2014 Fiscal Year Annual Research Report
森林生態系の炭素代謝プロセス動態の時空間的変動機構の統合的解明と温暖化影響予測
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26241005
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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, 環境管理研究部門, 研究員 (30222433)
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)
斎藤 琢 岐阜大学, 流域圏科学研究センター, 助教 (50420352)
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, 研究員 (60467214)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 森林生態系 / 光合成 / 土壌呼吸 / 温暖化実験 / リモートセンシング / 同位体 / フェノロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高山試験地の落葉広葉樹林で野外温暖化実験を行い，温度上昇が葉の光合成能力とその季節性，ならびに土壌炭素動態に及ぼす影響を季節を通じて観測した。温暖化は展葉の早期化と黄葉の遅延によりミズナラの着葉期間を8日間延長させ，光合成能力を1割増加させることが明らかになった。地温上昇は土壌呼吸速度を24％程度まで増加させた。土壌呼吸速度の日・季節変化の解析により土壌呼吸量の推定モデルの精度を大幅に向上させた。苫小牧研究林の落葉広葉樹林でも土壌温暖化実験を行い，葉群，根系のフェノロジーおよび炭素収支の気候変動応答を調査した。土壌の温暖化処理による影響は葉群フェノロジーには認められなかった，細根のターンオーバーが成長・枯死ともに処理開始後2年間は増大することが明らかになった。
森林の生理生態的特性の分光指標の開発のために，苫小牧では個葉および葉群の連続分光放射率の計測を行い，葉フェノロジーや炭素収支に関連する葉形質（窒素含量やLMA）の推定を行い，個葉の分光データに基づいて形質の季節変動を推定するモデルを作成した。高山では放射伝達モデルSAILを植生構造を再現するように改良し，個葉分光特性と葉群構造の統合解析の準備を進めた。
炭素収支機構の現状診断と将来予測を目的として高山の落葉広葉樹林および常緑針葉樹林の観測データに基づいて生態系モデルの葉群フェノロジーサブモデルの高度化を行い，生態系モデルによる気候変動応答特性解析の準備を行った。
大気化学的なアプローチとして，これまでに得られた酸素同位体データに基づき落葉樹林サイトの夜間の生態系呼吸に対する土壌呼吸と葉呼吸の寄与の季節変動の解析を行い，春から秋にかけて土壌呼吸の割合が増大することを明らかにしたが，推定手法の精度に問題も確認した。水試料の同位体分析を効率的に行うためにレーザー分光法による同位体分析装置を導入し性能試験を開始した。
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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
岐阜大学高山試験地と北海道大学苫小牧研究林の落葉広葉樹林における野外温暖化実験は順調に進捗しており，上述のとおり，温度上昇が葉群フェノロジーや葉の光合成能，土壌呼吸速度に及ぼす影響が検出され，学会発表も数件行われるなど一定の成果が出ている。ただし幹呼吸速度の測定については，当初計画していた装置では多雨条件下での観測に問題があることが判明したので，その問題を解決する必要が生じた。
森林キャノピーの分光（リモートセンシング）指標の開発については，個葉の生理生態学的特性と分光反射特性の関係に関するデータを蓄積しており，すでに個葉から森林レベルにスケーリングアップするためのSAILモデルの準備を進めており，これも順調に進捗していると考えている。
生態系炭素循環のモデリングを生理生態学的な観点で向上させるためには落葉広葉樹林の林冠構造と光合成能のフェノロジーを再現でき，さらに将来の温度上昇下での挙動を予測できなければならない。本研究では長期観測データに基づいてこのためのモデル構築を進めており，温暖化実験によるフェノロジーデータも出てきているのでモデル化が期待できる。
大気化学的アプローチによる生態系呼吸の解析については大気サンプル等の蓄積を進めるとともに，この予算により水同位体分析装置を導入できたので，研究が立ち上がり，生理生態学と大気化学の融合を始めることができたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
高山試験地と苫小牧研究林における野外温暖化実験は今後も継続することにより，葉群フェノロジーや葉形質，土壌呼吸速度などに対する温度上昇の影響を生理生態学的観点から丁寧に調査していく。これにより，これまでは屋内の制御環境実験あるいは小サイズの植物体を用いた温暖化実験では見えてこなかった生態系レベルでの新たな知見を見いだすことができると期待している。また複数年のデータに基づいて解析することにより温度上昇に対する普遍的な反応を検出し，シミュレーションモデルの構築が進むと期待している。
森林キャノピーのリモートセンシング指標の開発については，個葉レベルでのデータと林冠構造の計測データに基づいて，今後は放射伝達モデルによりキャノピーレベルでの分光反射特性と光合成生産力の関係性の解明を進める予定である。また，個葉の分光情報から生理生態学的形質を推定する手法の開発も進めていく。これらについてはすでに予備的な観測と解析の経験があるので問題なく進捗すると考えている。
生態系炭素循環モデルによる現在気候での森林光合成と土壌呼吸の解析と，将来気候でのこれらの推定のためには，フェノロジーモデルの高度化と土壌呼吸速度の温度および季節依存性のモデル化が要であり，前者については報告のとおりだが後者については本研究で蓄積しているデータに基づいた解析により進めていく。これも問題なく実現できると考えている。
大気化学的な分析による生態系呼吸の分析については，サンプルの蓄積と同位体分析装置の調整をすることにより，研究が進捗すると考えている。また同位体等の分析データを用いたモデル解析では条件に応じて算出結果に問題が生じることも判明しているので，モデル内のアルゴリズムを再検討することにより解決を図る予定である。
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