土壌は農(nóng)業(yè)生産において最も大切な資源のひとつであるといわれています。肥料を與えて土壌の性質(zhì)を改善していくことで、農(nóng)地の生産力は高まり、ひいては農(nóng)業(yè)経営の安定化に繋がります。今回お話を伺ったのは、土壌肥料學(xué)を?qū)熼Tとする宮城大學(xué) 食産業(yè)學(xué)群 食資源開発學(xué)類 木村 和彥教授です。

宮城大學(xué)
食産業(yè)學(xué)群 食資源開発學(xué)類
木村 和彥教授

植物は土壌中に根を伸ばし、窒素、リン、カリウムなど、生育に必要な元素を吸収していきます。しかし、自然界には植物の生育に必須でない元素も存在しており、植物は土壌中の有害金屬なども吸収してしまうことがあります。木村教授は、さまざまな元素の土壌中での動きと植物への吸収を調(diào)べることで、より適切な土壌管理に繋げていくことを目指しています。本稿では、木村教授が考える土壌分析および土壌管理の課題や展望についてご紹介します。

カキ殻を使って農(nóng)作物のカドミウム濃度を減らす"一石二鳥"のアイディア

木村教授のこれまでの研究テーマのひとつに農(nóng)作物のカドミウム汚染対策を目的にカキ殻を肥料として施用する効果を検証するというものがあります。

鉱山を多く抱える日本は、世界的にみて農(nóng)作物のカドミウム濃度が高いことが知られています。土壌のpH(水素イオン指數(shù))を上昇させるとカドミウムをはじめとする重金屬の植物による吸収を抑制できることから、炭酸カルシウムが主成分となる石灰?guī)rなどを用いて酸性に片寄った土壌を中和させるという対策が取られていますが、炭酸カルシウムには、多量に施用することで植物の生育障害を引き起こしてしまうというデメリットもあります。

そこで木村教授が提案したのが、炭酸カルシウムが含まれるカキ殻を土壌改良剤として用いるというアイディアです。木村教授はこれまでの研究で、カキ殻の施用によって、玄米や大豆のカドミウム濃度が低下することや生育障害を起こさないことなどを確認(rèn)してきました?！笌鼦墹丹欷毳瓪￥蚧钣盲工欷小ⅴ瓪￥虼罅郡藙I理しなければならない産地の人の役に立つこともできるので、まさに一石二鳥です」と語る木村教授?，F(xiàn)在は企業(yè)とともにカキ殻を利用した肥料の開発にも取り組んでいるところだといいます。

植物に含まれるカドミウム濃度は低いため、この研究では高感度なICP?MSを用いた分析が必要になりますが、木村教授は、マイクロ波プラズマ原子発光分光分析裝置(MP-AES)を用いた土壌?植物の簡易分析手法の開発にも取り組んでいます。

土壌分析の簡易な手法が求められている理由

近年、ミネラルが欠乏した土壌が増えてきていることが國內(nèi)で問題となっています。雨の多い日本では、土壌中のカルシウムやマグネシウムなどのミネラルが雨によって地下に流されてしまい、酸性土壌になりやすいのです。さらに、化學(xué)肥料に頼った農(nóng)業(yè)への変化が、土壌のミネラル不足の流れに拍車をかけているといいます。

「かつての日本では家畜ふん堆肥の利用が盛んでしたが、農(nóng)業(yè)の近代化に伴い化學(xué)肥料に頼った施肥がえ一般的になって以來、ミネラルなどの養(yǎng)分が不足するなど土壌の性質(zhì)が悪化してきています。この傾向は今後も続くものとみられています」(木村教授)

こうした狀況においては、土壌の狀態(tài)を適切に診斷し、施肥を管理していくことが重要です。そこで年々増加してきているのが簡易かつ迅速な土壌分析のニーズです。

木村教授は、「農(nóng)業(yè)経営の大規(guī)模化が進んだことで詳細な土壌管理のニーズが増えてきているという背景もありますし、作物の生育が悪かった際にすぐに土壌の狀態(tài)を調(diào)べたいという農(nóng)業(yè)関係者からの聲もあります。現(xiàn)在の土壌分析はある程度の技術(shù)と手間が必要です。県の農(nóng)業(yè)試験場に土壌を持ち込んでも、擔(dān)當(dāng)者がすぐに分析に応じてくれることはありません。また、分析の専門職というのはありませんので、擔(dān)當(dāng)者でも土壌分析の知識が十分に蓄積されているというわけでもありません。こうしたさまざまな理由から、熟練者でなくても信頼できる値を簡単に計測可能な土壌分析の手法が求められているのです」と近年の土壌分析の狀況について話します。

木村教授は、こうしたニーズに応えられるものとして、多元素の測定を正確かつ迅速に行えるMP-AESに著目しました。

MP-AESで誰でも簡単に土壌分析ができる世界を目指す

農(nóng)業(yè)試験場など土壌肥料関連の分野では、原子吸光分析法(AAS)を用いた分析が一般的で、MP-AESはまだあまり知名度がない狀況だといいますが、木村教授は「AASは光源ランプの交換が必要だったり、一元素ごとに條件を変えて測定をしなければならなかったりと、分析に手間が掛かってしまいます。一方、MP-AESであればサンプルを吸引するだけで多元素の測定ができるので、迅速に分析を行うことができます」とMP-AESのメリットを説明します。

木村教授の研究室にある4100 MP-AES

最近では、AASやMP-AESより精度の良い分析が可能なICP発光分光分析裝置(ICP-OES)を?qū)毪筏皮い胧┰O(shè)も多いといいますが、ICP-OESには、アルゴンガスが必要でランニングコストが高いことや裝置自體が高価であるという課題もあります。その點、MP-AESはICP-OESに比べて裝置が安価なうえにAASよりも使い勝手が良いということで、コストパフォーマンスに長けている裝置といえます。

ただし、MP-AESを土壌や植物の分析に用いるにはまだ課題も多くあります。木村教授は「プラズマのパワーがICP-OESよりも弱いため、MP-AESでは測定しづらい元素がいくつかあります。植物中のカリウムやマグネシウム、カルシウムなどは測定できていますが、亜鉛やリンなどの測定には工夫が必要であると考えています?，F(xiàn)在は、MP-AESの販売元であるアジレントの方に相談しながら、測定方法や條件などについて検討を進めているところです」と今後の展望について話します。

2019年9月に開催される日本土壌肥料學(xué)會では、MP-AESの土壌分析の現(xiàn)狀についても発表が予定されているそうです?！竿翂粗肖违毳伐Ε啶蛔悚筏皮い毪趣いΔ挙颏筏蓼筏郡ⅳ蓼氦贤翂搐蛟u価するうえで重要となるカルシウムなどの交換性塩基類の分析方法から検討していこうと考えています」(木村教授)

將來的には、植物や土の前処理までも簡易化し、分析の熟練者でなくても誰でも簡単に土壌分析が行える世界の実現(xiàn)を目指す木村教授?！弗ⅴ弗欹螗趣畏饯摔猡磪f(xié)力いただきながら、分析條件や測定方法について検討し、MP-AES活用に向けた研究を進めていきたいですね。研究會や學(xué)會でアジレントの方と情報交換することも多いですが、そこから得られた知識や人脈は大変役に立っています」と語ってくれました。