島尻マージにおける土壌蓄積リンの利用に関する基礎的研究: 沖縄地域学リポジトリ

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Title

島尻マージにおける土壌蓄積リンの利用に関する基礎的

_研究

Author(s)

前里, 和洋

Citation

沖縄農業, 33(2): 2-8

Issue Date

1999-06

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12001/1416

Rights

沖縄農業研究会

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島尻マージにおける土壌蓄積リンの利用に関する基礎的研究

前里和洋

(宮古農林高校）

KazuhiroMaesato：

StudiesontheutilizationoftheaccumulatedphosphateinsoilinShimajiri-mahji

中に存在する土壌蓄積リンを効率的に作物へ吸収させ，リンの利用率向上を目指し一連の実験を試みたので，その概要を報告する．本研究を行うに当たり，土壌採取および分析に協力していただいた沖縄県農業試験場宮古支場，座喜味利将研究員，または沖縄県立宮古農林高等学校の職員および農業クラブ・プロジェクト研究専攻の生徒の各位に対し感謝の意を表する．はじめに沖縄県は亜熱帯地域に属し年間降水量も多いため，このような土壌では養分の流亡が激しく，耕地土壌では無機成分組成の不均衝をきたしている可能性がある．宮古島には暗赤色士の島尻マージと呼ばれる土壌群が多く分布しており(大屋，1976;大屋，1978)，有効士層が浅く保水力の小さい土壌が多い(大城ら， 1980)．化学肥料が普及した近年，多量のリン肥料が施用されているものの施用したリン酸の80～95％が固定化によって，不可給態になってしまうのは無駄が大きいばかりでなく土壌中のリン酸の蓄積量を増大させる原因となっている(Katznelsonら，1959)．リン酸は土壌粒子に吸着されやすく，且つ難溶性リン酸塩として沈殿しやすい成分であり一般に土壌溶液中での溶解度はきわめて低いそのため多くの土壌においてリン酸が作物生産の制限因子となっていることが推定される．著者は，肥料として多量に施用されるリン酸が宮古島の島尻マージに含有されているカルシウムと反応し，作物に利用されにくい形態の難溶性リンとして土壌に固定しているのではないかと推察した．ところで，土壌リンの動態には土壌微生物が関与することが知られているもののその実態については不明な点が多く，土壌蓄積リンの利用のために微生物を利用するには至っていない(Alexander，1977;Sperber，1958)．そこで本報では，土壌微生物の機能を活用し，島尻マージに含有される難溶性リン化合物を可溶化し土壌材料および方法１供試土壌土壌分析に供試した土壌は，農耕地のO～30ｃｍの作土層および林地の作物無栽培土壌を採取した.採取した土壌は風乾した後，粉砕機を用いて粉砕後，ふるい (2ｍｍ)にかけて風乾採士として分析に用いた．ｐＨは土と水が1:2.5の割合のサスペンジョンを作りガラス電極法によって測定した．ＥＣは士と水が1:5の割合のサスペンジョンを作りＥＣメーターによって測定した．有効態リン酸はトリオーグ法によって測定した．全リン酸は過塩素酸で分解抽出した液をバナドモリブデン酸により発色後，吸光度を求めリン濃度を定量した．２．リン溶解菌の分離リン溶解菌の分離は土壌希釈平板法,分離源は島尻マージを用いた．供試士壌109を秤量し200mlの三角フラスコに蒸留水90mlを入れオートクレープした滅菌水中へ添加し，往復振とう機で10分間振とうした．上澄み液1ｍlをメスピペットを用いてヒドロキシアパ

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前里：島尻マージにおける土壌蓄積リンの利用に関する基礎的研究３タイトを含有した滅菌シャーレ中へ接種した(Kucey， 1983)．２８℃暗条件下にて10日間培養し，クリアゾーンを形成したコロニーについて調査し，乾士ｇ当りに換算した(Sperber，1958)．３.高性能リン溶解菌の選抜土壌より分離したリン溶解菌100株のリン溶解能を，寒天透明帯直径測定法および寒天透明域深度測定法を用いて測定した．寒天透明帯直径測定法では， 7.5,ＭのＣａ3(PO4)２，FePO4・Ｈ２０およびMgb(PO4)2. 8Ｈ２０を分散させたグルコース・イーストエキス培地 (1.0％グルコース，0.05％酵母エキス，005%MgSO4， 0.01％KC1および0.01％NaCl)20mlを直径90ｍｍの滅菌シャーレに分注し，１白金耳の分離株を寒天表面に接種した．寒天透明域深度測定法では，7.5,ＭのCa３ (PO4)２，FePOI･Ｈ２０およびMg3(ＰＯ１Ｍ８Ｈ２０を分散させたグルコース･イーストエキス培地10ｍlを直径 16.5ｍｍの試験管に分注し，１白金耳の分離株を寒天表面に接種した.２８℃暗条件下にて14日間培養し，シャーレではコロニーの周囲に形成された透明帯，また試験管ではコロニーの下に形成された深度を測定し，溶解したリン酸の量を計算した(Nishio，1985)．４.有機酸の生成およびリン溶解能土壌より分離したリン溶解菌100株より高性能リン溶解菌としてStrain22の菌株を22株として選抜し供試菌とした．２２株を滅菌した酸生成試験用液体培地 (0.02％ＭｇＳＯ4,0.02％KC1,0.1％(ＮＨ４)3Ｐ04,0.02％酵母エキスおよび05％グルコース，ｐＨ7.0)およびＶＰ試験用(J_ブロス)培地(0.5％トリプトン,1.5％酵母エキスおよび0.5％グルコース，ｐＨ6.8)に接種し，３０℃で 14日間培養した.得られた22株の培養液をメンブランフィルターでろ過除菌した後,25ml容量のフラスコにろ液2.5mlを分取し，５％過塩素酸2.5ｍlを加え，蒸留水で定容とした．この液を再度メンブランフィルターでろ過し，ろ液中の有機酸をHPLCで測定した．同定には，有機酸標準品として6種類のコハク酸，乳酸，酢酸，ギ酸，プロピオン酸および酪酸を用いた (Sperber，1958)．１/2NutrientBroth(0.03％ＮａCl,0.01％酵母エキスおよび003％ペプトン，ｐＨ7.0)培地にグルコース，バカスおよび糖蜜(糖分35％)を炭素源として添加し２２株を培養した．炭素源の処理濃度は，培養液100ml当たり乾物として0.019,0.059,0.19および0.59を添加した．２２株の接種方法は，ヒドロキシアパタイト含有平板を用いて純粋培養しクリアゾーンを形成したコロニーより１白金耳をとり滅菌水10mlに懸濁し,その懸濁液1ｍlを培養液250m'中へ接種した(下地ら， 1998)．培養条件は25℃，100rpm，暗条件下で10日間培養し，培養液中のｐＨを経時的に測定し，ｐＨ低下を有機酸生成の指標とした．５.栽培試験表7に示した暗赤色士を供試土壌として用い,８号ポットに3kg充填した．難溶性リンとして土壌19当たり l00qUgP(P-1000区)または5000,ｕｇＰ(P-5000区)相当量のリン酸三カルシウムを添加した．基肥については，リン酸三カルシウムの添加と同時に窒素(硫安)およびカリウム(硫酸カリ)を土壌19当たりそれぞれ成分として160ﾉｕｇ全区共通に施用した．１/2NutrientBrothの基本培地で大量培養した22株をバカスに加えよく混合した.２２株添加量は供試有機物１９当たり１×108個であった．このリン溶解菌22株含有バカスを先の土壌に風乾土1009当たり0.19およびLog添加した．肥料およびバカス添加後，潅水し2週間ガラス室に放置した．この調製した土壌をよく混合した後,供試作物であるナス(品種:黒陽)の3～５葉期の苗を定植し，以降常法によって栽培管理した． 30日間栽培をした後生育調査を行った.試験区の構成は表8に示したように設定した．結果および考察１.土壌の性質とリン溶解菌数供試土壌の性質は表１に示すように，ｐＨは酸性からアルカリ性まで幅広い値を示した．また，耕地土壌では作物に利用可能な可給態リン酸は含有されているものの(新田ら，1991)，作物に利用されにくい

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沖縄農業第33巻第２号（1999）４表１．宮古島における採取土壇の化学的性質ＥＣ可給態リン酸全リン酸 (ｍＳ/c、）（Ｐ205ｍｇ/１００９）（Ｐ205ｍｇ/１００９） pＨ栽植採取地区土壌統Ｈ2０ＫＣｌ平良市･’ 平良市平良市平良市平良市･２平良市.２林地サトウキビ獺ｍ･サトウキビ鰄・サトウキビ果樹野菜糸州－１糸州－１糸州－１糸州－１摩文仁魔文仁１３．５４２２．６６２８．０５６４．８９００．８６６６．７９１９５５６７０８３７９ ●●●●●● ５８７７５７０２４１２２３７９２０４ ●●●●●● ００００００５９７４０５．５３９７２１１１２５５３４３６７３５０３０７３ ●●⑥●●● ６８８８５８ .’林地の作物無栽培土壌．･２施設畑の土壌．不溶性のリン酸が顕著に高い濃度で土壌に蓄積されていることが推測された．また，土壌採取区分間ではサトウキビ栽培畑の全リン酸が4226ｍｇ（Ｐ205／

,oog)含まれるのに比べ果樹または野菜畑の施設土壌

の全リン酸は果樹畑で9008ｍｇ(Ｐ205／1009)および

野菜畑で666.7ｍｇ(Ｐ205/1009)含有され高いリン酸

濃度の値を示した．林地の作物無栽培土壌に含有されるリン酸濃度は他の土壌に比べ低い値であった.このように林地の土壌に比べ農耕地の土壌に高濃度のリン酸が認められたことは，施用されたリン酸の大部分が島尻マージに含有されるカルシウムと反応し，リン酸カルシウムの形態で土壌に蓄積されていることが推察された．表２に示すようにヒドロキシアパタイトを含有した寒天平板にコロニーの形成を認めた.採取土壌のリン溶解菌数は林地の土壌で最も多く乾土１９当たり３×105個であり，採草地･サトウキビ畑は2× 102個，野菜.サトウキビ畑は7×102個，果樹畑は5×

102個および野菜畑は３×102個であった(Kucey，

1983)．しかし，サトウキビの連作畑ではクリアゾーンを形成したコロニーを認めなかった．その詳細な原因は不明であるが,採取したサトウキビ連作土壌では，サトウキビの収穫直後その残査を燃焼させており著しく有機物投入量の少ない土壌であった．Nishio (1985)は，土壌中の全炭素量とリン溶解菌数の関係に表２．宮古島における採取土壇のリン溶解菌数栽植菌数(数/g乾土）採取地区土壌統 3×１０５平良市･’ 平良市平良市平良市平良市･２糸州－１糸州－１糸州－１糸州－１魔文仁林地サトウキビ採草地･ｻﾄｳｷﾋﾞ野菜･ｻﾄｳｷﾋﾞ果樹 2×１０２７×１０２５×１０２ .’林地の作物無栽培士壊．･２施設畑の土壌．ついて調査した結果，その両者問には高い相関があることを認めており，土壌中の可給態炭素量がリン溶解菌数を規定する最も大きな要因と推定している．また，土壌は作物残査および堆肥等が多く投入され熟畑化した土壌では，多様な微生物層を形成し量的にも増加する(鈴木ら，1965)．そのことは，一般の微生物およびリン溶解菌が土壌中で定着し生息するためには，可給態炭素化合物として多量の有機物が土壌に投入されることが重要と考えられた．２.高性能リン溶解菌の選抜供試株100株のうちからリン溶解能を示した株は，リン酸三カルシウムに対して81株，リン酸マグネシウムに対して64株であったが，リン酸鉄に対しては極めて少なく2株にすぎなかった(表3)．これらのリン溶解

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前里：島尻マージにおける土壌蓄積リンの利用に関する基礎的研究５表３．分離リン酸溶解菌の難溶性リン酸塩の溶解能表５．供試菌22株の生成した培養液中の有機酸

使用培地有機酸標準品培養中の有機酸濃度

_{Ｏｕｇ／ｍｌ）} 難溶性リン酸塩リン溶解量(m殿） CａＦｅＭｇ

．肌刎Ⅲ、、、

１コハク酸乳酸酢酸ギ酸プロピオン酸酪酸０＜0．１０．１－０．５０．５－１．０＞１．５四Ⅲ艇５８２妃９ 3６１２酸生成試験用液体培地４コハク酸乳酸酢酸ギ酸プロピオン酸酪酸

羽剛釧佃、Ⅲ

全分離株数 100 ルブロス (ＶＰ試験用）菌の中から，リン溶解能が高く有望と思われる1株を選抜した．島尻マージにおける土壌中でのリン酸塩の形態は主としてカルシウムおよび鉄塩と推定されるので，土壌蓄積リンを有効利用するためには，リン酸三カルシウム，リン酸鉄およびリン酸マグネシウムのいずれのリン酸塩にも溶解能を示した22株が最も有望と考えられた(表4)．また，本菌は80℃15分の熱処理をした結果，芽胞の形成を認めた．･ＩＮＤ：検出せず（検出限界：１０qug/ml)．異なる炭素源を添加した培養液で22株を培養した場合のｐＨの経時的変化を表６に示した．炭素源添加

によって，いずれの場合も培養液のｐＨ低下が認めら

れ，しかもその低下は添加濃度の増加とともに促進される傾向が得られた．炭素源間の比較では，易分解性のグルコース添加区で最もｐＨ低下度合いが大きく，次に糖蜜が続き，バカスではやや劣るｐＨ低下を示した．培養液のｐＨ低下が有機酸生成量に関連していると想定すれば,易分解性の炭素源が有機酸生成に有利と考えられる．しかし，バカスや糖蜜のように比較的容易に，しかも安価で入手できる炭素資材でも22株は炭素基質として利用し，有機酸を生成する能力を持っていることは興味深い．リン溶解菌である22株による有機酸生成には，かなり多量の可給態の有機物の存在，そして供給の必要性が示唆された．表４．分離株の難溶性リン酸塩の溶解能難溶性リン酸塩分離菌 Cａ Fｅ _Ｍｇ２２株 0．９０．１０．５

*単位はｍｅ空．

３.有機酸の生成およびリン溶解能供試菌22株の生成する有機酸を表５に示した.用いた2種類の培地で主に乳酸と酢酸が検出された．また，コハク酸はルブロス(ＶＰ試験)培地で検出された． Sperber(1958)は，リン溶解菌の生成する有機酸について調査した結果，乳酸，グリコール酸およびクエン酸等の生成を認めた．そのことより，供試菌22株は有機酸生成型のリン溶解菌と推定された．本菌は可給態炭素化合物を取り込み，乳酸，酢酸およびコハク酸等の有機酸を生成し，生成した有機酸でリン酸三カルシウム，リン酸マグネシウムおよびリン酸鉄を可溶化すると考えられた．

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沖縄農業第33巻第２号（1999）６表６．供試菌22株を接種した培養液のｐＨ変化に及ぼす各種炭素源添加の影響添加量各種炭素源（g/1009）培養日数０

_{。Ⅲ一過畑伽皿一Ｗｕ四Ｍ一切妬、皿}

２４６８１０

乢》却却却却一切却却却一却却却却

５－５５８８－００９９－０８５３６－６６６６－７７６６－７６６６無添加－１５－１５－１５０－００１５－００１５－００１５０－００００－００００－００００１》０１１１》００００－００１０３－７５０１》７７９７－７５１９ □Ｓ●●●●⑤●●■巳の●●巳● ０》００００－００００》００００士一士士十一十一一土十一土十烹土土十一土８》５５００》０９９０－０８７２ ●⑤●●●●凸●●●①●●●①① ６》６６６６幸７６６７》７６６６０－０１１０－１０２１－０１０１７－７８４７－１８４０－７１７１ ●や●●●●一●●●●。●●●● ０－００００－００００－００００土一士土十一十一一土士十一土一士十一十一士７－００００－３０６１－０６６６ ●一℃●●●。●■●●』●●●● ６－５４４５－６６５５－６５４４狸一切、”ｗ－ｕｗＷｍ－ｗｗｕｗ ●。①●●●一●●●●。●●●● ０－００００－００００－００００土一士十一十一十一一土士士士一十一十一士十一８－３０８５－００８８－９７５０ ●⑤●●●●一●●●●▲●●●● ６－６５４４－７７６６－６６６６７－８７６２－１７２９》９１３７士一士士十一十一一土十一十一士一士土十一十一０－００００｛００００－００００ｕ－ｎｕ込姐》的ＷｍＷ－ｎｍｗｗ ●⑤●●●●凸●●①●ロ●●●ロ６－４３３３－６５５４一５５４３０－０１１１－００１０－００００７》９０４１－７８０９－７７９７ ●●●Ｂ●●●●●●●。●●●● ０－００００－００００－００００士一十一士土十一一土十一士士一士士士土７－７６５２－０６０６－５６９５ ●●●●●●の■●●●●■●●● ６》４３３３》６５５４》５４３３グルコースバカス糖蜜､平均値士ＳＥ．表７．供試土壌の化学的性質ＥＣ可給態リン酸全リン酸 (ｍＳ/c、）（Ｐ205ｍｇ/１００９）（Ｐ205ｍｇ/１００９） pＨ採取地区土壌統土壌の種類Ｈ2０ＫＣ１平良市糸州－１暗赤色土６．５３５．７９０．０３ 1.5 1３．５４.栽培試験収穫時のナスの乾物重の調査結果を表8にとりまとめ示した．その結果，バカス無施用の対照区に比べ，施用区の収量が勝っている傾向が認められた．また， 22株接種区の収量は無接種区に比べ,優れた乾物重が得られた．ナス最大の収量増はバカス0.1％接種区で得られ,Ｐ-1000区で対照区に対して35％の増となっており，同無接種区のその値は5％を示した．Ｐ-5000区では，対照区に対して26％の増となっており，同無接種区のその値は4％を示した．ナスの生育が促進され表８．リン酸三カルシウム添加土壌における供試菌22株含有パカス処理がナスの生育に及ぼす影響供試菌.’ （22株）

有機物源醐鰐

乾物重（ｇ/本）Ｐ－１０００区Ｐ－５０００区 3.9±0.28.2 ４．１±０．１７５．３±0.18 ３．９±0．３１５．１±０．２７･３無添加０．００．１３８８７５２２３２２ ●■●●● ０００００＋｜＋一十一土土１３２２１ ●●●●● ４４５４５ａａＵＤａ⑪、ａ曲ｂ曲ｂ＋バカス 1.0 ＋

､１－：無接種，＋：接種（菌数：１×l08CellS/バカス１９)．

､2平均値土ＳＥ．､6ダンカンの新多重範囲検定(Ｐ＜００１).

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前里：島尻マージにおける士壌蓄積リンの利用に関する基礎的研究７た要因として使用した土壌がリン肥沃土の低い暗赤色土で，しかも難溶性リン酸塩を施用したためと考えられた．すなわち，リンの供給がナスの生育を支配していたと推察した．以上述べた結果から,２２株含有バカスによって難溶性リン酸塩が可溶化し，ナスがそのリン酸を吸収利用したことが推測された．ナスの生育促進は，この過程を通じたリン供給増に起因すると推定された．その要因としては，バカス施用に伴う土壌の理化学性および微生物性の改善など多くの要因が想定された．しかし，バカス1.0％の多量施用区で窒素欠乏に起因すると考えられる窒素飢餓の症状を認めており，今後バカスを土壌に施用する場合の量およびその時期の問題を検討する必要がある．また，本試験はポット栽培による制限された土壌中において作物の生長に及ぼす影響をリン酸を制限要因として検討したものであり，リン溶解菌の機能をいかにしたら作物根圏で発現させるかなど，畑土壌において今後検討しなければならない問題もある．本報は，土壌蓄積リンの利用率向上を目指し一連の基礎的な実験を試みたものであり，その方法は土壌より分離したリン溶解菌のリン溶解能を指標として試験検討した．本研究の基本的な考えは，人工的に培養した微生物を外部より接種するのではなく，表２に示したように土着菌株としてのリン溶解菌の存在を認めている．そして、バカスや糖蜜等の有機物を有効に活用することにより，施肥リンの難溶化の防止および蓄積リンの再利用に土着菌であるリン溶解菌の機能をいかに発現させるかにある． 6種類の土壌から100株のリン溶解菌を分離し,それら分離菌のリン溶解能を難溶性リン酸塩を含む培地で検討し，リン酸三カルシウム，リン酸マグネシウムおよびリン酸鉄に対してリン溶解能が高く有望と思われるｌ株を選抜した．いずれのリン酸塩に対しても溶解能を示した供試菌22株は,添加炭素源を利用して乳酸，酢酸およびコハク酸等を生成し，これら有機酸の作用でリン酸塩を可溶化すると考えられた２２株は，バカスおよび糖蜜の有機資材を添加した培養液で培養した結果，培地のｐＨを低下させた．土壌中においてリン溶解菌である22株に有機酸を生成させるためには，可給態の有機物が土壌に投入されることが重要と考えられた．リン酸三カルシウムおよび土壌に２２株含有バカスを施用した土壌でナスの生育は促進された．したがってバカスなどの有機資材とともに２２株のようなリン溶解菌を土壌に施用すると施用難溶性リン酸または土壌蓄積リンの可溶化を促進し，作物によるリン利用が高まることが示唆された．引用文献 1.Alexander,Ｍ1977．Introductiontosonmicro‐ biology2nded.,ＪｏｈｎＷＵｅｙ＆Ｓｏｎｓ：338-339. 2．Katznelson，Ｈ、ａｎｄＢＢｏｓｅｌ９５９、Metabohc activityandphosphate-dissolvmgcapabilityof bacterialisolatedfromwheatroots,rhizosphere andnon-rhizospereson．ＣａｎＪ・MicrObioL5： 79-85. 3．Kucey，Ｒ、Ｍ・Ｎ、1983．Phosphate-solubⅢzmg bacteriaandfUngimvariouscultivatedandvir‐ ginAlbertasonsCan.』・ＳｏｎＳｃｉ､６３:671-678. 4．Nishio，Ｍ1985．Someecologicalfbaturesof phosphate-solubilizmgmicroorganlsmslngrass‐ landsonsProceedingsofthel5thlnternational GrasslandCongr:483-485. 5.新田孝子・森山高広・池田正治1991.沖縄県における主要土壌群草地のミネラル分布．沖畜試験摘要島尻マージに含有される土壌蓄積リンの作物への再利用を目途に，土壌分析およびリン溶解菌の分離を試み,その分離株のリン溶解能について検討を加えた．耕地土壌では作物に利用可能なリン酸は含有されているものの，作物に利用されにくい不溶性のリン酸が高い濃度で土壌に蓄積されていることが推測された．

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沖縄農業第33巻第２号（1999）８報２９:119-129. 6.大城喜信･浜川兼1980．よみがえれ±一沖縄の士壌とその改良一．新報出版：98-105. 7．大屋一弘1976.宮古島北東部土壌の理化学性．沖縄農業.１４(1):29-31. 8．大屋一弘1978．宮古島南西部土壌の理化学性．沖縄農業１４(2):33-38. 9.下地義和・比嘉幸人・山内奈々・前里和洋1998．宮古島の土壌蓄積リンの再利用・循環に関する基礎的研究.沖縄農業研究会講演要旨集28-29. 10．Sperber，Ｊ、１．１９５８．Themcidenceofapatite‐ solUbilizmgorgamsmsmtherhizosphereand sonAust.』､Agr､９:778-781. 11.Sperber,Ｊ､１．１９５８.SolutionofapatitebysoU microorganismsproducingorganicacids,AustJ、 AgrRes､９:782-787. 12.鈴木達彦･石沢修一1965.畑土壌の微生物およびその活性と肥沃士.農業技術研究所報告B-15:９２‐ １７９．