会 ，1997）が あ げ ら れ る ．熱 水 抽 出 法 は 北 海 道 地 域 に お い て ， 窒 素 肥 沃 度 の 評 価 お よ び 畑 作 物 に 対 す る 施 肥 窒 素 量 の 加 減 の 目 安 と し て 広 く 活 用 さ れ て い る （ 北 海 道 農 政 部 ，2002； 北 海 道 農 政 部 ， 2010； 中 辻 ら ，2008）． し か し ， 黒 ボ ク 土 で は ， 同 程 度 の 培 養 窒 素 量 を 示 す 非 黒 ボ ク 土 に 比 べ て 抽 出 窒 素 量 が 多 く ， 可 給 態 窒 素 を 過 大 評 価 す る 可 能 性 が あ る
（ 独 立 行 政 法 人 農 業 ・ 生 物 系 特 定 産 業 技 術 研 究 機 構 ，2007； 斎 藤 ，1988）．
一 方 ， 中 性 リ ン 酸 緩 衝 液 抽 出 法 に つ い て も ， 施 用 有 機 物 や 腐 植 含 量 の 違 い ， 土 壌 の 種 類 ， さ ら に は 抽 出 条 件 に よ っ て 測 定 値 が 変 動 す る こ と が 報 告 さ れ て い る
（ 柳 井 ら ，1998； 安 田 ら ，1998； 日 本 土 壌 協 会 ，2000）． こ の よ う に ， こ れ ら の 代 表 的 な 化 学 的 抽 出 法 は ，わ が 国 の 普 通 畑 の 約 50%を 占 め る 黒 ボ ク 土 や 有 機 物 施 用 土 壌 へ の 対 応 性 に 難 点 が あ る た め ， 近 年 ， 各 地 域 の 土 壌 条 件 に 適 用 す る た め の 改 良 抽 出 法（ 阿 部 ，2008；坂 口 ら ，2008）や 新 し い 化 学 的 抽 出 法（Curtin ら ，2006； 原 ・ 土 屋 ，2007； 岩 手 県 農 業 研 究 セ ン タ ー ，2002； 岩 手 県 農 業 研 究 セ ン タ ー ，2006； 八 槇 ，2009； 安 田 ら ，1998）が ，次 々 に 提 案 さ れ て い る ． た だ し ， こ れ ら 新 し い 化 学 的 抽 出 法 は ， 必 ず し も 様 々 な 種 類 の 土 壌 や 堆 肥 連 用
土 壌 で 検 討 さ れ て い る と は 限 ら ず ， 地 域 や 対 象 土 壌 を 限 定 し て 提 案 さ れ て い る 方 法 も あ る ． し か し な が ら ， 今 ま で ， こ れ ら 10 種 類 以 上 の 化 学 的 抽 出 法 に つ い て ， 黒 ボ ク 土 を 含 む 共 通 の 土 壌 試 料 を 用 い て ， 可 給 態 窒 素 の 推 定 精 度 や 抽 出 物 の 化 学 性 を 比 較 し た 例 は 見 当 た ら ず ， 最 も 汎 用 性 の 高 い 化 学 的 抽 出 法 を 選 定 す る こ と が 困 難 と な っ て い る ．
そ こ で ，様 々 な 種 類 の 土 壌 や 堆 肥 連 用 土 壌 を 含 ん だ 共 通 の 畑 土 壌 を 供 試 し て ， 単 位 重 量 当 た り の 風 乾 土 か ら ， 様 々 な 化 学 的 方 法 に よ っ て 抽 出 さ れ る 有 機 物 量 や C/N 比 ，抽 出 ア ン モ ニ ウ ム 態 窒 素 量 等 を 比 較 す る た め に ，抽 出 操 作 条 件 の 一 部 を 揃 え て 検 討 し た ．
2.2 材 料 お よ び 方 法 2.2.1 供 試 土 壌
供 試 土 壌 は 岩 手 県 ， 新 潟 県 ， 香 川 県 ， 鹿 児 島 県 ， 近 畿 中 国 四 国 農 業 研 究 セ ン タ ー お よ び 中 央 農 業 総 合 研 究 セ ン タ ー で 継 続 中 の 有 機 物 連 用 畑 試 験 圃 場 か ら 収 集 し た 48 点 の 風 乾 細 土 と し た （ 表 2-1）． 土 壌 の 種 類 は ア ロ フ ェ ン 質 黒 ボ ク 土 24点（ う ち 多 腐 植 質 黒 ボ ク 土 22 点 ，淡 色 黒 ボ ク 土 2 点 ），非 ア ロ フ ェ ン 質 黒 ボ ク 土 6 点 ， 褐 色 低 地 土 6 点 ， 砂 丘 未 熟 土 5 点 ， 褐 色 森 林 土 3点 ， 灰 色 低 地 土 2 点 お よ び 黄 色 土 2点 で あ っ た ． 連 用 に 供 試 さ れ た 有 機 物 の 種 類 は ， 牛 ふ ん 堆 肥 13点 ， 豚 ぷ ん 堆 肥 10 点 ， 鶏 ふ ん 堆 肥 6 点 ， そ の 他 植 物 残 さ 堆 肥 等 5 点 ， 有 機 物 無 施 用 14点 で あ っ た ．
表2-1 供試土壌一覧
試料 試験区名 可給態窒素 全窒素
番号 (施用有機物) (mg kg-1) (g kg-1) 岩手県 非アロフェン質黒ボク土
新潟県 砂丘未熟土
香川県 褐色森林土
鹿児島県 多腐植質黒ボク土
近畿中国 褐色低地土
四国農研
中央農研 多腐植質黒ボク土
化学肥料 牛ふん堆肥2t 牛ふん堆肥4ｔ 牛ふん堆肥8t 豚ぷん堆肥 鶏ふん堆肥 牛ふん堆肥 豚ぷん堆肥 鶏ふん堆肥 化学肥料 無肥料 化学肥料 牛ふん堆肥1t 牛ふん堆肥3ｔ 化学肥料 牛ふん堆肥 豚ぷん堆肥 鶏ふん堆肥 牛ふん堆肥 豚ぷん堆肥 無窒素 化学肥料 鶏ふん堆肥 牛＋鶏ふん堆肥 化学肥料 牛ふん堆肥 豚ぷん堆肥 鶏ふん堆肥 無窒素 化学肥料 鶏ふん堆肥 豚ぷん堆肥＋化肥 豚ぷん堆肥 牛ふん堆肥 牛ふん堆肥3倍量 牛ふん堆肥標準量 牛ふん堆肥半量 豚ぷん堆肥3倍量 豚ぷん堆肥標準量 豚ぷん堆肥半量 作物残渣堆肥 化学肥料 作物残渣堆肥 化学肥料 作物残渣堆肥 化学肥料 作物残渣堆肥 化学肥料 1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
灰色低地土 黄色土 淡色黒ボク土
40.9 50.5 48.4 80.7 69.8 50.8 20.7 27.0 28.5 18.0 18.1 24.5 31.4 43.5 24.2 51.5 37.7 31.0 45.5 30.8 11.4 11.4 13.3 22.8 15.9 46.0 44.2 37.1 20.6 26.3 42.2 38.2 45.1 51.7 121.6 64.2 47.1 110.5 56.2 44.7 45.4 19.0 61.2 35.8 51.4 30.5 43.3 16.5
3.63 4.30 4.47 5.37 4.84 4.37 0.96 1.06 0.98 0.66 0.66 0.58 0.84 1.31 4.26 5.18 5.63 5.63 4.55 4.65 3.75 3.62 4.03 3.90 4.20 5.20 5.31 4.75 3.59 4.10 4.72 4.98 5.46 5.60 3.32 1.67 1.26 3.77 1.60 1.36 6.22 4.79 3.15 1.10 1.96 0.67 5.27 3.77
場所 土壌の種類 C/N比
注1)
注1) 30℃４週間・湿潤条件における保温静置培養法による．
16.1 15.8 15.6 15.3 13.6 14.4 10.9 9.7 10.2 11.2 11.6 9.4 10.7 12.4 20.5 18.7 18.4 19.2 18.4 18.1 21.8 21.4 19.4 19.7 20.5 17.2 16.6 18.2 19.8 19.2 18.0 18.0 17.4 18.1 10.5 10.2 9.8 9.5 9.0 8.9 14.0 16.5 9.4 11.2 9.6 10.9 10.7 12.4
2.2.2 分 析 方 法 2.2.2.1 培 養 法
可 給 態 窒 素 は ， 風 乾 細 土 に 最 大 容 水 量 の 60％ に な る よ う に 蒸 留 水 を 加 え ， 30℃ で4週 間 培 養 後 の 無 機 態 窒 素 量 か ら 培 養 前 の 無 機 態 窒 素 量 を 減 じ て 算 出 し た （ 土 壌 環 境 分 析 法 編 集 委 員 会 ，1997）．
2.2.2.2 化 学 的 抽 出 法
化 学 的 抽 出 法 は ， 表 2-2 に 示 し た 11 種 類 の 方 法 に つ い て そ れ ぞ れ 2 反 復 で 実 施 し た（ 以 下 ，方 法 は 表 2-2 の 略 称 で 表 記 す る ）．提 案 さ れ て い る 化 学 的 抽 出 法 は 土 壌 試 料 の 前 処 理 ， 試 料 や 抽 出 液 の 量 な ど そ れ ぞ れ 抽 出 操 作 条 件 が 異 な る が ， 本 試 験 で は ， 化 学 的 抽 出 に よ る 影 響 を よ り 明 確 に す る た め ， 原 法 間 の 比 較 と は せ ず 操 作 条 件 の 一 部 を 揃 え て 抽 出 し た ． す な わ ち ， 抽 出 固 液 比 を 風 乾 細 土 5.0 gに 対 し て 抽 出 液 50 mL 添 加 の 1:10 に 統 一 し ， 振 と う 条 件 は 室 温 を 25℃
と し て 1時 間 の 水 平 往 復 振 と う と し た ．ろ 過 は 東 洋 濾 紙 社 製 ろ 紙 No.5C に よ る 常 圧 ろ 過 と し た ．ま た ，加 熱 処 理 を 伴 わ な い 10％ 塩 化 カ リ ウ ム（ 以 下,KCl）浸 出 ， 中 性 リ ン 酸 緩 衝 液 （ 以 下,PB） 抽 出 ，0.1 mol L-1塩 酸 お よ び 0.4 mol L-1硫 酸 抽 出 で は 蓋 付 き の ポ リ プ ロ ピ レ ン 製 100 mL容 器 を 用 い ， そ の 他 の 加 熱 処 理 を 伴 う 抽 出 法 で は ガ ラ ス 製 100 mL容 三 角 フ ラ ス コ を 用 い ， ア ル ミ 箔 で 覆 っ て 蓋 を し た ．
方法
保温静置培養 法
10％塩化カリウ ム溶液浸出法 中性リン酸緩衝 液抽出法 0.1 mol L-1塩酸 抽出法
0.4 mol L-1硫酸 抽出法
熱水抽出性窒 素法
熱水抽出無機 態窒素法
煮沸浸出法
乾熱処理法
1.0％SDS抽出法 0.5％SDS抽出法
マイクロ波処理 法
略称 培養法
KCl浸出
PB抽出 0.1 mol L-1 塩酸抽出 0.4 mol L-1 硫酸抽出 AC法
AC変法
煮沸法
乾熱法
1.0％SDS法 0.5％SDS法
レンジ法
測定方法の概要
最大容水量の60％湿潤条 件で30℃４週間培養 10％塩化カリウム溶液で振 とう浸出
pH７.0 ･ 1/15 mol L-1 リン 酸緩衝液で振とう抽出 0.1 mol L-1 塩酸溶液で振と う抽出
0.4 mol L-1 硫酸溶液で振と う抽出
105℃で１時間オートクレー ブ処理し，冷却後にろ過 121℃で１時間オートクレー ブ処理後，飽和塩化カリウ ム溶液を添加し，ろ過 100℃で6時間，乾燥機内 で湿式加熱した後，ろ過 風乾土を105℃で24時間乾 燥した後，10％塩化カリウ ム溶液で抽出
1.0％または0.5％ラウリル 硫酸ナトリウムで105℃２時 間，静置加熱抽出注３）
電子レンジ500Wで3分間 加熱処理し，1.0％塩化カ ルシウム溶液で抽出
可給態窒素の推定 無機態窒素 生成量 なし注２）
有機態窒素または 420 nm吸光度 アンモニウム態窒 素増加量 有機態窒素
有機態窒素または 280 nm吸光度
アンモニウム態窒 素増加量
有機態窒素
アンモニウム態窒 素増加量
280 nm吸光度
280 nm吸光度
○
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
⑪
表2-2 可給態窒素の培養法と各種簡易測定法の概要
注1) 文献： ②（小川ら，1989 ； 日本土壌協会,2000） ③（ Cornforth and Walmsley，1971） ④ （松本ら，2000）
⑤（斎藤，1988） ⑥（北海道立中央農業試験場・北海道農政部農業改良課，1992）
⑦（八槇，2009） ⑧（原・土屋，2007） ⑨・⑩（岩手県農業研究センタ−，2002 ； 安田ら，1998）
⑪（岩手県農業研究センター，2006）
2) ①KCｌ浸出は，可給態窒素の推定法としての提案はない．
3） ⑩0.5％SDS法は複数の抽出時間および温度が提案されているが，105℃2時間で実施した．
原法の試料量 抽出固液比 風乾土10 g培養 培養後抽出 1:8 生土・風乾土10 g 1:10
風乾土10 g 1:8 風乾土5 g 1:10 風乾土5 g 1:10 風乾土10 g 1:10 風乾土8 g 1:10
風乾土1 g 1:50
乾熱処理土15 g 1:8.7
風乾土10 g 1:5 生土20 g 1:2.5
レンジ処理土5 g 1:10
2.2.2.3 測 定 法
培 養 法 に お け る 培 養 前 後 の 10％ 塩 化 カ リ ウ ム 浸 出 液 ， お よ び 各 種 化 学 的 抽 出 法 に お け る 抽 出 液 中 の ア ン モ ニ ウ ム 態 窒 素 は イ ン ド フ ェ ノ ー ル 法 （ 土 壌 環 境 分 析 法 編 集 委 員 会 編 ，1997）， 硝 酸 態 窒 素 は 銅 ・ カ ド ミ ウ ム 還 元 − ナ フ チ ル エ チ レ ン ジ ア ミ ン 法（ 土 壌 環 境 分 析 法 編 集 委 員 会 編 ，1997）に よ っ て ，オ ー ト ア ナ ラ イ ザ （TRACCS800， ブ ラ ン ・ ル ー ベ ） で 測 定 し た ． 抽 出 液 中 の 有 機 態 炭 素 お よ び 全 窒 素 は ， 適 宜 希 釈 後 ，TOC/TN 分 析 装 置 （TOC-VCPH・TN ユ ニ ッ ト 付 属 ， 島 津 製 作 所 ） を 用 い て 測 定 し た ． ま た ， 有 機 態 窒 素 は 全 窒 素 か ら 硝 酸 態 窒 素 と ア ン モ ニ ウ ム 態 窒 素 を 減 じ て 算 出 し た ． 吸 光 度 は 適 宜 希 釈 後 ， 分 光 光 度 計 （UV−1600， 島 津 製 作 所 ） で 測 定 し た ．
2.3 結 果 お よ び 考 察
2.3.1 供 試 土 壌 の 化 学 性
表 2-3 に 供 試 土 壌 の 化 学 性 を 示 す ．培 養 法 に よ る 可 給 態 窒 素 の 平 均 値 は 40.6 mg kg-1で ， 全 窒 素 の 平 均 値 3.48 g kg-1の 1.2％ で あ っ た ． 土 壌 の 全 炭 素 ， 全 窒 素 お よ び C/N 比 に つ い て ，黒 ボ ク 土 と 非 黒 ボ ク 土（ 以 下 ，土 壌 の 種 類 別 と 略 記 す る ） 間 で 比 較 す る と ， 黒 ボ ク 土 の 全 炭 素 ， 全 窒 素 は 非 黒 ボ ク 土 に 比 べ て 明 ら か に 多 く ，C/N 比 が 高 か っ た ． 一 方 ， 堆 肥 連 用 土 壌 と 堆 肥 無 施 用 土 壌 間 （ 以 下 ， 堆 肥 施 用 別 と 略 記 す る ） で 比 較 し た 場 合 ， 本 供 試 土 壌 に お い て は 両 者 に 統 計 的 な 有 意 差 が 認 め ら れ な か っ た ． ま た ， 培 養 法 で 求 め た 可 給 態 窒 素 は ， 最 高 122 mg kg-1， 最 低 11.4 mg kg-1， 平 均 40.6 mg kg-1で ， 土 壌 の 種 類 別 で は 有 意 差 が 認 め ら れ な か っ た が ， 堆 肥 施 用 別 で は 堆 肥 連 用 土 壌 が 堆 肥 無 施 用 土 壌 に 比 べ て 多 か っ た ． こ の こ と か ら ， 本 供 試 土 壌 を 用 い て 可 給 態 窒 素 の 培 養 法 と 化 学 的 抽 出 法 に よ る 測 定 値 と の 適 合 性 を 評 価 す る に 当 た っ て ， 土 壌 試 料 全 体 と し て の 相 関 係 数 が 高 い こ と は 勿 論 ， 土 壌 の 種 類 別 で は 抽 出 有 機 物 量 の 差 が 小 さ く ， 堆 肥 施 用 別 で は 堆 肥 連 用 土 壌 の 抽 出 有 機 物 量 が 多 い と い う 傾 向 が 類 似 し て い る こ と も ， 手 法 の 正 確 さ の 判 断 材 料 に な る と 考 え た ．
さ ら に ，培 養 窒 素 の 無 機 化 に 関 与 す る 微 生 物 体 の C/N 比 は 細 菌 で 6〜13，糸 状 菌 で 3〜6 で あ り ， 土 壌 の C/N 比 に 比 べ て 低 い （ 米 林 ，1993）． こ の た め ， 化 学 的 抽 出 法 で 抽 出 さ れ た 有 機 物 の C/N 比 も 低 い 方 が 望 ま し い と 考 え た ．
2.3.2 各 種 化 学 的 抽 出 定 法 に よ る 測 定 値 と 培 養 法 に よ る 可 給 態 窒 素 と の 関 係
図2-1 に 各 種 化 学 的 抽 出 法 に よ る 測 定 値 と 培 養 法 に よ る 可 給 態 窒 素 と の 関 係 を 示 す ． 培 養 法 に よ る 可 給 態 窒 素 と は ，KCl 浸 出 ，0.1 mol L-1塩 酸 抽 出 ，AC 法 ，煮 沸 法 ，1.0％ お よ び 0.5％SDS法 ，レ ン ジ 法 は 1％ 水 準 で ，PB 抽 出 は 5％
水 準 で 有 意 な 正 の 相 関 を 示 し た ．
KCl 浸 出 ，PB 抽 出 お よ び 0.4 mol L-1硫 酸 抽 出 等 の 常 温 溶 液 に よ る 抽 出 法 で は ， 黒 ボ ク 土 の 測 定 値 が ， 同 程 度 の 可 給 態 窒 素 量 を 示 す 非 黒 ボ ク 土 に 比 べ て 高 く な る 傾 向 に あ り ， 培 養 法 に よ る 可 給 態 窒 素 と の 関 係 が 土 壌 の 種 類 別 で 異 な る た め ， 相 関 係 数 が 低 か っ た ． ま た ， ア ン モ ニ ウ ム 態 窒 素 増 加 量 で 可 給 態 窒 素 を 評 価 す る AC 変 法 と 乾 熱 法 で も ， 黒 ボ ク 土 で の 測 定 値 が 非 黒 ボ ク 土 に 比 べ て 明 ら か に 多 い こ と か ら ， 試 料 全 体 の 相 関 が 劣 っ た ．
表2-3 供試土壌の化学性
硝酸態 アンモニウム態 可給態 窒素注１） 窒素注１） 窒素注２）
(g kg-1) (g kg-1) (mg kg-1) (mg kg-1) (mg kg-1) 平均値
標準偏差 変動係数 (％) 非黒ボク土(n=18) 黒ボク土 (n=30) 有意差 注3）
堆肥連用 (n=34) 堆肥無施用(n=14) 有意差 注3）
56.2 3.48 14.7 7.3 6.9 40.6 34.5 1.8 4.1 8.8 6.2 23.9 61 50 28 120 72 57 15.0 1.49 10.3 5.4 4.9 46.4 80.8 4.67 17.4 8.5 8.2 37.1
** ** ** n.s. n.s. n.s.
58.5 3.76 14.3 8.4 6.9 48.0 50.5 2.81 15.9 4.7 7.0 22.4 n.s. n.s. n.s. n.s. n.s. **
注1） 硝酸態窒素およびアンモニウム態窒素は,風乾細土を10％塩化カリウム溶液（固液比1:10）による 30分間振とう浸出法で測定した値．
2） 可給態窒素は30℃４週間の湿潤条件による培養期間中の無機態窒素生成量．
3） 土壌の種類別および堆肥施用別で区分した有意差，**１％水準で有意，n.s.は5％で有意差なし.
全 体 (n=48)
土壌の種類別
堆肥施用別
全炭素 全窒素 C/N比
図2-1 各種化学的抽出法による測定値と培養法による可給態窒素の関係
注1） 回帰式は，全て原点を通る直線とした．なお，回帰式に5％水準で有意性がない場合は式を記していない．
2） 相関係数に付した n.s.；有意でない，*；5％水準で有意，**；1％水準で有意.
非黒ボク土(堆肥連用) (堆肥無施用) 黒ボク土(堆肥連用) (堆肥無施用)
可給態窒素(mg kg-1)
抽出有機態窒素 (mg kg-1)
④ 0.4 mol L-1硫酸抽出 r = 0.27 n.s.
0 20 40 60 80 100 120
0 200 400 600 800 1000 可給態窒素(mg kg-1)
吸光度280 nm
⑤ ＡＣ法 y = 28.6x r = 0.80 **
0 20 40 60 80 100 120
0 1 2 3 4 5
可給態窒素(mg kg-1)
抽出アンモニウム態窒素増加量 (mg kg-1)
③ 0.1 mol L-1塩酸抽出 y = 2.28x
r = 0.71 **
0 20 40 60 80 100 120
0 10 20 30 40
⑥ ＡＣ変法
可給態窒素(mg kg-1)
抽出アンモニウム態窒素増加量 (mg kg-1) 0
20 40 60 80 100 120
0 50 100 150
r = 0.26 n.s.
可給態窒素(mg kg-1)
抽出有機態窒素 (mg kg-1)
⑦ 煮沸法 y = 0.65x
r = 0.84 **
0 20 40 60 80 100 120
0 50 100 150 200 可給態窒素(mg kg-1)
⑧ 乾熱法
抽出アンモニウム態窒素増加量 (mg kg-1) r = 0.04 n.s.
0 20 40 60 80 100 120
0 20 40 60 80
可給態窒素(mg kg-1)
⑨ １.0％SDS法
吸光度280 nm y = 11.9x
r = 0.78 **
0 20 40 60 80 100 120
0 3 6 9 12
可給態窒素(mg kg-1)
⑩ 0.5％SDS法
吸光度280 nm y = 17.9x
r = 0.80 **
0 20 40 60 80 100 120
0 2 4 6 8
可給態窒素(mg kg-1)
吸光度280 nm
⑪ レンジ法 y = 349x
r = 0.80 **
0 20 40 60 80 100 120
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 可給態窒素(mg kg-1)
抽出有機態窒素 (mg kg-1)
① KCl浸出 y = 1.98x
r = 0.48 **
0 20 40 60 80 100 120
0 10 20 30 40
可給態窒素(mg kg-1)
② ＰＢ抽出 y = 94.9x r = 0.29 *
吸光度420 nm 0
20 40 60 80 100 120
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
