大気汚染で汚染された土壌から炭素を排出(Soil tainted by air pollution expels carbon)

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気候変動はどのように燃料を供給しているのか How climate change is fueling itself

2023-02-01 カリフォルニア大学リバーサイド校(UCR)

◆カリフォルニア大学リバーサイド校の新しい研究によると、ガス駆動の機械から放出される窒素が、乾燥した土壌に炭素を放出させ、大気中に戻し、気候変動の原因となる可能性があることが示唆されました。
◆工業生産、農業、そして自動車は、化石燃料を燃やして大気中に窒素を放出しています。その結果、地球上の大気中の窒素濃度は1850年以来3倍になっている。研究チームは、この余分な窒素が、土壌が炭素を保持し、温室効果ガスにならないようにする能力に影響を及ぼしているのかどうかを明らかにしたいと考えた。
◆研究チームは、特定の条件下で、余分な窒素が乾燥地の土壌を酸性化させ、カルシウムを溶出させることを発見した。カルシウムは炭素と結合し、この2つの元素は一緒に土壌から出て行ってしまうのだ。この発見については、『Global Change Biology』誌に詳しく述べられている。
◆研究チームは、この結果を得るために、サンディエゴとアーバイン近郊の生態系保護区で、長期間の実験で窒素を施した土壌を採取した。このため、研究チームは窒素の添加量を正確に把握し、観察されたあらゆる影響を考慮することができた。
◆今回の調査では、窒素によって土壌が酸性化すると、土壌はカルシウムを放出して酸性に抵抗しようとした。その結果、カルシウムと結合して安定化していた炭素の一部が失われたのです。
◆しかし、この現象に即効性のある解決策はなく、一度始まったプロセスを元に戻す明確な方法もないため、研究者たちは、土壌が炭素貯蔵量を維持できるように、できるだけ排出量を減らすことを勧めている。
◆「化石燃料の燃焼によって発生する大気汚染は、喘息を引き起こすなど、人間の健康を含む多くのものに影響を及ぼします」とホミアックは言います。「また、乾燥地が蓄えることができる炭素の量にも影響を及ぼします。多くの理由から、私たちは大気汚染に対処しなければならないのです。

<関連情報>

南カリフォルニア乾燥地における実験的窒素沈着が土壌有機炭素蓄積に及ぼす影響 Effects of experimental nitrogen deposition on soil organic carbon storage in Southern California drylands

Johann F. Püspök, Sharon Zhao, Anthony D. Calma, George L. Vourlitis, Steven D. Allison, Emma L. Aronson, Joshua P. Schimel, Erin J. Hanan, Peter M. Homyak
Global Change Biology  Published: 17 December 2022
DOI:https://doi.org/10.1111/gcb.16563

Abstract

Atmospheric nitrogen (N) deposition is enriching soils with N across biomes. Soil N enrichment can increase plant productivity and affect microbial activity, thereby increasing soil organic carbon (SOC), but such responses vary across biomes. Drylands cover ~45% of Earth’s land area and store ~33% of global SOC contained in the top 1 m of soil. Nitrogen fertilization could, therefore, disproportionately impact carbon (C) cycling, yet whether dryland SOC storage increases with N remains unclear. To understand how N enrichment may change SOC storage, we separated SOC into plant-derived, particulate organic C (POC), and largely microbially derived, mineral-associated organic C (MAOC) at four N deposition experimental sites in Southern California. Theory suggests that N enrichment increases the efficiency by which microbes build MAOC (C stabilization efficiency) if soil pH stays constant. But if soils acidify, a common response to N enrichment, then microbial biomass and enzymatic organic matter decay may decrease, increasing POC but not MAOC. We found that N enrichment had no effect on C fractions except for a decrease in MAOC at one site. Specifically, despite reported increases in plant biomass in three sites and decreases in microbial biomass and extracellular enzyme activities in two sites that acidified, POC did not increase. Furthermore, microbial C use and stabilization efficiency increased in a non-acidified site, but without increasing MAOC. Instead, MAOC decreased by 16% at one of the sites that acidified, likely because it lost 47% of the exchangeable calcium (Ca) relative to controls. Indeed, MAOC was strongly and positively affected by Ca, which directly and, through its positive effect on microbial biomass, explained 58% of variation in MAOC. Long-term effects of N fertilization on dryland SOC storage appear abiotic in nature, such that drylands where Ca-stabilization of SOC is prevalent and soils acidify, are most at risk for significant C loss.

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