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近藤 俊明*; 寺本 宗正*; 中根 周歩*; 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, ,
The carbon stored belowground is transferred to the atmosphere by microbial decomposition of soil organic carbon. This phenomenon is called as soil respiration, and the global soil respiration is estimated at 98 
12 GtC, which is far more than that released by annual fossil-fuel CO
emissions. Because the amount of soil respiration increases with a rise in temperature mainly due to accelerated microbial decomposition of soil organic carbon, several simulations suggested that global warming-induced increases in soil respiration represent an important positive feedback loop to climate change. On the other hand, the deceleration of soil respiration under warming condition, i.e. negative feedback, was observed in some field experiments. Thus, the magnitude and timing of this feedback still remain unclear, because of the difficulty in measuring the response of diverse and huge soil microbiota to global warming. In this presentation, we measure the amount and species composition of soil microbiota in five soil warming experiment sites throughout Japan by using the Next Generation Sequencing, and discuss the response of soil microbiota to global warming.
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。
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。
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数多く報告されている。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、異なる森林における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、北海道から九州の気候や植生の異なる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とともに、放射性炭素を測定することで、各森林における土壌有機物の同位体比分布を調査した。土壌有機物の炭素及び窒素安定同位体比は、北海道の泥炭土壌サイト以外では全て深度とともに上昇したが、その変化量は平均気温及び放射性炭素で評価した有機炭素の滞留時間と関連を示した。泥炭土壌サイトでは、土壌層内で安定同位体比の明確な変化はなく、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た。炭素及び窒素の量と同位体測定を組み合わせることで、土壌有機物の蓄積状況の地域特性を示すことができた。
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, ,
温暖化により土壌有機物の分解が促進され、土壌からの炭素放出量が増大することで、温暖化がさらに加速する可能性がある。本研究では、長期にわたって温暖化操作実験を行っている日本の5つの森林において、土壌有機物の量と質(炭素及び窒素含有量や安定・放射性炭素同位体組成等)を温暖化処理区と非処理区で比較することで、温暖化が土壌有機物に与える影響を調査した。結果として、10年以上温暖化操作を行っている森林においても、温暖化処理区と非処理区の間に土壌有機物の量及び質の大きな違いは見られなかった。日本の土壌において報告されている温暖化効果の長期持続の一因が、その豊富な有機物蓄積量にあることが示唆された。
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。
Liang, N.*; Zhang, Y.*; Chiang, P.-N.*; Lai, D.*; 寺本 宗正*; 高木 健太郎*; 近藤 俊明*; 小嵐 淳; Wang, Y.*; Li, S.*; 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 play important roles in regional and global carbon sink and global warming mitigation. 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 developing an automated chamber network that covers the 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 and wetlands in Southeast Asia, for continuous measurements of CO/CH budget as well as net ecosystem production. Among the sites, ten forests are using for conducting soil warming experiments. This talk will present long-term CO/CH fluxes and their response and feedback to climate change.
Liang, N.*; 寺本 宗正*; 高木 健太郎*; 近藤 俊明*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 平野 高司*; 高橋 善幸*; 高木 正博*; 石田 祐宣*; 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、微生物呼吸の温暖化に対する長期的なCO排出量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を含めた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、将来予測の大きな不確実性の一因となっている。そこで本研究では、森林における土壌炭素動態の気候変動影響メカニズムの解明に加え、世界的に前例のない、アジア域を網羅する森林土壌におけるCH吸収能に関する多地点連続観測、広域推定及び将来予測を行う。国立環境研究所が開発した世界最大規模のチャンバー観測ネットワークを活用して、北海道からマレーシアまでの広域トランゼクトに沿って選定した代表的な森林生態系を対象に、観測,分析,モデリングアプリーチ等を融合した研究を展開し、アジア域における超高解像な土壌CH/COフラックスの広域推定と将来予測を目指す。
近藤 俊明*; 寺本 宗正*; 高木 健太郎*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 市井 和仁*; 高木 正博*; 石田 祐宣*; 山貫 緋称*; Liang, N.*
no journal, ,
温暖化や土地利用転換に伴う土壌微生物相の変化は、地球規模の温室効果ガス収支にも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。しかしながら、従来の培養法を用いた土壌微生物相評価では、僅かな土壌中に数億個体が存在する土壌微生物の環境変動に対する応答を正確に把握することは極めて困難であった。本発表では、アジアモンスーン域の多様な森林・農地生態系を網羅する国内外のチャンバー観測サイトで採集した土壌を対象に、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(3)土壌微生物機能を把握することで、温暖化や土地利用転換に伴う環境変動に対して土壌微生物相がどのような応答を示し、結果として土壌を介した温室効果ガス収支がどう変動するのかについて議論する。
山貫 緋称*; 市井 和仁*; Liang, N.*; 寺本 宗正*; 高橋 善幸*; Zeng, J.*; 高木 健太郎*; 平野 高司*; 石田 祐宣*; 高木 正博*; et al.
no journal, ,
In this study, we updated our data-driven estimation of soil respiration (SR) across Japan with observation data (eight sites across Japan), remote sensing data (MODIS land products), and random forest regression. Our estimation shows a reasonable performance with R
=0.87 for remote sensing only model and R = 0.91 for remote sensing and in-situ combined model. Based on the established model, we also produced upscaled estimations of SR across Japan with 1km spatial resolution from 2000 to 2020. Intercomparison of our estimation with other available datasets was also conducted to understand advantages of our estimation. Our results show spatially more explicit variations compared with other global products. In addition, our advantage is to capture temporal variations (e.g. 8 days). We also confirmed that previous estimations do not reproduce our observation network datasets, indicating consistent observation approach is important to upscale soil respiration.
/CH fluxes in two cool-temperate forests in JapanSun, L.*; Liang, N.*; 平野 高司*; 高橋 善幸*; 寺本 宗正*; 高木 健太郎*; 近藤 俊明*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 井手 玲子*; et al.
no journal, ,
To investigate soil CO/CH fluxes, we installed multi-channel automated chamber measurement systems in two cool-temperate forests of Tomakomai (natural recovered forest following the typhoon in 2004) of Hakkaido and Fuji-Hokuroku (65-year-old larch plantation) of central Japan. Soil carbon fluxes were continuously measured at hourly and two-hour intervals during snow-free season. In both forests, soil CO/CH fluxes showed high seasonal variation. Soil respiration increased exponentially with changing in soil temperature, whereas soil CH uptake was negatively correlated with soil moisture. Though both the soil temperature and moisture were not significant difference between two forests, we found significant larger soil respiration as well as CH absorption in Fuji-Hokuroku larch forest as compared with that of Tomakomai natural forest probably due to the higher root biomass and soil organic carbon.
emissions and CH uptake in Japanese forestsSun, L.*; Liang, N.*; 高木 健太郎*; 石田 祐宣*; 高木 正博*; 寺本 宗正*; 近藤 俊明*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; Zeng, J.*; et al.
no journal, ,
Methane (CH) is the second most important greenhouse gas after carbon dioxide (CO), contributing to human-induced global warming. To investigate warming impacts on soil CO emission and CH uptake, we conducted warming experiment with multi-channel automated chamber measurement system in five forests from northern Hokkaido to Miyazaki. Both CO emission and CH uptake rates were generally higher under the experimental warming condition than under the control condition at almost all of the sites. The seasonal variation in CH flux was more sensitive to soil moisture than that in CO flux. Results demonstrated that both fluxes can be enhanced by changing microbial activity or soil surface moisture through warming treatment.
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。
安藤 麻里子; 小嵐 淳; Liang, N.*; 高木 健太郎*; 近藤 俊明*; 平野 高司*; 寺本 宗正*; 高木 正博*; 石田 祐宣*; 市井 和仁*; et al.
no journal, ,
森林土壌には数百年から数千年以上の長期間安定に存在する有機物が存在している。地球温暖化の影響で長期間滞留している土壌有機物の分解が加速しCOとして放出されれば、地球の炭素循環のバランスが崩れる可能性がある。本研究では温暖化操作実験を行っている日本国内の5ヶ所の森林で微生物呼吸中の放射性炭素同位体比(
C)を測定し、微生物呼吸の炭素年代を明らかにするとともに、温暖化操作によりその起源がどのように変化するかを調査した。微生物呼吸のC値は北海道の泥炭土壌サイト(天塩サイト)と他のサイトで異なる傾向を示し、天塩サイト以外では表層リターの値に近く、リター層量との間に相関が見られた。一方で天塩サイトでは、微生物呼吸のCは負の値を示し、より深い層の古い有機物が分解されていることが明らかになった。そのC値は採取日前の降雨量と対応した変動が見られ、地下水位が上下することで、微生物呼吸の起源が変化している可能性を示した。温暖化区と非温暖化区における微生物呼吸のCの比較では、温暖化区でより古い有機物が分解放出されている傾向があるものの、有意な差は認められなかった。
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。
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*; 市井 和仁*; et al.
no journal, ,
森林生態系における土壌有機炭素の微生物分解(微生物呼吸)は、地球上の炭素循環を駆動する主要なプロセスである。温暖化によって微生物呼吸が増大することで、大気中の二酸化炭素濃度が増加し、温暖化の進行がさらに加速するという悪循環が懸念されている。そのため、様々な地域における微生物呼吸量を正しく把握し、それらを規定する要因を明らかにすることが、今後の温暖化影響を定量的に評価・予測するために必要不可欠である。したがって、我々の究極の目標は、様々な地域や土壌に適用できる普遍的な微生物呼吸モデルを新たに構築することである。そこで、アジアモンスーン域の多様な森林生態系を網羅するチャンバー観測ネットワークサイトにおいて、土壌有機炭素の蓄積量,蓄積形態,放射性炭素(
C)同位体比を指標とした代謝回転のタイムスケールなどの土壌有機炭素特性を分析評価した。それらの土壌有機炭素特性と、微生物呼吸量やその温暖化応答との関連性を解析し、サイト間の違いを説明できる特性の抽出を試みた。本発表では、C同位体比が微生物呼吸を推定する上でのキーパラメーターとなりうるかという点に特に着眼したい。
山貫 緋称*; 市井 和仁*; 山本 雄平*; 小槻 峻司*; Sun, L.*; Liang, N.*; 寺本 宗正*; 永野 博彦*; 平野 高司*; 高木 健太郎*; et al.
no journal, ,
Soil respiration (SR) is one of the most essential components of soil carbon cycles. Many observation stations directly measure SR using chambers. In this study, we updated our data-driven estimation of SR across Japan with observation data (eight sites across Japan), remote sensing data (MODIS land products), and random forest regression. As soil meteorological variables, we used soil temperature and moisture by a process-based model, the Simple Biosphere model including Urban Canopy (SiBUC). Our estimation shows a reasonable performance with R = 0.72 for the in-situ model and R = 0.73 for remote sensing and in-situ combined model on average. Based on the established model, we also produced upscaled estimations of SR across Japan with a spatial resolution of 1 km from 2000 to 2020.
uptake rate in forests in Western Honshu寺本 宗正*; Liang, N.*; Sun, L.*; 近藤 俊明*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 高木 正博*; 山中 典和*; 平野 高司*; 高木 健太郎*; et al.
no journal, ,
Forest soil is an important sink of atmospheric methane (CH) in natural terrestrial ecosystems. However, there is still large uncertainty for the spatial variation of CH4 uptake rate in forest soils. In this study, we conducted field measurements for soil CH flux and environmental parameters in five forests in Western Honshu. There were significant negative relationships between soil moisture and soil CH uptake rate in the beech forest site and the red pine forest site, indicating that heterogeneity of soil moisture was one of the dominant factors for spatial variation of soil CH absorption in the sites. On the other hand, there was no significant relationship between soil moisture and soil CH uptake rate in the other three forests, suggesting that the dominant factors for the spatial variation of soil CH absorption might be different depending on the ecosystem.
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.