世界の乾燥地における土壌有機炭素の保持と更新

なぜ乾いた土が気候に重要なのか

乾燥地—世界の砂漠、低木地帯、サバンナ—は地表の40%以上を覆い、土壌中に大量の炭素を蓄えています。この地下に隠れた貯蔵庫は大気中に蓄積する二酸化炭素量を調節するのに寄与します。しかし、水が乏しい地域で土壌炭素がどれほど長く留まるのか、どのくらい早く大気へ戻るのかを突き止めることは長年、研究者にとって難題でした。本研究は、世界中のほぼ100カ所の乾燥地で放射性炭素による「年代測定」を行い、この地下炭素の多くがモデルで想定されていたよりもはるかに古く、かつ脆弱であることを明らかにします。

乾燥地の下に眠る目に見えない炭素銀行

研究者らは、草地や低木地帯から砂漠や高山草地まで、6大陸にまたがる97の乾燥地生態系の表層土を採取しました。対象は土壌有機炭素—枯死植物や微生物に結びついた炭素—と、土壌を再潤湿して培養した際に放出される二酸化炭素です。放射性炭素は何千年もかけて崩壊する天然の同位体であり、その測定から土壌中の炭素原子がどれほどの期間留まっていたか、また呼吸として放出される炭素がどれほど古いものかを推定できます。この方法は、数千年前に植物が取り込んだ古い炭素と、1960年代の核実験によって放射性炭素が濃縮された「爆弾」炭素の両方を捉えます。

古い炭素、若い息

測定は、土壌に蓄えられているものと気体として放出されるものとの間に顕著なコントラストがあることを示しました。平均して、これら乾燥地の表層土のバルク有機炭素は約2,100年の平均年齢を示し、過去60年以内に固定された植物由来の割合はごくわずかでした。言い換えれば、乾燥地の表層数センチメートルは実際に非常に古い炭素が支配しています。一方で、インキュベーション中に放出されたCO2ははるかに若く、平均で約520年の年齢を示し、最近の植物入力と古い土壌炭素の混合信号を運んでいました。これは微生物が新しいリターだけを分解しているわけではなく、長期にわたって蓄えられた炭素にも手を伸ばしていることを示します。

乾燥化が均衡を崩す

年齢を決める要因を理解するために、研究チームは放射性炭素の信号を気候、植生、土壌特性と関連づけました。乾燥度—降水量の少なさと蒸発量の大きさを組み合わせた指標—が乾燥地における土壌炭素の年齢を形作る主要因として浮かび上がり、気温よりも重要であることが示されました。条件がより乾燥するにつれて、植物生産力と土壌炭素蓄積は低下し、蓄えられた土壌炭素の平均年齢は増加しました。研究は約0.87という乾燥度の閾値を明らかにしており、その値を超えると土壌炭素は急により古い年齢に移行し、千年規模の古い炭素がより急速に失われることが示されました。同時に、蓄積炭素と呼吸で失われるCO2との年齢差は拡大し、土中に保持されているものと微生物によって循環するものとの間の結びつきが弱まっていることを強調しています。

古い炭素は完全には安全ではない

放射性炭素のパターンは、非常に古い土壌炭素が鉱物に化学的に結合しているか、団粒構造に物理的に閉じ込められているために保護されているという長年の仮定に挑戦します。これらの乾燥地では、何千年も前の炭素でさえ再湿潤後に分解され、降雨事象の後にしばしば観測される大きなCO2放出に寄与します。著者らは、乾燥地で放出されるCO2のかなりの割合が、最新の植物由来だけでなくこうした古いプール由来であることを示しています。この挙動は現在の地球システムモデルや機械学習モデルでは十分に再現されておらず、これらのモデルは概して土壌炭素が数十年で循環することや、主に植生からの新規入力に焦点を当てる予測を行っています。

これが私たちの将来に意味すること

気候変動によって多くの地域で乾燥度が増すにつれて、本研究は乾燥地の土壌がより古く、炭素備蓄が減り、新たな炭素を貯蔵しにくく、古い炭素を地下に安全に保てなくなる可能性を示唆しています。植生を増やすなど乾燥地の炭素貯留を高めようとする土地管理戦略は当初は備蓄を増やすかもしれませんが、同時に循環を速めて長期的な利得を制限する可能性があります。降雨後に放出される炭素の多くが世紀〜千年規模の古い貯留源から来るため、研究は乾燥地が現在の多くのモデルが想定しているよりも気候変動を増幅する役割を果たす可能性があると警告します。こうした古い炭素埋蔵の脆弱性を認識し、それを表現することは、将来の炭素—気候フィードバックの信頼できる予測を行ううえで不可欠です。

引用: Wang, H., Maestre, F.T., Lu, N. et al. Persistence and turnover of soil organic carbon in global drylands. Nat Commun 17, 3565 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70623-9

キーワード: 土壌炭素, 乾燥地, 放射性炭素年代測定, 乾燥度, 炭素循環