共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 耕地生態系と大気環境の相互作用の解明
新規・継続の別 継続（平成29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 ユニット長
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

 丸山篤志 農業・食品産業技術総合研究機構 上級研究員

2

 小野圭介 農業・食品産業技術総合研究機構 上級研究員

3

 伊川浩樹 農業・食品産業技術総合研究機構 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

研究目的 本研究では実観測に基づいた植物生理・群落微気象の知見とこれまで我々が発展させてきた大気が植生に与える影響のモデリングを組み合わせることで、耕地生態系から大気へ与えるフィードバック作用を定量化することを目的とする。近年、寒冷地を中心に地球温暖化が進行し、農耕地の気象環境や作物の生産への影響が顕在化している。さらに温暖化によって作物の栽培適地が高緯度地帯まで移動し、同地域の物質循環や局地気象の形成に大きな影響をおよぼすことが予想される。本研究はこれらの問題に対処するために必須の基礎的なプロセスについて扱う。
　　
研究内容・成果 （1） 昨年度までに構築した、「作物の水環境と光合成が再現できる群落熱収支モデル」における作物の生理・生態プロセスを改良し、それらプロセスにかかわるパラメータの作物生育に応じた変化を実験データに基づき評価した。作物の生理・生態プロセスについては、開放系大気CO2増加実験において、水稲の葉内におけるCO2の拡散速度を異なる生育ステージで測定し、その知見を群落熱収支モデルに導入した。
また群落熱収支モデルと作物の生育モデルを結合するためのスキームについて検討し、作物生理プロセスに対する微気象環境の影響を考慮したより適切な作物の収量予測を可能にするフレームワークを構築した。
（2）　群落熱収支と大気の熱・水輸送に関する結合モデルを改良し、大気境界層内の2次元的な温度・湿度環境と群落熱収支とフィードバックが再現できるようにした。
　作物から大気へのフィードバック効果を考慮することで、作物群落の大気環境に対するより現実的な影響を知ることができる。具体的には、農耕地の面積や分布が変化したときの、大気境界層内の気温・湿度をはじめとする気象環境への影響のシミュレーションを仮想的な2次元空間で実施することができた。
（3） 本共同研究で取り組んでいる、耕地生態系と大気環境の相互作用に関する研究成果について、2019年3月出版の低温科学（第77巻）「陸面と大気の相互作用」に5編の解説論文としてまとめた。
　　
成果となる論文・学会発表等 [1] 伊川浩樹 (2019) 熱やCO2の輸送を介した植生‒大気境界層の相互作用に関する研究動向（英文），低温科学，77．
[2] 小野圭介 (2019) 大気-陸面相互作用における農耕地の影響とそのモデル化，低温科学，77．
[3] 石田祐宣 (2019) 農耕地における地表面交換係数，低温科学，77．
[4] 桑形恒男ほか (2019) 水田群落微気象モデルの概要，低温科学，77．
[5] 丸山篤志ほか (2019) 高度な農地水管理のための水田水温のシミュレーション，低温科学，77．
[6] Kuwagata T. et al. (2018) Influence of local land cover on the meteorological conditions in farmland: Case Study for rice paddy field near Tsukuba City， Japan， Journal of Agricultural Meteorology， 74， 140-153.