環境要因の日周性が湛水土壌中のメタン生成微生物生態系の発達と鉄還元に与える影響

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680517
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 上木 厚子 山形大学, 農学部, 教授 (60143088)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 粕渕 辰昭 山形大学, 農学部, 教授 (00250960) ; 上木 勝司 山形大学, 農学部, 教授 (10111337)
• Keywords: 温室効果 / メタン生成菌 / 水田土壌 / 嫌気性細菌 / 鉄還元細菌 / 水稲 / 2価鉄 / 湛水土壌

Research Abstract

湛水後の水田土壌ではO_2の枯渇後、硝酸、鉄、硫酸等の還元が有機物の酸化と共役して進行し、メタンがH_2+CO_2および酢酸塩を主要な基質として活発に生成されるようになる。このうち鉄還元は、電子供与体であるH_2、各種有機酸やアミノ酸等を酸化分解して増殖する各種鉄還元細菌により担われる。鉄還元細菌はH_2や酢酸塩に対してはメタン生成と競合し、一方、その他の電子供与体を不完全酸化した場合は、メタン生成に酢酸塩を供給するという関係になる。これまでの我々の研究により、湛水後の水田土壌におけるメタン生成活性と土壌中の二価鉄含有量との間には高い相関があることが分かってきており、水田土壌中におけるメタン生成と鉄還元の間には密接な関係がある。本研究では特に、低温あるいは日周性といった土壌環境の温度条件が両反応に与える影響の違いを、水田から採取した土壌と希釈液を1:1に混合した土壌スラリーを用いて調べた。土壌スラリーを分注した試験管の気相を通常はN_2ガスで置換して密封し、恒温条件か振幅を変えて温度を日周変化させたインキュベーターで保温し、メタン生成と鉄還元の時間経過を比較し、以下の結果を得た。(1)土壌スラリーを恒温条件で保温すると、鉄還元は25〜30℃の中温域では勿論、5〜10℃といった低温域でも遅滞期の後、比較的速い速度で進行した。一方メタン生成は25〜30℃の中温域では活発に進行したものの、20℃以下では長期間保温してもメタン生成量は微量で、メタン生成と鉄還元反応の温度依存性は大きく異なった。(2)晴天の日に湛水水田土壌で実測された温度の日周性を再現したインキュベーターで土壌スラリーを保温すると、温度の振幅の違いに依らず、鉄還元は温度の振幅の平均での恒温条件で保温した時とほとんど同じ経過で進行した。一方、メタン生成は平均温度が22.5℃の場合は日周条件下でも平均温度での恒温条件下とほぼ同じ経過で進行したが、平均温度が20℃以下の場合は、平均温度での恒温条件下より日周条件下の方がその進行が遅れる傾向があった。

Research Products

• [Publications] Ueki,A.: "Seasonal variations in vertical distributions of methanogenic activity and Fe (II) content and relationship between them in wetland rice field soil."Soil Sci.Plant Nutr.. 46(2). 401-415 (2000)
• [Publications] Kaku,N.: "Methanogenic activities on rice roots and plant residue and their contributions to methanogenesis in wetland rice field soil."Soil Biol.Biochem.. 32. 2001-2010 (2000)