2019 Fiscal Year Research-status Report
Estimation of nitrogen loss from forested watersheds by coupling a plant-soil N cycling model and a hydrological model
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17K15286
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
福島 慶太郎 京都大学, 生態学研究センター, 研究員 (60549426)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 硝酸態窒素 / シカ / 窒素沈着 / 地下水湧出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在日本では種々の森林攪乱が同時多発的に進行しており，流域源流部の森林における窒素保持・流出メカニズムの解明と攪乱影響の予測が喫緊の課題である。日本の森林は欧米に比べ，植物-土壌間の内部循環系に加えて斜面の水移動過程も窒素保持・流出の主要な規定要因と考えられるが，統合的な把握についてはいまだ不十分である。本研究では，日本各地の森林集水域で計測された窒素内部循環と降水・渓流水質の実測値を用いて窒素保持・流出メカニズムを解明することを目的とした。
2019年度は，日本国内の複数の森林集水域を対象として，大気からの窒素沈着量，植物の現存量・生産量，土壌の窒素動態を指標として，渓流水中の硝酸態窒素濃度の形成要因について解析を行った。窒素沈着量が多いほど，また植生の衰退が進行しているほど，渓流水の硝酸態窒素濃度が高くなる傾向が認められたが，全体的な傾向から大きく外れる地点も複数あった。その地点について現地調査も含めて詳細に分析を行ったところ，シカによる下層植生の消失・再生の影響がダイレクトに硝酸態窒素流出に寄与していること，森林集水域に隣接する耕作・放牧地から分水嶺を越えて地下水経由で硝酸態窒素が湧出していること，などが原因として考えられた。
森林からの窒素流出を再現するモデルの構築にあたり，PnETモデルとTOPMODELの統合化を進めているが，下層植生や集水域外の影響といった新たなプロセスを組み込む必要が明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
渓流水の硝酸態窒素の濃度形成について，濃度分析と同位体分析を進め，森林からの窒素流出を予測するうえで重要な規定要因を抽出することができた。森林の窒素循環についてはPnETモデルを，森林斜面からの水移動を扱うモデルとしてTOPMODELの試行を進めたほか，他の既存モデル（SWAT，Biome-BGCなど）の適用可能性についても検討を行った。しかしながら，これらのモデル試行結果と実際の渓流水硝酸態窒素濃度の整合性については，いまだ不十分なところが多かった。当初目標としていた森林の窒素循環と斜面水移動のモデル統合により硝酸態窒素濃度形成を十分説明することについては，現在十分に至っておらず，今後の課題である。
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| Strategy for Future Research Activity |
現地観測に基づく渓流水の硝酸態窒素濃度の規定要因については十分な情報を収集することができた。今後は，TOPMODELとPnET-CNモデルの結合を念頭にしながら，より適切かつ簡便なモデルの選択もしくは構築を進め，森林集水域内において大気-植物-土壌-渓流までの一連の窒素循環プロセスに基づく窒素流出予測，および攪乱に対する応答予測を可能にしていく予定である。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルス拡大防止により，予定していた調査，研究打ち合わせ，学会等が中止となり，その分の旅費を使用できなかった。次年度は，上記の目的のために残額を使用する予定である。
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