Research

温暖化と大気CO₂濃度の増加が水田からのメタン放出量に与える影響の解明

水田は最も大きな人為的なメタン放出源の一つです。しかし増え続ける世界の人口を考えれば、水田耕作自体の縮減は想定し得ません。予想される急激な気候変化の緩和に向けて効率的なメタン放出量削減技術を開発することは、世界の水田の90%が偏在するアジア地域の研究者に課せられた重要な課題です。

ところが、最近、温暖化自体が水田からのメタン放出量をさらに増大させることが分かってきました。その原因は大きく分けて二つあります。一つ目は、温暖化が土壌中のメタン生成活動を高めること、もう一つは大気中のCO₂濃度の増加によって、イネの成長が促進され、その結果メタンの基質になる有機物がより多く土壌へ供給されることにあります。このような温暖化がさらなる温暖化を引き起こすという「正のフィードバック」の程度を正しく把握することは、将来の気候予測にとって極めて重要なテーマです。

（独）農業環境技術研究所は岩手県雫石町の農家水田で大気CO₂濃度を増加させる、開放系大気CO₂濃度増加試験（Free-air CO₂ Enrichment, 略してFACEという）を1998年度から行っています。2007年度からは電気温床線による水・地温上昇試験を組み合わせることで、世界に先駆けてFACE-温暖化試験を行っています。この試験ではイネの成長・収量を始め様々な研究が行われていますが、メタン放出に対する影響の解明も重要なテーマの一つになっています。そのプロジェクトの中で現在自分が行っている研究項目は以下の通りです。

メタンフラックス測定による高CO₂・温暖化効果の実証的把握
地温上昇が水田土壌中の炭素の分解に及ぼす影響の解明、特に鉄還元（鉄呼吸）とメタン発酵に対する温度依存性の定量的把握
炭素安定同位体比（δ¹³C）によるメタンの基質源の分離、土壌有機物と光合成産物（イネ由来）の定量的分離
土壌・残渣の現場培養試験によるメタンの基質源の分離、前年の刈り株（残渣）と土壌有機物の定量的分離

水田土壌中のメタンバブル賦存量の計測技術の開発

これまで多くの研究者によって水田から大気へのメタン放出速度が測定されてきました。その結果、メタン放出量は様々な条件によって2オーダーも異なることが分かっています。しかしメタンの放出は、生成・貯留（一部酸化）・地上部への輸送といった一連の過程の結果で、単に放出量を測定しただけでは、環境に対する変動を十分に評価しえません。メタンの生成・貯留・輸送のバランスを明らかにするためには、土壌中のメタン賦存量を測定することが必要不可欠です。そして意外な事にそのような研究は非常に少ないのが現状です。

本テーマでは、1. 土壌物理の分野でよく使用される誘電率を用いた水分測定法を「泡」の定量に応用すること、2. 化学工学の分野で使用されてきたガスの膜分離技術を応用し、空間代表性の高い土壌ガス濃度の計測法を確立すること、等を主な目的としています。

泥炭地湿原の地下水面下で発生するメタンバブルの存在とその大気への噴出
地球上で最大のメタン放出源とされる湿地で、地下水面下の泥炭土壌中で生成されるメタンがどのように大気へ放出されるかに着目しています。これまでの研究から、1. メタンは地下水面下でも溶存態よりもむしろ気相バブル状態で主に存在すること、2. 大気圧が低下する局面では、メタンを含む（～50%に達する）気泡が噴出し、突発的で大きなメタン放出を引き起こすこと、などを明らかにしてきました。分野としては、地球物理学、土壌物理学、微気象学等が主に関連します（おもに物理的視点からの研究です）。メタンの微生物による生成という生物・化学的な研究と比べて、放出機構の研究は長い間あまり注目されませんでしたが、最近は「メタンバブル」に関する研究が世界的に盛んになってきています（まさにバブル？）。

その他のテーマ（密かに一生懸命やっているもの、手伝わせていただいているもの、妄想中のもの、などなど・・・）

温暖化と大気CO₂濃度の増加がイネの光合成と呼吸に及ぼす影響 -A-Ciカーブ、コンダクタンス、夜な夜なチャンバ測定、etc...
温暖化が水田土壌の窒素無機化速度に与える影響 -湛水培養、アンモニア態窒素
水田土壌で分解された有機物のCN比 -謎が一杯
水田から放出されるCO₂の由来：炭素安定同位体比（δ¹³C）による基質の分離、土壌有機物 vs. 光合成産物（イネ由来） -マニアな一品
水田生態系モデル（DNDC-Rice）の開発・改良 -次のメイン？
土壌中のおける亜酸化窒素（N₂O）生成条件の解明 -北の同志のお手伝い
マングローブ水域における炭素収支 -南の同志のお手伝い