1　はじめに
陸上生態系では，リター（落葉落枝や動物遺体）として地上に落ち，土壌動物や微生物の作用によって変形，分解されながら，地表から土壌中へと移行し，しだいに無機物に還元される．そのとき，遺体の大半を占めていた有機炭素化合物は，最終的にはCO,にまで分解される．分解産物であるCO₂の一部は水に溶け，あるいは水溶性の塩類となって溶脱されるが，大部分は植物地下部の呼吸により生じたCO₂とともに地表から大気中に放出される．この現象は，土壌呼吸と呼ばれている.炭素同位体は炭素循環におけるトレーサーとして重要な因子を与えることが可能である．森林生態系を構成する各リザーバーがもつ同位体比の違いや，各リザーバー間の交換過程における同位体分別効果を利用して，CO₂濃度測定やフラックス観測だけでは得ることができない森林生態系における炭素循環に関する詳細な情報が得られることが期待される.本研究では，大気中CO₂のリザーバーとして重要性が認識されている森林土壌に着目した．林床からのCO₂フラックスを測定し, CO₂フラックス変動への環境因子の影響を評価した．そして,炭素同位体比を用いて土壌呼吸の起源成分（根呼吸，土壌有機物分解，リター分解）の寄与割合を評価・検討した.
2　観測と分析
2.1   CO₂フラックス観測期間および観測地点
CO₂フラックス観測および炭素同位体比測定用試料の採取を， 2004年5,6,7,9,11月に実施した.本研究のCO₂フラックス観測地を含む林分は，愛知県東加茂郡稲武町に位置し(35°12’N, 137°24’ E)，名古屋大学生命農学研究科・農学部付属演習林（フィールド教育支援センター稲武フィールド）内にあるカラマツ(Larix leptolepis)朴である．稲武町はかつて林薬が代表的な産業であったこともあり，カラマツは原生していたのではなく，植林されたものである．樹齢は約40年，樹高は約15 mとなっている. 観測地の標高は1010 mである. アメダスによると, 2004年の観測地周辺の年降水量は2430 mm,平均気温は12.3 °Cである．補生などが代表的である，線斜面の地点に一辺30 mのコドラートを設置し，観測用プロットとした.
2.2   CO₂フラックス測定
林床からのCO₂フラックスの測定には，密閉チャンバー法を用いた．非分散型赤外線吸収ガス分析（NDIR）法を用いCO₂の濃度を測定した.本研究では，朴床からのCO₂フラックスに対するリター分解の寄与を評価するために，各測定点において，チャンバー内の(1)リターを残したもの， (2)リターを取り除いたもの，の2通りの測定を行った．深さ５cmにおける土壌温度および土壌体積含水率の測定を行った．土壌温度は各測定時刻に，土壌体積含水率は測定期間ごとにそれぞれ測定した.土壌表面からのCO₂フラックスは，密閉チャンバー内部のCO₂濃度上昇率から以下のように定義される.
ここで， f[gC m-² h-¹]は土壌表面からのCO₂フラックス， V[m³]はチャンバー容積， S[m²]はチャンバーでおおった土壌表面積， Tm [h]はチャンバー密閉時間である． ΔC [gC m~³]はチャンバー密閉時間でのCO₂濃度上昇量である.
2.3 炭素同位体比測定
採取したチャンバー内空気中CO₂およびリター，土壌有機物の炭素同位体比測定には，名古屋大学年代測定総合研究センター・タンデトロン加速器質量分析計2号機，および安定同位体比質量分析計（Finnigan MAT252, Thermo Electron Corp.）を用いた．次に示す２つの工程により，試料調製を行った．まず，採取したCO₂を分離・精製するために，真空ガラス装置を用いた．用いた装置は，Moriizumi et al.が開発した，大気中メタンの試料調製装置[3]の一部分を，CO₂の試料調製用に改良したものである.  CO₂の分離・精製操作は以下の手順で行った. 1.ガラス真空ラインのU字トラップを液体窒素(-196 °C)に浸した状態で試料空気を真空ラインに導入し，試料空気中のCO₂と水蒸気をトラップする.その後，窒素と酸素と排気する. 2.液体窒素に代えて，-90 °C前後に調整した液体窒素エタノールにU字管を浸し，隣り合ったもうひとつのトラップを液体窒素に浸すことによって，水蒸気をトラップしたままCO₂のみを次のトラップに捕集する. 3.上記の操作を2段階繰り返し，空気試料からCO₂のみを分離・精製する. 4.分離・精製したCO₂を定量管で定量する. 5. CO 2をPyrexガラス管に移し，ガスバーナーで封じ切りを行う．加速器質量分析計による炭素同位体比測定を行うためには，CO₂をグラファイトにする必要がある．分離・精製されたCO₂は，低バックグラウンドで，かつ長時間の安定測定が可能とされるKitagawa et al. [1]の方法によって鉄触媒上で水素を用いて還元，グラファイト化を行った.
2.4  ¹¹CO₂フラックスの算出
同位体組成が異なる2つのCO₂を混ぜた場合，混合に対する14C同位体比は，単純な質量収支式にしたがう．土壌表面付近空気成分および土壌呼吸成分のCO₂混合により，チャンバー内におけるCO₂濃度および同位体比の変動が評価できる．チャンバー内の炭素収支は式(2)のように書くことができる.
ここで， δ¹4C 0,  δ¹4C f,  δ¹4C resはそれぞれ，土壌表面付近CO 2, チャンバーを閉じて30分経過後のチャンバー内CO₂，土壌呼吸によるCO₂の¹4C同位体比，すなわちδ¹4C値[‰]である．そして， C 0， C t， C resはそれぞれ，土壌表面付近，チャンバーを閉じて30分経過した後のチャンバー内,および土壌呼吸のCO₂質量濃度[gC m-³]である. さらに,  Cf = Co + Cresの関係が成り立つ.式(2)は，土壌呼吸のδ¹³CとΔ¹⁴Cに対しても適用することができる. 14C同位体比の国際標準とされる(14C/12C)sTDは，比放射能に換算すると西暦1950年当時において， 0.226 ± 0.001 [Bq/gC]である[2].  ¹⁴Cの放射機変を考慮し，測定時（西暦2004年）における値に補正すると， 0.225 ± 0.001 [Bq/gC]となる． δ¹⁴Cの定義式より，試料の比放射能は(1 + δ¹4C/1000) × 0.225[Bq/gC]となる．この関係を用いて，チャンバー内部の¹4C放射能増加準から次式のように¹4CO₂フラックスF[Bq m-² h-¹]が評価できる.

3　結果と考察
3.1
林床からのCO₂,  14CO₂フラックス
林床からのCO₂フラックスはチャンバー内のリターを残した場合，取り除いた場合，ともに5月から9月にかけて増加し，9月にもっとも大きくなった後に11月にかけて減少した．CO₂フラックスの日変動幅は，9月がもっとも大きく，11月は小さかった．どの期間においても，CO₂フラックスはリターを残して測定したものの方が高い値を示し，CO₂フラックスに対するリター分解の寄与がみられた．リター分解の寄与は９月にもっとも大きくなり，およそ27 %となった. CO₂フラックスと土壌温度の関係を図1に示す．土壌温度の上昇にともないCO₂フラックスが増加した. 環境因子の中で，林床からのCO₂フラックスに影響を及ぼすものは土壌温度であった.図1 深さ５cmの土壌温度とCO₂フラックスとの関係.丸と黒三角はそれぞれ,リターあh-¹],  T :土壌温度[°C].表1は，各観測期間での土壌呼吸の炭素同位体比，CO₂フラックス， 14 CO₂フラックスおよび環境因子をまとめたものである． 14CO₂フラックスもCO₂フラックスと同様の変動を示し，9月に最も高い値となった.  5月においてδ¹4C resが大気中CO₂のδ¹4C  (≈ 80 ‰)を下回ったのは,気温と土壌温度の温度差が考えられる．５月は他の期間に比べて気温と土壌温度の差が大きい．土壌はこの時期はまだあまり温まっておらず，有機物分解は土壌表層のみでしか促進されなかったことが考えられる.
3.2 炭素同位体比を用いた土壌呼吸の各起源成分寄与割合評価
土壌呼吸のδ¹4C値は，以下の式より評価できる： & 14 Cres = 6 14 Croot · Rroot + 6 14 Clitter · Rlitter + 6 14 Csom · Rsom
ここで， δ¹4Cres,  δ¹4Croot,  δ¹4Clitter,  δ¹4Csomはそれぞれ, 土壌呼吸および根呼吸, リター分解,土壌有機物分解によるCO₂のδ¹4C値[‰]である.  (4)式の， Rroot， Riiter， Rsomは，土壌呼吸に対するそれぞれの起源の寄与割合を表し， R root + R litter + R SOM = 1である.土壌呼吸の各起源成分寄与割合評価の際には次のような仮定をした. 1.土壌呼吸の起源はリター分解，土壌有機物分解，根呼吸のみである. 2.根呼吸によるCO₂放出の炭素同位体比は，植物体のもつ炭素同位体比と同じである. (814Croot = 814Clitter) itsiəntuU  Byobrn
– IEI əs  yibidiz  ptuoiz  ət  -1 3.土壌有機物分解によるCO₂放出の炭茶同位体比は，土壌有機物のもつ炭茶同位体比と同じとし，土壌の平均値を用いる. 4.土壌の液相に溶解されるCO₂は，土壌中CO₂の量に比べてわずかであるため無視する.図2のような結果を得た．根呼吸は6月にもっともさかんで，その後，割合，CO₂放出量ともに液少した．これは，根呼吸が植物成長のさかんな初夏にもっとも促進されることに対応すると考えられる. 土壌有機物分解・リター分解量は，土壌温度の変化に一致して変動し，土壌温度の高い時期にさかんになることがわかる.リター分解の11月における寄与が非常に小さい.この原因としては土壌温度の低下のほかに，リター層は地表面大気と接していることより，地表温度がリター分解に影響している可能性が考えられる.
4　まとめ
山地森林でCO₂フラックス観測を行った. その結果，林床からのCO₂フラックス変動には土壌温度が主に関与し，リター分解の寄与は最大で27 %であると評価した．そして，炭紫同位体比を用いて土壌呼吸の起源成分の寄与を評価し，根呼吸は植物体の成長がさかんな時期に促進され，土壌有機物分解は土壌温度の高い時期に促進されることを得た.さらに,リター分解は土壌温度とともに，地表面温度にも影響されることが確認された.名古屋大学年代測定総合研究センターの中村俊夫教授にはタンデトロン加速器質量分析計2号機による14C測定をしていただき，池田晃子技官には試料のグラファイト化調製についてご指導いただきました.この場を借りて深く御礼申し上げます. [1] H. Kitagawa, T. Masuzawa, T. Nakamura, and E. Matsumoto.  A batch preparation method for graphite targets with low background for AMS 14C measurments. Radiocarbon, Vol. 35, pp. 295– 300, 1993. [2] W. G. Mook and J. van der Plicht. Reporting 14C activities and concentrations. Radiocarbon, Vol. 41, pp. 227–239, 1999. [3] J. Moriizumi, K. Nagamine, T. Iida, Y. Ikebe, and T. Nakamura.  Preparation of trace amount of atmospheric methane for measuring 14C isotopic ratio. Chikyukagaku (Geochemistry) , Vol. 29, pp. 99-111, 1995. (in Japanese).
Jun MORIIZUMI† Fumitaka HOSOE* Takao IIDA† Hiromi YAMAZAWA† *Quantum Science and Energy Engineering Course, Department of Physical Science and Engineering, School of Engineering, Nagoya University Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya-shi, 464-8603, Japan Tel. +81-52-789-4676 / Fax. +81-52-789-3782 †Department of Energy Engineering and Science, Graduate School of Engineering, Nagoya University To clarify the behavior of carbon in terrestrial ecosystem, soil CO2 ef- fluxes were measured in a deciduous forest by using closed chamber method. Soil temperature mainly took part in seasonal variation in soil CO 2 efflux from the forest floor.  The contribution of litter decomposition to soil CO 2 efflux was evaluated as 27 % or less. By using carbon isotope, the contributions of soil respiration sources were evaluated.  Root respiration was promoted in the time of growth of vegetation, and decomposition of soil organic matter was promoted in the time when soil temperature was high. It was confirmed that not only soil temperature but also forest floor temperature influenced litter decomposi- tion.細江史高,森泉純,山澤弘実,飯田孝夫：“森林士壌表面からの二酸化炭素フラックスおよび同位体組成の評価”,日本原子力学会中部支部　第36回研究発表会, R9, 2004年12月7日,名古屋大学VBL .