リンゴ樹および樹園地土壌における長期高CO2・高温の影響とその技術的適応策

• Project/Area Number: 18H03964
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 41:Agricultural economics and rural sociology, agricultural engineering, and related fields
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 伊藤 大雄 弘前大学, 農学生命科学部, 教授 (00333716)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 叶 旭君 弘前大学, 農学生命科学部, 教授 (10708168) ; 石神 靖弘 高崎健康福祉大学, 農学部, 准教授 (50361415) ; 青山 正和 弘前大学, 農学生命科学部, 客員研究員 (60150950) ; 加藤 千尋 弘前大学, 農学生命科学部, 准教授 (60728616) ; 荒川 修 弘前大学, 農学生命科学部, 客員研究員 (70184265) ; 遠藤 明 弘前大学, 農学生命科学部, 准教授 (70450278) ; 森谷 慈宙 弘前大学, 農学生命科学部, 助教 (30539870)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥45,370,000 (Direct Cost: ¥34,900,000、Indirect Cost: ¥10,470,000); Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2021: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2020: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2019: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000); Fiscal Year 2018: ¥26,780,000 (Direct Cost: ¥20,600,000、Indirect Cost: ¥6,180,000)
• Keywords: 気候変動 / 環境制御 / リンゴ

Outline of Annual Research Achievements

2022年3月15日から12月5日まで3棟のビニールハウスを、屋外と同じ環境（Ａ棟）、屋外の気温＋3℃（Ｂ棟）、あるいは屋外の気温＋3℃かつ屋外の二酸化炭素濃度＋200ppm（C棟）に制御した。各棟内に標準灌水区と、その1.5倍量を灌水する多灌水区を設けた。着果数は前年より減らして樹当たり80果程度に設定した。
高温処理によりリンゴ樹の萌芽と開花が7～9日早まる一方、落葉は4～5日遅れた。果実収穫日は品種によって反応が異なり、‘つがる’では高温処理により6日前進したが、‘ふじ’では8日後退した。高CO2処理に伴う植物季節の変動は明瞭でなかった。
リンゴ樹の地上部乾物生産量は、高温処理により10％、高CO2処理により13％、多灌水処理により5％、それぞれ増大した。しかし果実への乾物分配率は高温処理によって減少し、高温＋高CO2処理でも回復しなかった。そのため果実収穫量はA棟＞C棟＞B棟となった。B棟の収穫果実はA棟に比べて糖度、硬度が低く着色が悪かった。またB棟とC棟では、2020年に続き‘ふじ’の頂芽花芽率がA棟より低かった。
深さ15cmにおける土壌の体積含水率はC棟＞B棟＞A棟で、いずれの棟でも経年的に増大し、棟間の差は経年的に減少した。土壌ｐHもC棟＞B棟＞A棟で、いずれの棟でも昨年より増大した。更に土中CO2濃度も概ねC棟＞B棟＞A棟で、いずれの棟でも経年的に増大し、深さ15cmより40cmで高かった。本実験系の気温と灌漑水量を境界条件として入力し、各棟で観測された水・熱・CO2動態を再現できるモデルの作成に向け、適切なパラメータ値の探索を進めた。B棟とC棟では2020年に減少した土壌有機物量や微生物バイオマス炭素量が回復する傾向が認められた。しかし微生物が利用可能な易分解性有機物はB棟で前年より減少したことが示唆された。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Down-regulation of photosynthesis in apple leaves under elevated CO₂ concentration: a long-term field study with different fruit load (2023)
  • Author(s): Md Rakibul Hassan and Daiyu Ito
  • Journal Title: Journal of Agricultural Meteorology Volume: 79 Issue: 1 Pages: 49-57
  • DOI: 10.2480/agrmet.D-22-00021
  • ISSN: 0021-8588, 1881-0136
  • Year and Date: 2023-01-10
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of elevated air temperature and CO2 concentration on soil CO2 dynamics in an apple orchard (2021)
  • Author(s): 加藤千尋・遠藤明・伊藤大雄・石田祐宣
  • Journal Title: Journal of the Japanese Society of Soil Physics Volume: 149 Issue: 0 Pages: 37-46
  • DOI: 10.34467/jssoilphysics.149.0_37
  • NAID: 130008143234
  • ISSN: 0387-6012, 2435-2497
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 高温・高CO2環境がリンゴ生産に及ぼす影響 (2020)
  • Author(s): 伊藤大雄・石神靖弘・荒川修・石田祐宣
  • Journal Title: アグリバイオ Volume: ４(9) Pages: 64-66
• [Presentation] Changes in particulate and mineral-associated organic matter and microbial biomass in apple orchard soils under elevated temperature and CO2 concentration conditions over four years (2024)
  • Author(s): Masakazu Aoyama and Daiyu Ito
  • Organizer: 9th international symposium on the interactions of soil minerals with organic matter and microbes
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Soil respiration in an apple orchard in Tsugaru region under high air temperature and high atmospheric CO2 conditions (2024)
  • Author(s): Kato, C., Endo, A. and Ito D.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2024
• [Presentation] Tree phenology and grass production of an apple orchard under elevated temperature and CO2 (2023)
  • Author(s): Ito, D. and Hassan, M.R.
  • Organizer: International Symposium on Agricultural Meteorology 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dry matter production and partitioning of an apple tree in response to elevated temperature and CO2 (2023)
  • Author(s): Hassan, M.R. and Ito, D.
  • Organizer: International Symposium on Agricultural Meteorology 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Change in the date of harvesting and the quality of harvested fruits for apple trees cultivated under high temperature and CO2 (2023)
  • Author(s): Ito, D., Hassan, R., Arakawa, O. and Nissato, K.
  • Organizer: The 4th Asian Horticultural Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高温・高CO2環境下におけるリンゴ樹群落ハウス土壌環境の経年変化の特徴 (2023)
  • Author(s): 遠藤 明・加藤千尋・伊藤大雄
  • Organizer: 第72回農業農村工学会大会講演会
• [Presentation] 高温処理および高温・高CO2処理を施したビニルハウス内におけるリンゴ栽培下での4年間の土壌有機物変化 (2023)
  • Author(s): 青山正和・伊藤大雄
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2023年度大会
• [Presentation] Effect of the increment of air temperature and CO2 concentration on the ripening of apple fruit under the changing climate (2022)
  • Author(s): Arakawa, O., Nissato,K., Ito, D., and Hassan, R.
  • Organizer: 31st International Horticultural Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高温および高CO2濃度がリンゴ品種‘紅の夢’の果肉・果皮着色と果実品質に及ぼす影響 (2022)
  • Author(s): 伊藤大雄・Hassan, M.R.・日里恭一
  • Organizer: 園芸学会令和４年度秋季大会
• [Presentation] 高温処理および高温・高CO2処理を施したビニルハウス内におけるリンゴ栽培下での土壌有機物の変化 (2022)
  • Author(s): 青山正和・伊藤大雄
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2022年度大会
• [Presentation] Climate change and the effects due of incremental increases in air temperature and the CO2 concentrations on the ripening of apple fruit (2022)
  • Author(s): Arakawa, O., Ito, D., Hassan, R.
  • Organizer: 31st International Horticultural Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] リンゴ園における土壌窒素収支の経年変化と高温高CO2環境による影響 (2021)
  • Author(s): 伊藤大雄・Hassan，R. ・青山正和
  • Organizer: 日本農業気象学会東北支部大会
• [Presentation] 高温と高CO2環境がリンゴの果実品質に及ぼす影響 (2021)
  • Author(s): 荒川修・日里恭一・伊藤大雄・Hassan Rakibul
  • Organizer: 日本農業気象学会東北支部大会
• [Presentation] Photosynthesis down regulation of apple trees after long term exposure of elevated CO2 concentration (2021)
  • Author(s): Md Rakibul Hassan, Daiyu Ito
  • Organizer: International Symposium on Agricultural Meteorology 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The effect of long-term elevated CO2 concentration on the carbon budget of apple population (2021)
  • Author(s): Daiyu Ito, Md Rakibul Hassan, Sachinobu Ishida, Yasuhiro Ishigami
  • Organizer: International Symposium on Agricultural Meteorology 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of elevated air temperature and CO2 concentration on soil CO2 dynamics in an apple orchard (2021)
  • Author(s): Chihiro Kato, Akira Endo, Daiyu Ito, Sachinobu Ishida
  • Organizer: JpGU 講演大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Soil carbon dynamics in the apple orchard under the changing climate (2020)
  • Author(s): Daiyu Ito
  • Organizer: International online symposium on soil C and N dynamics by land use, management and climate changes
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 気候変動による高温および高CO2環境がリンゴ園の物質生産に及ぼす影響（予報） (2020)
  • Author(s): 伊藤大雄・日里恭一・Hassan，R.
  • Organizer: 日本農業気象学会東北支部大会
• [Presentation] CO2収支解析に基づくビニールハウス内リンゴ個体群の光合成速度の評価 (2019)
  • Author(s): 伊藤大雄・石神靖弘・石田祐宣
  • Organizer: 日本農業気象学会東北支部令和元年度大会
• [Presentation] 気候変動に伴うリンゴ‘ふじ’の休眠覚醒日、発芽日および開花日の経年変動予測 (2019)
  • Author(s): 伊藤大雄
  • Organizer: 日本農業気象学会2019年度大会
• [Presentation] 津軽地域の灰色低地土りんご園における土中CO2ガス濃度変動 (2019)
  • Author(s): 加藤千尋・花岡美来・遠藤明・佐々木長市・伊藤大雄
  • Organizer: 2019年度農業農村工学会大会講演会