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。
2012年度に行ったd18Oの観測データを用いた夜間の生態系呼吸を土壌呼吸と葉呼吸に分離評価する解析から、春〜初夏にかけて葉呼吸の割合が減少し、夏〜秋は土壌呼吸が生態系呼吸の大部分を占める季節的変化傾向が各年で見られたが、このような変動を当観測地で1日1回撮影されている樹冠写真と比較を行ったところ、葉呼吸の割合が大きい時期は、5月〜6月の葉の樹冠被覆面積が急増する展葉開始期に該当していることが分かった。また、既往研究による当観測地における、生態系プロセスモデルによる各部位の呼吸量のシミュレーション結果と比較したところ、展葉期に生態系呼吸に対する葉呼吸の割合が多く、その後減少していき、それに伴って夏〜秋にかけて土壌呼吸の割合が増加していく傾向が得られており、我々のd18Oを用いた推定結果と似た結果が得られていることが分かった。
一方、2012年度の結果から、MINCERのシミュレーションでは、森林内外のCO2濃度の鉛直分布について、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が、晩春〜秋にかけて、夜間に地表付近の濃度が観測値より高くなる傾向が見られた。このため、今年度、林内の鉛直混合のパラメータを改良した結果、改善が見られたが、依然として夜間に地表付近の濃度が高すぎたり、逆に鉛直濃度差が小さすぎたりする場合が見られた。前者の場合は、シミュレートされた正味の大気-森林間CO2交換量(放出の場合正)が観測結果より過大評価している傾向があり、後者の場合はその逆傾向が見られた。土壌呼吸が正しく再現されていないか、観測結果がモデルでは考慮されていない水平移流の影響を受けている可能性があるが、今後、原因を調べて改良を進め、当森林の炭素循環素過程の分離評価の高精度化を図る。
これまでに得られた成果をまとめて、2013年10月にスイスジュネーブおよび岐阜県高山市で開催された国際会議で発表を行った。
　　
成果となる論文・学会発表等 S. Murayama， T. Watanabe， et al. Long-term measurements of carbon budget in a cool-temperate deciduous forest ecosystem at Takayama in central Japan and their data analyses， International Conference Towards a Global Carbon Observing System: Progresses and Challenges， Geneva， Switzerland， 2013/10/2.
T. Watanabe， S. Murayama， A process-based multilayer ecosystem model for comprehensive understanding of ecosystem function and its feedback to climate， Synthesis Workshop on the Carbon Budget and Forest Ecosystem in the Asian Monitoring Network，高山市、2013/10/24.