大気−植生−土壌系モデル計算による農耕地の二酸化炭素収支の変化

• 担当機関: 農業環境技術研究所
• 研究期間: 1995～1995
• 発行年度: 1995
• 要約: 大気－植生－土壌系モデルを構築し，高温・高ＣＯ SIZE=-1>2濃度（+2℃，+200ppm）条件下での大気－農耕地間の物質・エネルギー交換過程についてシミュレーションを行い，地球環境変動に伴う農業生態系のＣＯ SIZE=-1>2収支の変化を解析した。栄養生長後期のダイズ群落では，高ＣＯ SIZE=-1>2濃度によりＣＯ SIZE=-1>2吸収量が約45%増大した。
• 背景・ねらい: 地球温暖化に影響する大気中の二酸化炭素（ＣＯ SIZE=-1>2)濃度は，農耕地の植物の光合成・呼吸活動と深く関与しているが，地球温暖化に伴って，農耕地におけるＣＯ SIZE=-1>2交換量がどのように変化するか不明な点が多い。本研究では，植物が日射・風速・気温等の環境条件の変化に生理生態的に反応する大気－植生－土壌系のシステムダイナミクスモデルを構築し，高温・高ＣＯ SIZE=-1>2濃度条件下での，大気－農耕地間のＣＯ SIZE=-1>2収支を解析した。

成果の内容・特徴

　２次元NEO-SPAMは大気－植生－土壌系の非定常の微気象モデルで，大気や土壌での熱や水蒸気・ＣＯ SIZE=-1>2の移流拡散式，エネルギー収支式，植物体内の水分移動の式等からなる。これに植物の生理生態反応のサブモデルを組み込み，総合的なシステムモデルを構築した
（図１）。

1. ダイズ群落を対象とし，観測データに基づいて葉面積密度分布等のパラメータを設定し，夏季の晴天日（7月28日）の繁茂した群落（LAI=6.57）における日射・風速等のプロファイルの時間変化についてモデル計算を行った
   （図２）。
   
2. 地球環境変動シナリオに基づいて，(a)現在の温度・ＣＯ SIZE=-1>2濃度の場合，(b)高温の場合（現在+2℃），(c)高ＣＯ SIZE=-1>2濃度の場合（現在+200ppm），(d)高温・高ＣＯ SIZE=-1>2濃度の場合（現在+2℃，現在+200ppm）の４つの場合についてシミュレーションを行った。
   
3. 高温の場合(b)，光合成速度Ｐが若干増加するが土壌呼吸Ｒsoilの増加がこれを上回り，群落上の下向きの日積算ＣＯ SIZE=-1>2フラックスは，現在と比べて約16%減少した
   （図３，４）。
   
4. 高温・高ＣＯ SIZE=-1>2濃度の場合(d)での光合成速度Ｐは現在(a)に比べて午前中約38%増えるが，14時以降主として転流による制限等により低下し
   （図３），群落上の日積算ＣＯ SIZE=-1>2フラックスの増加は16%程度であった
   （図４）。
   
5. 群落上の下向きのＣＯ SIZE=-1>2フラックスを群落光合成量と土壌呼吸に区分して積算した結果
   （図４），温度上昇が光合成速度と土壌呼吸に及ぼす影響，高ＣＯ SIZE=-1>2条件での光合成速度の増加が群落上のＣＯ SIZE=-1>2フラックスに及ぼす寄与等を定量的に把握することができた。
   

• 成果の活用面・留意点: 本モデルは，種々の群落形態や日射・風速等の環境条件についてシミュレーションを行うことが可能である。しかし，植物の種類や生育時期が異なる場合は，植物の生理生態反応サブモデルのパラメータについて検討を要する。
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