Does oxygen supplied to anaerobic soil by mangrove aerial roots facilitate soil nitrate production and plant nitrate use?
| Project/Area Number |
17K19292
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Field |
Forestry and Forest Products Science, Applied aquatic science, and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小山 里奈 京都大学, 情報学研究科, 准教授 (50378832)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 智美 国立研究開発法人国立環境研究所, 生物・生態系環境研究センター, 主任研究員 (80435578)
松尾 奈緒子 三重大学, 生物資源学研究科, 講師 (00423012)
大手 信人 京都大学, 情報学研究科, 教授 (10233199)
黒岩 恵 中央大学, 理工学部, 助教 (00761024)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | マングローブ / 硝酸態窒素 / 硝化 / 根圏 / アンモニア酸化アーキア / アンモニア酸化細菌 / 硝酸還元酵素 / マングローブ植物 / 嫌気性土壌 / 窒素循環 / 土壌微生物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マングローブ林は熱帯・亜熱帯の沿岸域に成立し、その土壌はほぼ常時あるいは潮汐に伴って定期的に冠水するため、地下部は嫌気状態になることが多い。そのため、マングローブ林の窒素循環において、土壌中で酸素が必要な硝化（アンモニア態窒素の酸化）や硝酸態窒素の動態は軽視されてきた。窒素循環の一部をなす植物の窒素利用に関しても、マングローブ植物は窒素源としてアンモニア態窒素を利用しているとされ、種によって大きく異なる硝酸態窒素を利用する能力は着目されてこなかった。本研究では、先行研究と予備調査の結果に基づき、マングローブ植物は気根からの酸素供給によって自らの根圏における硝化を促進しており、根圏で生成される硝酸態窒素をマングローブ植物が窒素源として利用しているという2つの仮説を立て、その検証を試みている。
これまでに、水耕栽培実験を行い、マングローブ植物の硝酸態窒素の利用能力を把握するためにオヒルギとヤエヤマヒルギの2種のマングローブ植物の実生苗を対象として、硝酸態窒素供給に対する反応を調査した。さらに野外調査で、沖縄県西表島においてオヒルギとヤエヤマヒルギの根圏を含む土壌を採取し、土壌中に分布する根量と同位体希釈法を用いた土壌の総硝化速度を調査した。しかし、土壌中の単位容積あたりの根量と総硝化速度の関係はあまり明瞭でなく、土壌の総窒素濃度やpH等の他の要因を説明変数として含めても総硝化速度を説明するためのモデルのあてはまりは改善されなかった。この原因の一つとして、土壌の単位容積あたりの根量がかなり小さく、その結果、試料中の根の影響を受ける範囲である根圏土壌の比率が小さかったことが考えられた。そのため、根の影響をより明瞭にすることが可能なサンプリングデザインを検討し、再調査を計画している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2019年度は主に前年に沖縄県の西表島において採取したオヒルギとヤエヤマヒルギの根圏土壌サンプルを対象とした分析とデータ解析を実施した。それぞれの樹種が優占するマングローブ林において個体近傍で土壌を採取し、単位容積あたりの根量を調査した。そして、土壌の総硝化速度と硝酸消費速度を同位体希釈法を用いて測定し、さらに土壌の総炭素・総窒素含有量、pHなどの項目についても調査を行い、根量との比較を行った。
その結果、マングローブ林の土壌において硝化が起こっていること、生育するマングローブ植物の種によって総硝化速度が異なること、総炭素・総窒素含有量、pHなどその他の土壌特性に関してもマングローブ植物の種による差があることなどが明らかになった。一方で、土壌の単位容積あたりの根量と総硝化速度の関係はあまり明瞭でなく、土壌の総窒素濃度やpHなどの他の要因を説明変数として含めても総硝化速度を説明するモデルは改善されなかった。
総硝化速度を説明するモデルの説明変数として根量の寄与が小さかった原因の一つとして、土壌の単位容積あたりの根量がかなり小さく、その結果、試料中の根の影響を受ける範囲である根圏土壌の比率が小さかったことが考えられた。そのため、根の影響をより明瞭にすることが可能なサンプリングデザインを検討し、再調査を計画している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究計画は、マングローブ実生苗を用いた水耕栽培実験と、野外のマングローブ林における土壌試料採取とその分析からなる。水耕栽培実験によるマングローブ植物の硝酸態窒素利用能力に関する調査はほぼ当初の計画通りに進捗し、仮説検証に必要なデータを得た。野外調査によって調査したマングローブ林土壌における硝酸態窒素の生成についても、土壌中の単位容積あたり根量、総硝化速度、総炭素・窒素量、pH等について種ごとに比較を行った。その結果、マングローブ林土壌において硝化が生じており、硝酸態窒素を含む窒素循環経路が存在することが示された。硝酸態窒素はマングローブ林土壌が嫌気的条件にあることから従来土壌中の無機態窒素として軽視されてきたが、マングローブ植物の多くが気根から大気中の酸素を獲得しており、その一部が根から土壌に漏出して硝化に利用された可能性がある。しかし、本研究の結果では、根の分布と硝酸態窒素の生成の関係は明瞭でなく、いくつかの課題が残された状況にある。その一つとして、本研究の野外調査では森林土壌の調査で従来用いられてきた100mL 土壌試料採取円筒を用いて試料を採取したが、試料内で根圏土壌の占める比率が低い試料が多かったことがあり、結果的に根圏の影響が不明瞭になった可能性がある。
この課題点が明らかになった時点で再調査を行うことを検討したが、研究代表者が2019年度の大部分の期間、在外研究を行っていたため、再調査を2019年度中に行うことができなかった。そのため、当初、本研究計画は2019年度を最終年度としていたが、事業計画の延長を申請し、承認された。今後の推進方策としては、この残された課題を解消するために、前回よりも小さい容積で土壌試料を採取して同様の分析を行い、根量と総硝化速度など微生物の働きの比較を行うとともに、採取する試料の容積が結果に与える影響についても検討する計画である。
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Report
(3 results)
Research Products
(31 results)
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[Journal Article] Nitrate is an important nitrogen source for Arctic tundra plants2018
Author(s)
Liu Xue-Yan、Koba Keisuke、Koyama Lina A.、Hobbie Sarah E.、Weiss Marissa S.、Inagaki Yoshiyuki、Shaver Gaius R.、Giblin Anne E.、Hobara Satoru、Nadelhoffer Knute J.、Sommerkorn Martin、Rastetter Edward B.、Kling George W.、Laundre James A.、Yano Yuriko、Makabe Akiko、Yano Midori、Liu Cong-Qiang
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
Volume: 115
Pages: 3398-3403
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] The Estimation of CO2 Flux in Subtropical Coastal Ecosystems Using a Numerical Model2018
Author(s)
Moki H., Sohma A., Shibuki H., Toyoda K., Akhand A., Watanabe K., Tokoro T., Inoue T., Yamano H., Banno M., Nakagawa Y., Matsuda H., Kuwae T.
Organizer
JpGU-AGU Joint Meeting 2018
Related Report
Int'l Joint Research
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