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日本の森林は、主に急斜面に成立しており、空間的に土壌水分状態が異なる。特に表層土壌の水分状態は、植物による養分吸収や微生物による養分循環に影響を与えるだけでなく、土壌の浸食や浸透にも影響を与えており、水分状態の形成プロセスを明らかにすることは森林生態系の水循環・物質循環を理解する上で重要な課題である。本研究では、森林流域における土壌水分の空間分布に対する、物理浸透プロセスや蒸発・植物による吸水影響を明らかにし、表層土壌の水分状態が栄養塩濃度に与える影響を評価することを目的とする。
東京大学千葉演習林袋山沢試験地内の100mの斜面において土壌水分・硝酸態窒素濃度・微生物量・林内降水量・土壌物理性・地表面蒸発量・細根量の空間変動を計測し、浸透モデルによって表層の土壌水分形成に与える要因の解析を行った。
その結果、斜面上部の土壌ほど含水率、硝酸濃度は低かった。水文要素の空間変動としては、樹冠遮断量はわずかに斜面上部で大きく、地表面蒸発量はほとんど差が見られなかった。飽和浸透係数は斜面上で明らかに大きいという結果が得られた。また深度60cmまでの細根分布を計測して得られた、全細根量のうち表層10cmの占める割合は斜面上部で15%程度高かった。それぞれの斜面部位での水文要素を組み込んだ土壌浸透モデルによる検討の結果、斜面上下での表層の土壌水分は土壌物理性によって主に説明され、植物の吸水や地表面蒸発が表層の土壌水分形成に与える影響は比較的小さいことが示唆された。本研究により、林内の地表面蒸発・樹冠遮断・蒸散・浸透の各水文要素が斜面上下での表層の土壌水分形成に与える影響を明らかにすることができた。さらに、この水分状態の違いが、土壌微生物の活性に大きく関与しており硝酸態窒素の生成の空間分布を生み出していることを明らかにした。
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