関東森林研究論 文71-1(2020)

気象条件の違いが冷温帯落葉広葉樹林における展葉後のCO2 フラックスの変動に与える影響 －2017 年，2018 年および 2019 年のデータ比較－
大庭流維¹・小坂泉¹・塩崎義彦¹・牛田丞亮¹・和田光¹・瀧澤英紀¹・阿部和時¹
１ 日本大学生物資源科学部
要旨： ブナが優占する冷温帯落葉広葉樹林において，気象条件の違いが展葉後の CO2 フラックスの変動に与える影響を評価するため，３年間(2017 年から 2019 年)において群馬県北部に位置する日本大学水上演習林で渦相関法による CO2 フラックスの連続観測を実施した。その結果，2018 年６月から７月の土壌含水率は，2017 年および 2019 年のものより低かった。2019 年６月から７月の日中(10～14 時)の平均気温は，2017 年および 2018 年のものより低かった。
2017 年６月から７月の日中における CO₂フラックスは負値となったが，2018 年７月下旬および 2019 年７月上旬のものは，正値を示すデータが多かった。CO₂フラックスが正値を示した要因として，2018 年７月では土壌含水率が低下したこと，2019 年７月では PAR が小さく，気温が低かったことが考えられた。
キーワード：CO₂フラックス，気温，土壌含水率，渦相関法，ブナEffects of different weather conditions on CO2 flux after foliation
in a cool-temperate deciduous broadleaf forest in Japan (2017–2019)
Rui OBA1, Izumi KOSAKA1, Yoshihiko SHIOZAKI1, Josuke USHIDA1,
Hikarui WADA1, Hideki TAKIZAWA1 and Kazutoki ABE1
College of Bioresource Sciences, Nihon University, Fujisawa, Kanagawa 252-0880
Abstract: We investigated the effects of different weather conditions on CO2 flux after foliation (June and July) in 2017, 2018, and2019 in a cool-temperate deciduous broadleaf forest dominated by Fagus crenata. Continuous flux measurements were taken at atower located on the summit of Mount Takahira (985 m a.s.l.) in the Nihon University Forest (Minakami-machi, Tone-gun, GunmaPrefecture, Japan). The daily mean volumetric soil water content was lower in 2018 than in 2017 and 2019. The midday (10:00–14:00) average temperature was lower in 2019 than in 2017 and 2018. The midday CO2 flux was negative during June and July in2017, but was positive in late July of 2018 and early July of 2019. The factors related to the positive CO2 fluxes were reduced
volumetric soil water content in July 2018, as well as low photosynthetically active radiation and low air temperature in July 2019.
Key-word: CO2 flux, air temperature, volumetric soil water content, eddy covariance method, Fagus crenata

続観測を実施している(６)。

Ⅰ はじめに
近年，陸域生態系において占める割合が多い森林と大朝倉ら(１)の先行研究では，降水量が多かった 2017 年

気間の CO₂交換量を日，季節および年毎の時間スケール６月から７月において大気から森林へ CO₂を吸収するで評価できる渦相関法が広く用いられている(２)。筆者

傾向を示したが，無降雨期間である 2018 年７月中旬からは，将来分布確率が低下することが報告されている

ら下旬において森林から大気へ CO₂を放出する傾向を(５)ブナ(Fagus crenata)が優占する冷温帯落葉広葉樹林を示したことを報告している。気象庁によれば 2019 年７対象として，群馬県北部に位置する日本大学水上演習林

月では西・東日本太平洋側の降水量は比較的多く，西・内の最高標高地点(標高 985 m)に建設された観測塔を用

東日本の気温は平年より低くなったと報告され(３)，本

いて，単位時間・単位面積あたりの CO2 吸収・放出量を試験地における 2019 年７月の気温は過去のものに比べ精度高く測定できる渦相関法による CO2 フラックスの連低く，日中の気温が 20℃以下となる日が多かった。

－125 －（受理日 2020 年 2 月 17 日）

そこで本研究では，気象条件の違いが本試験地におけ水平・東向きに設置し，10Hz で出力される３次元風速，る展葉後の CO₂フラックスの変動特性に与える影響を気温，H2O および CO2 濃度のデータをデータロガー明らかにするため，2019 年の６月から７月において実施(CR1000, Campbell)に記録させ，渦相関法により CO2 フラした渦相関法による CO₂フラックスの測定データをックスを算出した．フラックスの平均化時間は 30 分と2017 年および 2018 年のものと比較した。

した。詳細なフラックスの算定や解析方法については小坂ら(４)を参照されたい。
観 測塔 の６ m の 高 さ に温 湿度 セン サー (HMP155,

Ⅱ 材料と方法
１．調査地 観測地は群馬県利根郡みなかみ町の日本Vaisala)を用いて気温と湿度を計測し，観測塔の頂上に光大学水上演習林(36°48′N, 139°02′E, 標高 650-985

量子センサー(PQS-1, Kipp & Zonen)を設置し，全天光合m)で，優占樹種はブナ(F. crenata)であり，その他の樹種成有効放射量(PAR)を計測し，10 秒毎に出力されるデーとしてミズナラ(Quercus crispula)などの落葉広葉樹が混タを 10 分平均した値をデータロガー(CR1000, Campbell）在した平均樹高 15 m 程度の 50~60 年生の二次林である。に記録させた。土壌含水率(θ)の計測では，TDR 土壌水分測定は演習林内の高平山山頂(標高: 985m）に設置されたセンサー(CS616, Campbell)を深度 10 cm に設置し，30 分高さ６m の観測塔で行われた。山頂周辺の地形は斜面勾毎の瞬間値をデータロガー(CR1000, Campbell)に記録さ配が急な円錐形を呈し，山頂付近の樹高は２m 程度であせた。降水量は高平山山頂から北へ直線距離でおよそ６るため，６m の観測塔の上端での高さは山頂周辺にあるkm 離れた藤原 AMeDAS (36°52′N, 139°04′E, 標高樹木の樹高よりも高い。

700 m)のデータを使用した。解析期間は，2017 年，2018年および 2019 年の６月１日から７月 31 日である。

２．CO2 フラックスおよび一般気象の測定 ６m の観測塔の先端に Open-path 型ガスアナライザー(EC150,Campbell)および超音波風速温度計(CSAT3, Campbell)を
Jul.

Jul.
0.50 .3

θa2)b2)b1)

θ0.20 .1a3)
b3)

0.0

12 50

03525TaTaTa

15C O 2 flux

5 c1)

（ μ m ol m - 2 s - 1 )-3θ6080100 a1)
2 5 000.4

PPP

403PAR- 2 -1( μ m ol m s )

Jun.

Jul.

θTa(℃ )

Jun.

020(m m )P-1
(m m day )Jun.

Ⅲ 結果と考察c3)c2)

50250-256/1
2017d3)d2)-50 d1)
7/1

7/3 1 6/1
2018

7/1

Day

7/3 1 6/1
2019

7/1

7/3 1

図-１. 1)2017 年，2)2018 年および 3)2019 年の６月から７月における a)日降水量(P)および日平均土壌含水率(θ)，日中(10 時～14 時)平均した b)光合成有効放射量(PAR)，c)気温(Ta)，d)CO2 フラックスの経時変化
Fig.1 Time series of (a) daily precipitation (P; bars, left scale) and daily mean volumetric soil water content at a depth of 10 cm(θ; lines, right scale), (b) midday (10:00–14:00) average photosynthetically active radiation (PAR), (c) air temperature (Ta), and(d) CO2 flux during the observation period (June and July, 2017–2019).

－126 －関東森林研究

１．一般気象および CO₂フラックスの経時変化 図-71-1(2020)

50

１は，2017 年，2018 年および 2019 年の６月から７月にa)

25

おける a) 日積算降水量(P)および日平均 θ，日中(10 時～014 時)平均した b) PAR，c) 気温(Ta)，d) CO₂フラックスの-25

図-１a1)，a2)および a3)において，2017 年，2018 年おC O 2 flux

よび 2019 年の６月～７月の積算降水量は，それぞれ414.0 mm，173.5 mm および 283.5 mm であり，２ヶ月間の降水量は2018年で最も少なかった。
2017年および2019年の６月～７月の θ は 0.2～0.3 m3 m-3 の範囲で変動し，2018 年 7 月中旬から 7 月下旬にかけて θ が 0.1 m3 m-3 以（μ m ol m -2 s -1 )経時変化を示す。

下になり，θ の著しい低下がみられた（図-１a2）参照)。

2017-5050b)

250-25

2018-5050c)

25図-１b1)，b2)および b3)において，2017 年，2018 年お0

よび 2019 年の PAR の平均値は，それぞれ 1,100，1,500および 1,000 µmol m-2 s-1 となった。2018 年の PAR は 2017-25年および 2019 年のものに比べ大きく，2018 年では他の-50

2019
0500

年よりも晴天日が多かったと考えられる。

1000

1500

2000

2500

PAR
( μ mol m - 2 s -1 )図-１c1)，c2)および c3)において， ６月の Ta について
は，20℃以下のデータ多く，年による違いはあまり見ら図-２. a) 2017 年，b) 2018 年および c) 2019 年の６月

れないが， 2017 年，2018 年および 2019 年の７月の平均から７月における CO2 フラックスと光合成有効放気温は，それぞれ 23.8，25.5 および 21.4℃となり，2019射量(PAR)の関係年で最も低かった。

Fig.2

図-１d1)，d2)および d3)において，日中 CO₂フラック
スの 1 日平均値を示す。2017 年６月から７月にかけて，
CO₂フラックスは負値を示し，大気から森林へ CO₂を吸RelationshipbetweenCO2

photosynthetically active radiation

fluxand(PAR). Circles

represent half-hourly data for June–July in (a) 2017, (b)2018, and (c) 2019.

収していることが示された。2018 年６月から７月中旬では CO₂フラックスは負値を示し，それ以降では正値とな

３．CO₂フラックスと PAR および Ta の関係 図-３

り，森林から大気へ CO₂を放出していることが示された。

は，1) 2017 年，2) 2018 年および 3) 2019 年の７月の日中2019 年における CO₂フラックスは６月では負値を，７月(10 時～14 時)における CO₂フラックスと a) PAR の関係

では正値を示すデータが多くみられた。

および b) Ta の関係を示し，図中の凡例を θ によって色

２. CO₂フラックスと PAR の関係 図-２は，a) 2017を分けて表示した。図-３c)は，図-３a)および b)で示され年，b) 2018 年および c) 2019 年の６月から７月におけるた日中(10 時～14 時)の CO₂フラックスの頻度分布図を

CO₂フラックスと PAR の関係を示す。図-２a)，b)および示し，図中の凡例を気温によって色を分けて表示した。

c)は，それぞれ 2017 年，2018 年および 2019 年のデータ

図-３a1)，b1)において θ が 0.2 m3 m-3 以上，PAR が 1,000を示す。 図-２a)，b)および c)において，PAR が 0～1,000µmol m-2 s-1 以上で，Ta が 20℃以上の場合は CO₂フラッµmol m-2 s-1 の範囲では，下向き CO₂フラックスは緩やか

クスが負値を示す場合が多かった。図-３c1)で示されたに増加するが，PAR が 1,000 µmol m-2 s-1 以上では，下向CO₂フラックスのデータは，Ta が 20℃以下のものは少な

き CO₂フラックスの増加はあまりみられない傾向は，く，全データ(n=193)の 16%が正値であった。このため，2017 年，2018年および2019年のデータに共通していた。

日中において PAR が比較的大きく，Ta が高く，土壌が比図-２において，正値を示す CO₂フラックスのデータ

較的湿潤な条件では，大気から森林に CO₂を吸収する傾は，図-２b)の 2018 年では，PAR が 1,500 µmol m-2 s-1 以上向を示すと考えられる。の比較的高い場合で，図-２c)の 2019 年では，PAR が 1,000図-３a2)，b2)おいて PAR が 1,000 µmol m-2 s-1 以上で，µmol m-2 s-1 の以下の場合で多くみられた。次節では，2018

Ta が 20℃以上で，θ が 0.15 m3 m-3 未満である場合，正値

年および 2019 年において正値の CO₂フラックスが多くを示す CO₂フラックスのデータが多くみられた。図-３

示された７月のデータに着目して解析を行う。

c2)において，CO₂フラックスの全データ(n=226)の 56.8%－127 －□: Ta < 20℃○: θ < 0.15 m3 m-33-33■: 20℃ < Ta < 25℃-3●: 0.15 m m < θ < 0.2 m m3■: 25℃< Ta-3●: 0.2m m < θ
50
250C O 2 flux

（μ m ol m -2 s -1 )-25-50 201750a1)

2017b1)n=193c1)

a2)

2018b2)n=226c2)

a3)

2019b3)n=190c3)

250-25-50 201850
250-25-50 2019
0500

1000

1500

2000 2500

121620PAR( μ mol m - 2 s -1 )2428Ta(℃ )3234

0 12 24 36 48 60

FREQUENC Y

図-３. 1)2017 年，2)2018 年および 3)2019 年の７月における日中(10 時～14 時)の CO2 フラックスと a) 光合成有効放射量(PAR)および b)気温(Ta)の関係，c)CO2 フラックスの頻度分布

Fig.3 Relationships of midday (10:00–14:00) CO2 flux with (a) photosynthetically active radiation (PAR) and (b) air temperature(Ta), as well as (c) frequency distribution of CO2 flux.
が正値を占め，その多くデータは Ta が 25℃以上であっ(２) Baldocchi, D. D. (2003) Assessing the eddy covarianceた。2018 年７月のように，PAR が大きく，Ta が高い条件

technique for evaluating carbon dioxide exchange rates ofでも，比較的長い無降雨期間により土壌が比較的乾燥すecosystems: past, present and future. Global Change Bio. 9:

る場合では，森林から大気に CO₂を放出する傾向を示す

479-492

可能性が高いと考えられる。

(３) 気象庁．オンライン

図-３a3)，b3)において，
θ が 0.2 m3 m-3 以上であっても，

https://www.jma.go.jp/jma/press/1908/01a/tenko1907.html

PAR が 1000 µmol m-2 s-1 以下で，Ta が 20℃以下の場合，(2019 年 10 月 31 日参照)

CO₂フラックスの多くのデータは正値を示した。
図-３c3)(４)小坂泉・野中翔平・大塚羽純・関崎良美・田口裕也・

では，CO₂フラックスの全データ(n=190)の 56.2%が正値

清水伸大・瀧澤英紀・阿部和時 (2016) 冷温帯落葉広葉樹を占め，その多くのデータは Ta が 20℃未満であった。

林における渦相関法によるフラックスの連続観測．関東

このため，土壌が比較的湿潤な条件であっても，PAR が森林研究 67(1) : 77-80

小さく，Ta が低い場合では，森林から大気に CO₂を放出(５) 松井哲哉・田中信行・八木橋勉・小南裕志・津山幾する傾向を示す可能性が高いと考えられる。

太郎・高橋潔（2009）温暖化にともなうブナ林の適域の引用文献(６) 野中翔平・小坂泉・瀧澤英紀・阿部和時 (2015) ブナ(１) 朝倉健介・小坂泉・島田悠暉・宮浦琴美・古旗果波・が優占する冷温帯落葉広葉樹林における相対的な葉量が瀧澤英紀・阿部和時 (2019) ブナが優占する冷温帯落葉CO2 フラックスに与える影響－2014 年と 2015 年のデー

広葉樹林における春季から夏季の CO2 フラックスの変動

タ比較－．関東森林研究 67(1) : 101-104

変化予測と影響評価．地球科学 14(2) : 165-174

特性－2017 年と 2018 年の比較－．関東森林研究 70(2) :印刷中－

128 －