食品加工廃水由来の有機液肥がトマト水耕栽培に有効、産総研などが発表

産業技術総合研究所(産総研)とアイエイアイ(IAI)の両者は9月29日、微生物による分解活性を利用して食品加工廃水から製造した有機液肥が、トマト水耕栽培で実用可能なことを実証したと共同で発表した。

食品加工廃水を原料に微生物活性で作った有機液肥の性能をトマト水耕栽培で実証。(出所:産総研Webサイト)

同成果は、産総研環境創生研究部門の佐藤由也主任研究員、同・稲葉知大主任研究員、同・羽部浩副研究部門長を中心に、IAIの赤地拓澄研究員、静岡県工業技術研究所の室伏敬太上席研究員、沼津工業技術支援センターの高木啓詞主任研究員、静岡大学の二又裕之教授らの共同研究チームによるもの。詳細は、応用生物学とバイオテクノロジーに関する全般を扱うオープンアクセスジャーナル「Applied Microbiology and Biotechnology」に掲載された。

化学肥料は一般的に、栄養成分の量を自由に調整できるため、食品残渣などを原料とした有機肥料と比べ、植物の成長効率が高いことで知られている。そうした中でIAIが取り組んできたのが、微生物が有機物を分解することを利用して、食品加工廃水から有機液肥を製造する技術だ。同社が開発した装置では、タンパク質を多く含む魚の煮汁などの水産加工廃水を原料とし、微生物を用いて、窒素系の有機液肥の製造を行う。ただし、有機液肥の研究開発の当初は液肥製造装置内に存在する微生物が未解明だったため、液肥の安定的な維持管理法がわかっていなかったという。そこで研究チームは今回、液肥製造装置内の菌叢の解明に取り組み、硝酸態窒素の産生に重要な微生物の特定を目指したとする。

そして研究チームは特定に成功し、その微生物の性質に合わせて、装置の運転条件を最適化することにも成功したという。しかし、製造した液肥の施肥効果の評価ができていなかったとする。そこで、続いては、市販の化学液肥との比較により、微生物が作った有機液肥がトマトの水耕栽培に実用可能か、どのような施肥効果があるかといったことについて検証が行われた。

同検証では有機液肥と化学液肥が用いられ、それぞれ27株のトマトの水耕栽培が96日間実施された(栄養成分としての硝酸イオン濃度は、両液肥で同じとなるように調整された)。栽培後に植物体の茎の太さを計測した結果、有機液肥を使用した場合、化学液肥と比べて植物体が10％程度大きくなったという。また、トマト果実も化学液肥を使用した場合と同等量が収穫できたとする。

有機液肥と化学液肥を使った水耕栽培でのトマトの生育の違い。有機液肥を使った方が大きく育ったとする。40日目で茎径が小さくなるのは直前に摘心を行ったため。※画像は、原論文の図を引用・改変されたものが一部使用されている。(出所:産総研Webサイト)

加えて、化学液肥と比べて有機液肥を使うとトマトの根に定着する微生物に違いが生ずるのかについて、菌叢解析によって調べられた。すると、使用された有機液肥自体に複数の微生物が含まれ、それらのうちの3種(Rudaea属細菌、Stenotrophobacter属細菌、Chitinophaga属細菌)が比較的高い割合で根に定着していることが確認されたとする。さらに顕微鏡解析を行ったところ、有機液肥で栽培されたトマトの根には、化学液肥のそれと比較して多量のバイオフィルムが形成されていることが観察された。

検出された3種の微生物は、植物の成長を促進したり病原性微生物の感染を防いだりするなど、植物の生育に有利な働きをする微生物と近縁だったといい、これらの微生物の働きによって、トマトの植物体が大きく生育した可能性が考えられるという。同有機液肥を使用すると、トマトが感染性の疾病にかかりにくいことが、現場では経験的にわかっていたとのことで、今回の研究により、有機液肥に由来する微生物が根に定着してバイオフィルムを作り、根の表面を覆うことで、結果的に病原性を有するほかの微生物の侵入を防いでいることが示唆されるとしている。

トマトの根に定着した微生物とバイオフィルム。(A)存在量上位15種のみを表示。有機液肥の微生物組成((A)右端の2本の棒グラフ)は、代表的な試料2つの結果が記載されている。(B)それぞれの肥料で栽培されたトマトの根の同様の部分が解析された結果。※画像は、原論文の図を引用・改変されたものが一部使用されている。(出所:産総研Webサイト)