三酸素同位体異常を指標に用いた土壌に放出される一酸化二窒素の新しい成因解析法開発

Research Project

Project/Area Number	23KJ1088
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	国内
Review Section	Basic Section 17020:Atmospheric and hydrospheric sciences-related
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	DING Weitian 名古屋大学, 環境学研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY)	2023-04-25 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000) Fiscal Year 2024: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000) Fiscal Year 2023: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords	温室効果ガスN2O / 生成メカニズム / 三酸素同位体異常
Outline of Research at the Start	一酸化二窒素 (N2O) は、二酸化炭素、メタンに次ぐ長寿命温室効果気体であり、最も主要な成層圏オゾン破壊物質である。近年大気中のN2O濃度は、年々増加している。農地や森林域などの土壌環境より放出されるN2O放出量は、全N2O放出量の5〜7割程度を占める。そのため、土壌からのN2O放出量を削減する上でも土壌環境内におけるN2Oの生成メカニズムを把握することは極めて重要である。本申請研究は、世界初土壌から放出されたN2Oの三酸素同位体異常(Δ17O)を観測し、硝化や脱窒によって土壌から生成されたN2Oの寄与率を求め、土壌内部における窒素循環に対する理解を深め、温室効果ガスの削減に期待する。
Outline of Annual Research Achievements	硝化反応で生成したN2Oであれば、そのO原子は大気中の酸素分子（O2）を起源としているので、O2と同様の低いΔ17O値が期待される。一方、脱窒反応で生成したN2Oであれば、そのO原子は亜硝酸 (NO2-)を起源とすることから、NO2-と同様の高いΔ17O値が期待できる。N2OのΔ17Oを同時に測定することで、各反応から生成したN2Oの寄与率を正確に推定できる可能性が高い。そこで本研究では、名大キャンパス内に観測定点を設置し、この土壌より放出されるN2OやCO2と、その直下の土壌を一年以上に渡ってサンプリングし、N2Oの放出フラックスとその安定同位体比 (δ15N, δ18O, Δ17O) や土壌中のNO2-の安定同位体比を分析した。その結果、観測点におけるN2Oの放出フラックスは、3.8 ± 3.1 μg N m-2 h-1となり、先行研究で報告されているのと同様の放出量を示した。晴天時に放出されるN2OのΔ17O値は、平均-0.32 ± 0.09 ‰となり、O2と同様の低いΔ17O値を示した。このことから晴天時はN2Oの大部分が硝化によって生成していることが明らかになった。一方雨天時の放出フラックスは、38.8 ± 30.0 μg N m-2 h-1と有意に高くなり、Δ17O値も有意に高くなった（+0.12± 0.14 ‰）。このN2OのΔ17O値は、観測された土壌NO2-のΔ17O値（平均+0.23 ± 0.12 ‰）と近いため、降雨に伴って土壌N2Oの生成メカニズムが硝化主体から脱窒主体に移行し、また生成量が増加していることがわかった。降雨に伴って、土壌中が脱窒反応の進行に適した還元環境に変化した可能性が高い。N2OのΔ17Oは、土壌N2Oの起源推定に有用である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 学振申請書に４つのステップで計画しました。それぞれ、（１）フロー式チャンバーの作成、（２）N2Oや土壌NO2-のサンプリング、（３）前処理、データ分析と（４）D.データの解釈、論文化と関連調査を実施です。現時点でステップ（１）から（３）が完成しました。（４）については、関連論文がunder reviewの状態になっています。
Strategy for Future Research Activity	今は、土壌N2OのΔ17Oの時間変化を調査してきました。今後は、土壌N2OのΔ17Oの空間変化を調査していく予定です。具体的には、森林土壌以外に、海洋、大気、河川などのN2Oを調査する予定です。