2020 Fiscal Year Annual Research Report
北極モスツンドラ湿原の凍土融解・流出過程における有機炭素の分子種別変動機構の解明
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20H04307
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
藤嶽 暢英 神戸大学, 農学研究科, 教授 (50243332)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 美由紀 国立研究開発法人国立環境研究所, 環境計測研究センター, 主任研究員 (30467211)
川東 正幸 東京都立大学, 都市環境科学研究科, 教授 (60297794)
内田 雅己 国立極地研究所, 国際北極環境研究センター, 准教授 (70370096)
大西 健夫 岐阜大学, 応用生物科学部, 准教授 (70391638)
布施 泰朗 京都工芸繊維大学, 分子化学系, 准教授 (90303932)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 高密度炭素生態系 / 北極圏 / 溶存有機物 / 炭素循環 / モスツンドラ湿原 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、高緯度北極地域に分布する高密度炭素生態系であるモスー ツンドラ湿原に蓄蔵されている炭素の凍土融解や海洋への流出過程における量的・質的変動を解析する研究である。研究対象地はノルウェー・スバールバル諸島・ニーオルスン・ステュファレット湿原であるが、COVID-19の影響により現地での想定深度の永久凍土採取が実施できなかったため、代表者の研究室に保有していた試料を用いて、凍結融解サイクル実験を実施した。
活動層（0-20 cm：上部、中部、下部）と凍土表層（20-56 cmの3 cmごと）の融解水試料について、TOC計、3D-EEM、SPR-W5-WATERGATEパルス-1H NMRなどの分析に供した。各種光学的指標データや3D-EEM解析の結果からは活動層中部の溶存有機炭素（DOC）特性は同上部とは大きく異なるが、同下部や凍土表層では類似した特性を示した。また、1H NMR分析の結果からは活動層中部は同上部と類似していたが、下部および凍土表層とは大きく異なる特性が示された。これは3D-EEMなどの汎用法だけでDOCを評価することの問題を示唆している。また、活動層下部から凍土表層にかけてのDOC特性の大きな違いは認められないことが明らかになった。
次いで、融解後の凍土を再凍結する操作を繰り返す、凍結融解サイクル実験を行った。その結果、活動層上部は他層に比べてサイクル操作による量的・質的な影響を受けすい脆弱なDOC特性を持つことが明らかになった。それ以外の層のDOCは難溶解性成分割合の高いことが示された。これらの結果を踏まえ、温暖化現象による凍土層融解の促進に伴って溶出する可能性のあるDOC特性を考慮した上で、北極湿原における炭素フローを解析する必要性が求められ、調査対象地における定量的データや、より深い凍土層試料を用いた解析情報の補填の必要性が認められた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
COVID-19の影響により、調査対象地であるノルウェー・スバールバル諸島・ニーオルスン・ステュファレット湿原における渡航中止を余儀なくされ、調査・試料採取がかなわない状況となった。幸い、代表者の研究室で凍結保存していた2017年採取の活動層並びに凍土表層試料を代用することで、凍土融解水、並びに凍結融解サイクルで生じた融解水を取得し、それぞれの試料水中の溶存有機炭素（DOC）の特性を各種スペクトル分析に供して解析し、一定の成果は得られた。しかし、当初予定していた凍土深層部の特性解析や現地でのフローを決定づける河川流量のロガーデータの取得が、現地への渡航ができない中では得られず、最終的な総合解析を行うための情報収集にやや遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
前述の通り、現場調査や試料の採取は、2020年度、2021年度とCOVID-19禍の影響により断念せざるを得なかったためにやや目標達成にはへの進捗状況が遅れている。
対応策として、保有凍土コア試料を用いて凍結融解サイクル実験や光分解実験の条件設定やスケールの最適化をはかり、試料を持ち帰流ことができるように状況変化した際に迅速に結果が得られるように、実験操作のルーチン化を達成している。
今後はそれらの知見を踏まえて、ノルウェー・スバールバル諸島のモス-ツンドラ湿原に出向き、現場での調査ならびに試料採取を実施する（藤嶽・内田・川東・布施・大塚・大西）。すなわち、現場の湿原水と湿原活動層、湿原永久凍土層を採取し、輸送したもののDOC測定やTOC測定（川東）、3D-EEM-PARAFAC解析や特殊パルス-1H NMR分析などの分析技術を駆使してそれらの炭素の特徴づけを行う（藤嶽）。また、活動層と凍土層の試料を用いて注水凍結-溶融実験、融解水の光分解及び微生物分解に対するインキュベーションモデル実験を実施し、前述の分析に加えて、EGA-GCMS分析（布施）、安定同位体比分析（δ13C・δ15N・Δ14C）（大塚・近藤）を実施する。これらの分析値に加えて、水門学的レジーム（河川規模や流路・流量など）の情報を取得する（大西）。こうして分子種別変動の経時的変化を解析し、得られた結果を取りまとめることで、サブテーマⅣとして掲げた湿原Cの定量的損失がもたらす影響についての科学的根拠の立脚を目指す。
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Research Products
(5 results)
