地球表層最大の炭素プールの反応性：土壌と海底堆積物の共通メカニズムの検証

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02810
• 研究機関: 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構
• 研究代表者: 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, 農業環境変動研究センター, 上級研究員 (80456748)
• 研究分担者: 諸野 祐樹 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 高知コア研究所, グループリーダー代理 (30421845) ; 平舘 俊太郎 九州大学, 農学研究院, 教授 (60354099) ; 浦本 豪一郎 高知大学, 海洋コア総合研究センター, 特任助教 (70612901) ; 長尾 眞希 (浅野眞希) 筑波大学, 生命環境系, 助教 (80453538)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 炭素隔離 / 土壌 / 堆積物 / 鉱物・有機物相互作用 / 同位体分別 / 放射性炭素

研究実績の概要

●本課題では、環境変化に反応しやすい巨大な炭素プールである土壌および海洋堆積物中の有機物の貯留メカニズムの解明を目指し、鉱物との相互作用による有機物安定化を、物理分画、古典的化学分析、先端的非破壊固体分析、同位体分析等の手法を駆使して評価した。
●最終年度は、物理分画手法の検討後、アメリカ大陸北東部大陸棚から採取した表層海洋堆積物コア（0-20cm）の深度別サンプルを対象に、粒径分画および各画分の評価を行った。深度つまり堆積時間（鉛-210堆積年代測定によると約100年間に相当）とその期間に起こる有機物分解が鉱物・有機物複合体に及ぼす影響を評価した。<0.2μm～>53μmの4つのサイズ画分において有機物の安定性や分解抑制因子としての金属元素（半金属Si含む）の役割が異なることが明らかになった。これは、ミクロスケールで起こる団粒化（集合体形成）が有機物の安定化（保存）を規定するという土壌と共通したメカニズムの存在を示唆する。放射性炭素分析等による直接的な検証後、土壌との相違に着目した論文を準備する。
●土壌の有機物安定化については、気候・母材条件、植生・土地利用、炭素濃度が大きく異なる10サンプルを最大7つの比重画分に分離し、各画分の理化学分析結果をまとめた。有機物および活性金属元素の土壌粒子比重傾度に対する分配および局在化に共通パタンを見出し、その予測モデルを開発した。次に、土壌および画分間の炭素同位体比（ΔC14, δC13)、窒素同位体比（δN15）の変動要因を統計モデルにより評価し、活性金属（Feo, Alo）濃度が有機物の貯留量だけでなく安定性およびC, N安定同位体分別の程度を規定することを初めて明らかにした。
●土壌有機物安定化に関する米国主導のワークショップに計3回招待され、15名の気鋭の研究者と共同でメタ解析や新たな研究方向性についての議論を行い、論文発表した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] US Geologiacal Survey/USDA Forest Service/Univeristy of Hawaii Manoa(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: US Geologiacal Survey/USDA Forest Service/Univeristy of Hawaii Manoa
  • 他の機関数: 11
• [国際共同研究] Max Plank Institute for Biogeochemistry(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max Plank Institute for Biogeochemistry
• [雑誌論文] An improved method to identify osmium-stained organic matter within soil aggregate structure by electron microscopy and synchrotron X-ray micro-computed tomography (2019)
  • 著者名/発表者名: Miwa Arai, Go-Ichiro Uramoto, Maki Asano, Katsuyuki Uematsu, KentaroUesugi, Akihisa Takeuchi, Yuki Morono, Rota Wagai
  • 雑誌名: Soil and Tillage Research 巻: 191 ページ: 275-281
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.still.2019.04.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improving understanding of soil organic matter dynamics by triangulating theories, measurements, and models (2018)
  • 著者名/発表者名: Joseph C. Blankinship, Asmeret Asefaw Berhe, Susan E. Crow, Jennifer L. Druhan, Katherine A. Heckman, Marco Keiluweit, Corey R. Lawrence, Erika Marin-Spiotta, Alain F. Plante, Craig Rasmussen, Christina Schidel, Joshua P. Schimel, Carlos A. Sierra, Aaron Thompson, Rota Wagai, William R. Wieder
  • 雑誌名: Biogeochemistry 巻: 140 ページ: 1-13
  • DOI: https://doi.org/10.1007/s10533-018-0478-2
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 土壌物理分画から得られる炭素・窒素同位体比の変動を支配する法則性の探求：微生物変性、鉱物表面反応、団粒化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 和穎 朗太、梶浦 雅子、井上 弦、浅野 眞希、早川 智恵
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2018年度神奈川大会
• [学会発表] 団粒の三次元構造内部の 間隙および有機物の空間分布の特徴： 放射光源を利用したX線CT法とOs染色法の応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 荒井見和、浦本豪一郎、浅野眞希、諸野祐樹、上杉健太郎、 竹内晃久、岩崎亘典、和穎朗太
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2018年度神奈川大会
• [学会発表] 堆肥連用草地における活性鉄およびアルミニウムと土壌有機物との相互作用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松浦庄司・中山悠平・和穎朗太
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2018年度神奈川大会
• [学会発表] Rejuvenation of highly weathered soils by adding volcanic ash (2018)
  • 著者名/発表者名: 中山悠平, 松浦庄司, 荒井見和, Julien Guigue, 和穎朗太
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2018年度神奈川大会
• [学会発表] Beyond “Onion Model” to explain 13C, 14C, 15N in density fractions (2018)
  • 著者名/発表者名: Wagai, Rota
  • 学会等名: International Workshop on soil carbon storage, stability, and susceptability to disturbance. Powell Center, USGS, Fort Collins, CO, USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Stabilization of Carbon and Nitrogen in agricultural soils revealed by long-term field experiments in Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: Wagai, Rota
  • 学会等名: NARO-FFTC-MARCO Symposium 2018: Climate Smart Agriculture for the Small-Scale Farmers in the Asian and Pacific Region
  • 招待講演
• [学会発表] Miwa Arai, Go-ichiro Uramoto, Maki Asano, Yuki Morono, Kentaro Uesugi, Akihisa Takeuchi, Nobusuke Iwasaki, Rota Wagai (2018)
  • 著者名/発表者名: Quantifying aggregate structure of contrasting carbon levels in Andisol by synchrotron-based X-ray microtomography
  • 学会等名: European Geoscience Union General Assembly 2018
  • 国際学会