Diversification of tropical rain forest ecosystems as consequences of asymmetric tree adaptations to nitrogen vs. phosphorus deficiencies

• Project/Area Number: 18KK0206
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 45:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 北山 兼弘 京都大学, 農学研究科, 教授 (20324684)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 相場 慎一郎 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (60322319) ; 辻井 悠希 京都大学, 生態学研究センター, 研究員 (70826742) ; 宇野 裕美 北海道大学, 地球環境科学研究院, 特別研究院(CPD) (30803499)
• Project Period (FY): 2018-10-09 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000); Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2019: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 生態系生態学 / 群集生態学 / 生物地球化学 / 生理学 / 元素欠乏

Outline of Annual Research Achievements

当該年度においては、マレーシア、サバ州試験地（デラマコット森林保護区）の35箇所の森林観測プロットにおいて、2022年11月に土壌と植生についての野外調査を実施した。本調査においては、土壌PとNの地球化学的動態に強い影響を及ぼす土壌の酸化還元電位の空間変異と土壌非晶質鉱物濃度の関係を調べた。各プロットにおいて、酸化還元電位プルーブを5cm深と30cm深に挿入し、2深度における酸化還元電位を測定した。本試験地では森林伐採の択伐による影響から地上植生のバイオマスに大きな変異が見られるが、地上バイオマスが低下するほど30cm深の酸化還元電位は急激に低下して強い還元状態を示した。さらに、30cm深の酸化還元電位と非晶質鉱物濃度には正の関係が見られた。このことは、伐採により地上部バイオマスが低下して、樹木を通した蒸散量が低下したために土壌が湛水状態を呈し、非晶質鉱物の主体である酸化鉄が溶解したためと解釈された。酸化鉄は土壌リンを吸蔵化して安定化させる媒体であり、非晶質物質の低下は土壌リンの遊離を促して、土壌リン動態に大きな影響を及ぼすと考えられる。一方、窒素については、土壌還元化は硝化速度を抑制して窒素可給性の低下をもたらすと考えられる。このように、土壌酸化還元電位の空間変異は土壌PとNに異なる（対照的な）影響を及ぼすと考えられた。
2023年１月（雨季）にカリマンタン西部、Kapuas Riverの氾濫原を訪れ、インドネシア科学院（BRIN）陸水学研究所の研究者３名と共に氾濫原生態系についての調査を行った。古い三日月湖と比較的新しい三日月湖（１０年程度）の二か所で河川本流・三日月湖・その後背湿地にあたる場所において水中の栄養塩や生物相を調べるためのサンプルの採取を行い、現在分析中である。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

新型コロナウイルス感染拡大に伴う国外調査制限のために、新たな森林調査区の設定や土壌採集が大きく制限されており計画は大きく遅れている。かろうじて2022年11月にマレーシア・サバ州において野外調査を実施することができたが、感染防止の観点から活動は限定的であった。

Strategy for Future Research Activity

今年度は最終年度であるので、仮説の検証に向けて集約的に研究を進める。このために網羅的に試験地を増やすことは避け、安全に野外調査を実施できるマレーシア・サバ州およびインドネシア・西カリマンタン州において集中的に調査研究を行う。
サバ州キナバル山の森林調査区において樹木直径の再測定と死亡・新規加入のデータを取得する。標高が上昇すると土壌中の無機態窒素の可給性が低下し、蛇紋岩上では堆積岩もしくは花崗岩に比べ土壌リン濃度が低下する。異なる地質条件上の標高傾度を比較することで、リン制限と窒素制限が森林の長期動態に及ぼす影響を解析する。
氾濫原調査については、昨年度の調査は雨季であったことから、2024年９月の乾季にあたる時期に同じ調査地点を訪れ、同様の調査を行ってその変化を調べる予定である。また、安定同位体比分析なども用いて、雨季と乾季の間での生物の移動履歴なども追跡する。2022年度の調査結果と合わせてサンプルの分析及びデータの解析を進め、雨季と乾季のデータをセットとして国際論文として研究成果を発信したい。

Research Products

• [Int'l Joint Research] LIPI-Biology(インドネシア)
• [Int'l Joint Research] Sabah Forest Research Centre(マレーシア)
• [Int'l Joint Research] サバ州森林研究助/サバ州公園局(マレーシア)
• [Int'l Joint Research] インドネシア科学院生物学研究所(インドネシア)
• [Journal Article] Variations in the reproductive cycle of Bornean montane tree species along elevational gradients on ultrabasic and non-ultrabasic soils. (2023)
  • Author(s): Tsujii Y, Sakai S, Ushio M, Aiba S, Kitayama K.
  • Journal Title: Biotropica Volume: 55 Issue: 1 Pages: 210-220
  • DOI: 10.1111/btp.13177
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Further food for thought: higher tropical mountains revisited once again (2022)
  • Author(s): Ashton PS, Aiba S, Zhu H, Pradhan R.
  • Journal Title: Tropics Volume: 31 Issue: 3 Pages: 43-57
  • DOI: 10.3759/tropics.MS21-16
  • ISSN: 0917-415X, 1882-5729
  • Year and Date: 2022-12-01
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Changes of soil chemical properties, microbial biomass and enzymatic activities along a gradient of forest degradation in logged over tropical rain forests, Borneo. (2022)
  • Author(s): Jiang L., Ushio, M., Kitayama K.
  • Journal Title: Plant and Soil Volume: 00 Issue: 1-2 Pages: 00-00
  • DOI: 10.1007/s11104-022-05848-w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Litter decomposition rates across tropical montane and lowland forests are controlled foremost by climate (2022)
  • Author(s): Ostertag R, Restrepo C, Dalling JW, Martin PH, Abiem I, Aiba S, ほか22名
  • Journal Title: Biotropica Volume: 54 Issue: 2 Pages: 309-326
  • DOI: 10.1111/btp.13044
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Relationships between tree-community composition and regeneration potential of Shorea trees in logged-over tropical rain forests (2021)
  • Author(s): Yoshimi Sawada, Nobuo Imai, Ryuichi Takeshgie, Kanehiro Kitayama
  • Journal Title: Journal of Forest Research Volume: - Issue: 3 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1080/13416979.2021.2015830
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Edaphic specialization and vegetation zones define elevational range-sizes for Mt Kinabalu regional flora (2021)
  • Author(s): Whitman M, Beaman RS, Repin R, Kitayama K, Aiba S, Russo SE
  • Journal Title: Ecography Volume: 44 Issue: 11 Pages: 1698-1709
  • DOI: 10.1111/ecog.05873
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of El Nino drought on tree mortality and growth across forest types at different elevations in Borneo (2021)
  • Author(s): Kazuki Miyamoto, Shin-ichiro Aiba, Ryota Aoyagi, Reuben Nilus
  • Journal Title: Forest Ecology and Management Volume: 490 Pages: 119096-119096
  • DOI: 10.1016/j.foreco.2021.119096
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Temperature is a dominant driver of distinct annual seasonality of leaf litter production of equatorial tropical rain forests. (2020)
  • Author(s): Kitayama K., Ushio M., Aiba S.
  • Journal Title: Journal of Ecology Volume: 109 Issue: 2 Pages: 727-736
  • DOI: 10.1111/1365-2745.13500
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Light and nutrient limitations for tree growth on young versus old soils in a Bornean tropical montane forest. (2020)
  • Author(s): Aiba S., Kitayama K.
  • Journal Title: Journal of Plant Research Volume: 133 Issue: 5 Pages: 665-679
  • DOI: 10.1007/s10265-020-01217-9
  • NAID: 40022332353
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tropical cyclones and island area shape species abundance distributions of local tree communities. (2020)
  • Author(s): Ibanez T, Keppel G, Baider C, Birkinshaw C, Florens FBV, Laidlaw M, Menkes C, Parthasarathy N, Rajkumar M, Ratovoson F, Rasingam L, Reza L, Aiba S, Webb EL, Zang R, Birnbaum P
  • Journal Title: Oikos Volume: 129 Issue: 12 Pages: 1856-1866
  • DOI: 10.1111/oik.07501
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Relationship between logging history and soil carbon stock variation in a tropical timber-producing forest in Borneo. (2023)
  • Author(s): 秦倩凝・青柳亮太・澤田佳美・北山兼弘
  • Organizer: 第70回日本生態学会大会
• [Presentation] Shifts of soil microbial communities in a degradation trajectory of logged-over Bornean tropical rain forests (2022)
  • Author(s): Jiang, L., Ushio, M., Kitayama, K.
  • Organizer: 第69回日本生態学会大会
• [Presentation] A model validation of soil carbon stock change and correlated edaphic factors after harvests at different intensities in a Borneo tropical rain forest (2022)
  • Author(s): 秦倩凝・今井伸夫・北山兼弘
  • Organizer: 第69回日本生態学会大会
• [Presentation] 劣化した東南アジア熱帯降雨林の生態と回復可能性 (2022)
  • Author(s): 青柳亮太・北山兼弘
  • Organizer: 第69回日本生態学会大会シンポジウム企画
• [Presentation] Changes of soil-microbial activities in a forest-degradation trajectory of logged-over tropical rain forests in Borneo (2021)
  • Author(s): Jiang, L., Kitayama, K.
  • Organizer: 第68回日本生態学会大会、岡山大学
• [Presentation] 強度伐採によって退行遷移した熱帯二次林における土壌栄養塩の減少 (2021)
  • Author(s): 澤田佳美・竹重龍一・今井伸夫・北山兼弘
  • Organizer: 第68回日本生態学会大会、岡山大学
• [Presentation] 伐採後熱帯生産林における植生劣化と土壌炭素貯留量の関係 (2021)
  • Author(s): 秦倩凝・和穎朗太・青柳亮太・北山兼弘
  • Organizer: 第68回日本生態学会大会、岡山大学
• [Presentation] マレーシア・サバ州の伐採後熱帯低地二次林におけるキーストーン先駆種2属の動態 (2021)
  • Author(s): 延澤真実・澤田佳美・北山兼弘
  • Organizer: 第68回日本生態学会大会、岡山大学
• [Presentation] Floodplain ecosystem and their connectivity with river (2020)
  • Author(s): Hiromi Uno
  • Organizer: Zoom Symposium Limnology & Conservation Talk Tana Bentarum, organized by LIPI, Indonesia
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Impact of logging on species composition and fine-root biomass in tropical forests in Borneo. (2020)
  • Author(s): Miyamoto, K., Aiba, S., Aoyagi, R., Nilus, R.
  • Organizer: 第67回日本生態学会大会.名古屋. 2020年3月8日P2-PC-204
• [Presentation] Tropical forest dynamics over 22 years across elevational and edaphic gradients on Mount Kinabalu, Borneo (2019)
  • Author(s): Aiba, S, Kitayama, K.
  • Organizer: 第29回日本熱帯生態学会年次大会. 北海道大学. 2019年6月15日.
• [Presentation] キナバル山の熱帯降雨林樹木における繁殖周期の種内・種間差と土壌リン可給性の関係 (2019)
  • Author(s): 辻井悠希、酒井章子、潮雅之、北山兼弘
  • Organizer: 第66回日本生態学会
• [Presentation] 森林生態系におけるリン供給源としての土壌微生物ターンオーバーの重要性 (2019)
  • Author(s): 横山大稀、岡田慶一、森大喜、北山兼弘
  • Organizer: 第66回日本生態学会
• [Funded Workshop] Spatial analyses of the forest ecosystems in Deramakot, Malaysia (online seminar) (2020)