環境微生物学と大気化学の融合が拓く森林生態系炭素動態の統合的理解と将来予測

通过环境微生物学和大气化学的融合发展对森林生态系统碳动态的综合理解和未来预测

• 批准号: 22H00564
• 负责人: 堀 知行
• 金额: $ 27.12万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00564/
• 关键词: 環境分析; 地球化学; 微生物; 森林環境; 土壌科学

本研究では、岐阜県高山市冷温帯落葉広葉樹林観測サイト（TKYサイト）での長期現場観測から見出した未解明現象「夏季地表部の土壌起源CO2のδ13CとO2-CO2交換比の増加」および「深層土壌空気での継続的・突発的なCH4発生」が森林生態系における土壌微生物の未知機能に起因するとの着想のもと、主要な温室効果気体（GHG）であるCO2、CH4等の生成・消費に中心的に関わる稀少な土壌微生物を同定することを目的とする。以下の2つの課題に取り組む。①次世代シーケンサー解析や高感度安定同位体プローブ法を用いて、森林生態系炭素動態に中核的な役割を担う微生物種を炙り出す。②土壌微生物活性とGHG収支の動態を連結させる。高精度なGHGの連続現場観測（時空間変動解析法）に加え、森林生態系の土壌溶存物質を詳細に特徴づけ、GHG収支予測の指標としての利用可能性を探る。本年度は、TKYサイトにてGHGの動態観測を実施しデータを取得した。具体的には、森林内外大気中CO2及びCH4濃度、大気―森林間のCO2フラックスおよび気象・土壌環境の連続観測を行ってデータを取得した。また、フラスコサンプリングにより森林内外大気中のCO2及びCH4濃度、CO2安定同位体比のデータを数週間おきに取得した。季節ごとに現地訪問し、観測機器の保守点検及び大気・土壌中空気、土壌チャンバー空気試料、土壌試料の採取を行い、持ち帰った試料の分析を進めた。森林生態系における季節ごとのGHGの時空間変動およびその変動要因について解析を進めた。また、採取した土壌試料からDNAを抽出し次世代シーケンサーにより土壌微生物を数十万種レベルで特徴づけるための実験に着手した。さらに、3次元励起蛍光スペクトル法、LC/CE-TOF-MS、ICP-MS-MSなどによる土壌溶存物質解析の条件検討・最適化を行った。

In this study, long-term field measurements of deciduous trees in the cold-temperature zone of Takayama City, Gifu Prefecture, revealed unexplained phenomena such as the origin of soil moisture in summer, the increase of δ 13C and O2-CO2 exchange ratio, and the emergence of CH4 in the deep soil atmosphere, which are the causes of unknown functions of soil moisture microorganisms in forest ecosystems. The main greenhouse gases (GHGs) are CO2, CH4, etc., which are related to the production and consumption of rare soil microorganisms. The following 2 topics are selected for the group. (1) The next generation analysis and application of high-sensitivity stable isotope method, forest ecosystem carbon dynamics in the nuclear service, microbial species (2) Soil microbial activity and GHG emission dynamics are linked. High-precision on-site continuous measurement of GHG (time-space change analysis method) will be added, detailed characteristics of soil dissolved substances in forest ecosystems will be analyzed, and indicators for GHG revenue and expenditure prediction and the possibility of utilization will be explored. This year, TKY has achieved the highest level of GHG monitoring. Specific CO2 and CH4 concentrations in the atmosphere inside and outside the forest, CO2 concentrations in the atmosphere between the forest and the soil, and environmental monitoring were obtained. CO2 and CH4 concentrations in the atmosphere inside and outside the forest, and CO2 stable isotope ratios were measured over several weeks. Seasonal inspection, monitoring of the machine's conservative point of view and large air test, air test, soil test sample sampling, continuous test sample analysis Forest ecosystems change in time and space due to seasonal changes in GHG. The DNA of the sample was extracted from the next generation of bacteria, and hundreds of thousands of species of bacteria were identified. Analysis of dissolved substances in soil by LC/CE-TOF-MS, ICP-MS and 3-D excitation spectrometry

项目成果

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