第四紀埋没火山灰を用いた数千年規模の土壌炭素蓄積機構の解明

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25870653
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Research Institution: Rakuno Gakuen University
• Principal Investigator: 保原 達 酪農学園大学, 農食環境学群, 准教授 (70391159)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 火山灰 / アミノ酸 / 埋没土壌

Research Abstract

苫小牧市や洞爺湖町などにおいて、第四紀火山灰試料を採取した。これらはいずれも、現在森林が成立している下の土壌であった。それぞれの地点において、火山灰の由来ごとに土壌試料として採取を行い、実験室に持ち帰った。持ち帰った土壌試料は、細土調整・乾燥を施し、基本的な物理化学特性(含水率、pH、密度等)を測定した後、粉にし、分析に供試した。分析は、NCアナライザーによる全炭素・窒素含量の測定、とアミノ酸含量の測定を行った。アミノ酸解析では、土壌有機物を6M HClによって加熱加水分解して、酸の脱気後、アミノ酸を超純水上に再溶解して各アミノ酸を測定した。本年度は、火山灰土壌中のアミノ酸回収率などに関しての確認作業を要した。測定対象としたアミノ酸は、Glycine, Alanine, Serine等の基本的なものの他、植物特有のHydroxyprolinや、微生物特有 のDiaminopimelic acid等を新たなバイオマーカーとして加えた。これらをAccQ-Tag法によりHPLC(High Performance Liquid Chromatography)を用いて分析し、アミノ酸情報を得た。これにより、埋没火山灰中の有機物中に、植物由来及び微生物由来の有機物が一定量含まれることが確認された。また、これら火山灰中にどのように炭素が貯まってゆくかを、火山灰と植物粉を合わせた室内培養によりリター分解性に関する再現実験を行った。これにより、分子量の8000Da程度の有機物が吸着によって蓄積する傾向が強いことが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の計画以上に進展している理由としては、26年度に着手予定であったものが25年度中に着手できていることである。当初計画では、火山灰への土壌炭素蓄積機構の解明は26年度以降の実施予定となっていたが、実験の進行などが予想よりも順調に進んだため、これを早めて25年度中に着手することが可能となった。またその他、当初計画していたことについては、第四紀埋没火山灰試料の採取については、ほぼ予定通り、北海道内の、苫小牧や洞爺地方などの複数箇所において数千年レベルで異なる埋没火山灰を採取できたことは当初予定通りのサンプリング進行具合と言える。また、火山灰中土壌有機物のアミノ酸解析に関しても、その解析方法の検討を行うことができ、火山灰の基本的な物理化学特性(含水率、pH、密度等)の測定と、アミノ酸解析を実施することができたことは、当初計画の予定通り進んだものと言える。また、測定対象としたアミノ酸も、Glycine, Alanine, Serine等の基本的なものの他、植物特有のHydroxyprolinや、微生物特有 のDiaminopimelic acid等を新たなバイオマーカーとして加えるという検討を行うことができた。これも計画通りである。時系列に採った火山灰上で、こうしたアミノ酸群が一定の、普遍的な生化学的変化を、時系列に沿って徐々に起こすことが分かった。こうした結果から、微生物により形成された有機物が土壌中に長期蓄積している可能性が示唆された。

Strategy for Future Research Activity

（今後の推進方策）
26年度進行予定だったもののうち、25年度から進行している培養実験（火山灰への炭素吸着機構の解明のためのリター分解性実験）があるが、こちらは進行度合いに合わせて予定よりも少し早めて行い、早く終了して他の実験等に時間をとれるように配慮する。次に試みる実験としては、土壌有機物をピロリン酸やリン酸緩衝液などで脱着するなどして得られる土壌有機物の生化学性や鉱物について分析を行うことにより、土壌炭素蓄積機構の詳細な知見を得る予定である。また、本研究の実施済みの部分については、特に微生物の土壌有機物の質的な影響に関することについて、学会発表や論文執筆を行い公表してゆく。
（次年度の研究費の使用計画）
消耗品に関しては、土壌有機物の分析に関して、アミノ酸分析用のキットや、アミノ酸分析を行うHPLC（高速液体クロマトグラフィー）を稼働する上で必要となる薬品、プラスチック・ガラス用品、などを追加購入する予定である。また、抽出液中の炭素濃度を測定するためTOC計（全有機炭素計）やNCアナライザー（窒素炭素計）を稼働する上で必要となる薬品、プラスチック・ガラス用品、ガスなどについても購入する。また、旅費に関しては、追加の野外調査を行うために使用するほか、学会発表に際しても執行する予定である。関連して、野外調査に必要となる用具などについても購入予定である。また、実験などの補助のための人件費・謝金を使用する。さらに、論文を英語にて執筆する場合、英語の校閲を受けるための謝金の使用をする予定である。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

当初の想定以上に、サンプル処理の進行が早く進んだため。
上記の理由のため、計画を若干早めにずらし、当初想定していた以上に、サンプル処理を多くし、その代わり次年度や次々年度の研究結果の論文化等に時間をかけることとした。それにより、サンプル補助処理に伴う補助謝金や、処理に関わる消耗品等に、主に使用する。