陸域生態系研究と炭素循環観測との有機的連携に向けて
JaLTERとJapanFluxの連携と国際ネットワーク～

柴田 英昭
北海道大学 北方生物圏フィールド科学センター

内 容• なぜ連携が必要なのか？
• どのような連携が可能なのか？
• 国際連携の可能性は？
• 次世代への人材育成

なぜ連携が必要なのか？
1. CO2動態研究のみでは、温暖化に対する生態系影響や適応について十分に解明することができない
2. 温暖化に対して炭素循環と生態系はさまざまな時間的・空間的スケールで変動するため、多角的な研究が必要である

なぜ連携が必要なのか？
CO2 ＜大気-陸面の炭素フラックス＞
正味生態系交換量＜生態系内の炭素動態＞
地上部バイオマス (葉，枝，幹など)
地下部バイオマス (根)土壌 (腐植，リター，微生物など)
溶脱 (地下水，河川水)動態メカニズムや変動要因、滞留動態メカニズムや変動要因、滞留時間がそれぞれ異なる時間がそれぞれ異なる

なぜ連携が必要なのか？

Pendall et al. (2008) Functional Ecology 22: 937-940.

地上部と地下部で地上部と地下部での炭素と水・養分動の炭素と水・養分動態の相互影響
態の相互影響なぜ連携が必要なのか？

平均気温

温暖化に対する影
温暖化に対する影
響は地上部と地下
響は地上部と地下部で異なると予想部で異なると予想
されている
されている

Litton & Giarduna (2008) Functional Ecology 22: 941-954.

なぜ連携が必要なのか？

炭素固定への温度や養分の影響
Magnani et al. (2007) Nature 447: 848-850

なぜ連携が必要なのか？
生態系内炭素循環の長期変動
生態系内炭素循環の長期変動

Fahey et al. (2005) Biogeochemistry 75: 109-176

どのような連携が可能なのか？
大気-森林のCO2交換観測
生態系内部の炭素循環計測
バイオマス， 生物季節，落葉・落枝，土壌呼吸，有機物分解，養分動態・・・

地下水・河川への流出観測どのような連携が可能なのか？
生態系総合調査の統合化

根系調査
フラックス観測

落葉・落枝
林内雨水文・水質
バイオマス

土壌呼吸

空中写真解析

土壌呼吸量

総生態系交換量

838580Δ=92118

落葉・落枝

549

樹体内転流量

枯死量

79
土壌Δ=146

Δ=164

溶脱

苫小牧研究林における幌内川流域生態系の炭素循環 (gC m-2 y-1)
Shibata et al. (2005) Ecological Research 20: 325-331

どのような連携が可能なのか？
北海道大学 雨龍研究林
協力：長谷川潤子氏・吉田俊也氏・雨龍研究林技術班

樹木フェノロジーの長期観測 (1998年～)

どのような連携が可能なのか？
積算温度と開葉日の関係
紅葉期間

Leaf expansion

Leaf colored

Date (day-month)30-Oct16-Oct2-Oct

18-Sep

4-Sep

21-Aug7-Aug

24-Jul

10-Jul

26-Jun12-Jun29-May15-May1-MayYear

1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006

Calendar day of leaf expansion

開葉期間

Mongolian Oak (Quercus crispla)160

y = 0.918 x + 11.612
2R = 0.803

155
150
145
140
135
130
130

140

150

160

Calendar day of CT200
CT200 = accumulated temperature (>5oC) is 200 oC.

気候変動と樹木フェノロジーの長期モニタリング(ミズナラ；1998～2006，北大雨龍研究林)中嶋ら（2007）北方森林保全技術 25: 24-30. より作図

『高山スーパーサイト』での実践例

JapanFlux

岐阜県高山市TKC（常緑針葉樹林）
2004年～NEP ( gC m-2 day-1)

86420-21994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

コアサイトTKY（落葉広葉樹林）
1993年～(岐阜大学：村岡裕由氏より)

現地観測・生態系モデル・リモセンの活用 (岐阜大学：村岡裕由氏より)
生態プロセス研究

フラックス観測

気象ー生態系モデル

Ecological reserach

Flux observation

Modeling

衛星リモートセンシング
Remote sensing

樹種ごとの葉面積指数の詳細計測②落葉期（盛夏～冬）
落葉速度・量の計測①展葉期（春～初夏）
展葉速度の計測
ダケカンバ

ミズナラ

ホオノキ
ブナ
ヒトツバカエデ
ウリハダカエデ
ノリウツギ
オオカメノキNasahara et al. (2008) Agr.For.Met.より(筑波大学：奈佐原顕郎氏より)

どのような連携が可能なのか？
Carbon Cycle and Larch growthExperiment北海道大学天塩研究林
皆伐・植林面積：14 ha
PI：高木健太郎(北大)Since 2001

フラックスタワー (30m)

量水堰
Credit: NIES
Oct. 2007

森林管理、炭素循環、温暖化影響の総合研究
森林管理、炭素循環、温暖化影響の総合研究Monitoring terms
Biomass research
Flux measurement
using re mote sensing
systemGas inlet
Wind direction
Wind speed32m
Net radiation
25

Closed-path
system box

21

Biomass & matter flow
researches

Measure ment term on the top of the tower
Short-wave
3D wind speeds
radiation
Long-wave
Open-pathradiation
CO2&H2OPAR
fluctuation
Closed-path
inlet

Precipitaiton

H2O
fluctuation

Surface temp.

Microclimates monitoring
system in the forest

・Biomass, LAI
・Snow survey

Air te mperature& Relative humidity 17m

・Water chemistry ofThrough fall and Rain fall・Deposition rate and the che mistry
・Water chemistry of soil water

13
9
Snow depth・Litter fall

Measure ment term on theforest floor
PAR×８points

5Soil & Ste m
CO2 efflux

Net radiation

2

Snow melt

Atmospheric pressure

1 cm
1 cm 5cm
5Soil heat 10
10flux
CO2 concentration
20
30
in the soil
40
60
80
120
Measure ment term at the weir
Soil water content Soil te mpe rature・Runoff: Wate r te mp.: EC
5cm
155cm
10

1 cm
510

1 cm×4points

・Water chemistry: SS(北大：高木健太郎氏より)

Tree logging Undergrowth strip-cutting and Larch planting7

葉面積指数(LAI)LAI

Remained Sasa

Snow period

6Undergrowth Sasa

54

Sasa in strip-cut row

32Planted larch

10Canopy trees
J20J

O

2001

JA

JO

2002

RE
生態系呼吸量GPP-生態系光合成量
二酸化炭素交換量
NEE
光量
PAR

J

A

J

J

A

J

O

2004

J

A

J

O

2005

JA

J

O

2006

J

A

J

O

2007

gC m-2 yr-1+1395+1049+1035+1167+1145+1229-44+569+495+153+117+4-1439-481-540-1014-1028-1225-2 -12O

2003

0-1060
40Jan

20Jul

2001

Jan

Jul

2002

JanJul2003

JanJul2004

JanJul2005JanJul

2006

JanJul

0-2 -1-20

PAR (mol m d )炭素フラックス-2 m
CO fluxd-1d) )(gCm(gC10A2007

年月

Takagi et al. (2009) Global Change Biology 15, 1275-1288

4Dry
weight (kg)
乾物重量(kg)

10

Birch_abovegroundOak_abovegroundFir_aboveground
Birch_root
Oak_root
Fir_root

310210110010110
DBH (cm)
胸高直径(cm)

100

樹木の胸高直径とバイオマスの関係
Takagi et al. (2010) Eurasian Journal of Forest Research 13, 1-7

Airborne Lidar survey
位置情報

GPSLaser
レーザ
Ref.
反射箇所
Point
LIDAR画像２枚は「国立環境研究所地球環境研究センター提供」(北大：高木健太郎氏より)

JapanFlux

国際連携の可能性は？
International LTER network(www.ilternet.edu)

FLUXNET(www.fluxnet.ornl.
gov/fluxnet)

次世代への人材育成
フィールド拠点における炭素循環と生態系観測の統合研究プロジェクトを通じて、幅広い視野を持った次世代研究者を育成することが期待される。

まとめ• フラックス観測と生態系地上観測を連携し、その地域間比較研究を実施できるプラットフォームを整備し、統合研究を進めることで、温暖化に対する生態系影響・適応についての科学的理解が深まり、政策決定への科学的根拠を生み出すことができるであろう。
• より具体的には、温暖化に対する生態系内の炭素・水・養分動態の相互影響変化や、影響指標としての樹木フェノロジー変化、温暖化による生態系構造・機能の変化等を明らかにできるであろう。
• さらに衛星リモートセンシングとの協働や国際ネットワークとの連携を推し進めることにより、世界をリードする温暖化影響研究イニシアチブの構築が期待される。

謝 辞• JaLTER, JapanFlux，JAXA/EORC，
JAMSTEC，ILTER，FLUXNET 関係各位
• 村岡裕由氏，高木健太郎氏，吉田俊也氏，長谷川潤子氏，奈佐原顕郎氏，小熊宏之氏• 北海道大学北方生物圏フィールド科学セン
ター，北管理部，雨龍研究林，天塩研究林，苫小牧研究林，森林圏ステーション技術室