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 継続（平成23年度から）
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）の分析を継続して行い、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)を用いた大気-森林間のCO2フラックスや群落内大気中のCO2濃度及びそのd18Oのシミュレーションの改良を進めた。
H23年度に行ったd18Oの観測データを用いた生態系呼吸を土壌呼吸と葉呼吸に分離評価する解析をさらに複数年について行ったところ、春〜秋にかけて葉呼吸の割合が減少する季節的変化が各年で見られた。また、高山サイトにおいて夜間の好条件時にフラックス観測で得られた生態系呼吸と気温との関係から求められた経験式とチャンバー観測で得られた土壌呼吸フラックスと地温(10cm深)との関係から求められた経験式を用いて求めた、生態系呼吸に対する葉呼吸の割合も同様の季節的変化を示した。
　一方、H23年度にMINCERでシミュレーションされた夜間の森林内外の大気中CO2濃度およびd18Oのプロファイル、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の占める割合の季節的変動を見積もったが、生態系呼吸に対する葉呼吸の割合の季節変化の振幅が、上記結果よりも小さくなったため、今年度は、その原因について検討を行った。そのために、森林内外のCO2濃度のプロファイルについて、シミュレーション結果と観測結果を比較した。森林上のモデル最高高度の濃度について、観測値を与えて計算を行ったところ、各層の変動パターンは概ね観測値を再現することができた。しかし、詳細に調べてみると、晩春〜秋にかけて、正午過ぎから夜間の時間帯に、地表付近の濃度が観測値より高くなり、夕方頃に観測値との差が最大になる傾向が見られた。また、晩夏〜秋には日中、地表付近で観測値より低くなる傾向が見られた。これらの不一致については、林内の鉛直混合や土壌呼吸が正しく再現されていないことが関係しているのかもしれないが、気象条件との関連性も調査中である。今後、原因を調べてさらに改良を進め、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 村山昌平、渡辺力ほか、フラックス観測、酸素安定同位体観測及び群落微気候モデルにより推定された飛騨高山サイトにおける各呼吸要素の季節的変動、 2012年度日本気象学会秋季大会、 2012年10月5日、札幌市