2021 Fiscal Year Research-status Report
土壌有機炭素モデルで解き明かす、森林伐採に対する土壌中貯留炭素動態の長期応答
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20K12143
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
太田 雅和 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究副主幹 (00772865)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小嵐 淳 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (30421697)
高木 健太郎 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 准教授 (20322844)
梁 乃申 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球環境研究センター, 室長 (50391173)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 土壌炭素 / 森林伐採 / モデル / 炭素循環 / 野外観測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、森林伐採に対する土壌中の炭素循環の応答機構解明と、国内の森林伐採区からの炭素放出量評価を目的としている。森林は、全球平均では正味の炭素吸収源として働いている。一方、東南アジアや南米で盛んな森林伐採により、全球の吸収量の3倍の炭素が大気へと放出されている。成熟した森林では、リターフォールおよび根枯死による植物遺体由来の炭素供給と、微生物分解による炭素(CO2)放出が均衡し、土壌中に一定量の炭素が貯留されている。伐採に伴う植生の遷移によって土壌への炭素供給量が変化した場合、それまでに土壌に貯留されていた炭素が大気へ放出される可能性がある。樹木の根が深く伸長する森林では、表層(深度およそ30cmの層)以深の土壌に多く(5割超)の炭素が貯留されている。このため、伐採に伴う土壌からの炭素放出は、表層のみならず、それ以深の土壌において顕著に起こる可能性がある。しかし、既往研究の多くは有機物が密に存在する表層土壌を対象としていること、土壌深部の炭素循環を観測する有効な術が無いことから、森林伐採に起因する土壌（浅部から深部）からの炭素放出の評価は困難であった。
そこで、本研究は、土壌の浅部から深部まで炭素循環を予測できる土壌有機炭素循環モデルに、森林樹木内炭素動態を組み込み、これを実在する皆伐・植林サイトでの観測・分析結果を通してパラメタリゼーションし、森林伐採時の陸域炭素循環を定量的に評価可能なものとして確立することで、上述の問題を解決する。このために、令和3年度は、令和2年度に構築した森林内炭素循環モデルの検証として、当モデルを国内の皆伐・植林サイトに適用し、モデルが皆伐以前および皆伐後の森林樹木や下草の植生バイオマス蓄積を概ね再現することを確認した。加えて、皆伐・植林サイトでの観測を継続実施することで森林内炭素循環データセットの拡充を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和3年度は、令和2年度に構築した森林内炭素循環モデルを、本研究の調査サイトである北海道大学北方生物圏フィールド科学センター天塩研究林内皆伐・植林サイトに適用した。モデル計算結果と現地観測結果の比較から、モデルが皆伐前の200年間にわたる森林樹木および下草への炭素蓄積（バイオマス増加）およびリターフォールに起因した土壌への炭素蓄積を定量的に再現できることが確認された。皆伐後については、モデル計算は植林された樹木のバイオマスを過大評価したことから、モデルが設定する樹木バイオマスの回転時間や樹木の葉面積指数（炭素固定量を規定）の再パラメタリゼーションの必要性が示唆された。
これらのモデル計算に加え、皆伐・植林サイトにおいて大気中CO2フラックス、微気象データおよび地表面CO2フラックス等の連続観測及び土壌試料採取・分析を継続実施することで、観測データの更なる蓄積を実施し、解析で利用する森林内炭素循環データセットを拡充した。
以上のように、本年度は申請時に設定した計画（モデルによる皆伐前の森林内炭素蓄積評価、皆伐後の伐採区の炭素循環（伐採区からの炭素放出量）評価、および森林内炭素循環データセット拡充）のうち、伐採区からの炭素放出量評価以外の項目を達成した。炭素放出量評価については、現在、森林内CO2フラックスのモデル計算値と現地観測値の比較を実施しており、解析を継続中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
モデルの皆伐・植林サイトへの適用結果を基にした再パラメタリゼーションを継続実施し、皆伐後の伐採区からの炭素放出量評価を行うことで、モデルを森林伐採時の陸域炭素循環を定量的に評価可能なものとして確立する。モデル計算結果から、皆伐・植林サイトについて、皆伐から現在まで(2003年から2021年)、そして観測では評価不可能な将来（向こう100年間）にわたる伐採区からの炭素放出量を予測する。
上記のように確立したモデルを用いて、国内の森林伐採時の代表的な土地利用変化(森林→草地, 森林→耕作地)を模擬した計算を実施し、その結果と既存の土地利用変化のデータベース（年代別転用面積）を組み合わせることで、これまでに国内で起きた森林伐採による炭素放出量を評価する。得られる結果は、わが国の主要な森林である冷温帯林の土壌の潜在的炭素放出能を初めて提示するものである。
上記のモデル計算に加えて、伐採区における野外連続観測と土壌炭素分析を継続することで、陸域炭素分野の研究に広く役立つ森林内炭素循環データセットを確立させる。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の感染拡大状況を鑑みて出張を取りやめたため次年度使用額が生じた。次年度使用額は、令和4年度分経費と合わせて、出張（研究打合せ、試料採取）に係る費用や消耗品類の購入に係る費用として使用し、研究が円滑に進むように有効的に活用する。
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[Journal Article] Exploring a best vegetation index to explain the seasonal variation of a forest photosynthesis using a hyper-spectral camera equipped with liquid crystal tunable filter2021
Author(s)
Yoshikawa, K., Takagi, K., Yazaki, T., Hirano, T., Hayakashi, S., Ide, R., Oguma, H., Hirose Y., Kurihara, J.
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Journal Title
Journal of Agricultural Meteorology
Volume: 77
Pages: 253-261
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Upscaling and Intercomparison of soil respiration in Japan2021
Author(s)
1.Hina Yamanuki, Kazuhito Ichii, Yuhei Yamamoto, Shunji Kotsuki, Lifei Sun, Naishen Liang, Munemasa Teramoto, Hirohiko Nagano, Takashi Hirano, Kentaro Takagi, Sachinobu Ishida, Masahiro Takagi, Toshiaki Kondo, Jun Koarashi, et al.
Organizer
AsiaFlux Online Conference 2021
Int'l Joint Research
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[Book] Hokkaido Region, The soils of Japan2021
Author(s)
Nakatsuji, T., Shiga, H., Takeuchi, H., Tsukamoto, Y., Gotou, E., Watanabe, Y., Sakurai, M., Fueki, N., Hikasa, Y., Hayashi, T., Sakaguchi, M., Saigusa, T., Yagi, T., Sakai, O., Satoh, F., Shibata, H., Takagi, K., et. al.
Total Pages
372
Publisher
Springer, Singapore
ISBN
978-981-15-8229-5
