水田土壌からのメタン排出に及ぼすバイオ炭の効果。水田土壌からのメタン排出に対するバイオ炭の効果：DOMと微生物群集に着目して

Effects of biochar on methane emission from paddy soil: Focusing on DOM and microbial communities.

• Mengyuan Ji
• Lei Zhou
• Shicheng Zhang
• Gang Luo
• Wenjing Sang

抄録

バイオ炭は土壌改良材として使用することができる。しかし、一般的にバイオ炭は独特の物理化学的特性と複雑な有機物を有しており、土壌のメタン生成に影響を与える可能性がある。本研究では，300℃（BC300），500℃（BC500），700℃（BC700）で得られたストローをベースとしたバイオチャーを水田土壌に添加し，ブランク群と比較して，BC300は水田土壌のメタン生成を有意に増加させた。BC300はブランク群と比較して、水田土壌のメタン排出量を約38％増加させた。しかし、この促進効果は熱分解温度の上昇とともに徐々に消失し、BC700群ではメタン排出量が18.2%減少したのに対し、BC300群では18.2%減少した。これは、バイオ炭から放出される有機物が関係している可能性があると考えられる。Van Krevelen (VK)図から、BC700とBC500の芳香族性はBC300よりも有意に高いことがわかった。蛍光分析では、BC300は土壌中の分解性蛍光性有機物の量を増加させ、メタン生成のためのより多くの基質を提供する可能性があることがさらに明らかになった。さらに、熱分解温度が上昇するにつれて、放出される蛍光有機物は非生分解性腐植物である可能性が高くなった。さらに、BC700が土壌中の一部の固有有機物を吸着することで、総有機物量が減少し、土壌からのメタン排出が抑制されることが示された。微生物分析の結果、メタン生成は、様々な種類の有機物をさらに分解する能力を持ち、メタン菌に基質を提供する合成栄養細菌（例えば、デスルフォバッカやクロストリジウム）の豊富さと正の相関関係があることが示された。本論文では、水田土壌からのメタン排出に及ぼすバイオ炭の効果について、有機物と微生物の観点からの理解を深めることができた。

Biochar can be used as a soil amendment. However, it generally possesses unique physicochemical properties and complex organics, which could affect soil methanogenesis. In this study，straw-based biochars obtained at 300 °C (BC300), 500 °C (BC500) and 700 °C (BC700) were added to the paddy soil. Compared with the blank group, BC300 significantly increased paddy soil methane emissions by about 38%. However, this promoting effect gradually disappeared with the increase of pyrolysis temperature, and the inhibition even appeared in the BC700 group with the methane reduction by 18.2%. This might be related to the organics released from biochar. Van Krevelen (VK) diagram showed that the aromaticity of BC700 and BC500 were significantly higher than BC300. Fluorescent analysis further revealed that BC300 increased the amount of degradable fluorescent organics in the soil, which could provide more substrate for methane production. Moreover, as pyrolysis temperature increased, the fluorescent organics released were more likely to be non-biodegradable humus. In addition, it was shown that BC700 could adsorb some inherent organics in the soil, and thus reduced the total organic content and inhibited soil methane emissions. Microbial analysis showed that methanogenesis had a positive correlation with the abundance of syntrophic bacteria (e.g. Desulfobacca and Clostridium) which had ability to further degrade various types of organics and provided substrates to the methanogens. This article provides a deeper understanding regarding for the effects of biochar on methane emission from paddy soil in terms of organics and microbial perspectives.

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