タイ 国 乾 燥 常 緑 林 土 壌 の 元 素 分 析 酒 井 正 治 1 世 良 耕 一 郎 2 後 藤 祥 子 3 1 森 林 総 合 研 究 所 立 地 環 境 研 究 領 域 305-8687 茨 城 県 つくば 市 松 の 里 1 2 岩 手 医 科 大 学 サイクロトロンセンター 020-0173 岩 手 県 岩 手 郡 滝 沢 村 滝 沢 字 留 が 森 348-58 3 ( 公 社 ) 日 本 アイソトープ 協 会 滝 沢 研 究 所 020-0173 岩 手 県 岩 手 郡 滝 沢 村 滝 沢 字 留 が 森 348-1 1 はじめに 森 林 生 態 系 の 炭 素 現 存 量 の 約 半 分 を 占 める 土 壌 炭 素 の 分 解 速 度 土 壌 腐 植 の 起 源 およびそれらに 影 響 する 要 因 について 理 解 することは 地 球 レベルでの 大 気 炭 素 収 支 を 予 測 する 上 で 不 可 欠 と 考 えられてい る そこで 土 壌 有 機 物 の 分 解 過 程 や 土 壌 有 機 物 の 長 期 貯 蔵 メカニズムの 解 明 のため 炭 素 同 位 体 比 お よび 微 量 元 素 の 分 析 を 行 ってきた ここでは タイ 国 東 北 部 の 季 節 林 下 に 存 在 する 風 化 の 進 んだ 土 壌 に ついて 深 さの 異 なる 土 壌 の 元 素 分 析 を 行 い 土 壌 深 度 と 元 素 濃 度 との 関 係 解 析 土 壌 中 での 元 素 挙 動 の 特 徴 を 明 らかにしたので 報 告 する 2 方 法 2.1 試 験 地 タイ 国 の 東 北 部 ナコンラチャシマ 県 サケラート 試 験 地 を 研 究 サイトとした 試 験 地 入 り 口 にある 事 務 所 の 位 置 は 北 緯 14 28 06.1 東 経 101 54 15.0 標 高 420 mである 年 平 均 気 温 および 年 功 水 量 はそれ ぞれ23 1100 mmで 5 月 ~11 月 は 雨 季 12 月 ~ 翌 年 4 月 まで 乾 季 をもつ 季 節 林 帯 にある 試 験 地 はバ ンコクから 車 で 約 3 時 間 半 330 kmの 位 置 にある( 図 -1) 事 務 所 の 気 象 観 測 によれば 年 平 均 気 温 および 年 降 水 量 はそれぞれ23.9 1100 mmで 4 月 ~11 月 は 雨 季 12 月 ~ 翌 年 3 月 まで 乾 季 を 持 つ( 図 2) なお Köppenの 気 候 区 分 では 熱 帯 モンスーン 気 候 (Aw) に 属 する 45
サケラート 試 験 地 気 温 50 40 30 20 10 0 600 500 400 300 200 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 J F M A M J J A S O N D 図 -2 ワルターの 気 候 図 (1970-1999) 降 水 量 mm 図 1 試 験 地 の 位 置 図 本 来 の 植 生 はHopea ferreaが 優 占 するDEF( 乾 燥 常 緑 林 ) Shorea 属 が 優 占 するDDF( 乾 燥 フタバガ キ 林 )の2 種 類 の 森 林 植 生 から 成 立 している ここでは 天 然 林 ( 乾 燥 常 緑 林 主 要 樹 種 Hopea ferrea Shorea henryana Dipterocarpus tubercuaotus)および 隣 接 する 草 地 (Saccharum spontaneum(yp)) を 試 験 地 とした この 地 域 に 分 布 する 土 壌 は Orthic Acrisols 1) なお US 土 壌 分 0 類 では Ultisols 古 くは Red-yellow podzolic soilsに 相 当 する 2) 5 この 土 壌 は 強 度 の 風 化 と 洗 脱 が 特 徴 で 養 分 含 有 量 も 少 なく 養 分 10 15 保 持 力 も 少 ない 基 岩 は 中 生 代 に 属 する 砂 岩 が 主 である また この 20 地 域 の 地 層 は Phra Wihan formation と 呼 ばれている 3) 北 東 方 向 にゆるやかに 起 伏 する 緩 傾 斜 の 丘 酸 性 山 地 が 続 いている 30 2.2 土 壌 採 取 方 法 40 図 3に 示 すように 土 壌 断 面 (0~100 cm)を 12 層 位 (0-5 5-10 10-15 15-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 50 90-100 cm)にわけ それぞれの 層 位 から 土 壌 を 採 取 した 採 取 断 面 60 数 は 天 然 林 は3 土 壌 断 面 草 地 は2 土 壌 断 面 である それらの 土 壌 は 風 乾 後 2mmの 円 孔 ふるいを 使 って 風 乾 細 土 に 調 整 した その 後 70 メノー 製 自 動 乳 鉢 を 使 って 微 粉 末 に 粉 砕 し 分 析 サンプルとした 80 2.3 土 壌 PIXE 分 析 パラジウムカーボンを 用 いた 粉 末 内 部 標 準 試 法 で 元 素 濃 度 を 定 量 90 した 5%パラジウムカーボン10 mg と 土 壌 試 料 50 mg をメノー 乳 100 鉢 で 十 分 に 混 合 し 混 合 試 料 中 のパラジウム 濃 度 が 約 10000 ppm と 図 -3 土 壌 採 取 のための 層 位 区 分 なるように 調 整 した 混 合 試 料 をピペットチップの 先 端 で 極 微 少 量 つ Depth cm 46
まみとり PIXE 照 射 ホルダー(ルミラー 製 25 mm x 60 mm x 0.5 mm 中 央 に 直 径 20m 孔 あき)に 貼 付 けたプローレンフィルム(Chemplex No.410)の 中 央 に 置 き 1%コロジオン 溶 液 3µlを 滴 下 し ピ ペットチップの 先 で 均 一 に 広 げ 固 定 した この 乾 燥 試 料 をPIXE 分 析 に 供 した NMCCの 小 型 サイクロトロン( 島 津 製 作 所 MCY-1750)により 加 速 された2.9 MeVの 陽 子 線 をターゲ ットに 照 射 した 今 回 はいずれの 場 合 にも 直 径 5 mmのビーム 径 を 用 いた 測 定 時 間 は5-30 分 であっ た 発 生 したX 線 は2 検 出 器 同 時 測 定 システム 4) により 検 出 し 500 µm 厚 のマイラーフィルム 吸 収 体 でFeまでを それより 重 い 元 素 は 高 濃 度 で 存 在 する 鉄 のピークによる 分 析 の 妨 害 を 防 ぎ 他 の 元 素 の 感 度 を 改 善 する 目 的 で 開 発 された 特 殊 吸 収 体 を 使 用 した 得 られたスペクトルはPIXE 専 用 スペクトル 解 析 プログラムSAPIX 及 び 定 量 計 算 プログラムKEI により 各 元 素 濃 度 (ng/mg)を 求 めた 5) な お 得 られた 元 素 濃 度 データはJMP(ver.10)で 統 解 析 および 図 化 を 行 った 3 結 果 と 考 察 3.1 検 出 元 素 表 1に 土 の 平 均 的 な 元 素 組 成 (68 元 素 )とそれらの 濃 度 ( 中 央 値 )を 示 した 6) なお ここでは この 土 壌 を 平 均 土 壌 と 呼 ぶことにする 但 し 平 均 元 素 組 成 (70 元 素 )の 一 部 (Au Ra)の 削 除 お よびSr Zr Rb Ga Pb Ta 濃 度 の 値 を 修 正 している 7) PIXE 分 析 により 表 1の 網 掛 けをした28 元 素 が 検 出 された 表 1に 示 した68 元 素 のうちO C N( 高 濃 度 ではあるが PIXEでは 分 析 できない) の3 元 素 を 除 く65 元 素 のうち43%の 元 素 が 検 出 され 10 ppm 濃 度 以 上 の 主 要 な 元 素 が 検 出 された 但 し 平 均 土 壌 の 元 素 組 成 (68 元 素 )のうち10 ppm 以 上 の 濃 度 の 元 素 例 えばF Ce La Nd Li B およ び10 ppm 以 下 のほとんどの 元 素 が 検 出 されていない この 原 因 は 元 素 の 供 給 源 である 岩 石 および 有 機 物 の 違 いなのか PIXE 分 析 の 検 出 限 界 等 に 起 因 するものなのか は 現 時 点 で 岩 石 の 分 析 を 行 っていない ため 不 明 である 47
図 -4に 土 壌 有 機 物 の 影 響 が 大 きい 表 層 土 ( 深 さ0-30 cm)とそれより 深 い 下 層 土 ( 深 さ30 100 cm) にわけて 元 素 の 検 出 頻 度 を 示 した 表 層 土 では 90% 以 上 の 高 頻 度 で 検 出 された 元 素 はAl Fe Si Ti Cr Rb Sr Zn Zr Br Y 80% 台 はCi Ga K Na Mn 70% 台 はPb Ca 60% 台 はP 50% 台 はCuであった 下 層 土 ( 深 さ30 100cm)については ほとんどの 元 素 で 表 層 土 とほぼ 同 じ 傾 向 であったが Na Mn Ca S Mo 元 素 は 表 層 土 に 比 べ 下 層 土 で 検 出 頻 度 は 大 きく 低 下 した 一 方 Nb Ni 元 素 は 下 層 土 で 高 い 検 出 頻 度 を 示 した 検 出 頻 度 は 低 濃 度 域 での 検 出 困 難 性 が 関 係 すると 考 えると 表 層 土 と 下 層 土 での 検 出 頻 度 の 違 い 例 えば 下 層 土 で 検 出 頻 度 が 低 下 するNa Mn Ca S Mo 元 素 は 深 くなるに 従 い 濃 度 低 下 反 対 に 下 層 土 で 出 頻 度 が 上 昇 するNb Ni 元 素 は 深 くなるに 従 い 濃 度 が 上 昇 することが 原 因 とも 考 えられた 3.2 元 素 濃 度 図 -5に 各 元 素 の 濃 度 を 箱 ひげ 図 で 示 した ばらつきのあるデータをわかりやすく 表 現 するための 統 計 学 的 グラフである 箱 ひげ 図 は 下 端 から 上 端 までの 順 に 最 小 値 第 1 四 分 位 点 中 央 値 第 3 四 分 位 点 最 大 値 を 丸 点 は 外 れ 値 を 示 している 各 元 素 の 濃 度 ( 中 央 値 )を 降 順 に 記 述 すると 以 下 の 通 りで ある 100,000 ppm (10%) 以 上 :Si 10,000~100,000 ppm(1~10%):al, Fe 1,000~10,000 ppm(0.1 ~1%):K, Na, Ti 100~1,000 ppm:ba, Ca, Cl, Cr, Mg, P, S, Zr 10~100 ppm:br, Cu, Ga, Mn, Mo, Nb, Ni, Pb, Rb, Sr, V, Y, Zn 10 ppm 以 下 :As 48
平 均 土 壌 ( 表 1)および 岩 石 の 元 素 濃 度 とPIXE 分 析 値 を 比 較 するために 図 -5 中 に + 印 で 平 均 土 壌 の 元 素 濃 度 ( 中 央 値 ) - 印 で 岩 石 の 濃 度 を 加 えた なお 岩 石 データとして 上 部 大 陸 地 殻 の 元 素 濃 度 ( 中 央 値 ) 8) をつかった 一 般 に 岩 石 の 主 要 な 構 成 元 素 O Si Al Fe Ca Na Mg K Ti これら9 元 素 だけで 全 組 成 の99.5% 前 後 を 占 める まず これらの 元 素 について 岩 石 の 風 化 ( 物 理 的 および 化 学 的 風 化 )とい う 観 点 からPIXE 分 析 値 の 妥 当 性 について 検 討 してみる 一 般 に 岩 石 の 風 化 には 以 下 の 過 程 を 経 る 大 気 中 のCO 2 ( 濃 度 は 約 400 ppm 2013.5.14のMauna Loa 観 測 値 が400 ppmを 超 える)を 取 り 込 んだ 弱 酸 性 の 降 水 が 森 林 に 降 り 注 ぎ また 微 生 物 の 生 物 活 動 などにより 作 り 出 された 有 機 酸 が 土 壌 溶 液 にとけ 込 む 結 果 作 り 出 された 酸 性 水 が 岩 石 の 鉱 物 から 例 えば アルカリ 金 属 (Na K 等 )やアルカリ 土 類 金 属 ( Ca 等 )がまず 溶 脱 する その 結 果 Na Ca 等 の 陽 イオンが 負 荷 されたアルカリ 性 水 によ り Si が 溶 出 する 同 時 に 難 容 性 のFe Al も 徐 々に 溶 脱 し Fe は 水 酸 化 鉄 として 集 積 し 風 化 の 進 んだ 熱 帯 地 域 では 水 酸 化 鉄 の 赤 色 赤 黄 色 の 土 壌 が 形 成 されることが 多 い 49
主 要 元 素 について 岩 石 および 平 均 土 壌 の 各 元 素 濃 度 ( 中 央 値 )との 比 較 から PIXE 分 析 値 は 岩 石 お よび 平 均 土 壌 各 元 素 濃 度 の 中 央 値 ( 以 後 文 献 値 とよぶ)と 同 等 および 低 濃 度 2つの 元 素 グループにわ けることができた つまり 第 1グループ Si Al Fe Tiについては 文 献 値 はいずれもPIXE 分 析 値 の 範 囲 内 で その 範 囲 の 上 部 に 位 置 していた なお 岩 石 の 主 要 元 素 7 種 の 溶 脱 のしやすさの 度 合 いは 以 下 の 通 りである Na, Ca > Mg, K > Si > Al, Fe このように Si Al Fe は 風 化 過 程 で 残 りやすいため 文 献 値 に 近 い 値 を 示 す なお これらの 元 素 が 文 献 値 より 若 干 低 濃 度 になった 原 因 は 熱 帯 地 域 では 風 化 が 激 しく 溶 脱 洗 脱 作 用 が 大 きいことに 起 因 すると 考 えられた このように これら 元 素 のPIXE 分 析 値 は 想 定 される 濃 度 範 囲 内 であった 一 方 第 2グループ Na Mg Ca KのPIXE 分 析 値 は 文 献 値 より 大 きく 低 下 していた 上 述 の 通 り 一 般 に Na Mg Ca Kは 岩 石 から 溶 け 出 しやすいといわれている このため 溶 脱 洗 脱 作 用 が 極 めて 大 きい 熱 帯 地 域 では それら4 元 素 が 文 献 値 に 比 べて 大 きく 低 下 したものと 考 えられた このように 主 要 9 元 素 のPIXE 分 析 値 は 妥 当 なものと 考 えた 次 に 上 記 主 要 元 素 以 外 についてみてみる As Cr Ga Nb Ni V Zrの7 元 素 の 文 献 値 はPIXE 分 析 値 の 濃 度 範 囲 内 であった また Pb Rb Y の4 元 素 は 文 献 値 のどちらかがPIXE 分 析 値 の 範 囲 内 であり かつ 範 囲 外 であっても 大 きな 違 いはなかった これは これらの 元 素 が 比 較 的 土 壌 に 残 りや すいことを 示 唆 していた 一 方 Ba Mn S Sr Znの5 元 素 のPIXE 濃 度 は 文 献 値 を 下 回 った これ らはNa Mg Ca K 同 様 比 較 的 流 れやすい 元 素 といえる Takeda et al (2004)は より 風 化 が 進 ん でいるAcrisol 土 壌 の 特 徴 として 多 くの 元 素 が 低 濃 度 で 特 に Na Mg Ca Sr 元 素 で 著 しいと 指 摘 しており 9) これらの4 元 素 については 同 様 の 結 果 であった なお 残 りの3 元 素 (Br Cl Mo)は これまでとは 反 対 に PIXE 分 析 値 が 文 献 値 の 両 方 ある いはどちらかに 比 べて 大 きく 高 い 濃 度 を 示 した これは 蓄 積 することを 示 唆 したが 原 因 は 不 明 である 今 後 は 現 地 の 岩 石 分 析 データとの 比 較 検 討 をする 必 要 がある 以 上 のように 文 献 から 求 められる 岩 石 平 均 土 壌 の 元 素 濃 度 との 比 較 を 行 うことにより 岩 石 の 風 化 過 程 の 観 点 から 元 素 を 以 下 の3グループに 分 けることができた 1. 比 較 的 残 りやすい 元 素 :Si Al Fe Ti( 岩 石 の 主 要 元 素 文 献 値 はPIXE 分 析 値 の 範 囲 内 ) As Cr Ga Nb Ni V Zr( 文 献 値 は 範 囲 内 ) Pb Rb Y P( 文 献 値 と 大 きな 違 いがな く 岩 石 平 均 土 壌 濃 度 ( 中 央 値 )のどちらかが 範 囲 内 ) Cu( 文 献 値 は 範 囲 外 であるが 大 きな 違 いがない)の16 元 素 2. 比 較 的 流 れやすい 元 素 :K Na Mg Ca( 岩 石 の 主 要 元 素 文 献 値 より 大 きく 低 下 ) Ba Mn S Sr Zn( 文 献 値 より 低 下 傾 向 )の9 元 素 3. その 他 :Br Cl Moの3 元 素 図 -6に 天 然 林 (Forest)と 草 地 (Yp) 別 に 元 素 組 成 を 示 した Ba V 元 素 以 外 は 両 者 に 統 計 的 に 最 は 認 められなかった Ba V 元 素 が 草 地 で 認 められなかった 原 因 は 不 明 である 50
3.3 垂 直 分 布 前 節 では 岩 石 が 物 理 的 および 化 学 的 作 用 によって 風 化 生 成 物 ( 母 材 )が 形 成 されるという 岩 石 の 風 化 過 程 の 観 点 から 元 素 の 挙 動 を 考 察 した 図 -7に 森 林 土 壌 の 断 面 模 式 図 を 示 した 表 層 には A 層 と 呼 ばれる 有 機 物 を 含 んだ 土 壌 が 形 成 されている 土 壌 有 機 物 の 供 給 源 は 地 上 からの 落 葉 落 枝 と 土 壌 中 の 細 根 からの 有 機 物 で ある これらの 有 機 物 は 各 種 元 素 を 含 んでおり 微 生 物 による 有 機 物 の 分 解 過 程 で 土 壌 中 に 放 出 され 一 部 は 水 に 溶 け 出 し 粘 土 鉱 物 に 捕 捉 されたり 系 外 に 流 出 したり あるいは 土 壌 腐 植 と して 長 く 土 壌 中 にとどまることになる このように 岩 石 の 風 化 による 元 素 の 土 壌 への 供 給 同 様 有 機 物 ( 落 葉 落 枝 細 根 )も 土 壌 へ 大 きな 元 素 供 給 源 である ここでは 深 さの 異 なる 土 壌 層 位 から 採 取 した 土 壌 の 元 素 分 析 から 土 壌 中 での 元 素 の 挙 動 を 考 察 する Ao 層 A 層 B 層 C 層 落 葉 落 枝 図 -7 土 壌 断 面 模 式 図 と 土 壌 有 機 物 供 給 源 細 根 51
図 -8に 元 素 濃 度 と 深 さとの 関 係 を 示 した 深 さと 元 素 濃 度 との 明 確 な 関 係 が 認 められる 元 素 は 少 な かったが 若 干 増 加 あるいは 減 少 する 関 係 が 認 められた 元 素 があった 深 くなるにつれ 増 加 傾 向 のあ る 元 素 は Fe Ti Mg Y As( 相 関 係 数 R 2,>0.2) Cr Ni Ga Cu (R 2,0.1~0.2) 計 9 元 素 で あった 一 方 深 くなるにつれ 減 少 傾 向 のある 元 素 は Ca Br(R 2,>0.2) S Mn (R 2,0.1~0.2) 計 4 元 素 であった 微 量 元 素 を 含 めた 各 種 元 素 の 土 壌 深 さ 傾 向 を 調 べた 研 究 は 極 めて 少 ない 寺 島 ら(2004) 10) は 関 東 平 野 南 部 で 採 取 した 土 壌 柱 状 試 料 ( 黒 ボク 土 と 褐 色 森 林 土 の 自 然 土 壌 最 大 100 cmまで 深 さ 別 採 取 )の 主 微 量 成 分 元 素 の 分 析 の 結 果 Al Ti Fe Li Cs Tl Be Co Cr Ni V Ga La Ce Th U Y Zr 等 はいずれも 最 表 層 部 で 低 濃 度 を 示 し 下 位 に 向 かって 高 濃 度 になる 一 般 的 傾 向 があり それら の 元 素 は 概 括 的 には 生 物 濃 縮 ( 腐 植 等 有 機 物 の 蓄 積 )や 母 材 の 不 均 一 の 影 響 が 無 視 できると 報 告 してい る PIXE 分 析 では 深 さとともに 増 加 傾 向 の9 元 素 のうち Fe Ti Y Cr Ni Ga の6 元 素 は 寺 島 ら(2004)と 同 様 の 結 果 で いずれも 生 物 濃 縮 効 果 がほとんど 認 められない 元 素 ( 植 物 / 地 殻 元 素 濃 度 比 0.7 以 下 と 定 義 )であった 10) 一 方 減 少 傾 向 の 元 素 について 寺 島 ら(2004) 10) は 生 物 濃 縮 の 影 響 の 大 きい 元 素 例 えば 濃 縮 効 果 が 特 に 大 きい 元 素 ( 植 物 / 地 殻 元 素 濃 度 比 17.8 7.2と 定 義 )はP Sb Zn Cd Pb Cu Ca 濃 縮 効 果 が 認 められる 元 素 ( 植 物 / 地 殻 元 素 濃 度 比 5.2 2.9)はMn Pb Bi Sr Mo K As Sn 植 物 により 濃 縮 効 果 がある 元 素 ( 植 物 / 地 殻 元 素 濃 度 比 1.3 1.1) はMg Ba Rb で それらの 大 部 分 の 元 素 は 最 表 層 部 で 高 濃 度 を 示 す 傾 向 にあるが 土 壌 化 に 伴 う 溶 出 や 水 分 等 による 希 釈 効 果 のため Mn Ca K Cu は 最 表 層 部 で 高 濃 度 を 示 さない 場 合 が 多 いとも 指 摘 している また 浅 見 (2010) 11) は 土 壌 の 元 素 組 成 と 地 殻 の 元 素 組 成 の 比 較 から 窒 素 が48 倍 炭 素 が31 倍 硫 黄 が3 倍 高 い 原 因 は 生 物 遺 体 の 土 壌 への 供 給 であるとしている このように 減 少 傾 向 にあったCa Mn S 元 素 は 生 物 濃 縮 の 効 果 が 大 きく 腐 植 に 取 り 込 まれた 結 果 表 層 部 で 高 濃 度 を 示 すと 考 えられた As 元 素 の 増 加 傾 向 および Br 元 素 の 減 少 傾 向 の 原 因 は 不 明 である 若 月 ら(1978) 12) は 沖 積 および 洪 積 土 壌 の 元 素 (29 元 素 Al Ba Ca Ce Co Cr Cs Cu Fe Hf K La Mg Mn Na Ni P Rb S Sc Si Sm Sr Tb Th Ti V Zn Zr )を 風 化 過 程 での 挙 動 の 特 徴 によって4つの 群 分 け( resistate 性 元 素 hydrolyzate 性 元 素 oxidated 性 元 素 溶 脱 性 元 素 )を 試 み 元 素 の 特 徴 付 けを 行 っている Na Ca Sr Mg 元 素 は 溶 脱 性 元 素 で 極 めて 移 動 しやすい Al Cs Rb Ba K 元 素 は hydrolyzate 性 元 素 で 土 壌 化 過 程 で 新 しく 生 成 した 粘 土 鉱 物 中 に 含 まれる Si Zr Ti Crは resistate 性 元 素 で 一 次 鉱 物 の 細 粒 化 により Si Zrは 比 較 的 粗 いサイズ Ti Crは 粘 土 サイズで 残 りやすい Fe P V Zn Ni Mn Cu Sはoxidated 性 元 素 であるが 酸 化 物 との 親 和 性 と 有 機 物 に 対 する 親 和 性 を 分 けることは 困 難 である また Mgは 溶 脱 性 元 素 とhydrolyzate 性 元 素 の 特 徴 を Siについては hydrolyzate 性 も 併 せ 持 つ Mnについては oxidated 性 元 素 溶 脱 性 元 素 を 併 せ 持 っている 52
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4 まとめ 土 壌 有 機 物 の 分 解 過 程 を 微 量 元 素 の 挙 動 から 解 明 することを 目 的 に 天 然 林 および 草 地 において 土 壌 のPIXE 分 析 をおこない 深 さ 別 微 量 元 素 濃 度 を 求 めた 1. 従 来 の 文 献 値 で 確 認 されており 平 均 土 壌 の65 元 素 のうち43%の28 元 素 が 検 出 され それらは10 ppm 濃 度 以 上 の 主 要 な 元 素 であった 56
2. 岩 石 の 主 要 な 構 成 元 素 O Si Al Fe Ca Na Mg K Ti これら9 元 素 だけで 全 組 成 の 99.5% 前 後 を 占 める 風 化 過 程 で 残 りやすいSi Al Fe のPIXE 分 析 値 は 文 献 値 に 近 い 値 を 示 すこと Na Mg Ca K 元 素 は 文 献 値 より 低 い 値 を 示 しが 風 化 の 進 んだ 熱 帯 土 壌 では 起 こりう ること から 主 要 9 元 素 のPIXE 分 析 値 は 妥 当 なものと 考 えた 3. 岩 石 平 均 土 壌 との 比 較 および 生 物 濃 縮 の 影 響 (ここでは 有 機 物 影 響 とよぶ)からの 考 察 お よび 若 月 らの 各 元 素 の 仕 分 けから 主 な 元 素 について 以 下 にまとめることができる 1. Al Rbは 有 機 物 影 響 が 少 なく 比 較 的 残 りやすいが 粘 土 鉱 物 中 に 取 り 込 まれる 2. Ba Kは 有 機 物 影 響 は 認 められるが 大 きなものではなく 比 較 的 ながれやすく 粘 土 鉱 物 中 に 取 り 込 まれる 3. Si Zr Ti Crは 有 機 物 影 響 が 少 なく 一 次 鉱 物 の 細 粒 化 により 小 さくなった 状 態 で 残 りやすい 4. Na Ca Sr Mgは 極 めて 移 動 しやすく 風 化 に 伴 い 最 も 速 やかに 土 壌 中 から 消 失 する なお Caは 有 機 物 影 響 が 強 く 最 表 層 部 で 高 濃 度 を 示 す また Mgは 粘 土 鉱 物 中 にも 取 り 込 まれる 5. Sは 有 機 物 影 響 ( 生 物 遺 体 に 由 来 )が 極 めて 大 きく 比 較 的 流 れやすいため 最 表 層 部 で 高 濃 度 を 示 す 6. Fe Ni Vは 有 機 物 影 響 が 少 なく 遊 離 酸 化 物 として 土 壌 中 に 残 りやすい 7. P Cuは 有 機 物 の 影 響 が 極 めて 大 きく 比 較 的 残 りやすい 8. Zn Mnは 有 機 物 の 影 響 が 大 きく 比 較 的 流 れやすい Mnは oxidated 性 も 持 ち 合 わせる 元 素 によって 風 化 や 生 物 濃 縮 の 影 響 の 度 合 いが 異 なることが 確 認 されたが 詳 細 な 解 析 には 土 壌 有 機 物 の 供 給 源 であるリターや 母 材 の 元 素 濃 度 との 比 較 解 析 各 元 素 の 濃 縮 係 数 を 使 う 必 要 があり 今 後 の 課 題 である 謝 辞 この 研 究 は 科 研 費 ( 課 題 番 号 : 22405026 24658144)の 補 助 のもと 行 った また 土 壌 採 取 に 際 し タイ 王 室 森 林 局 の 職 員 に 感 謝 します 参 考 文 献 1. FAO:World Reference Base for soil resources 2006 2. 久 馬 一 剛 : 熱 帯 の 森 林 と 土 壌 熱 帯 林 業 No.2,p11-18,1985 3. Methikul A, Silpalit M (1968) Reconnaissance geological survey of the As Sakaerat Experimental Station. In: ASRCT Report no. 4. ASRCT, Bangkok 4. Sera, K., Yanagisawa, T., Tsunoda, H., Futatsugawa, S., Hatakeyama, S., Saitoh, Y., Suzuki, S. and Orihara, H, Bio-PIXE at the Takizawa Facility. (Bio-PIXE with a Baby Cyclotron)., Int'l Journal of PIXE Vol. 2-3, 325-330,1992 57
5. Sera, K. and Futatsugawa, S. :Personal Computer Aided Data Handling and Analysis for PIXE, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 109/110, 99-104,1996 6. H.J.M. Bowen, Environmental Chemistry of the Elements, Academic Press, London (1979). p.333 ( 和 訳 環 境 無 機 化 学 浅 見 輝 男 訳 1983) 7. 一 國 雅 巳 : 土 の 化 学 1989 8. 地 質 および 鉱 物 : 理 科 年 表 国 立 天 文 台 編 644 2012 9. Terada, Kimura and Yamasaki: Analysis of 57 elements in Japanese soils, with special reference to soil group and agricultural use, Geoderma 119, 291-307, 2004 10. 寺 島 滋 今 井 登 太 田 充 恒 岡 井 貴 司 御 子 柴 真 澄 : 関 東 平 野 南 部 における 土 壌 の 地 球 化 学 的 研 究 土 壌 地 球 化 学 図 の 基 礎 研 究 ( 第 5 報 ) 総 括 地 質 調 査 研 究 報 告 第 55 巻 第 1/2 号 p1-18 2004 11. 浅 見 輝 男 : 第 1 章 窒 化 宇 土 土 壌 における 各 種 元 素 の 存 在 量 in 日 本 土 壌 の 有 害 金 属 汚 染 2010 12. 若 月 利 之 松 尾 嘉 朗 片 山 幸 士 石 田 紀 郎 : 沖 積 および 洪 積 土 壌 の 風 化 過 程 における 諸 元 素 の 挙 動 ( 第 3 報 ) 元 素 の 土 壌 地 球 化 学 的 分 類 日 本 土 壌 肥 料 科 学 雑 誌 49(2) 100-106 1978 58
NMCC ANNUAL REPORT 19 (2012) Elements of soil in dry evergreen forest of Thailand M.Sakai 1, K.Sera 2 and S. Goto 3 1 Forestry and Forest Products Research Institute 1 Matsunosato, Tsukuba, Ibaraki 305-8687, Japan 2 Cyclotron Research Center, Iwate Medical University 348-58 Tomegamori, Takizawa, Iwate 020-0173, Japan 3 Takizawa Laboratory, Japan Radioisotope Association 348-58 Tomegamori, Takizawa, Iwate 020-0173, Japan Abstract The climate change is emerging as perhaps the greatest environmental topic of the twenty-first century. Forests in tropics have very important roles in climate change. More than a half of global carbon stock is in tropical forests (54.8%), following by boreal (31.5%) and temperate (13.8%) forests. A half of global C is stored in soils, 42% in biomass, and 8% in deadwood. Understanding the decomposition rate and the mechanism of the long-term stabilization of carbon in soils is crucial in order to estimate the carbon cycle in global level. In order to evaluate the relationship between the stabilization of soil organic matter and the behavior of elements in soil, we studied the major and minor elements in soil profiles. The study site was located at Sakaerat Silvicultural Research station (14º28 06.1 N, 101º54 15.0 E; alt., 420 m), Nakhon Rachasima Province, Northeast Thailand. Meteorological conditions were 26ºC, annual mean air temperature and 1,100 mm, annual precipitation with the dry (November April) and wet (May October) seasons. The soil type is Orthic Acrisols (FAO/UNESCO). The element concentrations were determined by the proton-induced X-ray emission (PIXE) method at Nishina Memorial Cyclotron Center. Soil samples were adjusted by the internal reference method. The contents of major elements, Si, Al, and Fe, are near to the value of the literature. The strong weathering in the tropics causes to the lower contents of major elements, Na, Mg, Ca and K. The contents of Fe, Ti, Mg, Y, As, Cr, Ni, Ga, and Cu are increasing with depth. Conversely, the elements of Ca, Br, S, and Mn show decreasing with depth. The higher contents in top soil show the effect of large input of the organic matter, such as litter and fine root litter. 59