【研究分野】林学・森林工学

【研究領域課題番号】17380096 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

気候変動 / 森林生態系 / 森林動態 / 水循環 / 物質循環 / モニタリング / モデル / 演習林

【研究成果の概要】

気候の異なる4つの大学演習林(九州大学:北海道,宮崎,福岡;宮崎大学:田野)で気象,水・炭素・窒素循環,樹木等の動態をモニタリングし,この観測結果に基づいて森林動態モデルと水・物質循環モデルを構築し,これを統合化して気候変動の影響評価・予測が可能なプロセスベースドモデルを構築することを目的とした.森林動態においては,長期生態研究に資する7つの森林動態モニタリングプロットを(北海道,2;宮崎,3;福岡,1;田野,1)を設置し,統一した調査方法(環境省モニタリング1000)でモニタリングを開始し,森林動態の基礎データを整備した.さらに,森林動態モニタリングに資するリモートセンシング技術を開発した.水循環においては,各種林分(スギ,ヒノキ,常緑広葉樹,竹)の蒸発散に関して樹液流計測に基づくプロセス研究を実施し,蒸発散プロセスを解明すると共に,各林分における樹液流計測に関する指針を提示した.また,国内外の長期水収支研究およびフラックス研究の成果を精査し,日本における樹木の生長・林分密度・樹種の変化が流域の水収支に及ぼす影響を明らかにするとともに,簡便な蒸発散プロセスモデルを構築した.物質循環においては,日本で観測例がほとんどない蛇紋岩帯の試験流域で総合的な水・物質循環観測を実施し,従来日本で常識とされていた水・物質循環プロセスは,基岩が異なる場合適用できないことを明示すると共に,出水時と低水時の窒素・リンの流出形態の違いを明らかにし,実用的で精度の高い窒素・リン流出モデルを構築した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】16,310千円 (直接経費: 15,200千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】15631001 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

LTER / 環境動態 / 物質循環 / 生物多様性 / 水循環 / 長期大面積研究 / 大学演習林 / ネットワーク研究

【研究成果の概要】

森林生態学など時空間的にスケールの大きい現象を扱う分野では、動態解析の対象とする時間スケールが100年〜1000年単位まで拡大する傾向にある。また近年、「episodic(希な、突発的な)イベント」や「間接効果」といわれる反応の連鎖が生態系全体の動態に大きな影響を及ぼすケースが次々に発見されており、これらを解析するための長期大面積調査やネットワーク研究が調査手法の重要な部分を占めるようになっている。欧米やアジアの各国では、10年〜30年ほど前からLTER (Long-Term Ecological Research)といわれる(戦略的)研究システムが多数稼働しており、人材の集中配置と継続的な予算投入により長期、大面積の生態系動態解析を可能にしている。ところが、日本の研究システムの中にはこうしたラージスケールの動態解析を行う本格的システムは存在しなかった。そこで、この企画調査研究では、日本とその周辺地域にLTERの国際基準を満たす環境解析能力を持った研究システムを構築し、国際ネットワークにリンクさせるための具体的手法を集中的に議論した。
平成15年6月に、東京大学農学部附属科学の森教育研究センター愛知研究林にて第一回全体会議を開催し、大学演習林を母体として長期大規模研究ネットワークを構築するための組織JERN (Japan Ecosystem Research Network)を結成した。
JERNでは、日本のLTER実施プログラム「JaLTER」を開始し、日本生態学会・水文水資源学会・日本林学会などに呼びかけを行う一方で、電話による全体会議を5回開催し、実施のための詳細案を検討した。
また、LTER研究の先進国であるアメリカ(US-LTER)、中国(CERN)にコアメンバーおよび博士課程学生を派遣し、研修を行った。また、平成15年9月にシアトルで行われたLTER-All Scientist Meetingに出席し、日本のLTER研究の現状説明を行い、各国の進展状況について情報収集を行った。
平成15年12月および平成16年1月には、環境省全国生物多様性モニタリング1000と連携して、平成16年度より9カ所のコアサイトを稼働させることが決定し、JaLTERのコアサイトにおける基盤データ(ベースラインデータ)の一部に環境省が継続的予算措置を行うことが決定された。
関連論文を雑誌に2編掲載、平成16年度の日本林学会大会においてテーマ別セッションを開催し、LTER研究の啓蒙に努めるほか、平成16年度には日米合同LTERワークショップ、平成17年度にはLTERアジア太平洋地域シンポジウムを日本で開催することが決定し、準備を進めている。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2003

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)

【研究分野】林学

【研究領域課題番号】14360088 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

九州 / ヒノキ / 水循環 / 物質循環 / エネルギー循環 / 公益的機能 / 流域 / 人工林 / ヒノキ人工林 / エネルギー / 長期モニタリング / 森林 / エネルギー動態

【研究成果の概要】

本研究では,九州大学福岡演習林御手洗水流域に試験流域を設置し,ヒノキ人工林流域の水・エネルギー・物質循環を定量評価した.
(1)流出に関する研究
流域貯留量と流出量の関係はピーク流出量発生時点の付近では直線になり,その傾きは流域貯留量7.6mmを境に変化し,それ以下では中間流が卓越し,それ以上では表面流が発生し始めることを示唆した.また,貯留関数法におけるパラメータは,遺伝アルゴリズムあるいはファジー線形回帰法により最適値検索できることを示した.さらに,TOPMODELによって長短期流出解析が可能であることを確認した.なお,ライパリアンゾーンの地下水位が流域スケールの流出現象を最も強く支配していること,高水時には斜面-ライパリアンゾーン-流路が水文学的に連結するため,斜面浅部の土壌水分量と流出量の関係も強いことを示した.
(2)蒸発散に関する研究
グラニエ(樹液流測定)法適用のために必要な辺材面積サンプル数を確率論的に検討し,スギ・ヒノキでは少なくとも20本の辺材面積を実測する必要があることを提示した.ヒノキの樹液流速に個体差はあるものの日変化パターンに個体差がないこと,胸高直径が大きいほど樹液流速・辺材面積が大きくなるため,両者が相乗的に作用して胸高直径が大きいほど単木蒸散量が大きくなることを明らかにした.また,2段タンクモデルを適用することによって,流出量と蒸発散量の季節変化を概ね正確に推定できることを明らかにした.
(3)物質循環に関する研究
流域からの流出負荷量を正確に評価するためには,L-Q式のように流出量を考慮することが不可欠であることを示し,御手洗水流域では全窒素(T-N),全リン(T-P)ともに収入より支出の方が多いことを示した.ただし,リンの流出負荷量の大半が出水時の懸濁態リンで占められるため,リン流出負荷量はL-Q式でも過少評価されることを示した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2002 - 2004

【配分額】15,000千円 (直接経費: 15,000千円)

【研究分野】林学

【研究領域課題番号】11356005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大学演習材 / 流域観測 / 水循環 / 物質循環 / 長期モニタリング / データ・ベース / 情報公開 / 大学演習林 / データベース / 広域研究 / モニタリング

【研究成果の概要】

本研究の主な成果は、以下のようである。
1.全国大学演習林の約40観測流域において酸性降下物の状況や林内雨・樹幹流・土壌水・渓流水などのモニタリングを継続し、共通した基礎的データの蓄積をすすめた。これらのデータの蓄積により、流域スケールでの水分動態や物質動態の把握および渓流水質の形成機構や森林影響の定量的解析と広域比較をおこなうための情報が拡大した。
2.流域における水分動態や酸性降下物動態のモニタリングに加えて、土壌の酸性化が落葉の分解速度や土壌微生物のバイオマス量にあたえる影響の研究や土壌通過水の深さ別水質変化と季節変動に関する研究・森林土壌の酸性度緩衝能や窒素無機化能をはじめとした生物地球化学的性質に関する研究・流域における炭素収支に関する研究などもおこない、研究内容の拡充がはかられた。
3.とくに、流域における窒素の動態に関しては、本モニタリングの推進母体である「森林域酸性降下物動態研究会」の中にもうけたP1「平水時における窒素流出の全国比較」・P2「出水時における窒素流出特性の流域間比較」・P3「森林流域における土壌窒素無機化能の広域比較」の活動を強化し、地域変異の概要を把握した。
4.流域情報の公開をめざし、WWW公開型データ・ベースの構築をおこなった。本WWW公開型データ・ベースに検索機能をもたせたことと、各大学演習林からインターネットを経由してデータの直接入力を可能としたことにより、情報の一部(pHとEC)についてはリアルタイムに近い形での公開が可能となった。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1999 - 2001

【配分額】37,560千円 (直接経費: 35,700千円、間接経費: 1,860千円)