九州大学学術情報リポジトリ
Kyushu University Institutional Repository
呼吸の時空間変動要因を組み込んだ予測モデルによ るヒノキ人工林における地上部呼吸の温暖化に対す る応答評価
荒木, 眞岳
https://doi.org/10.15017/1931965
出版情報：Kyushu University, 2017, 博士（農学）, 課程博士 バージョン：
権利関係：
氏 名 荒木 眞岳
論 文 名 Predictions of aboveground respiration in response to global warming, based on the models incorporating respiratory variations, in Chamaecyparis obtusa stands
（呼吸の時空間変動要因を組み込んだ予測モデルによるヒノキ人工 林における地上部呼吸の温暖化に対する応答評価）
論文調査委員 主 査 九州大学 准教授 玉泉幸一郎 副 査 九州大学 教授 吉田茂二郎 副 査 九州大学 教授 久米 篤 副 査 九州大学 准教授 榎木 勉
論 文 審 査 の 結 果 の 要 旨
森林を構成する樹木は，光合成によって固定した炭素のうち，呼吸によって 30‒70％の炭素を大 気中に放出している。一般に，呼吸速度は温度に強く依存するため，地球温暖化にともなう気温上 昇によって樹木の呼吸量が増加し，森林の炭素固定機能は低下すると予測されている。しかし，樹 木の呼吸速度は時空間的に変動することから，精度の高い呼吸量の推定や予測のためには，これら の時空間変動性を解明することが不可欠である。本論文は日本の主要な造林樹種であるヒノキを対 象に，葉と幹について呼吸速度の季節的・空間的変動性を明らかにし，これらの時空間変動性を表 現できる呼吸推定モデルを構築した。さらに，構築したモデルを用いて，気温上昇に対する呼吸の 応答を予測し，ヒノキ人工林の地上部呼吸に及ぼす地球温暖化の影響を評価した。
葉の呼吸に関する研究は，10年生のヒノキ人工林で行われ，林冠の高さ別に採取した葉の呼吸速 度を１年間にわたり測定した。呼吸速度の温度反応性を指数関数で近似し，温度20℃に標準化した 呼吸速度（R20，反応曲線の切片に相当）が，季節を通じて上層ほど高くなる明瞭な垂直変化を示す ことを明らかにした。この R20の垂直変化は，林冠内の光勾配によって説明された。一方，温度依 存性を示す Q10（温度が 10℃上昇した時の呼吸速度の増加率，反応曲線の傾きに相当）は，林冠内 で一定であるが，Q10 は冬に高くて夏に低くなる明瞭な季節変化があることを明らかにした。この Q10 の季節変化は，気温の季節変化によって説明された。また，以上の結果から，光勾配と気温を 変数とする葉の呼吸速度の時空間変動を組み込んだ葉群呼吸推定モデルを構築した。
幹の呼吸に関する研究は，50年生のヒノキ人工林で行われ，5個体の幹に沿って様々な高さで，
幹表面からのCO2放出速度を2年間にわたり測定した。その結果，幹表面積あたりのCO2放出速度
（以下，幹呼吸速度）は幹の上部ほど高いこと，この垂直変化は幹の直径成長量と強い正の相関を 示すこと，垂直変化を考慮に入れないと個体の幹呼吸量を過小評価することを明らかにした。さら に，幹呼吸速度の季節変化には，温度に加えて直径成長速度が影響することを明らかにした。また，
以上の結果から，温度と幹成長速度を説明変数とする幹呼吸推定モデルを構築した。
構築されたモデルを用いて，将来の気温がIPCCによる排出シナリオRCP8.5に基づいて上昇した 場合の呼吸量を予測した。まず葉の呼吸速度（R20）の垂直変化を考慮したモデルと無視したモデル
（ビッグリーフモデル）による葉群呼吸量を比較し，無視した場合には33％の過大評価になること を明らかにした。次いで，葉群呼吸と幹呼吸それぞれについて，従来のように温度依存性が変化し ないモデル（固定Q10モデル）と本研究によって構築された温度依存性が変化するモデル（変動Q10
モデル）を用いて，気温上昇にともなう年間呼吸量を推定した。葉群呼吸量の気温上昇による増加 率は，固定 Q10モデルの 35％に対し，変動 Q10モデルでは 14％であることを示した。特に，固定 Q10 モデルは夏季の高温期の葉群呼吸量を過大評価することを明らかにした。幹呼吸の中でも温度 に依存する成分である維持呼吸量の気温上昇による増加率は，固定Q10モデルの23％に対し，変動 Q10モデルでは 17％であることを示した。以上の結果から，気温上昇に対する地上部呼吸の応答を 予測する際，固定 Q10モデルは変動 Q10モデルよりも呼吸量増加を過大評価すること，また従来の 固定Q10モデルによる評価は幹よりも葉で過大評価することを明らかにした。
以上，要するに本論文は，樹木呼吸予測モデルの精緻化を通じて，地球温暖化にともなう森林の 炭素固定機能の将来予測に貢献するものであり，森林生態学の発展に寄与する価値ある業績と認め る。よって，本研究者は博士（農学）の学位を得る資格を有するものと認める。
