JOURNAL: Atmospheric Environment (2014)

https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2014.01.023

Effects of 2-years exposure to (sub-micron) ammonium sulfate particles on growth and gas exchange rates of Fagus crenata (ブナ), Castanopsis sieboldii (スダジイ), Larix kaempferi (唐松) and Cryptomeria japonica (スギ) seedlings

•No significant effect of the particles on growth was observed after 2 years.
•Net photosynthetic rates of 3 species were not significantly changed.
•Net photosynthesis of Cryptomeria japonica was relatively sensitive to (NH4)2SO4.
•Both increase and reduction in net photosynthetic rate were observed in C. japonica.

-粒子が成長に及ぼす有意な影響は、2年後には観察されなかった。
-3種の純光合成速度に有意な変化は見られなかった。
-Cryptomeria japonicaの純光合成は(NH4)2SO4に比較的敏感であった。
-C.japonicaでは純光合成速度の増加と減少の両方が観察された。

4種類の植物・樹木のうち、スギ（だけ）の光合成速度は硫酸アンモニアの散布に影響を受けていることを見出した。

A work from:
TUAT, Agriculture; TUAT, Engineering; Kyoto Univ.; Forestry and Forest Products Research Institute; Hokkaido Univ.

Abstract

To clarify the effects of long-term exposure to ammonium sulfate (AS) particles on growth and physiological functions of forest tree species, seedlings of Fagus crenata, Castanopsis sieboldii, Larix kaempferi and Cryptomeria japonica were exposed to submicron-size AS particles during two growing seasons from 3 June 2011 to 8 October 2012. The mean sulfate concentration in PM_2.5 increased during the exposure inside the chamber in 2011 and 2012 by 2.73 and 4.32 μg SO₄²⁻ m⁻³, respectively. No significant effects of exposure to AS particles were detected on the whole-plant dry mass of the seedlings. These results indicate that the exposure to submicrometer AS particles at the ambient level for two growing seasons did not significantly affect the growth of the seedlings. No significant effects of exposure to AS particles were found on the net photosynthetic rate in the leaves or needles of F. crenata, C. sieboldii and L. kaempferi seedlings. Also, in the previous-year needles of C. japonica seedlings, exposure to AS particles significantly reduced the net photosynthetic rate, which may be caused by the reduction in the concentration of ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco). On the contrary, in current-year needles of C. japonica seedlings, net photosynthetic rate significantly increased with exposure to AS particles, which may be the result of increases in stomatal conductance and concentrations of Rubisco and chlorophyll. Furthermore, exposure to AS particles correlated with an increase in concentrations of NH₄⁺, free amino acid and total soluble protein, suggesting that AS particles may be deliquesced, absorbed into the leaves and metabolized into amino acid and protein. These results suggest that net photosynthesis in the needles of C. japonica is relatively sensitive to submicron-size AS particles as compared with the other three tree species.

要約：長期間アンモニウム硫酸塩（AS）粒子にさらされたことが、森林樹木種の成長と生理機能に及ぼす影響を明らかにするために、ブナ（Fagus crenata）、ミズナラ（Castanopsis sieboldii）、カラマツ（Larix kaempferi）、スギ（Cryptomeria japonica）の苗木を、2011年6月3日から2012年10月8日までの2つの成長シーズンにわたってサブミクロンサイズのAS粒子にさらしました。2011年と2012年の室内での露出中、PM2.5中の平均硫酸塩濃度はそれぞれ2.73および4.32 μg SO42− m−3増加しました。AS粒子への露出は、苗木の全体的な乾燥重量には有意な影響を与えませんでした。これらの結果は、2つの成長シーズンにわたる大気中のサブミクロンAS粒子への露出が、苗木の成長には有意な影響を与えなかったことを示しています。AS粒子への露出は、ブナ、ミズナラ、カラマツの葉または針の光合成速度にも有意な影響を与えませんでした。また、スギの前年の針では、AS粒子への露出が光合成速度を有意に低下させましたが、これはリブロース-1,5-ビスリン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ（Rubisco）濃度の低下による可能性があります。一方、スギの今年の新しい針では、AS粒子への露出により、光合成速度が有意に増加しました。これは、気孔伝導度とRubiscoおよび葉緑素の濃度の増加による可能性があります。さらに、AS粒子への露出は、NH4+、遊離アミノ酸、および全溶解性タンパク質の濃度の増加と相関しており、AS粒子が葉に吸収されてアミノ酸とタンパク質に代謝される可能性を示しています。これらの結果から、スギの針の光合成は、他の3つの樹木種と比較して、サブミクロンサイズのAS粒子に対して比較的敏感であると考えられます。