科学者は「土壌呼吸」と呼ぶプロセスが、地球上で最大級の炭素フローのひとつであることを示しています。この自然の炭素交換は、森林の微生物や根の活動によって支えられていますが、近年拡大しつつある過剰窒素汚染がリズムを乱していることが明らかになりました。
窒素汚染の現状と森林への影響
肥料、車両排ガス、産業活動から放出された反応性窒素は、雨や雪、浮遊粒子を介して地表に戻ります。産業革命以降、人為的な窒素沈着量は約３倍に増加し、世界中の森林に広がっています。
研究の概要とデータ規模
国際研究チームは、土壌呼吸に関する最大規模のデータセットを構築しました。具体的には、
- 世界中の森林で実施された窒素添加実験 168 件
- 自然状態の土壌呼吸観測 3,689 件
- 窒素制限森林と窒素飽和森林を示す地球規模の地図
- 高解像度の窒素沈着データ
- 根呼吸と微生物呼吸の双方の測定
これらの情報を機械学習で解析し、窒素入力増加に対する森林の反応をモデル化しました。
森林が示す二つの典型的反応パターン
① 窒素が肥料として機能する場合
窒素が不足している森林（主に北方地域や遠隔山岳地帯）では、追加窒素が微生物活性と根の成長を促進し、有機物分解が速まります。その結果、土壌呼吸は増加し、炭素放出が拡大します。ただし、窒素濃度がさらに上昇すると、毒性や炭素源の枯渇により増加効果は鈍化し、最終的には横ばいまたは減少に転じます。研究者はこの挙動を「逆U字型」の応答と説明しています。
② 窒素が飽和状態にある場合
既に高窒素レベルの森林では、追加窒素が許容閾値を超えると、微生物群集が変化し、感受性種が消失、細根が縮小・枯死、土壌酸性度が上昇します。このような窒素飽和生態系では、土壌呼吸が急激に低下するケースが頻繁に報告されています。欧州、中国東部、米国東部など、長期間にわたり重度窒素汚染を経験した地域で顕著です。
気候への潜在的影響
土壌呼吸は地球規模で非常に大きく、放出される炭素は人為的化石燃料排出の７〜８倍に相当すると推定されています。研究によれば、窒素沈着により全球の土壌呼吸は約５％増加すると見積もられました。一方で、窒素飽和森林での呼吸低下は、根活動や微生物個体数の減少を意味し、炭素貯蔵能力の低下や生態系回復力の喪失につながる恐れがあります。
新たな予測フレームワーク
本研究は、数千件の観測と数十年にわたる生態学的知見を統合し、以下の要素を組み込んだ予測フレームワークを構築しました。
- 生化学的限界
- 種特有の窒素耐性
元記事: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/06/260602021659.htm