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異なる観測手法の組合せによる森林のオゾン吸収量推定プロセスモデルの構築

Research Project

Project/Area Number 23K24984
Project/Area Number (Other) 22H03730 (2022-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
Research InstitutionTokyo University of Agriculture and Technology

Principal Investigator

渡辺 誠  東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (50612256)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 黄瀬 佳之  山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (00818528)
高木 健太郎  北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 教授 (20322844)
松田 和秀  東京農工大学, 農学部, 教授 (50409520)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
Keywordsオゾン吸収 / 森林 / 樹液流 / フラックス / 多層葉群光合成モデル / 林冠多層ガス交換モデル / 濃度勾配法 / 潜熱フラックス
Outline of Research at the Start

対流圏のオゾンは、日本を含む世界中で、森林の炭素固定などへの悪影響が懸念されている大気汚染物質である。オゾンは葉に吸収され、光合成などの生理機能に悪影響を与える。森林に対するオゾンの悪影響を評価するため、樹木の葉のオゾン吸収速度が世界各地で推定されているが、従来の推定では林冠内の様々なプロセスが考慮されておらず、推定の不確実性が高い。本研究では、様々な手法で森林のオゾン吸収速度を推定し、それらの比較・解析からオゾン吸収プロセスのメカニズムを解明するとともに、森林のオゾン吸収速度推定のプロセスモデルを構築する。これにより、森林に対するオゾン影響評価精度の大幅な向上が期待できる。

Outline of Annual Research Achievements

オゾンは森林に悪影響を与える大気汚染物質であり、適切な影響評価のためには樹木の葉の気孔から吸収されるオゾン量の評価が必要である。本研究では、【サブテーマ1】は樹木生理生態学的な推定法2種(樹液流速に基づく推定と多層葉群光合成モデルによる推定)、【サブテーマ2】は微気象学的推定法2種(濃度勾配法および潜熱フラックスに基づく推定)によって、森林のオゾン吸収速度を推定し、【サブテーマ3】において、それらを統一的に比較・解析する。
【サブテーマ1】樹液流速に基づくオゾン吸収量の推定では、コナラ、アラカシおよびスギを対象に通年の観測を実施した。前年度より調査サイトで発生しているナラ枯れの影響で、一部のコナラ対象木が枯死してしまったが、以前の観測結果も含めて、すべての樹種で通年の観測を実施できた。多層葉群光合成モデルによるオゾン吸収量の推定では、スギにおいて、前年度に測定したガス交換特性の林冠内鉛直分布に基づき、林冠位置とオゾン吸収能力の関係をモデルシミュレーションによって明らかにした。
【サブテーマ2】濃度勾配法によるオゾン吸収量の推定では、昨年度より導入したキャノピー濃度勾配法を用いて大気から森林へのオゾンフラックスを測定した。年間を通してフラックスは沈着を示し、沈着速度は昼間に高く夜間に低い日内変動を示した。昼間のピークは正午前に現れる傾向を示した。潜熱フラックスに基づくオゾン吸収量の推定では、調査サイトの観測鉄塔を用いて、高度30mの水・熱・CO2フラックスの連続観測を継続し、乱流傾度法における拡散速度の観測・解析を行った。
【サブテーマ3】これまでに開発してきた多層葉群光合成モデルを用いた気孔からのオゾン吸収モデルをベースに、新たにクチクラや土壌への沈着プロセスを組み込んだモデルを開発した。これにより、サブテーマ1とサブテーマ2を統一的に比較・検証ができるようになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

【サブテーマ1】2023年度の樹液流の計測に基づくオゾン吸収量の推定については、研究計画時より多くの樹種(コナラ、アラカシおよびスギ)で観測を実施することができ、それらの成果の一部は国内外の学会発表において発表を行った。多層葉群光合成モデルによるオゾン吸収量の推定に関しては、当初予定していたコナラおよびアラカシの切り枝のガス交換測定が引き続き難しい状況ではあるが、スギに関しては前年度に測定した切り枝のガス交換速度の結果から、林冠多層葉群光合成モデルによるオゾン吸収量の推定および解析を行う事が出来た。その結果は国内外の学会発表で発表するとともに、原著論文として国際学術誌に投稿中である。
【サブテーマ2】観測鉄塔を用いた濃度勾配法によるオゾン吸収量の推定に関しては、昨年度よりキャノピー濃度勾配法を導入し、順調に通年の大気から森林へのオゾンフラックスを測定することが出来た。また、フラックスの日変化や季節変化をとらえることに成功している。また、潜熱フラックスに基づくオゾン吸収量の推定に関しても、通年の観測を実施することができ、解析に必要なデータを入手することが出来た。これらの成果についても国内外の学会において発表を行った。
【サブテーマ3】今年度実施された気孔、葉のクチクラおよび土壌と大気のフラックスを統一的に扱う事の出来るモデルの開発に成功した。これによりサブテーマ1とサブテーマ2の結果を比較する準備が整った。
以上のように、2023年度の調査は一部で遅れが出ているものの、予定よりも順調に進んでいる部分もあり、全体としては「おおむね順調に進展している」と判断した。

Strategy for Future Research Activity

最終年度となる3年目においては、1年目あるいは2年目から始めた調査を継続し、樹木生理生態学的手法および微気象学的手法のそれぞれで推定されるオゾン吸収量の季節変化や年変動に関するデータセットを取得する。1年目および2年目に十分な進展が得られなかった部分(コナラおよびアラカシの切り枝による葉のガス交換速度の測定)については特に重点的に取り組み、他の手法によるオゾン吸収量の推定結果と比較できるようにする。それらと並行して、サブテーマ3を本格的に進め、これまでに得られている各手法によって推定されたオゾン吸収量の比較・解析を実施する。最終的には、森林のオゾン吸収量推定のためのプロセスモデルを構築する。得られた成果に関しては国内外の学会発表を行うとともに、原著論文として国際学術誌に論文を投稿していきたいと考えている。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (43 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (18 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 16 results,  Open Access: 7 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Study of Dry Deposition and Atmosphere-Surface Exchange for Gaseous and Particulate Components2024

    • Author(s)
      松田 和秀
    • Journal Title

      Journal of Japan Society for Atmospheric Environment / Taiki Kankyo Gakkaishi

      Volume: 59 Issue: 2 Pages: 23-29

    • DOI

      10.11298/taiki.59.23

    • ISSN
      1341-4178, 2185-4335
    • Year and Date
      2024-02-22
    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Reduced ascorbate pool and its maintenance are important determinants of O3 damage to net photosynthetic rate in Fagus crenata under elevated CO2 and soil N supply2024

    • Author(s)
      Yamaguchi Masahiro、Matsumoto Misako、Miyaguchi Kota、Li Jing、Aoki Takuro、Ariura Ryo、Fuse Tsuyoshi、Zhang Yazhuo、Kinose Yoshiyuki、Watanabe Makoto、Izuta Takeshi
    • Journal Title

      Science of The Total Environment

      Volume: 907 Pages: 168102-168102

    • DOI

      10.1016/j.scitotenv.2023.168102

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Physiological ecology of woody species under changing environments2024

    • Author(s)
      Watanabe Makoto、Hoshika Yasutomo、Koike Takayoshi
    • Journal Title

      Journal of Forest Research

      Volume: 29 Issue: 1 Pages: 1-2

    • DOI

      10.1080/13416979.2023.2291743

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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effects of Air Pollution on Tree Species as a Carbon Sink2023

    • Author(s)
      渡辺 誠
    • Journal Title

      Journal of Japan Society for Atmospheric Environment / Taiki Kankyo Gakkaishi

      Volume: 58 Issue: 5 Pages: A144-A148

    • DOI

      10.11298/taiki.58.A144

    • ISSN
      1341-4178, 2185-4335
    • Year and Date
      2023-09-05
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      2023 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Effects of ozone on stomatal ozone uptake in leaves of Fagus crenata seedlings grown under different CO2 concentrations2023

    • Author(s)
      Lyu Yuqing、Ariura Ryo、Li Jing、Matsumoto Misako、Aoki Takuro、Kinose Yoshiyuki、Yamaguchi Masahiro、Izuta Takeshi、Watanabe Makoto
    • Journal Title

      Journal of Forest Research

      Volume: 29 Issue: 1 Pages: 38-45

    • DOI

      10.1080/13416979.2023.2283981

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  • [Journal Article] Effects of elevated ozone and carbon dioxide on the dynamic photosynthesis of Fagus crenata seedlings under variable light conditions2023

    • Author(s)
      Ariura Ryo、Matsumoto Misako、Li Jing、Fuse Tsuyoshi、Aoki Takuro、Zhang Yazhuo、Kinose Yoshiyuki、Yamaguchi Masahiro、Izuta Takeshi、Watanabe Makoto
    • Journal Title

      Science of The Total Environment

      Volume: 891 Pages: 164398-164398

    • DOI

      10.1016/j.scitotenv.2023.164398

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      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stomatal ozone uptake of a Quercus serrata stand based on sap flow measurements with calibrated thermal dissipation sensors2023

    • Author(s)
      Tanaka Ryoji、Chiu Chen-Wei、Gomi Takashi、Matsuda Kazuhide、Izuta Takeshi、Watanabe Makoto
    • Journal Title

      Science of The Total Environment

      Volume: 888 Pages: 164005-164005

    • DOI

      10.1016/j.scitotenv.2023.164005

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  • [Journal Article] FlorTree: A unifying modelling framework for estimating the species-specific pollution removal by individual trees and shrubs2023

    • Author(s)
      Manzini Jacopo、Hoshika Yasutomo、Carrari Elisa、Sicard Pierre、Watanabe Makoto、Tanaka Ryoji、Badea Ovidiu、Nicese Francesco Paolo、Ferrini Francesco、Paoletti Elena
    • Journal Title

      Urban Forestry & Urban Greening

      Volume: 85 Pages: 127967-127967

    • DOI

      10.1016/j.ufug.2023.127967

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 対流圏オゾンに対する樹木の光合成応答2023

    • Author(s)
      渡辺 誠
    • Journal Title

      光合成研究

      Volume: 33 Pages: 81-91

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Atmospheric ammonia deposition and its role in a cool-temperate fragmented deciduous broad-leaved forest2023

    • Author(s)
      Katata Genki、Yamaguchi Takashi、Watanabe Makoto、Fukushima Keitaro、Nakayama Masataka、Nagano Hirohiko、Koarashi Jun、Tateno Ryunosuke、Kubota Tomohiro
    • Journal Title

      Atmospheric Environment

      Volume: 298 Pages: 119640-119640

    • DOI

      10.1016/j.atmosenv.2023.119640

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  • [Journal Article] Modeling forest above-ground biomass using freely available satellite and multisource datasets2023

    • Author(s)
      Hojo, A., Avtar, R., Nakaji, T., Tadono, T., Takagi, K.
    • Journal Title

      Ecological Informatics

      Volume: 74 Pages: 101973-101973

    • DOI

      10.1016/j.ecoinf.2023.101973

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth and photosynthetic responses to ozone of Siebold's beech seedlings grown under elevated CO2 and soil nitrogen supply2022

    • Author(s)
      Watanabe Makoto、Li Jing、Matsumoto Misako、Aoki Takuro、Ariura Ryo、Fuse Tsuyoshi、Zhang Yazhuo、Kinose Yoshiyuki、Yamaguchi Masahiro、Izuta Takeshi
    • Journal Title

      Environmental Pollution

      Volume: 304 Pages: 119233-119233

    • DOI

      10.1016/j.envpol.2022.119233

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Strategic roadmap to assess forest vulnerability under air pollution and climate change2022

    • Author(s)
      De Marco Alessandra、Sicard Pierre、Feng Zhaozhong et al. (31名中27番目)
    • Journal Title

      Global Change Biology

      Volume: 28 Issue: 17 Pages: 5062-5085

    • DOI

      10.1111/gcb.16278

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A Method Estimating Dry Deposition for Assessment of Nitrogen Load on Forests in East Asia2022

    • Author(s)
      Satomi Ban, Kazuhide Matsuda, Tsuyoshi Ohizumi
    • Journal Title

      Water, Air, & Soil Pollution

      Volume: 233 Issue: 10 Pages: 417-417

    • DOI

      10.1007/s11270-022-05874-5

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  • [Journal Article] 陸域生態系と大気化学2022

    • Author(s)
      持田陸宏,伊藤昭彦,松田和秀,谷晃
    • Journal Title

      大気化学研究

      Volume: 47

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Accuracy Assessment of Photochemical Reflectance Index (PRI) and Chlorophyll Carotenoid Index (CCI) Derived from GCOM-C/SGLI with In Situ Data2022

    • Author(s)
      Sasagawa Taiga、Akitsu Tomoko Kawaguchi、Ide Reiko、Takagi Kentaro、Takanashi Satoru、Nakaji Tatsuro、Nasahara Kenlo Nishida
    • Journal Title

      Remote Sensing

      Volume: 14 Issue: 21 Pages: 5352-5352

    • DOI

      10.3390/rs14215352

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  • [Journal Article] Tallo: A global tree allometry and crown architecture database2022

    • Author(s)
      JUCKER Tommaso, …., IIDA Yoshiko, ..., KOHYAMA S. Takashi…ZAVALA Miguel A(120人)
    • Journal Title

      Global Change Biology

      Volume: 28 Issue: 17 Pages: 5254-5268

    • DOI

      10.1111/gcb.16302

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  • [Journal Article] Long-term monitoring on the dynamics of ecosystem CO2 balance recovering from a clear-cut harvesting in a cool-temperate forest2022

    • Author(s)
      Takagi K, Aguilos M, Liang N, Takahashi Y, Saigusa N, Koike T, Sasa K
    • Journal Title

      Eurasian Journal of Forest Research

      Volume: 22 Pages: 49-51

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  • [Presentation] Differences of traits for stomatal ozone uptake in leaves of seedlings and mature trees of Zelkova serrata2024

    • Author(s)
      Watanabe Makoto、Nakadera Mitsuki、Endo Wataru、Oi Nanoka、Yagita Ayano、Izuta Takeshi
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      Tanaka Ryoji、Urashima Miyu、Kawamata Kkenta、Matsuda Kazuhide、Izuta Takeshi、Watanabe Makoto
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      IUFRO Bangkok: Role and Fate of Forest Ecosystems in a Changing World
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    • Author(s)
      渡辺 誠、中寺美月、遠藤 渉、大井 菜ノ香、八木田 彩乃、伊豆田 猛
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      第135回日本森林学会大会
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      田中亮志、浦島未有、川俣建太、松田和秀、伊豆田 猛、渡辺 誠
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      第135回日本森林学会大会
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      松田和秀
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      第135回日本森林学会大会
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      Yamaguchi Masahiro、Matsumoto Misako、Miyaguchi Kota、Li Jing、Aoki Takuro、Ariura Ryo、Fuse Tsuyoshi、Zhang Yazhuo、Kinose Yoshiyuki、Watanabe Makoto、Izuta Takeshi
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      Watanabe Makoto、Nakadera Mitsuki、Endo Wataru、Oi Nanoka、Yagita Ayano、Izuta Takeshi
    • Organizer
      Acid Rain 2020: The Future Environment and Role of Multiple Air Pollutants
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      Tanaka Ryoji、Matsuda Kazuhide、Izuta Takeshi、Watanabe Makoto
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      田中亮志、浦島未有、川俣建太、松田和秀、伊豆田 猛、渡辺 誠
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      浦島未有、田中亮志、玉置美聡、川俣 建太、伊豆田 猛、渡辺 誠
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      第64回大気環境学会年会
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      大井菜ノ香、八木田彩乃、渡辺 誠、伊豆田 猛
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  • [Presentation] ケヤキの成木と苗木の個葉におけるオゾン吸収速度の違いとその要因の解析2023

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      第64回大気環境学会年会
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      東海創太、田中亮志、松田和秀、伊豆田 猛、渡辺 誠
    • Organizer
      第64回大気環境学会年会
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  • [Presentation] オゾンに対する光合成応答2023

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      渡辺 誠
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      第13回日本光合成学会年会シンポジウム
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      Wu Zhaojie、Xu Mao、Sase Hiroyuki、Sorimachi Atsuyuki、Matsuda Kazuhide
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      Acid Rain 2020: The Future Environment and Role of Multiple Air Pollutants
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  • [Presentation] キャノピー濃度勾配法を用いたフラックス観測による森林におけるオゾンの乾性沈着2023

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      平山慶哉、山崎萌香、渡辺誠、高木健太郎、松田和秀
    • Organizer
      第64回大気環境学会年会
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      Takagi Kentaro、Takahashi Yoshiyuki
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      Kinose Yoshiyuki、Yamanaka Kurumi、Watakabe Kako、Motegi Yuki
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      Acid Rain 2020: The Future Environment and Role of Multiple Air Pollutants
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      田中亮志, 伊豆田 猛, 松田和秀, 渡辺 誠
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      第134回日本森林学会大会
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      東海創太, 田中亮志, 松田和秀, 伊豆田 猛, 渡辺 誠
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  • [Presentation] 都市緑化樹10種の葉のオゾン吸収量の季節変化と樹種間差異に関する実験的研究2022

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      大井菜ノ香, 八木田彩乃, 藁谷知輝, 遠藤 渉, 渡辺 誠, 伊豆田 猛
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  • [Presentation] 樹液流の計測に基づくコナラ林とスギ林のオゾン吸収量の推定2022

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      田中亮志, 松田和秀, 伊豆田 猛, 渡辺 誠
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      山崎萌香, 渡辺 誠, 高木健太郎, 松田和秀
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  • [Presentation] 高濃度オゾン・高温・高濃度環境下のコマツナの収量予測モデルの開発2022

    • Author(s)
      黄瀬佳之, 山中くるみ, 渡壁佳子, 茂手木悠樹, 橋口佑菜, 藤川あかり, 村山咲乃, 宮口光太, 山口真弘
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      2022 Annual Research Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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