Projects


Evaluation and Future Prediction of the Effect of Climate Change on Asian Forest Soil Carbon Dynamics Based on a Comprehensive Field Study

メタン吸収能を含めたアジア域の森林における土壌炭素動態の統括的観測に基づいた気候変動影響の将来予測


【Funding】 The Environment Research and Technology Development Fund (JPMEERF20172005) of the Environmental Restoration and Conservation Agency, Ministry of the Environment of Japan (環境省・(独)環境再生保全機構の環境研究総合推進費)
【研究期間】 令和2年度(2020年度) ~ 令和4年度(2022年度)
【研究代表者(所属機関)】 梁 乃申(国立環境研究所)
【課題番号】 2-2006 (JPMEERF20202006)
【Link HP】 https://www.erca.go.jp/suishinhi/seika/pdf/seika_2_03/2-2006.pdf

【研究の全体概要】:
【課題】:欧米に比べ、有機炭素が豊富な日本を含むアジアモンスーン地域の森林土壌は、微生物呼吸の温暖化に対する長期的なCO2排出量増進の応答が大きいことに加え、温暖化に伴う土壌の乾燥化でCH4吸収能が上昇する可能性も、土壌の劣化でCH4吸収能が低下する可能性も秘めている。しかし、CH4を含めた土壌炭素動態の気候変動応答に関わる観測データの欠如は、将来予測の大きな不確実性の一因となっている。
【方法】:森林における土壌炭素動態への気候変動影響メカニズムの解明に加え、世界的に前例のない、アジア域を網羅する森林土壌におけるCH4吸収能に関する多地点連続観測、広域推定及び将来予測を行うために、国立環境研究所が開発した世界最大規模のチャンバー観測ネットワークを活用する。北海道からマレーシアまでの広域トランゼクトに沿って選定した代表的な森林生態系を対象に、(1)CH4フラックスの連続観測を新規に10~12ヶ所展開し、世界的に貴重な森林土壌のCH4フラックスに関する長期連続観測データを得る;(2)温暖化操作実験を世界的な観測の空白域である熱帯林2ヶ所で展開し、温暖化に対する土壌炭素貯留量の変動に関する新たなデータを構築する;(3)CH4/CO2フラックスに寄与する土壌微生物特性および土壌呼吸中放射性炭素(14C)を分析し、土壌炭素動態の長期的な温暖化応答メカニズムを解明する;(4)土壌呼吸の観測をより長期化し、短期的な気候変動や極端気象、土地利用変化、森林施業などの影響を定量的に検出する;(5)得られた観測データに基づき、機械学習や経験モデル等の複数のアプローチを検証しながら活用し、アジア域における超高解像な土壌CH4/CO2フラックスの広域推定と将来予測を行う。
【目標】:本研究では、土壌の炭素蓄積能やCH4吸収能に対する気候変動の影響を、日本を含むアジア域の森林で総合的に評価する。パリ協定やSDGsの目標達成のために、土壌炭素貯留量やCH4吸収能の維持及び強化を考慮した緩和策と適応策の策定に資する、科学的根拠を提供する。

A Comprehensive Study on Response and Feedback of Asian Forest Soil Carbon Flux to Global Warming

アジアの森林土壌有機炭素放出の温暖化影響とフィードバック効果に関する包括的研究


【Funding】 The Environment Research and Technology Development Fund (JPMEERF20172005) of the Environmental Restoration and Conservation Agency, Ministry of the Environment of Japan (環境省・(独)環境再生保全機構の環境研究総合推進費)
【研究期間】 平成29年度(2017年度) ~ 平成31(令和元)年度(2019年度)
【研究代表者(所属機関)】 梁 乃申(国立環境研究所)
【課題番号】 2-1705 (JPMEERF20172005)
【Link HP】 http://www.erca.go.jp/suishinhi/seika/pdf/seika_4_h30/2-1705.pdf

【研究の全体概要】:
世界気候研究計画(WCRP)に設けられた結合モデル開発作業部会(WGCM)が策定した、第5期結合モデル相互比較計画(CMIP5)では、地球温暖化に伴う土壌呼吸の正のフィードバック効果により、熱帯と中緯度における陸域のCO2吸収能は低下すると予測されている。一方で、モデルの長期予測を検証できる実測データはほとんど無いというのが現状である。最近のNature誌に発表された論文では、世界49地点の温暖化操作実験のデータに基づいて、地球規模の土壌有機炭素の将来予測を行った。2℃の長期目標に沿った場合、2050年の時点で全陸域土壌表層10cmの有機炭素は最大105 Gt失われると推定された。しかしながら、ここで用いられた観測データは、西ヨーロッパを除く、ユーラシア大陸やアジア太平洋地域では、2ヶ所の観測データしか無かった。したがって、温暖化や攪乱などの環境変動下における生態系の応答予測のため、特にアジア地域を中心とした広域的なデータ集積を早急に開始する必要性がある。
本研究内容としては、(1)国立環境研究所が開発・推進している世界最大規模のチャンバー観測ネットワークを用いて、北海道の最北端(北緯45°)から赤道付近のマレーシアまでの広域トランセクトに沿って、代表的な森林生態系における土壌呼吸の連続測定を実施する。それによって、気候変動や攪乱が、各森林生態系の炭素循環に与える影響を定量的に把握する。(2)一部のサイトにおいて赤外線ヒーターを用いた温暖化操作実験を行い、土壌有機炭素分解の温暖化に対する反応を定量的に評価する。(3) 環境DNA法を用いて、気候帯や温暖化処理の有無が土壌微生物相やその動態に及ぼす影響を把握し、温暖化効果の長期維持メカニズムを解明する。(4) 土壌放射性炭素(14C)の分析から、土壌の画分毎の有機炭素の蓄積歴及び長期的な温暖化環境下での分解メカニズムを解明する。(5)多地点の長期観測データと土壌有機炭素分解に関する詳細な情報を基に、複数の既存土壌呼吸モデルの比較解析を行い、気候変動や攪乱に対する陸域炭素循環の応答、フィードバック効果の将来予測精度向上に役立てる。

Impacts of Climate Change on Degradation of Asian Terrestrial Ecosystems and Its Mechanism Clarification

アジア域の陸域生態系劣化に及ぼす温暖化影響とそのメカニズム解明


【Funding】 国立環境研究所 気候変動適応センター 気候変動適応研究プログラム
【研究期間】 平成30年度(2018年度) ~ 令和2年度(2020年度)
【研究代表者(所属機関)】 梁 乃申(国立環境研究所)
【課題番号】 PJ1-6
【Link HP】 http://ccca.nies.go.jp/ja/program/pj1-6.html

アジアの陸域面積は全陸域面積のわずか30%を覆うにすぎないが、世界人口の60%強の生活を支えている。近年、気候変動およびそれに伴う台風・豪雨・干ばつ・森林火災などが、人間社会だけではなく、自然生態系にも著しく影響を与えている。また、アジア諸国における経済発展によって、この地域の陸域生態系に対する撹乱(土地利用変化)の影響も、深刻さを増している。そこで、本研究では、(1)衛星データによるアジア熱帯域における森林火災の現状把握とモデルによる気候変動下の森林火災増加に関する将来の確率的な予測を行い森林機能の劣化を評価する。また大気グループと協力し大気への影響を評価する。(2)衛星観測により気候変動によるアジア陸域生態系サービス劣化をマクロ的に評価する手法を検討する。(3)世界最大規模のチャンバー観測ネットワークを用いて、北海道の最北端から赤道付近のマレーシアまでのアジアの広域トランセクトに沿って、代表的な陸域生態系における土壌呼吸等の観測により現行の気候変動と生態系機能の変化の関係を評価するとともに、10ヶ所の森林において人工的な温暖化操作実験を行い、気候変動に対する森林土壌環境への影響や応答を評価する。(4) これらから、アジアの森林への気候変動影響を評価し、適応策を検討する。

Current Projects

  1. Principal investigator (PI) of “2-1705 A Comprehensive Study on Response and Feedback of Asian Forest Soil Carbon Flux to Global Warming”, which is funded by the Environment Research and Technology Development Fund of the Environmental Restoration and Conservation Agency, Government of Japan. 1.500,000US$, 2017.4.1~2020.3.31. The ultimate objective of this project is to evaluate the response and feedback of Asian forest soil carbon dynamic with global warming by using an automated chamber network that developed by Dr. Naishen Liang, as well as soil radiocarbon technique (14C) and environmental DNA (soil microbial).
  2. Principal investigator (PI) of “Evaluation of soil CO2 efflux of Asian Forest Ecosystems based on an automated chamber network”, which is funded by National Institute for Environmental Studies of Japan (the NIES Internal Call for Research Proposals (A) 2014). 450,000US$, 2015.4.1~2018.3.31. The ultimate objective of this project is to evaluate the response and feedback of Asian forest soil carbon dynamic with global warming by using an automated chamber network that developed by Dr. Naishen Liang.
  3. Co-Principal investigator (PI) of “Integrated evaluation of potential changes in both forest soil microbial biomass and compositions by using environmental DNA”, which is funded by the Japan Society for the Promotion Science and Ministry of Science and Technology of the People’s Republic of China. 120,000US$, 2015.4.1~2018.3.31. The ultimate objective of this project is to inter-comparison the effect of global warming on soil microbial biomass and compositions of subtropical forest ecosystems in both Japan and China by using a soil warming experiment network that developed by Dr. Naishen Liang.
  4. Principal investigator (PI) of “Establishing Pasoh Facilities as an Observational Base for Studies on Tropical Forest Ecosystems”, which is funded by the National Institute for Environmental Studies. 85,000US$/year, 2011.4.1~. To bring together the NIES and Malaysian leading scientists for understanding climate-related carbon cycle and biodiversity of tropical forests by strengthening Pasoh facilities as an overseas observational base.
  5. Principal investigator (PI) of “Evaluation of the Potential Effect of Global Warming on Soil Carbon Emission of Japanese Forest Ecosystems”, which is funded by the Global Environment Research Account for National Institutes of the Ministry of the Environment of Japan. 1,000,000US$, 2011.4.1~2017.3.31. The ultimate objective of this project is to evaluate the potential of carbon sink and/or source of whole Japanese forest soils with climate change by using multi-approaches, including the soil warming experiment, long-term monitoring soil CO2 efflux at natural and disturbed ecosystems, measurement of soil organic 14C, and model simulation.
  6. Principal investigator (PI) of “Study on ecological matter cycle in Southeast Asian tropical forests by long-term measurement of soil CO2 efflux”, which is funded by the National Institute for Environmental Studies. 500,000US$, 2011.4.1~2017.3.31. To evaluate the effects of LULUC on soil carbon dynamic of Southeast Asian tropical ecosystems.
  7. Principal investigator (PI) of “Evaluation of the Effect of Global Warming on Soil Respiration of Japanese Forest Ecosystems”, which is funded by the Global Environment Research Program of the Ministry of the Environment of Japan. 500,000US$/year, 2007.4.1~2012.3.31. The ultimate objective of this project is to estimate the carbon emission rate of whole Japanese forest soils under the climate change by using multi-approaches, including the soil warming experiment, open-top chamber facility, cross-country soil incubation and model simulation. Results are expected to improve the scientific basis of the post-Kyoto protocol as well as the IPCC 5th Assessment Report.