大気-森林-渓流系の水循環にともなう炭素循環の総合把握に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12460068
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 谷 誠 京都大学, 農学研究科, 教授 (00314245)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小杉 賢一朗 京都大学, 農学研究科, 助手 (30263130) ; 小杉 緑子 京都大学, 農学研究科, 助手 (90293919) ; 大手 信人 京都大学, 農学研究科, 助教授 (10233199) ; 鱧谷 憲 大阪府立大学, 農学部, 助教授 (30264815) ; 文字 信貴 大阪府立大学, 農学部, 教授 (20111982)
• Keywords: 水循環 / 炭素循環 / 境界層気象学 / 水文学 / 生物地球化学 / 乾性降下物 / 溶存有機態素 / 気候温暖化

Research Abstract

気候温暖化が最重要の地球環境問題として認識されており、森林-大気間の二酸化炭素輸送交換量の観測が世界的に展開されでいる。しかし、大気-森林間二酸化炭素輸送の測定把握が重視されているのに比べ、流域での炭素動態の視点に基づく研究は数が少ない。森林生態系における炭素動態は、光合成・呼吸による生理化学的過程、地中における生物地球化学的過程に基づいており、さらに、雨水の輸送による水文学的過程の影響を受けるから、大気-森林間の輸送と地中の輸送全体を把握し、森林流域での炭素循環全体を推定することが、環境変動に対する生態系の応答を評価して炭素の吸収放出を予測するために不可欠である。本研究は、このような観点から、タワーによる大気-森林間のフラックス観測設備、地中の水流出機構の測定設備が整い、これまでの観測実績のある森林小流域において、熱や物質の詳細な輸送動態を探りつつ生態系全体の炭素循環を把握しようとしたものである。
本研究で得られた成果をまとめると、1)大気-森林間の熱・水蒸気・CO_2フラックスを精度よく測定するために、地形の影響を評価した。2)林内における熱、水蒸気、CO_2の輸送・貯留を再現できる多層モデルを開発し、観測によって検証した。3)森林群落内貯熱のひとつである樹幹貯熱量を推定した。4)溶存有機態炭素、あるいはナトリウムと硫酸イオンをトレーサーに用いて流出経路を推定した。5)土壌の雨水浸透過程や斜面方向への流下過程における溶存有機態炭素の動態を明らかにした。6)水循環にともなう窒素やイオウなどの各種物質の動態について検討し、北米などと比較した日本の森林における特徴を明らかにした。以上のように、大気-森林-渓流系を通じた炭素の循環、およびそれに関連する各種物質の循環に関して、観測に基づいた知見を得るとともに、これを評価するためのモデル化とその検証がなされた。

Research Products

• [Publications] Kosugi, Y., Shibata, S., Kobashi, S.: "Parameterization of the CO_2 and H_2O gas exchange of several temperate deciduous broad-leaved trees at the leaf scale considering seasonal changes"Plant, Cell and Environment. 26. 285-301 (2003)
• [Publications] 和田卓巳, 谷誠, 小杉緑子, 高梨聡: "ヒノキ林における樹体貯熱量の推定"森林研究. 74. 69-76 (2002)
• [Publications] 松尾奈緒子, 小杉緑子, 大手信人, 木庭啓介: "炭素安定同位体比を用いた暖温帯性常緑広葉樹の水利用効率に関する解析"水文・水資源学会誌. 15. 229-242 (2002)
• [Publications] 松尾奈緒子, 小杉緑子: "暖温帯性広葉樹における個葉のガス交換制御の季節変化について"日本緑化工学会誌. 28. 14-19 (2002)
• [Publications] 勝山正則, 大手信人, 内田太郎, 浅野友子, 木本秋津: "降雨流出過程の相違が渓流水質形成機構に与える影響"水文・水資源学会誌. 13. 227-239 (2000)
• [Publications] Katsuyama, M., Ohte, N., Kobashi, S.: "A three-component end-member analysis of streamwater hydrochemistry in a small Japanese forested headwater catchment"Hydrological Processes. 15. 249-260 (2001)
• [Publications] Katsuyama, M., Ohte, N.: "Determining the sources of stormflow from the fluorescence properties of dissolved organic carbon in forested headwater catchment"Journal of Hydrology. 268. 192-202 (2002)
• [Publications] 川崎雅俊, 大手信人, 浅野友子, 内田太郎: "森林小流域の降水浸透過程における溶存有機態炭素の動態"日本生態学会誌. 52. 119-123 (2002)
• [Publications] 川崎雅俊, 大手信人, 南部桂, 保原達, 岡崎亮太, 勝山正則, 金秀珍: "森林流域の水文過程における溶存有機態炭素の動態"陸水学雑誌. 63. 31-45 (2002)
• [Publications] 尾保手朋子, 大手信人, 田中広樹, 勝山正則, 谷誠: "ヒノキ林におけるガス態による乾性沈着量の定量化-ビッグリーフモデルと林内雨法を用いたSO_2-S流入量の推定-"日本林学会誌. 84. 91-99 (2002)
• [Publications] Asano, Y., Uchida, T, Ohte, N.: "Residence times and flow paths of water in steep unchannelled catchments, Tanakami, Japan"Journal of Hydrology. 261. 173-192 (2002)
• [Publications] Ohte, N., Tokuchi, N., Shibata H., Tsujimura, M., Tanaka, T., Mitchell, M.J.: "Hydrobiogeochemistry of Forest ecosystems in Japan : Major Themes and Research Issues. Hydrological Processes"Hydrological Processes. 15. 1771-1789 (2001)
• [Publications] Ohte, N., Mitchell, M.J., Shibata, H., Tokuchi, N., Toda, H., Iwatsubo, G.: "Comparative evaluation on nitrogen saturation of forest catchments in Japan and northeastern United States"Water, Air, and Soil Pollution. 130. 649-654 (2001)
• [Publications] Hobara, S.Tokuchi, N.Ohye, N.Koba, K., Katsuyama, M.Kim, S.J., Nakansihi, A.: "Mechanism of nitrate loss from a forested catchment following a small-scale, natural disturbance"Canadian Journal of Forest Research. 31. 1326-1335 (2001)
• [Publications] 大手信人, 徳地直子: "森林生態系の物質循環を理解するための流域研究に向けて-流出窒素の動態が示唆すること-"日本生態学会誌. 52. 131-137 (2002)
• [Publications] 大手信入, 柴田英昭, 徳地直子, マイロンJミッチェル, 戸田浩人: "森林流域からのNO_3流出-流出の季節性から読み取れる情報-"水利科学. 268. 40-53 (2002)