雨は樹木の垂直構造をどう旅して地面に達するのか？化学分析を活用した物理モデル開発

• 研究課題/領域番号: 17KK0159
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 森林科学
• 研究機関: 国立研究開発法人森林研究・整備機構
• 研究代表者: 南光 一樹 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 (40588951)
• 研究期間 (年度): 2018 – 2022
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 13,260千円 (直接経費: 10,200千円、間接経費: 3,060千円)
• キーワード: 樹冠遮断 / 樹冠通過雨 / 雨滴 / 濡れ / 撥水性 / 樹幹流 / 水同位体 / 溶存体炭素 / 林内雨 / 化学分析

研究成果の概要

林内外で同時観測した雨滴データを用いて、樹冠通過雨を直達雨・飛沫雨・葉からの滴下雨・樹皮からの滴下雨の4成分に分離する手法を確立した。常緑針葉樹、広葉樹（展葉中）、広葉樹（落葉後）の成分比の違いを明らかにした。アメリカブナ林での野外観測データから、樹冠通過雨の生成過程について降雨イベント内での変動と季節変動を示した。樹種、着葉状況、枝葉の構造や撥水性が樹冠による雨水の分配プロセスに与える影響を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

水循環に対する森林の影響評価に必要な樹冠による雨水分配プロセスについて、樹種、葉の有無、葉の量、葉や枝の表面の構造や撥水性が与える影響を解明した。本成果により、森林管理や樹種転換に伴う樹冠遮断損失量の変化を、仮想的に比較・予測することができるようになる。針広混交の育成複層林の造成等へ転換に対応するために、樹種による水源涵養機能の差異を評価するための基礎データとなり、森林の多面的機能に関わる様々な国の施策や社会的ニーズに合致している。

研究成果

• [国際共同研究] University of Colorado, Colorado Springs(米国) (2018)
  • 年月日: 2018-08-03
• [国際共同研究] University of Delaware(米国) (2018)
• [雑誌論文] Throughfall drop sizes suggest canopy flowpaths vary by phenophase (2022)
  • 著者名/発表者名: Nanko Kazuki、Keim Richard F.、Hudson Sean A.、Levia Delphis F.
  • 雑誌名: Journal of Hydrology 巻: 612 ページ: 128144-128144
  • DOI: 10.1016/j.jhydrol.2022.128144
• [雑誌論文] Vertical distribution and transport of radiocesium via branchflow and stemflow through the canopy of cedar and oak stands in the aftermath of the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident (2022)
  • 著者名/発表者名: Saidin Zul Hilmi、Levia Delphis F.、Kato Hiroaki、Kurihara Momo、Hudson Janice E.、Nanko Kazuki、Onda Yuichi
  • 雑誌名: Science of The Total Environment 巻: 818 ページ: 151698-151698
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.151698
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Stemflow infiltration areas into forest soils around American beech ( <scp> <i>Fagus grandifolia</i> </scp> Ehrh.) trees (2021)
  • 著者名/発表者名: Llorens Pilar、Latron Jerome、Carlyle‐Moses Darryl E.、Nathe Kerstin、Chang Jeffrey L.、Nanko Kazuki、Iida Shin'ichi、Levia Delphis F.
  • 雑誌名: Ecohydrology 巻: 15 号: 2
  • DOI: 10.1002/eco.2369
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 雨滴測定から見えてくる葉や枝での雨の振る舞い (2020)
  • 著者名/発表者名: 南光 一樹
  • 雑誌名: 土壌の物理性 巻: 144 号: 0 ページ: 17-23
  • DOI: 10.34467/jssoilphysics.144.0_17
  • NAID: 130007931368
  • ISSN: 0387-6012, 2435-2497
  • 査読あり
• [雑誌論文] The variability of stemflow generation in a natural beech stand (Fagus orientalis Lipsky) in relation to rainfall and tree traits (2020)
  • 著者名/発表者名: Dezhban Atefeh、Attarod Pedram、Zahedi Amiri Ghavamudin、Pypker Thomas G.、Nanko Kazuki
  • 雑誌名: Ecohydrology 巻: 13 号: 3
  • DOI: 10.1002/eco.2198
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Throughfall isotopic composition in relation to drop size at the intra-event scale in a Mediterranean Scots pine stand (2020)
  • 著者名/発表者名: Pinos Juan、Latron Jerome、Nanko Kazuki、Levia Delphis F.、Llorens Pilar
  • 雑誌名: Hydrology and Earth System Sciences 巻: 24 号: 9 ページ: 4675-4690
  • DOI: 10.5194/hess-24-4675-2020
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A network model for stemflow solute transport (2020)
  • 著者名/発表者名: Tucker Amy、Levia Delphis F.、Katul Gabriel G.、Nanko Kazuki、Rossi Louis F.
  • 雑誌名: Applied Mathematical Modelling 巻: 88 ページ: 266-282
  • DOI: 10.1016/j.apm.2020.06.047
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Homogenization of the terrestrial water cycle (2020)
  • 著者名/発表者名: Levia Delphis F.、Nanko Kazuki（24人中4番目）、ほか
  • 雑誌名: Nature Geoscience 巻: 13 号: 10 ページ: 656-658
  • DOI: 10.1038/s41561-020-0641-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Advancing ecohydrology in the 21st century: A convergence of opportunities (2020)
  • 著者名/発表者名: Guswa Andrew J.、Nanko Kazuki （30人中21番目）、ほか
  • 雑誌名: Ecohydrology 巻: 13 号: 4
  • DOI: 10.1002/eco.2208
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 雨滴測定に基づいた森林内の雨と土砂の動きの解明. (2020)
  • 著者名/発表者名: 南光一樹
  • 雑誌名: JATAFFジャーナル 巻: 8(4) ページ: 12-17
• [雑誌論文] 降ってくる雨や雪の量を測る (2020)
  • 著者名/発表者名: 南光一樹
  • 雑誌名: 砂防学会誌 巻: 73 ページ: 83-86
• [雑誌論文] Throughfall Erosivity in Relation to Drop Size and Crown Position: A Case Study from a Teak Plantation in Thailand (2020)
  • 著者名/発表者名: Nanko K.、Tanaka N.、Leuchner M.、Levia D. F.
  • 雑誌名: Forest-Water Interactions 巻: 12 ページ: 279-298
  • DOI: 10.1007/978-3-030-26086-6_12
  • ISBN: 9783030260859, 9783030260866
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Throughfall partitioning by trees (2019)
  • 著者名/発表者名: Levia Delphis F.、Nanko Kazuki、Amasaki Hiromasa、Giambelluca Thomas W.、Hotta Norifumi、Iida Shin'ichi、Mudd Ryan G.、Nullet Michael A.、Sakai Naoki、Shinohara Yoshinori、Sun Xinchao、Suzuki Masakazu、Tanaka Nobuaki、Tantasirin Chatchai、Yamada Kozo
  • 雑誌名: Hydrological Processes 巻: 33 号: 12 ページ: 1698-1708
  • DOI: 10.1002/hyp.13432
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization of differential throughfall drop size distributions beneath European beech and Norway spruce (2019)
  • 著者名/発表者名: Lupke Marvin、Leuchner Michael、Levia Delphis、Nanko Kazuki、Iida Shin'ichi、Menzel Annette
  • 雑誌名: Hydrological Processes 巻: 33 号: 26 ページ: 3391-3406
  • DOI: 10.1002/hyp.13565
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Expressing stemflow commensurate with its ecohydrological importance (2018)
  • 著者名/発表者名: Carlyle-Moses Darryl E.、Iida Shin'ichi、Germer Sonja、Llorens Pilar、Michalzik Beate、Nanko Kazuki、Tischer Alexander、Levia Delphis F.
  • 雑誌名: Advances in Water Resources 巻: 121 ページ: 472-479
  • DOI: 10.1016/j.advwatres.2018.08.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 雨滴データを活用した樹冠内の雨水通過経路の推定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 南光一樹・Keim Richard・Hudson Sean・Levia Delphis
  • 学会等名: 第134回日本森林学会大会
• [学会発表] Forest, as a modulator of rain and wind. (2022)
  • 著者名/発表者名: Nanko, K.
  • 学会等名: 10th Japanese-French Frontiers of Science (JFFoS) Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 林内外の雨滴粒径分布の違いを活用した樹冠内の雨水流路の推定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 南光一樹・Keim Richard・Hudson Sean・Levia Delphis
  • 学会等名: 水文・水資源学会／日本水文科学会研究発表会
• [学会発表] 雨が降ると樹木はどうやって濡れていくのか？ (2022)
  • 著者名/発表者名: 南光一樹
  • 学会等名: 第69回日本生態学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Variability of throughfall erosivity among crown positions in a teak plantation based on raindrop measurements and throughfall partitioning. (2021)
  • 著者名/発表者名: Nanko, K., Tanaka, N., Leuchner, M., Levia, D.F.
  • 学会等名: EGU General Assembly 2021
  • 国際学会
• [学会発表] The role of forests and trees as modulators of water and biogeochemical cycles. (2021)
  • 著者名/発表者名: Levia, D.F., Nanko, K.
  • 学会等名: 6th IAHR Europe Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Sustaining the soil: management strategies of forest-water interactions to protect forest soils. (2021)
  • 著者名/発表者名: Nanko, K., Levia, D.F., Seitz, S.
  • 学会等名: 6th IAHR Europe Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Stemflow infiltration areas into forest soils around American beech trees. (2020)
  • 著者名/発表者名: Llorens, P., Latron, J., Carlyle-Moses, D.E., Nathe, K., Chang, J.L., Nanko, K., Iida, S., Levia, D.F.
  • 学会等名: EGU General Assembly 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Vertical variation in the depositional flux and biomass inventory of radiocesium through stemflow partitioning between tree canopy and trunk. (2020)
  • 著者名/発表者名: Saidin, Z.H., Onda, Y., Kato, H., Hudson, J.E., Nanko, K., Levia, D.F.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Investigating infiltration areas and infiltration funneling ratios for American beech trees. (2020)
  • 著者名/発表者名: Carlyle-Moses, D.E., Llorens, P., Latron, J., Nathe, K., Nanko, K., Chang, J., Iida, S., Levia, D.F.
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] A network model for stemflow solute transport. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tucker, A.M., Levia, D.F., Katul, G.G., Nanko, K., Rossi, L.F.
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Planetary resilience jeopardized by homogenization of the terrestrial water cycle. (2020)
  • 著者名/発表者名: Levia, D.F., Nanko, K.（24人中4番目）, ほか
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Vertical variation in branchflow and stemflow cycling of radiocesium between coniferous and deciduous forests in Japan. (2020)
  • 著者名/発表者名: Saidin, Z.H., Onda, Y., Kato, H., Hudson, J.E., Nanko, K., Levia, D.F.
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] 樹冠通過雨の成分分離とそれに基づく雨滴衝撃エネルギーの空間的なばらつき. (2020)
  • 著者名/発表者名: 南光一樹・田中延亮・Michael Leuchner・Delphis F. Levia
  • 学会等名: 第131回日本森林学会大会
• [学会発表] Stand-scale metrics for expressing stemflow commensurate with its ecohydrological importance. (2019)
  • 著者名/発表者名: Carlyle-Moses, D.E., Iida, S., Germer, S., Llorens, P., Michalzike, B., Nanko, K., Tischere, A., Levia, D.F.
  • 学会等名: EGU General Assembly 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Can drop characteristics explain differences in isotopic composition between open rainfall and throughfall? (2019)
  • 著者名/発表者名: Pinos, J., Latron, J., Cayuela, C., Nanko, K., Levia, D.F., Llorens, P.
  • 学会等名: EGU General Assembly 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Quantifying stemflow to better express its ecohydrological significance. (2019)
  • 著者名/発表者名: Iida, S., Carlyle-Moses, D.E., Germer, S., Llorens, P., Michalzike, B., Nanko, K., Tischere, A., Levia, D.F.
  • 学会等名: JpGU Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Interactions among forest canopy, raindrop, wind, and soil. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nanko, K.
  • 学会等名: Tsukuba Conference 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 樹幹流の生態水文学的重要性を表現するための指標. (2019)
  • 著者名/発表者名: 飯田真一・Darryl E. Carlyle-Moses・Sonja Germer・Pilar Llorens・Beat Michalzik・南光一樹・Alexander Tischer・Delphis F. Levia
  • 学会等名: 2019年度日本水文科学会学術大会
• [学会発表] 雨滴測定から見えてくる葉や枝での雨の振る舞い. (2019)
  • 著者名/発表者名: 南光一樹
  • 学会等名: 2019年度土壌物理学会大会 第61回シンポジウム「土壌・水環境のサステナビリティとコロイド界面現象」
  • 招待講演
• [学会発表] Effect of tree species, leaf states, and rainfall intensity on throughfall generation and throughfall partitioning by use of a large-scale rainfall simulator. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nanko, K., Levia, D.F., Iida, S., Sun, X., Shinohara, Y., Sakai, N.
  • 学会等名: 2019 AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Preliminary insights into the relationship between throughfall drop size and isotopic composition (2018)
  • 著者名/発表者名: Singla, B., Latron, J., Nanko, K., Levia, D.F., Molina, A.J., Cayuela, C., Oromi, M. and Llorens, P.
  • 学会等名: EGU General Assembly 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Importance of the canopy wet-up phase for throughfall drop generation revealed by use of a large-scale rainfall simulator (2018)
  • 著者名/発表者名: Nanko, K., Levia, D.F., Iida, S., Sun, X., Shinohara, Y. and Sakai, N.
  • 学会等名: EGU General Assembly 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Disentangling the relative influence of canopy structure on stemflow: insights from a large-scale rainfall simulator and Bayesian statistics (2018)
  • 著者名/発表者名: Levia, D.F., Iida, S., Nanko, K., Sun, X., Shinohara, Y. and Sakai, N.
  • 学会等名: EGU General Assembly 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Stemflow and canopy structure: revelations from the NIED large-scale rainfall simulator (2018)
  • 著者名/発表者名: Iida, S., Levia, D.F., Nanko, K., Sun, X., Shinohara, Y. and Sakai, N.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Relationship between throughfall drop size and isotopic composition: Preliminary insights from an ongoing experiment in Mediterranean conditions (Vallcebre, North-Eastern Spain) (2018)
  • 著者名/発表者名: Singla, B., Latron, J., Nanko, K., Levia, D.F., Molina, A.J., Cayuela, C., Oromi, M., Gallart, F. and Llorens, P.
  • 学会等名: 17th Biennial Conference ERB 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of throughfall type on drop size distribution and soil erosion potential in a teak plantation in northern Thailand (2018)
  • 著者名/発表者名: Nanko, K., Tanaka, N., Leuchner, M. and Levia, D.F.
  • 学会等名: 2018 AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Righting a wrong: expressing stemflow commensurate with its ecohydrological importance (2018)
  • 著者名/発表者名: Nanko, K., Carlyle-Moses, D.E., Iida, S., Germer, S., Llorens, P., Michalzike, B., Tischere, A. and Levia, D.F.
  • 学会等名: 2018 AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] The importance of gauge calibration in quantifying canopy interception loss (2018)
  • 著者名/発表者名: Levia, D.F., Iida, S., Nanko, K., Sun, X., Shimizu, T., Tamai, K. and Shinohara, Y.
  • 学会等名: 2018 AGU Fall Meeting
• [図書] 森林水文学入門 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大槻 恭一、久米 朋宣、笠原 玉青
  • 総ページ数: 256
  • 出版者: 朝倉書店
  • ISBN: 9784254470604
• [図書] 森林と水 (2022)
  • 著者名/発表者名: 三枝 信子、柴田 英昭、高梨 聡
  • 総ページ数: 208
  • 出版者: 共立出版
  • ISBN: 9784320058217
• [図書] Forest-Water Interactions. (2020)
  • 著者名/発表者名: Levia, D.F., Carlyle-Moses, D.E., Iida, S., Michalzik, B., Nanko, K., Tischer, A.
  • 総ページ数: 628
  • 出版者: Ecological Studies, No. 240, Springer Nature, Switzerland AG
• [備考] プレスリリース：植物の多様性は水危機に強い土地をつくる
  • URL: http://www.ffpri.affrc.go.jp/press/2020/20201126/index.html
• [備考] 雨滴のサイズから明らかとなった森林の中で降る雨の違い
  • URL: http://www.ffpri.affrc.go.jp/research/saizensen/2019/20190426-01.html