スイスの森林地帯の土壌溶液。20年間の時系列データ

Soil solution in Swiss forest stands: A 20 year's time series.

• Sabine Braun
• Simon Tresch
• Sabine Augustin

抄録

土壌溶液の化学的性質は、大気汚染物質の大気中への沈着、土壌マトリックスとの交換過程、土壌-根圏-植物相互作用の影響を受けている。本研究では、1998年から実施されているスイスの長期森林間観測プログラムの結果を発表するとともに、現在の47区画の土壌溶液の測定結果を報告する。森林サイトはスイスの2つの主要な森林タイプで構成されており、窒素（N）の沈着量や土壌条件が異なるなど、幅広い生態学的勾配を含んでいる。20年間の土壌溶液測定の長期データセットは、進行中ではあるが、サイト固有の土壌酸性化を明らかにした。強酸性土壌（土壌pH4.2以下）では、酸性化指標は測定期間中にゆっくりとしか変化しなかったが、これはおそらくアルミニウム緩衝液（pH4.2-3.8）の高い緩衝能力に起因するものと考えられる。対照的に、酸性化が進んでいない土壌では、時間の経過とともに酸性化率が上昇していることが観察されたが、これは、例えば、塩基性陽イオンとアルミニウムの比率（BC/Al比）が継続的に減少していることに反映されている。今日では、土壌酸性化の主な原因はNの沈着率の高さであり、陽イオンの損失を引き起こし、樹木の栄養のための持続可能な栄養バランスを阻害している。2005～2017 年の平均硝酸塩溶出率は 9.4 kg N ha-1 yr-1 で、0.04～53 kg N ha-1 yr-1 の範囲であった。Nの投入量が多い3つの圃場では、硝酸塩溶出量が顕著に低かった。2000年以降、N沈着量と硝酸塩溶出量はともに減少している。しかし、後者の傾向は近年の干ばつの増加によるものである可能性がある。それにもかかわらず、これらの高濃度の窒素沈着は依然として森林の大部分に影響を与えている。以上のことから、本研究はスイスの森林地帯における人為的な土壌酸性化の証拠を示している。土壌溶液の長期的な測定結果は、栄養分の流出損失や干ばつなどの気候変動の影響に関する重要な情報を提供している。さらに、この研究は、硝酸塩溶出率の変化に関連した森林管理と樹木の死亡率の理解を向上させるものである。

Soil solution chemistry is influenced by atmospheric deposition of air pollutants, exchange processes with the soil matrix and soil-rhizosphere-plant interactions. In this study we present the results of the long-term Intercantonal Forest Observation Program in Switzerland with soil solution measurements since 1998 on a current total of 47 plots. The forest sites comprise two major forest types of Switzerland including a wide range of ecological gradients such as different nitrogen (N) deposition and soil conditions. The long-term data set of 20 years of soil solution measurements revealed an ongoing, but site-specific soil acidification. In strongly acidified soils (soil pH below 4.2), acidification indicators changed only slowly over the measured period, possibly due to high buffering capacity of the aluminum buffer (pH 4.2-3.8). In contrast, in less acidified sites we observed an increasing acidification rate over time, reflected, for example, by the continuous decrease in the ratio of base cations to aluminum (BC/Al ratio). Nowadays, the main driver of soil acidification is the high rate of N deposition, causing cation losses and hampering sustainable nutrient balances for tree nutrition. Mean nitrate leaching rates for the years 2005-2017 were 9.4 kg N ha-1 yr-1, ranging from 0.04 to 53 kg N ha-1 yr-1. Three plots with high N input had a remarkable low nitrate leaching. Both N deposition and nitrate leaching have decreased since 2000. However, the latter trend may be partly explained due to increased drought in recent years. Nonetheless, those high N depositions are still affecting the majority of the forest sites. Taken together, this study gives evidence of anthropogenic soil acidification in Swiss forest stands. The underlying long-term measurements of soil solution provides important information on nutrient leaching losses and the impact climate change effects such as droughts. Furthermore, this study improves the understanding of forest management and tree mortality regarding varying nitrate leaching rates.