樹冠層における光合成量推定モデルの評価に関する研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13460067
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 角張 嘉孝 静岡大学, 農学部, 教授 (60126026)
• 研究分担者: 齋藤 秀之 北海道大学, 大学院・農学研究科, 助手 (70312395) ; 千葉 幸弘 静岡大学, 森林総合研究所生産技術部, 物質生産研究室室長 ; 向井 譲 岐阜大学, 農学部, 教授 (80283349)
• キーワード: ブナ / アカマツ / 光合成モデル / 生理生態モデル / 葉面積 / 海抜高 / 光合成応答 / 光阻害

研究概要

樹冠層レベルの生理機能の評価:
昨年に引き続き、巨大な樹冠の光合成量、蒸散量のモデリングにおいて、重要な生理特性の空間分布を精度良く推定するため、野外において実験を行った。樹高22mを超える70年生ブナ樹冠を対象に、垂直、放射方向、方位に対して4分割し、生理特性と形態特性、光環境の変異を調べ、それらの関連性を生態生理学的な立場から解析した。光合成特性は樹冠の位置に関わらず相対的な光環境と高い相関があった。比葉重量と窒素利用効率は南北で大きく異なった。この実験と平行して、ブナ樹冠最上層の葉が強光時に日中低下を起こす原因を生化学的に考察した。葉面飽差の増大による気孔閉鎖が主な原因であることがわかった。この気孔閉鎖は細胞間隙内CO_2濃度の低下を引き起こし、光阻害の危険性を増大させるが、光呼吸の増加とキサントフィルサイクルによる熱放散によって光阻害を回避していると考えられる。
林床レベルによる生理機能の評価:暗所に生育しているブナ苗木を順次明所に移して、ブナ苗木の光合成の光順応をしらべた。暗い環境で展開した葉は、明るい環境へと変化することで起こる光阻害とその回復過程が確認された。光阻害の程度は明るい光環境の勾配によって異なり、中程度の光環境ではP_<Nmax>餅が増加したのに対し、強すぎる光環境ではP_<Nmax>が低下した。P_<Nmax>が低下することなく光合成適応が起こるには適切な光環境があることがわかった。
光合成モデリング:昨年に引き続き、モデルの構成要素として生態生理情報(SLA、相対的な光量子量、(光合成)蒸散速度、葉の空間分布など)と個体の空間関係を取り込んだモデルに手を加え、それぞれのコンパートメントを構成するパラメーターの充実をはかった。最終的な結果をにらんで、千葉はすでにFarquerモデルのチューニングを実施した。斉藤は樹皮呼吸の研究を進展させた。向井は樹冠レベル・林床レベルの生化学的な解析に必要な色素分析を通してキサントフィルサイクルのプールサイズを明らかにして解析を大きく進展させた。陽樹冠において、光や飽差が大きくなる日中に光合成速度が低下する原因については光阻害よりも飽差の増加による気孔閉鎖が原因であることがわかった。今後立地条件の違いなどを考慮したモデル作りへの対応が期待される。
樹冠層レベルにおける光環境変化の評価:樹冠内部における空間的な光分布と葉の分布をサンスキャンを用いて調べた。光の分布と光合成速度の関係が指数関係で表現できることが判った。

研究成果

• [文献書誌] Chiba, Y.: "Forestry and CO2 absorption by forests"Farming Japan. 37. 18-20 (2003)
• [文献書誌] Han Han, Q., Kawasaki, T., Katahata, S., Mukai, Y., Chiba, Y.: "Horizontal and vertical variations in photosynthetic capacity in a Pinus densiflora crown in relation to leaf nitrogen allocation and acclimation to irradiance"Tree Physiology. 23. 851-857 (2003)