自然安定同位体比を用いた森林生態系における脱窒過程の検討

Abstract

滋賀県大津市の桐生森林集水域試験地斜面下部において降水, 土壌溶液, 及び流出水を採水し, 含まれる硝酸態窒素の濃度とその自然安定同位体比を測定した。降水が土壌に入り土壌溶液となる土壌層においては, 硝化によって硝酸態窒素の濃度は増大した。さらに土壌層を浸透するにつれて, 土壌溶液中の硝酸態窒素/塩素比の減少と同位体比 (δ_<15>NO_3-N値) の増大が見られる場合と, 硝酸態窒素/塩素比もδ_<15>NO_3-N値もほとんど変動しないまま流出していく場合があった。強い降水に伴って地下水位が上昇した時に前者の変動が見られたことから, 脱窒は過湿になって嫌気的条件が整った時にのみ起きていることが明らかになった。さらに湧水と渓流水は, そのδ_<15>NO_3-N値と硝酸態窒素/塩素比から, 脱窒が起きた時と起きていない時にそれぞれ形成された地下水が, 混合して形成されていることが示唆された。

The nitrogen isotopic method was applied to demonstrate that denitrification occurs in Kiryu watershed. Nitrate concentration and isotopic composition (δ15NO3-N) in the soil solution was measured. Under anaerobic conditions ; after heavy rains, increases in δ15NO3-N values correlated to decreases in nitrate concentration were observed at the depth of 50 and 70 cm. Under aerobic conditions such changes were not observed. These results suggest that denitrification occur at these depths only under anaerobic conditions. A model is proposed to explain the dynamics of soil solution through the variations ofnitrate concentration and δ15NO3-N values which are affected by plant uptake, mixing, nitrification and denitrification.