気候変動下における森林窒素循環の急激変化を生じるホットモーメントの解明

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25252026
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 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)
• 研究分担者: 戸田 浩人 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (00237091) ; 宮本 敏澄 北海道大学, (連合)農学研究科(研究院), 講師 (00343012) ; 稲垣 善之 独立行政法人森林総合研究所, 四国支所, 主任研究員 (00353590) ; 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, 助教 (10456824) ; 鵜川 信 鹿児島大学, 農学部, 准教授 (30582738) ; 磯部 一夫 東京大学, 農学生命科学研究科, 助教 (30621833) ; 菱 拓雄 九州大学, (連合)農学研究科(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, 准教授 (60390712) ; 佐々井 崇博 筑波大学, 生命環境系, 助教 (70443190) ; 諏訪 裕一 中央大学, 理工学部, 教授 (90154632)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 窒素生物地球化学 / 凍結－融解サイクル / 窒素循環 / 土壌窒素無機化・硝化 / リター分解 / 細根動態 / トレーサー実験

研究実績の概要

2014年度は研究参画メンバーによる研究計画会議を開催し、研究期間全体にわたる全体目標や個別課題の手法・スケジュールについて再確認し、現地実験のデザイン、処理方法等について議論した。拠点観測サイトである京都大学北海道研究林（標茶町）のミズナラーササ生態系において、各種観測機材（土壌水分、地温、イオン交換樹脂、シリンダー培養チューブ、細根動態、リター分解、フェノロジーカメラ等）を用いた現地観測を継続した。無雪期間においては、土壌に含まれる溶存窒素プールについて、各プロットにおいて複数個所で深度別に季節ごとに採取し、塩化カリウムで抽出されるアンモニウム態窒素、硝酸態窒素および溶存全窒素について分析を行った。また、クロロホルム薫蒸法を用いた微生物バイオマス炭素、窒素の測定を行った。土壌微生物による総（グロス）窒素無機化、硝化速度については一部土壌について窒素安定同位体をトレーサーとした同位体希釈法による分析に着手した。ササのバイオマス変化やフェノロジーについてもプロット付近での一定区画内の全刈法による定期的な観測を開始した。
また、12プロットのうち6プロットについて2014年冬から積雪除去の実験処理を開始した。観測プロットでは冬期間においても土壌、表層リター等のサンプルを定期的に回収し、土壌窒素プールや土壌微生物群集に関わる各種パラメーターの分析を継続した。また、全国の複数個所に各地に試験区を設定した窒素トレーサー実験についても実験と測定を開始した。

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

計画調書に記載している内容に基づき、現地での窒素動態観測ならびに現地実験等を着実に進めている。

今後の研究の推進方策

2014年冬より開始した積雪処理によって森林生態系の窒素動態が季節的にどのように変動するのか、春から夏にかけての急激変化に着目した解析を進める。また、プロジェクト全体の総括に向けて、現地実験、室内実験と生態系プロセスモデルの統合的解析を進める予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Biogeochemical nitrogen properties of forest soils in the Japanese archipelago (2015)
  • 著者名/発表者名: Urakawa R, Ohte N, Shibata H, Tateno R, Hishi H, Fukushima K, Inagaki Y, Hirai K, Oda T, Oyanagi N, Nakata M, Toda H, Tanaka K, Fukuzawa F, Watanabe T, Tokuchi N, Nakaji T, Saigusa N, Yamao Y, Nakanishi A, Enoki T, Ugawa S, Hayakawa A, Kotani A, Kuroiwa M, Isobe K
  • 雑誌名: Ecological Research 巻: 30 ページ: 1-2
  • DOI: 10.1007/s11284-014-1212-8
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spatial patterns of fine root biomass and performances of understory dwarf bamboo and trees along with the gradient of soil N availability in broad-leaved natural forests and larch plantations (2015)
  • 著者名/発表者名: Hishi T, Tashiro N, Maeda Y, Urakawa R, Shibata H
  • 雑誌名: Plant Root 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of PCR primers targeting fungal nirK to study fungal denitrification in the environment (2015)
  • 著者名/発表者名: Wei Wei, Kazuo Isobe, Yutaka Shiratori, Tomoyasu Nishizawa, Nobuhito Ohte, Yuta Ise, Shigeto Otsuka, Keishi Senoo
  • 雑誌名: Soil Biology and Biochemistry 巻: 81 ページ: 282-286
  • DOI: 10.1016/j.soilbio.2014.11.026
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Roles of dominant understory Sasa bamboo in carbon and nitrogen dynamics following canopy tree removal in a cool-temperate forest in northern Japan (2015)
  • 著者名/発表者名: Fukuzawa K, Shibata H, Takagi K, Satoh F, Koike T, Sasa K.
  • 雑誌名: Plant Species Biology 巻: 30 ページ: 104-115
  • DOI: 10.1111/1442-1984.12086
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microbial denitrification dominates nitrate losses from forest ecosystems (2015)
  • 著者名/発表者名: Fang Y, Koba K, Makabe A, Takahashi C, Zhu W, Hayashi T, Hokari AA, Urakawa R, Bai E, Houlton BZ, Xi D, Zhang S, Matsushita K, Tu Y, Liu D, Zhu F, Wang Z, Zhou G, Chen D, Makita T, Toda H, Liu X, Chena Q, Zhang D, Li Y, Yoh M
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 112 ページ: 1470-1474
  • DOI: 10.1073/pnas.1416776112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microbial regulation of nitrogen dynamics along the hillslope of a natural forest (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Isobe, Nobuhito Ohte, Tomoki Oda, Sho Murabayashi, Wei Wei, Keishi Senoo, Naoko Tokuchi, Ryunosuke Tateno
  • 雑誌名: Frontiers in Environmental Science 巻: 2 ページ: 1-8
  • DOI: 10.3389/fenvs.2014.00063
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 森林の窒素循環研究に対する微生物生態学的アプローチ (2014)
  • 著者名/発表者名: 磯部一夫・大手信人
  • 雑誌名: 森林立地 巻: 56 ページ: 89-95
  • DOI: 10.1016/j.soilbio.2014.11.026
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of vegetation types on chemical and biological properties of soils of karst ecosystems (2014)
  • 著者名/発表者名: Xiaoqiang Lu, Hiroto Toda, Fangjun Ding, Shengzuo Fang, Wanxia Yang, Haigen Xu
  • 雑誌名: European Journal of Soil Biology 巻: 61 ページ: 49-57
  • DOI: 10.1016/j.ejsobi.2013.12.007
  • 査読あり
• [学会発表] クマイザサ根の窒素吸収能の季節変化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 福澤 加里部・柴田 英昭
  • 学会等名: 第126回日本森林学会大会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2015-03-28
• [学会発表] 森林流域の間伐と群状伐採による窒素動態への影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 那琴・戸田浩人・崔東寿・内山佳美
  • 学会等名: 第126回日本森林学会大会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2015-03-27 – 2015-03-28
• [学会発表] 北海道東部の天然林および人工林における樹木の窒素利用様式および窒素循環 (2015)
  • 著者名/発表者名: 舘野隆之輔・今村志帆美
  • 学会等名: 第126回日本森林学会大会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2015-03-27 – 2015-03-28
• [学会発表] Topographical heterogeneity of nitrogen dynamics and microbial communities in forest soil (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Isobe, Nobuhito Ohte, Tomoki Oda, Hiroyu Kato, Sho Murabayashi, Wei Wei, Keishi Senoo
  • 学会等名: 15th International Symposium on Microbial Ecology
  • 発表場所: COEX World Trade Center Samseong-dong（韓国ソウル市）
  • 年月日: 2014-08-26
• [学会発表] Introduction of our project; from metagenome to ecosystem functions (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Isobe
  • 学会等名: 6th Korea-Japan-Taiwan International Symposium on Microbial Ecology
  • 発表場所: COEX World Trade Center Samseong-dong（韓国ソウル市）
  • 年月日: 2014-08-24
  • 招待講演
• [学会発表] Effects of thinning on nitrogen utilization of hinoki cypress and understory vegetation in Shikoku Island, southern Japan. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Inagaki, Kyotaro Noguchi, Hidehisa Fukata
  • 学会等名: 20th World Congress of Soil Science
  • 発表場所: ICC Jeju（韓国済州島）
  • 年月日: 2014-06-09
• [学会発表] 土壌の窒素無機化特性の変化に対応した細根の窒素吸収形態 (2014)
  • 著者名/発表者名: 福澤 加里部・浦川 梨恵子・菱 拓雄・柴田 英昭・宮本 敏澄・舘野 隆之輔
  • 学会等名: 第40回根研究集会
  • 発表場所: 北海道医療大学（北海道当別町）
  • 年月日: 2014-05-17
• [学会発表] 微生物生態情報の把握は森林の窒素循環メカニズムの理解を深めるのか (2014)
  • 著者名/発表者名: 磯部一夫・大手信人
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-04-30
  • 招待講演
• [図書] 森林集水域の物質循環調査法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柴田英昭
  • 総ページ数: 105
  • 出版者: 共立出版
• [備考] ReSIN-IIIプロジェクト
  • URL: http://www.resin-project.com/