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反応性窒素動態を統合的に扱う陸域物質循環モデルの開発(平成 31年度)
Development of an integrated model of reactive nitrogen dynamics in terrestrial ecosystem

予算区分
CD 文科-科研費
研究課題コード
1719CD008
開始/終了年度
2017~2019年
キーワード(日本語)
反応性窒素,生物地球化学,一酸化二窒素
キーワード(英語)
reactive nitrogen, biogeochemistry, nitrous oxide

研究概要

環境中での反応性窒素(Nr)増加は、温暖化・富栄養化・成層圏オゾン破壊など様々な地球環境問題と関連しているが窒素循環を広域的に評価する定量的モデルは確立されていない。本課題では、実測データとモデルを組み合わせることで、流域から全球スケールで反応性窒素のフローと収支を定量的に把握する独自の統合的モデルを開発する。温室効果ガスとして注目される一酸化二窒素(N2O)など重要なターゲットを選び、生成プロセスとその広域的トレーサとなる同位体比について生物地球化学的解析を行う。統計データが入手可能な過去50年間および将来シナリオに基づいて、人為的な窒素利用が広域的な窒素循環に与える影響に関するモデル解析を行い、持続可能な社会構築に資する科学的知見を提供する。

研究の性格

  • 主たるもの:基礎科学研究
  • 従たるもの:応用科学研究

全体計画

反応性窒素(Nr)の循環を広域的にシミュレートする数値モデル開発に関する研究を実施する。これまで開発した生物地球化学モデルを基礎とし、流域から全球スケールで窒素のフローとストックを定量的に評価するモデルへと高度化する。窒素動態の全体を表すスキームと素過程を再検討し、影響を与える環境要因や応答感度について実測データに基づく改良を進める。FAOなどの統計データやIPCCで用いられている社会経済活動・気候変動などの将来シナリオに基づいて、アジア地域の主要流域や全球を対象として、過去から将来にわたるNr循環の変化とそれに伴う環境負荷を定量的に解析し、今後の最適窒素利用・管理に資する科学的知見を提供する。

今年度の研究概要

前年度までに、東アジアスケールで陸域生態系の窒素動態をシミュレートするモデルを構築し、そのうち一酸化二窒素の放出分布と時間変化については論文として発表を行った。その中で、広域スケールの窒素循環変化に対する人為影響、特に化学肥料や堆肥の使用が与える影響の甚大さが示唆されたため、さらに広域でその解析を進める。一方、国際的な一酸化二窒素モデル相互比較にも参加し、全球スケールでの推定結果比較を行ったところ、モデル間で推定結果に大きな差違つまり不確実性が残されていることが明らかになったため、モデル推定精度の向上を図るための研究もなお必要である。関連して、大気からの窒素沈着量についてはACCMIP(大気化学モデル相互比較)の出力データ、また肥料使用についても最近のデータを収集利用して精度向上を図る。昨年度は、硝化プロセスについてメタ分析を行い、総硝化速度に対する一酸化二窒素放出の割合を分析対象として、土壌pHとの関係など新たな経験モデルの開発などを進めた。今年度は、一酸化二窒素生成放出の重要なプロセスである脱窒についても同様なメタ分析を行い、脱窒から生成放出されるガスの放出速度と組成をより高精度で推定できるモデルの開発を進める。同位体情報の活用は、前年度までに予備的な検討を進めたが窒素循環モデルへの組み込みは今年度の作業として残されたため、引き続きその開発を行う。土壌中の無機態窒素に関して、微生物と植物による吸収・不動化は未知な部分が多く、モデルでも極めて簡略化された扱いがなされているため、モデルの感度実験を行うとともに構造の改良を試みる。最後に、反応性窒素循環に関するモデルの高度化を図ることが、窒素管理や温暖化対策にもたらす利便性を高めるため、成果を論文や関連学会で発表するとともに、適切な場でのアウトリーチに務める。可能であれば、国際窒素管理システム(INMS)が実施している地域別窒素インベントリレポートの作成に貢献できるよう、データや成果の提供を試みる。

外部との連携

分担研究者:東京工業大学

課題代表者

伊藤 昭彦

  • 地球環境研究センター
    物質循環モデリング・解析研究室
  • 室長
  • 博士(理学)
  • 生物学,地学,林学
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担当者