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東南アジア熱帯林における高解像度3次元モニタリングによる生物多様性・機能的多様性の評価手法の開発
(平成 29年度)
Development of methodology for species and functional diversity assessment in Southeast Asian tropical forests using by high-resolution 3D monitoring technique

予算区分
AO 所内公募A
研究課題コード
1618AO002
開始/終了年度
2016~2018年
キーワード(日本語)
熱帯林,3次元,多様性
キーワード(英語)
tropical forest, 3D, diversity

研究概要

本研究は、気候変動がもたらす熱帯林生態系への影響の解明を大きな目的として掲げ、気候の影響を大きく受けると予測される、(1)大気圏と相互作用をもつ森林生態系機能プロセス、(2)森林・林冠構造の複雑性、(3)哺乳類の種多様性の動態や変化について、UAV(ドローン)などの新しい手法を活用して広域・長期的・高解像度でモニタリング可能な手法を開発する。最終的には(1)-(3)をつなぐことで、熱帯林の生物多様性・生態系機能の統合的な評価法を検討する。

研究の性格

  • 主たるもの:技術開発・評価
  • 従たるもの:モニタリング・研究基盤整備

全体計画

本研究ではサブテーマを三つ設ける。研究拠点は、マレーシア・パソ保護林とする。また、可能な範囲でボルネオ島でもパソで開発した技術の有効性の検証と応用研究を行い、東南アジア全域への展開の足掛かりとする。本研究によって東南アジア熱帯林全域に適用できる汎用性の高い手法が開発できると期待される。

サブテーマ1:生物起源揮発性有機化合物を含む植物生理機能の多様性評価手法の開発(担当:斉藤、唐、冨松)
多様な微環境に応じた植物の機能特性から、熱帯林内の生物多様性を表す汎用性ある指標を開発することを目的とする。熱帯原生林内に複数の計測拠点を設け、植物の生理機能特性と微環境を計測する。対象とする植物生理機能としては、BVOC放出、ガス交換能、窒素含有量、形態特性、フェノロジー等とし、これら植物生理機能間、および生理機能と微環境との関連性を解析する。これにより、微環境の不均一性がもたらす植物機能多様性の評価手法を開発する。これら植物生理機能特性に基づいた多様性評価手法によって、環境変化や気候変動に対する多様性変化や安定性などを植物生理機能に基づいて予測する事が可能となる。
サブテーマ2:低高度リモセン技術を用いた林冠3D構造の復元手法と生物多様性指標の開発(担当:竹内、三枝、林、平春)
熱帯地域における生物多様性の広域評価に向け、森林構造モデルの検証とこのモデルに基づいた生物多様性に関連した林冠の複雑性を表す指標を開発することを目的とする。マレーシア熱帯原生林や二次林を上空からUAVで撮影し、複数の画像から対象物の3D形状を復元する Structure from Motion 技術に基づき林冠3D構造モデルを生成する。そこから林冠表面の複雑性を示す指標を開発する。森林構造モデルで予測される林冠構造と種多様性の関係を検証した上で、種多様性に関連した林冠の複雑性を表す指標を開発することを目指す。最終的には、衛星データを用いて開発した手法の応用を試みる。また、林冠状態と林床環境・機能との関係(サブテーマ1と連帯)、植生、林冠状態と動物の分布の関係性(サブテーマ3と連帯)についても明らかにする。
サブテーマ3:メタバーコーディング技術を応用した陸上動物の多様性評価手法の開発(担当:大沼)
2015年に魚の糞などとともに水中に放出されたDNAを解析し、そこに生息する魚の種類を判定する技術が開発された。この技術を熱帯林内で採取した雨水や河川水に応用する。熱帯林内で採取したこれらの水には分布する動物の糞、尿、皮膚組織等が含まれていることが期待される。これによって、林内で雨水等をサンプルすることで時間的、空間的に生活様式を特殊化した熱帯林の哺乳類相を把握できるようになると期待される。また、既存手法(カメラトラップ、蚊やヒルが吸血した血液から抽出したDNAを利用した種判別等)も並行して行い、メタバーコーディング技術の有効性を評価する。

今年度の研究概要

サブテーマ1:既存の光合成蒸散測定装置とLTM-GC/MSを組み合わせて高度化し、ガス交換機能とBVOCの同時測定システムを構築する。バイオトロンにおいて手法の妥当性を検討すると共に、マレーシア熱帯林において予備的な観測を開始する。
サブテーマ2:マレーシアの熱帯林と日本のテスト林(茨城県北茨城市)で3D構造モデル生成のための条件を検討する。UAVの飛行高度、写真撮影の角度、枚数等を検討する。複数の画像から対象物の3D形状を復元するStructure from Motion技術を用いて林冠3D構造モデルを生成し、各UAV空撮条件での精度を検討する。またこの3Dモデルと地上データとのすり合わせを行う。
サブテーマ3: パソ保護林における動物相の把握と飼育施設を利用した予備実験を行う。パソ保護林全域にカメラトラップを設置し、林内に分布する動物種の把握を試みる。このデータをもとに哺乳類用のバーコーディングプライマーを設計する。次に国内外の動物園等で飼育施設内から水を採取し、設計したプライマーの有効性を評価する。

外部との連携

Forest Research Institute Malaysia(FRIM)

課題代表者

大沼 学

  • 生物・生態系環境研究センター
    生態リスク評価・対策研究室
  • 主任研究員
  • 博士(獣医学)
  • 獣医学,生物学
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担当者