2018 Fiscal Year Annual Research Report
Precise examination of N2O production and consumption processes with MILNC
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18H04138
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
木庭 啓介 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (90311745)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺田 昭彦 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30434327)
黒岩 恵 中央大学, 理工学部, 助教 (00761024)
内田 義崇 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (70705251)
渡邉 哲弘 京都大学, 農学研究科, 准教授 (60456902)
勝山 千恵 広島大学, 総合科学研究科, 助教 (10580061)
仁科 一哉 国立研究開発法人国立環境研究所, 地域環境研究センター, 主任研究員 (60637776)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 一酸化二窒素 / 安定同位体トレーサー / 窒素循環 / 脱窒 / 硝化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
窒素循環は生態系の重要な基礎基盤である。19世紀以降の人間活動の増大により、この窒素循環は地球がこれまで経験したことがないような拡大・過多状態にあり、非常に重大な地球環境問題の1つである。しかし環境中での窒素の挙動は極めて複雑で、いまだ理解は不十分である。
その理由の一つとして、複数窒素化合物の挙動を追跡するのに有効な同位体トレーサーが15Nひとつしかないという制約が挙げられる。本研究では、申請者たちのこれまで培ってきた同位体技術を集約することで、15Nに加え18O、さらに17Oそして15N分子内同位体分布で標識した、多重同位体標識窒素化合物（Multiple Isotope-Labeled Nitrogen Compounds;MILNC）解析を実現し、複雑な窒素循環の定量的な解明を実現するものである。
昨年度はMILNC測定環境を整えることを主眼とした。本部となる京大生態学研究センターにGC/MSを導入し、ヘッドスペースサンプラーによるN2O測定環境が確立された。また、15Nや18Oラベル化合物を購入し、それらを用いて15Nと18Oの両方でラベルされたN2Oを測定し、GC/MSでの実測定によるイオン化効率、フラグメントパターン、実験処理手順などの確認を行った。同時に、これまで行われてこなかった15Nと18O両方のラベル化合物に関する濃度計算手順を検討し、おおよそのめどが立ったところである。ただし、ラベル化合物の濃度計算には一部まだ未解明の不確実性が残っており、この部分については継続して検討を行う必要があることもわかってきた。
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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
昨年度はMILNC測定環境を整えることを主眼とした。本部となる京大生態学研究センターにGC/MSを導入し、ヘッドスペースサンプラーによるN2O測定環境が確立されたこと、そして15Nや18Oラベル化合物を購入し、それらを用いて15Nと18Oの両方でラベルされたN2Oを測定し、GC/MSでの実測定によるイオン化効率、フラグメントパターン、実験処理手順などの確認を行ったことからおおよそ順調に研究が進んでいると判断している。また、これまで行われてこなかった15Nと18O両方のラベル化合物に関する濃度計算手順を検討し、おおよそのめどが立った。この手順については予想よりも複雑なフラグメントパターンの特色があり、まだ検討の余地が残されている。異なるGC/MSでの測定も進める必要があることもわかってきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は15Nと18Oだけでなく17Oラベル化合物を用いたN2Oラベル化合物濃度測定を行う。完成したN2Oガスを異なるGC/MS、レーザーで測定し、濃度計算プロトコルの改善およびN2O測定の限界（濃度上限下限、ラベル濃度上限下限）を判定する。とくにレーザーでの測定については高濃度のN2Oが必要であり、かつ、15Nラベル強度が高すぎるとうまく測定できない可能性があるので、測定環境の最適化に時間をかける予定である。
また研究後半で行う活性汚泥や土壌の培養実験についての検討を開始し、実際に利用するリアクターの設計および作成を開始する。培養で生成されるガスには大量のCO2とNOが含まれることが予想され、GC/MSでの測定においては真空ラインを用いた前処理が必要である可能性がある。同時に、N2OとともにNOガスのモニタリングが培養実験中に必要になり、その濃度が予想よりも低くなりそうであることから、NOxの同時測定も予定しており、そのための前準備、予備実験も開始する予定である。
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