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溶存無機炭素の同位体組成による新たな流域診断指標の構築(平成 24年度)
Freshwater environmental analysis by using 13C and 14C natural abundances in dissolved inorganic carbon

予算区分
CD 文科-科研費
研究課題コード
1214CD017
開始/終了年度
2012~2014年
キーワード(日本語)
溶存無機炭素,炭素安定同位体比,放射性炭素濃度,炭素循環
キーワード(英語)
dissolved inorganic carbon, delta13C, Δ14C, Carbon material cycling

研究概要

河川水中の溶存無機炭素は主として流域の土壌呼吸由来の炭酸ガスが溶け込み地下水へと押し出されて出てきたものであることから、集水域に負荷された分解性有機物についての情報を得ることができ、河川へ流出する有機物プールに比べ、流域の炭素代謝の総合指標として適している。さらに、溶存無機炭素の濃度と同位体組成(δ13C, Δ14C)を組み合わせることで溶存無機炭素の由来(土壌呼吸、大気、炭酸塩)と主たる分解基質を解析することができるが、網羅的に研究された例はほとんどない。本研究は石灰岩地帯を含む多様な水試料を採水し、δ13C, Δ14Cから導かれる新たな同位体指標を創出し、流域の炭素代謝を明らかにすることを目的とする。

研究の性格

  • 主たるもの:基礎科学研究
  • 従たるもの:技術開発・評価

全体計画

本申請課題では多様な水試料を採水し、石灰岩地帯を含む多様な地域で溶存無機炭素の同位体組成を比較研究することで、流域の炭素代謝の新たな指標を創出する。初年度にはGIS解析により、採水流域の確定を行うと同時に、霞ヶ浦流域で定期モニタリングを行っている河川を対象に日変化、季節変化、出水時の変化を調べるために高頻度採水を行う。採水直後に呼吸を止めた試料水と数日もしくは数10日後に止めた試料水の溶存無機炭素の濃度、pH、Alkalinity、δ13Cを測定する。すでにonlineで溶存無機炭素のδ13Cを自動測定する前処理ラインは作成済みである。溶存無機炭素のΔ14C測定のためのグラファイト化の前処理の自動化を進める。2年目以降は遠隔地や大規模出水時の採水を引き続き行い、Δ14C測定を進める。最後に得られた結果をもとに、溶存無機炭素のδ13CとΔ14Cによる流域の炭素循環の指標化を行う。

今年度の研究概要

1)対象とする流域の確定
土地利用形態は流域へ負荷される有機物の量と種類を大きく規定すると同時に流域の水文学的特性に大きく影響する。畑や果樹園などでは易分解性有機物が負荷され分解も早いと考えられるが、水田や湿地など貧酸素環境下では分解は抑えられる。また、流域全体の平均勾配の違いは水の滞留時間に大きな違いをもたらす。石灰岩地帯での炭酸塩鉱物の流出の影響も把握する。以上、解析対象とする流域の多様性を確保するための流域の選定をGISソフトを用いて行う。
2)採水および塩化水銀添加のタイミングの確定
溶存無機炭素は光合成により日中低下し、夜間に上昇するため、日の出前に一番濃度が高くなる(Parker et al. 2007)。流域からの溶存無機炭素の流出プロセスを解明するには、河川内で光合成の影響がもっとも小さくなる日の出前が良いと考えられる。そのため、複数のタイマー付き自動採水器を購入し、先述した多様な流域河川水を採水する予定である。また、季節変化としては夏季と冬季の2回おこなう。一方、出水時の影響を見るために、研究所周辺の3流域において出水時の採水をおこなう予定である。水試料は20mlのバイアル瓶に気泡が入らないように密閉し、塩化水銀を加え呼吸活性を止め保存する。一つの河川水試料に対して、採水直後に塩化水銀を添加したものと、数日から数10日後に添加したものの2種類のサンプルを測定し、その間の溶存無機炭素の濃度と同位体比の変化から、試料水中の易分解性有機物の種類の特定を行う。
3)分析方法の確立と研究協力者との連携
溶存無機炭素の安定同位体比(δ13C)の測定には現在所属している湖沼環境研究室の所有する固体試料のδ13C測定を行っているラインにHeでのバブリング&トラップ機能を追加し、さらにShimadzuのSHINCARBONSTというGCカラムを使うことで分離し、質量分析計に導入して測定する。本前処理ラインはすでに作成済みである。
溶存無機炭素の放射性同位体比(14C)の測定は現在所属研究機関である国立環境研究所の加速度マス(AMS)を用いる。加速度マスによる分析自体は同研究所の環境計測研究センターの研究協力者に委託する予定であるが、グラファイト化までの前処理は研究代表者自身が中心になって行う。現在その操作手順の習得を化学領域部門の研究協力者の協力の下、行っているところであり、onlineでのグラファイト化のラインを作成する。

関連する研究課題

課題代表者

高津 文人

  • 地域環境研究センター
    湖沼・河川環境研究室
  • 室長
  • 理学博士
  • 生物学,農学,林学
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