土壌炭素のターンオーバー速度に関する陸域モデルの改良（令和 3年度）
Refinement of terrestrial model in terms of turnover rate of soil carbon

研究概要

土壌は持続可能な社会に必須の資源であるだけでなく、地球温暖化に対するフィードバック機構としても注目されている。しかし、土壌中のプロセスは複雑であり、既存のモデルは土壌の構造や機能を満足に再現できていない。そこで本質的な役割を果たす有機炭素量は、植生からの枯死物などのインプットと、土壌中での平均的な回転（ターンオーバー）時間・速度で決定されるため、土壌炭素のターンオーバー時間を正確に把握することは極めて重要である。言い換えれば、鍵パラメータであるターンオーバー時間を究明することで、土壌中での諸過程に関する理解が深まり、環境変動に対する土壌応答を正しく予測できるモデルを構築できる。本研究の基本的着想は、ターンオーバー時間の決定要因を理解し制約することで、土壌全体の挙動をモデルで現実的に評価することである。本課題の実施項目は以下の４点である。?データ整備：土壌炭素ターンオーバーと影響要因に関する実測・モデル出力データを全球スケールで整備する。?生物地球化学：土壌炭素の分解・安定化と関連性がある鉱物質等の作用を検証する。?モデル：現在の土壌ターンオーバーと影響要因（気候、植生、鉱物質など）との関係を表す統計モデルを開発する。?検証：生態系炭素循環モデルに組み込んで全球シミュレーションを実施し、土壌炭素ストックや二酸化炭素放出量に関する検証を行う。これらを通じて土壌炭素動態のモデル再現性を向上させることは、炭素循環に関する科学的理解が深化するだけでなく、土壌管理や気候予測など応用面も期待される。

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

本課題の目的は、土壌炭素の分布や動態に関する理解を深め、それをより現実的に再現するモデルを構築するため、土壌有機炭素のターンオーバー時間に注目し、その実態や変動メカニズムを解明して、炭素循環モデルの高度化につなげることである。グローバルな土壌データとモデルと土壌分析を組み合わせることで、温暖化研究などの広域を対象とした研究や土壌管理などの実用に応用可能な知見やモデルを構築する。
学術的独自性および創造性：土壌炭素動態に関する研究例は多いが、素過程でなく土壌全体のターンオーバー時間に着目した例は少なく、特にモデル研究では土壌シミュレーション結果の相互比較に留まっていた。本研究では、近年の土壌データセット、統計アルゴリズム、プロセスモデルを用いることで、炭素循環モデルの制約につなげる新しい試みを行う。土壌炭素の広域分布や環境応答に関する新しい知見がもたらされると期待される。また本申請では、生態系モデル研究者と土壌研究者が共同研究を行うことで分野融合的な取り組みを行い、将来的な土壌科学、生態系生態学、地球環境科学への展開が有望視される。
2021年度 土壌炭素ターンオーバーとその影響要因に関する観測データ、モデル推定出力データを全球スケールで整備する
2022年度土壌炭素ターンオーバー時間とその影響要因（気候、植生、鉱物質など）の間の関係を表す統計モデルを開発する
2022–2023年度土壌炭素を安定化しターンオーバー速度と関連性が強い生物地球化学的要因、特に鉱物質の影響を解明する

今年度の研究概要

2021年度は、グローバルスケールを対象とし、文献情報と合わせて、陸域全体の土壌データセットを基礎データとして収集する。土壌炭素ストックは、Harmonized World Soil Database（IIASAなど）、WISE30SecやSoilGrids（ワーヘニンゲン大学）、GSOCmap（FAOなど）が公開されており、最高で250mメッシュでの分析が可能である。これらのデータセットには、土壌炭素ストックだけでなく、（表層から下層までの）比容重、砂/粘土/シルト比、C/N比などの基礎情報が含まれているものもある。また、申請者（伊藤・和穎）は土壌中の粘土鉱物分布に関するデータセットを作成しており、本課題でそれをアップデートして使用する。土壌関係フラックスとしては、土壌呼吸データベースSRDBやCOSORE（PNNL）が作成されており、様々な土壌におけるチャンバー観測による微生物分解CO2放出データを参照できる。炭素循環モデルによる計算結果は、申請者（伊藤）が参加した国際モデル相互比較（MsTMIPなど）から、土壌炭素ストックや分解（従属栄養的呼吸）に関する計算データを取得する。これらの土壌データを収集し、参加研究者で研究基盤として共有する。

外部との連携

農研機構、森林総合研究所