Quantitative aspects of heterogeneity in soil organic matter dynamics in a cool-temperate Japanese beech forest; A Radiocarbon-based approach

冷温帯ブナ林における土壌有機炭素の微生物分解に対する不均質性の定量的解釈; 放射性炭素を利用したアプローチ

小嵐 淳   ; 安藤 麻里子  ; 石塚 成宏*; 三浦 覚*; 齋藤 武史*; 平井 敬三*

Koarashi, Jun; Atarashi-Andoh, Mariko; Ishizuka, Shigehiro*; Miura, Satoru*; Saito, Takeshi*; Hirai, Keizo*

土壌には大気中に存在している炭素の約2倍に相当する炭素が有機物として貯留していると推定されている。そのため、土壌有機炭素貯留量がわずかに変化するだけで、大気中のCO濃度や地球規模での炭素循環に重大な影響を及ぼす可能性がある。将来の気候変化に対する土壌有機炭素の応答の規模やタイミングを正確に予測するためには、土壌有機炭素の微生物分解に対する不均質性の定量的理解が不可欠である。本研究では、化学的に分画した土壌有機物に対して加速器質量分析装置を用いて放射性炭素同位体比を測定することによって、化学的に安定性の異なる土壌有機炭素画分ごとにその滞留時間を推定した。その結果、土壌を数年から1000年以上に渡る6つの異なる分解性を持つ炭素プールの複合体として特徴づけることができ、今後100年間に温暖化によって数十年から200年程度の比較的長い滞留時間を持つ炭素プールからの炭素消失が加速する可能性を示した。

Although it is well documented the possibility that global warming can lead to an acceleration of microbial decomposition of soil organic carbon (SOC), the magnitude and timing of this effect remains highly uncertain. The main reason is a lack of quantitative aspect of the heterogeneity in SOC biodegradability. To quantify the heterogeneity, we collected the soil and litter samples within a cool-temperate deciduous forest in Japan, separated chemically the samples into SOC fractions, determined their mean residence times (MRTs) based on the radiocarbon (C) measurements, and finally represented the soil as a complex of six SOC pools with different range of MRTs. Predicted response of the SOC pools to warming demonstrates that the rate of SOC loss from the fast-cycling SOC pool diminishes quickly because of the substrate availability; in contrast, the warming continues to accelerate SOC loss from slow-cycling pools with MRTs of 20-200 year over the next century.