森林土壌中のCO2放出速度を推定する新たな観測法を開発―土壌からの反射光を捉え、環境を乱さずに効率よくモニタリングが可能に：北海道大学/国立環境研究所ほか
(2023年8月4日発表)
北海道大学北方生物圏フィールド科学センターの中路 達郎（なかじ・たつろう）准教授らの研究グループは8月4日、森林土壌の有機物が分解されて出るCO2の放出速度を迅速に推定する画期的な観測法を開発したと発表した。土壌環境を撹乱（かくらん）せずに、幾つかの成分を数分で同時に捉えることができる。信州大学理学部理学科物質循環学コース、九州大学大学院農学研究院、（国）国立環境研究所生物多様性領域が加わった。
土壌中に有機物として蓄積されている炭素量は、全大気中のCO2の炭素量の2〜3倍に匹敵するといわれる。土壌CO2の増減の把握は、温室効果ガスの抑止対策だけでなく、今後の地球温暖化動向を推定する上でも重要である。
放出されるCO2量は、有機物の量と微生物の分解能力によって大きく異なる。これまでは土壌を掘り起こし、実験室に持ち帰ってガス分析計で計測していた。時間がかかり、調査地点数を増やしにくく、何より現場の土壌環境を撹乱してしまう恐れがあった。
研究グループは、短波長赤外領域（波長1,000〜2,500nm(ナノメートル、1nmは10億分の1m)）の反射光が有機物や水分の情報を反映することに注目。光ファイバーを地中に挿入し小型分光器で計った分光反射率をもとに、深さごとの有機物の組成と、関連する微生物によるCO2放出速度が推定できることを示した。
北大・苫小牧研究林の落葉広葉樹林と人工林から、有機物組成（全炭素や全窒素、リグニン、セルロース含量）がそれぞれ違うミズナラやイタヤカエデなど13樹種の周辺土壌を採取し、室内に持ち帰って分光反射率を測定した。このデータから有機物組成と水分、CO2放出速度を推定するモデル式を作った。
地中で跳ね返ってくる反射光をモデル式に当てはめ、有機物組成とCO2放出速度を丹念に推定。同時にガス分析計でも測定して両者の対応関係を検証した。
深さごとのCO2放出速度（推定値）と、従来のガス分析計による実測値はよく対応しており、モデル式から土壌中の有機物組成と水分量、土壌特性が推定できた。
屋外検証では、土壌の性質は地中の深さによって大きく変わった。①地表面ほど落葉に関連したセルロース量が多く②樹種によって地中の有機物量が異なることなどが分かった。
モデル式からの推定が大きく外れたのはケヤマハンノキで、窒素を取り込む細菌との共生関係が強く、周囲の土壌成分量が多かった。養分環境が大きく異なると推定モデルが当てはまりにくいことがわかり、改善の余地も残された。
森林土壌を大きく掻き乱すことなく、１地点あたり数分で計測ができ、土壌の特性やCO2の放出速度を同時測定できるこの手法は世界初という。今後、農地や施設園芸など一定の環境内での土壌養分の監視や管理などにも応用できるとみている。
