積雪寒冷地における気候変動下の農地土壌物理環境予測：津軽地域のリンゴ園を対象に

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K15934
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 加藤 千尋 弘前大学, 農学生命科学部, 助教 (60728616)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 気候変動 / 土壌水分 / 地温 / 土中CO2濃度 / 数値計算

Outline of Annual Research Achievements

気候変動が作物生産におよぼす影響把握と適応策，緩和策の検討は喫緊の課題である．冬季の２～３℃の気温上昇や降水パターンの変化は，積雪寒冷地においては根雪の期間や融雪の時期を変化させ，冬季～春季の土壌水分・温度状態，土中の生化学反応・物質動態に影響を及ぼす．土壌水分や地温などの土中の物理環境は，作物生産環境として重要である．そこで本研究では「気候変動下において，積雪寒冷地では積雪や融雪の時期，量が変化することによって，農地土中の水移動・熱移動にどのような影響が及ぶか？また，土壌物理環境の変化に伴い，有機物分解速度がどのように変化するか？」を明らかにすることを目的にしている．
本研究では，最終的に将来の気候予測値を境界条件とした土中水・熱・CO2移動予測計算を行い，気候変動下の土壌環境（土壌水分，地温，およびCO2濃度）の検討を行う．そのために，まずは対象地において，土壌水分，地温，土中CO2濃度の連続モニタリングを行い，数値計算の検証データとする．数値計算モデルはHYDRUS-1Dをベースとし，計算値と実測値を比較してモデルやパラメータのチューニングを行う．
当該年度は，青森県弘前市近郊の弘前大学藤崎農場内のリンゴ園において深さ15cmおよび深さ40㎝における土壌環境のモニタリングを行った．また，HYDRUS-１Dモデルを用い，土中の水・熱・CO2移動予測の数値計算を検討した．数値計算においては，境界条件にAMeDASの気象データを用いた．また，土壌の水・熱移動特性関数(パラメータ)は，農研機構によって公開されている日本土壌インベントリーのデジタル土壌図と農地土壌の物理性データベースに基づいて決定した．土中の連続モニタリングによりデータを蓄積し，モデルやパラメータの修正を継続している．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

青森県弘前市近郊の弘前大学藤崎農場のリンゴ園において，深さ15cmおよび深さ40cmにおける土壌水分・地温・土中CO2濃度のモニタリングを行っている．土中CO2濃度は，既往の研究に従って，シリコーンシートで作成したガス透過性チューブに非分散型赤外線吸収式CO2濃度センサを封入したものを土中に埋設した．また，クロスチェックのため同じ深さにガス採取管を埋設し，適宜土壌ガスを採取し実験室において定量した．
続いて，現在（過去）の気象データを基に土壌水分・地温状態，土中CO2濃度を数値計算によって再現を試みた．ウェブ上で公開されているデジタル土壌図や土壌物理性データベースを用いてパラメータを決定し，これらを用いてHYDRUS-1Dモデルによって土中の水・熱・CO2移動計算を行った．そして先のモニタリングで入手した実測の土壌水分・地温，土中CO2濃度データを用い，モデルとパラメータの検証を行った．概ね計画通りである．

Strategy for Future Research Activity

引きつづき対象地における土壌環境モニタリングを継続し，検証データを蓄積し，モデルやパラメータのブラッシュアップを図る．特に，冬季から春季の積雪，融雪の時期の土壌環境の再現精度向上を目指す．
モニタリングと並行して将来の気候予測値のデータセットを準備する．対象とする農地土壌における水・熱・CO2移動現象と気候予測値の時空間スケールを同等とするための時空間ダウンスケーリングを行う．
その後，準備した将来の気候予測値を境界条件とし，気候変動下の土壌水分・地温状態，CO2動態予測計算を行う．