2019 Fiscal Year Annual Research Report
森林光合成とフェノロジーへの気候変動ストレス影響の生理生態学的解明と将来変動予測
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19H03301
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
村岡 裕由 岐阜大学, 流域圏科学研究センター, 教授 (20397318)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村山 昌平 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 総括研究主幹 (30222433)
野田 響 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球環境研究センター, 主任研究員 (60467214)
永井 信 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(地球表層システム研究センター), 主任研究員 (70452167)
中路 達郎 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 准教授 (40391130)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | フェノロジー / 光合成 / 個葉分光特性 / CO2フラックス / 長期変動 / 気候変動 / 極端気象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，高山サイト（岐阜大学）と苫小牧サイト（北海道大学）において進められている。渦相関法によるCO2フラックス観測，葉・林冠の光合成特性や分光反射特性，これらのフェノロジー（展葉・老化・落葉過程）の長期観測と温暖化実験，炭素循環モデル，葉と林冠レベルの放射伝達モデル解析を統合して，（Ⅰ）森林光合成に対する気候変動ストレス影響の生理生態学的メカニズムの解明，および過去から近未来の変動のモデル解析と，（Ⅱ）林冠の分光反射特性の植物生理生態学・解剖生理学的な検証による光合成機能の衛星観測指標の再評価を行うことを目的としている。
令和元年度は高山サイトにおける林冠木の個葉・葉群フェノロジーの観測，および渦相関法によるCO2フラックスや大気CO2濃度等の観測，苫小牧サイトにおける林冠状態の可視画像と気象要因解析による極端気象の影響分析，落葉広葉樹林林冠木の個葉分光特性の解剖生理学的モデル解析による植生分光指標の検討，植物季節情報のビッグデータ解析による黄葉／紅葉動態の時空間分布の変動解析に特に取り組んだ。過去7年間の葉のクロロフィル含量と形態的特性の季節変化を解析した結果，年ごとの気象条件の違いによらず展葉は気温の上昇傾向に一貫して依存するが，黄葉化は日長など他の要因もあわせて影響することが明らかになった。CO2収支の季節性や年変動の解析結果からは，フェノロジーと気象条件，エルニーニョが光合成の短期・長期的な変化をもたらすことが示された。個葉の分光反射特性は樹種毎の解剖生理学的特性の環境応答を反映すること，林冠の分光情報は葉齢と最大瞬間風速を反映することがわかり，林冠や生態系レベルのフェノロジー時空間分布解析および極端気象影響の検出に有用であることが改めて示された。
これらの知見を統合することにより森林機能の時空間分布解析や予測の生理生態学的基盤が強化されることが期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
林冠木個葉のクロロフィル含量と形態（7年間），および林冠葉面積指数（11年間）の現地観測データを総合的に解析した結果，春の展葉時期と速度が気温の季節的傾向により統一的に説明され，モデル化の進展が得られた。フェノロジーと光合成生産力に対する気温変動の論文を執筆中である。また黄葉化の標高・緯度勾配の特徴を植物季節のビッグデータにより解析し，論文が受理された。
落葉広葉樹林の生理生態学的特性のリモートセンシング観測技術開発のために代表樹種であるダケカンバとミズナラの個葉分光特性のフェノロジーを放射伝達モデルPROSPECT-5によって解析したところ，葉の分光特性はクロロフィル含量のみならず解剖学的構造の季節変化を強く反映していること，その特徴が樹種により異なることが示された。この知見は論文執筆中である。
高山サイトにおいてCO2フラックス，大気CO2濃度・安定同位体比の観測を継続するとともに，年間CO2収支やCO2濃度・炭素同位体比の季節変動，その振幅の長期トレンド，経年変動等を微気象条件や全球規模の気候変動との関係に着目して明らかにした。CO2濃度データは気象庁及び国際機関に登録している。CO2収支の長期トレンドおよび微気象環境との関係性に関する論文を執筆中である。
苫小牧サイトでは落葉広葉樹林のCO2フラックス，林冠状態の可視画像や分光反射の観測を継続している。特に今年度は強風や豪雨などの極端気候への脆弱性を評価するために，過去10年間の林冠のグリーンネス（Green ratio, GRで評価)の日変化および季節変化を群落全体と樹種ごとに分析した結果，GRは葉齢による小規模な変動と最大瞬間風速による大きな変動を示すことから極端気候の発生する時期によって脆弱性（耐性）が異なることが示唆され，森林に対する気候変動ストレスの検出技術として期待される結果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はこれまでに得られた知見の論文発表を進めるとともに特に生理生態学的特性や森林CO2吸収・放出プロセスの時空間的スケーリング解析，および従来のモデル検証と改良に努める。現時点で研究計画に変更はないが本課題はフィールド観測を特徴としているため，新型コロナウィルス感染症の状況によっては遠隔地への移動が困難な場合には，これまでに得られた観測データに基づいた検証やモデル解析を主に推進することも考慮する。
高山サイトでは林冠木の個葉生理生態学的特性のフェノロジー観測と温暖化処理の影響調査を継続する。また光合成能の温度反応の季節性を分析する。観測拠点での知見，Phenological Eyes Networkや植物季節ビッグデータを利用して，標高の環境傾度に起因した気温と開花・開葉・落葉の期日の対応関係を詳細に解析し，長期的な気候変動に対する植物季節の応答性の変動を10年から100年スケールで明らかにする。CO2収支やCO2濃度・安定同位体比の年変動や長期トレンドについて気象データや生物季節に関するデータ等との比較解析をさらに進め，年々の気象条件違いやエルニーニョなどの極端気象，長期的気候変動との関係を明らかする。分光反射特性や可視画像データを用いた群落および個体ベースでの解析を進めるとともに，個葉と林冠の分光特性の関係性を，群落放射伝達モデルSAILを利用して解析する。これらを通じて種の形質や競争関係といった生態学的な視点でリモートセンシング技術の評価および改良を進める。苫小牧サイトや北海道だけでなく，JaLTER等の研究ネットワークに参加する多地点との相互解析を行うための情報交換・共有を進める．
以上のフィールド研究およびデータ解析と並行して，JaLTERやJapanFlux，APBONなどの研究ネットワークとの連携により気候変動下での生態系・生物多様性観測の推進戦略を検討する。
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[Presentation] Long-term variations in the carbon budget and the atmospheric CO2 concentration detected from 26-year observation in a cool-temperate deciduous forest at Takayama2019
Author(s)
Murayama, S., Kondo, H., Ishidoya, S., Maeda, T., Yamamoto, S., Saigusa, N., Muraoka, H.
Organizer
AsiaFlux2019 - the 20th Anniversary Workshop
Int'l Joint Research
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[Presentation] Reanalysis of 20 years data at TKY2019
Author(s)
Kondo, H., Murayama, S., Ishidoya, S., Maeda, T., Saigusa, N., Yamamoto, S
Organizer
AsiaFlux2019 - the 20th Anniversary Workshop
Int'l Joint Research
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[Presentation] Long-term measurement of CO2 flux and micro meteorology at the central mountainous area in Japan.2019
Author(s)
Kondo, H., Murayama, S., Ishidoya, S., Maeda, T., Saigusa, N., Yamamoto, S.
Organizer
15th International Conference on Atmospheric Sciences and Applications to Air Quality
Int'l Joint Research
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[Presentation] Long-term soil warming experiment in a northern cool-temperate forest in Tomakomai, Hokkaido Japan - What was clarified or still unknown?2019
Author(s)
Nakaji, T., Nakamura, M., Ueda, M., Matsunaga, S.N., Miyazaki, Y., Noh, N., Muraoka, H., Hiura, T
Organizer
AsiaFlux2019 - the 20th Anniversary Workshop
Int'l Joint Research / Invited
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