水分移動をともなう黒ボク土中の有機物の無機化と硝化

Mineralization and nitrification of organic matter in Andosol with water flow
土壌圏システム学研究分野 519M202 岡田 華保
主査：渡辺 晋生
土中に有機物を施肥すると，有機態調整した試料に油粕を Org – C が 400 mg/100gDW

窒素は有機物分解菌によってアンモニア態窒素となるように添加し，200 mL 容器に ρb = 0.9 g/cm31.はじめに

NH4 – N に（無機化），硝化菌によって硝酸態窒素 で充填後，25℃の暗所に保温静置した。3，7，18NO3 – N に（硝化）形態変化する。NO3 – N は土中 日後に試料を 1 cm 深毎に解体し，土中の θ，NH4の水分移動とともに地下へ流出し，地下水汚染の– N と NO3 – N 濃度，ATP 量を測定した。各深さの原因となりうるため，窒素の形態変化を水分移動とNH4 – N と NO3 – N 濃度の時間変化に一次反応式ともに把握することが重要である。

を適合し，深さ毎の kmin と knit を決定した。

油粕などの有機物を施用した土中の無機化と硝浸透実験も 25 ℃の恒温室で行った。θ = 0.40 に化は一次反応式で表現できること，硝化は無機化 調整した試料を，ρb = 0.9 g/cm3 となるよう深さ 15 cm，より遅れて開始することが知られている（例えば 内径 5 cm のアクリルカラムに充填した。このとき，上木村，2017）。無機化や硝化は微生物反応であり， から 10 cm までの試料には油粕を Org – C が 400
土壌水分量や溶存酸素濃度，土中間隙の大気と mg/100gDW となるように添加した。降雨装置を用いのガス交換のしやすさに依存する。また，これらの て上端から純水を 0.5 cm/d の一定速度で滴下した。
水分，ガス環境は土中の深さや水分移動の影響を 2.5，7.5，12.5 cm 深に 4 極センサとテンシオメータ受けると考えられる。そこで，本研究では土中の深を設置し，EC と圧力水頭を測定した。また，下端かさや水分移動が有機物の無機化と硝化に及ぼす ら 35 cm 下方に排水口を設け，排水を約 40 mL 毎影響を明らかにすることを目的に，保温静置実験と採取した。通水開始 7，18，31 日後にカラムを解体

浸透実験を行った。

し，各深さの θ，NH4 – N と NO3 – N 濃度，ATP 量2.試料と方法

岩手大学学内圃場で採取した を測定した。浸透実験で得られた NH4 – N，NO3 –黒ぼく土を水洗し，2 mm 篩通過分を試料とした。

N 濃度分布を再現するように，水分溶質汎用プロ有機物には油粕（C/N：7）を使用した。

グラムと地球化学計算プログラムの結合コード HP1

2.5 cm 深さの保温静置実験では，体積含水率 θを用いた数値解析を行い，水分移動をともなう土中＝ 0.33，0.37，0.43 に調整した試料に油粕を有機 の有機物の無機化と硝化の kmin と knit，硝化開始の態炭素 Org – C が 400 mg/100gDW となるように添加タイミングを決定した。

し，50 mL 容器に乾燥密度 ρb = 0.9 g/cm3 で充填 3.結果と考察
後，25 ℃の暗所に保温静置した。任意の日毎に土Fig.1 に 2.5 cm 深さの保温静置実験の結果を示す。なお，図中実線は一次反応式を中の θ，NH4 – N と NO3 – N 濃度，微生物活性の 適合した結果である。期間中，いずれの試料でも θ指標である ATP 量を吸光光度計とルミテスターでは一定だった。NH4 – N 濃度はどの試料でも 1 日測定した。なお，NH4 – N の測定には，10 %KCl と 目から上昇した。無機化が生じたとみなせる。NO3純水抽出液を用い，それぞれを全量と溶存量と– N 濃度は θ ＝ 0.33，0.37，0.43 の試料でそれぞみなした。NH4 – N と NO3 – N 濃度の時間変化に れ 9，20，25 日目から上昇した。硝化が無機化に遅一次反応式を適合し，無機化と硝化の速度定数れて生じたとみなせる。Fig.2 に θ と速度定数の関kmin と knit を決定した。この実験は二反復行った。

係を示す。kmin は θ が小さいほど大きくなった。knit

10 cm 深さの保温静置実験では，θ = 0.41 に は θ = 0.37 の試料の値が反復事に大きく異なり，

10 cm 深さの保温静置実験中の試料の NH4 – Nと NO3 – N の濃度分布を示す。実験が進行するにつれて表層の θ はわずかに減少した。NH4 – Nは 0 – 1 cm 深で多く生成され，それ以深では深さConc. [mg/100gDW]

θ との関係の評価が難しかった。Fig.3（a）（b）に00200Elapsed time [day]Fig.1 Change in Inorg-N

したところ，0 – 1 cm 深では 0.05 /d，それ以深では 0.04 /d となった。1 cm 以深の kmin は 2.5 cm 深さ 保 温 静 置 実 験 （ θ = 0.43 ） と 同 程 度 だ っ た 。

0.2
kmin，knit [/day]が生じなかったとみなせる。深さ毎に kmin を決定

200.1

0.1 0.2 0.3 0.4

00.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Water content，θ [cm3/cm3]

NO3 – N の濃度分布を示す。7 日目には，NH4 –Fig.2 Relationship between θ and kmin，knit

N が油粕添加層で検出されたが NO3 – N は検出0されなかった。無機化が生じたとみなせる。18 日× 0d♦ 3d■ 7d● 18 d目には，NH4 – N が減少し NO3 – N が増加した。
硝化が生じたとみなせる。31 日目には，NH4 – N5がほとんど検出されず，NO3 – N が下層で多く検出された。無機化速度は減少し，硝化で
ここで，10 cm 深さの保温静置実験と浸透実験の土中と排液中の NH4 – N 量，NO3 – N 量を比3dDepth [cm]生じた NO3 – N が流下しているとみなせる。

18 d7d（a）

018 d7d10

静置実験では NH4 – N 量が約 20 mg だったのにCalculated

対し，浸透実験では約 40 mg だった。水分移動（c）が無機化を促進したとみなせる。また 18 日目に15は，保温静置実験では NO3 – N が検出されなかを推定するため，浸透実験の結果の数値解析を試みた（Fig.3（c）（d）実線）。その結果，kmin は 0 –1，1 – 6，6 – 10 cm 深でそれぞれ 0.12，0.10，0.05/d，硝化の開始は 14 日目となった。0.5 cm/d程度の降水にともなう土中の水分移動は無機化を 2 倍，硝化を 5 倍程度促進し，硝化開始を約 11 日早めることが示唆された。

031 d （d）

1020
0102030
NH4 - N [mg/100gDW]
NO3 - N [mg/100gDW]

Fig.3 The profiles of NH4 – N，NO3 – N（a）（b）10 cm Incubation，（c）（d）InfiltrationAmoutn of Inorg - N [mg]

そこで無機化促進の程度と硝化開始のタイミング■ 7d● 18 d▲ 31 dCal.

5

NH4 – N は検出されなかった。7 日目には，保温動が硝化開始のタイミングを早めたとみなせる。

（b）
18 d31 d

較した（Fig.4）。なお，浸透実験では排液中にったのに対し，浸透実験では検出された。水分移

40knitkmin

00Fig.3（c）（d）に浸透実験中の試料の NH4 – N とθ = 0.43（灰）1回⽬（⻘）2回⽬20層で無機化が活発に生じたとみなせる。NO3 – N
は 18 日目まで検出されなかった。期間中，硝化θ = 0.37

200による生成量の違いは見られなかった。特に表θ = 0.33
●NH4 – N□NO3 – N

40100

10 cm Incubation

Infiltration80NO3 – Nin soil

60

NO3 – Nin outflow

4020
NH4 – N in soil

00

NH4 – N in soil

10010
Elapsed time [day]Fig.4 Change in Inorg – N18