土壌凍結地帯における土壌中での亜酸化窒素生成動態の観測とその制御要因の解明

冻土区土壤一氧化二氮生成动态观测及控制因素解析

基本信息

批准号：
08J04158
负责人：
柳井洋介
金额：
$ 1.54万
依托单位：
National Agriculture and Food Research Organization
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J04158/
关键词：
亜酸化窒素土壌凍結寒冷地シリコンチューブ微気象土壌ガス温室効果ガス脱窒寒冷地農業シリコンチューブ法微気象観測土壌ガス濃度ガス透過性膜クローズドチャンバー法省耕起栽培自動連続観測微小嫌気部位ガルバニ電池式酸素センサー

项目摘要

観測初年目に年最大土壌凍結深と土壌からの亜酸化窒素放出量との間に正の相関関係が見られたことを受けて,本年度は土壌凍結をより発達させるよう除雪処理を徹底し,前年度に引き続き温室効果ガスの地表面放出速度の計測と合わせて土壌ガス濃度のモニタリングを行った.2010年の最大土壌凍結深は対照区では5cmほどであったのに対し除雪区では50cmにも及んだ.すなわち,積雪による断熱効果さえなければ,気温が十分に低いために土壌凍結は十分発達することが改めて確認された.除雪区での年最大土壌凍結深は2009年よりも大きかったことから2010年はより亜酸化窒素放出量が大きくなることが見込んでいたが,土壌ガス中亜酸化窒素濃度は2009年と違って表層10cmで濃度上昇がみられたにすぎず20,30,40cm深では大きな変化が見られず,土壌ガス中酸素濃度の低下はごくわずかかつ短期間に見られた程度で,地表面放出速度の最大値は2009年は1500ugNm^<-2>h^<-1>程であったのに対して2010年は100ugNm^<-2>h^<-1>程とケタ違いに小さなものであった.その要因として,2010年は除雪の結果としてほぼ無雪の状態で融解期を迎えたために地温が低く,微生物活性が高まらなかったためと単純に考えられた。しかし,これに加えて,凍結した表層土壌の相対ガス拡散係数が2009年より2010年は一ケタ高かったことが鉛直一次元におけるガス拡散の解析から明らかになったことから,土壌中でたとえ酸素の消費が起きたとしても大気から土壌への供給が10倍のオーダーで2010年は2009年より高かったことが硝酸呼吸を誘導するような酸素濃度低下状態に至らせなかった原因であると考えられた.

第一年观测发现，年最大土壤冻结深度与土壤释放一氧化二氮量呈正相关。今年，深入开展除雪工作，进一步发展土壤冻结。年，监测土壤气体浓度并测量地表温室气体释放率。2010 年土壤最大结冰情况对照地块的深度约为5厘米，而除雪地块的深度则达到了50厘米。换句话说，再次证实，在没有积雪隔热作用的情况下，温度足够低，足以使土壤结冰。除雪区年度最大土壤冻结深度较2009年更大，因此2010年氧化亚氮排放量较高。但与2009年不同的是，土壤气体中一氧化二氮的浓度仅在表层10厘米处有所增加，在20、30和40厘米深度处没有观察到较大变化，气体中氧浓度仅下降。轻微，观测时间短，2009年地表最大释放量为1500。虽然约为 ugNm^<-2>h^<-1>，但 2010 年要小得多，约为 100ugNm^<-2>h^<-1>，人们简单地认为这是因为土壤温度较低。 2010年由于除雪和融雪季节开始时几乎没有雪，所以微生物活动没有增加。但除此之外，在一个垂直维度上的气体扩散分析表明，2010年冻土表层土壤的相对气体扩散系数比2009年高出一个数量级。即使发生硝酸消耗，来自2010 年土壤中的氧气浓度比 2009 年高出约 10 倍，这被认为是氧气浓度没有下降到引起硝酸盐呼吸的程度的原因。