二酸化炭素濃度2倍の水田における一酸化二窒素生成・消滅過程の同位体比を用いた解析

利用同位素比分析两倍二氧化碳浓度稻田中一氧化二氮的产生和消退过程

• 批准号: 12J05597
• 负责人: 矢野 翠
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J05597/
• 关键词: N20; 脱窒; 分子内窒素同位体分布; 土壌; N_2O

水田の非耕作期間について「高CO_2濃度区」と「外気区」を対象に地表放出N_2Oおよび土壌内N_2Oのモニタリングを行い、N_2Oの分子内窒素同位体分布と、アンモニア・硝酸の窒素酸素同位体比を指標として微生物の代謝過程を解析した。一年目および二年目のモニタリングについて、大気へのN_2O放出量は8月下旬の落水後に増加して9月中旬にピークとなり、10月にかけて減少した。一方で、10cm深の土壌内ガス中のN_2O濃度とN_2O放出量との間に相関は見られず、土壌内N_2O濃度は降雨による土壌永分量の急激な増加に伴い一時的に上昇した。このことから、春先の灌漑開始時と同様に、土壌水分量が非常に多い場合には生成されたN_2Oが一時的に土壌内に蓄積することが分かった。二年目のモニタリングにおいても、一年目と同様に高CO_2条件がN_2O放出量および土壌内ガス中のN_2O濃度に与える影響は有意ではなかった。加えて、N_2Oやその基質の同位体比から推定したN_2O生成・消費過程への高CO_2条件の影響も、一年目の観測については有意ではなかった。以上のことから、一年目の観測については水稲生育期間中の大気CO_2濃度を増加させた場合においても落水後のN_2O放出量およびそれに関わる微生物過程への影響は見られなかった。また、同位体解析により、土壌空隙の含水率が50-80%の場合にはバクテリアまたはアーキアによる硝化または糸状菌による脱窒がN_2O生成に大きく寄与する一方で、80%以上の場合にはバクテリアによる脱窒がN_2O生成に大きく寄与することを明らかにした。さらに、バクテリアまたは糸状菌の生育を阻害する物質を用いた土壌培養実験を行い、それぞれの微生物による脱窒由来のN_2O放出量を比較した。比較的好気的な場合(最大容水量の60%)においては、バクテリアよりも糸状菌の寄与が大きいことが示され、その結果は野外での観測結果を支持した。

稻田非耕种期间，在“CO_2高浓度区”和“室外空气区”监测地面释放的N_2O和土壤中的N_2O，并监测N_2O分子内氮同位素分布和氮氧以氨和硝酸盐的同位素比值为指标，分析微生物的代谢过程。第一年和第二年的监测显示，8月下旬降水后，N_2O释放到大气中的量增加，9月中旬达到峰值，直到10月才减少。另一方面，10 cm深度土壤气体中的N_2O浓度与N_2O释放量之间不存在相关性，土壤N_2O浓度由于降雨导致土壤永久体积快速增加而暂时增加。由此发现，当土壤含水量很高时，生成的N_2O会暂时积累在土壤中，与早春开始灌溉时类似。第二年的监测与第一年一样，高CO_2条件对N_2O排放量和土壤气体中N_2O浓度的影响并不显着。此外，根据第一年的观测结果，根据N_2O及其底物的同位素比估计，高CO_2条件对N_2O的产生和消耗过程的影响并不显着。由上可见，在第一年的观测中，即使提高水稻生育期大气CO_2浓度，对落水后N_2O释放量及相关微生物过程也没有影响。此外，同位素分析表明，当土壤空隙含水量为50-80%时，细菌或古菌的硝化作用或丝状真菌的反硝化作用对N_2O的产生有显着贡献，而当土壤空隙含水量超过80%时，细菌的作用显着。表明N_2O引起的反硝化对N_2O的产生有很大贡献。此外，我们还使用抑制细菌或丝状真菌生长的物质进行了土壤培养实验，并比较了每种微生物反硝化过程中释放的N_2O的量。在相对有氧的条件下（最大水容量的 60%），真菌的贡献大于细菌，这支持了现场观察。

项目成果

Large contributions of nitrification and fungal denitrification in N_2O Productions in drained paddy fields exposed to CO_2 of current and future atmospheric concentrations

暴露于当前和未来大气浓度CO_2的排水稻田中硝化和真菌反硝化对N_2O产生的巨大贡献

• 发表时间: 2013
• 作者: M. Yano;S. Toyoda;T. Tokida;K. Hayashi;T. Hasegawa;H. Nakamura;A. Makabe;K. Koba;N. Yoshida
• 通讯作者: N. Yoshida