2021 Fiscal Year Annual Research Report
Comprehending the range of the mangrove rhizosphere - An investigation of plants effects on soil nitrogen dynamics at high spatial resolution
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20H03029
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小山 里奈 京都大学, 情報学研究科, 准教授 (50378832)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 智美 国立研究開発法人国立環境研究所, 生物多様性領域, 主幹研究員 (80435578)
黒岩 恵 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00761024)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | マングローブ / 硝酸態窒素 / 窒素循環 / 微小透析法 / 嫌気性土壌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マングローブ林は熱帯・亜熱帯の沿岸域に分布し、干満によって定期的に土壌が冠水する環境に成立する。海水の塩分が植物の生理に及ぼす影響に加え、定期的に冠水することで土壌は低酸素状態となり、養分物質が流出するなど、植物の生育にとって過酷な環境であると言える。しかし、そのような環境にもかかわらず、マングローブ林では高い生物多様性と生産力が保たれており、その炭素蓄積機能は同一気候帯下に成立する陸上生態系よりも高いとされる。
植物の生育を制限する要因の一つである土壌中の窒素養分条件についても、マングローブ林に特有のこのような環境条件が影響する。植物は主に土壌中の無機態窒素であるアンモニア態窒素と硝酸態窒素を利用するとされるが、土壌が貧酸素状態となることの多いマングローブ林では生成に酸素が必要な硝酸態窒素は窒素源として重視されてこなかった。しかし、これまでの研究の結果から、マングローブ生態系では植物の根の周辺で空間的・時間的に微小なスケールの植物と土壌微生物の共生的関係が形成され、貧酸素環境にあるマングローブ土壌においてもその共生的関係の中では植物が利用可能な硝酸態窒素が生成されると考え、本研究課題では硝酸態窒素に着目して実験を行ってきた。
これまでに、マングローブ植物の1種であるオヒルギを対象とした室内実験を行い、植栽が土壌に及ぼす影響を調査した。植栽した実生苗にアンモニア態窒素のみを窒素源として与え、土壌中の無機態窒素の分布の変化とともに、土壌微生物、特に硝酸態窒素生成に関わるアンモニア酸化微生物の量を調査した。結果は、マングローブ植栽が土壌微生物に影響を及ぼし、硝酸態窒素生成を促進すること、その空間的範囲は極めて限られることを示した。本実験は、これまでマングローブ林の窒素循環の中で無視・軽視されてきた経路の重要性を示したが、非常に微細な空間的スケールでの調査が必要であることも示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
根箱を用いた植栽実験により、マングローブ植物の植栽による土壌微生物と土壌中の環境条件の変化を調査してきた。対象として、マングローブ植物の1種であるオヒルギの実生を用い、滅菌した砂を培地とした栽培を行った。特に、植物の窒素源としての硝酸態窒素の生成に注目し、浸水条件下でアンモニア態窒素のみを窒素源として供給し、土壌に生じる変化を追跡した。これまでに、貧酸素条件における酸素を必要とする硝酸態窒素生成、および、硝酸態窒素生成に関わる土壌微生物（アンモニア酸化細菌（AOB）・アンモニア酸化古細菌（AOA））の分布について、植物の根の成長との関係把握を行った。
加えて、嫌気性土壌における窒素循環で重要な役割を果たすと考えられる脱窒を司る微生物に対しても同様に、植物の植栽による影響を把握することを試みたが、DNA分析が予定通りに完了せず、継続して分析を行う予定である。
また、微小透析法を用いた土壌養分条件の把握に関しては、予備実験を行い、実験室内の土壌に適用するための条件はおおよそ明らかになったが、当初計画していた野外での継続的な測定が可能な段階には到達しなかった。引き続き、本手法によるマングローブ植物の影響下にある土壌養分条件把握を試みる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策は、おおよそ以下の3点からなる。
1）室内実験による植物と土壌微生物間の関係に関する調査の継続：これまでにオヒルギを用いた植栽実験を行い、根の分布と土壌微生物・土壌特性との関係を調査してきた。土壌微生物に関して、着目している硝酸態窒素の生成に関わる微生物量の把握を行った。しかし、結果は土壌中で生成された硝酸態窒素がほぼ全て消費されていることを示唆しており、この消費者には脱窒菌などの他の微生物が含まれると推定された。硝酸態窒素消費に関わる脱窒菌などの微生物を対象としたDNA分析を継続し、植物と土壌微生物間の関係を明らかにすることを目指す。
2）微小透析法による土壌養分条件の把握：植栽実験の結果は、土壌と植物の間の共生的関係は非常に微細な空間的スケールで生じていることを示した。微小透析法により、そのような空間スケールでの物質の分布が明らかにすることを目指す。
3）野外調査による試料採取と分析：室内実験で得られた成果を活用し、自然条件下で成立するマングローブ林において、微細な空間的スケールにおける養分物質の分布の把握と植物との関係を明らかにすることを目指す。
これらの結果を総括し、マングローブ林における根圏の範囲を明らかにし、その中で生じている植物-微生物間の関係を把握することで、マングローブ林における窒素循環においてこれまで重要視されてこなかった硝酸態窒素の役割を評価する。
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