純CO2ガス放出方式のFACE装置

• 担当機関: （独）農業技術研究機構 東北農業研究センター
• 研究期間: 1998～2000
• 研究担当者: Mark Lieffering; 岡田益己（東北農研）; 吉本真由美（農環研）; 金 漢龍（科学技術振興事業団）; 小林和彦（農環研）; 中村浩史（科学技術振興事業団）
• 発行年度: 2001
• 要約: ブロワーを用いないで純CO2ガスを直接フィールドに放出する、軽量で低価格のFACE（開放系大気CO2増加）装置を開発した。
• キーワード: FACE、開放系大気CO2増加、CO2、気候変動
• 背景・ねらい: 21世紀半ばに予想される大気CO2濃度の上昇が、水稲・水田生態系に及ぼす影響を、FACE実験によって解明するために、水田への設置が容易で低価格の装置を開発する。とくに既往のFACE装置ではブロワーの気流攪乱による環境改変が問題になっているので、ブロワーを使わずに、ガス圧を利用して純CO2ガスを放出する新しい方式を開発する。
• 成果の内容・特徴: 1.; 液化炭酸ガスを気化し、約0.7MPaの圧力で試験圃場の制御装置に供給する。; 2.; １片5mの園芸用の灌水チューブを水稲群落上約50cmに８角形に配置し、直径約12mのリングを作る。風上側３辺のチューブからCO2を放出する。無風時は１つ置きに４辺のチューブから放出し、10秒間隔で他の４辺と切り替える。リング中央の群落直上で大気をサンプルし、CO2濃度をCO2分析計で測定する。その濃度が設定値になるように、圧力制御弁の開度をPIDアルゴリズムで制御する。この制御プログラムをデータロガーに組み込む（図１）。チューブに供給されるガス圧は最大0.1Mpa程度である。; 3.; ブロワー型FACE装置では、直径30cm程度の配風ダクトと32本の放出パイプを圃場周囲に配置し、50m³/分程度の有圧ファンでダクトに希釈ガスを送る。これに対して本装置の資材は、灌水チューブ８本、それを支えるパイプハウス用直管24本、接続用の水道用ホース類で、いずれも市販品である。軽量なので軟弱な水田にも容易に設置できる。; 4.; FACE装置の動的制御性は、1分間の平均CO2濃度が、設定値の±10%に入る時間割合で評価する。時間割合は弱風域で低下するが、風速が1.5～2m/s以上でほぼ安定する（図２）。本装置の期間平均割合は他のFACE装置に比べて低いが、同じ風速域で比較すると（図２棒グラフ）、イタリアの装置と同程度、米国のBNL方式よりやや低い性能である。; 5.; リング中央のCO2濃度がほぼ設定値に維持されるのに対して、周囲では100ppm弱高くなる。0.3m/s以上の風速域では均一な分布が得られる（図３）。期間平均では、リング内の60%の面積で、設定値+15%以内の濃度を達成できる。この面積割合は米国の装置とほとんど差がない。; 6.; CO2消費量は約0.3 kg/m² hで、米国のBNL方式と大差なく、イタリアのFACEの約1/4である。
• 成果の活用面・留意点: 1.; 2001年度に中国、オーストラリアで本仕様による装置が建設され、実験実施中である。; 2.; 放出チューブの高さが制御性に影響するので、草丈の伸張とともにチューブ高を上昇させる。; 3.; 風速が大きいほど時間・空間的制御性が向上するが、5m/s以上の強風では放出ガス量が不足する。強風地域では放出能力を増すための対応が必要となる。
• カテゴリ: 水田 水稲