三酸素同位体組成を指標に用いた大気沈着窒素-森林生態系間相互作用の定量的評価法

概要

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近年東アジア域を中心に大気中への人為的固定態窒素（NOxなど）の放出量が増大しつつあり, これがもたらすNO^[-]_[3]沈着量の増大が, 森林などの陸上生態系に与える影響について関心が集まっている. 森林生態系は, 大気から沈着するNO^[-]_[3]（NO_[3]^[-]_[atm]）の多くを光合成（同化）過程において吸収していると一般に考えられているが, 森林生態系は多要素からなる複雑系で不均質性が高い. さらに, 有機体窒素から再生したNO^[-]_[3]（NO_[3]^[-]_[re]）に関しては放出源として挙動するため, ある森林生態系の局所的観測から, 全体の吸収量を定量化したり, 森林生態系毎の吸収量の差異を評価したりすることは難しい. そこで近年, NO_[3]^[-]_[atm]だけが自然発生源で唯一0以外の値を示し, かつ一般の反応過程おいて値が変化しない, NO^[-]_[3]の三酸素同位体組成（Δ17O値）を利用する方法が提案されている［Michalski et al., 2004b; Tsunogai et al., 2010］. これは森林生態系を経由して流出した地下水中に含まれるNO^[-]_[3]のΔ17O組成が, 大気から沈着したNO^[-]_[3]と森林生態系内で生成したNO^[-]_[3]の混合比を反映していることを利用している. この新手法を用いることで, 森林生態系環境に変化・擾乱を与えず, また手間やコストを大幅に削減しながら, より信頼度の高い見積値の算出を実現出来る可能性がある. 本論文では東アジア域で初めてNO^[-]_[3]のΔ17O組成を指標に用いて, 大気から沈着した窒素と森林生態系の相互作用を評価した研究［Tsunogai et al.,2010］についてレビューし, その有用性を検証する.This paper reviews recent advances in using the 17O anomalies (Δ17O) to trace the fate of atmospheric nitrate that had deposited onto a forest ecosystem, especially for the recent studies by Tsunogai et al.［2010］in which the fate of atmospheric nitrate deposited onto a forest ecosystem have been successfully traced by Δ17O for the first time in East Asia. In the study, the stable isotopic compositions of nitrate in precipitation (wet deposition) and groundwater (spring, lake, and stream water) were determined for the island of Rishiri, Japan, which is a representative background forest ecosystem for East Asia. The deposited nitrate had large 17O anomalies with Δ17O values ranging from ＋20.8 ‰ to ＋34.5 ‰ (n＝32) with ＋26.2 ‰ being the annual average. On the other hand, nitrate in groundwater had small Δ17O values ranging from ＋0.9 ‰ to 3.2 ‰ (n＝19), which corresponds to an mixing ratio of atmospheric nitrate to total nitrate of 7.4±2.6 %. Comparing the inflow and outflow of atmospheric nitrate in groundwater within the island, Tsunogai et al.［2010］estimated that the direct drainage accounts for 8.8±4.6% of atmospheric nitrate that has deposited on the island and that the residual portion has undergone biological processing before being exported from the forest ecosystem.大気圏と生物圏の相互利用. 北海道大学低温科学研究所編

三酸素同位体組成を指標に用いた大気沈着窒素-森林生態系間相互作用の定量的評価法

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