東シベリアタイガ林の生態系機能変動解析

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21403011
• 応募区分: 海外学術
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 杉本 敦子 北海道大学, 地球環境科学研究科(研究院), 教授 (50235892)
• 研究分担者: 大手 信人 東京大学, 農学生命科学研究科, 准教授 (10233199) ; 石井 吉之 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (40222955) ; 山下 洋平 北海道大学, 地球環境科学研究科(研究院), 准教授 (50432224) ; 徳地 直子 京都大学, フィールド科学教育研究センター, 教授 (60237071) ; 兒玉 裕二 国立極地研究所, 北極環境研究コンソーシアム事務局, 特任准教授 (70186708) ; 入野 智久 北海道大学, 地球環境科学研究科(研究院), 助教 (70332476)
• 研究期間 (年度): 2009-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: シベリア / 永久凍土 / タイガ林 / 炭素同位体 / ツンドラ / メタン / 水循環 / 窒素循環

研究概要

北東ユーラシア永久凍土帯に広がるタイガ林は、地球上の水と炭素の循環に大きな影響を及ぼしていると考えられる。高緯度地域は将来の地球温暖化で最も大きな変化が予想され、この森林の現在と過去の解析は、地球の将来を占う上で極めて重要である。本研究の目的は、生理生態学的手法と安定同位体比を利用した物質循環プロセス研究を進め、年々大きな変動を示しながら温暖化の影響により変化していると考えられる東シベリアタイガ林生態系において、土壌水分の変動がもたらす３つの機能（水文学的機能、炭素固定機能、ポテンシャルとしてのメタン放出機能）の変動を解明することである。
ヤクーツクスパスカヤパッドにおけるタイガ林は、乾燥した気候帯に位置するため土壌水分の動態が生態系の炭層固定機能を支配することを示した。一方で、2005～2007年の異常な湿潤な環境はこの地域のタイガ林生態系に大きなダメージを与えた。本研究では年輪炭素同位体比を用いて過去の森林の水分環境の変動を明らかにした。また、15Nトレーサー実験と窒素プールの観測により、タイガ林のカラマツは、有機態窒素は利用せず無機態窒素を利用していること、土壌窒素プールは極めて大きな季節変動を示しており、植物が利用できる窒素は極めて乏しい状況にあり、これが炭素固定にも影響を及ぼしていることを示唆する結果が得られた。
タイガ-ツンドラ境界に位置するチョクルダでは、メタン放出量およびカラマツの光合成に関する観測を実施し、地表面の植生は土壌水分を反映していること、またカラマツの分布は表層付近の水分が低く保たれる場所に限られていること、メタン放出量も土壌水分に依存し大きな差があることなどが明らかとなった。また、タイガ-ツンドラ境界においてもカラマツが利用できる窒素は限られており、葉の質量、樹木のサイズは葉の窒素含量と明瞭な相関を示した。

現在までの達成度 (区分)

理由

24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

24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] Reconstruction of summer Palmer Drought Severity Index from δ13C of larch tree rings in East Siberia (2013)
  • 著者名/発表者名: Tei, S., Sugimoto, A., Yonenobu, H., Hoshino, Y., Maximov, T
  • 雑誌名: Quaternary International 巻: 290-291 ページ: 275-281
  • URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.quaint.2012.06.040
• [雑誌論文] Nitrogen availability in the taiga forest ecosystem of northeastern Siberia (2013)
  • 著者名/発表者名: Popova A., Tokuchi N., Ohte N., Ueda U. M., Osaka K., Maximov T., Sugimoto A
  • 雑誌名: Soil science and plant nutrition 巻: (in press)
  • DOI: DOI:10.1080/00380768.2013.772495
• [雑誌論文] Factors controlling diurnal variation in the isotopic composition of atmospheric water vapour observed in the taiga, eastern Siberia
  • 著者名/発表者名: Ueta, A., Sugimoto, A., Iijima, Y., Yabuki, H., Maximov,T., Velivetskaya, T., and Ignatiev, A
  • 雑誌名: Hydrological Processes 巻: (in press)
  • DOI: doi:10.1002/hyp.9361
• [学会発表] Application of stable isotope ratios of C and N to carbon assimilation and nitrogen utilization of larch in arctic ecosystem of Eastern Siberia (2013)
  • 著者名/発表者名: Liang, M., Sugimoto, A., Tei, S., Maximov, T. C., Kiyashko, S.,Velivetskaya,T.A., Ignatiev, A. V.
  • 学会等名: Third International Symposium on the Arctic Research (ISAR-3)
  • 発表場所: 日本科学未来館(東京都）
  • 年月日: 20130116-20130116
• [学会発表] Dynamics and larch uptake of nitrogen in the north eastern Siberia taiga forest Application of stable isotope ratios of C and N to carbon assimilation and nitrogen utilization of larch in arctic ecosystem of Eastern Siberia (2013)
  • 著者名/発表者名: Popova A., Tokuchi N., Ohte N., Maximov T., Sugimoto A.
  • 学会等名: Third International Symposium on the Arctic Research (ISAR-3)
  • 発表場所: 日本科学未来館(東京都）
  • 年月日: 20130116-20130116
• [学会発表] Vegetation growth and methane emission at taiga-tundra boundary ecosystem in eastern Siberia (2013)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto， A., Shingubara, R. Bragin I., Iwahana，G., Nakamura，M., Tei,. S.，Liang, M., Takano, S., Pedrov, R., Maximom T.
  • 学会等名: Third International Symposium on the Arctic Research (ISAR-3)
  • 発表場所: 日本科学未来館(東京都）
  • 年月日: 20130116-20130116
• [学会発表] 東シベリア北極圏タイガ-ツンドラ境界生態系の水・炭素循環 (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉本敦子、新宮原諒、Liang Maochang、中村恵、鷹野真也、岩花剛、鄭峻介、Ivan Bragin、T.C. Maximov
  • 学会等名: 日本地球化学会第58回年会
  • 発表場所: 九州大学（福岡市）
  • 年月日: 20120911-20120911
  • 招待講演
• [学会発表] Methane Flux and its Stable Isotope Ratios in a Taiga-Tundra Ecotone in East Siberia (2012)
  • 著者名/発表者名: Shingubara, R., Iwahana, G., Takano, S., Nakamura, M., Maximov, T., Sugimoto, A.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2012年度連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20120522-20120522
• [学会発表] 過去100年の気候変動に対する東シベリアタイガ林の応答の変化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鄭峻介、 杉本敦子、米延仁志、Maximov, T.C.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20120522-20120522
• [学会発表] 東シベリアにおける水循環変動と永久凍土生態系の応答 (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉本敦子, Popova, A., 上田哲大,鄭峻介, 鷹野真也, Maximov, T.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県）
  • 年月日: 20120521-20120521
  • 招待講演