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。

Seasonal and snowmelt-driven changes in the water-extractable organic carbon dynamics in a cool-temperate Japanese forest soil, estimated using the bomb-C tracer

中西 貴宏; 安藤 麻里子; 小嵐 淳; 國分 陽子; 平井 敬三*

Journal of Environmental Radioactivity, 128, p.27 - 32, 2014/02

https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2013.10.028

森林土壌における溶存態有機炭素(DOC)の動態に関してさまざまな研究がなされてきたが、主要な供給源である土壌有機物と落葉落枝の寄与程度については評価が定まっていない。われわれは、日本の冷帯林土壌におけるDOC供給源の季節変化について、水抽出有機炭素(WEOC)の炭素同位体(C・C)から推定した。融雪期は、落葉落枝からのDOC供給の影響が大きかった。一方、梅雨期には、微生物活動の促進による土壌有機物起源WEOCの増加が示された。夏から秋にかけても土壌有機物を起源とするWEOCが支配的であった。これらの結果から、DOCの供給源と動態に対して季節や環境の変化が強い支配因子であることが明らかになった。

Depositional records of plutonium and Cs released from Nagasaki atomic bomb in sediment of Nishiyama reservoir at Nagasaki

國分 陽子; 安田 健一郎; 間柄 正明; 宮本 ユタカ; 桜井 聡; 臼田 重和; 山崎 秀夫*; 吉川 周作*; 長岡 信治*; 三田村 宗樹*; et al.

Journal of Environmental Radioactivity, 99(1), p.211 - 217, 2008/01

https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2007.11.010

長崎西山貯水池堆積物中のPu/Pu比及びPu, Cs濃度の深度分布を調べ、Pu/Pu比からプルトニウムの起源を推定し、長崎原爆爆発直後に堆積したプルトニウム及びCsを含む堆積物を特定した。またその堆積物の下層から長崎原爆に起因するフォールアウトの蓄積の証拠となる微粒炭も検出した。本報告は長崎原爆直後から現在に至るまで西山貯水池堆積物に蓄積した長崎原爆由来のプルトニウム及びCsの全容を核実験由来の成分と区別して初めて明らかにしたものであり、今後のプルトニウムの長期環境挙動解析の指標となる。

Quadrupole and hexadecapole ordering in DyBC; Direct observation with resonant X-ray diffraction

田中 良和*; 稲見 俊哉; Lovesey, S. W.*; Knight, K. S.*; Yakhou, F.*; Mannix, D.*; 國分 淳*; 金澤 雅行*; 石田 興太郎*; 七尾 進*; et al.

Physical Review B, 69(2), p.024417_1 - 024417_11, 2004/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.024417

Dy L吸収端における電気四重極遷移による共鳴X線回折を用いて、DyBCの4四重極及び十六重極秩序の直接観測を行った。回折データは24.7KにおけるDyの点群の4/から2/への対称性の低下と時間に偶でA対称性を持ったDy多重極の秩序に伴う構造変化を示した。この温度以下では結晶構造は空間群4/で記述され、Dyイオンは4サイトを占める。この温度ではBとCからなる格子の変形が起こり、これは2/の2回軸に垂直なBC面のバックリングに等しい。Dyの低エネルギー状態のモデルを示し、比熱,われわれのX線回折データ,中性子回折による磁気秩序との関係を論じる。

長崎市西山貯水池堆積物中の長崎原爆「黒い雨」の痕跡

國分 陽子; 安田 健一郎; 間柄 正明; 宮本 ユタカ; 桜井 聡; 臼田 重和; 村上 晶子*; 井上 淳*; 吉川 周作*; 山崎 秀夫*; et al.

no journal, , 

長崎原爆投下後60年以上が経過し、陸上の原爆の痕跡は風化・消失してきているが、貯水池などの閉鎖小水域の泥質堆積物は、水域に入り込んだものを閉じこめながら堆積しているため、黒い雨を保存している可能性を持つ。われわれはこれまで3m前後の堆積物コアを貯水池から2本採取し、微粒炭分析,放射能測定及びPu同位体比測定等を行い、黒い雨を含む層を特定することを試みてきた。しかし、両コアとも最深部でCsが検出され、採取したコアが1945年の層準、つまり黒い雨を含む層準まで到達していない可能性があった。そのため本研究は前回より長い約6.2mのコアを採取し、Pu及び微粒炭の分析から黒い雨の層準を特定することを試みた。Pu濃度は、深度350cm付近から増加し、440cm付近で最も高く、約450cm以深ではほとんど検出されなかった。またPu/Pu比は0.0280.041であり、これは堆積するPuが原爆由来であることを示す。一方、火災・植物燃焼の痕跡である微粒炭は、深度442cmでピークを示した。この分布は、Pu濃度の分布と一致し、深度440cm付近の層準が、原爆の黒い雨を含むと考えられる。

グラファイト化のための硫黄除去法におけるC混入汚染の評価

竹内 絵里奈; 小嵐 淳; 國分 陽子; 安藤 麻里子; 西尾 智博*; 大脇 好夫*; 松原 章浩

no journal, , 

加速器質量分析法(AMS)によるC測定では、試料精製中のCOガスに硫黄酸化物が含まれているとグラファイト化を阻害するため、銀シート、銀線、サルフィックス試薬等を用いてガス中の不純物を除去する。一方で、多量のサルフィックスを用いるとC値が減少する傾向がみられ、AMS測定値に影響を及ぼす例も報告されており、不純物除去法自体が現代炭素の汚染源になることが懸念される。こうした前処理法による汚染は、特に古い年代の試料や少量の試料で推定年代に大きく影響を与えるため、不純物除去法の汚染について評価する必要がある。本研究では、Dead Carbonである試料を用いて、3種類の不純物除去法について汚染の程度を比較した。精製後のCOは、それぞれグラファイト化を行い、AMSを用いてpMC値(percent Modern Carbon:試料中の現代炭素の割合)を測定した。pMC値は銀シート銀線、サルフィックス(15粒)だった。3つの不純物除法のうち最もpMC値が低いサルフィックスについて、使用量を3粒, 45粒に変化させて同様に比較した。結果、3粒(pMC値=0.190.05%)よりも15粒の方がpMC値も高くなる傾向がみられ、試薬自体が現代炭素による汚染源になっている可能性が示唆された。

温暖化は土壌に貯留する有機炭素にどのような変化をもたらすか?

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, , 

温暖化は、微生物による土壌有機炭素の分解を促進させ、土壌からの炭素放出量が増大することで、温暖化をさらに加速させる可能性が危惧されている。しかし、温暖化によって土壌炭素放出がどれだけ増加し、その増加がどのくらい持続するのかについては、土壌有機炭素の貯留・分解メカニズムに関する科学的知見が不足しており、不明のままである。本研究では、国立環境研究所が長期にわたって温暖化操作実験を展開し、土壌炭素放出の温暖化影響を評価している国内5つの森林サイトにおいて調査を実施した。各サイトの温暖化処理区と非処理区において、土壌有機炭素の貯留実態を、量, 質(土壌鉱物との結合形態、有機炭素の化学構造、滞留時間など), 分解の温度応答の3つの観点で分析評価し、比較した。本講演では、これらの結果に基づいて、長期にわたる温暖化が土壌に貯留する有機炭素にどのような変化をもたらし、また、温暖化によって土壌炭素放出の増大がいかに持続しうるかについて議論する。

Transition of soil organic carbon in a volcanic ash soil derived from Towada volcano, Japan

Wijesinghe, J.*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 國分 陽子; 山口 紀子*; 佐瀬 隆*; 細野 衛*; 井上 弦*; 森 裕樹*; 平舘 俊太郎*

no journal, , 

Soil organic carbon (SOC) is generated from organic components by receiving biological and chemical transformations in soils. Volcanic ash soils store a large amount of carbon for a long term and therefore the mechanisms of SOC storage in such soils are of interest for the development of techniques for carbon sequestration in soils. In the present study, we focused on SOC in a buried volcanic ash soil layer formed between 6200 and 9400 yr BP. SOC was fractionated using a chemical fractionation method and analyzed for chemical structure and carbon and nitrogen isotopic compositions. Results showed that the separated SOC fractions differ largely in the chemical structure, extent of microbial transformation, C age, and stabilization processes.

An Investigation of carbon dynamics in forest soils using carbon and nitrogen isotopic signatures

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; 國分 陽子; 高木 正博*; 石田 祐宣*; Liang, N.*

no journal, , 

森林の土壌有機物に含まれる炭素及び窒素の安定同位体比は深度とともに上昇することが知られている。安定同位体比の分布には様々な要因が関与するものの、その変動は有機物の生成・分解における同位体効果によって起きることから、安定同位体比の鉛直分布の違いは土壌有機物の蓄積・分解状況の違いを反映していると考えられる。本研究では、温暖化操作実験を実施している北海道から九州の5つの森林を対象として、深度別に土壌を採取して比重分画を行い、炭素・窒素濃度及び安定同位体比を測定することで、気候や植生の異なる森林間及び温暖化と対照区間での土壌有機物の蓄積状況の違いを調査した。結果より、九州サイトの土壌が比較的若く分解の進んだ有機物で構成されているのに対し、北海道の泥炭土壌サイトでは分解の進んでいない有機物が表層に長期間堆積していることが示され、サイト間での特徴を明らかにすることができた。また、温暖化区と対照区で同位体分布に大きな変化はなく、日本の森林の豊富な有機物蓄積により、10年程度の温暖化操作では土壌有機物の質の変化は見られないことが明らかになった。

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。