関東森林研究速 報69-1(2018)

乾燥処理が根・リター・土壌からの CO2 放出速度の温度依存性におよぼす影響
Influence of drying treatment on temperature sensitivity of CO2 emission rate from roots, litter andmineral soil using an incubation method
阪田匡司＊1・古澤仁美＊1
Tadashi SAKATA＊1, Hitomi FURUSAWA＊1＊1 森林総合研究所
Forest and Forestry Product Research institute. Tsukuba, Ibaraki 305-8687
要旨：土壌水分変動が土壌呼吸の温度依存性(Q10 値)におよぼす影響を評価するため，降雨遮断処理による土壌乾燥試
験をおこなっている 40 年生スギ人工林において，乾燥処理区および対照区から細根・リター・鉱質土壌(深さ 0~5cm)を採取し，異なる温度で室内培養し CO2 放出速度を測定した。乾燥処理区のリターおよび鉱質土壌の CO2 放出速度は有意に低下したが，細根の CO2 放出速度は明瞭な違いが認められなかった。細根・リター・鉱質土壌の Q10 値はいずれにおいても乾燥処理による違いは認められなかった。また，鉱質土壌の Q10 値は細根，リターの Q10 値よりも有意に大きかった。これらのことから，土壌乾燥処理によって，細根・リター・鉱質土壌の CO2 放出速度の Q10 値は変動しないが，異なる Q10 値を持つ根・リター・鉱質土壌の CO2 放出速度の土壌呼吸全体に対する寄与率が変化することによって，土壌呼吸の Q10 値に影響をおよぼすことが示唆された。
キーワード：土壌呼吸，Q10 値，降雨遮断，土壌水分Ⅰ はじめに響を評価するため，降雨遮断による土壌乾燥処理試験区

土壌から放出される CO2 は土壌呼吸と呼ばれ，陸域生で土壌呼吸観測をおこなったところ，降雨遮断前後で土態系の炭素動態の中でも光合成に次ぐ大きなフローであ壌呼吸の Q10 値が変動し（5），通年観測から乾燥区の Q10ることが知られている(IPCC(1))。土壌呼吸は温度や水分値が低下していたことを明らかにした（6）。
本報告では，と強く関係していることが知られており，近年の気温上この野外観測から得られた土壌乾燥による土壌呼吸の昇に伴って土壌呼吸が増大し，さらなる気温上昇を招く

Q10 値の変動メカニズムを明らかにすることを目的とし，正のフィードバック作用が懸念されている(Luo and

土壌呼吸を構成している根呼吸と微生物呼吸に分離し，Zhou(3))。一方，温度上昇だけでなく，降水パターンの室内培養法を用いて根，リターおよび土壌からの CO2 放変動に伴う極端な過湿や乾燥が予測されていることから出速度の Q10 値を測定することによって，土壌呼吸の Q10(IPCC(1))，森林生態系の炭素動態将来予測モデルを高度値におよぼす乾燥影響について評価をおこなった。

化するためには土壌呼吸の主たる変動要因である温度とⅡ 方法水分との関係をより詳細に評価する必要がある。
土壌呼吸と温度との関係は指数回帰式で表されることが多い(Luo and Zhou(3))。
Rs = a×e(b･T) = a×Q10(T/10)

１．調査地 本研究は茨城県かすみがうら市に位置する森林総合研究所千代田苗畑構内にあるスギ人工林(40(１)年生)でおこなった。下層植生はほとんどなく，地形はほここで，Rs は土壌呼吸(mgC kg-1 h-1)，T は温度(℃)，a，ぼ平坦，土壌型は適潤性褐色森林土または適潤性淡黒色

b および Q10 はパラメータを表す。
（1）式の Q10 値は 10℃土である。その他，調査地の情報については Konopka et

上昇したときの土壌呼吸の変化率を示し，温度依存性のal.(2)を参照してほしい。

指標としてよく用いられている。また，さらに温度だけ２．調査項目 土壌乾燥処理をおこなうため 2016 年 8でなく水分を考慮したモデル式も考案されているが，Q10

月 15 日に樹幹の間(約 2×5m)にビニールシート(2.7×5.4m)

値と水分変数は独立として扱われることが多く，Q10 値を高さ 1~1.5m に張って降雨遮断し，乾燥区を設けた(4におよぼす土壌水分の影響は明らかにされていない。そ反復)。これらの乾燥区および対照区から室内培養に供す

こで，筆者らは土壌呼吸の Q10 値に対する土壌水分の影る根，リター，土壌試料を採取した。採取日は根および－107 －(受理日 2017 年 12 月 18 日)

リターは 2017/6/20，土壌は 2016/11/10, 2017/6/20, 7/11 で引用文献あった。根試料は直径 2mm 以下の細根を深さ 0~10cm 程(1) IPCC (2013) Climate Change 2013: the Physical Science

度の土壌から大きくかく乱しないよう注意深く掘りあげ

Basis. Contribution of Working Group I to the Fifthて採取した。リター試料はリター層を方形区 10×20cm かAssessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate

ら採取し，土壌試料は表層 0~5cm の鉱質土層を 100mL

Change, Cambridge University Press, New York, 1535 pp

採土円筒を用いて採取した。採取後，乾かないよう密閉(2) KONOPKA, B., NOGUCHI, K., SAKATA,容器に入れ，保冷庫にて実験室に持ち帰り，5℃で一晩冷

TAKAHASHI, M., KONOPKA, Z (2007) Effects of

蔵静置した。採取翌日に，それらの試料を培養用の密閉

simulated drought stress on the ﬁne roots of Japanese cedar

容器に入れ，温度条件を 5℃に設定した恒温器内で CO2(Cryptomeria japonica) in a plantation forest on the Kanto

放出速度を測定した。CO2 放出速度測定は赤外線 CO2 分

Plain, eastern Japan. J. For. Res. 12: 143-151

析計(バイサラ社製 CARBOCAP GMP343)を用い，密閉後(3) LUO, Y., ZHOU, X. (2006) Soil respiration and the

1~2 時間の CO2 濃度変化から計算した。５℃で測定後，environment. Academic Press, London, 316 pp.

25℃に恒温器の温度条件を変更し，５℃と同様にそれら(4) 阪田匡司・平井敬三 (2016) 土壌呼吸に対する根呼吸の CO2 放出速度を測定した。その後，根およびリター試割合の簡易測定. 関東森林研究 67(1): 129-132

料は 70℃で，土壌試料は 105℃で絶乾し，試料の絶乾重(5) 阪田匡司・野口享太郎・平井敬三 (2017) 降雨およびを測定し，試料重あたりの CO2 放出速度を計算した。

土壌水分変動が土壌呼吸の温度特性におよぼす影響. 関T.,

東森林研究 68(1): 75-76
Ⅲ 結果と考察(6) 阪田匡司・野口享太郎・平井敬三 (2017) スギ人工林

全ての試料の測定において５℃よりも 25℃の時の CO2における土壌乾燥処理にともなう土壌呼吸変動. 日本森放出速度が大きかった。同じ温度での重量あたりの CO2林学会大会学術講演集 128: 274(P2-204)

放出速度は細根，リター，土壌の順に大きく，それぞれ(7) VOSE, J.M., RYAN, M.G. (2002) Seasonal respiration ofの 1 桁程度異なっていた(表－1)。これらの値はストロー

foliage, fine roots, and woody tissues in relation to growth,ブマツ林（7）やヒノキ林（4）の報告例と同程度であっtissue N, and photosynthesis. Global Change Biology 8:

た。乾燥処理による違いについては，リターや鉱質土層

182-193

では乾燥処理区の方が有意に CO2 放出速度は低下していたが，根の CO2 放出速度は明瞭な違いは認められなかっ表－１. 乾燥処理による細根，リター，鉱質土壌の CO2た(表－1)。それらの Q10 値については鉱質土壌，リター，放出速度の違い (mgC kg-1h-1，25℃)

細根の順に大きく，特に鉱質土壌の Q10 値は有意に大き対照区

乾燥区処理間差かった(表－2)。しかし，それらの Q10 値の処理間差は根，細根

146.0 (42.9)

123.2 (58.9)

リター，鉱質土層とも有意な違いは認められなかった。

リター

15.1 (9.5)

4.0 (3.0)*

筆者ら（5，6）は，野外観測において本調査地の乾燥鉱質土壌

2.2 (1.2)

1.0 (0.3)**

処理により土壌呼吸の Q10 値が変動したことを報告した。

括弧内は標準偏差，*および**は有意水準 p<0.05 および p<0.01

この原因として，土壌呼吸の発生源である根呼吸や微生で有意差あり物呼吸の Q10 値が変化したのではなく，乾燥処理によって根呼吸よりも影響を受けやすい微生物呼吸が変動した

表－２. 細根，リター，鉱質土壌 CO2 放出速度の Q10 値

結果，異なる Q10 値をもつ微生物呼吸および根呼吸の土細根リター

鉱質土層

壌呼吸全体に対する寄与率が変化することによって土壌2.24 a (0.37)

2.84 a (0.27)

4.60 b (1.30)

呼吸の Q10 値が変動したのではないかと推測された。

値は対照区および乾燥区をともに含んだ平均値，括弧内は標準偏差，異なるアルファベットは試料種間に有意差あり(p<0.05))

謝辞：本研究は，日本学術振興会科学研究費補助金「土壌呼吸の温度特性におよぼす土壌水分変動の影響」(課題番号 26450216)によって実施した。

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