関東森林研究

速 報68-1(2017)

降雨および土壌水分変動が土壌呼吸の温度特性におよぼす影響
Effects of rainfall and soil moisture fluctuation on the relationship between soil respiration andtemperature
阪田匡司＊1・野口享太郎＊1・平井敬三＊1
Tadashi SAKATA＊1, Kyotaro NOGUCHI＊1 and Keizo HIRAI＊1＊１ 森林総合研究所
Forestry and Forest Products Research Institute
要旨：降雨や土壌水分の変動が土壌呼吸の Q10 値およぼす影響を明らかにするために、茨城県かすみがうら市に位置する 40 年生スギ人工林において、降雨遮断処理をおこない、降雨前後の土壌呼吸測定をおこなった。無降雨期間中の土壌水分の低下に伴い土壌呼吸は低下したが、鉱質土層からの CO2 放出の低下は明瞭でなかったことから、乾燥に伴う A0 層からの CO2 放出の低下によるものであると考えられた。降雨前および降雨後の土壌呼吸の Q10 値は対照区では違いはなく、降雨遮断区では上昇し、A0 層を除去した場合では対照区・遮断区ともに変化しなかったことから、乾燥による A0 層の分解抑制が土壌呼吸の Q10 値の変動に強く関与していることが考えられた。
キーワード：Q10・乾燥処理・A0 層・鉱質土層・有機物分解

Ⅰ はじめに響するかは明らかになっていない。そこで、本研究では土壌呼吸は根呼吸や微生物分解呼吸によって土壌中で土壌呼吸の Q10 値に対する土壌水分の影響を評価するた生成される CO2 が大気中に放出される現象のことで、陸めに、水分条件以外を同一条件にした降雨遮断処理区と域生態系の炭素循環において、光合成に次いで大きな炭無処理区を設けて土壌呼吸観測をおこない、降雨および素フローである（IPCC（１））。そのため、大気中の CO2

土壌水分の変動による土壌呼吸の Q10 値の変動解析をお循環や森林生態系の炭素動態を予測するためには、土壌こなった。

呼吸の変動要因をすることは明らかにする必要がある。
土壌呼吸はさまざまな環境要因に応答し、特に温度と水Ⅱ 方法分との関係が重要であることが知られている（Luo and１．調査地 本研究は茨城県かすみがうら市に位置すZhou（３））
。近年の気候変動による気温や降水パターン

る（研）森林総合研究所千代田苗畑構内にあるスギ人工の変動に伴って、温度上昇のみならず、地域によっては林でおこなった。林齢は 40 年生で下層植生のほとんど過湿や乾燥の極端化が危惧されている（IPCC（１））
。そなく、地形はほぼ平坦、土壌型は適潤性褐色森林土またのため、土壌呼吸の将来予測のためには温度と水分の変は適潤性淡黒色土である。その他、調査地詳細について動が土壌呼吸におよぼす影響をより正確に評価することは Konopka et al.（２）を参照されたい。
２．調査項目 2016 年７月 24 日より土壌呼吸の連続が重要である。
土壌呼吸は温度に強く依存し、指数回帰による Q10 モデル式がよく用いられる（Luo and Zhou（３））
。

観測を開始した。対照区および降雨遮断区にそれぞれ４基の自動開閉チャンバーを設置し、そのうち、それぞれRs=a×Q10(T/10)の処理区で A0 層を除去したチャンバーを 1 基ずつ設け

ここで、Rs は土壌呼吸（gCm-2d-1）、T は温度（℃）、aた。降雨遮断区は８月 15 日より 2.7×5.4m のビニールシおよび Q10 はパラメータを表す。また、土壌水分にも影ートを高さ１～1.5m に樹幹の間に張り、降雨遮断を開始

響をうけ、乾燥や過湿条件で土壌呼吸が低下する制限モした。土壌呼吸の測定間隔は１時間おきにおこない、６デルが報告されている（Luo and Zhou（３））。しかし、温分間チャンバーが閉じたときの CO2 濃度上昇速度から土度依存性のパラメータである Q10 値と土壌水分は独立で壌呼吸を算出した。その他、林内の気温および深さ５cm扱われることが多く、Q10 値に土壌水分がどのように影の地温、深さ 20cm の土壌含水率を 10 分間間隔で連続測－75 －（受理日 2017 年 3 月 30 日）

定した。

引用文献
（１）IPCC (2013) Climate Change 2013: the Physical Science
Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment

Ⅲ 結果と考察
全ての処理区で土壌呼吸は概ね地温の変動に追随する

Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change,

ように変動していた（図－１）。無降雨期間終盤の８月中

Cambridge University Press, New York: 1535 pp

旬頃の A0 層を除去していない土壌呼吸は、A0 層を除去

（ ２ ） KONOPKA B., NOGUCHI K., SAKATA T.,

したチャンバーの土壌呼吸とほぼ同水準まで低下してい

TAKAHASHI M. and KONOPKA Z (2007) Effects ofたことから、A0 層からの CO2 放出がほとんどなかったと

simulated drought stress on the ﬁne roots of Japanese cedar

考えられた。このことから、鉱質土層よりも A0 層の有機(Cryptomeria japonica) in a plantation forest on the Kanto Plain,

物分解の方がより無降雨による乾燥の影響を受けやすい

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

ことが示唆された。

（３）LUO Y. and ZHOU X. (2006) Soil respiration and the

8 月 16 日以降の 100mm を超える大雨により対照区でenvironment. Academic Press, London: 316 pp

は土壌含水率が急激に大きくなり、遮断区ではわずかに大きくなった。遮断区で土壌含水率が上昇したのは林床面からではなく、土層側方から浸透水の影響のためであろう。降雨前後において地温も上昇傾向で、対照区の土壌呼吸は上昇した。その後、地温または土壌含水率の変動に土壌呼吸は追随して推移した。一方、遮断区の土壌呼吸は降雨直後上昇したのち低下し、約２週間後には A0層を除去したチャンバーの土壌呼吸と同水準まで低下した。遮断区における土壌呼吸の低下は A0 層からの CO2放出の低下によるものと考えられ、また、対照区の A0 層を除去したチャンバーの土壌呼吸も同水準なことから、本研究での乾燥程度では鉱質土層からの CO2 放出への影響はほとんどなかったと考えられた。
約２週間の無降雨期間後の降雨前後において、対照区の土壌呼吸の Q10 値は大きな違いは見られなかったが、遮断区では有意に変化していた（表－１）。また、A0 層を除去したチャンバーの土壌呼吸は対照区および遮断区とも降雨前後での Q10 値の違いは見られなかった。このことは A0 層からの CO2 放出の Q10 値が降雨遮断処理によって変化したことを示唆し、乾燥によって A0 層からのCO2 放出が低下し、見かけ上の土壌呼吸の Q10 値が上昇したと考えられた。

図－１. 土壌呼吸と環境要因の経時変化（日平均値）

以上のことから、A0 層からの CO2 放出は鉱質土層からの CO2 放出よりも乾燥の影響を受けややすく、また、土壌呼吸の Q10 値の変動は A0 層からの CO2 放出の Q10 値の表－１. 降雨前後の土壌呼吸の Q10 値変動に強く影響されることが示唆された。今後は A0 層か

降雨前

降雨後

(7/27-8/6)(8/19-8/28)

対照区・A0 あり

2.79 a2.52 a

謝辞：本研究の一部は日本学術振興会科学研究費補助金

遮断区・A0 あり

1.82 a9.94 b「土壌呼吸の温度特性におよぼす土壌水分変動の影響」

対照区・A0 なし

1.96 a1.97 a遮断区・A0 なし

1.95 a2.01 aらの CO2 放出の Q10 値に対する乾燥の影響をより詳細に処理明らかにする必要があろう。

（課題番号 26450216）によって実施された。

アルファベットの相違は降雨前後の Q10 値の有意性（P<0.05）を示す－

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