CO2　enrichment increases carbon and nitrogen input from fine roots In a deciduous forest Iversen CM, Ledford J, Norby RJ. New Phytol 179: 837-847 (2008) 伊藤寛剛　（Ｍ１）

動機 現在、札幌FACEにて高CO2環境下における根の動態について研究中 →過去の知見が少ない分野 近年、画像解析を用いた観測手法が発達 野外で根の研究: 測定や解析が困難 →過去の知見が少ない分野 近年、画像解析を用いた観測手法が発達 →この手法を用いて、高CO2環境下の樹木の根を対象とした研究を発見!!

C貯留とN利用にどのような影響を及ぼすか？ 本日のお話 高CO2環境下で樹木の細根は、土壌中の C貯留とN利用にどのような影響を及ぼすか？ Oak Ridge FACEでSweetgum（モミジバフウ）の　　人工林を用いた実験 地中を撮影するカメラで樹木の細根を追跡 　　　　（ミニライゾトロン法）

変動環境下（ex;大気中のCO2増加）では、 土壌にCを供給する細根の役割はますます重要に!? はじめに 細根（Fine Roots）とは？ 主に直径2mm以下の根で、養水分の吸収が活発 根の中でも、炭水化物や窒素を多く含む（ Guo et al., 2004; Gordon & Jackson, 2000） 葉と比べて比較的寿命が短い（数週間～数日） 陸上生態系の純生産量の1/3を占める（Jackson et al., 1997） →森林土壌は主要な炭素貯留場所 変動環境下（ex;大気中のCO2増加）では、 土壌にCを供給する細根の役割はますます重要に!?

はじめに 高CO2環境下での細根 細根の生産量が増加する（Gill & Jackson, 2000; Norby & Jackson, 2000） ターンオーバー（Turnover; 発生から枯死まで）が早い（Gill & Jackson, 2000; Norby & Jackson, 2000）

はじめに 細根のターンオーバー測定 ミニライゾトロン法 地下の成長プロセス・・・隠れていて見えない 根の成長・・・大小様々な根が複雑に枝分かれ →野外での観測が非常に困難 従来の研究： 根を採集して推定・・・観測は一度きり ミニライゾトロン法 地中に透明なチューブを埋設して、カメラで根を撮影し　　画像解析を行う。非破壊なので、長期観測が可能

仮説 枯死した根が土壌へ供給するCやNの量は、 長期のCO2付加でどのような応答を示すか？ 多量の細根が富栄養な有機物として供給される →土壌中で利用できるNが増加する or 細根中のCの割合が増え、土壌中のC量も増加 →土壌中でNが利用しにくくなる

材料と方法 場所: Oak Ridge FACE（USA） 期間: 1998年～2006年（9年間） 使用樹種: Sweetgum （Liquidambar styraciflua L.） CO2処理: 対照区（380ppm）×3 高CO2区（560ppm）×2 ※1998年から10年生（12ｍ）の sweetgum にCO2付加を開始

ミニライゾトロンの設置 内径5.1cmのチューブを各サイト5本ずつ埋設 各チューブ幅12.4mm×長さ18mm×91枚撮影 4月～10月は2週に1回、 　　　それ以外は月1回撮影 画像解析ソフトで根の 　　　長さと直径を算出する 60° 深さ60cm

材料と方法 バイオマス量とN含量の推定 →根直径と相対関係にある（Pregitzer, 2002） 土壌コアサンプラーを用いて深さ30cmまで採集し、根を分別してスキャナーで撮影・画像解析 →総根長・体積・重量を算出し、根バイオマス量の推定式を作成 →根を直径別に分類し、N含量を測定

図2. 得られた推定式 根直径と （a）RML（根重/根長） （ｂ）窒素含量 の関係を表す （白丸：対照区、 赤丸：高CO2区） P<0.0001 図2. 得られた推定式 根直径と （a）RML（根重/根長） （ｂ）窒素含量 の関係を表す （白丸：対照区、 赤丸：高CO2区） r2=0.65 P<0.0001

材料と方法 処理（2段階）・深さ（４段階）で解析（ANOVA） 細根の根直径、生産量、現存量 細根のターンオーバー （＝総細根枯死量/現存量の最大値） ※通常は枯死量でなく生産量を使う

結果 図1. 細根の直径と観測された割合 （白丸：対照区、赤丸：高CO2区） 9年間の画像から得られた2mm以下の細根（約14000本）のうち、99％が１mm以下 ※根直径の構成割合に、処理よる変化無し（P>0.1）

結果 処理、深さによる変化なし 根直径（P>0.08, P>0.3） RML （根重/根長）（P>0.05, P>0.05） N含量（P>0.05, P>0.05） ※細根の密度・CN比に変化なし 高CO2によって細根の生産量・現存量が2倍に増加（P<0.003, P<0.003）

結果 図3. バイオマス供給量（枯死量） （白丸：対照区、赤丸：高CO2区） 高CO2で約2倍に増（P<0.005） 年によって、枯死量の多い深さが異なる →2001年以降は30ｃｍ以下の枯死量が増加 →9年間を平均すると、深さごとの枯死量に差はない

結果 図4. 枯死細根によるN供給量 （白丸：対照区、赤丸：高CO2区） 高CO2で約2倍に増（P<0.01） 年によって、N量は変化

結果 図5. 細根のターンオーバー （白丸：対照区、赤丸：高CO2区） 高CO2で減少（P<0.05） ※2001年までは測定回数・期間が少ないため、正確に枯死量が見積もれず ・・・機器の機能上、冬季に撮影できず 高CO2で減少（P<0.05）

考察 高CO2によって細根の生産量が約2倍に増加 落葉後の細根枯死量が、全体の65％に至る年もあり ・・・札幌は積雪で大変ですが →高CO2でターンオーバーは減少したが、供給するバイオマス量及びN量は2倍に増加 落葉後の細根枯死量が、全体の65％に至る年もあり →可能な限り、冬季も撮影＆撮影間隔を短くするべき!! ・・・札幌は積雪で大変ですが 冬も頑張る予定です!!

考察 高CO2によるターンオーバーの減少 →30ｃｍ以下の細根が増加したため ※深いところでは養分の環境も悪く、呼吸量も減るため、根が長生きになる！ →根が深くなるほどターンオーバーが減少し、土壌へのC・Nの供給は遅れる

考察 →しかし、生産性を抑制させるわけでは無い（Norby et al., 2005など） 高CO2下で土壌へのC供給が続くと、N利用効率が低下（Luo et al., 2004） →しかし、生産性を抑制させるわけでは無い（Norby et al., 2005など） ※細根のCN比にも変化が見られない →細根の枯死量増加によって、土壌に新鮮な有機物を供給し、微生物を活性化？ →実際のところ、生態系内の窒素供給と無機化の関係を表せるモデルが未発達のため、将来予測は難しい…

まとめ 高CO2下において、細根が土壌のC・N量に与える影響は？ →土壌へ供給されるC・N量は増加 供給後の行方は、モデルの発達に期待！ 細根の生産量・現存量・枯死量が約2倍に増加 ターンオーバーは減少する（深度による影響） 細根のCN比には変化なし →土壌へ供給されるC・N量は増加 供給後の行方は、モデルの発達に期待！