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。

Quantitative importance of subsoil nitrogen cycling processes in Andosols and Cambisols under temperate forests

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

Applied Soil Ecology, 201, p.105485_1 - 105485_12, 2024/09

https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2024.105485

森林において窒素は植物の生育の制限要因である。樹木を含む植物は種間の養分競争が苛烈な時、表層に加え下層土壌からも窒素を吸収している。しかし、下層土壌における窒素循環に関する知見は限られている。本研究では、2つの異なる土壌タイプに成立する日本の森林において、窒素の純無機化速度および硝化速度の深度プロファイル(0-60cm)を調査した。またPLS-PMモデルを用いて、窒素循環に重要な要因の特定を行った。土壌重さ当たりの窒素無機化、硝化はAndosolの表層で高く、深度とともに低下したが、Cambisolにおいてその傾向は見られなかった。微生物バイオマス量と土壌有機物量は表層における窒素循環の空間分布を規定することが知られているが、深度方向の窒素循環にもそれらが重要であることがPLS-PMモデルによって明らかとなった。さらに、土壌体積当たりで計算をすると、土壌タイプや深度に関わらず窒素無機化速度は一定であった。これにより、Andosol, Cambisolの双方において、下層土壌は重要な植物の窒素吸収源であることが示唆された。

避難指示区域解除における住民の個人被ばく線量評価の在り方について(受託研究)

佐藤 里奈; 眞田 幸尚; 吉村 和也; 中山 真理子*

JAEA-Review 2022-055, 42 Pages, 2023/01

JAEA-Review-2022-055.pdf:1.31MB

東京電力株式会社福島第一原子力発電所事故に伴い設定された避難指示区域は、空間線量率の減少や除染の進捗に従って区域の再編がなされており、帰還困難区域についても、2020年代をかけて帰還意向に応じた除染、及び避難指示解除を目指すことが決定された。本報告書は、今後の避難指示区域解除における住民の個人被ばく線量評価の在り方について検討するため、事故後に個人線量計による測定やシミュレーションを活用して実施されてきた個人被ばく線量評価の手法や特徴を調査し、体系的にまとめたものである。

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。

幌延深地層研究計画における人工バリア性能確認試験; 計測データ集(平成27年度)

中山 雅; 大野 宏和; 中山 真理子*; 小林 正人*

JAEA-Data/Code 2016-005, 55 Pages, 2016/07

JAEA-Data-Code-2016-005.pdf:11.32MB
JAEA-Data-Code-2016-005-appendix(CD-ROM).zip:32.68MB

幌延深地層研究計画において、平成26年度からは第3段階の調査研究として、人工バリア性能確認試験を地下施設の深度350m調査坑道において実施している。当該試験は、幌延の地質環境を事例に、処分孔竪置き方式を対象として実規模の人工バリアを設置し、実環境下において人工バリア定置後の再冠水までの過渡期の現象を評価する事を目的としている。具体的には、(1)第2次取りまとめで示した処分概念が実際の地下で構築できることの実証、(2)人工バリアや埋め戻し材の設計手法の適用性確認、(3)熱-水-応力-化学連成挙動に関わる検証データの取得、である。本データ集は、(3)の検証データについて取りまとめたものであり、各種計測データの散逸防止を目的としている。また、計測データの中には、原子力環境整備促進・資金管理センターとの共同研究において設置した、地中無線モニタリング装置によって取得されたものも含まれる。なお、地中無線モニタリング装置は、経済産業省資源エネルギー庁の委託事業である「地層処分技術調査等事業 処分システム工学確証技術開発」において開発された。本データ集でのデータ収録期間は、平成26年12月から平成28年3月までである。

乾湿サイクルによる土壌の二酸化炭素放出増大と微生物相の変動

鈴木 優里*; 永野 博彦*; 鈴木 一輝*; 平舘 俊太郎*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 阿部 有希子; 中山 理智*

no journal, , 

近年観測されている降雨の頻度減少および強度増大は、土壌の乾湿サイクルを顕在化させ、土壌有機物分解由来の二酸化炭素(CO)放出を増大させることが明らかになってきている。本研究では、乾湿サイクル条件における土壌CO放出と土壌微生物群集組成(細菌16SrRNA、真菌ITS)の変動を調査した。その結果、土壌の乾湿サイクルは、特定の微生物種の相対存在比を変化させることが明らかになり、これが土壌CO放出増大に寄与している可能性が示された。

Microbial communities on microplastics from the Tuul river system, Mongolia

Batdulam, B.*; 中山 浩成; Munkhbat, D.*; 安藤 麻里子; 小嵐 淳; 川東 正幸*

no journal, , 

Plastic pollution in inland river systems is a growing environmental issue, particularly with the accumulation of microplastics (MPs, 5 mm). While microbial communities play a significant role in the formation of biofilms on MPs, their impact on the properties and persistence of plastic debris in aquatic ecosystems is not well understood. This study investigates the microbial communities associated with MPs collected from the Tuul river and its tributaries in Mongolia. Differences in microbial composition and diversity were observed between MPs and environmental compartments (water and sediment). In addition, the Tuul river and its tributaries showed distinct patterns of bacterial and fungal communities. This study provides insights into how biofilms affect the fate of plastic debris in the Tuul river system and other inland aquatic environments.

土壌タイプの異なる森林における下層土壌の窒素無機化速度

中山 理智; 阿部 有希子; 安藤 麻里子; 小嵐 淳

no journal, , 

植物は主に表層土壌から窒素を吸収しているが、養分競争が生じる環境では下層土壌からも窒素を吸収することが知られている。しかし、下層土壌における窒素動態はいまだ不明な点が多い。そこで、火山灰土壌および非火山灰土壌の4つの森林において、表層0-60cmにおける窒素無機化・硝化速度の深度による違いとその制御要因の解明を目的とした研究を行った。結果として、土壌重量当たりの窒素無機化・硝化速度は火山灰土壌において深度とともに低下したが、非火山灰土壌では深度方向の違いは有意には見られなかった。一方で、土壌体積当たりでは火山灰土壌、非火山灰土壌ともに深度方向で有意な差は見られなかった。また、表層における空間分布と同様に、土壌深度による土壌炭素・窒素量および微生物バイオマス量の変化が窒素無機化速度の変化と関連していることが明らかとなった。以上のことから、窒素無機化速度の垂直・水平方向の違いにはともに土壌炭素・窒素量と微生物バイオマスが重要であり、また、下層土壌も植物にとって重要な窒素供給源である可能性が示唆された。

海岸砂丘に成立したクロマツ林における土壌呼吸速度の時空間変動

阿部 有希子; 寺本 宗正*; 中山 理智; 安藤 麻里子; Liang, N.*; 小嵐 淳

no journal, , 

大気中の二酸化炭素濃度上昇に伴う気候変動は地球規模で重大な環境問題となっている。土壌から放出される二酸化炭素(土壌呼吸)は陸域生態系の炭素循環において主要なフラックスであるが、時空間的な不均一性が非常に大きいことが知られている。土壌呼吸量を正確に推定するために世界各地で土壌呼吸の観測が行われているが、海岸砂丘における観測例はほとんどない。気候変動に伴う土壌呼吸量の応答を正確に予測するためには、様々な地域や生態系における土壌呼吸量を把握し、その規定要因を明らかにする必要がある。本研究では、観測例の少ない海岸砂丘における土壌呼吸速度の時空間変動とその規定要因を明らかにすることを目的とした。鳥取大学乾燥地研究センター内の海岸砂丘のクロマツ林において20か所の土壌呼吸速度の測定地点を設置し、2023年6月から土壌呼吸速度を月1回測定した。さらに、3ヶ月おきに測点周囲から深さ0-5cmの土壌を採取し、土壌炭素量や微生物バイオマス量、水抽出有機物量(WEOC)などを測定した。2023年6月から12月までの土壌呼吸速度には大きな空間変動が認められ、変動係数は43-67%を推移した。また、土壌呼吸速度は地温の上昇に伴い指数関数的に変化したが、8月には一時的な低下が認められた。この要因として、夏期の地温上昇とそれに伴う土壌乾燥の影響を受けた可能性が考えられる。2023年6、9、12月に各測点周囲から採取した土壌のWEOCはいずれの月においても土壌呼吸速度と正の相関関係が認められた。このことから土壌有機物の少ない砂質土壌における土壌呼吸速度の空間変動にWEOCが寄与している可能性が示唆された。

Soil CO release increase and microbial community sift under dry-wet cycles; Comparison of surface soils and buried humus layers

鈴木 優里*; 永野 博彦*; 鈴木 一輝*; 平舘 俊太郎*; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 阿部 有希子; 中山 理智*

no journal, , 

Recent observations of decreased precipitation frequency and increased intensity are expected to intensify dry-wet cycles (DWC), increasing soil microbial-derived carbon dioxide emissions. To elucidate the effect of differences in soil nutrient conditions on microbial community sift under DWC, we conducted incubation experiments using 12 surface soils and 2 buried humus soils. Microbial community composition was analyzed by targeting bacterial 16S rRNA genes and fungal ITS regions in soil samples. In the surface soils, microbial community compositions of bacteria, archaea, and fungi varied not only among soils, but also among water treatments and incubation timings. DWC resulted in common changing patterns with an increase in Actinobacteria relative abundance, a decrease in Acidobacteria for bacteria and archaea, and a decrease in Mortierellomycota for fungi. Furthermore, the relative abundances of nitrification-related genes and methane-production-relatad genes showed a greater change due to DWC in the buried humus soils than in the surface soils. The expected DWC intensification may alter soil microbial communities, particularly in soils with low carbon availability, such as buried humus soils and affect the dynamics of greenhouse gases.