共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 ミズゴケ個体群の成長に伴う炭素収支の変化とそのモデル化
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 北九州市立大学
研究代表者／職名 教授
研究代表者／氏名 原口昭

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

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 原登志彦 北大低温研

研究目的 　泥炭地は有機炭素のプールとして地球環境の調節機能を果たしている。寒冷域の泥炭地群集の主要な構成植物であるミズゴケ類は、環境変動の影響を受けやすい寒冷圏における炭素収支の気候変動に対する変化を予測する上で鍵となる植物である。炭素循環の中でのミズゴケ群集の機能解析において、個体群を単位とした生理機能の環境応答や可塑性に関する定量的な評価は十分に行われていない。先行研究である維管束植物の光合成機能に及ぼす温度と光環境の効果に関する実験的、理論的解析結果をもとに、本年度はミズゴケの個体群の寒冷適応や、炭素循環、栄養塩循環の中での群集全体の機能を、実験的、理論的に解析することを目的とした。
　　
研究内容・成果 　ミズゴケ群落の光合成速度を把握するために、ミズゴケ個体群の光合成特性、およびミズゴケ個体群の成長過程に伴う二酸化炭素収支の計測を行った。本研究では、維管束植物の光合成計測のための全個体チャンバーをミズゴケ群落の光合成速度計測に応用し、ポットの中にミズゴケの成長点を含む先端部を植栽し、このポット全体の二酸化炭素収支を光合成計測装置を用いて計測することにより、群落光合成速度を求めた。
　ミズゴケ個体群の光合成特性に関する計測では、陸上植物群落の群落光合成との比較を行うため、群落レベルでの光―光合成曲線を求めた。その結果、ミズゴケ群落においても陸上植物群落と同様に、太陽直射光程度の光強度までは光合成速度が飽和しないという結果となった。すなわち、ミズゴケ群集の一次生産速度の理論的解析には、陸上植物群落に関する群落光合成理論が適用できる。
　ミズゴケ個体群の成長過程に伴う二酸化炭素収支に関しては、光合成系と非光合成系とのバランスと配置が群落光合成速度に与える効果について検討した。ミズゴケ類の炭素固定機能に関しては、従来は成長点を含む光合成系の一部を計測対象として、ここでの物質生産速度から群集レベルでの一次生産速度の推定を行ってきたが、維管束植物とは異なり、ミズゴケ類では、成長点、光合成系、リター（枯死部）、腐植が混在しているため、光合成系と非光合成系に分割した維管束植物の生理活性の評価法は適用することが出来ない。とくに群集レベルでの炭素収支のモデル化のためには、リターや腐植部分の分解と光合成系での一次生産との関連に関しては詳細な検討が必要である。ミズゴケ類の成長過程での群落光合成速度は、茎頂の光合成量子収率（クロロフィルのPAMによる蛍光計測により評価）と有意な相関を示した。このことは、成長に伴う非光合成系の増加によらず光合成系のみの光合成活性によって決まることを示しており、ミズゴケ群落の非光合成系（ここではリター）の分解活性が低いことと関連している。その一方で、栽培条件や生育条件によっては非光合成系の有無が光合成活性の計測値に大きく影響を及ぼすこと示された。したがって、これを群集の一次生産を評価するモデルに組み込む際には、生育地の環境条件に対応した群落光合成の特性、とくに非光合成系の分解活性を正しく評価したうえで、光合成系と非光合成系とをどのように分割してモデルに組み込むべきかの検討が必要である。
　今後は、ミズゴケ群集における生産と分解をそれぞれ個別に検討し、これを全球レベルでの炭素循環モデルに組み込む手法について検討し、炭素循環の中での植物群集の役割を寒冷圏の高い環境変動性の中での構成生物種の環境応答から評価することにより、気候変動に対する植物群集の機能と構造の変化を適切に評価する手法の開発を目指す。
　　
成果となる論文・学会発表等 Min Jung Kwon， Akira Haraguchi， Hojeong Kang (2013) Long-term water regime differentiates changes in decomposition and microbial properties in tropical peat soils exposed to the short-term drought. Soil Biology and Biochemistry 60: 33–44.

Teemu Tahvanainen and Akira Haraguchi (2013) Effect of pH on phenol oxidase activity on decaying Sphagnum mosses. European Journal of Soil Biology 54: 41-47