渓流水100mLでの森林窒素代謝評価：新安定同位体水質指標の開発と展開

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26252020
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 木庭 啓介 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (90311745)
• 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) ; 大手 信人 京都大学, 情報学研究科, 教授 (10233199) ; 五味 高志 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (30378921) ; 勝山 正則 京都大学, グローバル生存学大学院連携ユニット, 特定准教授 (40425426) ; 楊 宗興 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (50260526) ; 徳地 直子 京都大学, フィールド科学教育研究センター, 教授 (60237071) ; 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)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 脱窒 / 硝化 / 窒素循環 / 窒素飽和 / 安定同位体 / 集水域

研究実績の概要

森林集水域へ供給される硝酸性窒素および森林渓流水に溶存し森林より流出する硝酸性窒素について窒素酸素同位体比および酸素同位体比異常の測定を行い、既存の計算手法に改良を加えることで、日本と中国のさまざまな窒素沈着速度を持つ森林を対象に、総硝化速度そして脱窒速度を求めることができた。PNAS誌に発表した結果では、総硝化速度は43-119kg-N/ha/yr、そして脱窒速度は5.6-30.1kg-N/ha/yrと推定された。ここで特筆すべき点は、窒素損失における脱窒の割合が、窒素沈着が大きい森林で小さくなっていることである。これは、窒素が大量に供給される生態系でこそ脱窒によって窒素が除去されることが好ましいのにたいして、実際の生態系はむしろ逆の状態、つまり、窒素が過剰な生態系では効率よく脱窒によって窒素が大気へと戻ってゆかない、ということを示している。この窒素除去効率の窒素不可に伴う低下は、これまで湖沼や沿岸帯で報告されてきたが、本研究ではその状況が森林でも認められることを世界で初めて明らかにしたものである。今後、東アジアで窒素沈着が大きくなってゆくことを考えると、たいへん大きな問題となると考えられる。
東京農工大学FM唐沢山においては、降雨イベントに対して大きな渓流水NO3-濃度変動が見られ、δ15Nとδ18Oの変化はある程度あったものの、Δ17Oでは大きな変動が見られなかったことから、降雨イベントに伴う脱窒が検出されたと考えている。
一酸化窒素のδ15N測定については、最終的に捕集した一酸化窒素を一酸化二窒素に定量的に変換する手法を確立できた。窒素飽和状態にあると思われる関東の森林において、土壌から大変低いδ15Nを持つ一酸化窒素が放出されていることを突き止め、この土壌由来の一酸化窒素が、森林大気中の一酸化窒素へ少なからず貢献していることを明らかとした。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Hybrid Nitrous Oxide Production from a Partial Nitrifying Bioreactor: Hydroxylamine Interactions with Nitrite (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Terada, S. Sugawara, K. Hojo, Y. Takeuchi, S. Riya, W. F. HarperJr., T. Yamamoto, M. Kuroiwa, Isobe, C. Katsuyama, Y. Suwa, K. Koba and M. Hosomi
  • 雑誌名: Environmental Science and Technology 巻: ５１ ページ: 2748-2756
  • DOI: 10.1021/acs.est.6b05521
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Isotopocule analysis of biologically produced nitrous oxide in various environments. (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Toyoda, N. Yoshida, and K. Koba
  • 雑誌名: Mass Spectrometry Reviews 巻: 36 ページ: 135-160
  • DOI: 10.1002/mas.21459
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nitrogen and oxygen isotope effects of ammonia oxidation by thermophilic Thaumarchaeota from a geothermal water stream (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nishizawa, S. Sakai, U. Konno, N. Nakahara, Y. Takaki, Y. Saito, H. Imachi, E. Tasumi, A. Makabe, K. Koba and K. Takai
  • 雑誌名: Applied and Environmental Microbiology 巻: 82 ページ: 4492-4504
  • DOI: 10.1128/AEM.00250-16
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Stable isotope and isotopomer distributions reveal differential N2O dynamics in two oxygen-deficient lake basins (2016)
  • 著者名/発表者名: C. B. Wenk, C. H. Frame, K. Koba, K. L. Casciotti, M. Veronesi, H. Niemann, C. J. Schubert, N. Yoshida, S. Toyoda, A. Makabe, J. Zopfi, and M. F. Lehmann
  • 雑誌名: Limnology and Oceanography 巻: 61 ページ: 1735-1749
  • DOI: 10.1002/lno.10329
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 微量溶存窒素化合物の同位体比測定とその応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 木庭啓介
  • 学会等名: 第6回同位体環境学シンポジウム
  • 発表場所: 総合地球環境学研究所（京都市北区）
  • 年月日: 2016-12-22 – 2016-12-22
  • 招待講演
• [備考] 京都大学生態学研究センター木庭研究室
  • URL: http://www.ecology.kyoto-u.ac.jp/~keikoba/