森林総合研究所は独立行政法人農業環境技術研究所と共同で、落ち葉や土などの有機物組成をそのままの状態で調べることができる「固体¹³C核磁気共鳴法(固体¹³C NMR法)」を用いて、世界で初めて落葉が土壌有機物へ変化していく過程を明らかにしました。
　　この方法を用いて、ブナとミズナラの落葉の腐朽過程を調べた結果、両樹種の有機物の成分組成は異なっていますが、主要成分であるO-アルキルグループの有機物は両樹種とも大きく減少しました。また、分解の遅い脂肪族、芳香族、カルボニルグループの有機物が相対的に増加し、３年後には両樹種における有機物組成は等しくなるとともに、土壌中の有機物組成に近づきました。さらに、有機物組成ごとの分解速度を基にして林床の有機物集積量を推定した結果、10年間で１ヘクタールあたり総計４トンの炭素が林床に蓄積されることを明らかにしました。
　　「固体¹³C NMR法」では、これまで対象ごとに別々の手法で測定されてきた有機物組成を、同一の非破壊的手法で同時に調べることができます。この手法によって、森林への炭素蓄積のメカニズムの包括的な理解が可能となり、地球温暖化対策研究の進展に貢献することが期待されます

　　予算：科学研究費補助金No.20780122
　　　　　　　「難分解性有機物「リグニン」を指標とした、森林土壌における腐植生成プロセスの解析（H20-22）」、
　　　　　　農林水産省委託プロジェクト
　　　　　　　「地球温暖化が農林水産業に及ぼす影響評価と緩和及び適応技術の開発（H18-23）」

　　森林土壌は巨大な炭素貯蔵庫であり、落葉などの枯死した植物がその炭素の起源であるため、落葉がどのように分解し土壌有機物へと変化していくかに関心が持たれています。しかし、従来は化学薬品で細片化した落葉や土壌中の有機物を抽出し、有機物の組成を調べる方法が用いられていました。また、その方法は落葉や土壌では異なっていたため、落葉が土壌有機物に変化していく過程を統一的に評価することはできませんでした。それを解決するために、この研究では薬品処理で有機物を壊さずに組成を調べることができる固体¹³C NMR法を用いて、落葉が分解し、土壌有機物に変化していく過程を調べました。

　　森林土壌への炭素供給、蓄積プロセスの実態を把握するために、北関東の天然林においてブナとミズナラの落葉が分解する過程を3年間調べました。落葉には炭素の結合の形から区分されるO-アルキル、芳香族、脂肪族、カルボニルの4グループの有機物が含まれます。ブナとミズナラの新鮮落葉はいずれもO-アルキルグループが主成分でした（図1）。O-アルキルグループはセルロースやヘミセルロースに相当するもので、分解速度が最も大きく、ついで芳香族、脂肪族、カルボニルグループの順に分解速度が小さいことが分かりました（図2）。また、ブナの新鮮落葉はミズナラに比べてO-アルキルグループを多く含んでいますが、O-アルキルグループの分解速度はブナの方がミズナラより大きいので、両樹種の有機物組成は3年後にはほぼ等しくなり、土壌有機物組成に近づくことが分かりました（図１）。さらに、有機物のタイプごとの分解速度をもとに毎年林床に貯まっていく落葉層の量を計算したところ、実際の森林の落葉層の量とほぼ一致し、この方法の信頼性が確認できました（図3）。この研究は、落葉の分解過程において有機物の組成変化と有機成分の量的な変化を同時に測定した世界で初めての成果です。

　　これまで有機物の組成分析は、落葉と土壌それぞれの対象物によって異なる方法で調べる必要がありました。いずれの方法でも酸、アルカリなどの薬品で処理し、有機物を細かく断片化して調べるため、有機物の本来の構造を正確に知ることができません。しかし、この研究で用いた固体¹³C NMR法は有機物を断片化することなくそのままの状態で調べるため、有機物本来の化学構造や組成の量的な変化を調べることができます。この方法は落葉や枯れ枝、土壌有機物を直接比較することができるので、実測データに基づいた森林への炭素蓄積メカニズムの包括的な理解が可能となります。従来、森林土壌における炭素動態フローは概念的な炭素動態モデルによって推測されていましたが、このように実測データから森林土壌における炭素動態の実態を明らかにすることで、地球温暖化対策研究の進展を期待できます。