中国亜熱帯林土壌における酸性雨による窒素循環の撹乱の実態と機構解明

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中国の森林では、酸性雨により土壌へ過剰の窒素化合物が流入している。それにより土壌の酸性化が進行するとともに、多量の窒素化合物が主に硝酸態窒素として土壌から水系へと流出している。硝酸の大量流出は水系の富栄養化や健康被害をもたらす。このような問題は、東アジア全域で拡大・深化が懸念され、現状把握と機構の解明が急務となっている。そこで本研究では、高窒素負荷環境にある中国亜熱帯林において、土壌中の硝酸生成の実態解明を行った。まず(1)窒素循環プロセスを定量的に把握するための窒素フロー速度の測定法の確立を行った。土壌中の窒素フロー速度の測定には窒素安定同位体(^<15>N)を用いるのが有効である。本研究ではガスクロマトグラフ質量計を用いて土壌中の各窒素化合物の濃度と窒素安定同位体比を簡便に測定する方法を開発した。それにより従来の手法の1/10-1/100の試料で迅速に窒素フロー速度の測定が可能になった。続いて、(2)森林の窒素フローの特徴の把握を行った。林齢および植生の異なる3つの森林を対象とし、(1)の手法を用いて窒素フロー速度を解析・比較した結果、成熟した広葉樹林において土壌中の硝酸濃度が高く、硝酸が土壌から渓流水へと著しく流出しているのは、土壌中の硝酸の生成速度が著しく大きいことに由来していることが強く示唆された。さらに(3)分子生態学的手法を用いて硝酸生成を担う微生物群集を解析した結果、高窒素負荷環境にある中国亜熱帯林土壌においては、従来硝酸生成を主に担っていると考えられてきたアンモニア酸化細菌ではなくアンモニア酸化アーキア(AOA)が主に硝酸生成を担っていること、さらにAOAの存在量が硝酸生成速度を大きくコントロールしている可能性が高いこと明らかとなった。