新しい方法は正確で効率的な土壌炭素推定を約束します

Jul 05, 2023

地球の土壌には大量の炭素が蓄積されており、大気中の炭素よりもさらに多く含まれています。 この土壌炭素の大部分は、土壌有機炭素 (SOC) と呼ばれる有機形態 (炭素に結合した炭素) です。 しかし、歴史的にSOCは農業活動によって大幅に減少し、その炭素が二酸化炭素として大気中に放出され、気候変動の一因となってきました。

農地利用下での SOC 蓄積を監視し、持続的に管理するには、SOC を正確に測定する方法が不可欠です。 ただし、SOC を正確に推定する現在の方法は、リソースとコストを大量に消費します。彼らの新しい研究ではGeoderma に掲載された、農業生態系持続可能性センター (ASC) の研究者らは、SOC 資源の推定能力の向上を期待して、新しいサンプリング方法をテストしました。

研究チームの以前の研究では、公共データベース内の空間情報を容易に利用できるため、農業分野でのSOCサンプリングの効率が向上する可能性があることが示唆されています。 この研究は、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の天然資源・環境科学部（NRES）の研究員であるASCのエリック・ポタシュ氏が主導し、イリノイ州とネブラスカ州にまたがる8つの分野でその仮説を検証した。

SOC は変動するため、測定は困難です。 わずか数フィート離れた 2 つの場所の SOC ストックは大幅に異なる場合があります。 これは、総 SOC 在庫を推定するために多くの場所をサンプリングする必要があることを意味し、研究室と現場で多くの作業が必要になります。

「1年前に行った研究を含む過去の研究では、必要なサンプル数を減らす方法が提案されていました」とポタッシュ氏は言う。 「しかし、それらの方法がどれほど効率的であるかは不明でした。 私たちは、研究チームがまとめた新しい高品質のデータセットを使用して、これらの手法をテストしました。」

研究チームは、標高地図、衛星画像、以前の調査で入手可能な補助情報を考慮した二重バランスサンプリングと呼ばれる方法を使用することで、農地のSOC蓄積量をより効率的に測定できることを発見しました。 二重バランスサンプリングは、この補助情報の観点から現場をより代表する場所を選択することにより、層別サンプリングの古典的な方法を改良した最新の戦略です。

「土壌サンプリングによる土壌炭素ストックの定量化は、困難で費用のかかる作業ですが、私たちのアプローチは、必要な土壌サンプルの数を非常に有望な 30% 削減できることがわかりました。」と、プロジェクトリーダーであり共著者であり、プロジェクトの共同執筆者である Kaiyu Guan 氏は述べています。 ASC、NRES准教授。 「これは土壌サンプリングの効率を向上させるための重要な進歩であり、炭素プロジェクトの開発者や研究者によって将来の実践で促進されるべきであると私たちは信じています。」

この研究は、さまざまなプロジェクトから科学者によって収集された独自の現場レベルの高解像度土壌サンプルによって可能になりました。

「私たちの熱心な研究と収集された土壌サンプリングデータによって、このアプローチの開発が可能になったことをうれしく思います」と、もう一人の共著者であり、I大学作物科学教授のDoKyoung Lee氏は述べた。

チームは、科学コミュニティが SOC から恩恵を受け、協力して SOC の理解をさらに向上できるように、その手法とデータを公開しました。

「この研究のデータを公に共有できることに特に興奮しています」とポタッシュ氏は語った。 「これにより協力関係が強化され、土壌炭素研究の進歩が加速されることを願っています。」

この出版物の共著者には、Potash、Guan、および Lee に加えて、作物科学准教授および ASC 副所長の Andrew Margenot が含まれています。 アービッド・ボー、サウスダコタ州立大学の農学、園芸、植物科学の教授。 Michael Douglass、ASC および作物科学研究技術者。 エミリー・ヒートン、作物科学教授。 Chunhwa Jang、作物科学博士研究員。 ネブラスカ大学の USDA-ARS 研究土壌科学者、Virginia Jin 氏。 Nan Li、ASC および作物科学博士研究員。 ロブ・ミッチェル、農務省研究農学者、ネブラスカ大学農学非常勤教授。 Nictor Namoi 氏、ASC および作物科学大学院研究助手。 マーティ・シュマー氏、ネブラスカ大学USDA-ARS研究農学者。 Sheng Wang、ASC および NRES 研究助教授。 アルゴンヌ国立研究所のバイオエネルギーおよび生態系サービスのスペシャリストであるコリーン・ズンプフ氏は次のように述べています。