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
- [要約]
- 大気−植生−土壌系モデルを構築し，高温・高ＣＯ2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ＣＯ2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ＣＯ2濃度によりＣＯ2吸収量が約45%増大した。
農業環境技術研究所 環境資源部 気象管理科 気象特性研究室
[部会名] 環境評価・管理
[専門] 農業気象
[対象]
[分類] 研究
- [背景・ねらい]
- 地球温暖化に影響する大気中の二酸化炭素（ＣＯ2)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ＣＯ2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ＣＯ2濃度条件下での，大気−農耕地間のＣＯ2
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・ＣＯ2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）。
- 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）。
- 地球環境変動シナリオに基づいて，(a)現在の温度・ＣＯ2濃度の場合，(b)高温の場合（現在+2℃），(c)高ＣＯ2濃度の
場合（現在+200ppm），(d)高温・高ＣＯ2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。
- 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ＣＯ2フラックスは， 現在と
比べて約16%減少した （図３， ４） 。
- 高温・高ＣＯ2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ＣＯ2フラックスの
増加は16%程度であった （図４） 。
- 群落上の下向きのＣＯ2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ＣＯ2条件での光合成速度の増加が群落上の
ＣＯ2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。
[その他]
研究課題名：大気環境に及ぼす影響の解明と評価
−環境変化に伴う大気−農耕地におけるＣＯ2ガス収支の変動予測
予算区分 ：経常，一般別枠 [地球環境]
研究期間 ：平成７年度（平成２〜７年度）
発表論文等：大気−植生−土壌系モデル（NEO-SPAM）による数値実験−ダイズ群落の形態の
違いによる光合成速度分布・効率について，第８回数値流体力学シンポジウム講要
(1994)
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