ミクロMRIによる非破壊的な土壌構造解析に基づく二酸化炭素放出メカニズムの解明

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森林は地球温暖化の要因の1つである二酸化炭素(CO_2)を吸収する役割を担っている。近年の研究で、土壌からのCO_2放出が森林全体の炭素収支を決定するうえで重要であることが明らかにされている。本研究は、土壌からのCO_2放出のより詳細なメカニズムの解明を目的としている。本研究課題の達成にむけて、1)MRIの実践的な手法の改良、2)土壌構造とCO_2放出量の測定、3)一般化と過去の研究例との比較、以上の3つのプロセスで研究を遂行している。最終年度にあたる本年については2)の一部と3)について研究を行った。これまでの研究で、土壌構造を極力保ったままの新たな土壌の採取方法と画像解析法の確立により、in situの土壌構造が明らかにされた。また、土壌中CO_2濃度の測定と地表面からのCO_2放出量の測定においては、地表面からのCO_2放出量は土壌中CO_2濃度の深度別の濃度勾配に依存し、またこれらは季節によって大きく変化していることが示された。これらの測定された結果から、土壌中のCO_2濃度のプロファイルの一般化とMRIの画像との統合作業を行った。土壌中のCO_2濃度はどの林分においても下層が高く表層で低くなる傾向を示した。特に針葉樹の林分においては、その濃度上昇は広葉樹林に比べて緩やかであった。一方、画像解析により得られた土壌中の孔隙率はどの林分においても表層に向かうにつれて減少した。特に土壌の密度が高い部分においては、CO_2が滞留することが確認された。土壌の空間構造は、葉の分解速度が針葉樹のほうが落葉樹よりも遅いため、先の濃度勾配の林分間差が生じたと考えられる。これらは、土壌中の物理的な空間構造が土壌中のCO_2の溜まり方に影響し、間接的に土壌表層からのCO_2放出速度に影響を与えていることを示唆している。以上のことから、土壌構造、土壌中CO_2濃度プロファイル、土壌表面からのCO_2放出の関係を捉えることで、土壌表層からのCO_2放出量の予測が可能であると考えられた。