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データ同化手法を用いた作物の環境ストレス応答の解明

Publicly Offered Research

Project AreaIntegrated analysis of strategies for plant survival and growth in response to global environmental changes
Project/Area Number 23119520
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionNational Institute for Agro-Environmental Sciences

Principal Investigator

横沢 正幸  独立行政法人農業環境技術研究所, その他部局等, 研究員 (80354124)

Project Period (FY) 2011-04-01 – 2013-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2012: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2011: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywords環境応答 / データ同化 / 土壌窒素 / 土壌有機炭素 / 作物生産性 / 作物生長 / 環境ストレス / 野外データ / ダウンレギュレーション / 施肥効果 / 土壌有機物分解
Outline of Annual Research Achievements

将来の気候変動などに対する作物の応答、ひいては食糧生産量を定量的に評価することは重要な課題である。これまで、圃場実験データに基づいて各環境要因に対する作物の応答のモデル化は行われてきたが、一方、広域を対象とした作物統計データの蓄積が進んでいる。とりわけ日本では、農林水産省による土壌環境基準点・定点調査は、全国数千点を対象として土壌環境条件と作物収量との関係などのデータを網羅している。本研究では、作物生長のシステムモデルに対して土壌環境基準点・定点調査などの網羅的観測データに基づいて、データ同化法を適用することによって、モデルを高度化し、複合環境に対する応答メカニズムを解明していくとともに、環境変化が生産性に及ぼす影響の推計を目的とする。
今年度は、作物の生長・生産性推計における炭素および窒素の動態過程をデータ同化法に基づいて作物成長システムモデルに取り込み、気候変動に対する応答性を解析した。土壌に含まれる窒素は作物の生育ならびに収量形成に非常に重要な役割を果たし、土壌中の窒素動態には土壌炭素の動態は深く関わる。そこで、昨年度までに作成した土壌炭素動態モデルをコムギの生育・収量推計モデルに組み込み、粒子フィルター法とメトロポリス・ヘイスティング法のハイブリッドデータ同化によって、時間変化も考慮したモデルパラメータを推定した。そのモデルに対して、気温上昇ならびに大気CO2濃度上昇に対する土壌炭素,窒素,収量の応答を調べた。その結果、土壌炭素については、気温上昇により分解量が増加し炭素蓄積量は減少するが,一方で大気CO2濃度の上昇による土壌への有機物入力量が増えることにより、気温上昇による減少と拮抗する状況が見られた。この傾向は窒素についても同様の傾向があるが,窒素の場合には大気CO2濃度がさらに上昇すると減少に転じる。これは作物の生長に伴う窒素吸収量が増加するためである。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2013 2012 2011

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Vertical soil-air CO 2 dynamics at the Takayama deciduous broadleaved forest AsiaFlux site2013

    • Author(s)
      Yonemura S., Yokozawa M., Sakurai G., Kishimoto-Mo AW., Lee N., Murayama S., Ishijima K., Shirato Y., Koizumi H.
    • Journal Title

      J. Forest Res.

      Volume: 18(1) Issue: 1 Pages: 49-59

    • DOI

      10.1007/s10310-012-0385-7

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Inversely estimating temperature sensitivity of soil carbon decomposition by assimilating a turnover model and long-term field data2012

    • Author(s)
      Sakurai G., et al
    • Journal Title

      Soil Biology & Biochemistry

      Volume: 46 Pages: 191-199

    • DOI

      10.1016/j.soilbio.2011.11.005

    • Related Report
      2012 Annual Research Report 2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 作物収量統計データを利用した作物成長モデルのMCMCによる全球キャリブレーション2013

    • Author(s)
      櫻井玄
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2013年度連合大会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ
    • Year and Date
      2013-05-19
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] A quantitative estimation of the benefit of atmospheric carbon dioxide elevation during the past few decades to the past crop yield.2012

    • Author(s)
      G. Sakurai
    • Organizer
      RCN FORECAST Conference 2012
    • Place of Presentation
      Woods Hole, MA, USA
    • Year and Date
      2012-10-09
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] A model-data fusion analysis for examining the response of carbon exchange to environmental variation in crop field2011

    • Author(s)
      Yokozawa M., et al
    • Organizer
      American Geophysical Union Fall Meeting
    • Place of Presentation
      サンフランシスコ(アメリカ)
    • Year and Date
      2011-12-06
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Examining the effect of down regulation under high [CO2]on the growth of soybean assimilating a semi process-based model and FACE data2011

    • Author(s)
      Sakurai G., et al
    • Organizer
      American Geophysical Union Fall Meeting
    • Place of Presentation
      サンフランシスコ(アメリカ)
    • Year and Date
      2011-12-06
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Book] 土壌における炭素動態とモデリング(現代の生態学「地球環境変動の生態学」所収)2013

    • Author(s)
      横沢正幸
    • Total Pages
      300
    • Publisher
      共立出版
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2011-04-06   Modified: 2018-03-28  

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