共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 酸素安定同位体比測定を用いた森林生態系における炭素循環の解明
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 独立行政法人産業技術総合研究所
研究代表者／職名 研究グループ長
研究代表者／氏名 村山昌平

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

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 渡辺力 北大低温研 教授

研究目的 本研究では、大気中CO2の酸素安定同位体比の変動原因に光合成・呼吸それぞれの変動が深く関わっていることを利用して、酸素安定同位体比の精密観測を基に18Oの収支をモデル化し、タワー観測により測定される正味のCO2交換量を光合成と呼吸および葉呼吸と土壌呼吸に分離評価する手法を確立する。
　　
研究内容・成果 岐阜県高山市の乗鞍山麓にある冷温帯落葉広葉樹林内、産総研高山サイト（36o09’N、137o25’ E、標高1，420 m）において、CO2、H2O、熱フラックス、CO2濃度、各種気象要素、土壌環境要素等の連続観測、森林内外の大気試料、深度別の土壌空気及び土壌水、水蒸気、地表面上に設置されたチャンバー内空気試料および降水試料のCO2濃度や酸素安定同位体比（d18O）の分析を行い、これまでに得られたデータの解析を進めた。これらと並行して、群落微気候モデル(MINCER)に、同位体過程を組み込み、大気-森林間のCO2フラックスや群落内大気中のCO2のd18Oの動態を再現できるモデルの構築を進めた。
観測データの解析により得られた夜間の土壌呼吸、葉呼吸、および全生態系呼吸で放出される各CO2のd18Oの推定値の比較から、着葉期の夜間の全生態系呼吸に対する葉呼吸・土壌呼吸の占める割合の季節的変動を見積もることができた。生態系呼吸に対する土壌呼吸の占める割合は5月には約60%であったが、9月には90%以上に増加し、葉呼吸の割合はこれに対応して減少傾向を示した。
MINCERを改良して、高山サイトへの適用を進めた。その結果、夜間の変動については、観測値にも不確定性が大きいため、不一致も見られたが、当観測サイトにおける大気-森林間のCO2フラックス、熱フラックスの日変動、季節変動を概ね再現できるモデルを構築することができた。また、同位体過程を組み込んだ結果、モデル上端は現在のところ一定値を与えているので観測と一致しないが、他の森林各層の大気中CO2濃度およびd18O等の変動パターンを概ね再現できるモデルを構築することができた。
　MINCERでシミュレーションされた、夜間の土壌呼吸及び森林各層からの葉呼吸の季節変動を解析した。また、上記と同様の手法で、MINCERでシミュレーションされた、夜間の森林各層の大気中CO2濃度およびd18O、土壌呼吸、葉呼吸、および全生態系呼吸で放出される各CO2のd18Oを用いて、着葉期の夜間の全生態系呼吸に対する葉呼吸・土壌呼吸の占める割合の季節的変動を見積もった。いずれの手法においても、春〜初夏には生態系呼吸に占める葉呼吸の割合が大きく、その後減少する傾向が見られ、上記、観測結果に基づく推定結果と傾向が一致したが、秋に葉呼吸の割合が再度増大する傾向が見られ、観測結果に基づく推定結果とは異なる傾向を示した。また、d18Oのシミュレーション結果から見積もられた全生態系呼吸に対する葉呼吸・土壌呼吸の占める割合の季節的変動の振幅は観測結果に基づく推定結果よりも著しく小さかった。今後、これらの不一致の原因を調べるとともに、MINCERに組み込まれていない過程について導入を検討して改良を進め、当森林の炭素循環素過程の分離評価の高精度化を図る。
　　
成果となる論文・学会発表等 S. Murayama， H. Kondo， et al. Long-term measurements of carbon budget in forest ecosystems at AIST stations in Japan and Thailand，GEO-Carbon Conference: Carbon in a changing world，Rome， Italy， 24-26 October， 2011.