農業科学と食品研究ジャーナル
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概要

土壌塩分濃度：土壌からの亜酸化窒素排出に影響を与える重要な要因

ヤウェイ・リー

亜酸化窒素（N2O）は、さまざまな土壌窒素（N）変換経路の結果として生成され、その生成は土壌塩分濃度の影響を受ける可能性があり、微生物駆動型土壌N循環形態に重大な悪影響を及ぼすことが実証されています。ただし、非塩分から高塩分までのさまざまな土壌塩分濃度に対するN2O生成の反応はほとんど知られていません。私たちは、0.25から6.17 dS m-1までの6つの異なる塩分レベルの土壌を使用して、研究室孵化テストを実施しました。アンモニウム（NH4 +-N）を豊富に含む粉末有機肥料をN源として、土壌を3つの土壌湿度レベル（フィールド制限の半分、75％、100％）で約1か月半孵化させました。孵化期間中のN2O遷移と無機N（NH4 +、NO2 -、NO3 - ）濃度を測定しました。結果は、3 つの土壌湿度レベルすべてにおいて、N2O の移動が最初に増加し、その後土壌塩分濃度の上昇とともに減少し、EC が 1.01 dS m-1 と 2.02 dS m-1 の土壌では N2O の流出が大幅に増加したことを示した。NH4 + の利用と NO3 - の生成速度は土壌塩分濃度の上昇とともに減少し、NO2 - の蓄積は最初に増加し、その後減少した。土壌塩分濃度は硝化の 2 つの段階の両方を阻害することを示唆しているが、亜硝酸塩酸化に対する塩分の阻害は、臭気塩酸化に対する阻害よりも強力である。土壌塩分濃度による N2O 排出量の増加は、総 NO2 によって促進される硝化菌の脱窒作用から主に得られる可能性がある。

土壌は、二酸化炭素 (CO2)、メタン (CH4)、亜酸化窒素 (N2O) などのオゾン層破壊物質 (GHG) の排出源および吸収源として機能します。容量と排出量の上限はどちらも膨大になる可能性があるため、土地利用管理 (農業、森林管理)、地球規模の変化、大気研究に不可欠な強力な地球規模の予算を獲得するには、正確な測定が必要です。この論文では、土壌排出に関連するプロセスとその影響パラメータのみを検討します。主要な陸生種と大気圏を含む土壌放出の考慮事項を調査し、土壌放出の重要な推定フレームワークを示します。北半球のデータに対する欠陥と明らかな傾向を示します。

300 mg CO2e m−2 h−1の保全基準を使用すると（私たちの執筆調査による）、これは世界全体の年間純土壌排出量≥350 Pg（CO2e = CO2の逆数= CO2に標準化されたすべてのGHGの総影響）につながります。これは、世界の土壌CおよびNプールの約21％に相当します。比較のために、石油燃焼とコンクリート産業によって毎年33.4 Pg CO2が排出されています。

半乾燥地域での亜酸化窒素（N2O）排出量は、作物成長中の窒素肥料施用によるものよりも、土壌が劣化している夏の降雨後の方が通常より顕著である。したがって、窒素堆肥管理法は、これらの手入れされた農業土壌からのN2O排出量の軽減には効果がない可能性がある。ここでは、再現された夏の降雨後の土壌pHの上昇がN2O排出量、硝化速度、および硝化菌と脱窒菌の個体数に与える影響を分析した。土壌pHは、ラボ研究を開始する1年前に圃場に石灰を散布して上昇させ、異なるpH（4.21または6.34）の土壌をもたらした。亜酸化窒素の排出量は、土壌が乾燥していたときの0から、土壌が湿った後の0.065 μg N2O–N g dry earth−1 h−1に増加し、これは脱窒と硝化の両方によるものとされた。土壌 pH の上昇は、硝化に関連する災害の場合、N2O 放出を減少させ、amoA 複製数を増加させた可能性があります。放出が硝化に起因する場合、半乾燥地域で夏の降雨後に酸性土壌からの土壌 N2O 流出を減らす方法として、土壌 pH の上昇を提案します。

最近の研究では、冬季が北方土壌からの N2O 排出に全体的に重要であることが強調されています。しかし、これらの排出を制御するプロセスと自然制御に関する私たちの理解は断片的です。そのため、スウェーデンの北方森林土壌の孵化期を含む研究施設での試験で、0 °C 未満の温度での N2O 蓄積の可能性と相対的な重要性を調査しました。結果は、固化した土壌が N2O 蓄積とそれに続く流出の可能性が高いことを示しています。-4 °C での純 N2O 生成率は、土壌の保水限界の 60% を超える湿度で、+10 ～ +15 °C でのものと同程度に上昇しました。この N2O の発生源は、固化した土壌の無酸素ミクロサイトで起こる脱窒であると見られ、温度は 0 °C 付近の温度での脱窒率を基本的に制御しませんでした。さらに、固化土壌試験では、純窒素無機化と硝化の両方が見られました。これらの発見を考慮して、低温での土壌における N2O 発生の温度反応の計算モデルを提案します。

大気中のオゾン層破壊物質濃度は、産業革命の開始以来、大幅に増加しています。最も重大なオゾン層破壊物質は CO2、CH4、N2O で、CH4 と N2O はそれぞれ CO2 の 25 倍以上の地球温暖化の可能性をもたらします。N2O 排出の大部分は土壌で発生し、農業活動に関連しています。したがって、この調査記事では、農村部の土壌における N2O 生成と排出のメカニズムを紹介し、土壌管理手法を使用してこのような排出を削減する方法に関する情報を調査することを目的としました。土壌中の N2O の蓄積は、主に硝化と脱窒の形態によって行われ、土壌の湿度、温度、酸素濃度、利用可能な天然炭素と窒素の量、土壌の C/N 比によって影響を受けます。これらの要素のうち、土壌に関連するものは、管理手法によって簡単に調整できます。このように、土壌における N2O の配置プロセスとこれらの放出に影響を与える要素を理解することは、園芸土壌における N2O の流出を減らす効果的なシステムを構築する上で重要です。