11月の公開セミナー

近年の研究データの膨大な蓄積と計算資源の発展とともに、データ同化と呼ばれるモデルの精緻化と解析手法が様々な分野用いられてくるようになってきた。データ同化は、元々は気象学や海洋学の分野で主に発展してきた技法で、数値天気予報や各種の最適化処理に用いられているものである。近年では、「シミュレーションモデルに、新たに得られた測定データを統計的に取り込む手法」を総称するものとしてデータ同化という用語を使う場合も多い。データ同化によってモデルを精緻化するとともに、様々な解析が可能になる。本研究では、データ同化手法の応用例として、以下の3つの未発表の研究を紹介する。
1. 土壌中の二酸化炭素発生量の鉛直プロファイルの推定
　大気中の二酸化炭素濃度の増加にともなう温暖化によって、土壌炭素の分解が促進され、気候変動に対して正のフィードバックを起す可能性が指摘されている。それにともない、気候変動によって土壌の二酸化炭素発生量がどのように変化するのかを推定することの重要性が増してきている。しかしながら、土壌の深さによってどの程度二酸化炭素の発生量が異なるのかについての研究は極めて少ない。本研究では、岐阜県高山市で2005年から測定されている土壌二酸化炭素濃度の時系列 (土壌表面から5cm、10cm、20cm、50cm深で測定) に対して、粒子フィルター法を適用し、不確定要素の時間変化も考慮したうえで、土壌二酸化炭素発生量プロファイルを推定する手法を提案する。
2. 過去の気候変動の作物生産性への影響の評価
　大気中二酸化炭素濃度の増加と気候変動によって、作物がどのような影響を受けるのかを解明することは、将来の食料安全保障上非常に重要な課題である。本発表では、全球レベルの収量時系列データを用いて、作物生産性モデルのパラメータを全球レベルでマルコフ連鎖モンテカルロ法を用いてデータ同化した。この大規模データによってデータ同化された作物モデルを利用した一つのアプリケーションとして、過去約四半世紀の気候変動によって、作物がどのような影響を受けてきたのかを推定した結果を報告する。
3. イネにおけるケイ素輸送の特異性
　イネにおいてケイ素は重要な役割を果たすため、大量に吸収する必要があり、実際イネにおけるケイ素濃度は他の作物に比べて極めて高い。なぜイネにおいて、これほどケイ素濃度が高いのか、そのことを明らかにするために、本研究では、根のケイ素吸収輸送モデルを作成し、ベイジアンエミュレーションを援用したデータ同化でモデルのパラメータを決定した。そのモデルを利用した解析の結果、イネにおけるケイ素輸送において、カスパリ―線が重要な役割を果たしていることが明らかになった。

Today, new pesticides and veterinary pharmaceuticals are subjected to environmental risk assessment by the regulatory authorities before they can be placed on the market. These prospective evaluation procedures are well established for the authorization of pesticides, based on industrial, regulatory and academic research at laboratory, lysimeter or microcosm scale followed by perennial field testing. These research activities are completed by post-regulatory monitoring and regulatory re-evaluation. Veterinary medicines, the other environmentally relevant class of biologically active agro-chemicals, however, are monitored for their environmental fate and behavior before registration only at laboratory scale partly supported by fate modelling. Hence, the significance of laboratory test systems is clearly emphasized.
Within this seminar, it will be shown how laboratory testing, accompanied by residue and radiotracer analysis, improves the understanding of concentration determining processes e.g., sorption and degradation of pesticides in soil. The dependency on boundary conditions, given by the experimental design, the test substance and sample matrix under study will be reflected. For veterinary medicines, applied to production animals and then excreted as unchanged parent compounds or formed metabolites, the entry route into soil by manure application has to be taken into account. Therefore, this regulatory test concept adopted from pesticide monitoring should be advanced in order to consider possible manure effects on the fate of veterinary medicines in soil.

土壌消毒に用いられる揮発性の高い土壌くん蒸剤（農薬）は，人への毒性や環境負荷の面で多くの問題を抱えつつも，連作障害を回避するために不可欠な手段として日本全国で大量に使用されている。しかし，欧州連合(EU)では既に全廃され，米国では非常に厳しい条件下での使用に制限する等のリスク削減管理策が実施されている。

本研究課題では，土壌くん蒸に用いる被覆フィルムのガスバリアー性能と土壌くん蒸剤処理量の最適化，さらに，土壌中に残留する土壌くん蒸剤の積極的な化学的分解除去技術を適用することにより大気への漏洩防止を図る技術を開発する。これらを応用することで，大気中暴露濃度を指標とした科学的に裏付けられた合理的かつ，より効果的な処理方法の適用により各地域の栽培・立地・環境条件に適応した「日本型のリスク削減・管理策」を提案する。

徳島県のサツマイモ栽培では，サツマイモ立枯病対策として，一般的にクロルピクリンによる土壌くん蒸処理が行われている。しかし，処理中にガス化したクロルピクリンの刺激臭等が問題となっている。この対策として，マルチ用フィルムにガスバリアー性フィルムの導入が徐々に進められており，フィルムのガス透過速度を測定することによりガスバリアー性能を評価することが求められている。ここでは，フィルムの違いによるクロルピクリンの透過速度の違いと，大気への漏洩に大きく影響する土壌水中でのクロルピクリンの分解速度のpH依存性を評価する機会を得たのでその実験系と中間結果について報告する。また，同時に徳島県内の農業事情についても紹介する。

The development of crops which are well-suited to growth under future environmental conditions such as higher atmospheric CO₂ concentrations ([CO₂]) is essential to meet the challenge of ensuring food security in the face of the growing human population and changing climate. A high-yielding indica rice variety (Oryza sativa L. cv. Takanari) has been identified as a potential candidate for such breeding, due to its extremely high productivity in present [CO₂]. To test if it could further increase its productivity under elevated [CO₂] (eCO₂), Takanari was grown in the paddy field under season-long free-air CO₂ enrichment (FACE, approx. 200 μmol mol-1 above ambient [CO₂]) and its leaf physiology was compared with the representative japonica variety ‘Koshihikari’ over two growing seasons. Takanari showed consistently higher midday photosynthesis, stomatal conductance, and carboxylation rate of Rubisco than Koshihikari under both ambient and eCO₂ growth conditions from heading to the mid-grain filling stage. In contrast to Koshihikari, Takanari showed no decrease in total leaf nitrogen on an area basis when grown in eCO₂, and exhibited higher Rubisco content than Koshihikari at the mid-grain filling stage. Chlorophyll content was higher in Takanari than Koshihikari at the same leaf nitrogen level. These results indicate that Takanari performs strongly at the leaf-level in eCO₂ and may be a valuable resource for rice breeding programs which seek to increase crop productivity under current and future [CO₂].

Three applications of dust particle counter would be reported.

One: Dust particle counter were used for measure dust concentration at three stations with different surface conditions in a small area at Dunhuang, China from March 25 to April 15, 2004. Convergence/divergence method was used for evaluating regional dust emission from the area by calculating horizontal dust transportation (horizontal dust flux) from the three stations. The results show that although the horizontal dust flux at Gobi desert was the most among the three stations due to strong wind there, dust concentration at cropland was the most among the three stations and regional dust emission occurred only when the wind blow from cropland to Gobi desert. This suggest that agriculture activities play an important role for regional dust emission at Dunhuang, China.

Two: Dust particle counter were used for measure dust concentration at three stations in Japan for understanding the charecteristics of dust event in Japan.

Three: Dust particle counter were used for measure PM2.5 in Tsukuba. Some charecterists of PM2.5 in spring 2013 would be reported.