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 主任研究員

4

 石田祐宣 弘前大学大学院理工学研究科 准教授

5

 渡辺力 北大低温研 教授

研究目的 本研究では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、改良した群落熱収支と大気の熱・水輸送に関する結合モデルを用いて、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を計算し、適切な計算結果が得られるようにモデルパラメータ等の調整を実施した。また、群落熱収支モデルに作物の生育プロセスを組み入れると共に、3次元の現実的な土地利用に適用できるようにスキームを拡張した。
（2）（1）で調整ならび拡張を実施したモデルを用いて、水田土地利用の水平スケールと品種特性が、大気境界層内の温度・湿度環境と群落微気象におよぼす影響について検討すると共に、大気中の二酸化炭素および土地利用が変化したときの大気境界層内の気温、湿度、二酸化炭素濃度への影響および、それら気象条件の変化が作物の群落微気象に与える影響を試験的に評価した。
上記の数値シミュレーションにおいては、計算対象地域として関東・甲信地方を設定した。それに加えて、東北地方北部を対象とした「暖候期の熱的局地循環に及ぼす地形ならびに土地利用形態（水田や林地など）の変化の影響」に関する数値シミュレーションも試験的に実施した。
（3）「群落熱収支と大気の熱・水輸送に関する結合モデル」で使用する群落熱収支モデルの改良と高度化を実施した。具体的には個葉と大気間の熱・水蒸気に関する交換過程にレイノルズ数の違いや浮力の影響を考慮すると共に、群落の結露ならびに遮断蒸発のプロセスを新たに組み入れた。
　　
成果となる論文・学会発表等 [1] Ikawa， H. et al. (2019) High mesophyll conductance in the high-yielding rice cultivar Takanari quantified with the combined gas exchange and chlorophyll fluorescence measurements under free-air CO2 enrichment， Plant Production Science， 22(3)， 395-406.
[2] Ikawa， H. et al. (2019) Mining physiological and phenological traits to increase water use efficiency of a high-yielding rice cultivar using a crop growth model， AgMIP Asia 2019.
[3] Kuwagata T. et al. (2019) Characteristics of local climate in rice paddy area of Japan， AgMIP Asia 2019.
[4] Maruyama， A. (2019) The role of ground surface roughness for heat exchange and variation of water temperature in rice paddies， AgMIP-rice annual meeting 2019， Milan， Italy.