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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Mobilization of air pollution legacy accumulated in forest ecosystems due to extreme weather

Research Project

Project/Area Number 22H02401
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionAsia Center for Air Pollution Research

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)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 谷川 東子  名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (10353765)
山下 尚之  国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (30537345)
藪崎 志穂  総合地球環境学研究所, 研究基盤国際センター, 上級研究員 (60447232)
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)
四柳 宏基  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 (60937209)
黒川 純一  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, 情報管理部, 部長 (70534262)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Keywords蓄積量・形態 / 同位体比 / 土壌型 / 混合モデル / 機械学習モデル
Outline of Annual Research Achievements

以下の3課題で進めた。
1)地域や土壌型による汚染状況の明確化・指標化(谷川東子、佐瀨裕之): 樹齢400年以上の樹木の年輪を用いてイギリス産業革命前から現在に至るまでの大気汚染の変遷をS同位体比(δ34S)で評価した結果を、投稿論文としてとりまとめを開始した。また、加治川集水域(KJK:新潟県)での土壌調査により3断面分の土壌試料を採取し、蛍光X線分析法を用いて全S濃度を測定した。その結果、KJK土壌の全S濃度は土壌深度にかかわらず、人為起源のS化合物の負荷量が最も多かった伊自良湖集水域(IJR:岐阜県)の土壌のそれよりも低かった。これは、KJKではS収支が概ねバランスし近年は流出過多の傾向である一方、IJRでは土壌が高いS吸着能を持つことが主な原因として考えられる。
2)極端気象イベント時の物質流出メカニズムの解明・流出量推計(佐瀨裕之、諸橋将雪、 四柳宏基、藪崎志穂):KJKの増水時調査では、河川水のH・O同位体比(D-excess値)は大きく変化し、混合モデル解析は降水の直接流入を示唆したが、δ34S値は安定しており、土壌のSO4吸脱着プロセスによる均質化されたSO4流出を示唆した。この結果を国際誌に投稿した(審査中)。一方で、IJRの増水時調査では、δ34S値が土壌溶液のそれに近づく現象が見られ、土壌に蓄積したレガシープールの流出を示唆した。次年度もさらに調査を進め、そのプロセスを確認する予定である。
3)広域評価モデルによる要監視地域の抽出(山下尚之、黒川純一、佐瀨裕之):協力関係にある国立環境研究所の研究グループから、2000-2020年の大気化学輸送モデルによるシミュレーション結果を入手し、大気Sの累積沈着量等のデータ整理を行った。今後、地形・地質・気象データ等とともに、機械学習モデルの構築を進める。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究の最大の仮説は、生態系内に循環・蓄積した大気汚染物質由来のプールが極端気象で大きく動くのではないかというものであった。本年度までの調査により、Sの流入・流出収支がバランスしている加治川集水域(KJK)では、土壌におけるSO4吸脱着プロセスが急激な酸流入に対する緩衝機構として機能しており(Saito et al. 2023, Journal of Forest Research)、増水時にも同様の機構が機能しδ34S値は大きく変化しないことが明らかとなった(Yotsuyanagi et al. 投稿中)。一方で、土壌へのS蓄積が指摘されていた伊自良湖集水域(IJR:Tanikawa et al. 2022, Geoderma)では、増水時に河川のδ34S値が明らかに土壌溶液のそれに近づく現象が見られ、生態系内に蓄積した大気汚染レガシーの流出を示唆した。また、KJKの土壌はIJRほどSの蓄積能がないことも明らかになりつつあり、上記の結果と一致していた。さらに、巨木の年輪には大気汚染の起源情報がδ34S値として記録されており、大気汚染物質由来のSが土壌・植生系でのS循環に大きく影響していることが示された。このように、当初の仮説が実測データで証明されつつある。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、以下の3課題で進めていく。
1)地域や土壌型による汚染状況の明確化・指標化(谷川東子、佐瀨裕之): 年輪解析の結果を、国際誌に投稿、受理を目指す。また、KJKで得られた土壌試料についてS同位体比を含めて分析を進め、歴史的に沈着量が多かったIJRの土壌との蓄積量・形態の違いについて、明らかにする。
2)極端気象イベント時の物質流出メカニズムの解明・流出量推計(佐瀨裕之、諸橋将雪、 四柳宏基、藪崎志穂):審査中であるKJKの増水時調査の投稿論文について、国際誌での早期の受理を目指す。IJRの増水時調査をさらに進め、KJKとの流出パターンの違いを明らかにする。
3)広域評価モデルによる要監視地域の抽出(山下尚之、黒川純一、佐瀨裕之):2000-2020年の大気化学輸送モデルによるシミュレーション結果から、大気Sの累積沈着量等をマップ上で明らかにして、地形・地質・気象データ等とともに、機械学習モデルの構築を進める。さらに、上記1)や2)の結果も援用しながら、広域的な評価を試みる。
本研究では、Sを中心に解析を進めているが、同時にデータが得られているNや重金属についても、併行して議論を進めていく予定である。さらに、これらの成果を大気汚染の国際的な枠組みである「東アジア酸性雨モニタリングネットワーク(EANET)」の関連会合等でも共有し、今後の東アジアにおける大気汚染対策にどのように役立てることができるか、併せて検討を進める。

  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Institute of Applied Ecology(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Institute of Applied Ecology
  • [Journal Article] Patterns and drivers of atmospheric inorganic nitrogen deposition in Northeast Asia2024

    • Author(s)
      Mgelwa Abubakari Said、Zhu Feifei、Huang Dan、Song Linlin、Wang Yingying、Gurmesa Geshere Abdisa、Wang Ang、Liu Miao、Huang Shaonan、Qiu Qingyan、Sase Hiroyuki、Zhu Weixing、Fang Yunting
    • Journal Title

      Journal of Environmental Management

      Volume: 349 Pages: 119343~119343

    • DOI

      10.1016/j.jenvman.2023.119343

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Vertical changes in sulfur isotopic ratio of water flowing through a forested catchment along the coast of the sea of Japan in central Japan?a buffer against seasonal transboundary air pollution2023

    • Author(s)
      Saito Tatsuyoshi、Nakata Makoto、Yamashita Naoyuki、Inomata Yayoi、Uchiyama Shigeki、Ohizumi Tsuyoshi、Sase Hiroyuki
    • Journal Title

      Journal of Forest Research

      Volume: 28 Pages: 240~250

    • DOI

      10.1080/13416979.2023.2198113

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Seasonality of atmospheric deposition and its biogeochemical cycle in forest ecosystems in Asia: possible disturbance by climate change2024

    • Author(s)
      Sase H, Yamashita N, Garivait H, Zhigacheva E, Takahashi M, Matsuda K, Morohashi M, Yotsuyanagi H.
    • Organizer
      IUFRO RG 8.04. Conference, “Role and Fate of Forest Ecosystems in a Changing World”
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 変動する大気環境に対する日本海側の森林集水域の応答2024

    • Author(s)
      佐瀨裕之, 齋藤辰善, 四柳宏基, 諸橋将雪, 山下尚之, 藪崎志穂, 陀安一郎, 猪股弥生
    • Organizer
      第135回日本森林学会大会
  • [Presentation] 越境大気汚染によるイオウ酸化物の飛来が多い森林流域土壌のイオウ蓄積量2024

    • Author(s)
      塩出晏弓, 佐瀨裕之, 山下満, 諸橋将雪, 四柳宏基, 杉山暁史, 谷川東子
    • Organizer
      第135回日本森林学会大会
  • [Presentation] 越境大気汚染によるイオウ酸化物の飛来が多い森林流域土壌のイオウ蓄積量2024

    • Author(s)
      塩出晏弓, 佐瀨裕之, 山下満, 諸橋将雪, 四柳宏基, 杉山暁史, 谷川東子
    • Organizer
      第515回生存圏シンポジウム
  • [Presentation] Biogeochemical processes of atmospherically derived substances in forest catchments in Japan2023

    • Author(s)
      Sase H.
    • Organizer
      The 9th China National Conference on Stable Isotope Ecology
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 変動する大気環境への陸域生態系の応答と今後の研究課題2023

    • Author(s)
      佐瀨裕之
    • Organizer
      第64回大気環境学会年会
    • Invited
  • [Presentation] 中部日本の森林集水域における降雨イベント時の硫黄等の河川流出特性2023

    • Author(s)
      四柳宏基, 諸橋将雪, 藪崎志穂, 山下尚之, 谷川東子, 黒川純一, 佐瀨裕之
    • Organizer
      第13回同位体環境学シンポジウム

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Published: 2024-12-25  

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