Ann. For. Sci. 63 (2006) 537-546
DOI: 10.1051/forest:2006036

High potential for increase in CO₂ flux from forest soil surface due to global warming in cooler areas of Japan

Shigehiro Ishizuka^{a, b}, Tadashi Sakata^{a, b}, Satoshi Sawata^c, Shigeto Ikeda^{b, d}, Chisato Takenaka^e, Nobuaki Tamai^{e, f}, Hisao Sakai^{a, g}, Takanori Shimizu^h, Kensaku Kan-Naⁱ, Shinichi Onodera^j, Nagaharu Tanaka^a and Masamichi Takahashi<sup>b

a</sup>  Hokkaido Research Center, Forestry and Forest Products Research Institute, 7 Hitsujigaoka, Sapporo, Hokkaido 062-8516, Japan
^b  Forestry and Forest Products Research Institute, Tsukuba, Ibaraki 305-8687, Japan
^c  Akita Prefecture Forest Technology Center, Akita, Akita 019-2611, Japan
^d  Tohoku Research Center, Forestry and Forest Products Research Institute, Morioka, Iwate 020-0123, Japan
^e  Graduate School of Bioagricultural Sciences, Nagoya University, Nagoya, Aichi 464-8601, Japan
^f  Mizuho Information and Research Institute Inc., Tokyo 101-8443, Japan
^g  Kiso Experimental Station, Forestry and Forest Products Research Institute, Kisogun, Nagano 397-0001, Japan
^h  Kyushu Research Center, Forestry and Forest Products Research Institute, Kumamoto, Kumamoto 860-0862, Japan
ⁱ  Okinawa Prefecture Forestry Experiment Station, Nago, Okinawa 905-0017, Japan
^j  Hiroshima University, Higashi Hiroshima, Hiroshima 739-8521, Japan

(Received 8 December 2005; accepted 22 February 2006; published online 19 July 2006)

Abstract - The CO₂ fluxes from the forest floor were measured using a closed chamber method at 26 sites from 26° N Lat. to 44° N Lat. in Japan. Seasonal fluctuation in CO₂ flux was found to correlate exponentially with seasonal fluctuation in soil temperature at each site. Estimate of annual carbon emission from the forest floor ranged from 3.1 to 10.6 Mg C ha^-1. The emission rate of soil-organic-carbon-derived CO₂, obtained by incubation of intact soil samples, correlated closely with the carboxymethylcellulase (CMCase) activity in the soil. The sum of cool-water soluble polysaccharides, hot-water soluble polysaccharides, hemicellulose, and cellulose content in the soil was greater at the sites with low CMCase activity than that at the sites with high CMCase activity. Because the sites in cooler-climate sites had a high content of easily decomposable soil organic carbon and organic litter, the potential increase in CO₂ efflux from forest floor with increasing soil temperature would be greater in cooler-climate sites.

Résumé - Fort potentiel d'accroissement de flux de CO₂ issu de la surface du sol forestier en relation avec le réchauffement global dans les régions fraîches du Japon. Le flux de CO₂ issu du sol forestier a été mesuré dans 26 sites, allant du 26° au 44° de latitude Nord dans l'archipel japonais, en utilisant la méthode des chambres fermées. Il a pu être mis en évidence que la fluctuation saisonnière du flux de CO₂ était corrélée de façon exponentielle avec celle de la température du sol de chacun des sites étudiés. L'estimation annelle de l'émission de carbone venant du sol variait de 3,1 à 10,6 Mg C ha^-1. Le taux d'émission de CO₂ obtenu par incubation d'échantillons intacts de sol est corrélé positivement avec l'activité de la carboxyméthacellulase (CMCase), dans le sol. La somme totale des polysaccharides solubles dans l'eau froide, des polysaccharides solubles dans l'eau chaude, des hémicelluloses et de la cellulose contenus dans le sol était plus grande dans les sites caractérisés par une faible activité CMCase que dans les sites avec une forte activité CMCase. Du fait que les sites en climat frais ont un contenu élevé en carbone organique du sol facilement décomposable et une litière organique, le potentiel d'accroissement du flux de CO₂ avec l'accroissement de la température du sol devrait être plus grand dans les sites à climat frais.

Key words: cellulose / Japanese forest / soil organic carbon / soil respiration

Mots clés : cellulose / forêt japonaise / carbone organique du sol / respiration du sol

Corresponding author: ishiz03@ffpri.affrc.go.jp

© INRA, EDP Sciences 2006