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 継続（平成25年度から）
研究代表者／所属 農業・食品産業技術総合研究機構
研究代表者／職名 上級研究員
研究代表者／氏名 丸山篤志

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 桑形恒男 農業・食品産業技術総合研究機構 ユニット長

2

 小野圭介 農業・食品産業技術総合研究機構 主任研究員

3

 吉田ひろえ 農業・食品産業技術総合研究機構 主任研究員

4

 石田祐宣 弘前大学大学院理工学研究科 助教

5

 渡辺力 北大低温研 教授

研究目的 耕地生態系における群落内の微気象環境は、大気-植生-地表面間の熱・水・物質輸送を通じて地域のエネルギーや炭素、窒素の循環を左右すると同時に、農作物の生育や水分生理にも多大な影響を与える。耕地における微気象環境と熱・水・物質輸送、さらに作物の光合成・生育との相互作用を解明するため、それらの過程を再現できる数値モデルを構築し、実測データを用いた検証を行う。特に、植物の低温障害に関わる光合成過程と、葉の結露・濡れが生じる局所的低温条件下での輸送過程についてモデルを構築し、両過程の温度依存性を解明することで、寒地の生態系に広く適用できるモデル並びに知見を得ることを目的とする。
　　
研究内容・成果 水田フラックスサイトで取得した耕作期間のデータをもとに、担当教員と代表者が本共同研究でこれまでに開発した葉面の熱収支を再現できる群落多層モデル（MINCER: Watanabe et al.， 2004）の作物適用バージョンの検証を行った。　特に、作物の生理反応や病害虫の生態に関わる葉の結露量と濡れ時間について水田水温への依存性を解析した。その結果、気象条件が同じでも水温が低いほど放射冷却の強まりによって群落全体での結露は増加すること、ただし中庸な水温域では逆に水温が高いほど水面からの群落内への水蒸気供給が増えて結露の増加する場合があることを明らかにし、これまで一部の観測のみで示唆されていた現象をモデルで再現することができた（「成果となる論文・学会発表等」の[1]の一部に相当）。
また、上記の群落多層モデルの開発および水田フラックスサイトでの観測で得られた知見をもとに、作物の光合成過程をその温度依存性を含めてモデル化し、群落スケールでの光合成速度と気孔コンダクタンスの関係（Ono et al.， 2013）を利用して水田の熱収支モデル（Maruyama and Kuwagata， 2010）と統合することで、気象条件から作物群落の熱収支と光合成速度を同時に再現できるモデルを構築した。さらに、同モデルを光合成特性が異なるイネ品種に適用し、CO2濃度の増加によるイネの群落光合成、水利用効率および水田の気候緩和機能の変化について、品種による違いを明らかにした（「成果となる論文・学会発表等」の[2][5]の一部に相当）。
　　
成果となる論文・学会発表等 [1] Maruyama et al. (2017) Modelling the temperature of paddy water using 1 km-grid square climate data to determine suitable areas and timing for rice cultivation.， 2nd Agriculture and Climate Change Conference.
[2] Ikawa et al. (2017) Trade-offs between production and water use in a high-yielding rice variety under elevated CO2. International Symposium on Agricultural Meteorology.
[3] Masutomi et al. (2016) A land surface model combined with a crop growth model for paddy rice (MATCRO-Rice v.1) – Part 1: Model description. Geo. model dev.， 9， 4133-4154.
[4] Masutomi et al. (2016) A land surface model combined with a crop growth model for paddy rice (MATCRO-Rice v. 1) – Part 2: Model validation. Geo. model dev.， .9， 4155-4167.
[5] Ikawa et al.， Increased gas exchange for higher photosynthesis is not a major penalty
of crop water use. in preparation.