2021 Fiscal Year Research-status Report
Study on regulating factors on deposition, absorption, and emission of reactive N such as ammonia on tree-leaf surface
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19K12315
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| Research Institution | Asia Center for Air Pollution Research |
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Principal Investigator |
佐瀬 裕之 一般財団法人日本環境衛生センターアジア大気汚染研究センター, 生態影響研究部, 部長 (20450801)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
諸橋 将雪 一般財団法人日本環境衛生センターアジア大気汚染研究センター, 生態影響研究部, 主任研究員 (40761606)
松田 和秀 東京農工大学, 農学部, 教授 (50409520)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | アンモニア / 吸収 / 放出 / 乾性沈着 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
FM多摩丘陵（FMT）および加治川試験地（KJK)における集中調査で得られたデータに加え、周辺サイト（東京農工大学府中キャンパス圃場）における関連データやKJKにおける長期物質循環データを含めた解析を進めた。
FMTのコナラ林におけるタワー観測では、着葉期、落葉期ともにNH3の沈着と放出が見られた。いずれの期間においても放出は土壌起源ではなく、沈着した NH3 の再揮散による可能性が示唆された。また、林床付近の放出は森林全体からの放出に大きく寄与するものではなく、メインの発生源は樹冠部分である可能性が示唆された。また、キャンパス圃場のダイズ畑によるタワー観測では、NH3は放出よりも沈着が優位であった。土壌や葉内のNH4濃度でも十分な説明はできず、NH3の大気化学反応等も含めた他の要因を検討すべきことが示唆された（Xu et al. 2022, Atmospheric Environment）。
KJKでは、長期的に大気からのN沈着量は低下傾向にあるが、森林生態系でのN飽和が進んでいた。樹木吸収の低下に加え、10kgN/ha/yearを超える大気N沈着量が影響していることが示唆され、その沈着プロセスの解明の重要性が指摘された（Sase et al. 2021, SSPN）。林内雨・林外雨の集中調査データに基づく樹冠収支モデルを用いた解析結果は、樹木葉面においてN吸収が進んでいることを示唆したが、葉内NH4濃度だけでは吸収プロセスを説明できず、ガス・粒子として葉面に乾性沈着したNH4が少量の水分により高濃度で溶解し吸収が生じていることが示唆された。
これらの結果から、土壌や葉内NH4濃度は、沈着・吸収・放出プロセスに関わってはいるものの、これだけで説明できるような支配的な要因ではないことが示唆された。
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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
本研究では、物質循環研究が実施されている森林試験地において、NH3等の反応性Nの沈着・吸収・放出の実態を把握するとともに、それらと樹木葉因子との関連性を議論することを目的としている。この課題について、これまでの研究により、想定したメカニズムに留まらない、追加的な新たな知見を得た。
FM多摩丘陵（FMT）では、タワー観測により沈着・放出が生じていることが明らかとなり、森林樹冠でのNH3フラックスの双方向性が確認された。一方で、キャンパス圃場のダイズ畑では、沈着方向のフラックスが優位であった。これらと併せて測定した葉内NH4濃度は、それを考慮するとモデル計算結果が改善されるなど、フラックスの傾向を一定程度説明していたが、それだけで全てを説明できるほど単純ではないことも示唆した。ダイズ畑での検討結果を、原著論文として発表した（Xu et al. 2022, Atmospheric Environment）。
加治川試験地（KJK）では、長期データの解析から当該森林生態系ではN飽和が進みつつあることを明示するとともに（Sase et al. SSPN）、そのような状況下においても、林内雨・林外雨の集中観測結果は、葉面でのNH4の吸収を示した。その吸収プロセスには、先行研究で指摘されたように、葉面濡れ性が関わっていることは明らかとなったが、葉内NH4濃度は林内雨のそれより著しく濃いため、むしろ放出（溶出）を示唆しており、吸収を説明するためには、新たなメカニズムを考慮すべきことも明らかとなった。あり得るプロセスとしては乾性沈着したNH3ガスまたはNH4粒子が葉面で溶解した際に生じる高濃度の水膜・水滴が、葉面での吸収を促進させると考えられ、降水量が少ない年により大きな吸収が見られたことは、この仮説を支持していた。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度にあたり、FMTでのタワー観測結果については、葉内NH4濃度との関連性を含めた解析を進め、学術論文として成果発表を行なっていく予定である。KJKでの吸収プロセスは、葉面濡れ性と葉内NH4濃度を含めた解析を進めるとともに、本研究で示唆された新たなメカニズムについて実証方法を検討する。乾性沈着したNH3ガスまたはNH4粒子が葉面で溶解した際に生じるであろう高濃度の水膜・水滴による、葉面でのNH4吸収の促進について、モデル実験を実施し、実証できないか、実験系の構築を行なっている。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍もあり、予定していた国際学会等への参加が取りやめとなり、国内学会や学術論文等を通じた成果発表にシフトしつつある。最終年度においては、これらの成果発表を中心に予算を執行する予定である。また、これまでの解析から、新たに考慮すべきメカニズムが明らかとなっている。これらの実験・観測を進めるために一部は使用することも予定している。
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Research Products
(7 results)
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[Journal Article] Nitrogen saturation of forested catchments in central Japan - Progress or recovery?2021
Author(s)
Sase Hiroyuki, Takahashi Masamichi, Matsuda Kazuhide, Yamashita Naoyuki, Tsunogai Urumu, Nakagawa Fumiko, Morohashi Masayuki, Yotsuyanagi Hiroki, Ohizumi Tsuyoshi, Sato Keiichi, Kurokawa Junichi, Nakata Makoto
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Journal Title
Soil Science and Plant Nutrition
Volume: 68
Pages: 5～14
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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