Quantitative evaluation of carbon dioxide emissions from the subsoils of volcanic and non-volcanic ash soils in temperate forest ecosystems

阿部 有希子; 中山 理智*; 安藤 麻里子; 丹下 健*; 澤田 晴雄*; Liang, N.*; 小嵐 淳

Geoderma, 455, p.117221_1 - 117221_11, 2025/03

https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2025.117221

森林土壌に蓄積されている炭素の半分以上が下層土壌(30cm以深)に存在している。しかし、下層土壌の陸域炭素循環における寄与やそれを制御する要因については未解明な点が多い。そこで本研究では、下層土壌からのCO放出量を定量評価するとともに、CO放出に影響を与える要因を明らかにすることを目的とした。有機炭素蓄積特性の異なる2つのタイプの森林土壌(火山灰土壌と非火山灰土壌)を対象に、深さ60cmまでの土壌を採取し、培養実験により深さごとのCO放出速度を測定した。また、放出されたCOの放射性炭素同位体比を分析した。その結果、下層土壌からのCO放出は、全体(深さ0-60cm)の放出量の6-23%を担い、1950年以降に固定された有機炭素の分解に起因していることが明らかになった。下層土壌からのCO放出は、土壌微生物が利用しやすい有機炭素の量と微生物バイオマス量に規定されていることが示唆された。

Validation of the Be ground-state molecular structure using Be()He triple differential reaction cross-section measurements

Li, P. J.*; Beaumel, D.*; Lee, J.*; Assi, M.*; Chen, S.*; Franchoo, S.*; Gibelin, J.*; Hammache, F.*; Harada, T.*; 延与 佳子*; et al.

Physical Review Letters, 131(21), p.212501_1 - 212501_7, 2023/11

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.212501

Beのクラスター構造を()反応を用いて調査した。三重微分断面積が実験的に測定され、Tohsaki-Horiuchi-Schuck-Rpke波動関数の方法や反対称化分子動力学を用いた歪曲波インパルス近似計算と比較した。実験データと理論計算の顕著な一致が確認され、Beの比較的コンパクトな分子状態を確認した。

Ten years of warming increased plant-derived carbon accumulation in an East Asian monsoon forest

Zhang, J.*; Kuang, L.*; Mou, Z.*; 近藤 俊明*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; Li, Y.*; Tang, X.*; Wang, Y.-P.*; Peuelas, J.*; et al.

Plant and Soil, 481(1-2), p.349 - 365, 2022/12

https://doi.org/10.1007/s11104-022-05642-8

Soil warming effects on soil organic carbon (SOC) decomposition and stabilization are highly variable, and the underlying mechanisms are poorly understood. In this study, concentration, stability (dissolved, particle and mineral-associated SOC), and source (plant-derived and microbial-derived) of SOC, soil microbial community composition, and enzyme activities were studied in a 10-year soil warming field experiment in an East Asian monsoon forest. The results showed that 10-year soil warming significantly enhanced SOC in the top 0-10 cm soil. The increased SOC induced by warming was mainly derived from plants with lignin markers, accompanied by a decrease in microbial-derived SOC. This highlights an urgent need for a better understanding of how the contrasting effects of plant- and microbial-derived C mediate the response of the SOC pool to warming across different biomes.

Practical guide on soil sampling, treatment, and carbon isotope analysis for carbon cycle studies

小嵐 淳; 安藤 麻里子; 永野 博彦*; Sugiharto, U.*; Saengkorakot, C.*; 鈴木 崇史; 國分 陽子; 藤田 奈津子; 木下 尚喜; 永井 晴康; et al.

JAEA-Technology 2020-012, 53 Pages, 2020/10

JAEA-Technology-2020-012.pdf:3.71MB

近年急速に進行する温暖化をはじめとした地球環境の変化は、陸域生態系(とりわけ森林生態系)における炭素循環に変化をもたらし、その結果、温暖化や環境変化の進行に拍車をかける悪循環が懸念されている。しかしながら、その影響の予測には大きな不確実性が伴っており、その主たる要因は、土壌に貯留する有機炭素の動態とその環境変化に対する応答についての定量的な理解の不足にある。放射性炭素(C)や安定炭素(C)同位体の陸域生態系における動きを追跡することは、土壌有機炭素の動態を解明するうえで有力な研究手段となりうる。本ガイドは、同位体を利用した土壌炭素循環に関する研究を、特にアジア地域において促進させることを目的としたものである。本ガイドは、土壌の採取、土壌試料の処理、土壌有機炭素の分画、Cの同位体比質量分析法による測定及びその試料調製、ならびに Cの加速器質量分析法による測定及びその試料調製に関する実践的手法を網羅している。本ガイドでは、炭素循環研究において広く用いられる C分析結果の報告方法についても簡単に紹介する。さらに、同位体を利用した研究手法の実際的応用として、日本の森林生態系において実施した事例研究の結果についても報告する。本ガイドによって、同位体を利用した炭素循環研究に興味を持って参画する研究者が増加し、地球環境の変化の仕組みについての理解が大きく進展することを期待する。

Long-term monitoring soil carbon dynamics of Asian terrestrial ecosystem by an automated chamber network

Liang, N.*; Chiang, P.-N.*; Wang, Y.*; 寺本 宗正*; 高木 健太郎*; 近藤 俊明*; 小嵐 淳; Zhang, Y.*; Li, S.*; Fang, J.*; et al.

no journal, , 

Asian terrestrial ecosystems occupy vast areas from tropical forests and wetlands in Southeast Asia to boreal ecosystems in northeastern Asia, and as well as alpine ecosystems on the Tibet Plateau. These ecosystems make a significant contribution to the regional and global carbon budgets. Accurately quantifying CO/CH balances is critical for setting targets for their emission reductions and to identify and promote effective mitigation strategies. Since the mid-1990s, we have been installing multichannel automated chamber systems boreal ecosystems in Siberian and Alaska, temperate forests and grassland in East Asia, wetlands and permafrost on the Tibetan Plateau, and subtropical and tropical forests in Southeast Asia, for continuous measurements of forest floor CO budget as well as net ecosystem production. Among the sites, eight ecosystems are using for conducting soil warming experiments. This talk will present CO/CH fluxes and their controls of representative Asian terrestrial ecosystems with the chamber network.

遺伝解析による土壌微生物評価から温暖化に伴う土壌呼吸量の変動要因を探る

近藤 俊明*; 寺本 宗正*; 高木 健太郎*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 高木 正博*; 石田 祐宣*; Liang, N.*

no journal, , 

土壌中の有機炭素は土壌微生物による分解過程を経てCOとして大気中に放出(微生物呼吸)される。温暖化に伴う微生物呼吸量の増加は地球規模の炭素収支に多大な影響を及ぼすため、その評価は気候変動の将来予測において重要である。本研究では、温暖化操作実験のもと、微生物呼吸が長期に渡って測定されている5つの森林において、遺伝解析を用いて、(1)土壌微生物量、および(2)種組成の変化など、土壌微生物動態を把握することで、温暖化に対して土壌微生物相がどのような応答を示し、結果として微生物呼吸がどう変動するのかといった、一連の微生物呼吸プロセスの解明を行った。その結果、(1)日本の森林生態系では、温暖化環境下においても微生物呼吸量の減少をもたらすと考えられる土壌微生物種の消失や土壌微生物量の減少が生じないこと、(2)一方で二次的な森林においては、温暖化に応じて多様な有機物の分解に関わる放線菌や硝酸菌の出現頻度が増加することが明らかとなった。つまり、土壌微生物相の高い温度耐性と、温暖化に応じた特定の土壌微生物グループの出現頻度の増加が、温暖化効果の長期維持(土壌呼吸量の増加)の要因になっていることなどが示唆された。

日本の森林土壌における有機炭素の蓄積と動態ならびに長期温暖化操作に対する応答

小嵐 淳; 安藤 麻里子; 高木 健太郎*; 近藤 俊明*; 寺本 宗正*; 永野 博彦; 國分 陽子; 高木 正博*; 石田 祐宣*; 平舘 俊太郎*; et al.

no journal, , 

土壌は、陸域最大の炭素貯蔵庫として機能し、その巨大な炭素貯留能をもって、地球規模での炭素循環の安定化に大きく貢献している。近年急速に進行する地球温暖化は、土壌に貯留する有機炭素の微生物による分解を促進することで、土壌からの二酸化炭素放出量を増大させ、その結果、温暖化がさらに加速する可能性が危惧されている。このような現象とその影響の程度を正しく評価するためには、土壌における有機炭素の蓄積や動態、ならびにそれらの温暖化に対する応答についての定量的な理解が不可欠である。本研究では、長期にわたって温暖化操作実験を実施している国内5か所の森林サイトにおいて、表層土壌における有機炭素の蓄積・動態のサイト特性を、貯留量の深さプロファイル、土壌鉱物との結合形態、有機炭素の化学構造、代謝回転時間などの観点から分析評価し、サイト特性と土壌呼吸速度(土壌からの二酸化炭素放出速度)やその温度応答との関連性を調べた。本講演では、これらの結果に基づいて、土壌呼吸速度やその温度応答を規定する要因や温暖化による土壌炭素放出増大の持続性について議論する。

10年間の地温上昇処理が道北の植林泥炭地の微生物呼吸量に与える影響

高木 健太郎*; Liang, N.*; Aguilos, M.*; Kira, R.*; 寺本 宗正*; 小林 真*; Sun, L.*; 近藤 俊明*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子

no journal, , 

様々な生態系を対象とした統合研究によって、寒冷な気候帯で、土壌炭素量が増えるほど、温暖化により土壌からのCO放出量が増えることが近年明らかにされており、北方林やツンドラ植生が巨大な炭素の放出源となることが懸念されている。そこで本研究では、土壌中に炭素が豊富に存在する、排水された泥炭上に成立している冷温帯針広混交林において、土壌を長期加温する野外操作実験を行い、加温処理に伴う微生物呼吸量の変化を明らかにすることを目的とした。5cm深地温を3C上昇させる加温処理によって、微生物呼吸量は、最大年で146%増加し、10年経過後も増加率の上昇が継続していた。加温効果は既存の研究と比べてとても大きく、豊富に炭素が含まれている土壌では、加温効果は長期に渡って継続することが明らかになった。落葉・落枝量が多い年ほど、その年の加温効果(加温処理による微生物呼吸量の増加率)が大きくなる強い線形の関係が認められ、加温効果には土壌への当年の炭素供給量が大きな影響を与えていることが明らかになった。

温暖化に対する土壌微生物群集の応答と微生物呼吸量への影響

近藤 俊明*; 寺本 宗正*; 高木 健太郎*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 高木 正博*; 石田 祐宣*; Liang, N.*

no journal, , 

土壌中の有機炭素は土壌微生物による分解過程を経てCOとして大気中に放出される。この現象は微生物呼吸と呼ばれ、人間活動に由来するCO放出量の約710倍に相当する。温暖化に伴う微生物呼吸量の変動は地球規模の炭素収支に多大な影響を及ぼすため、その評価は気候変動の将来予測において重要であるものの、僅かな土壌中に数億個体が存在する土壌微生物の動態を、従来の培養法を用いて把握することは極めて困難であった。本研究では、温暖化操作実験のもと、微生物呼吸が長期に渡って測定されている国内の5つの森林(宮崎, 広島, つくば, 白神, 天塩)において、遺伝解析手法を用いて、(1)土壌微生物量、(2)土壌微生物の種組成、およびその季節変化など、土壌微生物動態を把握することで、温暖化に対して土壌微生物相がどのような応答を示し、結果として微生物呼吸がどう変動するのかといった、一連の微生物呼吸プロセスの解明を行った。

Soil warming effect on the heterotrophic respiration rate during a decadal experiment in a cool-temperate forested peatland

高木 健太郎*; Liang, N.*; Aguilos, M.*; Rythi, K.*; 寺本 宗正*; 小林 真*; Sun, L.*; 近藤 俊明*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子

no journal, , 

We conducted a soil warming experiment in a cool-temperate forested peatland in northern Japan during snow-free seasons of 2007-2017, to determine the soil warming effect on the heterotrophic respiration rate. Soil CO efflux was measured with a 15-channel automated chamber system, which was divided into three groups each with five replications for the control (unwarmed-not trenched), unwarmed-trenched, and warmed-trenched treatments. Soil warming increased the heterotrophic respiration rate having a increasing trend in the annual mean enhancement ratio. These annul mean enhancement ratio was linearly correlated with the current year's litterfall supply, which shows that the litterfall is quickly decomposed as the labile substrate for respiration and the amount becomes a limiting factor for the enhancement. The warming also sustained enhancement of the temperature sensitivity, Q, and the basal respiration at 10C, R, during the decadal experiment. Accordingly, warming enhanced not only the heterotrophic respiration rate itself but also its Q and R in forests with high substrate availability in the soil, without acclimation by continuous warming.