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。

Feedback of soil organic carbon decomposition to artificial soil warming

寺本 宗正*; 近藤 俊明*; Liang, N.*; Zeng, J.*; 中根 周歩*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子

no journal, , 

Globally, soil contains around 3,000 GtC of soil organic carbon (SOC). SOC is decomposed by soil microbiota, and CO is released to the atmosphere (heterotrophic respiration, Rh). Global annual Rh is estimated as 51-57 GtC, and this large CO efflux increases exponentially along with temperature rise. Therefore, it is possible that global warming increases Rh, and the increased Rh further accelerates global warming (positive feedback). To examine the long-term feedback of SOC decomposition to global warming in Asian monsoon forest region, we set multi-channel automated chamber and artificial warming system in a warm-temperate evergreen broad-leaved forest in Higashi Hiroshima, western Japan, in September 2007. Remarkable exponential relationship between soil temperature and soil CO efflux was confirmed each year. However, significant and strong relationship between soil moisture and soil CO efflux was also observed during summer period from July to September. No decreasing trend of stimulatory warming effect on Rh was confirmed over the 10 years of observation. There was a marginally significant relationship between summer precipitation and annual warming effect. This study suggested the relationship between moist environment in Asian monsoon region and the sustained stimulatory soil warming effect on SOC decomposition.

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。

土壌有機炭素分解に対する長期的な温暖化の影響評価

寺本 宗正*; 近藤 俊明*; Liang, N.*; Zeng, J.*; 中根 周歩*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 荒巻 能史*; 冨松 元*; Zhao, X.*

no journal, , 

温暖化が土壌有機炭素分解に与える影響を長期的に評価するため、東広島のアラカシ林において自動開閉チャンバーシステムと土壌を温暖化するための赤外線ヒーターを設置して、微生物による土壌有機炭素分解に由来するCOのフラックスを連続的に観測した。温暖化によって増加したCOフラックスの割合(温暖化効果)は、同様の手法によってアジアモンスーン地域の森林において行われた報告よりも相対的に小さかった。これには、本サイトにおける土壌が夏季に乾燥影響を強く受けることが関わっているものと考えられた。しかしながら、欧米における報告とは異なり、約12年の温暖化処理を経ても温暖化効果は低減の傾向を示さなかった。

Long-term soil warming effect on soil organic carbon decomposition in Asian Monsoon forests

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

no journal, , 

Soil respiration (Rs) consists of root respiration and heterotrophic respiration (Rh, decomposition of soil organic carbon by soil microbiota). Rh contributes to more than the half of Rs. Because Rh exponentially increases with temperature, it is concerned that increased Rh under future warmer environment might be further accelerate global warming (positive feedback). Therefore, long-term response of Rh to global warming is one of the most important elements for precise prediction for future climate change. Soil warming experiment in field is one of the effective methods to examine the long-term response of Rh against global warming. However, such long-term monitoring data under warmed environment is totally limited, especially in Asian monsoon region. To examine long-term response of Rh in Asian monsoon forest soil, we installed the same multi-channel automated chamber measurement system in typical forests in Asian monsoon region, and we conducted several years of soil warming experiments. In this presentation, we show the long-term response of Rh against artificial soil warming and control factors for the seasonal and inter-annual variation of the warming effect on Rh in those several forest ecosystems.

Change in soil respiration rate of Sugi plantation for seven years

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

no journal, , 

土壌呼吸速度の森林内における空間的なばらつきを調べるために、東京農業大学奥多摩演習林のスギ人工林内の21カ所において2013年1月から2019年8月にかけて土壌呼吸速度を測定した。2013年に土壌呼吸速度が高かった測点は7年間を通じて高く、低い測点は7年間を通じて低い傾向が認められた。2019年8月に各測点で採取した表層土壌の炭素量と土壌呼吸速度には相関が認められなかったが、比重1.6g cmより軽い画分の土壌量や細根量と土壌呼吸速度の間に有意な正の相関が認められた。比重の軽い画分の土壌には、微生物によって分解されやすい比較的新しい有機物が多く含まれるとされることから、微生物分解されやすい有機物の多寡が測点間の土壌呼吸速度のばらつきの要因と考えられた。

Intercomparison of data-driven estimation of soil respiration in Japan

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.