スギとヒノキ人工林における土壌呼吸の季節変化

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スギとヒノキ人工林における土壌呼吸の季節変化
下野, 竜志; 武田, 博清; 岩坪, 五郎; 堤, 利夫
京都大学農学部演習林報告 = BULLETIN OF THE KYOTO
UNIVERSITY FORESTS (1989), 61: 46-59
1989-12-13
http://hdl.handle.net/2433/191950
Right
Type
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Departmental Bulletin Paper
publisher
Kyoto University
4
6
スギとヒノキ人工林における
土壌呼吸の季節変化
下野竜志水・武田
i
専清・岩坪五郎・堤
手IJ夫
Seasonal Changes i
nS
o
i
l Respiration 民a
t
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sfrom the Flooro
f
Chamaecy
ρ
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αjαρo
n
i
c
aPlantations.
Tatsushi SIMONO,日i
r
o
s
h
iTAK区DA,Goro I
WA
TSUBO,
and Toshio TSUTSUMI
要
U
Eヨ
京都市Ll
J
科i
まの安禅寺・隠有林内のスギ,
ヒノキ人工林に,異なる林斡,立地条件の林分を調査
ほとして選ひゴ二域呼吸:誌の季節変化,年前!の土壌呼吸;肢を制定した。土主義呼吸述皮は, ヒノキ壮
.
5- 1
2 CCOZ, g/n
f• day), ヒノキ若齢林で 2
.
5-13,スギ若齢林で 2
.
5- 1
4,斜面
齢林で 2
上部のヒノキ若鮪林で 4-13 とすべての調査 iまにおいて明 i僚な季節変化を訴した。ニI~.壊呼l股速
度は,夏に i
窃く,冬に低くなった。土壊呼吸法度と土壌表部繊度の間に有窓な相関!期採が認めら
瞭な関部は認められず,本調査地では i
l
l
f
t
l
立が土壊 i
呼吸速
れた。土壌合水率と土主義呼吸の間には明i
度変化の主な支配 盟国となっていた。土壊呼吸述夜は楓!交の上昇とともに指数的に増加し,両者
ω
のi
掲{系は, l
o
gCOz=a b
t, (COz:土壌i
呼吸速度, t
: 土壌表面温度, a
,b
: 定数)により近{以
呼吸散を推定した。年間の
できた。この式を用いて,各調査区の各月の平均説度から年間の土壌l
裳I
I
f
r
段援は,斜面下部のヒノキ壮齢林,
土i
.
7-4.9となり,
林で 4
ヒノキ若鮪林で約 4
.
5C
C, t/h
a
'y
e
a
r
), スキ:若鈴
問…の立地条 {
I
j
:では林齢, 樹様による土壊呼吸援に悲は認められなかっ
u
た。…方,斜面上部のヒノキ i
指針i
林でのこ 京I
呼吸溢は,約 5
.
8C
C, t/ha'y
e
a
r
) となり,斜崩
議呼吸;闘は櫛栽された樹極やその林齢
下部の調査[8:より高い植をポした。これらの結果から,土j
より林分の立地条件,!f#に土壊条件により異なることが示された。
はじめに
森林生態系の物紫循環を研究する場合,設も重要であり,識的にも主要である元議として炭素
、
.
1
をあげることができる。 炭酪ガスとして植物により同化された炭索は, {樹木の生長や維持に月1
られる。その後,枯死した縞物体は落葉,務校といったりターとして林沫に供給され,二上域の分
f
卒者の活動の結果,炭素は,おも l
こ
解系において微生物の活動により無機化される。そうした分q
一酸化炭素として大気中に放出される。このように土壌の表而から大気中に二般化炭素が放出窓
れる現象そ土壌!市以と IIf);~o
*羽1'f の所以
jj(~m附林務部
本研究は文J
f
l
l
f
r科学研究 '
{
!
f
. (一般研究 A. ,
i
!
W
W許可・ 6
.
3
'
1
4
0
0
1
2
) による助成を受けて行なわ
れf
こc
4
7
土壌呼吸は,大きく 2つの観点、[から研究されてきている。その一つは,森林生態系などの生態
系の物質循環のパラメーターとして研究怠れてきている ¥1九 生 態 系 で の 光 合 成 に よ る 同 化 議 に
対するよ上壊での縦・機化量を表わすノ fラメーターと考えられている。もう一方で,二上域呼吸は,土
!~微生物や動物の代謝騒を表わすインデックスとして研究されてきている:1>・ uo
こうした住態系
の物質稲環,土主義生物の代詩!の研究を過して各離の土壌 I
取扱の測定法が考・媒されてきている。わ
が閣では, Walter-Haberの街閉ア ル
Jレカリ i
吸
股
蜘l
収反法を改良した綱 i
悶苅のスポンジ i
法去カが壌I
呼
l
呼
手I
吸
段側
j
1
却
{
雌
1
{
I
J
詩
I
定法
j いられている出川,0
として!広五く 月
n
引札}入山守
れて t
き
S
ている O
本調査は,森林の自己施肥機能についての実。験生態学研究の一環として,スギ,
ヒノキ人工林
の物質繍環,特に炭素術環の機能を把握する目的で行なわれた。 土境呼吸をスギ若齢林,
ヒノキ
H
:
齢,若齢林において測定した。また立地条件の異なる斜面上部と下部に京地するヒノキー若齢林
に お い て も 壊 呼 吸 をi
限定した。ここでは,土壌呼吸速!支の季節変化,年間の土壌i
早晩翠につい
ての測定結県を報告する。野外調査で,色々と研究協力をされた,村上雅五氏等!淀生諸氏に感謝
を述べます。
調査地の概要
調 査l
自は,京都市東部の 1
1
呼jト主主地北1
J
l
i
J
に位誼する安祥寺院i
有林内に設;設された。調変地には,
尾根部のアカマツ林を除いて斜而部にヒノキ,谷部にスギの人工林が議成されている。地質的に
二壊の母岩は秩父古生 f
i
習に闘し,
はJ
土壌は尾根部で乾性掲色森林土壊 (Bu), 斜間下部や沢筋で
自澗性格包森林士壊 (Bl
はj
l) が発述、している。
.
林にi¥l
l
;
J斑l
哀そ 1
2ケ所設定した。
調査地内のスギととノキ人I
に調潜i
主の概要を示す。
士i
始のじノキ林,斜面上部と下部のヒノ
これらの縄張tI豆は,スギとヒノキの 2造林樹様,若齢と 4
キ蛤林と樹高Jl,林齢,立地条件の異なる林分に設定されている。次下に各調主主地の概躍を訴す。
ヒノキ壮齢林の踏査 i
ま
AH1と AH2の 2つの説j
i
差是ばを隣接して投定した。
様高 1
1
5--1
2
5
Table1
. Description o
fstudy p
l
o
t
s
.
Plo日 目 12む
(m)
Slope
2
3
4
l
Ox20
10x20
8x20
8x20
1
2
1
0
1
1
1
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3
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0
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.
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1
.
7
1
1
.2
1
0.
4
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2.
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2
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.
7
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4
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.
2
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3
5
.
8
8
2
3
4
5・
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5
8x1
5
9x1
5
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3
1
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)
2
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5
9
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.
8
7
.
6
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.
6
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.
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0
.
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7
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0
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)
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3
2.
19
3
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.
5
6
2
5
.
6
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.
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.
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6
(
2
3
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)
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4
.
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2
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2
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6
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.
0
]
)
Stand
Cryplomeriα
Young
(YS)
Chαmα e
c
y
p
a
r
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s
Young
(YH)
ChαInαe
c
y
pαns
Mature
(AH)
2
15x25
C)
2
0
No.o
[t
r
e
e
sMeanDBH Mean H Basalarea
(m)
(cm)
(
n
f
/
h
a
)
(
n
o
.
/
h
a
)
1
7
6
0
(
13
3
0
)
目
1
4.
4
04.2)
構
April 1
9
8
6 (*April 1
臼8
7
)
1
1
8
m の北i玄!iIミ{W) の斜部下.部に位世している。林帥は 198611~ の測定時にお年生であったの締官 l又に
として植林容れたヒノキ以外にタカノツメ
は
,
(Evodiot
αnax innoυ
αn
s
)
. ク1
) (
Cas
嗣
α
tnea c
r
・
enα
t
a
))
. アカマツ (Pinus d
e
n
s
i
j
l
o
r
a
) がヒノ牛林位の欠けた場所に担っている。下
(Euray j
a
t
o
n
i
c
a
)
.
としてヒサカキ
リョウブ
C
C
l
e
t
h
r
a b
αrbinervis)•
(Evodio
ρ
α
n
αx innovans) などが多い。土壌は適 i
n
H
'
t
l
l
:
褐色森林二!こ(恥)に j
潟し
タカノツメ
Ao はそー
m程度であり,その下に約 1
0c
mの A 間が発述している。
ダー型,その浮さは 2-3c
ヒノキ務齢林の調査13::林齢は 1986 年の i時点、で 15 年生であった。 j ヒドí:;] き斜市j の J~.部と下部に
それぞれ調査地を設定した。斜却の上部には隣妓して [email protected])の純資区. YH5と YH6色 斜 面 下
部には YH1.2.3.4の 4調斑)2<:を設定した。
j
;
:
t
剖j二部の調査院 (YH5. Y H6) では一部分,
サカキ,
サルトリイバラ
しておらず,
そうした場所にヒ
(Smilax China). ツタウルシ (Rhus αmbigua), リョウブなどの下
m,
関植生が認められる。土壌は乾性褐色森林土 (B日に崩し, Ao はそーダー型で障さ 2-:3c
それに続く鉱質こと議 A 隠は 2-5c
mで余り発迷していな L
。
、
事
t
:
崩下自)
1に YH1から YH4までの 4調 査 i
哀を近接して投定した。 ヒ ノ キ の 樹 冠 は ま ぼ 完 全
羽鎖し,林i
初出者く,下関植生は余り発速していなし、。ニi
ニ壊は i
臨
i
i
!
t
¥
l
'
t
j:褐色森林1
:
二倍。d) に臨
にi
し. Ao!
認はそーダ…型で約 1-2c
m艇で,それに続く AT
日は 5-10c
mの熔さである。
スギ若{陥林の抑制玄:林齢は調査 i
玄設定I!寺において 1
5年生であった。
スヰゴの i
結
H
訟は完全に閉
暗くて,下問植生は少くな L、。土墳はi
菌根i
性褐色森林土 (BI
J
訴は
鎖しており,林床は i
J) で,入 o
ム jレ型であり,
林l
慌にはリターが散在している。
AJ
認は 1
0- 1
5c
凶目立で, {也の誠査i
玄に較べ
こ較べて織っている。
て良く発迷している。また土壌も他のぼ l
. に諮}資じまのこi
ニ壌温度の月平均{偵を治す。年平均の土壌蹴!立は YS1
. 2 (スギ務自i
i
林)
表2
での 9
.
7Cから Y H5
. 6 (ヒノキ若齢林;斜面!二部)での 11
.
1o
Cと
,
0
.
f
4
iYi下部の観めった立地
条件で少し低い。表 3
. にヒノキ若鮪林の斜面下部調議 i
友 (YH2)の林外で測定した 19871
j
:2
月から 1
9
8
8伴 5月までの F
J別 の 降 水 を j訴す。年間の降水増は 1368.5mmで、あった α
Table2
. Seasonalchangesi
n tempcraturc mcasurcd a
t t
h
c日
o
i
ls
u
r
f
日c
e CC)
month
January
February
March
April
May
June
'
J
u
l
y
August
S8ptember
October
November
December
行
1
8
a
n
p
l
o
t AH 1
.
2
YH 1
,2
4
YH3,
YH5,
6
YS 1,2
YS3,4
45
3.
2
.
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1
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.
5
January
F
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u
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J
u
l
y
August
September
O
c
t
o
b
e
r
November
December
t
o
t
a
l
1
3
6
8
.
5
調査
1
5'法
土J
議1手般の測定を, ヒノキ ~:I: 齢林の 2 淵資 l主 (AH 1, AH2)
. l::.ノキ宥齢林の 3調査区
(YH2, YH4, YH6,
) スニド者齢林の 2,
v
荷主史認 (YS1, YS3) の合計 7翻斑林分において
f
fった。斜面 l
'部のヒノキ l
i
U
i
f
i
f
本分にいて土壌i
呼l
肢を 1
9
8
7i
f5月から 1
9
8
8年 5月までの…i
l
:
:
r
m
にわたり測定した。他の調官区について,土壌1手l
肢は, 1
9
8
6年 6月から 1
9
8
81
1
ニ5月までの 2i
j
:
1
1
¥
]にわたり測定された。各々の的資限に,制 2mのベルトトランセクトを斜面方向にそって投け,
l
二部から下部に 8倒の土法呼吸の測定容器を投;設した。
土壌 11手数を Walter-Haber の鴇 I~î アルカ 1) I
投[
J
文法を改良した i
制限のスポンジ j
去により制定し
投測定の脊器はステンレス製の前筏 1
5
0m
m,長さ 2
5
0冊!自の門前j
より成り,その [
I
Jにア
た。土壊日子l
隙j
訟を j
えませたスポンジを佑:間 L
,二酸化炭素が測定できるように考案ぢれている。ここ
ルカリ i
l
lいた円筒の大きさは,
でJ
倒i
汀のスポンジ法の必袈条 {
L
I
:をぽj
!
¥しているか。
スポンジからの KOH
熔械の滴下を防ぐために,円筒のステンレス容器の内側に十字形の支持台をつくり,その上に i
m
mメッシュのステンレス製のネットを載せて KOHの溶液を泣み込ませたスポンジ安説いた。B:
探を j二織の i~~ð
5c
mまでうめ込み, 制問を土上壊表で
r
i
上:域呼i
吸吸は制?斑t
;
恕
期
g
羽
f
l
叩
間
i
日
i
司
]
をi
通活じて lケ 凡士=
J~おミ
3 きに測定された o
土
二
i
侮
司j
月
3の
剖
泌
測
!
リJ
:
i
定
立時
1
i
時
寺
に
,
2
4
1
時間の制定を 2
日連続して行った。測定 1初こスポンジ(政筏 1
4
0m
m,隠さ 4
0m
m
) に 2腕定の KOH格波 2
0m
lを
:i
こ置いた。その後,容器の J
:
,
I
T
iをサランラップで被いアルカリ
没み込ませ,イ容器内のネットの J
新した。サランラップのうッピングシートの保護のために容器の上にステンレス
溶液を外気と遮i
!裂のカバーそ詑いた。
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. 土地呼吸速度と j二機泌度の関部
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交の間部は,次式により近似することができた;
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自:様式の定数。
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0-80%が土壊温度の変動により説明される。
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により表わされている。
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Q!Oの艇は,斜関上部のヒノキ若齢林で1.6
8と他の淵斑ぽに較べて{ほ
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l、で各調査│涯での年間二!こ壌呼吸i誌を推定した。各綿
夜 13:でのお月の IIと均楓!支から年間の土域呼吸速度を推定し,結果を表 71 こ示す。年 Illj のこl~J議呼吸
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域呼吸について,その測定方法をゆ心l
こした数多くの研究がなされてきており,塩呼吸i
密
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6
引札}入山
0
の研究に l
はま,アルカ )
1密閉吸収法が広くFnl、られており, この研究において用いた方法が標準と
]
1と比較する
なっている。したがって, ここで{尋られた土地呼吸速度の値は,他の地域での研究{7
ことができる。
n
土域呼吸;i!s芝は,冬に{尽く
d
i
l
.に高い{債を訴す明!擦な季節変化を訴した。土壌呼吸の季節変化の
機式は, 林締(15年生と 3
5年主主ヒノキ林), 樹種(たノキとスギ),立地条件(斜面上部と下
部)にかかわらず強似していた。ここで見られたと問機な土壊i
呼吸の季節変化の様式は,すでに
L土壊呼扱速度の季節変動性が示されてきている川 11。
多くの森林について報告されている山川 l
本調査において,土壌l
呼吸速度は土壌表簡の温度と有意な拐関を示した o .::1二機ーの水分条件は,
呼吸速度に影轡したが,一年を通しての土壌呼吸速度と土壌合水率 l
こは,有意な倒閣は
立の土壌 l
なかった。土壌合水準が,
1
9
8
6年 8月に 20%近くまで低下した時, すべての i
林分において土壌
二壌堆
呼吸の…時的な低下が認められた。また,斜部上者[),下部の若齢ヒノキ林において,変のこi
寓楠j
認の乾燥による土域呼吸の低下が認められた。しかし土壊堆積腐線路の乾燥は,土壌│呼吸
積j
の高い夏期に生じるために土壌 l
呼吸と土域合水彩との潤には,有;惑な相関関係は認められなかっ
8
7
) は,芦ヨミの冷温帯の天然生搭護法葉樹林での土壌呼吸速度の季節変化を調
た。椙井と様(19
呼吸の低下現象を見つけているが,一年を通してのご!二壊呼吸と土壊合
べ,夏期の乾燥による土主義 l
こに有意な関係がないと同様な傾向を報告している。本調査地では,士.壊表J
爵オ二壊の合水準
水率 l
5- 50%の範間にあり,土壊の水分条件は,涯の乾燥Il#を総いて土壌1
1
手i
肢の制限盟国
は,通常 3
として鋤いていない。
本調査の行なわれたスギ,
呼吸はにご!こ壊溢!支に依伴しており,こl
擁
ヒノキ人工林では,土壊i
i
呼吸の季節変動の 7
0- 80%は制度の変動により説明された。また,
土壌呼吸速度と繊度の関係
は,指数関数式で表わされ, この式をモデルとして年間の土壌呼股畿を推定できた。一年間のご!こ
ム スギ若齢林で 4
.
8と,推定式の精度与を考察すると,
壊呼吸盤は,斜羽下部に{l!.践するとノキ 4
呼吸盤に大きな差はなかった。…プ'
,
j 立地条件で比較すると斜面上部のとノキ若齢
林分間で土壌 i
.
8(
C,t/ha• y
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) に対して斜部下部のヒノキ若齢林のこ!ニ域呼吸 i
誌
林で、の1=f::間の土壌呼吸最:, 5
は
,
4.
4tと低い{誌を訴していた。斜Iii
i
上部のヒノキ者齢林での土壊呼吸は,
1
下部に較べ約 3
1
1
]
大きく,乾性のこi
二壊で J
実業の循環速度が大きいことが示怠れた o ~醸の林分で・のこt壊呼吸の比較
から,立地条件,特 i
こt
境条 {
I
j
:が土壌呼吸節:に大きく影響していることが治容れた。また,林分
1
手i
投競は,林齢や樹離にあまり影響されないことが訴された。
の土壌条件が同じであれば,土壌1
また,本調査で、の年1
mの土地i
呼吸抵の推定(創立, 4
.
3-5
.
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) の路間にあり, こ
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45- 6.
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, ブナ・モミ林
ヒノキ林(荻原,秘積 iヘ 1
j)
(中棋 tll,)の 4ふ1
,カラマツ林(荻原等山)の 6
.
6
5,などに近い{誌をポした。
ここで推定した年間の土壌時吸盤は,有機物の知機化と恨の i
呼吸に由来する二酸化炭素の両方々
を含んでいる。木綿斑地での恨の呼蚊;泣はトレンチ法により推定されており,全 J
こ墳時岐に占め
誌の呼吸の割合は,
るj
約 30%と制主主林分間において類似している。
から娘の時吸散を悲し
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二
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呼吸と│可搬な林分間j
での傾向をポすことが示
したがって,
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唆される ο 土域有機物の 1!!~機化に Ijl う!とする二駿化炭訴さの発生散は,全 ::1二議l呼吸と iほj 械に乾性褐色
5
8
森林土に立地する斜耐上部の若齢ヒノキ林において斜而下部の林分より高い傾向が示される。ま
た
,
I
司ーのこ1::.壌条件にある斜面下部では,土壌有機物の無機化 I
:Wう土壌i
呼吸議は,地上部級生
の林f~~, 樹flli にかかわらず類似した{協を示すことが示唆される。これらの結果から,品i 資i也の土
地l
呼吸設は,土壌中に諸積されてきている有機物の知機化;設を反映しており,地上部の植生から
供給されるリタ一等の有機物滋と関連していないことがポ峻された。
引用文献
1
) rNl~)認歩: 森林斜郎における土壌有機物のダイナミックス. :
1
1
本生態学会誌. 2
5
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1
6) 桐問的光:野外における土域呼吸の測定一街関吸収j
去の検討(日). 測定宇奈器の大きさがi1
1
J定{践に
あたえる影響. [ヨ*生態学会誌 2
1,3
8-4
2,1
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71
.
7) j
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i
J
1F
f
I1
導光:野外における土機l
呼吸の測定悩にあたえる影響. 日本生態学会誌, 2
1,4
2- 4
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9
71
.
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1
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1
手放と気j
品との関係について, 京大
筋線 3
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.
1
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) 千葉:誇三:森林土綴有機物の lR~機化球皮ならび‘に森林の土機i呼吸速度の封t定に関する研究, 高官日大
践紀, 2
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.
1
1
) 溺:
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ボブナーウラジロモシ林におけるこi:波有機物のダイナミックスとその季節変動,
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ヨ本生態学会誌. 2
5
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1
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) 絞l
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二河・秘絞手J
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犬・林)11
孝司:カラマツ人工林の土境 i
呼吸滋の椛定とその季節変化.
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.
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) ド野治活."スギととノキ人工林における土機i
呼吸についての研究, 米発表,京総大学修二:
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学位論文,
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