研究ノート., December 2012, Vol. 122, 23 ‒ 31

23Notes

冬季の沖縄県北部亜熱帯広葉樹林地域における CO2 フラックスの地点および観測日による変動実態
酒井一人 1, 3・仲村渠将 1・吉永安俊 1・長野敏英 2, 3・大澤和俊 2, 3・石田朋康 2, 3
Variations of CO2 ﬂux according to observation points and days in broadleaf forest in the north part ofokinawa
1, 3

1Kazuhito SAKAI , Tamotsu NAKANDAKARI , Anshun YOSHINAGA1, Toshihide NAGANO2, 3, Kazutoshi OSAWA2, 3
and Tomoyasu ISHIDA2, 3在すると見積もっている．また，Raich and Schlesiger
Abstract : In this research we observed CO2 ﬂux, soil
（1992）は，熱帯地域において最も土壌呼吸速度が速い
temperature, and soil moisture in the broadleaf forest
ことを指摘している．このことから，熱帯多雨林におけin the northern area of Okinawa in order to identify
the variance of CO2 ﬂux by observation point and day.
る土壌呼吸の把握および制御は温室効果ガス排出抑制に
We then compared the results with the values reportとって重要であるといえる．木村・波多野（2005 a）は，
ed in previous studies. We also analyzed the particle
好気的環境では 25 ℃以上になると有機物の集積はほと
distribution, organic matter content, and root content
んど起こらないことを述べている．沖縄県では，月平均
of gathered soils, and analyzed the relationship be気温は 5 月〜 10 月が，月平均最高気温は 1 年中が約
tween these data and CO2 ﬂux. Moreover, we conduct25 ℃以上であり，炭素固定（植物成長）は小さく，有ed indoor experiments of CO2 ﬂux and compared theresults with those of the ﬁeld observations. As a result,
機物分解は大きいという状況に陥る可能性があるといえthe following were recognized.（1）The observed CO2
る．これまで，日本の森林における CO2 フラックスに
flux differed by observation point. It was suggested
ついての調査研究は温暖化が問題視される以前の 1970
that because diﬀerences in soil temperature among ob年代から行われている（例えば，河原 1976，金沢ら
servation points were small, its aﬀect on CO2 ﬂux ﬁg1976）．しかし，沖縄県における調査は森林総合研究所
ures were minimal.（2）The observed CO2 flux was
smaller than these data reported in old studies due to （2004 a）や Ishizuka et al（2006）が全国規模で実施しthe removal of A0 layers.（3）The increase in soil
た研究がある程度である．
moisture is considered to have reduced CO2 ﬂux.（4）
様々な地域・時間（季節など）での調査結果の蓄積は，Relationships between CO2 ﬂux and particle distribu森林地域における CO2 フラックスの定量的評価にとっtion, organic matter content, and root content were notて重要であるといえる．しかし，CO2 フラックスは，土clear.（5）Soil temperature dependence of CO2 flux
壌の温度，水分，有機物含有量，植生など多くの要因の
was conﬁrmed and Q10 values were within the range
影響を受け（Luo and Zhou, 2006），時間・空間的な変of values reported in previous studies.
Key Words : CO2 ﬂux, subtropical, Q10 value, forest soil,
動が大きい．
soil moisture
そこで本研究では，観測の 1 例として，冬季に沖縄県

1. はじめに北部の琉球大学与那演習林の亜熱帯広葉樹林地の沢沿いの複数の地点において，フィールド調査（CO2 フラック

IPCC 第 4 次報告（経済産業省，2007）では，森林関ス，地温測定および土壌水分測定）を行い，CO2 フラッ

連の温暖化緩和活動は低コストで実行可能であり，温暖

クスの地点間および観測日による変動実態の把握およ化対策として森林管理が重要であることが報告されていび，既往の研究での報告との比較検討を行った．CO2 フ

る．Eswaran et al（1993）は，土壌中には約 1500 GtC

ラックスの温度依存性はよく知られており，指標としての炭素が貯留しており，その土壌炭素のうち約 30 % がQ10 値（温度 10 ℃上昇に伴う CO2 フラックスの変化率）

熱帯地域に存在し，さらにその約 40 % が森林地域に存がよく用いられる（木村・波多野，2005 b）．本調査では，

1

毎回沢地を移動しながら観測するために全地点の観測にFaculty of Agriculture, University of the Ryukyus, 1 Senbaru
Nishihara ‒ Cho Nakagami ‒ Gun Okinawa, 901 ‒ 2213, Japan.
Corresponding auther：酒井一人，1 琉球大学農学部
2
Faculty of Agriculture, Utsunomiya University，350 Minemachi
Utsunomiya Tochigi, 812 ‒ 0053, Japan
3
JST, CREST, 5 ‒ 3 Yonban-cho, Chiyoda-ku, Tokyo 102 ‒ 8666,
Japan
2011 年 5 月 13 日受稿，2012 年 8 月 28 日受理
土壌の物理性 122 号，23 ‒ 31（2012）

十数時間かかる．対象地域では冬季は梅雨時期と同様に曇天日が多く気温の日較差が小さくなる傾向にある．本
研究の冬季観測は，観測時刻の影響が少なく，同一観測日の地点間の差を見るには都合が良いという利点がある．また，CO2 フラックスの観測は，落葉などの A0 層を除去して行った．山盛（1994）は，対象地域の与那演

土壌の物理性 第 122 号（2012）24

習林内の 13 地点において土壌調査を行い A0 層が薄い

Enoki（2008）の報告では，2 m 以上の立木密度が 11.5

（13 地点の平均 3. 6 cm）ことを報告している．さらに，

本 ha‒1，単位面積当たりの胸高断面積が 56. 0 m2ha‒1 で佐藤ら（1996）は，与那演習林内において裸斑（林床のあった．また久保田ら（2010）によると，対象地域での落葉に覆われていない部分）が多くみられることを報告

A0 層の乾燥質量は，年変動があるが約 300 gm‒2 程度でしている．このような状況から対象地域では，A0 層のあると報告されている．調査地は Fig. 1 に示す地形図の存在にばらつきが生じることがあり，チャンバー内の落

帯 30 ｍ× 150 ｍ内で，尾根から沢を経由して向かい側葉の有無が偶然である可能性があると考えられる．そのの尾根までの範囲である．斜面方向はおおむね南北方向ため，観測日によるチャンバー内の落葉の有無がフラッである．調査地点は Fig. 2 に示すように，南の尾根から

クス測定値に与える影響を極力排除するように A0 層を沢まで P. 1 から P. 8，沢から北の尾根まで P. 9 から P. 12

除去して CO2 フラックスを測定した．次に，対象地点までとした．

の土壌を採取し実験室で分析（粒度分布，有機物含有量，2. 2 フィールド測定根量）を行い，CO2 フラックスと各分析項目の関係につ2. 2. 1 フィールドでの CO2 フラックス測定

いて解析した．本実験で分析対象としたこれらのパラ

直径 10 cm，高さ 10 cm のソイルカラーを各地点に一メータに関して，Mendham et al（2002）は，土壌にお個ずつ計 12 個，深さ 8 cm ほど埋め込み設置した．ソ

ける粘土＋シルトの割合が大きいほど土壌有機物が多い

イルカラーを設置する際に土が撹乱されるため，測定はことを報告している．また，檀浦ら（2006）は，根呼吸設置後約 1 ヵ月経過してから実施した．調査項目として，と土壌表面近くの細根量の関係が強いことを報告していCO2 フラックス，地温を測定した．CO2 フラックス測定る．このような報告から，本研究では，上記パラメータ時は，毎回土壌表面にあった落葉など A0 層を除去した．

と CO ２フラックスの関係を見ることによりそれらパラ

ソイルカラーにチャンバー（容積 1201 cm3）をかぶせ密閉状態にし，CO2 アナライザー（Li ‒ 840）を用いてチャメータの違いが地点間の差に影響しているかについて検ンバー内の CO2 濃度の変化を測定した．チャンバー内討した．
さらに，詳細は後述するが，フィールド調査においての大気を循環させ CO2 濃度を３分間測定，その後開放し，

CO2 フラックスの温度依存性が明確ではなかったので，

CO2 濃度が約 350 ppm になった時点で，再度チャンバー

温度制御した円筒管土壌呼吸実験により対象土壌の CO2をかぶせて同じ測定を繰り返した．1 地点について，こフラックスの温度依存性について確認した．

の測定を 3 回〜 4 回行った．そして，CO2 濃度の時間変化から CO2 フラックスを算出した．地温は，温度計を2. 調査地点および方法

土壌に約 8 cm 差し込み測定した．土壌水分は，TDR 土壌水分計（藤原製作所 TDR ‒ 431F 20 cm）をソイルカ

2. 1 調査地点
観測は，沖縄県北部にある琉球大学与那フィールド（沖縄県国頭郡国頭村所在民有林 76 林班内，管理棟位置

ラーの周辺 3 〜 4 地点にさしこみ測定し，その平均値をと っ た． 現 場 で の 調 査 は 2007 年 10 月 1 ‒ 2 日，10 月

た．年平均気温は 22.3 ℃，年降水量は 2550 ㎜（1991 〜

22 ‒ 23 日，11 月 11 ‒ 12 日，12 月 18 日，1 月 12 日 の 計
5 回 行 っ た． 今 後， そ れ ぞ れ の 観 測 日 を Day ‒ 1 〜

2000 年の平均）である．林冠の優先種はスダジイ（

Day ‒ 5 と呼ぶ．

26°44

N，128°14E）の亜熱帯常緑広葉樹林地で行っ

）
，イジュ（
ノキ（

）
，イス

2. 2. 2 土壌および根量分析）である．基岩は砂岩と粘根量試験および有機物含有量試験では，ソイルカラー

板岩からなり，土壌は黄色土が発達している（Enoki

撤収時にソイルカラー内に残った土壌を使用した（直径2003）． 同 じ 対 象 地 区 で 調 査 を 行 っ た Kusumoto and10 cm，深さ約 8 〜 9 cm）．粒度試験では，ソイルカラー

Fig. 1 調査対象地の地形図 .
Topographical map of the observation area.

Fig. 2 調査地断面図と測定地点 .
Cross section of the observation area and observation
points.

研究ノート：冬季の沖縄県北部亜熱帯広葉樹林地域における CO2 フラックスの地点および観測日による変動実態

および有機物量（kgm‒2）を算出した．なお P. 8 についTable 1 土層実験に用いた土壌の乾燥密度と土壌水分 .
Bulk density and soil moisture of the soil used for soilcolumn experiments.

地点

P. 6

P. 8

P. 10

含水比（%）

51. 18

54. 71

55. 92乾燥密度（g cm‒3）

1. 15

1. 12

1. 11

25

ては，ソイルカラー内の全量の土壌を採取できなかった
ので，P. 8 に関する後述の考察においては乾燥土壌質量に対する有機物量の質量割合（kg kg‒1）のみを用いている．
2. 3 土壌呼吸室内実験
室内実験による CO2 フラックスを測定するための試料は，地形の違いによる尾根や中腹での差を見るために，測定地点 P. 6，P. 8，P. 10 で採取した．

から半径 50 cm 以内の落葉など A0 層を除去した表層

CO2 フラックスの測定では，粒度分析と同じ試料（表5 cm 以内の土壌を採取し使用した．

層 5 cm までの土壌）の 2 mm ふるい通過試料を，長さ粒度試験では JIS A 1204 より，粒径 5 〜 0.075 mm

約 33 cm，直径約 10 cm の塩ビ管に底板を取り付けた円について篩分析を行い，0. 075 mm 以下はレーザー回折

筒管に現場土壌の乾燥密度に近くなるように土層厚分析（SHIMAZU SALAD）にかけた．ふるい分析では，

22 cm に詰めたものを 3 本用意した．それぞれの土壌試

2 mm ふるい通過試料に過酸化水素で前処理を行い，分料の土壌水分および乾燥密度を Table 1 に示す．その円

散剤にて分散後ふるい分析を行った．有機物含有量試験
では JSF T 9 ‒ 1968 より，重クロム酸法を用い，乾燥土

筒管を約一週間常温で放置した後に，恒温水槽を用いて壌質量に対する有機物の質量割合を求めた．根量測定で化させた．CO2 フラックスの測定はフィールド調査と同は，村上（2003）による根系調査法ｖ 1. 3 を参考にし，様に３分間の測定を 3 回行い，その都度土壌表面温度を

試料を煮沸後に 0. 25 mm ふるいにて土と根を選別し，測定し地温とした．

地温を 15 ℃から開始し約 5 ℃ずつ上昇させ 40 ℃まで変ボウルの水の中で回転をかけて落葉の破片などの有機物

3. 結果および考察と根を分けた後に乾燥炉にて乾燥させ，乾燥土壌質量に対する根の質量割合を求めた．そして，採土したチャン

3. 1 フィールドでの CO2 フラックス測定

バーの断面積から面積当たりの根の乾燥重量（kgm‒2）

各観測日における CO2 フラックスおよび地温をそれFig. 3 各観測日における各観測地点での CO2 フラックスの測定結果 .
Result of CO2 flux at observation points on observation
days.

Fig. 4 各観測日における各地点での地温の測定結果 .
Observed value of soil temperature at observation points
on observation days.

Table 2 各観測日における CO2 フラックスの基本統計値 .
Stochastic values of CO2 ﬂux on each observed day.
測定日

平均値
変動係数
①最大値
②最小値
標準偏差
（地点）
（地点） ①/②‒‒‒（mgC m2 h 1）（%） （mgC m2 h 1）
（mgC m2 h 1）

Day ‒ 1Day ‒ 2

76. 92

42. 75

55. 58168. 08（P. 1）

19. 18（P. 12） 8. 76

93. 32

34. 32

36. 78154. 83（P. 2）

43. 84（P. 7） 3. 53

Day ‒ 3Day ‒ 480. 87

56. 58

69. 97230. 26（P. 1）

28. 02（P. 9） 8. 22

66. 13

26. 84

40. 59110. 41（P. 1）

15. 79（P. 10） 6. 99

Day ‒ 5

67. 56

29. 11

43. 08134. 12（P. 2）

18. 03（P. 11） 7. 44

Total

76. 96

39. 36

51. 14

土壌の物理性 第 122 号（2012）26

Table 3 亜熱帯森林地域における CO2 フラックス測定値．
Observed CO2 ﬂux in subtropical forests.

観測地

CO2 フラックス‒（mgC m2 h 1）

植生

温度

出典

沖縄県北部
26°31' N, 127°59' E

32（最小）〜113（最大）シイ林

地温：21. 5 ℃（年平均値）

Ishizuka et al.（2006）

沖縄県北部

132（年平均）常緑広葉樹

̶

森林総合研究所（2004 a）

中国 広東省 肇慶市
478（年平均）
23°9' N, 112°31' E
450（10 月）〜350（1 月）

シイ林

気温：21. 5 ℃（年平均値）
21 ℃（10 月）〜13 ℃（1 月）

Yi Z. et al.（2007）

自然林：580（年平均）
中国 福建省 三明市 500（10 月）〜400（1 月）
26°11' N, 117°26' E
人工林：390（年平均）
200（10 月）〜100（1 月）

シイ林

気温：19. 1 ℃（年平均値）
Yang Y. et al（2007）
20 ℃（10 月）〜10 ℃（1 月）

中国での観測値は文献中のグラフから 10 月〜 1 月の対象期間の値を読み取った。

ぞれ Fig. 3 と Fig. 4 に示す．横軸は測定地点番号である．
Fig. 3 より，CO2 フラックスは南尾根の P .1，P. 2 で最大 で あ り，谷 に 向 か っ て 小 さ く な る 傾 向 に あ っ た．
Fig. 4 より，地温は Day ‒ 1 から，Day ‒ 2 で 5 ℃近い低下はあったが，Day ‒ 2 以降の変化は小さかった．また，同じ観測日での地温の測定地点間の差は小さかった．このことより，各地点の観測時の温度差が CO2 フラックスの差に与えた影響は小さいと判断した．
Table 2 に各観測日での基本統計量を示す．どの観測日も地点による差は大きく最大値と最小値の比は，3. 5倍（Day ‒ 2）から約 7 〜 8 倍という値であった．
本観測結果の比較のために，亜熱帯森林地帯での土壌呼吸に関する研究事例を Table 3 に示す．沖縄県を対象とした観測例として，Ishizuka et al（2006）が北部の森林地帯における約 3 年間の観測により，CO2 フラックスの範囲は 32 〜 113 mgCm‒2h‒1 であり，地温から推定しFig. 5 観測値と Ishizuka の式による推定値の比較 .
Comparison between the ovserved data and the value
estimated by Ishizuka s equation.

Fig. 6 フィールド観測における地温と CO2 フラックスの関係
Relationship between soil temperature and CO2 ﬂux of ﬁeld
observations.

研究ノート：冬季の沖縄県北部亜熱帯広葉樹林地域における CO2 フラックスの地点および観測日による変動実態

27

た 年 間 積 算 値 は 1. 06 kgCm‒2y‒1（ = 120 mgCm‒2h‒1） であった．これらの既往の研究との比較において，本研究あ っ た と 報 告 し て い る． ま た，Ishizuka et al（2006）の観測値が小さい理由の 1 つは，A0 層を除去した影響

は地温から CO ２フラックスを推定する式を提案していがあると考えられる．しかし，それら中国での測定結果

る．Fig.5 は本研究での観測日の値とその推定式と観測と Ishizuka et al（2006）や森林総合研究所（2004 a）のした地温を用いた推定値の関係を示している．本研究での値は，対象期間中で地温が高かった Day ‒ 1 には Ishi-

示した値を比較した場合，沖縄での観測値が小さくなっzuka et al（2006）の式による推定値が大きくなる傾向

いて，沖縄での CO2 フラックスが小さい理由についてにあったが，その他の観測日ではほとんどの地点においは今後検討する必要がある．

ている．樹種が似ており気温がほぼ同じ地域の比較におて 観 測 値 が 大 き い 結 果 と な っ た． 森 林 総 合 研 究 所

Fig. 6 に，各観測地点での地温と CO2 フラックスの関（2004 a）が報告している値との比較では，本研究の観係を示す．見やすいように 1 つの図に 4 地点の結果を示

測値は小さく 58 % 程度の結果となった．これは，A0

している．一般に土壌温度が大きくなるほど CO2 フラッ層を除去した影響があると考えられる．また，同じ亜熱クスは大きくなるが，本調査ではその傾向は明確ではな

帯における観測例として，Yang et al （2007）が中国福

かった．この理由について降雨および土壌水分に関する

建省のシイ林において，自然林と人工林における通年のデータを用いて以下のように考察した．Fig. 7 に 2007

観測結果を報告している．また，Yi et al（2007）は中

年 9 月 1 日から 2008 年 1 月までの与那演習林で測定さ国の広東省における通年の観測結果を報告している．2

れた日降水量のデータを，Fig. 8 に各観測日の各観測地

つの中国の観測例での，本研究の観測期間と同じ 10 月

点での土壌水分測定値を示す．なお，土壌水分値についから 1 月までの値を比べた場合，本研究の観測結果がどては，計器のキャリブレーションおよび測定地点の飽和の場合との比較においても小さく，約 25 〜 70 ％程度で含水率を測定していないため，同一地点における観測日

Fig. 7 観測期間の日降水量 .
Daily precipitation during observation period.

Fig. 8 各観測日，観測地点における土壌水分の測定結果．
Observed value of soil moisture at observation points on
observation days.

Fig. 9 単位面積当たりの土壌有機物量と CO2 フラックスの関係 .
Relationship between soil organic matter par unit area andCO2 ﬂux.

土壌の物理性 第 122 号（2012）28

間での定性的な違いを比較することとする．

では，土壌水分が大きいほど土壌温度による CO2 フラッ

Liu et al（2002）は草地およびその土壌を用いた実験を行い土壌水分と CO2 フラックスの関係について考察

クスの変化は小さくなる．本研究においても定性的にこのような関係があり，Day ‒ 1 と Day ‒ 3 に大きな差がなしている．乾燥状態からある程度土壌水分が多くなる段かったと考えた．塚原ら（2002）のポット試験では，前階では微生物活性が上がることにより CO2 フラックス

述の CO2 フラックスのプラトー現象が 10 〜 20 ℃の制が大きくなり，その後ある程度の土壌水分状態では CO2

御では現れず，20 〜 25 ℃に制御した場合にのみ現れる

フラックスは影響を受けず，さらに土壌水分が多くなる

結果となっている．この 1 例からでは明確なことは言えとガス拡散が小さくなり CO2 フラックスが小さくなる

ないが，この現象はある程度の温度が高い場合に起こり，ことを述べている（後ほど，これを ｢CO2 フラックスのChang S. et al.（2008）や本研究での観測のような亜熱プラトー現象｣ と呼ぶこととする）．森林地域における帯地域では見られやすい特徴ではないかと考えられた．

研究を見ると，Chang et al.（2008）は亜熱帯地域である台湾における CO2 フラックス（μmolCm‒2s‒1）と土壌

3. 2 粒度組成 , 有機物量および根量と CO2 フラック
スの関係

水分，地温との関係を式（1）で回帰しており，
CO2 フラッ南 尾 根 部（P. 1，P. 2），南 斜 面（P. 3，P. 4，P. 5，P. 6），

クスは温度上昇により増加し，土壌水分上昇により減少

谷部（P. 7，P. 8，P. 9），北斜面（P. 10，P. 11，P. 12）に分する関係を示している．

けて，Fig. 9 に，土壌有機物量と CO2 フラックスの関係
を，Fig. 10 に根量と CO2 フラックスの関係を示す．また，

=

+

+

‒

θ

式（1）

Fig. 11 に粒度分析結果を示す．
各地点の有機物含有量は，2. 76 〜 18. 53 kgm‒2 とばら

3‒3

ここで， ：温度（℃），θ：体積含水率（m m ）．

つきがあった．北斜面で小さい傾向があったが，北斜面

以下では，亜熱帯を対象とした研究から提案された式（1）のほうが尾根から傾斜が急になっており，落葉などが留で表される関係から本研究の観測について考察する．ままりにくい地形になっているためであると考えられた．

ず，Fig. 7 より各観測日における先行降雨の様子を見ると，Day ‒ 1 および Day ‒ 3 で大きかったことがわかる．

全体的にみれば各地点の有機物含有量と CO2 フラックスの両者には明確な関係性を見出すことはできなかっ

Fig. 8 の各観測地点の土壌水分を見ても Day ‒ 1 およびDay ‒ 3 が大きくなっている．これらより，Day ‒ 1 が，た．特に P. 5 では，有機物量が最も多いにもかかわらず

他の観測日に比べて約 5 ℃地温が高いにもかかわらず

Fig. 11 から P. 5 周辺では礫が多く，ソイルカラー内のCO2 フラックスが他の観測日とあまり変わらなかった理

有機物の存在状況を観察すると，礫の間に枯葉が挟まっ由 を， 土 壌 水 分 が 多 か っ た た め だ と 考 え た． ま た，Day ‒ 2 と Day ‒ 3 を比較した場合，ほぼ同じ地温であるているような状況であった．農地における有機物分解速が Day ‒ 3 の方が P. 1，P. 5 の２点を除いて CO2 フラック
スは小さい．この理由も，Day ‒ 3 において土壌水分が大きく，これは有機物分解に関与する微生物への曝露の多いためであると考えた．Day ‒ 1 と Day ‒ 3 を比較した
場合，両日とも土壌水分は高いので地温が高い Day ‒ 1

Bot and Benites 2005）．これらのことから，P. 5 付近のにおいて CO2 フラックスは大きいはずであるが，尾根い状況であり，CO2 フラックスが小さかったと判断した．

部以外あまり変わらない結果であった．式（1）の関係

Fig. 11 より P. 7，P. 9 においても同様に礫が多いが，P. 3，

CO2 フラックスが小さく，その理由を次のように考えた．

度は，有機物を表面散布するより土壌へ鋤きこんだ方が違いであることが言われている（例えば，千葉ら 1980，
落葉の状態の有機物は，土壌微生物により分解されにくP .4 のような同等の有機物量の地点に対して CO2 フラッ
クスが小さくなっており，P .5 と同様の状況であったこ

Fig. 10 単位面積当たりの根量と CO2 フラックスの関係 .
Relationship between amount of root par unit area and CO2
ﬂux.

Fig. 11 各観測地点の土壌の粒度分布 .
Soil particle distribution of observation points.

研究ノート：冬季の沖縄県北部亜熱帯広葉樹林地域における CO2 フラックスの地点および観測日による変動実態とが考えられた．

29

係を Fig. 12 に示す．図中には，フィールド調査での値

CO2 フラックスの重要な要素として根呼吸がある．檀もプロットしている．また，図中の式は実験結果を指数

浦ら（2006）は，根呼吸を培養により測定し，地表面近関数で近似したもので，この式から Q10 値（温度 10 ℃

くの細根の根呼吸量が多いこと，対象とした京都南部の上昇に伴う CO2 フラックスの変化率）を求めた．フィー

広葉樹林において根呼吸の割合が 40 % 弱であったこと

ルド調査では，CO2 フラックスの温度依存性は明確にはを報告している．本調査地域でも，その根呼吸の寄与を表れなかったが，室内実験ではすべての地点試料を用い定性的に把握できるのではないかと，ソイルカラー内のた実験において温度上昇により CO2 フラックスが上昇

表層近くの土壌内の微細根の量を調べたが，Fig. 10 かし，その上昇は指数関数で表されることが確認できた．

らでは単位面積当たりの根量と CO2 フラックスとの関Hashimoto（2005）は，日本の森林土壌における Q10 値

連の把握はできなかった．

について整理し，その範囲は 1. 30 〜 3. 45 で，平均が 2. 18以上より，本研究で分析した粒度組成，有機物量，根であったことを報告している．本実験の結果においても，量などは，それぞれは CO2 フラックスに寄与する要因

この研究で示された森林土壌における Q10 値の範囲にであるが，本研究での観測では，それら要因と CO2 フラッ入っていた．各地点の乾燥土壌質量に対する有機物の割

クスの関連性は明確ではなかった．

合は，P. 6，P. 8，P. 10 でそれぞれ 0. 140 kg kg‒1，0. 115 kg

3. 3 円筒管土壌呼吸室内実験

kg‒1，0. 067 kg kg‒1 となっており，有機物量が少ないほ

P. 6，P. 8，P. 10 から採取した試料を充填した円筒管

ど Q10 値が小さくなっている．Zheng et al（2009）は，

土壌呼吸実験で得られた温度と CO2 フラックスとの関

土壌有機物量と Q10 値には正の相関があることを報告しており，本実験でもその傾向が認められた．
さらに，フィールド調査の値と比較した場合すべての点において室内実験の値が大きい結果となった．一般的に実フィールドでは，根呼吸の影響があるために充填試料による実験に比べて CO2 フラックスは大きくなることが多い．森林総研（2004 b）は，本調査と同様の実験に，さらに根呼吸を直接測る「積み上げ法」により根呼吸の寄与を測定している．それによると，沖縄県の常緑広葉樹林では，約 40 % が根呼吸であると推定している．しかし，本研究では室内実験の値の方が大きい結果を得た．
一般的に表層近くの土壌の方が，有機物含有量が多くなる傾向にある．本実験では表層の土壌を円筒管全体に充填したため，実フィールドより円筒管内の有機物量が多
く CO2 フラックスが大きくなった可能性があると考えられた．

４. おわりに本研究では，冬季に沖縄県北部の琉球大学与那演習林の亜熱帯広葉樹林地の沢沿いの複数の地点で数回のフィールド調査（CO2 フラックス，地温測定および土壌
水分測定）を実施し，CO2 フラックスの地点間および観測日による変動実態を把握し，既往の研究での報告との比較検討を行った．さらに，対象地点の土壌を採取し実験室で分析（粒度分布，有機物含有量，根量）を行い，CO2 フラックスと各分析項目の関係について解析した．
また，温度制御した円筒管土壌呼吸実験により対象土壌の CO2 フラックスの温度依存性について確認した．その結果，以下のようなことが認められた．
①今回の観測での CO2 フラックスはばらつきがあり，
南尾根で最大，谷に向かって小さくなる傾向にあった．同じ観測日での地温の測定地点間差は小さく，各地点の観測時の温度差が CO2 フラックスの差にFig. 12 室内実験における地温と CO2 フラックスの関係 .
Relationship between soil temperature and CO2 ﬂux of indoor
experiments.

与えた影響は小さいと判断された．
②既往の研究との比較では，本調査での値は小さく，
A0 層を除去した影響が大きかったと判断できた．

土壌の物理性 第 122 号（2012）30③今回の調査結果では，観測日の温度の違いによる
CO2 フラックスの違いは明確ではなかった．それに対して，土壌水分の増加により CO2 フラックスが減少するという土壌呼吸特性が見られたと考えられた．
④本研究で分析した粒度分布，有機物量，根量などは，それぞれは CO2 フラックスに寄与する要因であるが，本研究での観測では，それら要因と CO2 フラックスの関連性は明確ではなかった．
⑤フィールド調査において CO2 フラックスの温度依存性が認められなかったために，土層実験において温度依存性を調べた結果，既往の研究で示された
Q10 値の範囲内の結果を得た．

引用文献
Bot A., Benites J.（2005）: The importance of soil organic
matter‒Key to drought‒resistant soil and sustained foodproduction, FAO SOILS BULLETIN, 80, p.18, FAO,
Roma
Chang S., Tseng K., Hsia Y., Wangb C., Wuc J.（2008）：Soilrespiration in a subtropical montane cloud forest in Taiwan, Agricultural and forest meteorology, 148：788 ‒ 798
千葉満男，島津了司，武藤和夫，内田修吉（1980）：水田における稲わら施用と稲作の安定化，岩手県立農業試験場研究報告，22：81 ‒ 117
檀浦正子 , 小南裕志 , 玉井幸治 , 後藤義明 , 植村真由子 , 金沢洋一（2006）：京都府南部広葉樹林において短期間に測定された根呼吸量の土壌呼吸量に対する寄与の評価 , 農業気象
62：15 ‒ 21
Enoki T.（2003）： Microtopography and distribution of canopy trees in a subtropical evergreen broad‒leaved forest
in the northern part of Okinawa Island, Japan, EcologicalResearch 18：103 ‒ 113
Eswaran, H., Berg, E. van den, Reich, P.（1993）： Organic carbon in soils of the world, Soil Sci. Soc. Am. J., 57：192 ‒194
Hashimoto S.（2005）：Q10 values of soil respiration in Japanese forests, J. Forest Research, 10：409 ‒ 413
Ishizuka S., Sakata T., Sawata S., Ikeda S., Takenaka C., Tamai N., Sakai H., Shimizu T., Kanna K., Onodera S., Tanaka N., Takahashi M.（2006）： High potential for increase
in CO2 ﬂux from forest soil surface due to global warming in cooler areas of Japan, Ann. Forest. Science, 63：
537 ‒ 546
金沢晋二郎，浅見輝男，高井康雄（1976）：亜高山帯針葉樹林
下の土壌有機物の性状と分解過程（第 3 報）本地域における野外の土壌呼吸量について， 日本土壌肥料学会誌，
47：549 ‒ 554
河原輝彦（1976）：リターの分解について（IV）土壌呼吸中の根の呼吸量の推定，日本林学会誌，58：353−359
経済産業省（2007）：気候変動に関する政府間パネル第 4 次評
価報告書に対する第 3 作業部会の報告政策決定者向け要約 , p. 14, 経済産業省，東京

木村真人，波多野隆介（2005 a）：土壌圏と地球温暖化，p. 7，
名古屋大学出版会，名古屋
木村真人，波多野隆介（2005 b）：土壌圏と地球温暖化，p. 10，
名古屋大学出版会，名古屋
久保田康裕 , 榎木勉 , 安田恵子 , 楠本聞太郎 , 南木大祐（2010）：
琉球列島における河畔生態系の生産量評価と生物多様性の保全に関する研究 , 河川環境管理財団平成 19 年度（第22 回）調査研究助成報告書，河川環境管理財団，東京
Kusumoto B., Enoki T（2008）：Contribution of a liana species,
Mucuna macrocarpa Wall.to litterfall production and nitrogen input in a subtropicalevergreen broad‒leaved forest, J. Forest Research,13：35 ‒ 42
Liu X., Wan S., Su B., Hui D., Luo Y.（2002）： Response of soil
CO2 efflux to water manipulation in a tallgrass prairie
ecosystem, Plant and Soil, 240：213 ‒ 223
Luo Y., Zhou X.（2006）： SOIL RESPIRATION and the ENVIRONMENT, pp.79‒104, ELSEVIER, Amsterdam
Mendham D. S., O'Connell A. M., Grove T. S.（2002）：Organic
matter characteristics under native forest, long‒term
pasture, and recent conversion to Eucalyptus plantationsin Western Australia： microbial biomass, soil respiration, and permanganate oxidation, Australian Journal of
Soil Research, 40：859 ‒ 872
村上敏文（2003）：根系調査法．長野県中信農業試験場 http：//www.h2.dion.ne.jp/ 〜 barnaba/manual. pdf（ 確 認 日：
2010/6/21）
Raich J. W. and Schlesinger W. H.（1992）：The global carbon
dioxide ﬂux in soil respiration and its relationship to vegetation and climate. Tellus, 44（B）：81 ‒ 99佐藤一紘 , 羽立光孝 , Ｈ aﬁf B.（1996）：沖縄の照葉樹林の林床に見られる裸斑の特徴 , 日本林学会論文集 , 107：343 ‒ 346
森林総合研究所（2004 a）：森林海洋等における CO2 収支の評
価の高度化 , 交付金プロジェクト研究成果集 3，p. 58, 森林総合研究所，つくば
森林総合研究所（2004 b）：森林海洋等における CO2 収支の評
価の高度化 , 交付金プロジェクト研究成果集 3，pp.54 ‒ 55,
森林総合研究所，つくば
塚原 高志 , 山寺 喜成 , 宮崎 敏孝（2002）：土壌呼吸量測定による土壌環境評価に関する研究，日本緑化工学会誌 28：220 ‒ 223
山盛直（1994）：与那演習林の森林環境 , 琉球大学農学部付属演習林創設 40 周年記念誌 , pp. 35 ‒ 53, 琉球大学，沖縄
Yang Y., Chen G., Guo J., Xie J., Wang X.（2007）： Soil respiration and carbon balance in a subtropical native forest
and two managed plantations, Plant Ecology, 193：71 ‒ 84
Yi Z., Fu S., Yi W., Zhou G., Moa J., Zhang D., Ding M., Wang
X., Zhou L.（2007）： Partitioning soil respiration of subtropical forests with different successional stages insouth China, Forest Ecology and Management, 243：
178 ‒ 186
Zheng Z., Yu G., Fu Y., Wang Y., Sun X., Wang Y.（2009）：
Temperature sensitivity of soil respiration is aﬀected byprevailing climatic conditions and soil organic carbon
content： A trans‒China based case study, Soil Biology& Biochemistry, 41：1531 ‒ 1540

研究ノート：冬季の沖縄県北部亜熱帯広葉樹林地域における CO2 フラックスの地点および観測日による変動実態

要

旨

本研究では，冬季に沖縄県北部亜熱帯広葉樹林地の沢沿い複数地点での CO2 フラックス，地温測定および土壌水分測定により，CO2 フラックスの地点間および観測日による変動実態を把握し，既往研究と比較した．さらに，対象地点の土壌の粒度分布，有機物含有量，根量と CO2 フラックスの関係について解析した．また，温度制御した円筒管土壌呼吸実験により対象土壌の CO2 フラックスの温度依存性について確認した．その結果，次の①〜⑤が認められた．① CO2 フラックスはばらつきがあり，南尾根で最大，谷に向かって小さくなる傾向にあった．同じ観測日での地温の測定地点間差は小さく，各地
点の観測時の温度差が CO2 フラックスの差に与えた影響は小さいと判断された．②既往の研究との比較では，本調査での値は A0 層除去の影響により小さかったと判断できた．③観測日の温度の違いによる CO2 フラックスの違いは明確ではなかった．それに対して，土壌水分の増加により CO2 フラックスが減少するという土壌呼吸特性が見られた．④本研究での観測では，粒度組成，有機物量，根量などとCO2 フラックスの関連性は明確ではなかった．⑤土層実験により温度依存性を調べた結果，既往研究で示された Q10 値の範囲内の結果を得た．
キーワード：CO2 フラックス , 亜熱帯 , Q10 値 , 森林土壌，土壌水分31