土壌の凍結面近傍における物質移動過程と土壌微生物の挙動の微視的観察

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本年度は、土中におけるTHFクラスレートハイドレートの成長ついて、これまで得られてきた実験結果を、特に氷との成長形の相違、成長速度の塩濃度依存性に焦点を当てまとめ、関係各誌に投稿した(一部は査読中)。また、凍結過程にある土壌の蛍光顕微鏡観察を進め、凍結・融解やアイスレンズの析出にともなう微生物の挙動や活性の変化を明らかにした。次に、凍結面への水の流れにともなう微生物の移動機構を調べる目的で、未凍結土中への微生物含有水の浸透実験を行い、土中の微生物分布、流出水中の微生物量のブレークスルーカーブ、これらの温度・基質・微生物種・塩濃度依存性を調べた。以上の成果を関連学会で発表した(一部は投稿準備中)。実際の寒冷地、あるいは圃場の凍結・融解にともなう土中の物質移動過程や土壌微生物の挙動機構を明らかにするためには、様々な温度環境下における広い水分域についての土の物理化学性の連続測定が必要不可欠である。そこで、TDR法を応用して、凍結環境下や低水分域でも土中の水分量・温度・溶質濃度を精度よくモニターできるシステムを構築した。また、土中の不凍水量(0度以下でも凍結しない土中水)の温度や土質、未凍結時の水分量依存性、不凍水量と土の比誘電率の関係を明らかにした。一方、不飽和土中の物質移動汎用シミュレーションソフト(HYDRUS)を、凍結・融解過程における水・熱・水蒸気移動の解析に利用できるよう拡張し、モデルおよびその適用限界の検証、結果のパラメータ依存性および妥当性の検討を行った。また、一連の土中の物質移動モデルとHYDRUSの理解と応用、教育普及を目的に、土壌物理学の教科書を翻訳、出版した。今後は、今回開発したモニタリングシステム、およびシミュレーションソフトを利用した、凍結・融解にともなう不飽和土中の水・熱・溶質・微生物移動に関する実験・解析を行い、その同時移動のメカニズムを明らかにするとともに、センサーの改良、現場への応用を進める。