Ⅱ．環境負荷の軽減を図るための森林管理方法の検討

土壌無機態窒素に関する野外操作実験の初期条件
金子有子・徳地直子１）

要約

森林の伐採方法やその後の管理方法の違いが環境に及ぼす影響について把握し、環境に対する負荷の少ない森林管理のあり方を探求することを目的として、滋賀県高島市朽木麻生の落葉広葉樹二次林で野外操作実験を開始した。モニタリングすべき環境項目として、土壌浸透水の水質、および、土壌の硝化活性、脱窒活性、ガス代謝、地温、土壌水分条件等の測定を行っている。調査地の初期条件として、土壌無機態窒素の現存量および生成速度について、それぞれ９．
３〜１０．
５
 

、７０〜９２ 





２８ 
の値を得た。また、無機態窒素の生成速度の観点から、処理区の配置を検討し、無機態窒素の生成速度、および、地温、土壌水分条件において、処理実施前の初期条件に処理間で大きな差はなく、処理実施後に生じる処理間での違いが、処理による違いであるとみなせることを確認した。

１．はじめにムの解明と定量的評価、対策事業実施後のモニタ

琵琶湖への汚濁負荷の中には、面源としての森リングによる定量的評価の必要性を指摘し、その林から河川渓流を通じて流入する負荷がある。森

研究成果を元に流域全体を視野に入れた水循環の林流出水を分析し、窒素、リン等の栄養塩類等化回復、水生生物等生態系保全のための施策の展開、学成分の変動を長期的に把握することは、琵琶湖ならびに、そのモニタリング体制の充実が重要との水質変動をモニタリングするためだけでなく、の指摘を行っている。

水質保全を進めるためにも重要である。面源負荷

当プロジェクト研究では、伐採・非伐採流域にに関しては、総務省が２００４年８月に「湖沼の水環おける渓流水質・水量や森林生態系における炭素境の保全に関する政策評価書」を公表し、今後は、吸収量等の長期モニタリングを継続するとともに、湖沼の集水域における汚濁負荷の発生機構の解明

森林伐採に伴って起こる硝酸態窒素流出の原因解と実態の把握を的確に行う必要があり、特に非特明を目的として、野外での小面積実験を行ってい定汚染源・ノンポイント汚染源について有効な対る（金子、２００４；金子、２００４）。

策の検討とその着実な実施を図ることが重要であ

小面積実験では、窒素を中心とした物質循環系るとする「意見」をまとめたところである。また、 の変動機構を詳細に研究している。土壌浸透水や環境省の中央環境審議会水環境部会（湖沼環境保森林流出水における硝酸態窒素濃度上昇の主な原全専門委員会）は、「湖沼の環境保全制度のあり因としては、伐採後の地温上昇によって微生物活方について」を公表し、その中で、非特定汚染源性が高まり、硝酸態窒素の生成が促進されること対策を今後の重要課題の一つに挙げ、その汚濁負と，伐採によって無機態窒素を吸収していた植物荷流出と自然浄化機能についての正確なメカニズ体が失われたこと、が考えられている。小規模実１）京都大学フィールド科学教育研究センター

２７験では、２要因のそれぞれがどの程度寄与してい量変化から含水率を求めた。残りの生土細土は２たかを知るため、実験処理として、１）植生を除を約１：１０（）になるように加えて、去する、２）植生を除去し、かつ、被陰して地温１時間浸透後、．６（社製）のろ紙での上昇も抑える、３）植生導入を行い、植生の回ろ過した。この２
抽出液について、アンモ復を促進する、４）何もしない、の４通りを行う。 ニア態窒素の濃度はインドフェノール法、硝酸態
ここでは、本実験の主要な調査項目である土壌無窒素の濃度はスルファニルアミド・α−ナフチル

機態窒素についての実験処理前の結果から、各処エアミン法の比色法でそれぞれ測定し、それぞれ理の配置を検討し、実験の初期条件を把握したのの現存量を推定した。オートアナライザー３（ブで報告する。

ランルーべ社製）を用いて測定した。

２．調査方法２．
２

無機態窒素の生成速度

調査地は滋賀県高島市朽木麻生の落葉広葉樹二実験室培養による純無機化速度および純硝化速次林である。２００
２年４月に、ほぼ同一方向の連続度を測定するため、上記と同様に採取・篩別されした森林斜面、、に、斜面上・中・下部を含た生土細土を、最大容水量の６０％になるように水む１０×１０の小面積実験区をそれぞれ２１、１８、分を調整し、２５℃の暗条件下で２８日間培養した。

１２区画、合計５１区画を設置した（写真１）。また、培養期間中はほぼ１週間に１度、水分を調整した。

そのうちの斜面下部に位置する１５区画と斜面中部

培養後は上記と同様に２溶液で抽出し、抽に位置する３区画の合計１８区画で、２００２年より、出液を得た。抽出液中のアンモニア態窒素および表層土壌における無機態窒素の動態と地温、土壌硝酸態窒素を分析し、初期の値を引いて、培養期水分条件に関する調査を開始した（金子、２００４；間中の無機態窒素の生成速度とした。

金子、２００４）。
２．
３土壌環境条件２００
２年７月に、１８区画の小面積実験区のそれぞれ中央付近に、データロガー（日置電気株式会社製、３６３０、３６３５）とセンサーを設置した。２００２年８月より、土壌深度５における温度（日置電気株式会社製、９６３１）、および、土壌深度２０における土壌水分条件（大起理化工業株式会社製、自記タイプテンシオメータ
−３０２０、
−３０２３）について１０分間隔の自動測定を開始した。土壌水分条件については、回収した電圧データを値
写真１

伐採実験流域と小面積実験区（土壌中の水が土壌の毛管力によって引き付けられている強さの程度を示す値）に換算した。

２．１

無機態窒素の現存量

１８区画の小面積実験区において、０層を除く０〜１０
の土壌を採取した。採取した土壌サンプル

３．調査結果３．
１

無機態窒素の現存量

は実験室に持ち帰り、２４時間以内に粗大有機物と無機態窒素の現存量を形態別に示す。図１は、根をハンドソーティングにより取り除き、その後斜面、、における、アンモニア態窒素と硝酸

２㎜の篩で篩い、生土の細土を得た。生土細土の態窒素の平均現存量を示している（徳地、未発表）。

うち数は１０５℃で２４時間乾燥させ、乾燥前後の重すべての斜面で無機態窒素の現存量は、９．
３〜２８現存量(mgN/kg drysoil)

現存量(mgN/kg drysoil)

151050斜面A

斜面B

151050
斜面下部

斜面C

斜面中部

inorgN
アンモニア態窒素

アンモニア態窒素

硝酸態窒素

硝酸態窒素

図１

各斜面での無機態窒素の現存量

図３

棒グラフは平均値、誤差線は＋１標準偏差を示す。

各斜面位置での無機態窒素の現存量
棒グラフは平均値、誤差線は＋１標準偏差を示す。

とんどみられなかった点において、大きく異なっ100ていた（図３）
。

8060

３．
２

無機態窒素の生成速度40

次に、実験室培養による窒素の無機化速度の結20果を示す（徳地、未発表）。図４は、斜面、、におけるアンモニア態窒素、硝酸態窒素の生成％

0
斜面A
図２

斜面B

斜面C 

各斜面での無機態窒素の現存形態
凡例は図１と同じ。

速度の平均値を示している。斜面、、の窒素
無機化速度は７０〜９２ ２８
の範囲にあり、斜面でやや小さいが、ばらつきが大きく、斜面間で違いはない（図４）。生成された無１０．
５

の 範 囲 に あ り、、、の機態窒素の形態については、斜面、では硝酸態斜面間で違いのないことが明らかになった（図１）。 窒素が６０％を上回り、硝酸態窒素主体の組成を示
図２には、形態別現存量の比率を示した。凡例はしたのに対し、斜面では逆にアンモニア態窒素

図１と同じである。現存する無機態窒素の形態は、 が６３．
６％を占めるアンモニア態窒素主体の組成にどの斜面においてもアンモニア態窒素が約８０％以なっていた（図５）。いずれの場合も、現存形態に上を占めていた（図２）。

みられたアンモニア態窒素主体の組成とは大きく

図３は、斜面中部と斜面下部に位置する実験区での比較である（徳地、未発表）。斜面上の位置に異なっていることがわかった。
図６には、斜面上の位置による比較を示した（徳関わらず、無機態窒素の現存量は９．
５ 地、未発表）。無機態窒素の生成速度自体は、斜面

と９．
７

 で、大きな違いはみられ上の位置に関わらず、５８ 
２８

なかった。組成においても、アンモニア態窒素をと６４ 
２８

で大きな違いはなか主体としていることにおいては、斜面上の位置でった（図６）。しかし、生成された無機態窒素の形違いはなかった。しかし、形態別現存量の比率で態には、斜面上の位置による大きな違いがみられ見ると、斜面下部では硝酸態窒素が１９．
０％存在すた。すなわち、斜面中部では生成された無機態窒るのに対し、斜面中部では硝酸態窒素は１．
２％とほ素の７８．
５％がアンモニア態窒素であったのに対し、２９斜面下部では生成された無機態窒素の６７．
９％が硝るのに対し、斜面下部では約２０％が硝酸態窒素で酸態窒素であった（図７）。

あった。７）斜面上の位置により、無機態窒素の３．１、３．２の結果より、以下のことが明らか

生成速度に大きな違いはなかった。８）無機態窒になった。１）すべての斜面において現存する無素の生成形態には、斜面上の位置で大きな違いが機態窒素の量は、９．
３〜１０．
５
 の範みられ、斜面中部ではアンモニア態窒素が８０％近囲にあった。２）現存形態としては、アンモニアく、斜面下部では硝酸態窒素が７０％近くを占めた。

態窒素が約８０％以上を占めた。３）実験室培養にこれらの結果から、野外実験の実施において斜よ る 無 機 態 窒 素 の 生 成 速 度 は、７０〜９２ 面を斜面、と同様に扱うことにはやや問題が２８の範囲にあり、斜面間での違いはあることがわかる。斜面の処理区において、すみられなかった。４）生成される無機態窒素の形べての処理を行い、斜面における比較をする必

態は、斜面ではややアンモニア態窒素が多く、要がある。

面上の位置により、無機態窒素の現存量に大きな能に大きな違いがみられ、斜面下部では、伐採に違いはなかった。６）現存する無機態窒素の形態

より養分物質の流亡をもたらす硝酸態窒素の生成

は、斜面中部では９８．
８％がアンモニア態窒素であが、伐採前からある程度生じていることがわかっ

図４

生成速度(mgN/kg drysoil/28days)
生成速度(mgN/kg drysoil/28days)

また、斜面上の位置により、無機態窒素の生成生成速度(mgN/kg drysoil/28days)
生成速度(mgN/kg drysoil/28days)

斜面、ではやや硝酸態窒素が多かった。５）斜150100500斜面A

斜面B

斜面C400
斜面下部

硝酸態窒素

硝酸態窒素

図６

棒グラフは平均値、誤差線は＋１標準偏差を示す。

10080806060％

4040202000

斜面B

斜面下部

斜面C％

各斜面での無機態窒素の生成形態



各斜面位置での無機態窒素の生成速度100

凡例は図４と同じ。

斜面中部

アンモニア態窒素

各斜面での無機態窒素の生成速度

斜面A

３０80

アンモニア態窒素

棒グラフは平均値、誤差線は＋１標準偏差を示す。

図５120

図７

斜面中部



各斜面位置での無機態窒素の生成形態
凡例は図６と同じ。

た。このことより、斜面下部を非伐採にする緩衝＜１＜２＜１３＜１４＜１
１＜１０＜６＜１
２＜３＜８帯の設定は、伐採による養分流亡を抑えるのに適＜９の順に高くなっていた（徳地、未発表）。斜した施業であることが推察される。

面毎にすべての処理が含まれるように設定した処理間で、無機態窒素生成速度の平均値を比較した

４．実験の初期条件の検討結果が図９である。下部非伐採区とは、斜面下部３節で示したように、斜面、、間で無機態の実験区を伐り残し、斜面中部と上部のみで伐採窒素の生成速度に違いが見られたため、斜面毎にを行う方法で、実験区．３、７、１４がこれに当すべての処理の実験区が含まれるように、野外実たる。ばらつきが大きいが、処理間で有意差は見験において各処理を行う実験区の配置を検討し直られなかった。

した。検討後に決定した各処理の配置を図８に示同様に、斜面毎にすべての処理が含まれるようした。また、検討し直した配置での処理間の初期に設定した処理間で、２００
２年８〜１２月についての条件を、無機態窒素の生成速度と地温、土壌水分地温および土壌値の平均値を比較した（図１０、条件の観点から評価した。

図１１）。いずれも処理間で有意差はなかった。

各実験区について測定された無機態窒素生成速

これらの結果より、無機態窒素の生成速度、地度は、実験区．７＜１４＜４＜５＜７＜３

温、土壌水分条件、いずれの観点からも、処理実施前の初期条件において、処理間で大きな違いはなく、処理実施後に生じる処理間での違いが、処理による違いであるとみなせることが確認された。
このような初期条件の検討後、２００
３年１２月に森林を伐採し、５通りの異なる実験処理を施しながら、伐採および伐採後の管理による各調査項目の変動を追跡中である。

図８

実験区における各処理の配置図

図１０ 各処理間での地温の比較
折れ線グラフは平均値、誤差線は±１標準偏差を示す。

図９

各処理間での無機態窒素生成速度の比較
折れ線グラフは平均値、誤差線は±１標準偏差を示す。

図１１ 各処理間でのｐＦ値の比較
折れ線グラフは平均値、誤差線は±１標準偏差を示す。

３１

引用文献

メカニズム．オウミア，７９，１−２．

金子有子，濱端悦治（２００４）：環境負荷の軽減を図るた森林環境研究会（２００３）：小面積実験区における森林管理めの森林管理方法の検討．琵琶湖研究所所報，
２１，４３の影響評価．平成１４年度琵琶湖研究所委託研究報告

−４５．

書．

金子有子（２００４）：小面積実験で探る硝酸態窒素生成の３２