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タカチ セリア ヨシミ Takachi, Celia Yoshimi |
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ブラジル |
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博士（農学） |
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甲 第１５５号 |
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平成１２年３月２４日 |
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学位規則第４条第１項該当 |
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生物環境科学専攻 | ||
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Studies on soil degradation using opal phytolith analysis and soil chemical properties as tools （植物珪酸体分析および土壌化学特性による土壌劣化に関する研究） | ||
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With the continuous increase in world population and its implications on soil fertility due to the increasing demand for food supply, the importance of understanding the causes of soil degradation cannot be overemphasized. Although degradation occurs under natural conditions too, human activities are unquestionably responsible for accelerating its rate. The objective of this research was to investigate the influence of human activity on soil degradation through the a nalyses of soil properties and opal phytolith. The results obtained in the study of three areas with different historical backgrounds and levels of degradation are as follows: 1. In the Kitakami mountains, the vast bare land areas and the presence of buried A horizons (due to wind and water erosion and deposition) in the grassland are as are clear evidences of the degradation. The high allophane content observed in the soils provides favorable conditions for formation of frost heave and frost columns which are conducive to the erosion. 2. Forest soils show Fagus (Jigsaw puzzle type) and Sasa (Fan shape and Bambusoid classes) origin phytolith assemblage. While in the grassland soils, an abrupt addition of Pooideae (Festucoid class) and Zoysia (Fan shape class) opal phytoliths to the surface soils is observed. This addition clearly shows the shift from the native forest to grassland. 3. The presence of opal phytoliths from Pooideae (dominant taxon in subalpine zones) and especially from Zoysia (dominant taxon in pasturelands, resistant to trampling) also reflects the severe environmental conditions of this area. It shows that even though covered by grass vegetation, the area is still susceptible to degradation (erosion). 4. The small amounts of Jigsaw puzzle type, Zoysia Fan type and Festucoid class opal phytoliths, when compared to those of Sasa origin, demand a more detailed study of the differential opal phytoliths production by species, to make the estimation of vegetation cover possible. The determination of opal phytolith ratios of some species found in the study area was a good tool to solve such a problem. 5. In the Sannai Maruyama area, the felling of the cool temperate native forest set off a slow but persistent movement of soils from the higher elevations to the lower elevations. The consequence is evidently seen in the formation of a thick black organic matter rich layer whose thickness increases with decreasing topography. 6. The influence of human activity in the archaeological area is clearly evidenced by the contrast between short cell and non-short cell opal phytoliths ratios that are found in soils there and those found in the native forest. This shows that the vegetation in the archaeological site was disturbed. 7. Determination of sterol composition in soils to measure the level of human impact is proposed in this study. Sterol composition as well as P content prove to be excellent tools for this purpose. Sterols of animal origin show remarkable increases, especially in the horizons which had been under intense human activity during the Jomon era. Although horizons do not show clear differences in the amount of total P they contain, the amounts contained in the soils of the archaeological area are far more than contained in the soils of the natural forest. The results reveal that places with strong human influence have remarkably larger amounts of sterols of animal origin (cholesterol and cholestanol) and also of P. 8. A distinctive opal phytolith (width 5.53 μm, length 12.18μm) from Moliniopsis japonica, showing distinctive shape is abundantly found in Bibai mire. In this study, the Molinioid class is proposed for the classification of this shape. 9. Bibai mire is a good example of how activities of human beings can affect the environment even in an indirect way. The distribution of opal phytoliths in the transect line in the remaining area of Bibai mire, shows a good correlation with previous studies on physico-chemical and morphological characteristics of these soils. The original vegetation at Bibai mire is composed of Moliniopsis japonica, Carex middendorffii and Sphagnum palustre community. However, since Carex do not produce characteristic phytoliths and Sphagnum does not produce phytoliths, opal phytolith composition of the mire before the invasion of Sasa community, is dominated by opal phytoliths from Moliniopsis (Fan shape, Chloridoid and Molinioid classes). Therefore, Moliniopsis origin phytoliths are good indicators of mire environment in the study area and the invasion of the Sasa community is clearly seen through the distribution of opal phytoliths from Sasa origin. 10. Opal phytolith analysis prove to be a good tool for quantifying and qualifying degradation and shows a good correlation with human impact and changes in the environment. Therefore, this study indicates that for an effective determination of vegetation change and paleoenvironment reconstruction, a detailed investigation of differential opal phytoliths production by species is very critical. 11. In the three study areas, it is evident that when the native vegetation in its stable form is disturbed to create grassland and fields for agriculture, and mismanagement occurs, many paths to degradation is set off. Such degradation paths can lead to a complete removal of fertile soils, development of resistant plant communities and in extreme cases, desertification. （要旨の和訳） 世界の人口の連続的な増加と食糧供給への需要の増大に伴い、土壌肥沃度の意義が増すなかで、土壌劣化の原因を理解することはかつてなく重要なものとなっている。土壌劣化はもちろん自然の条件下でも起こるが人間の活動は疑いもなく土壌劣化の加速をもたらしている。本研究は土壌劣化への人的活動による影響を、土壌の諸性質および植物珪酸体の分析を通じて明らかにすることを目的とした。歴史的背景および土壌劣化の程度が異なる３地域において行った研究の結果は、以下の通りである。 １．北上山地において、草地での広大な裸地および埋没Ａ層の存在（風食、水食および堆積による）は、土壌劣化過程の明らかな証拠である。土壌中に高アロフェン量が見だされたことは、土壌侵食の原因となる凍結・凍上の形成にとって有利な状況であったことを示している。 ２．植物珪酸体分析よると、森林土壌はブナ（Fagus crenataのジグソーパズル型珪酸体）およびササ（ファン型およびバンブソイドクラス）珪酸体で特徴づけられた。反面、草地土壌においては、表層土にイチゴツナギ亜科（フェスツコイドクラス）およびシバ（ファン型クラス）珪酸体の急激な増加が認められた。これら珪酸体の富化は、自然林から草地への移行を明らかに物語っている。 ３．イチゴツナギ亜科（亜高山帯における主要な種）およびシバ（牧草地の主要な草種であり、踏圧に強い）起源珪酸体の存在は、この地域の過酷な環境条件を反映している。このことは、たとえ草本に覆われてはいても、なおこの地域は土壌劣化（侵食）を受けやすいことを示している。 ４．ササ起源珪酸体に比べて、少量のジグソーパズル型、シバ型およびフェスツコイドクラス珪酸体が存在したことについて、植被の推定を明かにするためには、各種の植物における植物珪酸体生産量の違いについての詳細な研究が必要である。本研究地域で発見されたいくつかの種の植物珪酸体についての比率の定量は、上述の課題を解決するための有効な手段となった。 ５．三内丸山地域においては、周辺の冷温帯自然林の伐採によって、徐々にではあるが確実に高標高地点から低標高地点への土壌の移動がもたらされた。標高が低くなるほどその厚さを増す黒色の有機物に富んだ層位の形成に、明らかにその結果を見だすことができる。 ６．この考古学調査地域における人間活動の影響は、短細胞および非短細胞珪酸体の比率が、自然林地域と考古学調査地域では著しく異なることに明らかに示されている。このことは考古学調査地域の植生が撹乱されたことを示している。 ７．人間活動の影響の程度を測定するために、本研究ではステロール組成の定量を提案した。ステロール組成はＰ含有率と同様に、この目的のために優れた手段となることが明らかになった。動物由来のステロールは、とくに縄文時代中に高度な人間活動が行われていた土壌層位において、著しい増加を示した。土壌中の全Ｐ含有率は、各土壌層位間ではあまり著しい違いは示さなかったが、自然林地点と比べ遺跡地点では全Ｐ含有率が明らかに高かった。結果として人的影響の強い地点においては、動物由来のステロール（コレステロールおよびコレスタノール）およびＰ含有率が著しい増加を示すことが明かになった。 ８．ヌマガヤに由来する特徴的な形状を持つ植物珪酸体（幅5.53 長さ12.18μm）が、美唄湿原において多量に検出された。本研究では、この形状の珪酸体をヌマガヤクラスとして新たに提案した。 ９．美唄湿原は、人間が間接的な方法においてさえ、いかに環境に対して影響を及ぼすかを示す好例である。美唄湿原の横断線上における植物珪酸体の分布は、この湿原における土壌の理化学性についての既往の研究の結果と、良い関連性を示している。美唄湿原の本来の植生はヌマガヤ、ワタスゲ、ミズゴケ群落である。しかし、ミズゴケ、ワタスゲはほとんど珪酸体を含んでいないので、ササ群落が侵入する以前の湿原の植物珪酸体組成は分析の結果、主としてヌマガヤ（ファン型、クロリドイドおよびヌマガヤクラス）によって代表された。従って、ヌマガヤ起源植物珪酸体の存在は本研究地域における湿原環境の良い指標となりえる。又、ササ群落の侵入は、ササ起源植物珪酸体の増減傾向によって明らかに認められた。 １0．植物珪酸体分析は、土壌劣化を定量化し特性づけるうえで良い手段となり、人間による干渉および環境の変化との間に良い関連性を示した。従って、植生変化の効果的な測定および古環境の復元のためには、植物種によって異なって生産される植物珪酸体についての詳細な研究が不可欠である。 11．３研究地域において、安定状態にある自然植生が攪乱されて草地や農耕地がつくられた時、その管理法が適切でないと、土壌劣化に向かって様々な道筋が開始されることが明かになった。このような劣化過程の道筋は、結果として肥沃な土壌を消失させ、耐性のある植物群落の発達や時にはな場合には砂漠化をももたらす。 |
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