| Project/Area Number |
23K04821
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 34030:Green sustainable chemistry and environmental chemistry-related
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
山下 多聞 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 准教授 (30263510)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 重金属循環 / 再循環 / リターフォール / 樹幹流 / 生態系隔離 / 土壌団粒 / 非鉱山サイトと鉱山跡サイト / 落葉広葉樹と常緑広葉樹 / 生態系収支 / 重金属隔離 / 土壌有機物 / 森林生態系 |
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| Outline of Research at the Start |
森林への降水による負荷と渓流水への流出を測定し重金属の外部循環をモニタリングするとともに，森林土壌での重金属の垂直分布と存在様式，土壌水の浸透にともなう重金属の垂直移動および樹木への重金属取り込み量を把握し重金属の内部循環過程を明らかにする。この研究により森林生態系のエコロジカルサービスの一つに数えられる水質浄化機能を発揮させるために重要な知見を提供する。森林の水質浄化機能は下流域の都市住民に清澄な淡水資源を持続的に供給するために必要な機能であり，森林の水質浄化機能の維持管理は持続可能な社会の構築に貢献するものである。
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度であった令和５年度には森林生態系の外部循環過程としての降水と渓流水を通した物質収支を把握するとともに，木本下層植生を対象とした樹木個体内の金属配分を明らかにした。
2年目となった令和６年度は，令和５年度実施状況報告書２頁「８．今後の研究の推進方策」に示した事項のうち，隔離機能を評価するために重要な過程である広葉樹二次林生態系の内部循環に着目し，1）林内雨と樹幹流による金属元素負荷，2）落葉落枝にともなう金属元素還元量，3）樹木個体の破壊的調査の可能なスギ人工林での地上部樹体内蓄積を検討した。
林内雨については，樹冠下の雨水と林床ササ葉群下の雨水を採取し，木本葉群の影響とササ葉群の影響を比較検討した。樹幹流については，二次林調査区の複雑な地形を利用し凸型地形の尾根部と凹型地形の中央部のそれぞれに分布する樹木を調査対象とした。森林樹冠に到達する前の降雨に比べ樹冠部を通過した降雨での濃度上昇から，葉面からのカチオン類とアニオン類の溶脱や洗脱が示唆された。また，樹冠部通過雨のササ葉群通過にともないカチオンとアニオンのさらなる溶脱が生じ，亜鉛は大幅な溶脱による物質負荷が生じたが，モリブデンは樹冠通過とササ葉群通過によりつづけて負荷量の減少を示した。これらのことから，多くのイオンや金属元素は溶脱等により負荷量が増加するが，一部の金属元素は葉面での吸収や植物体表面への吸着が生じていることが示唆された。樹幹流では，分布する地形や樹種の違いによりカチオンとアニオンのイオン収支が異なり凹型地形に分布する樹木ではカチオン過多になる傾向にあることと尾根部に分布する樹木は凹型地形に分布する樹木に比べ金属元素含有率の高いことが明らかになった。落葉落枝による金属元素の還元量はアルミニウムとマンガンについては年1kg/ha以上であった一方で多くの重金属類は15g/ha以下であることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
森林生態系における物質循環素過程を把握する調査はおおむね順調に進められている。メインサイトである島根大学三瓶演習林二次林において，森林内での再循環過程を把握するために林内雨と樹幹流による雨水を通した還元およびリターフォールによる有機物を通した還元を引き続き観測中である。とくに林床植生を含む樹冠部における金属元素収支は元素ごとに異なる振る舞いがみとめられ樹幹流だけでなく林内雨の観測を強化した。リターフォールを調査では，落葉と夏季の緑葉の金属元素含有量との含有量差により落葉期における金属元素の再吸収過程を樹種ごとに評価するとともに森林内土壌中の重金属可給性との比較検討をすすめた。さらに森林の林分単位での重金属蓄積と循環量を把握するために，若齢スギ人工林調査サイトにおけるスギ個体の地上部の層別刈り取り調査およびリター層を含めた土壌蓄積量調査を行った。
関連の研究成果として，1）樹木苗の栽培実験と2）クロム鉱山周辺土壌の土壌動物群集調査がある。砂地に生育する海岸植生を用いた栽培実験により樹木苗の金属類の取り込みと塩分環境についての知見がえられた。土壌と植物の関係に加え，鉱山跡という環境における土壌重金属と土壌動物の関連について明らかにすることができた。
2年目の成果として，スギ樹幹内の重金属分布に関する研究と樹木苗による金属類の取り込みに関する研究を応用森林学会で，落葉落枝による重金属還元に関する研究，森林内降水による重金属元素還元関する研究とスギ樹木個体の重金属蓄積に関する研究を日本森林学会大会で，鉱山跡地の土壌動物群集に関する研究を日本生態学会大会で合計6件の学会発表をそれぞれ行うことができた。これらのうちスギ樹幹内の重金属分布に関する研究は論文として公表することができた。これらのことから進捗状況はおおむね順調に進展している状態であると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本科研費の最終年度にあたり主要課題である森林生態系における重金属隔離機能の評価を達成する。
この２年間は森林生態系の重金属シンクは樹木など植物バイオマスと土壌有機物であり，林冠と下層の植物バイオマス中の重金属ストックと再循環に焦点をあてて野外調査と室内実験をおこなってきた。
最終年度は植物バイオマス中の金属蓄積量推定と生態系内での再循環プロセスの把握につとめ，不足するデータの追加調査と未分析試料の重金属含有量測定をすすめる。バイオマス中の重金属については，下層植生を対象にした調査で明らかになった細根をはじめ根株のような地下部の重金属ストックの重要性に対応するため地下部調査を重点的に実施する。地上部バイオマスや落葉落枝の調査の進捗が順調であるのに対し若干遅れ気味である土壌有機物と重金属の関係を明らかにするための調査を夏までにすすめる。土壌有機物の供給源であるリターの分解実験を開始し，有機物分解過程での重金属収支を検討し，有機物層の有機物と鉱質土層の有機物の間での物質移動を評価する。令和6年秋の落葉期に集められたミズナラ，コナラ，スギを材料に，メインサイトである島根大学三瓶演習林二次林に加え，若松クロム鉱山跡と大東モリブデン鉱山跡においてリターバッグを用いた分解実験を実施するとともに，有機物層から鉱質土層への金属元素の移動についてイオン交換樹脂を用いたレジンバッグ法により評価する。土壌有機物と重金属の関係はこれまでも研究がすすめられ，抽出法もいくつか提案されている。本研究では，とくに団粒構造に注目しており団粒サイズや団粒に含まれる有機物の分解段階ごとに逐次抽出法により重金属濃度を測定し土壌のどの画分に多く含まれるのかを明らかにする。これらの森林生態系の物質循環素過程に関わる多くのデータをまとめ森林生態系における重金属隔離機能を評価したい。
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