導管水同位体解析から評価した天水田イネの水資源獲得様式

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13575019
• 研究機関: 中部大学
• 研究代表者: 河野 恭廣 中部大学, 応用生物学部, 教授 (90023407)
• 研究分担者: 矢野 勝也 名古屋大学, 大学院・生命農学研究科, 助手 (00283424) ; 山内 章 名古屋大学, 大学院・生命農学研究科, 教授 (30230303)
• キーワード: 降水 / 国際研究者交流 / 水素安定同位体 / 地下水 / 同位体効果 / ザンビア:フィリピン:バングラデシュ / 水循環 / hydraulic lift

研究概要

本研究は、土壌深層に存在する水分の獲得能に優れる作物個体・系統をフィールドで探索する方法論として、作物の導管に含まれる水分子の安定同位体比解析の有効性を検証するとともに、深層水分獲得能に優れる作物の形態的・生理的特徴の把握を目的とする。
ザンビアにおける調査では、地下水と降水の水素同位体自然存在比(δD値)を解析した結果、地下水のδD値は季節変動がなくほぼ一定の値で推移するのに対して、降水のδD値は大きな変動を示すことを確かめた。さらに、栽培作物から導管水を採取してδD値を解析した結果、導管水δD値の変動には降水の影響が認められる一方で、作物体が降水だけでなく地下水も吸収していること、しかも個体によって地下水に対する依存度が異なることを明らかにした。この結果は、作物導管水のδD値を周辺の環境水のδD値と比較することで、その個体の深層水利用能を評価できることを示唆する。
さらに、深根性作物がくみ上げた地下水を隣接する植物に供給する現象(hydraulic lift)を、耕地生態系において初めて確認することに成功した。しかも、深根性作物を遮光することによって、このhydraulic lift現象を著しく促進できることも立証した。
バングラデッシュ北西部Rajshahiにある天水田において、硬盤層上層および下層からそれぞれ水サンプルを採取した。各サンプルのδD値を解析したところ、硬盤層上層と下層とではδD値が有意に異なることを初めて確認できた。さらに、乾燥が進行するにつれて、硬盤層上層では土壌含水比が著しく低下するのに対して、硬盤層下層における土壌含水比はほとんど変化していなかった。これらの結果は、土壌中の水移動に対して硬盤層が大きな抵抗因子として作用すること、その抵抗がδD値の変動をもたらすことを意味し、作物導管水のδD値解析を適用可能であることを示唆する。

研究成果

• [文献書誌] 関谷ら: "水素の安定同位体自然存在比から評価した植物が利用する水資源の由来"根の研究. 11・2. 35-42 (2002)
• [文献書誌] Rao et al.: "Regulation of rhizosphere acidification by photosynthetic activity in cowpea (Vigna unguiculata L. Walp.) seedlings"Annals of Botany. 89・2. 213-220 (2002)
• [文献書誌] Sekiya et al.: "Water acquisition from rainfall and groundwater by legume crops developing deep rooting systems determined with stable hydrogen isotope compositions of xylem waters"Field Crops Research. 78・2-3. 133-139 (2002)
• [文献書誌] Mitsuya, et al.: "Relationship between the distribution of Na and the damages caused by salinity in the leaves of rice seedlings grown under a saline condition"Plant Production Science. 5・4. 269-274 (2002)
• [文献書誌] McGonigle et al.: "A capacity to stimulate phosphorus uptake by maize in undisturbed soil compared to disturbed soil is absent from some growth promoting arbuscular mycorrhizal fungi"Biology and Fertility of Soils. 37・5. 268-273 (2003)
• [文献書誌] Shibata et al.: "Phosphorus acquisition from non-labile sources in peanut and pigeonpea with mycorrhizal interaction"Applied Soil Ecology. 24・2. 133-141 (2003)
• [文献書誌] Sekiya et al.: "Do pigeon pea and sesbania supply groundwater to intercropped maize through hydraulic lift?-Hydrogen stable isotope investigation of xylem waters"Field Crops Research. 86・2-3. 167-173 (2004)
• [文献書誌] 村瀬ら: "ファイテクHow toみる・きく・はかる-植物環境計測-"養賢堂. 237 (2002)
• [文献書誌] 森田ら: "根のデザイン-根が作る食糧と環境-"養賢堂. 208 (2004)