微地形に起因する環境の違いを組み込んだ土壌温室効果ガスフラックスの高解像度推定

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03008
• 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: 橋本 昌司 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 (90414490)
• 研究分担者: 石塚 成宏 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 (30353577) ; 山下 尚之 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 (30537345) ; 阪田 匡司 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 (50353701) ; 森下 智陽 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 (90391185) ; 森 大喜 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 (90749095)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 土壌温室効果ガス / フラックス / モデル / 高解像度

研究実績の概要

森林流域内のメタン・CO2フラックスの微地形に起因する空間分布を精緻に把握するため、現地調査を行いその結果を機械学習で解析した。
茨城県常陸太田市の流域において尾根から谷までに10地点のチャンバーを設置し、1年間観測を行った。可搬型のメタンCO2計を用いてチャンバー内の濃度を測定することで、フラックスを計算した。0.5m空間解像度のDEMを2m空間解像度に変換して解析を行った。年変動のモデル化には、農研機構メッシュ農業気象データを用いた。モデル化にはRを用いて、Random Forestを適用した。
Random Forestで解析をした結果、メタンフラックスは地形因子が大きく効いていたが、CO2フラックスは温度の影響が大きかった。マップ化により、流域内のメタン・CO2フラックスの分布が可視化された。メタンフラックスは谷沿いと尾根で低い値を示した。特に谷沿いでは年間を通じて低く、場所と日によっては放出となった。CO2フラックスは流路沿いにやや低い値となった。モデルにより求めた流域の日変化を解析したところ、メタンフラックスは季節性は不明瞭であるが、無降雨による乾燥に応じて吸収が大きくなる時期が見られた。CO2フラックスは温度の変化に応じて大きな季節変化を示した。流域内の微地形を考慮に入れたモデル推定値と観測地点の単純平均は同程度の時も見られるが、顕著な違いが見られる時もあり、スケールアップの方法が流域のフラックスの総量の推定値に影響が大きいことを示唆している。本研究により、多点観測と高精度GPS及びDEMを用い機械学習を活用することで、土壌温室効果ガスフラックスのより精緻なスケールアップが可能であることを示した。これは森林の温室効果ガスの吸収・排出量の算定方法改善に貢献する。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Spatial variation in soil respiration rate is controlled by the content of particulate organic materials in the volcanic ash soil under a Cryptomeria japonica plantation (2022)
  • 著者名/発表者名: Abe Yukiko、Liang Naishen、Teramoto Munemasa、Koarashi Jun、Atarashi-Andoh Mariko、Hashimoto Shoji、Tange Takeshi
  • 雑誌名: Geoderma Regional 巻: 29 ページ: e00529～e00529
  • DOI: 10.1016/j.geodrs.2022.e00529
  • 査読あり
• [学会発表] 機械学習による森林土壌メタンフラックス予測モデルの構築 (2023)
  • 著者名/発表者名: 森大喜、橋本昌司、阪田匡司、山下尚之、森下智陽、石塚成宏
  • 学会等名: 第134回日本森林学会大会