Study on mechanisms of nitrogen leaching in forest soils in heavy snowfall boundary

Research Project

Project/Area Number	23K05305
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 40010:Forest science-related
Research Institution	Shimane University
Principal Investigator	藤巻玲路島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 助教 (90401695)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2025: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords	森林土壌 / 窒素動態 / 渓流水質 / 積雪 / 豪雪地帯 / 硝酸態窒素 / 窒素流出 / 豪雪境界域 / 温暖化 / 安定同位体比解析
Outline of Research at the Start	近年の温暖化傾向により、積雪地では冬季の積雪量の減少や融雪の早期化が観測されてきている。しかし、積雪・融雪パターンの変化による森林の窒素流出への影響は明らかではない。本研究では、冬季に大きな窒素沈着がみられる山陰地方の豪雪地帯と豪雪地帯境界域の森林流域を対象に、渓流水の硝酸イオン濃度の分析および土壌の硝酸イオン生成を調査し、冬季の窒素流出機構を明らかにする。また、硝酸イオンの窒素・酸素安定同位体比を分析し、窒素沈着と土壌硝酸生成による窒素流出への寄与について解析する。これらの結果を豪雪地帯と豪雪境界域で比較することにより、温暖化に伴う冬季積雪の変化が森林の窒素流出に及ぼす影響を検討する。
Outline of Annual Research Achievements	近年の温暖化傾向により、積雪地では冬季の積雪量の減少や融雪の早期化が観測されてきている。しかし、森林土壌からの窒素流出に対して、積雪・融雪パターンがどの様に影響するのかは明かではない。そこで、本研究では積雪パターンの異なる鳥取大学蒜山演習林と島根大学三瓶演習林に調査地を設定し、渓流水の硝酸イオン濃度および土壌の硝酸イオン生成を調査し、積雪時・融雪時の窒素流出機構を明らかにすることを試みている。鳥取大学蒜山演習林は豪雪地帯に位置し、三瓶演習林は豪雪地帯と非豪雪地帯との境界付近に位置している。本研究では双方の調査地において植生の違いによる影響を排除するため、いずれの調査地もスギ人工林を対象とした。双方の調査地にて降水・土壌水・渓流水の定期的な採取に着手した。現在、冬季には積雪試料を採取した。それぞれの試料の硝酸態窒素濃度等の各種水質の分析を行っている。また同時に、土壌中の硝酸態窒素生成を評価するための土壌の現地培養実験を行っている。これまでの調査で、この地域のスギ人工林はリターフォールを介した窒素還元量が冬季に増大することが明らかになってきた。積雪が消失する春以降のリター分解により、土壌中の無機態窒素の生成が盛んになることが予想される。 2024年度では、積雪期間中に実施した培養実験の土壌を回収・分析し、冬季の土壌の硝酸態窒素生成量を評価する。蒜山演習林と三瓶演習林の土壌の硝酸態窒素生成量を比較することにより、積雪や融雪の状況が変化する際の土壌中の窒素動態について明かにする。また非積雪期間の土壌水および渓流水硝酸態窒素濃度の分析を継続し、冬季と比較することで、積雪期・融雪期の窒素流出の特徴を明確化する予定である。一部の降水および渓流水試料については、硝酸イオンの窒素・酸素安定同位体比分析を開始し、森林からの窒素流出に対する融雪の直接的な寄与の定量化を試みる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 2023年度中に分析機器が故障し、修理に時間を要したため、試料の成分分析に影響した。そのため、研究全体の進捗がやや遅れ気味になった。現在は復旧しており、2023年度に採取した試料の成分分析を急いでいる。
Strategy for Future Research Activity	引き続き降水・土壌水・渓流水の定期的な採取を継続し、硝酸態窒素濃度の分析を行う。昨年度の試料と合わせて、季節変化を明らかにする。一部の試料については、窒素・酸素同位体比分析を開始し、窒素流出に対する降水および土壌の硝酸態窒素生成の寄与率についての情報を得る。また、積雪期間中に実施した培養実験の土壌を回収・分析し、冬季の土壌の硝酸態窒素生成量を評価する。２つの調査地の結果の比較から積雪・融雪状況の異なる条件下の土壌中窒素動態についてまとめ、結果を公表する。