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窒素沈着量の減少によって森林の生態系機能は回復するか

Research Project

Project/Area Number 23K23651
Project/Area Number (Other) 22H02386 (2022-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 40010:Forest science-related
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

智和 正明  九州大学, 農学研究院, 准教授 (30380554)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 福澤 加里部  北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 准教授 (10456824)
笠原 玉青  九州大学, 農学研究院, 准教授 (10622037)
菱 拓雄  九州大学, 農学研究院, 准教授 (50423009)
舘野 隆之輔  京都大学, フィールド科学教育研究センター, 教授 (60390712)
柴田 英昭  北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 教授 (70281798)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Keywords窒素循環 / 森林生態系 / 土壌生態系 / 河川生態系 / 回復
Outline of Research at the Start

産業革命以降,増加し続けてきた大気由来の窒素沈着は,近年,世界的に減少に転じていることが指摘され始めている.しかし,これまでの窒素沈着による負のレガシーエフェクト(リン,カルシウムなどの窒素以外の栄養資源の減少)が大きいと仮に窒素沈着量が減少しても森林の生態系機能が回復しない可能性がある.本研究は,申請者らによる過去の観測データや既設試験地を活用することで,窒素負荷による負のレガシーエフェクトを解析し(林分スケールでの検証),森林流域からの窒素流出を地域,全国スケールで解析する(地域,全国スケールでの検証).

Outline of Annual Research Achievements

産業革命以降,増加し続けてきた大気由来の窒素沈着は,近年,世界的に減少に転じていることが指摘され始めており,森林の生態系機能が回復する可能性がある.しかし,過去の窒素沈着による負のレガシーエフェクト(土壌内の窒素蓄積,リンやカルシウムなどの窒素以外の栄養資源の減少)が大きいと,仮に窒素沈着量が減少しても生態系機能の回復が進まない可能性がある.本研究は,申請者らによる過去の観測データや既設試験地を活用することで,A)国内でも窒素沈着量が減少しているのかを検証し,B)窒素負荷による負のレガシーエフェクトを解析し,C)森林流域からの窒素流出を地域,全国スケールで解析する.2023度は,実験A), B), C)について実施した.
A)国内でも窒素沈着量が減少しているのか: バルク沈着を長期で計測している地点において,大気中ガス,粒子状物質濃度のデータセットを入手し,経年変化を解析した.その結果,NO3-の乾性沈着に由来するHNO3やp-NO3-濃度は1998-2014年にかけて減少していなかった.一方で,NH4+の乾性沈着に由来するNH3は減少傾向にあり,p-NH4+は上昇傾向にあった.
B)窒素負荷による負のレガシーエフェクト解析: 中川,標茶,足寄,椎葉,篠栗の5地域に設置されている長期施肥試験地において6年目の施肥を行った.
C)森林流域からの窒素流出解析: 高密度採水を行なった流域(博多湾流域)で,同じプロトコル(地点,頻度,分析項目)で観測を行った.その結果,窒素沈着量の減少にともない,森林上流域におけるNO3-濃度が減少していることを確認した.さらに,森林上流域で1986年に採水した地点で採水・観測を行ったところ,1986年と比べてSO42-は減少しているが,NO3-は上昇していた.その原因として,スギ林からの窒素流出が,大気窒素沈着量の減少分ほど減少していない可能性が示唆された.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

施肥の実施やサンプリング,化学分析を当初の計画通り実施している.

Strategy for Future Research Activity

今後,本科研期間中に施肥を8年目まで行い,レガシーエフェクト効果を検証する予定である.具体的には,各サイトにおいて,樹木や土壌を中の窒素,リン,カルシウム含有量を測定する.また,施肥試験区設置直後からの樹木葉,土壌試料(2018年,2020年)を保管しているため,施肥直後からの経年変化(1年から8年)を解析する.また,窒素沈着量の減少によって森林からの窒素流出が減少しているのかを検証するために,乾性沈着量を計算する.さらに,窒素飽和した森林は重要な窒素汚染源に現在もなり得るのかを検証するために,窒素流出と森林の構成樹種との関係について検証する.

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Influence of surface soil chemistry on nutrient leaching from Japanese cedar plantations and natural forests2024

    • Author(s)
      Liu Yuanyuan、Chiwa Masaaki
    • Journal Title

      Landscape and Ecological Engineering

      Volume: 20 Issue: 2 Pages: 187-194

    • DOI

      10.1007/s11355-023-00588-0

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Contrasting nitrate leaching from an abandoned Moso bamboo forest and a Japanese cedar plantation: role of vegetation in mitigating nitrate leaching2023

    • Author(s)
      Fu Dongchuan、Chiwa Masaaki
    • Journal Title

      Plant and Soil

      Volume: 492 Issue: 1-2 Pages: 229-240

    • DOI

      10.1007/s11104-023-06167-4

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Nitrate leaching and its susceptibility in response to elevated nitrogen deposition in Japanese forests2023

    • Author(s)
      Yang Ru、Fukuzawa Karibu、Nakayama Masataka、Tateno Ryunosuke、Hishi Takuo、Shibata Hideaki、Chiwa Masaaki
    • Journal Title

      Journal of Forest Research

      Volume: 29 Issue: 2 Pages: 81-88

    • DOI

      10.1080/13416979.2023.2242542

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Presence of understory dwarf bamboo determines ecosystem fine root production in a cool-temperate forest in northern Japan2023

    • Author(s)
      Yanagawa Sanae、Fukuzawa Karibu、Takagi Kentaro、Shibata Hideaki、Satoh Fuyuki
    • Journal Title

      Journal of Forest Research

      Volume: in press Issue: 3 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1080/13416979.2023.2169981

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 九州北部の森林流域における大 気窒素沈着量の減少下での高い河川硝 酸塩濃度2024

    • Author(s)
      李周強,付東川,笠原玉青,智和正明
    • Organizer
      第135回日本森林学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 冷温帯林におけるミヤコザサ除去 が根のバイオマスと形態形質に及ぼす影響2024

    • Author(s)
      付東川,李周強,阿部隼人,菱拓雄,福澤加里部,智和正明
    • Organizer
      第135回日本森林学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 大気窒素沈着量の増加に対する 上層木と下層植生の異なる応答性2024

    • Author(s)
      楊茹
    • Organizer
      第135回日本森林学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] ササ除去が森林土壌の窒素動態に及ぼす影響:複数サイトにおける観測から2024

    • Author(s)
      福澤加里部、智和正明、舘野隆之輔、松山周平、菱拓雄、杉山賢子、谷口武士、野村睦
    • Organizer
      第135回日本森林学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Effects of litter and soil N mineralization on soil solution chemistry in a Moso bamboo and a Japanese cedar forest2023

    • Author(s)
      付東川,智和正明
    • Organizer
      第134回日本森林学会大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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