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安藤 麻里子; 小嵐 淳; 高木 健太郎*; 近藤 俊明*; 寺本 宗正*; 永野 博彦*; Sun, L.*; 平野 高司*; 石田 祐宣*; 高木 正博*; et al.
no journal, ,
二酸化炭素とメタンは重要な温室効果ガスであり、大気中の濃度増加が懸念されている。森林土壌は、多量に蓄積する土壌有機物が微生物により分解されることで二酸化炭素を放出する(微生物呼吸)と同時に、微生物の酸化作用によりメタンの吸収源となることが知られている。温室効果ガスの収支の評価・推定のためには、森林土壌の微生物呼吸及びメタン吸収量を規定する要因を明らかにすることが必須である。本研究では、アジアモンスーン域の多様な森林を対象とした二酸化炭素及びメタンフラックスのチャンバー観測ネットワークサイトにおいて、森林土壌の土壌特性を測定し、微生物呼吸及びメタン吸収速度のサイト間の差異を説明することを目的とした。上記の観測サイトでは、大型自動開閉チャンバーシステムを用いて、地表面の二酸化炭素及びメタンフラックスの連続的な観測を実施している。同じサイトで土壌を採取し、密度や土壌鉱物(ピロリン酸抽出及びシュウ酸塩抽出Al, Fe)などの土壌特性や、有機炭素量・放射性及び安定炭素同位体比などの有機物特性を測定した。これらの結果と連続観測から求めた微生物呼吸及びメタン吸収速度の年平均値との関連を解析した。
Liang, N.*; 寺本 宗正*; 高木 健太郎*; 平野 高司*; 近藤 俊明*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 高木 正博*; 石田 祐宣*; Zhang, Y.*; et al.
no journal, ,
欧米に比べ、有機炭素が豊富な日本を含むアジアモンスーン地域の森林土壌は、温暖化に対する長期的なCO
排出量(微生物呼吸)増進の応答が大きいことに加え、温暖化に伴う土壌の乾燥化でCH
吸収能が上昇する可能性も、土壌の劣化でCH吸収能が低下する可能性も秘めている。しかし、CH収支と土壌炭素動態の気候変動応答に関わる観測データの欠如は、将来予測に大きな不確実性を与えている。本研究では、前例のないアジア域を網羅する森林土壌におけるCH吸収能の広域推定及び将来予測を行うために、世界最大規模のチャンバー観測ネットワークを活用した多地点連続観測を実施している。講演では、これまで得られた結果について報告する。
平野 高司*; 坂口 香帆*; 山下 隼平*; Cui, R.*; Hu, R.*; Sun, L.*; Liang, N.*; 寺本 宗正*; 高木 健太郎*; 石田 祐宣*; et al.
no journal, ,
森林土壌が大気メタン(CH)の主要な吸収源であることは認識されているが、土壌CHフラックスの時空間変動は大きく、吸収量の定量化には観測データの蓄積が必要である。本研究では、自動チャンバーシステムによって観測された連続データを用いて、CHフラックスの小スケールでの変動要因を明らかにすることを目的にした。北海道苫小牧市の森林で実験を行った。このサイトはカラマツ林であったが、2004年の台風による風倒害の後、シラカンバが優占する植生に変わった。3処理区(対照,根切,植生)を設けCHフラックスを測定した。すべての処理区で土壌はCHの吸収源であったが、処理区間で吸収量に違いが見られた。土壌水分,地温,土壌のバル期密度がCH吸収量に影響を及ぼす要因であることが示唆された。
Sun, L.*; Liang, N.*; 高橋 善幸*; 寺本 宗正*; 平野 高司*; 高木 健太郎*; 石田 祐宣*; 高木 正博*; 近藤 俊明*; 小嵐 淳; et al.
no journal, ,
メタン(CH)は二酸化炭素(CO)の25倍の温暖化ポテンシャルを持つ重要な温室効果ガスであり、近年大気中のCH濃度の急増が懸念されている。森林土壌は全陸域土壌呼CH吸収量のおよそ50%を占めており、気候変動の将来予測やCH排出削減の方針を策定する際に森林土壌CH吸収量を正確に把握することが重要な課題となる。本研究は日本国内の土壌タイプの異なる3つの森林において、大型自動開閉式チャンバーシステムを用いて土壌CHとCOフラックスの長期連続観測を行ってきた。本発表では長期観測データに基づいて、土壌CHとCOフラックスの時空間的変動の要因について考察する。
春間 俊克*; 土山 紘平*; 田中 万也; 高橋 嘉夫*; 福山 賢仁; 小原 義之; 山路 恵子*
no journal, ,
調査地とした人形峠環境技術センターは1959年から1982年まで操業されていたウラン鉱山であり、坑水処理のための鉱さいたいせき場を有する。鉱さいたいせき場では1998年以降ヨシの自生が確認されている。ヨシは根に鉄の沈殿物である鉄プラークを形成し、ヒ素などを吸着することで水質を浄化すると考えられている。また、鉄プラークはウランの吸着にも関与している可能性が示唆されている。しかし、鉄プラークの形成機構や鉄プラークがウランを吸着することに関する知見は少ない。そこで、本研究ではヨシのウラン蓄積と鉄プラークの形成機構を解明することを目的とした。SPring-8のBL37XUによってヨシの鉄プラークにおける鉄およびウランの局在部位を観察した結果、鉄プラークには鉄と共にウランやマンガンなどの重金属が局在していた。そのため、鉄プラークがヨシのウラン吸着能に寄与すると考えられた。鉄プラークにおける鉄の化学形態を明らかにするために、高エネルギー加速器研究機構Photon Factory (PF)のBL-4Aにおいて鉄プラークのXANESを測定した結果、約90%がフェリハイドライトであった。最後に鉄プラークのフェリハイドライトは、鉄が無機的に酸化して形成されたものか、生物が関与して有機的に形成されたものかを確認するために、PFのBL-12CにおいてEXAFSを測定した。その結果、鉄プラークのフェリハイドライトは、有機的に形成されていることが確認された。また走査型電子顕微鏡で鉄プラークを確認したところ、微生物に由来する構造も確認された。既往報告でヨシの根には内生細菌が多く生息していることが判明しており、鉄プラークの形成には内生細菌の関与が考えられた。以上のことから、ヨシの根の鉄プラークはウランや重金属の吸着サイトとして機能すると共に、内生細菌が関与して有機的に形成されている可能性が示唆された。
高橋 善幸*; Sun, L.*; Liang, N.*; 寺本 宗正*; 高木 健太郎*; 平野 高司*; 近藤 俊明*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 高木 正博*; et al.
no journal, ,
日本は火山国であり、火山灰を母材とする土壌が広く分布している。土壌による微量ガス交換の特性は生物化学的プロセスや土壌の物理特性に強く依存するため、様々な土壌タイプでの観測データの集積が重要である。本発表では、約300年前の樽前山の噴火による比較的新しい火山放出物が堆積した土壌をもつ苫小牧フラックスリサーチサイトにおいて観測したCH等微量ガスの交換量の変動について報告する。チャンバーを用いた観測ではおよそ月に1度のサンプリングを行い、経時変化を観測するとともに、2回の集中観測において空間変動を観察した。CHについては全ての観測値が土壌による吸収を示しており、季節変動においては高温期に吸収量が大きくなる共通した特徴が見られた。また、空間変動も大きく、代表値を評価するために多点観測が重要であることが示唆された。
近藤 俊明*; 寺本 宗正*; Sun, L.*; 高木 健太郎*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 市井 和仁*; 平野 高司*; 石田 祐宣*; 高木 正博*; et al.
no journal, ,
土壌はメタン(CH)の重要な吸収源となっており、その吸収能はCHの分解に寄与するメタン資化細菌や、COを基質としてCHを合成するメタン生成細菌などの土壌微生物によって強く影響を受ける。そのため、温暖化や植生の違いがこれら土壌微生物に及ぼす影響を評価し、そのメカニズムを解明することは気候変動予測の不確実性の低減や、植林や森林管理等によるメタン削減の実現において重要である。本研究では、温暖化操作が施されたサイトを含め国内の8つの森林において、メタン生成細菌やメタン資化細菌を含む土壌微生物を対象に、遺伝解析手法を用いて生物量や種組成を把握した。その結果、(1)温暖化に伴う土壌の乾燥により、嫌気性細菌であるメタン生成細菌量が減少すること、(2)メタン生成細菌量の減少によって温暖化サイトではメタン吸収能が高まること、(3)こうした傾向はサイト間で大きく異なることなど、土壌メタン吸収能の温暖化応答メカニズムの一部が明らかとなった。
中本 幸弘*; 土山 紘平*; 春間 俊克*; Lu, X.*; 田中 万也; 香西 直文; 福山 賢仁; 福嶋 繁; 小原 義之; 山路 恵子*
no journal, ,
近年、休廃止鉱山において植物や微生物を利用した浄化方法が環境負荷の観点から注目されている。本浄化に利用できる湿生植物の一つにヨシがあり、重金属やUを蓄積する報告がある。また、湿生植物の根には鉄プラークという水酸化鉄の沈着が確認され、金属吸着能が知られている。金属元素を高濃度に蓄積する植物の根より、金属元素と錯体形成する化合物(シデロフォア)を産生する微生物が分離されている。細菌が産生するシデロフォアとしてカテコール骨格を有する化合物が報告されているが、本構造を有する化合物はFeとの沈殿を形成する報告があるため、シデロフォアが鉄プラークの形成に関与する新たな可能性が考えられた。以上より、本研究では、根に内生する微生物の持つ機能に着目し、微生物が関与したヨシにおける重金属及びUの蓄積機構の解明を目的とした。日本原子力研究開発機構の人形峠環境技術センター内にある鉱さいたい積場を調査地とし、そこに自生するヨシを対象とした。本調査地のヨシ節根には鉄プラークが確認され、元素分析の結果、本部位及び節根に高濃度のFeやMn, Uの蓄積が確認された。また、節根にはシデロフォア産生能を有する内生細菌が高頻度で分離された。内生細菌の産生するシデロフォアが鉄プラーク形成に寄与するか明らかにするため、(1)二価及び三価のFeイオンと内生細菌の培養ろ液を混合した際の沈殿形成の確認、(2)内生細菌の産生するシデロフォアの定性分析を行った。その結果、(1)シデロフォア活性を示した
属、
属細菌の培養ろ液において沈殿物が生じること、(2)これらの培養ろ液にフェノール性化合物が検出され、本化合物がシデロフォアである可能性があることを確認した。以上の結果より、重金属及びUを蓄積する節根から分離した内生細菌のシデロフォアが金属蓄積部位である鉄プラークの形成に関与する可能性が考えられた。
石田 祐宣*; Sun, L.*; Liang, N.*; 寺本 宗正*; 平野 高司*; 高木 健太郎*; 高木 正博*; 近藤 俊明*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; et al.
no journal, ,
温室効果ガスであるCHは高い温室効果を持つため、その動態を把握することは将来の気候変動予測にとって重要な課題である。特に森林土壌はCHの重要な吸収源となっているが、土壌の物理化学的性質や気候によってその吸収能がどの程度変わり得るのか、実測ベースで理解する必要がある。本研究では、冷涼かつ多雪地帯である白神山地の広葉樹林を対象とし、土壌CO/CHフラックスの変動要因となる環境因子に対する感度を明らかにすることを目的とした。対照区,根切区,温暖化区の3処理区を設け、無雪期に自動開閉式チャンバーシステムで土壌CO/ CHフラックスの連続観測を実施した。解析の結果、各区のCO排出速度およびCH4吸収速度と地温および土壌水分との間には、全てに有意な相関関係が見られたが、温暖化区で環境因子に対するCO排出速度およびCH吸収速度への感度が弱まる傾向があった。CH吸収速度は一般的に土壌水分との相関が強いが、調査対象期間は降水量が少なく、地温と土壌水分に強い相関があり、見かけ上の関係である可能性がある。よって、観測を継続し特性を見極める必要がある。
高木 健太郎*; 平野 高司*; Sun, L.*; Liang, N.*; 高橋 善幸*; 寺本 宗正*; 近藤 俊明*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 石田 祐宣*; et al.
no journal, ,
森林土壌は、空間的・季節的な土壌の湿潤度の変化により、メタンを吸収する場合も放出する場合もあることが報告されている。しかし自然生態系において、大気-土壌間のメタン交換量を連続測定した例は限られており、温度上昇がメタン交換量に与える影響を明らかにしている研究も少ない。本研究では、土壌水分が通年で高く維持されている、北海道北部の泥炭地に成立する植林地において、土壌-大気間の二酸化炭素とメタンの交換量を連続測定し、根の有無や地温上昇処理が交換量に与える影響を明らかにした。
市井 和仁*; 山貫 緋称*; 山本 雄平*; Sun, L.*; Liang, N.*; 寺本 宗正*; 永野 博彦*; 平野 高司*; 高木 健太郎*; 石田 祐宣*; et al.
no journal, ,
大気-陸域生態系間のCO等のフラックスの広域推定には、AsiaFluxなどの観測ネットワークが充実したこともあり、機械学習を用いた経験的な手法が広く利用されるようになってきた。土壌呼吸については、統一的な観測手法の確立の難しさなどから、データベース化は進められているものの、統一化されたデータセットは入手が難しく、広域推定においても様々な不確実性が残っていた。本研究では、国立環境研究所らのグループによる統一された観測手法・データ処理手法によるアジア域のチャンバー連続観測ネットワークを利用することにより、まずは、日本域の土壌呼吸量の広域推定を行った。観測ネットワークとして8地点のサイトデータを用い、MODISデータを中心とする衛星観測データセット、気温・地温・土壌水分量といった陸面データセットを入力として機械学習法の一つであるランダムフォレスト法を用いて土壌呼吸の広域推定を試みた。さらに、既存の各種推定結果について、経験的な手法から数値モデルによる手法までの幅広いデータを収集して比較した。
高木 正博*; Sun, L.*; Liang, N.*; 寺本 宗正*; 平野 高司*; 高木 健太郎*; 石田 祐宣*; 近藤 俊明*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; et al.
no journal, ,
森林土壌は温室効果ガスのメタンを吸収することが知られているが、その定性的かつ定量的な解明は未だ途上である。メタン吸収フラックスの支配要因として、火山灰を母材とする土壌は大きい可能性が指摘されている。本研究では、火山の多い地方である九州・沖縄の4つの森林においてメタンフラックスを測定し、火山灰土壌との関係を調査した。メタンフラックスの測定にはポータブルチャンバーを用いた。その結果、メタン吸収フラックスの多い順に、福岡県糟屋(非火山灰) = 宮崎県田野(火山灰) 
熊本県阿蘇(火山灰) 沖縄県与那(非火山灰)となった。このことから、森林土壌のメタン吸収フラックスの強弱は母材の性質では一括りにはできず、土壌の物理性や化学性を個別に検討する必要があることが示唆された。