2023-02-01 アリゾナ大学
◆クリティカルゾーン（Critical Zone）とは、1980年代のアクション・スリラーのような名前だが、生命維持に必要な地球の地表の領域を指す科学用語である。クリティカルゾーンは、地下水面下の岩盤から大気圏まで、地球構造の中では比較的狭い範囲に存在する。
◆地球科学にアプローチする比較的新しい枠組みであるクリティカルゾーンは、物理的、化学的、生物学的プロセスの繊細な網がどのように組み合わさって地球の生命維持システムを形成しているかをより理解するために、分野を超えて研究者を連携させるものです。
◆チョロバーは、北京大学の博士研究員であるチアン・ファン（Qian Fang）と共に、サンタ・カタリナ・ジェメズ川流域臨界帯観測所（ニューメキシコ州北部とアリゾナ州南部の岩石流域で標高と気候の勾配にまたがっている）で約10年間収集したデータの結果を最近公表しました。
◆チョロヴァーによれば、この研究結果は、臨界地帯における炭素消費型微生物の活動と、岩石が生命を維持する土壌に変化することの「決定的な」関連性を示すものである。
◆サンタ・カタリナ-ジェメズ川流域臨界地帯観測所では、森林と大気間の水交換を測定するタワー、エネルギーとガスの移動を測定する土壌プローブ、その他多くの環境内測定器により、臨界地帯内の複雑なシステムを直接観察することができます。
◆臨界帯にあるこれらの鉱物は、微生物、有機酸、水によって絶えず攻撃されている、とファング氏は説明する。ミネラルが分解されると、土壌中の微生物が新たな有機物を消費し、植物や他の微生物の餌となる物質に変化し、同時に二酸化炭素が放出される。
◆これまでの研究から、土壌有機物の微生物による分解は、植物などの「新鮮な」有機物を土壌システムに多く取り込むことで促進されることが示唆されている。このプロセスは、土壌科学者の間では「プライミング効果」と呼ばれている。しかし、鉱物の風化と微生物のプライミングの関係については、いまだ不明な点が多い。
◆「今回の研究により、これらの重要な土壌プロセスがどのように連関しているのか、また、これら2つのプロセスが土壌形成、CO2排出、地球気候に絶えず影響を与えていることが初めて明らかになりました」と、Fang教授は語った。”この連関は、地球上の土壌の炭素と栄養素の長期的な元素循環と急速なターンオーバーに関連している可能性さえあります。”
＜関連情報＞
- https://news.arizona.edu/story/microbes-are-active-engineers-earths-rock-life-cycle
- https://www.nature.com/articles/s41467-022-35671-x
鉱物の風化は、臨界領域における微生物のプライミングと連動している Mineral weathering is linked to microbial priming in the critical zone
Qian Fang,Anhuai Lu,Hanlie Hong,Yakov Kuzyakov,Thomas J. Algeo,Lulu Zhao,Yaniv Olshansky,Bryan Moravec,Danielle M. Barrientes & Jon Chorover
Nature Communications Published:20 January 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-022-35671-x
Abstract
Decomposition of soil organic matter (SOM) can be stimulated by fresh organic matter input, a phenomenon known as the ‘priming effect’. Despite its global importance, the relationship of the priming effect to mineral weathering and nutrient release remains unclear. Here we show close linkages between mineral weathering in the critical zone and primed decomposition of SOM. Intensified mineral weathering and rock-derived nutrient release are generally coupled with primed SOM decomposition resulting from “triggered” microbial activity. Fluxes of organic matter products decomposed via priming are linearly correlated with weathering congruency. Weathering congruency influences the formation of organo-mineral associations, thereby modulating the accessibility of organic matter to microbial decomposers and, thus, the priming effect. Our study links weathering with primed SOM decomposition, which plays a key role in controlling soil C dynamics in space and time. These connections represent fundamental links between long-term lithogenic element cycling (= weathering) and rapid turnover of carbon and nutrients (= priming) in soil.
