SEARCH

Search Details

Uchida Yoshitaka

Research Faculty of Agriculture　Research Innovation and Cooperation　Cooperative PromotionAssociate Professor
Institute for the Promotion of Business-Regional CollaborationAssociate Professor

I research greenhouse gas emissions from soils, particularly N2O and CO2 emissions. I am a Japanese but I did my degree (undergraduate and PhD) at Lincoln University, New Zealand. When I was a student, I did most of my research in pastoral ecosystems, but in my postdoctorial position, my research field was extended to upland farming. I was based at NIAES, Japan, looking at the use of coated fertilizer on N2O mitigation, the use of microbial inoculant to reduce N2O emissions from legume systems etc. Now I am an assosiate professor at Hokkaido University, Research Faculty of Agriculture.

Researcher basic information

■ Degree
  • PhD in Environmental Biogeochemistry, Lincoln University, New Zealand
  • B. Agricultural Science 1st class Hon., Lincoln University, New Zealand
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
Researcher number
  • 70705251
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • 牧草
  • 安定同位体
  • 温度依存性
  • 亜酸化窒素
  • 土壌呼吸
Research Field
  • Life Science, Plant nutrition and soil science
■ Educational Organization

Career

■ Career
Career
  • Apr. 2017 - Present
    Hokkaido University, Japan, Research Faculty of Agriculture, Associate Professor
  • Jan. 2013 - Mar. 2017
    Hokkaido University, Japan, Research Faculty of Agriculture, Tenure-Track Assistant Professor
  • Jan. 2010 - Dec. 2012
    NIAES, Japan, Postdoctorial scientist
Educational Background
  • 2007 - 2010, Lincoln University, New Zealand, Soil and Physical Sciences Department, PhD (Environmental Biogeochemistry)
  • Jul. 2002 - Jun. 2006, Lincoln University, New Zealand, B.Agr.Sci. (1st Hon.)

Research activity information

■ Awards
  • Sep. 2022, 2022年度(第21回)日本農学進歩賞
    農耕地からのＮ₂Ｏ発生削減技術の開発に向けた多面的アプローチ
  • Sep. 2022, 第40回（2022年度）日本土壌肥料学会奨励賞
    農耕地土壌における窒素動態の解析とN2O発生削減技術の開発に向けた分野融合的研究
  • Apr. 2017, 2016年度笹川科学研究奨励賞
    北海道の異なる酪農経営法と栄養収支ﾊﾞﾗﾝｽの関連性調査―北海道ｽﾀｲﾙの低環境負荷型酪農法の確立に向けて―
  • Dec. 2012, National Institute for Agro-Environmental Sciences, Japan, Young Scientist Award
    畑地から発生する亜酸化窒素の削減技術および発生メカニズムに関する研究
    Yoshitaka Uchida
■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Syllabus
  • ワンダーフォーゲル実習Ⅵ, 2024年, 博士後期課程, 国際食資源学院
  • 人口・食料・環境学総論, 2024年, 修士課程, 農学院
  • 食資源環境論, 2024年, 修士課程, 国際食資源学院
  • 食資源環境特論演習, 2024年, 修士課程, 国際食資源学院
  • 食資源環境特論, 2024年, 修士課程, 国際食資源学院
  • ワンダーフォーゲル実習Ⅰ, 2024年, 修士課程, 国際食資源学院
  • 事前・事後演習Ⅰ, 2024年, 修士課程, 国際食資源学院
  • 持続的生物生産技術特論, 2024年, 修士課程, 国際食資源学院
  • 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 食資源特別講義, 2024年, 修士課程, 国際食資源学院
  • 環境と人間, 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 無機化学, 2024年, 学士課程, 農学部
  • 生物機能化学実験Ⅰ, 2024年, 学士課程, 農学部
■ Research Themes
  • Elucidation of physicochemical properties and microbial processes for mitigation of N2O emission derived from organic matters in agricultural land.
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2022 - 31 Mar. 2025
    山本 昭範; 常田 岳志; 内田 義崇
    本年度は、化学性の要因としてpHと堆肥種類、物理性の要因として成型方法に着目して、異なる性質を同時調整した堆肥混合肥料を作成し、有機物資材の性質調整の組み合わせが一酸化二窒素（N2O）発生に与える影響を検証した。その結果、施用後のN2O発生量は組み合わせる性質で異なり、酸性と中性の条件では成型方法による影響が見られたが、アルカリ性条件では成型方法の影響は見られなかった。また、堆肥種類と成型方法を同時調整した場合、堆肥の種類間で成型方法によるN2O発生の変化傾向に差は見られなかったが、N2O発生の変化の程度は堆肥の種類間で異なった。このことから、N2O発生に与える影響は成型方法による物理性の調整よりも堆肥種類による化学性の調整の方が大きいことが示唆された。次に、有機物資材のサイズの影響を明らかにするため、有機物資材の粒度を変えた堆肥混合肥料を異なるpH条件で作成して実験に供した。施用後のN2O発生量は粒度の低下によって減少する傾向を示した。粒度調整によるN2O発生の減少傾向はpH条件によっても異なり、酸性と中性条件に比べてアルカリ性条件で減少の程度が大きかった。つまり、組み合わせる性質の内容によっては、性質間の関係性によりN2O発生削減作用が変化する可能性がある。さらに、微生物の多様性を数段階に調整した土壌を用いて、堆肥混合肥料施用時の土壌微生物の状態と堆肥混合肥料pHの関係を検証した。その結果、土壌微生物量は、堆肥混合肥料施用後のN2O発生量と堆肥混合肥料pHの関係を変化させることが分かった。また、pH条件によってN2O発生に差が生じた期間では、nosZ存在量も堆肥混合肥料pHで異なった。このことから、堆肥混合肥料pHによるN2O発生の変化はN2O還元の差が要因の一つであると考えられた。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Tokyo Gakugei University, 23K23740
  • Elucidation of physicochemical properties and microbial processes for mitigation of N2O emission derived from organic matters in agricultural land.
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2022 - 31 Mar. 2025
    山本 昭範; 常田 岳志; 内田 義崇
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Tokyo Gakugei University, 22H02475
  • Inorganic carbon fixation ability by nitrifying bacteria in carbon-depleted soil - elucidation of its control factors
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2021 - 31 Mar. 2024
    内田 義崇; 龍見 史恵
    本研究は、農地土壌の生産性や肥沃度は有機態炭素量に依存するが、過剰な施肥や耕起によって有機態炭素が欠乏した土壌「有機態炭素欠乏土壌」が生成されることが世界的な問題となっていることを背景としている。劣化した土壌を省力的に回復させる技術が緊急に必要とされている中で、無機態炭素（二酸化炭素（CO2））を有機態炭素として固定する独立栄養微生物である硝化細菌・古細菌（硝化菌）に着目した研究を行った。本年度は、有機態炭素欠乏土壌で微生物量は減少するが硝化菌が逆に増加・多様化している現象を踏まえ、その傾向から予測メタゲノム法を用いて無機態炭素固定遺伝子の量的変化を調べる試験を行った。硝化菌が持つ無機態炭素固定遺伝子はccbLとして知られており、その相対的な量をバクテリアの種から推定することができた。さらに、硝化菌の活性と多様性、アンモニア施肥回数の関連性を調べる試験も行い、アンモニア繰り返し施肥によって起きる硝化菌活性の程度が土壌微生物多様性と正の相関がある可能性を示唆するデータを得た。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 21H02324
  • Consequences of intensive maize cultivation on soil microbiome and efficient nitrogen cycling in sub-Saharan Africa
    科学研究費助成事業
    09 Oct. 2018 - 31 Mar. 2023
    内田 義崇; 多胡 香奈子; 山本 昭範
    申請者らは、サブサハラアフリカにおける農地開発が土壌微生物コミュニティーの構造および機能にどのように影響を与えるかを調べてきた。これまでの研究では、硝化ポテンシャルはサイトの影響を大きく受けるが、同一サイト内では農地開発によって高くなる傾向が明らかになってきており、鍵となる硝化菌の種に着目して今年度は硝化機能遺伝子amoAの種レベルでのコミュニティー解析を進めた。その結果、硝化ポテンシャルが低いサイトでは、農地開発によってNitrosospira multiformisの相対存在量が増加しNitrosospira sp. Wyke8の相対的存在量が減少した。現在、これらの変動が土壌の硝化ポテンシャルとどのように関連しているのかについて解析を行っている。さらに、複数のザンビア産土壌を用いて、炭素投入（堆肥等）が土壌炭素動態や微生物多様性の変化にどのような影響を与えるかについても精緻に調査した。その結果、炭素投入の微生物多様性変化への影響は土壌によって大きく異なることがわかった。具体的には、炭素量が1%を上回り、水分保持力の大きい土壌においては、炭素投入の微生物への影響が小さくなり、炭素投入よりも水分量によって微生物多様性が変動することが定量された。また、炭素量が1%を下回るような極めて貧栄養な土壌においては、炭素投入による微生物量の増加、およびそれに伴う有機物分解速度の増加がより顕著であることも評価できた。
    日本学術振興会, 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B)), 北海道大学, 18KK0183
  • 土壌の表面特性と微生物を活用した土壌・水・大気保全技術の確立
    科学研究費助成事業
    01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2023
    石黒 宗秀; 波多野 隆介; 柏木 淳一; 内田 義崇; 荒木 肇
    本研究の目的は，肥料成分や放射性物質・界面活性剤・温室効果ガスなどの汚染物質の土壌中における動態を，土壌の表面特性と微生物活動に着目して明らかにし，その知見を用いて，土壌・水・大気保全技術を確立することである．本年度は，昨年度に引き続き次の研究を行った．
    無肥料無農薬水田における窒素の動態に及ぼす中耕除草の影響を明らかにするために，無肥料無農薬水田において，中耕除草０回区，２回区，５回区を設定すると共に，化学肥料と農薬を使用する慣行区を設定し，比較検討した．３年目の本年度は，中耕除草回数が増加するに従い，稲の生育と収量が増加した．昨年までは相違が無かったため，土壌環境が徐々に良くなってきたものと思われる．しかし，窒素量に関しては，明瞭な相違は認められなかった．土壌が更に良好な状態になるにはあと数年必要と考えられた．
    界面活性剤の吸着実験を行う際，土壌中の腐植物質が土壌水中に溶解し，それが吸光度測定による界面活性剤濃度の結果に影響する．その影響を取り除くために，可視光領域400nm波長の吸光度を利用することで，正確な測定が可能なことを明らかにした．
    水田から排出されるCH4の温室効果ガス発生量を調べたところ，無肥料無農薬中耕除草区は，慣行区と比較して発生量が少なくなり，温室効果ガス削減に寄与する傾向を示した．中耕除草回数が最も多い５回区で，CH4の放出が多く，有機物分解が進むことが示唆された．
    窒素固定能を持つ二つの微生物科が自然農法水田で相対的存在比が高いことを実証した．これらは，RhizobialesとRhodospirillalesである．
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 18H03963
  • Precise examination of N2O production and consumption processes with MILNC
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2022
    Koba Keisuke
    We developed the analytical setting of multi-isotope labelling of nitrogen compounds (MILNC) for N2O to elucidate the complex features of N2O productions and consumptions. We proposed the platform to measure 15N, 17O and 18O-labelled N2O by GC/MS, which allowed us to measure the production and consumption of N2O simultaneously. In addition, the process model we develop can facilitate the interpretation of the MILNC data to discuss the relative strength of production and consumption processes.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Kyoto University, 18H04138
  • Dynamics of micro-organism and small animals in the soil and their contribution to crop productivity in cover cropping
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2021
    Araki Hajime
    The function of cover crop, which is a biological tool for sustainable agricultural production, was investigated from the biological properties of soil. Cover crops release nitrogen after incorporation into soil and contribute to the growth of subsequent crops. Surveys of kind and population soil nematodes have revealed that cover crop has created a bacterial-dominated environment and improved soil fertility. In nitrogen mineralization, β-glycosidase activity and soil microbial biomass, which became indicators of microbial activity, increased in bulk soil. The farming practice with cover crop and no-tillage also induced microbial variation, and aggregate size affected microbial species and organic matter degradation. In long-term practice, Rye (cover crop) and no-tillage system reduced the global warming potential. The soil properties and productivity were improved by increasing of soil carbon amount in soil.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), 18H02310
  • 荒廃地土壌の微生物窒素固定と固定された窒素の安定性
    科学研究費助成事業
    01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2019
    内田 義崇
    荒廃地土壌の生産性を回復させるためには、窒素が効率よく微生物により土壌へ固定されることが重要である。この研究では、サブサヘルアフリカで採取した荒廃地土壌において、先駆植物の根圏で窒素固定を行うコミュニティを明らかにする。本年度は、①ザンビアの荒廃地でAfrican fountain grass (Pennisetum setaceum)の根圏から採取した土壌や、②日本の荒廃地（都市部の建築現場跡地）における先駆作物の根圏土壌を用いた実験を行った。①に関しては、異なるDNA抽出法を試し、抽出法によって定量PCRや次世代シーケンサによる微生物群衆構造解析にバイアスが出ることが無いかを調査した。結果として、高額であり現地で手に入りにくい土壌DNA抽出キットを用いればより多くのDNAを抽出できるものの、群衆構造解析へのバイアスは少ないことがわかった。しかし、このことは定量PCRの結果が抽出法に強く影響を受けることを示唆しており、今後さらにサブサヘルアフリカで精緻な土壌微生物DNA研究を行っていく上で障壁となる。②に関しては、窒素固定微生物のDNA量を、定量PCRを用いて検証するための条件検討を行った。プライマはPo1FとPo1Rを用い、DNAの精製や希釈の条件などを検討した。結果として、AMPureを用いた精製を行うこと、プライマ濃度を高めることなどで、定量PCRによる土壌中窒素固定遺伝子の定量が成功することを明らかにした。また、ポプラ（Populus）、スギナ（Equisetum arvense）、白クローバー（Trifolium repens）などの先駆植物の根圏土壌において、窒素固定遺伝子量に差が見られる可能性があることが示唆された。
    日本学術振興会, 若手研究, 北海道大学, 18K14557
  • Evaluation of microbes controlling nitrogen immobilization and mineralization
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2016 - 31 Mar. 2018
    Yoshitaka Uchida
    To evaluate soil fertility, changes in soil microbial communities before and after the application of organic matter were evaluated. First, the comparison between organically farmed and conventionally farmed soil was performed. We used rice straw as an organic matter. In the next experiment, we evaluated using one soil but with different organic matter sources. We showed that the timing and application rates of soil organic matter were critically important in controlling soil microbial communities. To evaluate nitrogen cycle, we also investigated the flow of ammonium-nitrogen and nitrate-nitrogen. Interestingly, the flow and soil microbial community structures were correlated in one experiment but not for the other. Further studies are needed to research the mechanisms behind the different results.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Hokkaido University, 16K18663
  • Investigation of horizontal transmission among N2O emission-associated genes and N2O emission suppressing chemical agents
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2014 - 31 Mar. 2018
    Hashidoko Yasuyuki
    Active N2O emitting microorganisms were searched for, at the soils from reclaimed tropical peatland in Malaysia, Andisol corn farmland in Hokkaido, and palsa mire-degrading boreal peat in Finland Lapland, all of which are known as active N2O emission hotspots. Resulting active N2O emitting bacteria were compared their physiological and biological traits. Burkholderia spp. isolated as a hyper-active N2O emitter from tropical peat soils s were missing nosZ genes, while 4 strains out of 10 active N2O emitting Pseudomonas spp. rather harbored weakly functional nosZ gene. In boreal peatland, particularly degrading palsa bogs, Rhizobium sp. and Serratia sp. mixed colonies had abilities to release N2O from NO2-.
    In investigation of N2O production-repressing chemicals, Paraquat and allylisothiocyanate showed relatively strong N2O-emission inhibitory effect. For further screening, several differentiation-inducing factors toward bacteria were isolated and identified.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Hokkaido University, 26252058
  • Decomposition of nitrogen within plant residues and environmental impacts - physical, biological and chemical controlling factors
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    18 Jul. 2014 - 31 Mar. 2017
    Uchida Yoshitaka
    We used hairy vetch as an example of plant residue. Andosol and Fluvisol were used because they were common in Japan. Also, rice husk charcoal was evaluated. In Fluvisol, N2O emissions were higher when compared to those from Andosol. There was a possibility of nitrogen adsorption by rice husk charcoal. The amount of nitrate, links to water pollution, was higher in Andosol when compared to Fluvisol. In Fluvisol, denitrification rates could be larger. The molecular size distribution of organic-nitrogen, during the decomposition of hairy vetch was variable.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 26520301

Research Profiles

■ Research Profiles