2017 Fiscal Year Annual Research Report

Effect of frizzing and thawing cycle on methane dynamics in discontinuous permafrost belt in tundra

Research Project

Project/Area Number	16K14869
Research Institution	Chiba University
Principal Investigator	犬伏和之千葉大学, 大学院園芸学研究科, 教授 (00168428)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2018-03-31
Keywords	メタン酸化 / メタン生成 / 永久凍土 / 温暖化 / 融解
Outline of Annual Research Achievements	地球温暖化により，北極域ツンドラが広く分布する連続永久凍土帯の一部が融解し，不連続になるとともに，永久凍土中に埋蔵されていたメタンをはじめとする温室効果ガスが放出される可能性がある。しかし，不連続永久凍土帯におけるメタン生成・酸化プロセスの理解は未だ不十分である。本研究はアラスカの不連続永久凍土帯に分布するツンドラや北方林生態系の土壌について，１）凍結-融解サイクル中のメタン生成量と酸化量，および２）メタン動態に関係する微生物の種構成を明らかにすることを目指した。最終年度は、アラスカ内陸部のクロトウヒ林で採取された凍結土壌コア（地表から永久凍土のある深さ90cmまで）の培養実験を行った。土壌コアを、表層、中間層、下層に分け、各層から分取した12 土壌を3 週間培養した。培養中、温度を0 から10 ℃ まで1 週間毎に変化させ、メタンおよび二酸化炭素フラックスを測定した。表層および中間層の8 土壌のうち6 土壌では、二酸化炭素放出速度が0 ℃ よりも5 ℃ で1.5-19.2 倍大きかったが、これら6 土壌のうち3 土壌の放出速度は、10 ℃での培養で減少した。メタン放出速度は、0 ℃ で培養した下層土壌で最大であった。また、0 ℃ で培養した表層および中間層の土壌でも、メタン放出が観察された。5 および10 ℃ では、下層土壌のメタン放出が減少し、表層および中間層の土壌はメタン吸収を示した。嫌気的メタン酸化および生成の阻害剤を添加すると、メタン吸収と放出の両方が減少した。細菌および古細菌群集のゲノム情報は土壌の深さとともに変化したが、融解に対しては変化しなかった。本研究により、不連続永久凍土帯の土壌において、温室効果ガスフラックスは融解に対して敏感かつ多様に反応する一方、細菌および古細菌の全体的な群集構造は融解に対して安定的である可能性が示唆された。