森林炭素動態変動予測の高度化を目指した土壌圏プロセスの野外温暖化実験と統合的解析

田间变暖实验和土壤球过程综合分析旨在改进对森林碳动态变化的预测

• 批准号: 14F03907
• 负责人: 村岡 裕由
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Gifu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14F03907/
• 关键词: 森林生態系; 土壌呼吸; 温暖化; 根呼吸; 微生物呼吸; 野外温暖化実験; 炭素循環; 気候変動; 落葉広葉樹林; 温度応答性; 温度馴化

本研究では森林生態系の土壌と林冠樹木の温暖化応答を野外で実験的に明らかにすることを目的とした。実験は，今後温暖化の影響が出やすいと予想される緯度や標高の異なる２地点の冷温帯地域の落葉広葉樹林（岐阜大学・高山試験地，北海道大学・苫小牧研究林）で行った。高山試験地および苫小牧研究林ともに，土壌の昇温処理により土壌呼吸速度は高くなった。土壌呼吸速度の増加は植物根呼吸と土壌微生物呼吸の両方の活性が上がったためであった。苫小牧では無雪期間の土壌呼吸速度の上昇幅は32～45％であり，微生物と根呼吸速度のそれぞれの上昇幅は約40％と約16％だった。高山では土壌呼吸速度は10－22％上昇し，微生物呼吸は約47％，根呼吸は約10％だった。土壌呼吸には温度上昇の影響が見られたが土壌炭素蓄積量には顕著な影響が見られず，植物根の成長は温度上昇により増加した。高山と苫小牧ともに，土壌呼吸速度は明瞭な季節変化を示した。土壌呼吸速度は地温が高く，また森林地上部の光合成活性の高い季節である夏に高い傾向が認められた。季節を通じた地温の変化と土壌呼吸速度の変化の関係性に加えて，根呼吸と微生物呼吸の日変化がそれぞれ地温の変化から数時間遅れて生じることが高山で明らかになった。日・季節・年という異なる時間スケールでの土壌呼吸速度の変動をモデル化することにより，土壌呼吸速度の推定精度を向上させることができた。土壌呼吸速度の温度反応曲線は土壌温暖化区と対照区で異なることが明らかになった。土壌の昇温は土壌中の植物根と微生物の呼吸活性を上げることにより春と秋のCO2放出量を増加させた。温度反応曲線の傾きは温暖化区の方が対照区に比して低下したことが発見された。この現象をシミュレーションモデルで予備的な解析を行った結果，土壌呼吸速度の温度馴化反応を考慮しないと将来環境での土壌呼吸速度が過大評価されることが示された。

本研究的目的是通过实验阐明野外森林生态系统中土壤和冠层树木的全球变暖响应。该实验在两个冷温带地区（岐阜大学高山实验场和北海道大学苫小牧研究林）的落叶阔叶林中进行，这些地区位于不同的纬度和海拔，预计未来更容易受到全球变暖的影响。 。在高山试验场和苫小牧研究林，土壤呼吸速率因土壤加热而增加。土壤呼吸速率的增加是由于植物根系呼吸和土壤微生物呼吸活性的增加。在苫小牧市，无雪期间土壤呼吸速率增加了32%至45%，微生物和根系呼吸速率分别增加了约40%和16%。在高山地区，土壤呼吸率增加10-22%，微生物呼吸率增加约47%，根系呼吸率增加约10%。虽然土壤呼吸受到气温升高的影响，但土壤碳积累并未受到明显影响，植物根系生长随气温升高而增加。在高山和苫小牧，土壤呼吸速率都呈现出明显的季节变化。夏季土壤呼吸速率往往较高，此时地温较高，森林地上部分的光合作用活动较高。除了土壤温度季节变化与土壤呼吸速率变化之间的关系外，在高山地区，根系呼吸和微生物呼吸的日变化均在土壤温度变化后数小时内发生。通过对不同时间尺度（每日、季节和每年）土壤呼吸速率的变化进行建模，我们能够提高土壤呼吸速率估计的准确性。结果表明，土壤增温区与对照区土壤呼吸速率的温度响应曲线存在差异。土壤变暖通过增加植物根系和土壤中微生物的呼吸活动，增加了春季和秋季二氧化碳的释放量。结果发现，变暖区域的温度响应曲线的斜率低于对照区域。利用模拟模型对这一现象进行初步分析表明，如果不考虑土壤呼吸速率的温度驯化响应，未来环境下的土壤呼吸速率将会被高估。

项目成果

温暖化実験による冷温帯落葉広葉樹林の光合成特性と土壌呼吸の環境応答の解明

通过全球变暖实验阐明寒温带落叶阔叶林光合特性和土壤呼吸的环境响应

• 发表时间: 2014
• 作者: Noh NJ;Kuribayashi M;Saitoh TM;Nakamura M;Nakaji T;Hiura T;Muraoka H;H. Tuennermann and A. Shirakawa;村岡裕由・魯南賑・長尾彩加・斎藤琢・栗林正俊・野田響・伊藤昭彦・永井信・中路達郎・日浦勉
• 通讯作者: 村岡裕由・魯南賑・長尾彩加・斎藤琢・栗林正俊・野田響・伊藤昭彦・永井信・中路達郎・日浦勉

Open-field warming experiments in a mature deciduous broadleaf forest at Takayama, Japan

日本高山成熟落叶阔叶林的露天增温实验

• 发表时间: 2014
• 作者: Noh NJ;H. Tuennermann and A. Shirakawa;H. Tuennermann and A. Shirakawa;Muraoka H
• 通讯作者: Muraoka H

Seasonal and annual variability of soil warming effects on belowground carbon cycles in a cool-temperate deciduous forest.

土壤变暖的季节性和年度变化对冷温带落叶林地下碳循环的影响。

• 发表时间: 2015
• 作者: Noh N.J.;Kuribayashi M.;Saitoh T.M.;Muraoka H.
• 通讯作者: Muraoka H.

地球温暖化時代の森林生態系研究：高山サイトでの分野融合研究の展開

全球变暖时代的森林生态系统研究：高山遗址跨学科研究的发展

• 发表时间: 2014
• 作者: Noh NJ;Kuribayashi M;Saitoh TM;Makita N;Nakaji T;Hiura T;Muraoka H;村岡裕由
• 通讯作者: 村岡裕由

Open-field warming experiments on soil carbon fluxes and pools in cool-temperate deciduous forests, Japan

日本冷温带落叶林土壤碳通量和库的露天增温实验

• 发表时间: 2014
• 作者: Noh NJ;Kuribayashi M;Saitoh TM;Nakamura M;Nakaji T;Hiura T;Muraoka H
• 通讯作者: Muraoka H