地形連鎖系における水田下層土の脱窒特性とLAMP法による評価

地形連鎖系における水田下層土の脱窒特性は層位により異なり、機能発現には窒素源あるいは炭素源の有無が関与している。また、下層土の脱窒活性は脱窒関連遺伝子を使ったLAMP法により評価できる可能性がある。

洪積台地上で浅層地下水に負荷された硝酸態窒素は、地下水流動に伴い隣接する沖積水田下層土に流入し、脱窒活性を持つ土層に浸透すると脱窒により除去されることが明らかとなっている（平成17年成果情報）。そこで脱窒活性発現に関与する要因を解明するとともに脱窒活性の評価手法を開発する。

１．	調査水田群下層には深さ2.4mに埴壌土（CL）の難透水層があり、その上に脱窒活性の低い砂土（S）および壌質砂土（LS）層、更にその上に活性が高い砂壌土（SL）および砂質埴壌土（SCL）層がある（図１）。隣接する茶園が広がる洪積台地から砂土層を通じて移流する地下水中の高濃度硝酸態窒素は、水田下層で被圧を受けて砂土層から砂壌土層に進入し脱窒により消失する。
２．	沖積の砂壌土および砂質埴壌土層（図１中のa）は窒素源（硝酸態窒素）添加条件下でのみ脱窒能が高まる。また、洪積の砂土および壌質砂土層（図１中のｂ及びｃ）の脱窒能は炭素源（グルコース）添加条件下で高まることから、炭素が脱窒の制限因子と推測される。埴壌土および軽埴土層（図１中のｄ）は炭素源や窒素源を添加しても脱窒能の発現が認められない。
３．	洪積あるいは沖積に拘わらず水田群下層土の硝酸態窒素添加条件下での脱窒活性は全炭素含量が高い土層ほど高い傾向にある（図２）。
４．	nos Z遺伝子を標的としたdegenerate LAMPプライマーを用い、リアルタイム濁度測定装置LA-200（Teramecs)を用いてLAMP反応を行うと、脱窒活性の高い土壌ほど濁度が上昇するまでの反応時間が短いことから、LAMP法による脱窒活性の評価も可能である（図３）。

１．	本調査は、矢作川下流域の茶園が広がる洪積台地に隣接した水田群下層を対象として行った。
２．	脱窒活性は土壌に窒素源として硝酸カリウム溶液（200mgN/L）を添加し、アセチレン阻害法により30℃４時間嫌気培養したときの１時間当たりのN2O増加量とした。脱窒能は土壌に窒素源として硝酸カリウム溶液あるいは炭素源としてグルコース溶液（400mgC/L）を添加し、アセチレン阻害法により30℃72時間培養したときのN2O増加量とした。
３．	LAMP反応に用いたdegenerateプライマーは、水田下層土由来のDNAからPCRにより得られたnos Z遺伝子の塩基配列の相同性の高い領域から設計した。

研究課題名：

水田・地下水系における農業由来の環境負荷物質の動態解明に基づく環境脆弱性の評価法の開発

予算区分：独法委託
研究期間：2006〜2007年度
研究担当者：恒川歩、今井克彦、福田至朗、江口定夫（農環研）