搾乳牛ふん尿堆積型堆肥化におけるバクテリア群集の空間分布

• 担当機関: （独）農業・食品産業技術総合研究機構 北海道農業研究センター
• 研究期間: 2008～2010
• 研究担当者: 前田高輝; 花島 大; 森岡理紀; 長田 隆
• 発行年度: 2010
• 要約: 搾乳牛ふん尿の堆積型堆肥化過程では、部位ごとに特徴的なバクテリア群集が形成される。特に、硝化・脱窒が活発に起こりN₂O生成に寄与する表層では、BacteroidetesおよびProteobacteriaに属するバクテリアが堆肥化期間を通じて優占する。
• キーワード: 堆肥化、バクテリア群集、空間分布
• 背景・ねらい: 搾乳牛ふん尿の堆肥化過程からは、強力な温室効果ガスでありオゾン層破壊に関与する一酸化二窒素(N₂O)が排出されることから、その削減は重要な課題である。これまでに切り返し直後に多く発生するN₂Oは、切り返し直前の堆肥において表層に蓄積される亜硝酸態、硝酸態窒素が還元されることに起因することが明らかにされている。この堆肥表層部分で特に活発な硝化・脱窒反応が起こっていると考えられるが、これまでの堆肥における微生物群集に関する研究においては、このように不均一性の高い堆肥について微生物群集の空間的分布について調べられていない。そこで、窒素変換に大きく寄与していると考えられる堆肥表層のバクテリア群集についてPCR-DGGE(変性剤濃度勾配ゲル電気泳動)法による解析を行い、高温かつ嫌気的条件となる中心部、底部あるいは切り返し直後の均質化されたサンプルと比較を行うことによりその特徴付けを行う。

成果の内容・特徴

1. 堆肥化初期に高温(>70℃)となる中心部および高温(50～60℃)かつ嫌気的となる底部ではそれぞれBacillus, Clostridiumといった細菌群が主体となる(図1)。堆肥化の主目的である有機物の分解は、これらのバクテリア群が主体となっている。一方で、表層(0-30cm深)ではBacteroidetes, Proteobacteriaに属する中温細菌群が優占的になる。また、バンドパターンの推移を主成分分析した結果からも、堆肥化期間を通じて表層におけるバクテリア群集に大きな変化は起こらない(図2)。
2. 表層では亜硝酸態および硝酸態窒素の蓄積が認められる一方で、中心部および底部ではNH₄+-Nしか検出されない。1で示されたバクテリア群集の違いが、この窒素変換の違いに寄与しており、上記BacteroidetesあるいはProteobacteriaに属するバクテリア主体の微生物群集が硝化および脱窒を担っている。

成果の活用面・留意点

1. 本成果は搾乳牛ふん尿4tに副資材(低質乾草)400kgを混合し円錐状に堆積し、2週間に一度フロントローダーおよびマニュアスプレッダーにより切り返しを行った堆肥において得られたデータである。
2. 搾乳牛ふん尿堆肥化過程におけるN₂O排出抑制のための基礎的な知見として活用出来る。

• カテゴリ: 乳牛