共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 耕地生態系における大気-植生-地表面間の熱・水・物質輸送に関する研究
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 独立行政法人農業環境技術研究所
研究代表者／職名 上席研究員
研究代表者／氏名 桑形恒男

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 小野圭介 独立行政法人農業環境技術研究所 任期付研究員

2

 丸山篤志 農研機構九州沖縄農業研究センター 主任研究員

3

 石田祐宣 弘前大学大学院理工学研究科 助教

4

 渡辺力 北大低温研 教授

研究目的 作物の生育は、群落内の微気象環境や大気-植生-地表面間の熱・水・物質輸送の影響を受け、さらに群落微気象環境と熱・水・物質輸送は強く関係している。耕地生態系における群落微気象環境と大気-植生-地表面間の熱・水・物質（CO2、NH3など）輸送の特性や相互依存関係を理解するため、両者の過程が再現できる数値モデルを構築し、実測データにもとづく検証を実施する。ここでCO2輸送は作物の光合成と直接関係し、NH3輸送は窒素循環に対して影響を与える。本研究では水稲を実験材料とするが、寒冷地の作物に対しても適用可能なモデルを構築する。
　　
研究内容・成果 TV会議や低温科学研究所での打合せを通して、各メンバーの具体的な役割分担と共同研究の進め方について議論を進めた。今年度は、研究代表者らがこれまでに開発してきた水稲の群落2層モデル（Maruyama and Kuwagata，2010，Agr. For.Meteo.，150，919-930）を基にして、作物（水稲）群落の微気象環境と大気-植生-地表面間の熱・水・物質輸送が再現できる数値モデルを構築し、葉面におけるCO2交換過程や群落内地表面での物質輸送過程などの組み込み方法について検討した。本モデルを用いて生育ステージに依存した水田水温の変化を計算した結果、実際の水田における水温の推移を高精度で再現できることが確認できた。また、これまでに研究分担者（担当教員）が開発した群落多層モデルについても、群落内の乱流輸送過程を改良することにより、水田水温の推移が同様に高精度で再現できることを確かめた。さらに農業環境技術研究所で管理している水田フラックスサイトにおける空気力学的粗度の推移を、水稲の生育期間と非作付期間の両者に着目して解析し、その季節変化の特徴を明らかにした。水田における空気力学的粗度は、水稲群落の微気象環境と大気-植生-地表面間の熱・水・物質輸送において重要なパラメータの1つであり、本共同研究で構築したモデルに組み込まれる。
今回の共同研究で得られた成果の一部を、札幌にて開催された農業気象国際シンポジウム（ISAM2014、日本農業気象学会による主催）のオーガナイズドセッション（2014年3月17日実施）において発表した（「論文・学会発表等」の4）に該当）。
　　
成果となる論文・学会発表等 1) Maruyama et al. (2013) Effects of increasing temperatures on spikelet fertility in different rice cultivars based on temperature gradient chamber experiments. Journal of Agronomy and Crop Science， 199， 416-423.
2) Ono et al. (2013) Canopy-scale relationships between stomatal conductance and photosynthesis in irrigated rice. Global Change Biology， 19， 2209-2220.
3) Ono et al. (2013) Environmental controls on fallow carbon dioxide flux in a single-crop rice paddy， Japan. Land Degradation and Development， DOI: 10.1002/ldr.2211.
4) Watanabe and Kuwagata (2014) Modeling studies of the micrometeorological processes that intimately interact with plant's physiology and morphology， Proceedings of International Symposium on Agricultural Meteorology 2014， IA-4， 176.