森林流域の水質浄化に関わる生態系機能の解明と評価手法の確立に関する研究

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18380093
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 大手 信人 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 准教授 (10233199)
• 研究分担者: 徳地 直子 京都大学, フィールド科学教育研究センター, 准教授 (60237071) ; 杉本 敦子 北海道大学, 大学院・地球環境科学研究院, 教授 (50235892) ; 木庭 啓介 東京農工大学, 大学院・共生科学技術研究院, 准教授 (90311745) ; 小山 里奈 京都大学, 大学院・情報学研究科, 助手 (50378832) ; 永田 俊 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (40183892) ; 谷 誠 京都大学, 大学院・農学研究科, 教授 (00314245) ; 松尾 奈緒子 三重大学, 大学院・生物資源学研究科, 講師 (00423012) ; 堀田 紀文 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助教 (00323478) ; 加藤 憲二 静岡大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70169499) ; 勝山 正則 , 総合地球環境学研究所・研究部, 研究員 (40425426)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2009
• キーワード: 森林集水域 / 生態系機能 / 水質浄化機能 / 安定同位体 / 微生物生態学

研究概要

本研究の成果は以下に集約される。
(1)先端的な安定同位体測定法である脱窒菌法によって、NO3-同位体比測定で森林の窒素循環における大気降下物の影響を明らかにした。
(2)土壌水・地下水・溶存有機態炭素DOCの同位体比を測定することで、森林からの流出有機物の生成プロセスを明らかにすることができた。
(3)森林集水域の窒素・炭素循環の長期予測するモデルに水文モデルを付加し、森林の伐採等の撹乱による影響としての窒素や炭素流出の予測が可能になった。これによって、森林流域の水質浄化機能を、養分循環のプロセスモデルに立脚して評価する手法を提示した。

研究成果

• [雑誌論文] Contribution of atmospheric nitrate to stream-water nitrate in Japanese coniferous forests revealed by the oxygen isotope ratio of nitrate (2010)
  • 著者名/発表者名: Tobari, K. Koba, K. Fukushima, N. Tokuchi, N. Ohte, R. Tateno, S. Toyoda, T. Yoshioka, N. Yoshida
  • 雑誌名: Rapid Communications in Mass Spectrometry (in press)
• [雑誌論文] Hydrological influences on spatiotemporal variations of □^<15>N and □^<18>O of nitrate in a forested headwater catchment in central Japan : Denitrification plays a critical role in groundwater (2010)
  • 著者名/発表者名: Osaka, K., N. Ohte, K. Koba, C. Yoshimizu, M. Katsuyama, M. Tani, I. Tayasu, T. Nagata
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research (in press)
• [雑誌論文] Seasonal patterns of nitrate discharge from forested catchments : Suggestions based on Japanese case studies (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohte, N., N. Tokuchi, M. Fujimoto
  • 雑誌名: Geography Compass (in press)
• [雑誌論文] Spatial distribution of nitrate sources of rivers in the Lake Biwa watershed, Japan : Controlling factors revealed by nitrogen and oxygen isotope values (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohte, N., I. Tayasu, A. Kohzu, C. Yoshimizu, K. i. Osaka, A. Makabe, K. Koba, N. Yoshida, T. Nagata
  • 雑誌名: Water Resources Research (in press)
• [雑誌論文] NO_3-流出の季節変動を制御する要因 (2010)
  • 著者名/発表者名: 大手信人, 徳地直子, 藤本将光
  • 雑誌名: 水利科学 (印刷中)
• [雑誌論文] 森林生態系の物質循環にあたえる水文過程の影響 : 窒素流出に着目して (2010)
  • 著者名/発表者名: 大手信人, 徳地直子
  • 雑誌名: 土壌物理学会誌 (印刷中)
• [雑誌論文] Biomass allocation and nitrogen limitation in a Cryptomeria japonica plantation chronosequence (2009)
  • 著者名/発表者名: Tateno, R., K. Fukushima, R. Fujimaki, T. Shimamura, M. Ohgi, H. Arai, N. Ohte, N. Tokuchi, T. Yoshioka
  • 雑誌名: Journal of Forest Research 14 ページ: 276-285
• [雑誌論文] N_2O dynamics in groundwater in a forested ecosystem elucidated by N_2O isotopomer (2009)
  • 著者名/発表者名: Koba, K., K. Osaka, Y. Tobari, S. Toyoda, N. Ohte, M. Katsuyama, N. Suzuki, M. Itoh, H. Yamagishi, M. Kawasaki, S. Kim, N. Yoshida, T. Nakajima
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta (in press)
• [雑誌論文] Applications of a hydro-biogeochemical model and long-term simulations of the effects of logging in forested watersheds (2009)
  • 著者名/発表者名: Katsuyama, M., H. Shibata, T. Yoshioka, T. Yoshida, A. Ogawa, N. Ohte
  • 雑誌名: Sustainability Science 4 ページ: 179-188
• [雑誌論文] Elucidation of the relationship between geographic and time sources of stream water using a tracer approach in a headwater catchment (2009)
  • 著者名/発表者名: Katsuyama, M., N. Kabeya, N. Ohte
  • 雑誌名: Water Resour. Res. 45 ページ: W06414
• [雑誌論文] Methane flux characteristics in forest soils under an East Asian monsoon climate (2009)
  • 著者名/発表者名: Itoh, M., N. Ohte, K. Koba
  • 雑誌名: Soil Biology and Biochemistry 41 ページ: 388-395
• [雑誌論文] Evapotranspiration patterns for tropical rainforests in southeast Asia : A model performance examination of the Biome-BGC Model (2009)
  • 著者名/発表者名: Chua, F. L. A., M. Suzuki, N. Ohte, N. Hotta, T. Kume
  • 雑誌名: Bulletin of Tokyo University Forests 120 ページ: 29-44
• [雑誌論文] Spatial patterns of stream solute concentrations in a steep mountainous catchment with a homogeneous landscape (2009)
  • 著者名/発表者名: Asano, Y., T. Uchida, Y. Mimasu, N. Ohte
  • 雑誌名: Water Resour. Res. 45 ページ: W10432
• [雑誌論文] 深泥池における水質管理に向けた水質の空間分布の把握 (2009)
  • 著者名/発表者名: 嶋村鉄也, 徳地直子, 尾坂兼一, 伊藤雅之, 大手信人, 竹門康弘
  • 雑誌名: 保全生態学研究 14 ページ: 153-163
• [雑誌論文] 土壌-河川-海生態系における溶存有機炭素 (DOC) の動態と機能 (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡辺彰, 浅川大地, 川東正幸, 大手信人, 長尾誠也, 真家永光, 加藤英孝, 竹中眞
  • 雑誌名: 日本土壌肥料学雑誌 80 ページ: 89-94
• [雑誌論文] Nitrate and phosphate uptake in a temperate forest stream in central Japan (2008)
  • 著者名/発表者名: Tanio, Y., N. Ohte, M. Fujimoto, R. Sheibly
  • 雑誌名: in From Headwaters to the Ocean : Hydrological Changes and Watershed Managiment, edited by M. Taniguchi, et al., Taylor & Francis Group, London ページ: 83-89
• [雑誌論文] Sources, transformations, and hydrological processes that control stream nitrate and dissolved organic matter concentrations during snowmelt in an upland forest (2008)
  • 著者名/発表者名: Sebestyen, S. D., E. W. Boyer, J. B. Shanley, C. Kendall, D. H. Doctor, G. R. Aiken, N. Ohte
  • 雑誌名: Water Resour. Res. 44 ページ: W12410
• [雑誌論文] The effect of antecedent moisture condition on storm flow water sources in young forest headwater catchment (2008)
  • 著者名/発表者名: Oda, T., Y. Asano, N. Ohte, M. Suzuki
  • 雑誌名: in From Headwaters to the Ocean : Hydrological Changes and Watershed Management, edited by M. Taniguchi, et al., Taylor & Francis Group, London ページ: 57-62
• [雑誌論文] Hydrological control of dissolved organic carbon dynamics in a forested headwater catchment (2008)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki, M., N. Ohte, N. Kabeya, M. Katsuyama
  • 雑誌名: Kiryu Experimental Watershed, Japan, Hydrological Processes 22 ページ: 429-442
• [雑誌論文] Denitrification activity and relevant bacteria revealed by nitrite reductase gene fragments in soil of temperate mixed forest (2008)
  • 著者名/発表者名: Katsuyama, C., N. Kondo, Y. Suwa, T. Yamagishi, M. Itoh, N. Ohte, H. Kimura, K. Nagaosa, K. Kato
  • 雑誌名: Microbes and Environments 23 ページ: 337-345
• [雑誌論文] Analysis of methane production pathways in a riparian wetland of a temperate forest catchment, using d^<13>C of porewater CH_4 and CO_2 (2008)
  • 著者名/発表者名: Itoh, M., N. Ohte, K. Koba, A. Sugimoto, M. Tani
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 113 ページ: G03005
• [雑誌論文] Effects of hillslope topography on hydrological responses in a weathered granite mountain (2008)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto, M., N. Ohte, M. Tani
  • 雑誌名: Japan : comparison of the runoff response between the valley-head and the side slope, Hydrological Processes 22 ページ: 2581-2594
• [雑誌論文] Carbon isotope fractionation of dissolved inorganic carbon (DIC) due to outgassing of carbon dioxide from a headwater stream (2008)
  • 著者名/発表者名: Doctor, D. H., C. Kendall, S. D. Sebestyen, J. B. Shanley, N. Ohte, E. W. Boyer
  • 雑誌名: Hydrological Processes 22 ページ: 2410-2423
• [雑誌論文] 森林流域における水銀の動態に関する研究の動向 (2008)
  • 著者名/発表者名: 大手信人, 鈴木由起子
  • 雑誌名: 地球環境 13 ページ: 203-209
• [雑誌論文] Spatial distribution of nitrate in Mizoro-ga-ike, a pond with floating mat bog (2007)
  • 著者名/発表者名: Shimamura, T., K. i. Osaka, M. Itoh, N. Ohte, Y. Takemon
  • 雑誌名: Advances in Geosciences 6 ページ: 129-137
• [雑誌論文] Sources and transport of algae and nutrients in a Californian river in a semi-arid climate (2007)
  • 著者名/発表者名: Ohte, N., R. A. Dahlgren, S. R. Silva, C. Kendall, C. R. Kratzer, D. H. Doctor
  • 雑誌名: Freshwater Biology 52 ページ: 2476-2493
• [雑誌論文] Hydrological control of dissolved organic carbon dynamics in a forested head water catchment (2007)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki, M., N. Ohte, N. Kabeya, M. Katsuvama
  • 雑誌名: Hydrological Processes 22 ページ: 429-442
• [雑誌論文] Estimation of mean residence times of subsurface waters using seasonal variation in deuterium excess in a small headwater catchment in Japan (2007)
  • 著者名/発表者名: Kabeya, N., M. Katsuvama, M. Kawasaki, N. Ohte, A. Sugimoto
  • 雑誌名: Hydrological Processes 21 ページ: 308-322
• [雑誌論文] Hydrologic effects on methane dynamics in riparian wetlands in a temperate forest catchment (2007)
  • 著者名/発表者名: Itoh, M., N. Ohte, K. Koba, M. Katsuvama, K. Hayamizu, M. Tani
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 112 ページ: G01019
• [雑誌論文] Hydrologic controls on nitrous oxide production and consumption in a forested headwater catchment in central Japan (2006)
  • 著者名/発表者名: Osaka, K., N. Ohte, K. Koba, M. Katsuvama, T. Nakajima
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 111 ページ: G01013
• [雑誌論文] Impacts of forest defoliation by pine wilt diseases on biogeochemical cycling and streamwater chemistry in a headwater catchment in central Japan, in Advances in Geosciences : Hydrological Sciences, AOGS (Asia Oceania Geosciences Society) publication, edited by N. Park (2006)
  • 著者名/発表者名: Ohte, N., N. Tokuchi, S. Hobara
  • 雑誌名: World Scientific, Singapore ページ: 137-142
• [雑誌論文] 深泥池における水質形成機構 (2006)
  • 著者名/発表者名: 嶋村鉄也, 尾坂兼一, 伊藤雅之, 大手信人, 竹門康弘
  • 雑誌名: 京都大学防災研究所年報 B49 ページ: 691-699
• [雑誌論文] 森林生態系の生物地球化学モデル : PnETモデルの適用と課題 (2006)
  • 著者名/発表者名: 柴田英昭, 大手信人, 佐藤冬樹, 吉岡崇仁
  • 雑誌名: 陸水学雑誌 67 ページ: 235-244
• [雑誌論文] 森林流域を対象とする渓流水質予測モデルを構築する際に考慮すべき水文過程の影響について (2006)
  • 著者名/発表者名: 大手信人
  • 雑誌名: 陸水学雑誌 67 ページ: 73-80
• [学会発表] Analysis on DOC transformation in a forested catchment using stable carbon isotope values (2009)
  • 著者名/発表者名: Ohte N., et al.
  • 学会等名: American Geophysical Union, Fall meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2009-12-16
• [学会発表] Oxygen isotope of nitrate indicates how high the gross nitrification was in the forest floor in a temperate forest ecosystem in Japan (2009)
  • 著者名/発表者名: Ohte N., et al.
  • 学会等名: BIOGEOMON 2009, 6th International Symposium on Ecosystem Behavior
  • 発表場所: Helsinki, Finland
  • 年月日: 2009-07-01
• [学会発表] Sources and Transformation of Nitrogen Loads in Rivers of the Lake Biwa Watershed (2008)
  • 著者名/発表者名: Ohte N., et al.
  • 学会等名: Japan : Using Dual Measurement of Nitrogen and Oxygen Isotopes of Nitrate. American Geophysical Union, Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2008-12-16
• [学会発表] In situ isotope signals of nitrate show how high the gross nitrification is in the surface soils in a humid temperate forest in Japan (2008)
  • 著者名/発表者名: Ohte N., et al.
  • 学会等名: The 7th International Symposium for Subsurface Microbiology
  • 発表場所: Shizuoka, Japan
  • 年月日: 2008-11-20
• [学会発表] Oxygen isotope signal of nitrate shows how high the gross nitrification was in the surface soils in a temperate forest in Japan (2008)
  • 著者名/発表者名: Ohte N., et al.
  • 学会等名: The 4th International Symposium on Isotopomers
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2008-10-06
• [学会発表] Carbon discharge through hydrological processes from a temperate forest watershed in the central Japan (2008)
  • 著者名/発表者名: Ohte N., et al.
  • 学会等名: Western Pacific Geophysics Meeting (American Geophysical Union)
  • 発表場所: Cairns, Australia
  • 年月日: 2008-07-30
• [学会発表] 炭素安定同位体比を用いた森林集水域における溶存有機態炭素の動態解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高橋遥, 大手信人, 伊藤雅之, ほか
  • 学会等名: 第56回日本生態学会福岡大会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2008-03-16
• [学会発表] 森林渓流の窒素・リン動態に関する原位置実験 (2008)
  • 著者名/発表者名: 谷尾陽一, 大手信人, ほか
  • 学会等名: 第56回日本生態学会福岡大会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2008-03-16
• [学会発表] In situ isotope signals of nitrate show how high the gross nitrification is in the surface soils in a humid temperate forest in Japan (2007)
  • 著者名/発表者名: Ohte, N., et al.
  • 学会等名: American Geophysical Union, 2007 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco
  • 年月日: 2007-12-12
• [図書] 森林からのDOMの流出機構とフラックス,『土壌-河川-海生態系における溶存有機炭素の動態と機能』, 渡辺彰 (土壌肥料学会編) (2010)
  • 著者名/発表者名: 大手信人
  • 出版者: 博友社(印刷中)
• [図書] Hydrologic controls on the nitrogen dynamics of forested ecosystems investigated using water and nitrate isotope signatures, in Earth, Life and Isotope, edited by N. Ohouchi, et al. (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohte, N., N. Tokuchi, K. Osaka
  • 出版者: Kyoto University Press(in press)
• [図書] Simultaneous measurement of nitrogen and oxygen isotopes of nitrate to evaluate nitrogen cycling in rivers, in The Application of Isotope Techniques for Nutrient Cycling and Management in Rivers, edited by B(Newman and M. Ito) (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohte, N., T. Nagata, I. Tayasu, A. Kohzu, C. Yoshimizu, K. Osaka
  • 出版者: International Atomic Energy Agency(in press)
• [図書] 分析の自動化・高速化-硝酸塩分析を例に,『流域環境評価と安定同位体』, 永田俊・宮島利宏 (編) (2007)
  • 著者名/発表者名: 由水千景, 大手信人
  • 総ページ数: 476
  • 出版者: 京都大学出版会
• [図書] 水源域における大気降下物としての窒素負荷の評価-降水の同位体比変動-,『流域環境評価と安定同位体』, 永田俊・宮島利宏(編) (2007)
  • 著者名/発表者名: 大手信人
  • 総ページ数: 476
  • 出版者: 京都大学学術出版会
• [図書] 流域の水循環診断への水の安定同位体比利用-降水の同位体比変動-,『流域環境評価と安定同位体』, 永田俊・宮島利宏(編) (2007)
  • 著者名/発表者名: 大手信人
  • 総ページ数: 476
  • 出版者: 京都大学出版会
• [図書] 良質の水の源としての森林,『21世紀の農学第4巻, 森林の再発見』, 太田誠一(編) (2007)
  • 著者名/発表者名: 大手信人
  • 総ページ数: 410
  • 出版者: 京都大学学術出版会
• [図書] 水の動きが支配する森林の物質循環,『森林水文学-森林の水のゆくえを科学する』, 森林水文学編集委員会編 (2007)
  • 著者名/発表者名: 大手信人
  • 総ページ数: 337
  • 出版者: 森北出版
• [図書] 森林から河川への炭素と窒素の流出,『地球環境と生態系-陸域生態系の科学』, 武田博清・占部城太郎(編) (2006)
  • 著者名/発表者名: 大手信人, 川崎雅俊, 木平英一, 吉岡崇仁
  • 総ページ数: 282
  • 出版者: 共立出版