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Research Results 研究成果

光を使って地中の有机物と微生物活性を推定する新手法を开発

~野外における炭素循环研究の効率向上に期待~ 2023.08.04
研究成果Environment & Sustainability

ポイント

  • 土壌からの反射光を解析することで土壌有机物や颁翱2放出速度を推定する手法を提案。
  • 小型分光器で森林土壌の短波长赤外领域の分光反射率を深度别に计测。
  • 非破壊的かつ迅速な炭素动态モニタリングの発展に期待。

概要

 北海道大学北方生物圏フィールド科学センターの中路达郎准教授、信州大学理学部理学科物质循环学コースの牧田直树准教授、九州大学大学院农学研究院の片山歩美助教、国立环境研究所生物多様性领域の小熊宏之室长の研究グループは、野外の森林土壌中の有机物组成とそれが微生物に分解されることによって生じる颁翱2の放出速度を非破壊的かつ迅速に推定する新しい観测法を开発しました。
 森林の土壌には莫大な量の炭素が有机物の形で贮蔵されており、微生物はその一部を分解して大気中に颁翱2を放出しています。一般に、野外の土壌有机物组成の调査では、土壌の採取と室内分析が必要で、颁翱2放出速度の调査ではガス分析计が使用されてきました。しかし、この方法には现场の土壌环境を搅乱してしまう、调査地点数を増やしにくい、时间がかかるといった课题がありました。
 そこで研究グループは、短波长赤外领域(波长1000~2500苍尘)の反射光が有机物や水分の情报を反映することに注目し、地中に挿した光ファイバーと小型分光器によって计测した分光反射率をもとに、深さごとの土壌有机物の组成とそれらと関连する微生物による颁翱2放出速度が推定できることを示しました。今回开発した手法は、野外での炭素循环に関わる调査研究の効率を向上させ、深度ごとの地中の炭素量マッピングや颁翱2放出の多地点モニタリングへの贡献が期待されます。
 なお、本研究成果は、2023年6月21日(水)公開のAgricultural and Forest Meteorology誌に掲載されました。

研究で用いた分光放射计の一式(左)と林内における调査风景(右)?土壌中の分光反射を计测するために専用のプローブを製作し、野外で深さ别の迅速な分光反射率计测*1が可能な観测システムを构筑した。

用语解説

*1分光反射率計測 … 対象物に光を当て、そこからはね返ってくる光を(ここではグレーティングという物理的に凸凹のある素子を使用した)分光器に通すことで、波長ごとに分けてそれぞれの強さを計測する。既知の反射率を持つ物質と比較することで、相対的な反射率を計算する。対象物の物理性や化学性によってはね返ってくる光の強さが波長ごとに変わるため、その強さのパターンをもとに対象物の特徴を推定。生活の中では、乾燥粉末を対象に室内計測することで化学物質の品質管理を行う用例などがある。

论文情报

掲載誌:Agricultural and Forest Meteorology(農学?森林気象学の専門誌)
タイトル:
著者:Tatsuro Nakaji1, Naoki Makita2, Ayumi Katayama3, Hiroyuki Oguma4(1北海道大学北方生物圏フィールド科学センター, 2信州大学理学部理学科, 3九州大学大学院農学研究院, 4国立環境研究所生物多様性領域)
DOI:10.1016/箩.补驳谤蹿辞谤尘别迟.2023.109563
公表日:2023年6月21日(水)(オンライン公开)

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