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人工林土壌の塩基を枯渇させない方法の模索

研究課題

研究課題/領域番号 23K23649
補助金の研究課題番号 22H02384 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分40010:森林科学関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

谷川 東子  名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (10353765)

研究分担者 平野 恭弘  名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (60353827)
松田 陽介  三重大学, 生物資源学研究科, 教授 (30324552)
眞家 永光  北里大学, 獣医学部, 准教授 (00453514)
和穎 朗太  国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 上級研究員 (80456748)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2024年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2023年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
キーワード適地適木 / 土壌劣化 / 土壌酸性化 / 細根動態 / 針広混交林 / 混交林 / 広葉樹林化 / 針葉樹林 / 林業 / 木材収穫
研究開始時の研究の概要

樹種混交効果を期待する生態系プロセスとしてリター分解に着目し、1樹種、2樹種混合、3樹種混合・・というように、樹種数を段階的に増やすデザインで細根と葉の分解試験を実施する。また、人工林において土壌鉱物存在下での細根と葉のリター分解試験を行う。適宜回収した試料を、比重分画やNMR分析などに供し、細根の分解残渣は鉱物と親和しやすいかを評価する。これらの結果から、塩基枯渇ベクトルを発生させない森林の条件として樹種混交は有効か、塩基枯渇の進む人工林土壌では、細根増産が土壌有機物の増産をもたらすのかを検討する。

研究実績の概要

土壌塩基の枯渇ベクトルを見出しているスギ林およびヒノキ林は、上層種が単一である。そこで多樹種で構成される森林では、塩基枯渇が起きにくいのではないかと仮説を導き、1樹種、2樹種混合、3樹種混合・・というように、樹種数を段階的に増やすデザインで細根と葉の分解試験を実施し、その過程で得られる溶脱液と分解残渣の分析を進めている。その結果、樹種混交効果(「単一樹種の実験結果に基づく樹種混交の予想値」と実験値との乖離)は、カルシウムなどの栄養成分がリターから溶脱することを抑制することを見出した。この結果は、塩基など生物にとっての栄養成分が立地から失われる量は、単一樹種で構成されている人工林の混交林化により低く抑えられる可能性があることを示している。
酸緩衝能が高い土壌が構成するスギ林では、時間と共に土壌の酸緩衝能はますます高く、低い土壌はますます低くなること、ヒノキ林ではもともとの土壌の性質にかかわらず、時間と共に酸緩衝能が低くなることを先行して明らかにしてきた。また昨年度は、スギ林の酸緩衝能が低い土壌では有機物の分解が進んでいたことを明らかにした。これらの背景に基づき、今年度は表層のみではなく40cm深までの土壌を対象として、土壌有機物の分解が進んでいるのかを検討した。今回はヒノキ林も対象とした。比重分画法して得た土壌の軽比重画分と中比重画分をアルカリ溶液で有機物を抽出し、EEM-PARAFAC法で分析した。主成分分析を用いて、10種類の蛍光成分を、その起源、酸化分解、高度分解の3つの主成分に分類した。この3成分の組成から、酸緩衝能が低い土壌の有機物は高い土壌のそれよりも樹種を問わず分解が進んでいることが明らかになった。当該研究結果をまとめた論文が、国際誌Plant and Soilに掲載された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

スギ林・ヒノキ林において酸緩衝能の低い土壌では有機物分解が進んでいることを、国際誌に掲載した。またリターから塩基を流亡させない方法を実験室レベルで発見した。これらのことから、順調に課題を遂行していると判断した。

今後の研究の推進方策

樹種数を段階的に増やすデザインで実施した細根と葉の分解試験について、得られた試料の分析項目をさらに増やし、樹種を混交するとなぜ塩基溶脱が抑制されるのかについて研究を進める。
酸緩衝能の低い土壌をもつスギ林では細根バイオマスが高くなり、酸緩衝能の低い土壌をもつヒノキでは細根が細長くなることを我々は先行して明らかにしてきた。これらの現象はともに、土壌に還元される細根リター量が増えるベクトルを持っている。そのようにして土壌に多く還元される細根リターは、土壌鉱物存在下で微生物による分解を免れ土壌における滞留時間を延ばすことができるのか、その程度は葉と比して同等かを、現地リター分解試験で引き続き検証する。当該の試験では埋設1年目と2年目のリター分解試料を回収した。試料には「リターのみ」と「リターに鉱質土壌」を加えたバリエーションを設けているため、鉱物との親和性について器官差(葉vs細根)を評価することができる。得られた試料を用いて、器官差に着目したリター残存性とそれにかかわる鉱物の役割を明らかにする。これらの研究から、「塩基の貯蔵・枯渇ベクトル」の発生要因を考察し、「土壌塩基を枯渇させない森林施業の在り方」を模索する。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 5件) 備考 (6件)

  • [雑誌論文] Soil acidity accelerates soil organic matter decomposition in Cryptomeria japonica stands and Chamaecyparis obtusa stands.2023

    • 著者名/発表者名
      Hayashi, R., Maie, M., Wagai, R., Hirano, Y., Matsuda, Y., Okamoto, T., Wada, R., Tanikawa, T.
    • 雑誌名

      Plant and Soil

      巻: 494 号: 1-2 ページ: 627-649

    • DOI

      10.1007/s11104-023-06308-9

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fungi and bacteria in the rhizosphere of Cryptomeria japonica exhibited different community assembly patterns at regional scales in East Asia2023

    • 著者名/発表者名
      Obase Keisuke、Kitagami Yudai、Tanikawa Toko、Chen Chien-Fan、Matsuda Yosuke
    • 雑誌名

      Rhizosphere

      巻: 28 ページ: 100807-100807

    • DOI

      10.1016/j.rhisph.2023.100807

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Contrasting patterns of nitrogen release from fine roots and leaves driven by microbial communities during decomposition2023

    • 著者名/発表者名
      Tanikawa Toko、Maie Nagamitsu、Fujii Saori、Sun Lijuan、Hirano Yasuhiro、Mizoguchi Takeo、Matsuda Yosuke
    • 雑誌名

      Science of The Total Environment

      巻: 855 ページ: 158809-158809

    • DOI

      10.1016/j.scitotenv.2022.158809

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] An increase of fine-root biomass in nutrient-poor soils increases soil organic matter but not soil cation exchange capacity2023

    • 著者名/発表者名
      Ryota Hayashi, Nagamitsu Maie, Rota Wagai, Yasuhiro Hirano, Yosuke Matsuda, Naoki Makita, Takeo Mizoguchi, Ryusei Wada, Toko Tanikawa
    • 雑誌名

      Plant and Soil

      巻: 482 号: 1-2 ページ: 89-110

    • DOI

      10.1007/s11104-022-05675-z

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 拡大造林1 世代目のスギ・ヒノキ林土壌の特徴 ─広葉樹林からの転換─2024

    • 著者名/発表者名
      佐藤大地・平野恭弘・小口理一・谷川東子
    • 学会等名
      第135回日本森林学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ヒノキの葉と細根のリター分解に及ぼす土壌の影響2024

    • 著者名/発表者名
      林亮太・眞家永光・和穎朗太・平野恭弘・谷川東子
    • 学会等名
      第135回日本森林学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 混交林と単一樹種林ではリター分解で生成される 有機物の特性は異なるのか?2024

    • 著者名/発表者名
      柵木香奈穂・眞家永光・Han Lyu・渡邉哲弘・平野恭弘・ 林亮太・二村杏太朗・谷川東子
    • 学会等名
      第135回日本森林学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 複数樹種のリター分解で得るDOC のフェリハイド ライト様物質への吸着特性2024

    • 著者名/発表者名
      二村杏太朗・柵木香奈穂・林亮太・眞家永光・渡邉彰・ 平野恭弘・谷川東子
    • 学会等名
      第135回日本森林学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Tanikawa T, Maie N Fijii S, Sun L, Hirano Y, Mizoguchi T, Matsuda Y2023

    • 著者名/発表者名
      Proton and nitrogen releases from woody fine roots during their decomposition processes
    • 学会等名
      10th International Conference on Acid Deposition
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Soil cation exchange capacity is not enhanced by an increase of fine-root biomass in nutrient-poor soils2023

    • 著者名/発表者名
      Hayashi R, Maie N, Wagai R, Hirano Y, Matsuda Y, Makita N, Mizoguchi T, Wada R, Tanikawa T.
    • 学会等名
      10th International Conference on Acid Deposition
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fine roots of Japanese plantation trees are sensitive to soil acid buffering capacity2023

    • 著者名/発表者名
      Hirano Y, Miyatani K, Doi R, Makita N, Tanikawa T
    • 学会等名
      10th International Conference on Acid Deposition
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Contribution of volcanic ash to Ca and Sr in stream waters in chert and granite watersheds in Japan.2023

    • 著者名/発表者名
      Koshikawa MK*, Watanabe M, Sase H, Morohashi M, Takahashi M, Tanikawa T, Takahashi M, Murata T, Takamatsu T, Miura S, Shin KC, Nakano T
    • 学会等名
      10th International Conference on Acid Deposition
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] スギ人工林・ヒノキ人工林で起こる土壌の変化2023

    • 著者名/発表者名
      谷川東子・松田陽介・眞家永光・林亮太・和穎朗太・平野恭弘
    • 学会等名
      2023年生物地球化学研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 葉・細根分解過程で放出される溶存有機物組成に樹種混合が与える影響 EEM-PARAFAC法を用いて2023

    • 著者名/発表者名
      柵木香奈穂・眞家永光・平野恭弘・二村杏太朗・林亮太・谷川東子
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2023年度愛媛大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 葉リターと細根リターの土壌における役どころ2023

    • 著者名/発表者名
      谷川東子
    • 学会等名
      第507回生存圏シンポジウム「土壌・植物・大気を跨ぐ物質の循環と機能に関するワークショップ」
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 酸緩衝能が異なるスギ・ヒノキ人工林における土壌有機物の蛍光特性2023

    • 著者名/発表者名
      林亮太・眞家永光・和穎朗太・平野恭弘・松田陽介・岡本透・谷川東子
    • 学会等名
      第134回日本森林学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 葉・細根分解過程における多元素放出パターンとそれに樹種混合が与える影響2023

    • 著者名/発表者名
      柵木香奈穂・眞家永光・平野恭弘・林亮太・二村杏太朗・谷川東子
    • 学会等名
      第134回日本森林学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] フェリハイドライト様物質による植物体由来のDOC吸着量2023

    • 著者名/発表者名
      二村杏太朗・柵木香奈穂・林亮太・眞家永光・渡邉彰・平野恭弘・谷川東子
    • 学会等名
      第134回日本森林学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Genetic diversity of arbuscular mycorrhizal fungi associated with planted Japanese cedar trees along a latitudinal gradient.2022

    • 著者名/発表者名
      Linda Yustikasari, Yudai Kitagami, Toko Tanikawa, Keisuke Obase, Chien-Fan Chen, Yosuke Matsuda
    • 学会等名
      International Conference on Mycorrhiza 11 (ICOM11)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 針広混交林構成樹種の細根と葉が分解中に放出する成分の MIX 効果2022

    • 著者名/発表者名
      柵木香奈穂・眞家永光・平野恭弘・林 亮太・千葉尚哉・谷川東子
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会2022年度東京大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] スギ細根から分離された内生菌の成長量と植物体化学成分の分解能力2022

    • 著者名/発表者名
      千葉尚哉・松田陽介・平野恭弘・谷川東子
    • 学会等名
      第12回中部森林学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Diversity and structure of arbuscular mycorrhizal fungi communities associated with Japanese cedar trees along a latitudinal gradient2022

    • 著者名/発表者名
      Yustikasari L・Kitagami Y・Tanikawa T・Obase K・Chen CF・Matsuda Y
    • 学会等名
      菌根研究会2022年大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 東海国立大学機構環境報告書2023「樹木と土壌が相互に影響しあって作り出す土壌劣化ベクトル」

    • URL

      https://web-honbu.jimu.nagoya-u.ac.jp/fmd/06other/guideline/image/e_rpt/2023_rpreport.pdf

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 名大PR:落ち葉は"ゆりかご"のように微生物を包み込んではぐくみ、細根は"肥料"として土壌に還る?

    • URL

      https://www.nagoya-u.ac.jp/researchinfo/result/2022/10/post-346.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 森総研PR:落ち葉は"ゆりかご"のように微生物を包み込んではぐくみ、細根は"肥料"として土壌に還る?

    • URL

      https://www.ffpri.affrc.go.jp/press/2022/20221025-02/index.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 名大PR:土壌の酸性環境に触発されて「落ち根」が増加しても、土壌有機物の養分保持機能はかわらない

    • URL

      https://www.nagoya-u.ac.jp/researchinfo/result/2022/10/post-345.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 森総研PR:土壌の酸性環境に触発されて「落ち根」が増加しても、土壌有機物の養分保持機能はかわらない

    • URL

      https://www.ffpri.affrc.go.jp/press/2022/20221025-01/index.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 名大フロントライン Podcast #79:土壌の養分キープ力、カギは「落ち根」? それとも…?

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=JmeCMoUoAFE

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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