共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 寒冷湿地泥炭土壌中の温室効果ガス発生と関連微生物活性
新規・継続の別 継続（R02年度から）
研究代表者／所属 千葉大園芸学研究科
研究代表者／職名 講師
研究代表者／氏名 八島未和

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 犬伏和之 千葉大園芸学研究科 名誉教授、特任研究員

2

 中山絹子 千葉大園芸学研究科 院生

3

 佐藤まきば 千葉大園芸学研究科 院生

4

 福井　学 北大低温研

研究目的 寒冷湿地には泥炭土壌が広く分布し、陸上で最大の炭素貯留庫と推定されている。しかし近年の地球環境変動の影響を受けて頻発化する洪水とニホンジカの攪乱により、土壌炭素の分解が促進され、メタンなど温室効果ガスが大量に発生すると懸念されている。本研究では昨年度に続き寒冷湿地泥炭土壌中の温室効果ガス発生量を規定する因子のうち、特に温室効果ガス関連微生物活性としてメタン生成とメタン酸化に注目し、それらと競合する可能性がる窒素代謝微生物群の泥炭土壌中での活性を定量し、その活性に対する温度や酸素、土壌攪乱などの影響を解析し、さらに関連微生物群集構造を解析することを目的とした。
　　
研究内容・成果 寒冷地泥炭土壌表層部と次表層部を培養瓶に採取・密栓し、気相を窒素に置換した嫌気条件で培養中のメタンおよび二酸化炭素生成量を定量した。地球環境変動の影響で頻発化する洪水とニホンジカの攪乱の2つの環境変化が泥炭土壌中のメタン生成、酸化と窒素代謝にどのように関わるのか検討することを加味して行った。COVID-19の影響を受け、現地調査が困難であったが、これまでの研究結果から、シカ攪乱により土壌のメタン生成活性が低下する傾向が確認された。メタン生成活性は、アンモニア態窒素量、灰分含量とそれぞれ負の相関関係を示した。窒素固定活性とメタン生成との間に積極的な関係が存在することが既往の研究より示唆されている。そのため、アンモニア態窒素量の増加により窒素固定活性が阻害されるとメタンの生成が抑制された可能性が考えられる。また、灰分含量が少ないとき相対的に土壌中の有機物含量は多くなるため、泥炭中の有機物含量が多い対照区では、潜在的メタン生成活性が強くなったと考えられる。重回帰分析の結果より、メタン酸化活性はアンモニア態窒素によって説明された。水田の酸化層ではアンモニアがメタン酸化酵素の活性を競争的に阻害することから、寒冷地泥炭土壌の攪乱区でも同様の現象が生じていると考えられた。また、現地で測定したメタンフラックスはアンモニア態窒素量、メタン生成活性、メタン酸化活性によって説明された。アンモニア態窒素量の増加がメタン生成活性やメタン酸化活性に影響を及ぼし、攪乱区におけるメタンフラックスの減少や関連微生物の群集構造に影響を与えていると予測される。一方、現地で採取した泥炭土壌を、3段階の温度(15， 20， 25℃)で好気または嫌気条件下の窒素固定活性と脱窒活性をアセチレン還元活性(ARA)阻害法で測定した。攪乱地のARAは非攪乱地より嫌気条件より好気条件で低かった。ARAは土壌アンモニア態窒素量と負の相関関係が見られ、物理的攪乱による有機態窒素の無機化促進が窒素固定を阻害していることを示している。非攪乱地のARAは温度上昇で増加したが攪乱地では変化がなかった。脱窒活性には攪乱の影響が見られなかったが、好気条件の方が嫌気条件より、また温度上昇で高くなった。ARAへの影響因子を重回帰分析し、温度、アンモニア態窒素、および攪乱の影響が有意であった。以上よりニホンジカの攪乱影響がメタン生成、酸化、窒素固定、脱窒および窒素の動態に顕著であることを示せた。
　　
成果となる論文・学会発表等 K. Nakayama， K. Inubushi， M. M. Yashima & M. Sakamoto， Effects of mire disturbance by Sika deer on physico-chemical properties of peat soils and greenhouse gas flux in Ozegahara Mire， Japan. Soil Science and Plant Nutrition， (2021): DOI: 10.1080/00380768.2021.2004557

H. Shigeta， K. Nakayama， K. Inubushi， M. M. Yashima & M. Sakamoto， Effects of mire disturbance by Sika deer on nitrogen fixation and denitrification in Ozegahara Mire， Japan， Soil Science and Plant Nutrition， (2021): DOI: 10.1080/00380768.2021.1980739

重田 遙， 中山絹子， 八島未和， 犬伏和之， 坂本 充， 尾瀬ヶ原における泥炭土壌系の物理化学的性状・窒素代謝特性と洪水影響、陸水学雑誌 82， 239-256（2021）

犬伏和之， 中山絹子， 重田 遥， 八島未和， 坂本 充， 尾瀬ケ原湿原における温室効果ガス放出に及ぼすニホンジカの攪乱の影響、低温研究（2022印刷中）