森林における腐植酸鉄の挙動と河川流下過程における物理化学性及び生物利用性の変化

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26660127
• 研究機関: 首都大学東京
• 研究代表者: 福島 慶太郎 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 助教 (60549426)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 溶存有機物 / EEM-PARAFAC / 腐植様物質 / タンパク様物質 / 溶存鉄 / 土地利用 / 塩分

研究実績の概要

日本海丹後海にそそぐ京都府由良川と，気仙沼湾にそそぐ宮城県大川と対照に，河川上流から沿岸河口域にかけて溶存有機物と溶存全鉄の時空間分布を解析した。溶存有機物は，溶存有機態炭素（DOC）濃度と，3次元励起蛍光特性（EEM）を測定対象とし，EEMについてはPARAFAC解析を施して複数の腐植様物質とタンパク様物質に区分し，それぞれのコンポーネントの相対蛍光強度を算出した。採水地点の水質と土地利用との関係から，耕作地面積率がDOC濃度，腐植様物質および溶存鉄のソースとして機能していたのに対し，市街地面積率はタンパク様物質のソースとして重要であることが分かった。
河川水と合わせて，湾内の海水および広葉樹・針葉樹・耕作地・水田の4種の土壌から抽出した土壌抽出液を対象として溶存有機物と溶存鉄を調査した。その結果，他生成の腐植様物質は，河川水・海水・土壌抽出液とも共通に検出されたが，自生性腐植様物質は土壌抽出液で検出されなかった。耕作地や市街地からの排水は窒素やリンも多量に含まれるため，植物プランクトンの繁殖を招き，その結果，自生性腐植様物質およびタンパク様物質が増加したものと考えられた。
汽水域の環境変化を模して，土壌抽出液に対して段階的に塩分を添加した際の溶存有機物と溶存鉄の濃度変化を調べた。その結果，塩分の上昇に対して腐植様物質の蛍光強度が上昇し，溶存鉄濃度が低下する傾向が見られたが，土地利用ごとでその応答が異なっていた。森林由来の土壌では，腐植様物質の蛍光強度の上昇率，溶存鉄の残留率とも高く，他の土地利用に比べて河川から海域に輸送されやすいことが明らかとなった。

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

河川流下過程と沿岸河口域における溶存有機物と溶存鉄の動態，および森林と他の土地利用で生成される腐植様物質と溶存鉄の性質の違いを明らかにすることができ，当初計画に対して概ね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

土壌抽出的を用いた塩分添加実験および太陽光照射実験の追試を行い，より一般的な傾向を把握する。とくに，DOCの構成について，EEM-PARAFAC法と並行して，XAD-8樹脂を用いた分画や化学処理による分画を用いて，DOCとFeの挙動に関する詳細なデータを得る。さらに，植物体やリターなどの鉄含有量も調べ，森林生態系内の鉄循環様式についての調査も行う。

次年度使用額が生じた理由

予定していた研究協力による謝金について，支出する必要がなくなったため。

次年度使用額の使用計画

実験に必要な化学薬品の購入に充て，研究を計画通り進める予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Factors contributing to soil nitrogen mineralization and nitrification rates of forest soils in the Japanese archipelago. (2016)
  • 著者名/発表者名: Urakawa R, Ohte N, Shibata H, Isobe K, Tateno R, Oda T, Hishi T, Fukushima K, Inagaki Y, Hirai K, Oyanagi N, Nakata M, Toda H, Kenta T, Kuroiwa M, Watanabe T, Fukuzawa K, Tokuchi N, Ugawa S, Enoki T, Nakanishi A, Saigusa N, Yamao Y, Kotani A.
  • 雑誌名: Forest Ecology and Management 巻: 361 ページ: 382-396
  • DOI: 10.1016/j.foreco.2015.11.033
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Predominance of a single clone of the most widely distributed bamboo species Phyllostachys edulis in East Asia. (2016)
  • 著者名/発表者名: Isagi Y, Oda T, Fukushima K, Lian C, Yokogawa M, Kaneko S.
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 129 ページ: 21-27
  • DOI: 10.1007/s10265-015-0766-z
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 間伐とシカ排除柵設置がスギの幹成長に及ぼす直接的・間接的影響 -芦生の未間伐スギ人工林における事例-. (2016)
  • 著者名/発表者名: 松山周平・福島慶太郎・白澤紘明・向昌宏・平井岳志・境慎二朗・石原正恵・岩井有加・八木弥生・谷鑫・立岩沙知子・長谷川尚史・吉岡崇仁
  • 雑誌名: 森林研究 巻: 79 ページ: 1-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 京都府芦生研究林におけるニホンジカによる植生被害と森林生態系への影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 福島慶太郎・立岩沙知子・高柳敦・吉岡崇仁
  • 雑誌名: 水利科学 巻: 59 ページ: 65-83
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 室内培養で得られる無機化・硝化パラメータによる野外窒素無機化量の推定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 浦川梨恵子・大手信人・柴田英昭・舘野隆之輔・小田智基・戸田浩人・福澤加里部・渡辺恒大・菱拓雄・小柳信宏・中田誠・稲垣善之・福島慶太郎・中西麻美
  • 学会等名: 第127回日本森林学会
  • 発表場所: 日本大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2016-03-29
• [学会発表] 気仙沼湾沿岸における溶存態有機物の起源とその時空間変化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 福島慶太郎・富田遼平・横山勝英
  • 学会等名: 第63回日本生態学会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] アキノキリンソウ土壌エコタイプにおける環境適応と生殖隔離 (2016)
  • 著者名/発表者名: 阪口翔太・堀江健二・石川直子・永野惇・本庄三恵・工藤洋・福島慶太郎・伊藤元己
  • 学会等名: 第63回日本生態学会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] 富山県において窒素飽和・非飽和状態下にある落葉広葉樹林間の窒素動態の比較 (2016)
  • 著者名/発表者名: 牧野奏佳香・徳地直子・福島慶太郎・川上智規
  • 学会等名: 第63回日本生態学会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] 気仙沼・舞根湾における鉄の動態に及ぼす河川の影響評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本光夫・劉丹・福島慶太郎・横山勝英
  • 学会等名: 化学工学会第81年会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス
  • 年月日: 2016-03-14
• [学会発表] 蛇紋岩植物シュンジュギクにおける土壌適応 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川直子・阪口翔太・横山政昭・福島慶太郎・伊藤元己
  • 学会等名: 日本植物分類学会第15回大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2016-03-06
• [学会発表] 気仙沼・舞根湾における鉄を中心とした物質の動態 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山本光夫・劉丹・福島慶太郎・横山勝英
  • 学会等名: 2015年度水産海洋学会研究発表大会
  • 発表場所: 釧路市観光国際交流センター
  • 年月日: 2015-10-10
• [学会発表] 福島原発事故2年後の気仙沼湾流域における放射性セシウムの輸送と分布 (2015)
  • 著者名/発表者名: 福島慶太郎・橋本達範・河野益近・横山勝英
  • 学会等名: 日本陸水学会第80回大会
  • 発表場所: 北海道大学函館キャンパス
  • 年月日: 2015-09-29
• [学会発表] PARAFAC解析を用いた気仙沼湾流域における溶存有機物の動態 (2015)
  • 著者名/発表者名: 富田遼平・福島慶太郎・横山勝英
  • 学会等名: 日本陸水学会第80回大会
  • 発表場所: 北海道大学函館キャンパス
  • 年月日: 2015-09-28
• [学会発表] 気仙沼湾流入する河川水中における溶存有機物と土地利用との関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 富田遼平・福島慶太郎・横山勝英
  • 学会等名: 2015年度水文・水資源学会研究発表会
  • 発表場所: 首都大学東京南大沢キャンパス
  • 年月日: 2015-09-10