フルレンジ・スケーリングにおける根を含む樹木個体呼吸の一般化

• 研究課題/領域番号: 18380098
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 林学・森林工学
• 研究機関: 独立行政法人森林総合研究所
• 研究代表者: 森 茂太 独立行政法人森林総合研究所, 植物生態研究領域, チーム長 (60353885)
• 研究分担者: 萩原 秋男 琉球大学, 理学部, 教授 (90126889) ; 山路 恵子 筑波大学, 生命科学環境科, 講師 (00420076)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 10,390千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 1,590千円); 2008年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2007年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2006年度: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
• キーワード: 個体呼吸 / 根系呼吸 / metabolic scaling / 樹木個体呼吸 / メタボリック・スケーリング / アロメトリー式 / 単純べき関数 / 混合べき関数

研究概要

本研究課題では、従来測定不可能と考えられていた発芽直後の実生から直径1mの巨木まで連続的な個体サイズで「根を含む全樹木個体の呼吸」を実測する方法を開発した。材料には、赤道～北極圏の森林植物帯の64種個体数271個体の実生から胸高さ直径1mの巨木まで個体重量幅約10億倍の個体の呼吸を実測した。その結果、小さな個体では個体呼吸はほぼ重量に比例で両対数軸上の傾き1、大きな個体では重量あたりの呼吸は小さく、傾きはほぼ3/4であった。従来長期間用いられてきた単純ベキ関数式と比較した結果、これら1と3/4の異なる傾きの2本の単純ベキ乗式を漸近線に持つ、上に凸型の混合べき関数がより良いモデルであることを統計的に示すことができた。本研究では、West,Brown,Enquist(以降WBEモデルとする)(Science,1997)がフラクタル関数によるネットモデルで提案する傾き3/4の単純ベキ乗式、とReich(Nature,2006)が提案する傾き1の単純ベキ関数、これら2つの主要な研究成果を結合させる実測値を得た。両者がNature誌上で議論してきたことに対して、本研究では「実測値」から生物学的に合理的な新モデルを提案することができた。この式は個体発生学的に実生から巨木まで個体呼吸の制御要因が変化することを示す。すなわち、小さな個体では傾きがほぼ1であり、個体呼吸は重量比例で、生物化学的な反応が主に個体呼吸を制御した。大きな樹木では傾きはWBEモデルの3/4であり、樹木内のネットワークが主に個体呼吸を制御する。これら両制御機構が引き合い、同時に共存することを示すモデルである。以上、世界初の幅の広い多種類の根を含む樹木個体呼吸の実測から、生物学的合理性の高い新しい「個体呼吸法則」を提案した。成果はアメリカ科学アカデミー紀要(PNAS(2010))に印刷中である。

研究成果

• [雑誌論文] Mixed-power scaling of whole-plant respiration from seedlings to giant trees (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Mori, R. Suwa, K. Yamaji, A. Ishida, S. G. Prokushkin, O. V. Masyagina, R. A TM Hoque, A. Hagihara, A. Osawa, T. Nishizono, T. Ueda, M. Kinjo, T. Miyagi, T. Kajimoto, T. Koike, Y. Matsuura, T. Toma, O. A. Zyryanova, A. P. Abaimov, Y. Awaya, M. G. Araki, T. Kawasaki, Y. Chiba, M. Umari
  • 雑誌名: Proceeding of Natural Academy of Sciences of United State of America (PNAS) (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of the size dependence of aboveground respiration between Kandelia obovata and Bruguiera gymnorrhiza on Okinawa Island (2010)
  • 著者名/発表者名: Rafiqul A. T. M. Hoque, Rempei Suwa, Shigeta Mori Akio Hagihara
  • 雑誌名: Japan. Mangrove and wetland ecosystems 6(in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] 立木の幹木部組織試料の呼吸測定 (2008)
  • 著者名/発表者名: 橋本良二・白旗学・森茂太・伊藤京平
  • 雑誌名: 岩手大学演習林報告 39 ページ: 27-35
  • 査読あり
• [雑誌論文] 立木の幹木部組織試料の呼吸速度測定 (2008)
  • 著者名/発表者名: 橋本良二, 白旗学, 森茂太, 伊藤京平
  • 雑誌名: 岩手大学農学部演習林報告 39 ページ: 27-35
  • NAID: 120002808212
  • 査読あり
• [雑誌論文] The antifungal compound totarol of Thujopsis dorabrata var. hondai seeds selects fungi seedlings root surfaces (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaji, S. Mori, M. Akiyama
  • 雑誌名: Journal of Chemical Ecology 12 ページ: 2254-2265
  • 査読あり
• [雑誌論文] The antifungal compound totarol of Thujopsis dorabrata var. hondai seeds selects fungi seedlings root surfaces (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Yamaji, S.Mori, M.Akiyama
  • 雑誌名: Journal of Chemical Ecology 12 ページ: 2254-2265
  • 査読あり
• [雑誌論文] Soil cover influences the germination of Thujopsis dolabrata var (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaji, S. Mori
  • 雑誌名: hondai Journal of Forest Research 11(6) ページ: 467-470
  • 査読あり
• [雑誌論文] CO_2 emission of the non-tree vegetation cover in Larch stands in the central Siberia (2006)
  • 著者名/発表者名: O. V. Masuyagina, S. Prokushikin, S. Mori, K. Takagi, M. Nomura, A. Avaimov
  • 雑誌名: Russia Eurasian Journal of Forest Research 9 ページ: 17-28
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-term growth analyses of Japanese Cedar trees in a plantation (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Masaki, S. Mori, T. Kajimoto, G. Hituma, S. Sawata, M. Mori, K. Osumi, S. Sakurai, T. Seki
  • 雑誌名: Journal of Forest Research 11 ページ: 217-225
  • 査読あり
• [雑誌論文] Soil cover influences the germination o fThujopsis dolabrata var. hondai (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Yamaji, S.Mori
  • 雑誌名: Journal of Forest Research 11(6) ページ: 467-470
• [雑誌論文] CO_2 emission of the non-tree vegetation cover in Larch stands in the central Siberia, Russia (2006)
  • 著者名/発表者名: O.V.Masuyagina, S.Prokushikin, S.Mori, K.Takagi, M.Nomura, A.Avaimov
  • 雑誌名: Eurasian Journalof forest Research 9 ページ: 17-28
• [学会発表] 樹木個体の根呼吸のスケーリング (2009)
  • 著者名/発表者名: 森茂太
  • 学会等名: 日本森林学会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2009-03-28
• [学会発表] 新しい樹木個体呼吸のスケーリング (2009)
  • 著者名/発表者名: 森茂太, ほか
  • 学会等名: 日本生態学会
  • 発表場所: 岩手県立大学
  • 年月日: 2009-03-17
• [学会発表] Seasonal change in the size-dependence of the aboveground respiration of mangrove trees Kandelia obovata (2009)
  • 著者名/発表者名: Hoque, A.T.M.R., Sharma, S., Suwa, R., Mori, S., Hagihara, A.
  • 学会等名: 日本生態学会
  • 発表場所: 岩手県立大学
  • 年月日: 2009-03-17
• [学会発表] 青森県北津軽郡におけるヒバ実生の生長に関与する内生菌の影響 (2009)
  • 著者名/発表者名: 原和良, 山路恵子, 森茂太, 小林勝一郎
  • 学会等名: 日本生態学会
  • 発表場所: 岩手県立大学
  • 年月日: 2009-03-17
• [学会発表] Comparison of the size dependenceof aboveground respiration between Kandelia obovata and Bruguiera gymnorrhiza on Okinawa Island (2009)
  • 著者名/発表者名: Hoque, A. T. M. R., Sharma, S., Suwa, R., Mori, S., Hagihara, A.
  • 学会等名: FORTROP II International Conferenceon
  • 発表場所: Japan
  • 年月日: 2009-03-14
• [学会発表] 樹木個体の根呼吸のスケーリング (2009)
  • 著者名/発表者名: 森茂太
  • 学会等名: 第120回日本森林学会大会学術講演集
• [学会発表] 新しい樹木個体呼吸のスケーリング (2009)
  • 著者名/発表者名: 森茂太
  • 学会等名: 第56回日本生態学会講演要旨
• [学会発表] 青森県北津軽郡におけるヒバ実生の生長に関与する内生菌の影響 (2009)
  • 著者名/発表者名: 原和良, 山路恵子(筑波大), 森茂太, 小林勝一郎
  • 学会等名: 第56回日本生態学会講演要旨
• [学会発表] Seasonal change in the size-dependence of the aboveground respiration of mangrove trees Kandelia obovata (2009)
  • 著者名/発表者名: Hoque, A. T. M. R., Sharma, S., Suwa, R., Mori, S., Hagihara, A.
  • 学会等名: 第56回日本生態学会講演要旨
• [学会発表] Size-dependence of the respiration of Kandelia obovata trees at Manko Wetland (2009)
  • 著者名/発表者名: Hoque, A. T. M. R., Sharma, S., Suwa, R., Mori, S., Hagihara, A.
  • 学会等名: Annual Meeting of The 21st Century COE Program University of the Ryukyus
• [学会発表] Size-dependence of the respiration of Kandelia obovata trees at Manko Wetland (2009)
  • 著者名/発表者名: Hoque, A.T.M.R., Sharma, S., Suwa, R., Mori, S., Hagihara, A.
  • 学会等名: Annual Meeting of The 21st Century COE Program University of the Ryukyus
  • 発表場所: 琉球大学
• [学会発表] Comparison of the size dependence of aboveground respiration between Kandelia obovata and Bruguiera gymnorrhiza on Okinawa Island, Japan (2008)
  • 著者名/発表者名: Hoque, A.T.M.R., Sharma, S., Suwa, R., Mori, S., Hagihara, A.
  • 学会等名: FORTROP II International Conference
  • 発表場所: Kasetsart University
  • 年月日: 2008-11-18
• [学会発表] 根を含む樹木個体呼吸 (2008)
  • 著者名/発表者名: 森茂太
  • 学会等名: 熱帯生態学会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2008-06-22
• [学会発表] 逆数式による樹木個体呼吸と重量の一般化 (2008)
  • 著者名/発表者名: 森茂太, 山路恵子, 諏訪錬平, A. T. M. Rafiqul, 萩原秋男, S. G. Prokushkin, O. V. Masuyagina, O. A. Zyranova, A. P. Abaimov, 上田龍四郎, 宮城健, 金城勝, 石田厚, 西園朋広, 梶本卓也, 千葉幸仁, 松浦陽次郎, 藤間剛, 荒木眞岳, 川崎達郎, 小池孝良, Marjnah Umari
  • 学会等名: 日本生態学会55回
• [学会発表] 逆数式による樹木個体呼吸と重量の一般化 (2008)
  • 著者名/発表者名: 森茂太、山路恵子、諏訪錬平、A.T.M.Rafiqul、萩原秋男、S.G.Prokushkin, O.V.Masuyagina、O.A.Zyranova, A.P.Abaimov、上田龍四郎、宮城健、金城勝、石田厚、大澤晃、西園朋広、梶本卓也、千葉幸仁、松浦陽次郎、藤間剛、荒木眞岳、川崎達郎、小池孝良、Marjnah Umari
  • 学会等名: 日本生態学会55回
  • 発表場所: 福岡国際会議場
• [学会発表] Aboveground respiratory behavior of two mangrove species in Manko Wetland, Okinawa Island (2008)
  • 著者名/発表者名: Hoque A.T.M., R.Suwa, S.Mori, A.Hagihara
  • 学会等名: Annual Meeting of The 21st Century COE Program University of the Ryukyus
  • 発表場所: 琉球大学
• [学会発表] Size-dependence of the aboveground respiration of Kandelia obovata and Bruguiera gymnorrhiza trees in Manko Wetland (2008)
  • 著者名/発表者名: Hoque A.T.M.l, R.Suwa, S.Mori, A.Hagihara
  • 学会等名: 日本生態学会55回
  • 発表場所: 福岡国際会議場
• [学会発表] 樹木個体全体の根系呼吸測実測から得たユニバーサル・スケーリング (2008)
  • 著者名/発表者名: 森茂太
  • 学会等名: 根研究会26回
  • 発表場所: 九州沖縄農業研究センター久留米拠点
• [学会発表] 林地で使用可能な樹木細根サンプリングシステムと測定例 (2007)
  • 著者名/発表者名: 白旗学・原和良・橋本良二・森茂太
  • 学会等名: 東北森林科学会12回
  • 発表場所: 山形大学農学部
• [学会発表] 安比ブナ二次林における純一次生産量の8年間の変化 (2007)
  • 著者名/発表者名: 星野大介・粟谷善雄・西園朋広・齊藤武史・安田幸夫・森茂太・千葉幸弘
  • 学会等名: 東北森林科学会12回
  • 発表場所: 山形大学農学部
• [学会発表] 逆数式による個体呼吸の新たなスケーリング (2007)
  • 著者名/発表者名: 森茂太
  • 学会等名: 東北森林科学会12回
  • 発表場所: 山形大学農学部
• [学会発表] ヒバ実生の根の強度と形態に及ぼす土壌の影響 (2007)
  • 著者名/発表者名: 宇治橋龍一, 足立忠晴, 飯嶋尊和, 山路恵子, 森茂太, 荒木雅子
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2007材料力学カンファレンス論文集
  • 発表場所: CD-ROM
• [学会発表] 覆土がもたらすヒバ種子発芽への影響 (2007)
  • 著者名/発表者名: 山路恵子・森茂太
  • 学会等名: 日本森林学会. 118回
• [学会発表] 樹木個体全体の根系呼吸測実測から得たユニバーサル・スケーリング (2007)
  • 著者名/発表者名: 森茂太
  • 学会等名: 根研究会26回
  • 発表場所: 九州農業研究センター久留米拠点
• [学会発表] ヒバ実生の根の強度と形態に及ぼす土壌の影響 (2007)
  • 著者名/発表者名: 宇治橋龍一、足立忠晴、飯嶋尊和、山路恵子、森茂太、荒木雅子
  • 学会等名: 日本機械学会M&M材料力学カンファレンス論文集No.07-3
  • 発表場所: 長岡工業大学(CD-ROM)
• [学会発表] 覆土がもたらすヒバ種子発芽への影響 (2007)
  • 著者名/発表者名: 山路恵子・森茂太
  • 学会等名: 日本森林学会118回
  • 発表場所: 九州大学
• [図書] Permafrost ecosystems : Siberian Larch Forest(15 Respiration of Larch trees) (2010)
  • 著者名/発表者名: S. MORI, S. G. PROKUSHKIN, O. V. MASYAGINA, T. UEDA, A. OSAWA, T. KAJIMOTO
  • 出版者: Springer-Verlag(in press)
• [図書] Permafrost ecosystems : Siberian Larch Forest(14 Photosynthesis of Larch Trees) (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Koike, S. Mori, O. A. Zyryanova, T. Kajimoto, Y. Matsuura, A. P. Abaimov
  • 出版者: Springer-Verlag(in press)
• [図書] 第6章種子菌の化学的性質(森の芽生えの生態学(正木隆編)) (2008)
  • 著者名/発表者名: 山路恵子
  • 総ページ数: 310
  • 出版者: 文一総合出版