Atmospheric ammonia deposition and its role in a cool-temperate fragmented deciduous broad-leaved forest

堅田 元喜*; 山口 高志*; 渡辺 誠*; 福島 慶太郎*; 中山 理智*; 永野 博彦*; 小嵐 淳; 舘野 隆之輔*; 久保田 智大

Atmospheric Environment, 298, p.119640_1 - 119640_12, 2023/04

https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2023.119640

Moderately elevated reactive nitrogen (Nr) deposition due to anthropogenic activities can have an impact on forest production via throughfall and canopy retention processes. Forest fragmentation can increase dry deposition of atmospheric ammonia volatilized from agricultural areas, and consequently increase spatial variability of Nr deposition even within the same forest (edge effect). However, little is known about the edge effect and its impact on forest production in a deciduous broad-leaved forest in Asian countries. Here, we performed the field observations of atmospheric concentration and deposition of inorganic Nr gases and particles in a Japanese fragmented forest from May 2018 to April 2019. The results demonstrated that annual dry deposition of ammonia was dominant in the annual total dissolved inorganic Nr deposition at the forest edge, including the edge effect. Additionally, agricultural activities such as fertilization in the area surrounding the forest likely enhanced the potential of canopy retention of NH, known as Nr species readily absorbed by tree canopy.

Spatial variation in soil respiration rate is controlled by the content of particulate organic materials in the volcanic ash soil under a plantation

阿部 有希子*; Liang, N.*; 寺本 宗正*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 橋本 昌司*; 丹下 健*

Geoderma Regional (Internet), 29, p.e00529_1 - e00529_11, 2022/06

https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2022.e00529

本研究では、火山灰土壌における土壌呼吸速度の空間変動の要因を明らかにするために、火山灰母材の35年生のスギ人工林において調査区を設置した。2013年1月から2019年8月の期間に土壌呼吸速度を定期的に測定し、空間変動の経年変化を調べた。さらに、2019年8月に全ての測点内からリターと土壌を採取し、Ao層の炭素量、土壌炭素量(SOC)、比重の軽い画分(1.6g cm)の炭素量(LF-C),細根量,容積重を測定した。土壌呼吸速度の測点間の空間的なばらつきの傾向は7年間維持されていた。重回帰分析の結果、LF-Cのみを説明変数とするモデルが土壌呼吸速度を最も精度高く予測しており、他の要因を加えても精度は向上しなかった。また、SOCは土壌呼吸速度との関係が認められなかった。火山灰土壌では土壌呼吸速度の説明変数としてSOCよりもLF-Cの方が適していることが示唆された。

Spatial variations in radiocesium deposition and litter-soil distribution in a mountainous forest catchment affected by the Fukushima nuclear accident

安藤 麻里子; 小嵐 淳; 都築 克紀; 竹内 絵里奈; 西村 周作; 武藤 琴美*; 松永 武*

Journal of Environmental Radioactivity, 238-239, p.106725_1 - 106725_8, 2021/11

https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2021.106725

福島第一原子力発電所事故により周辺の森林域はCsで汚染された。複雑な山地地形におけるCs沈着量の空間分布を明らかにするために、小河川集水域全域において一定間隔で土壌試料を採取した。土壌試料は2013年夏に42地点、2015年春に6地点において、有機物層と鉱物土壌層に分けて採取した。2013年のCs蓄積量は高度と斜面方位に関連した大きな空間変動を示した。有機物層のCs残留率は6%から82%と場所により大きく変動し、有機物層の量及び高度と正の相関を示した。しかし、有機物層のCs残留率が55%以上であった地点においても、2015年には20%以下に低下しており、沈着から4年後までに多くが鉱物土壌層に移行し、粘土鉱物と結合することで移動性が低下していることが明らかになった。本研究ではまた、Cs蓄積量と同じ地点で測定した空間線量率を比較し、正の直線関係を得た。この関係式と前報において同じ集水域で測定した3,797点の空間線量率のデータを用いて、全集水域のCs沈着量を推定した。

Soil microbial community responding to moderately elevated nitrogen deposition in a Japanese cool temperate forest surrounded by fertilized grasslands

永野 博彦; 中山 理智*; 堅田 元喜*; 福島 慶太郎*; 山口 高志*; 渡辺 誠*; 近藤 俊明*; 安藤 麻里子; 久保田 智大*; 舘野 隆之輔*; et al.

Soil Science and Plant Nutrition, 67(5), p.606 - 616, 2021/10

https://doi.org/10.1080/00380768.2021.1974799

北海道の牧草地に囲まれた冷温帯林において、大気からの窒素沈着量と土壌の微生物群集特性との関係を調査した。窒素沈着量の緩やかな増大(年間10kg N/ha未満)が土壌微生物群集に及ぼす影響について明らかにすることを本研究の目的とした。調査対象の森林において6つの実験区画を設置し、そのうち3つを草地に隣接した林縁、他の3つを草地から少なくとも700m離れた林内に設置した。2018年5月から11月まで、各プロットでの窒素沈着を測定した。2018年8月には、すべての実験区画からリター層と表層土壌(深さ0-5cm)を収集し、微生物活性の指標として正味の窒素無機化と硝化速度、また微生物量の指標として微生物バイオマス炭素・窒素およびさまざまな微生物の遺伝子量(すなわち、細菌16S rRNA,真菌のITS,細菌のamoA、および古細菌のamoA遺伝子)を測定した。森縁の窒素沈着量は、林内の窒素沈着の1.4倍多かった一方、最も沈着量が多い場合でも3.7kg N/haであった。窒素沈着は、正味の窒素無機化および硝化速度、16S rRNAおよび細菌のamoA遺伝子の存在量と有意に相関していた。環境DNA解析に基づく土壌微生物群集構造は、リター層と表層土壌で異なっていたが、林縁と林内では類似していた。土壌の炭素/窒素比、および硝酸とアンモニウムの含有量に対する窒素沈着の有意な相関も観察された。以上より、窒素可給性の低い森林では、林縁における緩やかな窒素沈着の増大が土壌微生物の活性と存在量を増大させることが示された。

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。

Effectiveness of decontamination by litter removal in Japanese forest ecosystems affected by the Fukushima nuclear accident

小嵐 淳; 安藤 麻里子; 西村 周作; 武藤 琴美*

Scientific Reports (Internet), 10(1), p.6614_1 - 6614_11, 2020/04

https://doi.org/10.1038/s41598-020-63520-8

リターの除去は、森林除染において効果的な方法であると考えられているが、福島原発の影響を受けた日本の森林生態系における有効性は不明である。本研究では、福島の広葉樹林の一部に非除染区を設定し、事故後約3.3年後に非除染区を除く森林全域に対してリター除去による除染を行った。除染後3年間にわたり、除染区と非除染区における森林生態系内のCsレベルの推移を調査した。その結果、森林生態系内におけるCsの保持及び循環に対する除染効果は極めて限定的であった。日本の森林では、ヨーロッパの森林とは異なり、リター層のCs保持能が低いことがその主要因であることが示され、日本の森林生態系に対してはより速いタイミングでのリター除去の実施が必要であったことが示唆された。

Effect of dry-wet cycles on carbon dioxide release from two different volcanic ash soils in a Japanese temperate forest

永野 博彦; 安藤 麻里子; 小嵐 淳

Soil Science and Plant Nutrition, 65(5), p.525 - 533, 2019/10

https://doi.org/10.1080/00380768.2019.1649976

温暖化によって増大すると予測されている土壌水分の変動が火山灰土壌の二酸化炭素(CO)放出に及ぼす影響を評価することを目的に本研究を行った。茨城県内の温帯林で採取した理化学性の異なる2種類の火山灰土壌(土壌AおよびB)を乾燥-湿潤サイクル条件および一定水分条件それぞれで培養し、CO放出速度を比較した。乾燥-湿潤サイクルにおけるCO放出速度は水分一定条件での放出速度よりも最大49%大きかった。また乾燥-湿潤サイクルによるCO放出の増大は、典型的な火山灰土壌である黒ボク土により近い土壌Bでより大きかった。放出されたCOの炭素安定同位体比を測定したところ、乾燥-湿潤サイクルによって年代の古いもしくは微生物代謝の進んだ土壌有機物の分解が促進されたことが示唆された。以上より、国内に広く分布する火山灰土壌の中でも土壌有機物安定化の能力が特に高いとされてきた黒ボク土であっても、他の土壌と同様に乾燥-湿潤サイクルに対しては脆弱であることが示唆された。また、将来起こりうる土壌水分の変動増大は、土壌のCO放出を促進する重大なポテンシャルを有することも示された。

Low Cs retention capability of organic layers in Japanese forest ecosystems affected by the Fukushima nuclear accident

小嵐 淳; 安藤 麻里子

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 320(1), p.179 - 191, 2019/04

https://doi.org/10.1007/s10967-019-06435-7

森林表面の有機層による放射性セシウムの保持が森林生態系内の放射性セシウムの長期的循環挙動において重要な役割を果たすが、日本の森林生態系における有機層による放射性セシウムの保持挙動やリターダイナミクスとの関連性は未解明である。本研究では、福島原子力発電所事故の影響を受けた森林の有機層を構成するリターを起源樹種別及び分解度別に分画し、それぞれのリター画分に対してCsの生態学的半減期を評価した。その結果、生態学的半減期は0.7年から4.4年の範囲であり、広葉樹やマツ起源のリターで短く、スギ起源のリターで長いことを明らかにした。日本の森林における有機層のCs保持能力は、ヨーロッパの森林のそれに比べて低いことを示した。

表土中放射性セシウム濃度の変動傾向に係る調査

藤田 博喜; 前原 勇志; 永岡 美佳; 小嵐 淳

KEK Proceedings 2017-6, p.35 - 39, 2017/11

https://lib-extopc.kek.jp/preprints/PDF/2017/1725/1725006.pdf

東京電力福島第一原子力発電所事故以降、東海再処理施設周辺においてもセシウム-137(Cs-137)に加えてセシウム-134が検出されており、それらの濃度の変動は単純な物理的半減期あるいは環境半減期によって特徴づけられる経時的な減少傾向を示すのではなく、増加傾向を示す地点もある。このため、その増加傾向を引き起こしうる環境要因を調査するとともに、表土の採取方法によるセシウム濃度の変動幅を把握することを目的に本調査を行った。この調査の結果、表土中Cs-137濃度は同一地点の狭域内においても空間的に不均一に分布しており、この空間的不均一性によって観測されたCs-137濃度の増減傾向を説明できることが示された。また、森林ではリターのCs-137濃度が表土のそれと比較して高いことから、表土中の濃度をモニタリング対象とする場合には、リター層と土壌を明確に弁別する必要があることが示唆された。

Vertical distributions of global fallout Cs and C in a Japanese forest soil profile and their implications for the fate and migration processes of Fukushima-derived Cs

小嵐 淳; 安藤 麻里子; 天野 光*; 松永 武

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 311(1), p.473 - 481, 2017/01

https://doi.org/10.1007/s10967-016-4938-7

核実験由来のCsとCの、2001年における日本の森林土壌中の深さ分布を調査した。その結果、Csの多くは沈着から38年後もなお鉱物土壌層表層に存在していた。一方で、土壌特性の変化するA層とB層の境界層におけるCsの特異的な蓄積を発見した。この蓄積から、Csが年間0.20%の割合で有機物が豊富なA層を経由して下方へ移行したこと、及び層位境界層がCsの移行を妨げるバリアとして働くことを見出した。炭素14はCsと同様の深さ分布を示したことから、両核種が数十年の時間スケールで、同様の物理的経路を経て土壌中を移行したことが示唆された。