The e f f e c t  o f   s o i l 仕 e e z i n g on N c y c l i n g :  comparison o f  two headwater  subcatchments  with d i f f e r e n t   v e g e t a t i o n   and  snowpack  c o n d i t i o n s  i n  t h e  northern Hokkaido. 

自然科学班報告 ( 2 )

森林生態系の窒素循環に及ぼす土壌凍結の影響

The e f f e c t  o f   s o i l 仕 e e z i n g on N c y c l i n g :  comparison o f  two headwater  subcatchments  with d i f f e r e n t   v e g e t a t i o n   and  snowpack  c o n d i t i o n s  i n  t h e  northern Hokkaido. 

S h e i l a  F .   Christopher

, Hideaki Shibata

，  Megumi Ozawa

，  Yasunori Nakagawa

and  Myron J .  Mitche 1 l 3 

Climate change models p r e d i c t  t h a t  t h e  snowpacks  o f  temperate f o r e s t s  w i l l  d e v e l o p   l a t e r  and be  s h a l l o w e r  r e s u l t i n g   i n  a  h i g h e r  p r o p e n s i t y  f o r   s o i l 企 e e z i n g . In t h e  n o r t h e r n   most i s l a n d  o f  Japan ，  Hokkaido ，  snowpack  depth d e c r e a s e s  from west t o   e a s t .  This  snowpack depth g r a d i e n t  p r o v i d e d  a  unique o p p o r t u n i t y  t o  t e s t  t h e   e f f e c t s  o f   v a r i a b l e   snowpack and s o i l 仕 e e z i n gon N b i o g e o c h e m i s t r y .  The Shibecha Northern Catchment i n   Shibecha Experimental F o r e s t ，  e a s t e r n  Hokkaido had deciduous t r e e s   and a mean  annual snowpack o f  0 . 7   m w h i l e  t h e  M3 catchment i n  Uryu Experimental F o r e s t ，  western Hokkaido had mixed deciduous and c o n i f e r o u s  t r e e  s p e c i e s   and  a  mean annual  snowpack o f  2 . 0  m. We  conducted a  f i e l d  study ( O c t o b e r  200ιApril 2 0 0 5 )  t o  determine  正 d i f f e r e n c e s i n   Shibecha  and  Uryu  s o i l   e x t r a c t a b l e   N ，  N m i n e r a l i z a t i o n ，  and  n i t r i f i c a t i o n  were c o n t r o l l e d  by t h e  v a r i a b i l i t y  i n  s o i l  f r e e z i n g  during w i n t e r  o r  t r e e   s p e c i e s  c o m p o s i t i o n  t h a t  a f f e c t e d  t h e  q u a l i t y  o f  t h e  f o r e s t  f l o o r .  The mixed d e c i d u o u s   and c o n i f e r o u s  t r e e s  forming t h e  Uryu f o r e s t  f l o o r  had a  h i g h e r   C:N  r a t i o  ( 2 5 . 0  v s .  22 . 4   a t  S h i b e c h a ) ，  h i g h e r  l i g n i n : N  r a t i o  ( 1 5  v s .  8 . 8 ) ，  and h i g h e r  l i g n i n  c o n c e n t r a t i o n s   ( 0 . 2 8   v s .   0 . 1 8  g  l i g n i n  g ‑ l ) .  These d i f f e r e n c e s  i n  f o r e s t  f l o o r  q u a l i t y  c o n t r i b u t e d  t o  h i g h e r  n e t  N  m i n e r a l i z a t i o n   and n i t r i 五 c a t i o ni n   Shibecha compared t o   Uryu.  In  Shibecha ，  s o i l   remained 企 ozenf o r  t h e  e n t i r e  s t u d y .  For Uryu ，  e x c e p t  f o r  an e a r l y  p e r i o d  with c o l d   temperatures and no snow ，  t h e   s o i l   g e n e r a l l y  remained un 仕 o z e n .As a  r e s u l t  ofthe e a r l y   w i n t e r  c o l d  p e r i o d  and  s o i l  f r e e z i n g ，  e x t r a c t a b l e  s o i l  

d i d  n o t  change but N0 3 ‑ i n c r e a s e d .  R e c i p r o c a l  0‑5 cm mineral s o i l   t r a n s p l a n t s  made between Shibecha and  Uryu and i n c u b a t e d  during winter a t  0 ，  5 ，  and 30 cm s u g g e s t e d  t h a t  s o i l   f r e e z i n g   r e s u l t e d  i n  g r e a t e r  n e t  N m i n e r a l i z a t i o n  y e t  lower n i t r i f i c a t i o n  r e g a r d l e s s  o f  t h e  s o i l   o r i g i n .  The e f f e c t  o f  s o i l 仕 e e z i n gs h o u l d  be c o n s i d e r e d  when e v a l u a t i n g  d i f f e r e n c e s  i n  N  dynamics between temperate ecosystems having a  p r o p e n s i t y  f o r  s o i l  f r e e z i n g .  

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F i g .   1 S o i l 仕 e e z i n ga t  t h e  lower and upper  s l o p e  o f  Uryu and S h i b e c h a .  V a l u e s  a r e   means with  b a r s   showing t h e  range ( N = 5 ) .  

1 4  

自然科学班報告

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F i g . 2   Mean n e t  n i t r i 五 c a t i o nand  N  m i n e r a l i z a t i o n  and n i t r i f i c a t i o n/ m i n e r a l i z a t i o n   (+SE o f  t h e  group means) i n  t h e  lower s l o p e s  ( a )   and upper s l o p e s  ( b )   o f  Uryu and  Shibecha a t  0 ，  5  and 30 cm.  L e t t e r s  that d i f f e r  among catchment b u r i a l  s i t e s  (Uryu ，  Shibecha i n  Uryu ，  Uryu i n  Shibecha and Shibecha) i n d i c a t e  s i g n i f i . cant d i f f e r e n c e s  a t   t h e  0 . 0 5  l e v e l s .  

C h r i s t o p h e r ，  S . F . ，  S h i b a t a ，  H . ，  Ozawa ，  M . ，  Nakagawa ，  Y .   and M i t c h e l l ，  M . J .   ( 2 0 0 8 )   The e f f e c t  o f  s o i l  

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e e z i n go n  N  c y c l i n g :   C o m p a r i s o n  o f  t w o  h e a d w a t e r  s u b c a t c h m e n t s  w i t h  d i f f e r e n t  v e g e t a t i o n  a n d   s n o w p a c k   c o n d i t i o n s   i n   t h e   n o r t h e r n  H o k k a i d o  I s l a n d  o f  Japan .  B i o g e o c h e m i s t r y   8 8 ( 1 ) :   1 5 ‑ 3 0 .  

1 5