博 士 （ 農 学 ） デ ス ヤ ト キ ン ア レ ク セ イ ロ マ ノ ビ ッ チ
学位論文題名
Methane budget of Taiga‑Alas ecosystem ● ￣
lnCOntinuouSpermafrOStregion （ CentralYakutia ， RuSSia ）
（連続永久凍土地帯（ロシア中央ヤクチャ）の タ イガーアラ ス生態系に おけるメタン収支）
学位論文内容の要旨
Introduction: Central Yakutia is located血 舛 舵nda11yd虫yre醇mめ 餌obmwam】ing．m齲nginめaccount that血 e即 剛 血 at． echangeis畑 dyun缸 way 蝕 sregmcanbealluge恥 卿ceofCH．mCent耐 蹴 面 爲 廿 賦 ；alIe16，000mature也 ern1む 駐 d叩 ssionscaned W甜 ．Sinceme闘 此 舳ok繊 d桝 si011Sal・ edosedcc0ガ 蚰 nSmhout舳 m丘 0rnmed叩 噛 鹹 叫 acc脚 m面 onof髀 at加 0mtof orgamcmatterpfoccodS血 面demed叩ressionDueめth．elli曲 譌 伽mm面onof0曙 孤icm甜erinsideme d叩reS虹O巧q伏 述Ilg而 也theCXpanSi（ ｝nofp0．ndareaCanleadめmehi曲 伽i鹸onofQも ，11鳩gomof仕 血 shldy江 めeS血ma旭C出bldgct血1萄gaむJ髑Cco鏐Ster巧taぬgiIlめ 皺 説mntma血sourc鵠 孤dS瑚 岱0fQも 血fore霞 亀 餌asSlandSandpondScompOSingtheTaiga・ ．A1鵠eco剛 蚰emt
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309 ‑
period"). Wet grasslands always emitted CH4 which nmged fiom 0.11 t0 397 kg C hal period". The highest CH4 emission in each year was recorded fiom the oldest stage IV. Ponds also always emitted CH4.
Averaged CJ:L emission in three studied ponds was lowest in 200 7, which was 46.4 kg C ha", while it was 140, 193 and 240 kg C har in 2006, 2008 and 2009, respectively. The emission of CI:fivia aerenchyma of aqualic vegetation had signifiamt quota, which accounted for 79.3%t0 95.1% ofwhole tx,osystem CH,* emission in wet grasslands, and 32.1 t0 88.4%in ponds.
CIHh ebunition from the tbermokarst ponds: CH4 ebullition from the surface of pond during summer was estimated as 4.92, 4.01 and l.84 kg C ha〆 from the edge, middle and center of pond, respectively. Averaged CH4 ebullition in winter time was 5.11 kg C haず in the edge and middle ofpond, respectively, and 0.43 kg C ha.l in the center of pond. Annual CH4 ebullition was estimated to be 10.3, 9.1 and 9.9 kg C ha〆 from edge, middle and center of ponds, respectively. Consequeritly, CIii ebullition accounted for 3.3 t0 5.6% of total CH4 emission from pond.
cn4 pr‑oducaon and consumption in thermokarst pond: Cumulative production of CH4 in sediments measured by in‑situ incubation ranged fiom 39.5 kg C haずat the middle of pond t0 2,369 kg C at the center of pond. At the edge of pond, it was estimated as 629 kg C har． At the same time, dissolved CH4 content in the pond was very small (0.22 t0 0.25 kg C ha"), although dissolved total C content in the pond was vay high (1,699 t0 2,017 kg C ha〆）． Therefore, CH4 should be oxidized in the pond, and total oxidation of CH4 was estimated to be 54 t0 97% of CH4 produced in bottom sediments.
CH4 contentin permafrost cr‑L storage in permafrost with an icuwedge complex, which was estimated from volumetric content of ice and CH4 concentration in ice and fcozen soilin peamafi‑ost, was 2.6 kg C ha'l.
It was significantly smaU compared to the CH4 emission from thermokarst poncL Therefore, current microbial CH4 production in thermokarst pond can be a main source of considerably high CH4 emission in this region
CH4 budget in thermokarst depression of Central Yakutia: Based on the precise measurements of the CH4 fluxes and CH4 productionin thermokarst depression, annual CH4 budget in the depression of the stage IV (63.7 ha) was estimated. Land covers (dry and wet grassland and pond area) changed due to flooding.
Pond area increased from 20.4 ha in 2006 t0 43.3, 46.5 and 44.4 ha in 2007, 2008 and 2009, respectively.
Within those pond areas in respective years> 10.2, 26.0, 23.2 7md 17.7 ha were occupied by aquatic vegetation Including CH4 emission fiom dry and wet gj'asslands, pond and pond vegetation, annual total CH4 emission from the total area of the depression was 3.1, 5.2, 21.7 and 50.1 Mg C arear． Such difference of annual CH4 amssion was caused by the flooding in grasslands with easily decomposable organic C stored in the soils. Annual CH4 emission from the pond surace accounted for 14.8% of the CH4 production in the pond in 2006 and 11.8% in 2007, then increased t0 37.6 and 100% in 2008 and 2009, respectively.
Upscaled CH4 budget for Central Yakutia: Using three years (2006‑2008) available GIS land cover data based on satellite images (ALOS) in the area of 71.2 km2 :including the studied thermokarst depressions and four year average of cumulative CHh fluxes in each land cover, averaged CH4 budget in the area was estimated. In this area, forest occupied 46.4 km2, and the sum of grasslands and ponds in thermokarst depressions accounted for 15.7% of the total area However, during the three years, the areas of ponds and grasslands chtmged due to flooding. Pond areaincreased by almost 8 times, from 0.4 km2 in 2006 t0 3.5 km2 in 2008. Such increase in pond area led to decrease of grasslands area Area of aquatic vegetation increased :fiom 0.04 km2 in 2006 t0 0.8 km2 in 2008, respedively. CHi uptake by forest in this area was estimated as 2.6, 1.3 and 3.7 Mg C area'l in 2006, 2007 zmd 2008, respectively. CI‑L* emission from grasslands was estimated to be l.8 Mg C area'lin 2006 and 8.2 Mg C area♂ in 2007, but signifcantly increased t0 106.1 Mg C area" in 2008, due to increase of effect of flooding. CHA emission fiom pondincreased gradually fiom 6.0
―310ー
OO L一 b‑
t 0 1 0 ． q a n d 6 7 ． A M g C a r e a f r o m 2 0 0 6 t 0 0 8 ． C H 4 e m i s s i o n f r o m t h e a r e a 8 v e r e d b y a q u a t i c p l a n t s d e s p i t e o f t h e i r s m a l l e s t a r e a o f i n t h e a r e a a l s o w a s b i g h a n d a m o u n t e d 1 0 ． 4 a n d 5 6 ． め M g C a r e a i n 2 0 0 7 a n d 2 0 0 8 い r e s p e c t i v e l y .
C o n c l u s i o n : M o s t i m p o r t a n t c t o r 8 n t r o l l i n g a m o u n t o f C H 4 e m i s s i o n f r o m t h e r m o k a r s t d e p r e s s i o n w a s f l u c t u a t i o n o f p o n d s i 巧 i n s i d e t h e d e p r e s s i o n T h e r m o k a r s t p o n d w a s a f f e c t e d b y t h e c l i m a t i c 8 n d i t i o n s a n d s h o w e d s i g n i f i c a n t f l u c t u a t i o n o f t h e a r e a C o n t i n u o u s f l o o d i n g o f & a s s l a n d s i n s i d e t h e d e p r e s s i o n i n c r e a s e d C H 4 C I D i s s i o r i 8 n s i d e r a b l y . R e l e a s e o f C H 4 t r a p p e d F t h e p e r m a f r o s t w a s n o t s i g n i f i c a n t 8 m p a r e d t o t h e b i g h C H 4 e m i s s i o n f r o m t h e r m o k a r s t d e p r e s s i o n s ， C u r r e n t C H 4 e m i s s i o n . f r o ・ m t h e t h e r m o k a r s t d e p r e s s i o n s h a s b e e n d a : i v e d m a i n l y f r o m m i c r o b i a l C I j p r o d u d : i o． n e s p e c i a l l y i n p o n d s e d i m e n t S i n c e C a U r a l Y a k u t i a i s l o c a t e d i n p o t e n t i a l l y r i s k y r e g i o n u n d e r t h e g l o b a l w a r m i n g , t h e C H 4 e m i s s i o n c a n i n c r e a s e s i g n i f i c a n t l y w i t h t h e i n c r e a s e o f w a r m p e r i o d a n d f l o o d i n g , w h i c h c a n a l s o a c c e l e r a t e t h e t h e r m o k a r s t p r . o c e s s e s .
学位論文審査の要旨 主査 教授 波多野隆介 副 査 教授 小 池孝良 副 査 教授 橋 床泰之 副 査 教授 平 野高司
学位論文題名
Methane budget of Taiga‑Alas ecosystem ● ●
in continuous permafrost reg10n （ CentralYakutia ， RuSSia ）
（連続永久凍土地帯（ロシア中央ヤクチャ）の タイガ― アラス生態 系におけるメタン収支）
本論 文 は9章 か らな り図
51
、 表28、 引用 文献185
を含 む145ぺ ージ の英 文 論文 であ り、他に参考 論文2編が添えられている。中央 ヤ クー チャ は、 タイ ガ 林の 中に永久 凍土が融解し陥没して生成し た1万6000個の円形のサー モカル スト「アラス」により特徴 付けられる。アラスは、外部 への流出がない閉鎖生態系で、多量の 有機物 が蓄積した沼地を草地が取 り巻いており、沼の面積の拡 大はCH4放出を増加させると見られて いる。 一 方タイガ林はCH4吸収源であるとされている。本論文の目的は、タイガごアラス生態系のCH4 収支を 、生態系を構成する森林、 草地、沼といった主要なCH4ソースとシンクを考慮して見積もるこ とであ る。
ヤク ーツク市(6205イN，13033´
E
）から東に約50km離れたレ ナ川東岸で発違陞度の異なる4つのサ ーモカ ルストを対象に、森林、草 地、沼地の土壌、沼水および 水生植物を通じてのcH4フラックス、沼 にお け る気 泡に よる
CH4
放出 、沼 床 堆積 物の 伍h生成 量、 地下 氷 中の 封入 のh含量 を測定した。士頃か らあるいは水生植物を通じ てのcH4フラックスは、クロ ーズドチャンバー法で測定した。気泡 による （コ弧放出は、池の辺縁部 から中央部にかけ3つの異なる地点で、浮かべたガス採取装置を用い て 夏期 、 冬期 に測 定し た。 沼 床堆 積物 の伍
k
生 成量 は、 現 場で の培 養に よ り求 めた 。観測期間の2006
‐2009
年 は 、 平 年 よ り 気 温 が 高 く 、 降 水 量 か ら 見 て 湿 潤 か ら 乾 燥 へ と 変 化 し て い た 。タイ ガ ．ア ラス 生態 系の
CH4
放出 量は、森 氷草地、沼で異なり年次変 化が見られた。森林は、す べての 年で大気からのCモk吸収を 示した。森林近傍の乾燥した 草地でも吸収傾向を示したが、沼に近 い湿潤 な草地では常にCH4放出が見 られ、大きな発達したアラ スほど放出量は大きかった。沼でも常 にCH4放出が見られ、放出量は年々 増加した。このことは、沼 の草地への拡大が沼中の易分解陸有機 物の増 加をもたらしたためである と考えられた。植物体を通じ てのCH4放出は湿潤草地では金牧出量一 312 ‑
の
79.3
〜95.1
％ 、 沼 で は32.1
〜88.4
％ を 占 め 、 主 要 なCH4
の 放 出 経 路 で あ っ た 。沼表面からの気 泡によるCH4放出量は、冬期 、夏期間ともに沼の辺縁部で 高く、年間では、全体の
CH4
放出量の3.3〜5.6
％を占めた。沼 床 堆積 物の
CH4
生成 量は 沼中 央 で最 も大 きか った。沼か らのCH4放出量は生成量より 小さく、溶存
CH4
も少なかったことから沼 床で生成され，たCH4は沼内 のどこかで酸化されていると 考えられ た 。 酸 化 さ れ たCH4
は 沼 床 で 繊 さ れ ァ たCH4
の54
〜97
％ と 見 積 も ら れ た 。永 久 凍土 に封 入さ れた
CH4
量は サ ーモ カル スト 沼からのCH4放出量と比べて有意に小さ かった。よっ て 、こ の地 嚇こ おけ る高い
CH4
放出量の主要因は、現在 のサーモカルスト沼における 生物学的CH4
生成であると考 えられた。測 定 した
CH4
フラ ック スと生成 速度を用いて、良く発達し たアラス(63.7 ha)の年間CH4収支を算 出した。沼地の拡 大に対する降雨の増大の影響 は1年遅れで現れ、冠水によ り草地面積は減少した。2006
年 から2009
年に かけ て 降雨 量は326mm
か ら197mm´、 低下 し てい った が、沼の面積 は20.4 ha から46.5 haに拡大 した。沼の面積の約半分が 水生植物により占められてい た。この間、アラス全峨 から の 年間CH4
放出 量は ＆1から50.1 MgCarea'1
′、峭カロし 、そのうち沼からの放出が148
％から100
％に増加した。2006
年から2008年の衛星画像(ALOS)を用いて 広域(71.2 km2)の森休、草地、沼地の面積を算出し、CH4
収 支 を 算 出 し た 。 森 林 に よるCH4
吸収 量 は、2.6
か ら3.7 MgCareal
で あっ たが 、沼 の拡 大 に よ り そ のCH4
放 出 量 は6.0
か ら67.,4 MgCare11
に 増加 し、 草地 で の田4
放 出量 はそ の湿 潤化 に よ り1．8からl06．1MgCam11に増加した。中央ヤ クーチャは地球温暖化の影響 を受けやす丶ヽ地域にあ るため、将来の気 温ヒ昇と沼面面積増加が伍k放出量を増加させ、それがさ らに沼面面積の増加を加 速させる可能陸が ある。以上のように、本研究は、中央ヤクーチャに特有なタイガ‐アラス生態系が、沼の拡大により大きな
Cm
の 放出源となることを明らかに したものであり、今後の地 球温暖化の予測とその対策の ための研 究に 貢献するものである。よって 審査員一同は、朋eXeyRomau0切cbD圃′m血が博士（農学 ）の学位 を受けるに十分な 資格を有するものと認めた。‑ 313ー
