2015 Fiscal Year Research-status Report
森林の窒素飽和現象長期予測のためのハイブリッドモデルの構築
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15K14756
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
大手 信人 京都大学, 情報学研究科, 教授 (10233199)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
磯部 一夫 東京大学, 農学生命科学研究科, 助教 (30621833)
小山 里奈 京都大学, 情報学研究科, 准教授 (50378832)
徳地 直子 京都大学, 学内共同利用施設等, 教授 (60237071)
Vincenot C.E. 京都大学, 情報学研究科, 助教 (80751908)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 窒素循環 / 微生物 / 群集動態 / モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
日本の代表的な土壌タイプに適用可能なハイブリッドモデルの開発を念頭に置いて、全国レベルの広域調査で得られた土壌窒素（N）ダイナミクスに関するデータの解析を行った。文部科学省環境技術等研究開発推進事業（GRENE環境情報プロジェクト）の一環として、全国38カ所の森林データをつかって、N ダイナミクスの制御環境要因についての考察をおこなった。この結果、Nの無機化や硝化の地理的な変異に強く影響している要因として、土壌有機物量の多寡が抽出された。土壌有機物含量は、我が国の関東地方と九州に広く分布している黒ボク土で、他の土壌タイプより大きく、この土壌におけるNダイナミクスの詳細を明らかにしておく必要性が指摘された。
黒ボク土が分布し、窒素（N）沈着量が著しく多い森林生態系の典型例として、東京都中部に位置する東京大学田無演習林の落葉広葉樹林の土壌、比較対象として京都府北部の京都大学芦生研究林の土壌を採取し、N総無機化速度、硝化速度の測定と、Nの添加培養実験を行った。この調査の仮説として、この調査地を含め、窒素飽和が関東で顕著なのは、黒ボク土の材料となる火山灰質の土壌母材においてリンの可給性低いため、これが制限要因になっており、窒素の負荷に対してNダイナミクスの制限が顕著になりやすいのではないかということを念頭においた。培養土壌に可給態のNを添加した場合も、田無（窒素飽和していて、土壌窒素が多い）では、リンの可給性に大きな変化がみられなかった。一方、芦生の森林土壌（窒素負荷量が少なく、窒素飽和していない）では、Nの添加により、リンが可給化されまた。これらのことは、N負荷により、初期にはリン酸分解酵素が生成され、リンの可給性が高まるが、N負荷が続くとリン酸分解酵素の生成も頭打ちになり、リン制限が生じることが考えられた。これが、窒素飽和を促す要因となることが考えられた。
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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
研究は、計画にそって概ね順調に進展している。上記、モデル作成に必要な現地調査情報に加えて、全国レベルの広域の森林土壌Nダイナミクスの制御要因に関する情報が集積することができ、今後開発をモデルのパラメタリゼ-ションに一般性を持たせることができる。
加えて、広域調査で用いられた土壌試料から得られた遺伝子試料を用いて、Nダイナミクスに関わる微生物群集の構造に関するデータも収集された。この解析では、土壌微生物の存在量と組成は異なる因子によって規定されていること、土壌微生物の基質となる土壌中のN濃度が土壌微生物の存在量ならびにNH4+生成速度（無機化速度）を規定していること、硝化は主にAOA（アンモニア酸化古細菌）によるによって担われ、その存在量が硝化速度を規定していることが示された。また、土壌の環境条件に応じて土壌微生物の群集組成は大きく変化するが、その変化は土壌pHによって規定されるという興味深い結果が得られ、微生物群集の構造や機能をモデル化する上で、重要な知見が得られつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度以降は、全国のNダイナミクスと、それに関わる土壌微生物群集の構造についての解析結果を踏まえて、想定しているハイブリッドモデルのプロトタイプとなるモデルの作成を開始し、モデルの開発を本格化させていく。このために、システム・ダイナミクスの手法を用いたN 動態のサブモデルを、生態系を構成するランドスケープの形態を念頭に置いて配置し、各サブモデルをエージェントとしたモデルを構築する。サブモデル内のシステム・ダイナミクスは、N 動態を構成する有機態N の無機化、硝化、不動化、脱窒の各過程とそれを制御する微生物群集、それらがディペンドする物理化学環境の影響を記述する。近接するサブモデル間の相互作用（物質の移動、微生物の移動などを含む）を考慮する。エージェント・ベースモデルで一定の空間スケールの生態系を表現することを企図し、サブモデルの連関のメカニズムを定義する。最も顕著な連関として考えられることは、水移動に伴うN 動態に関わる基質、生成物、微生物そのものの移動、ガス態でのサブモデル間の物質の移動などが考えられる。
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| Causes of Carryover |
分担者である京都大学フィールド科学教育研究センターの徳地直子教授が、初年度分担金の100,000円のうち96,908円を支出して、当初予定の研究を遂行した。支出は計画の実行に十分なものであった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
残額の3,092円は、次年度の計画を実施するにあたり、消耗品等の購入に有効に使用する予定である。
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Research Products
(6 results)
