第６章

微生物系物質循環に関する調査研究

6.1 土壌における炭素の蓄積と放出の調査
Carbon Transfer in Agricultural Soil Containing Plant Biomass
永井 勝, 坂田 洋, 多胡 靖宏, 中村 裕二
環境シミュレーション研究部

Masaru NAGAI, Hiroshi SAKATA, Yasuhiro TAKO, Yuji NAKAMURA
Department of Environmental Simulation
Abstract
C-14 released into the atmosphere from a spent nuclear fuel reprocessing plant is partly taken up byrice plants through photosynthesis. In Aomori Prefecture, the prefectural government has recommended thatrice straw be buried in paddy fields after harvest for the purpose of soil improvement and/or for theprevention of air pollution by burning the straw. The purpose of this study is to model the movement ofcarbon through the atmosphere, plants and soil in agricultural fields, and to clarify possible long-term
accumulation of 14C in soil, which would be introduced in plant biomass by burying of rice straw. In thisexperiment, a stable isotope of carbon (13C) was used as a substitute tracer for 14C.
In April 2008, the 13C-enriched rice straw was cut into pieces of 10 cm in length and buried ascompost in paddy soil with the concentration 0.6 kg (dry weight)/m2. The total amount of carbon released as
CO2 during the period from April to November, was 261 gC/m2 from the soil with compost, compared to175 gC/m2 from the soil without compost. The highest 13C concentration in CO2 released from the soil wasobserved in June and July, which suggested that active degradation of rice straw buried in paddy soil
occurred in early summer. The result of the analysis of carbon in the soil showed that about 49% of thecarbon originally contained in the straw remained in the soil in November.
The compost consisting of13C-enriched rice straw and stubble was also spread onto a carrot field in

July 2008. The total amount of carbon released during the period from July to November was 110 gC/m2 and65.4 gC/m2 from the soils with and without compost, respectively. The concentration of 13C in CO2 released
from the soil was the highest immediately after introducing the compost, and then decreased. It was alsosuggested that about 59% of the carbon in the straw remained in the soil in November, 4 months after adding
it to the soil.
1. 目的の影響評価に資するため、水田への稲ワラの鋤き込
14

大型再処理施設の稼動に伴い、放射性炭素（ C）み、あるいは稲ワラを用いた堆肥の施用等、バイオが周辺環境に放出され、その一部は光合成により農マスの再利用に伴う農耕（水田及び畑）土壌中の炭作物に取り込まれる。稲ワラ等の作物非可食部の一素の挙動、特に土壌中での炭素の収支（分解速度と部は、耕地への残留、茎葉部の鋤き込み、あるいはガス発生速度）と蓄積、及び土壌から発生した二酸

14

堆肥の材料などとして、 Cを含んだまま耕地に戻さ14れる。本調査は、大型再処理施設から放出される C化炭素の植物への再吸収量等を求めることを目的としている。

平成 20 年度は、トレーサーとして13Cを多く含む施用区と通常稲ワラ施用区の土壌中13C量は、鋤き込稲ワラ（13C標識稲ワラ）を鋤き込んだ水田及び13C

み直後はそれぞれ 38.8 g13C/m2 、31.5 g13C/m2であっ

標識稲ワラと牛糞より作成した堆肥を施用した畑地

たが、施用 7 ヶ月後の 11 月にはその差は 3.8g13C/m2

における土壌中13C放出量と13C残存量の調査で得らに減少した。このことから鋤き込まれた稲ワラ由来れた稲ワラに由来する炭素の土壌への蓄積量についの炭素のうち 49％が土壌に残留していることが明て報告する。

らかとなった。試験期間中に土壌より放出された全炭素量は施用区では 261 gC/m2、非施用区では 175

2. 方法gC/m2と算出された。1 日あたりの炭素放出量は 9 月

2.1 13C標識稲と堆肥の作成方法の落水処理後に最大値が観測された。放出ガス中のビニールハウス内でワグネルポットを用いて水耕栽培した稲を一定期間人工気象器内に移し、13CO2を1313

C濃度は鋤き込み直後は低く、地温が上昇する 6 月に最大値を示し 2.4 atom%に達した (Fig. 3)。栽培期ばく露して、光合成により Cを取込ませた。通常の間中に 13C含標識ワラ施用区の水田土壌から放出さ稲の13C含有率は 1.07 atom%であるが、作成した13Cれた13C量は 3.64 g13C/m2と算出された。また、非施標識稲の13C含有率は 4.9 atom%であった。この稲を用区土壌から放出された13C量（1.92 g13C/m2）との裁断し、牛糞と混合したものを人工気象器に入れ、差より、鋤き込まれた稲ワラの 18.5％が二酸化炭素1337 度で醗酵させたものを C標識堆肥とした。作成
13として放出されたと考えられた。

した堆肥の C含有率は 2.6 atom%であった。

また、13C標識稲ワラを鋤き込んだ水田で栽培した

2.2 水田における炭素の蓄積と放出の調査

水稲は対象区よりも13Cを多く含んでおり、鋤き込ん水田には平成 20 年 4 月 14 日に13C標識稲ワラの鋤13き込みを行い、 C稲ワラ施用区、稲ワラ施用区と非2施用区を策定した。施用区には 0.6 kg (乾燥重量)/m

だ稲ワラ中炭素の一部が稲に吸収される可能性を示唆している。
3.2 畑地における炭素の蓄積と放出の調査になるように稲ワラを鋤き込んだ。定期的な土壌サ畑地には平成 20 年 7 月 17 日に13C標識稲ワラと牛ンプリングにより、土壌中の13C量の変動を通年で調糞を主原料とした堆肥を施用し、畑地試験を開始し査した。また、クローズドチャンバー法により月にた。

一度（夏期は週に一度）土壌からの二酸化炭素放出

堆肥施用直後の 13C標識堆肥施用区と通常堆肥施量および13C放出量を測定し、年間の土壌呼吸量と稲用区の土壌中 13C量はそれぞれ 20.3 g13C/m2 、16.8

ワラ由来の炭素放出量を求めた。

g13C/m2あったが、栽培終了時の 11 月にはその差は2.3 畑地における炭素の蓄積と放出の調査1.9 g13C/m2 に減少した(Fig. 2)。このことから施用さ畑には平成 20 年 7 月に、13C標識稲ワラと牛糞を2れた堆肥由来の炭素のうち 59％施用から 4 ヶ月後も主原料とした堆肥を施用し（2 kg/m ）、ニンジンを土壌に残留していることが明らかとなった。試験期栽培した。水田同様に定期的な調査を行い、土壌中間中に土壌より放出された全炭素量は施用区では13の C量の変動ならびに年間の土壌呼吸量と堆肥由110.3 gC/m2、非施用区では 65.4 gC/m2と算出された。

来の炭素放出量を求めた。

1 日あたりの炭素放出量は 7 月の堆肥施用直後に最大値が観測された。放出ガス中の13C濃度を調べると、3. 成果の概要堆肥施用直後が最も高く（1.8 atom%）、その後減少

3.1 水田における炭素の蓄積と放出の調査した (Fig. 4)。13C標識堆肥を施用した畑地土壌から施用区に13C含有稲ワラを鋤き込み、水田試験を開放出された13C量は 1.41 g13C/m2と算出された。非施用区土壌から放出された13C量（0.71 g13C/m2）との始した。
施用区に稲ワラを乾燥重量で 0.6 kg/m2になるよ13うに鋤き込み、水田試験を開始した。 C標識稲ワラ差から、土壌に施用された堆肥の 14％が二酸化炭素として放出されたと考えられた。

Fig. 3
released from the paddy soil
The 13 C concentration of gases

1Fig. 4
released from the carrot field

The 13 C concentration of gases
2008.11.14

2008.10.31

1.5

2008.10.3

21.8

2008.10.17

3.5

2008.9.5

soil buried with 13 C enriched straw

2008.9.19

2.5

Fig. 2

2008.8.8

Fig. 1 The excess 13 C amount of the paddy

2008.8.22

02008.7.25

02008.7.11

10.5

2008.6.27

2008.11.25

2008.11.11

2008.10.28

2008.10.14

2008.9.30

2008.9.16

2008.9.2

2

2008.8.19

3

2008.6.13

5

2008.5.30

6

2008.8.5

7

2008.5.2

8

2008.7.22

g 1 3 C/m 2

2008.5.16

with 13C –enriched straw
13C施用区with straw
施用区
非施用区
without straw

13C concentration (atom%)2008.10.30

2008.10.16

2008.10.2

2008.9.18

2008.9.4

2008.8.21

2008.8.7

2008.7.24

2008.7.10

2008.6.26

2008.6.12

2008.5.29

2008.5.15

2008.5.1

2008.4.17

ジンは対象区よりも Cを多く含んでおり、水田の場
132008.4.18

2008.12.4

2008.11.20

2008.11.6

2008.10.23

2008.10.9

2008.9.25

2008.9.11

2008.8.28

2008.8.14

3

2008.7.31

2008.7.17

2008.7.3

2008.6.19

2008.6.5

2008.5.22

2008.5.8

2008.4.24

2008.4.10

2008.3.27

13C concentration (atom%)

また、13C標識堆肥を施用した畑地で栽培したニン合と同様に施用した堆肥中炭素の一部がニンジンに吸収される可能性が考えられる。

g 1 3 C/m 2
3.5

2.5

34

1.5

21

The excess of 13 C amount of the
carrot field spread with 13 C enrichedcompost2

with 13C –enriched compost
13C施用区with compost
施用区
非施用区
without compost

1.61.41.2

1