生理過程からスケールアップした冷温帯林生態系の撹乱・環境応答:ふたつの大陸東岸の比較解析

• 研究課題/領域番号: 13304060
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生態
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 甲山 隆司 北海道大学, 大学院・地球環境科学研究科, 教授 (60178233)
• 研究分担者: 日浦 勉 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 助教授 (70250496) ; 大崎 満 北海道大学, 大学院・農学研究科, 教授 (60168903) ; 小池 孝良 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 教授 (10270919) ; 彦坂 幸毅 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (10272006) ; 竹中 明夫 国立環境研究所, 生物圏環境部, 室長 (00188202) ; 俵谷 圭太郎 山形大学, 農学部, 助教授 (70179919)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2003
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 44,980千円 (直接経費: 34,600千円、間接経費: 10,380千円); 2003年度: 11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円); 2002年度: 13,260千円 (直接経費: 10,200千円、間接経費: 3,060千円); 2001年度: 19,760千円 (直接経費: 15,200千円、間接経費: 4,560千円)
• キーワード: 光合成特性 / 菌根菌 / 群集構造 / 栄養動態 / シュート構造 / シュートベースモデル / 多変量解析 / 落葉広葉樹林

研究概要

本プロジェクトでは,変動環境のもとでの森林生態系の自律的維持と応答のメカニズムを解明するために,北海道中南部の冷温帯性落葉広葉樹林の構成樹種を主対象として,光合成系・通導支持系・栄養獲得系の生理素過程の応答から個体の生長,さらには群集動態にスケールアップしていく理論的・実証的な研究を実施した.
二酸化炭素上昇実験区・圃場・野外の森林とさまざまなスケールで,生理諸過程のパラメータ測定と個体への統合過程を解析した.二酸化炭素に対する作物種の個体レベルの応答の種差を解析した.野外森林レベルでの撹乱応答を明らかにするために,施肥と伐採をおこなう操作実験を実施した.撹乱処理による葉の光合成特性の変化や被食率の上昇は,樹種によって異なっており,こうした種差をもたらす生理的な機構を解明した.アーバスキュラー菌根の形成率は,施肥で低く,伐採処理とは独立だった.集団葉群光合成モデルを,光・窒素律速を組み込んで一般化した.
シュートベースの3次元樹形形成過程の研究は,モデル植物としてホウノキとモミ属を対象としてすすめた.ホウノキについては,分枝規則の抽出をし,一部の枝が短枝化する現象が,葉の相互被陰を避けるメカニズムとしては機能せず,光合成による同化物生産が十分でないときの節約型の樹形形成機構であることをシミュレーションによりあきらかにした.分枝規則がすでに定量化されているモミ属については,集団状態での発達過程をPipeTreeというシミュレータで記述した.集団の発達にともなって,シュートモジュールの特性が変化することが,観測される現象を再現するのに必要であることが明らかになってきた.

研究成果

• [文献書誌] Nabeshima, E., Hiura, T.: "Size dependency of water- and nitrogen-use efficiency and hydraulic limitation in Acer momo."Tree Physiology. 24(in press). (2004)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Hikosaka, K.: "A model of dynamics of leaves and nitrogen in a plant canopy : An integration of canopy photosynthesis, leaf life span, and nitrogen use efficiency."The American Naturalist. 162(2). 149-164 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Koike, T., Kitao, M., Quoreshi, A.M., Matsuura, Y.: "Growth characteristics of root-shoot relations of three birch seedlings raised under different water regimes."Plant and Soil. 255. 303-310 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Osaki, M., Shinano, T.: "Plant growth based on interrelation between carbon and nitrogen efflux from leaves."Photosynthetica. 39(2). 179-203 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Hiura, T.: "Stochasticity of species assemblage of canopy trees and understorey plants in a temperate secondary forest created by major disturbances."Ecological Research. 16. 887-893 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Nabeshima, E., Hiura, T.: "Size dependency of water-and nitrogen-use efficiency and hydraulic limitation in Acer momo."Tree Physiology. 24(in press). (2004)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hikosaka, K.: "A model of dynamics of leaves and nitrogen in a plant canopy : An integration of canopy photosynthesis, leaf life span, and nitrogen use efficiency."The American Naturalist. 162(2). 149-164 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Koike, T., Kitao, M., Quoreshi, A.M., Matsuura, Y/: "Growth characteristics of root-shoot relations of three birch seedlings raised under different water regimes."Plant and Soil. 255. 303-310 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Osaki, M., Shinano, T.: "Plant growth based on interrelation between carbon and nitrogen efflux from leaves."Photosynthetica. 39(2). 179-203 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hiura, T.: "Stochasticity of species assemblage of canopy trees and understorey plants in a temperate secondary forest created by major disturbances."Ecological Research. 16. 887-893 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Nabeshima, E.: "Size dependency of photosynthetic water and nitrogen use efficiency and hydraulic limitation in Acer mono"Tree Physiology. (In press).
• [文献書誌] Takenaka, A.: "Limited shoot elongation and light capture efficiency : Crown level evaluation using a structural tree model"Proceedings of the 4^<th> International Workshop on Functional-Structural Plant Models. (2004)
• [文献書誌] Wenjie, W.: "Analysis of stomatal and non-stomatal regulation of the diurnal patterns of photosynthesis in Sasa senanensis grown under a balanced nutrient regime"Bamboo Journal. 20. 19-32 (2003)
• [文献書誌] Hikosaka, K.: "A model of dynamics of leaves and nitrogen in a plant canopy : An integration of canopy photosynthesis, leaf life span, and nitrogen use efficiency"American Naturalist. 17. 149-164 (2003)
• [文献書誌] Hikosaka, K.: "Light-acquisition and use of individuals as influenced by elevated CO_2 in even-aged monospecific stands of Chenopodium album"Functional Ecology. 17. 786-795 (2003)
• [文献書誌] Koike, T.: "Growth characteristics of root-shoot relations of three birch seedlings raised under different water regimes"Plant Soil. 255. 303-310 (2003)
• [文献書誌] Miyake, Y.: "Successional pattern of stream invertebrate community"Ecological Research. (in press).
• [文献書誌] Ishii, H.: "Exploring the relationship between canopy structure, stand productivity and biodiversity of natural forest ecosystems : Implications for conservation and management of canopy ecosystem functions"Forest Science. (in press).
• [文献書誌] Miyazaki, Y.: "Translocation of photoassimilated 13C between reproductive shoot and non-reproductive shoot in relation to sink activity in angiosperm tree, Styrax obassia"New Phytologist. (in press).
• [文献書誌] Hiura, T.: "Stochasticity of species assemblage of canopy trees and understory plants in a temperate secondary forest created by major disturbances"Ecological Research. 16. 73-79 (2002)
• [文献書誌] Hikosaka K.: "A simple quantification of interaction between individuals competing for light in a monospecific stand"Functional Ecology. 15. 642-646 (2001)
• [文献書誌] Shinano, T.: "Difference in the nitrogen economy of temperate trees"Tree Physiology. 21. 617-624 (2001)
• [文献書誌] Osaki, M.: "Plant growth based on interrelation between carbon and nitrogen efflux from leaves"Photosynthetica. 39. 179-203 (2001)
• [文献書誌] Takenaka, A.: "Optimal leaf display and biomass partitioning for efficient light capture in an understore palm, Licuala arbuscula"Funct. Ecol.. 15. 660-668 (2001)
• [文献書誌] Takahashi, K.: "Responses to canopy openings in architectural development of saplings in eight deciduous broad-leaved tree species"Can. J. For. Res.. 31. 1338-1347 (2001)