炭素安定同位体を用いた植物のガス交換最適化戦略に関する研究

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地域・全球規模での気候変動が深刻な環境問題となっており,環境変動に対する森林等の植生の応答や可塑性の解明・予測によって生物圏の役割を評価することが緊急に求められている.そのため,植生と大気間の熱・水・二酸化炭素などの交換量の観測が行われている.しかし,これらの交換過程は群落を構成する各種植物の光合成・蒸散に基づいているため,植物生理レベルでの解析・評価が生物圏と環境の相互作用の評価において不可欠である.そこで,私は学位論文研究において,植物の光合成・蒸散制御戦略すなわち水利用効率について,安定同位体比を用いた手法とガス交換チャンバーを用いた手法を同時に適用することにより,植物の水利用効率に関する季節変化などの特性を,簡易にかつ確実に推定できる手法の確立に努めてきた.植物個葉によるガス交換制御の種ごとの環境応答特性は,水利用効率の指標である細胞間隙と大気の二酸化炭素濃度比(Ci/Ca)および気孔開度の指標である気孔抵抗(Rs)の2つによって評価されうることが知られている(Katul et al.2000).このうち,炭素安定同位体比から求められるCi/Caisoは長期履歴を持つこと,比較的簡単に入手できることから,長期にわたる植物ガス交換特性の推定に有効であると考えられる.しかし,日本の暖温帯性樹林における情報が非常に乏しく,また一般に用いられるFarquhar et al.(1989)の炭素安定同位体分別モデルの適用可能条件が十分に吟味されていないため,世界の様々な植生に適用するには困難があった.そこで,兵庫県赤穂市の暖温帯性広葉樹林と滋賀県大津市の暖温帯性針葉樹林において上記の2手法によるCi/Caの長期モニタリングを行った.また,群落スケール研究への応用を配慮し,タワー上および周辺において気象・水文要素の長期モニタリングを行った.期間平均的なCi/Caisoと瞬間的なCi/Cagasに共通する結果から,Ci/Caの季節性・林内分布・樹種間差を示した.それとタワー観測で得られた気象条件や土壌水分条件とあわせて考察することによってCi/Caの決定要因を明らかにした.さらに,数値モデルを用いたシミュレーションを行って,期間平均的なCi/Caisoと瞬間的なCi/Cagasに見出された不一致の原因を説明し,炭素安定同位体比から求められるCi/Caisoが示す情報を定量的に評価した.さらに,このモデルをマレーシア・パソ熱帯雨林において適用し,気候の異なる地域に生育する植物間での水利用効率のダイナミックな変動の把握を試みた.