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2011年9月28日

チャレンジ25
東南アジアの熱帯林の炭素収支と森林伐採の影響を評価−植栽後30年のアブラヤシプランテーションの炭素貯留量は森林の約35%と予測−(お知らせ)

(筑波研究学園都市記者会配付)

平成23年9月28日(水)
独立行政法人国立環境研究所 地球環境研究センター
主席研究員   :山形与志樹 (029-850-2545)
物質循環モデリング・解析研究室 主任研究員
        :伊藤 昭彦   (029-850-2981)
特別研究員   :安立美奈子 (029-850-2567)

 独立行政法人国立環境研究所地球環境研究センターでは、京都大学、マレーシア森林研究所とタイ国立公園局との共同研究により、陸域生態系の物質循環モデルVISIT(注1)を用いて、東南アジアの熱帯林の炭素収支と森林伐採による炭素放出量、熱帯林をアブラヤシ(注2)プランテーションに転換した際の炭素収支の予測を行いました。その結果、森林伐採が起こった後の炭素放出量は、生態系に放置される樹木の残渣量によって大きく変化することを示しました。さらに、このモデルによる植栽後30年のアブラヤシプランテーションの炭素貯留量は森林の約35%と予測され、森林に比べて炭素固定能力が明らかに低下することが分かりました。

 また、VISITモデルによる計算結果と野外観測値を比較することにより、2つの異なる熱帯林とアブラヤシプランテーションにおけるモデルの予測精度についても検討を行いました。タイの熱帯季節林においてモデルは炭素貯留を過小評価する傾向にあるものの、マレーシアの熱帯雨林の炭素収支を精度高く見積もっていることを明らかにしました。本研究成果により、REDD(森林減少・劣化からの温室効果ガス排出削減:注3)などの国際的な温暖化対策の評価に貢献することが期待されます。

 なお、本研究は環境省の環境研究総合推進費における研究課題「グローバルな森林炭素簡素監視システムの開発に関する研究」等によって実施されました。さらに今年度採択された研究課題「気候変動対策と生物多様性保全の連携を目指した生態系サービス評価手法の開発」でも、この研究成果を活用した研究が行われています。

 本論文は、平成23年9月20日付ヨーロッパ地球科学連合(EGU)の学術雑誌Biogeosciencesに掲載されました。

1.研究背景

 地球環境問題に大きな関心が寄せられている現在でも、世界的な森林減少・劣化の傾向は継続しており、人間活動によるCO2排出のうち、森林減少による排出は約20%(年60億トンCO2)を占めている。東南アジアの熱帯林では現在でも森林面積が減少しており、例えばマレーシアでは1990年から2007年にかけて120万ヘクタールの森林が減少し、アブラヤシプランテーション面積が220万ヘクタール増加している(FAO, 2010)。そこで本研究では、陸域生態系の物質循環モデルVISITを改良し、現存する森林だけではなく、森林伐採による炭素放出とアブラヤシプランテーションに転換した際の炭素収支変化の予測を行った。同じ熱帯においても、雨期と乾期が明瞭なタイ(熱帯常緑季節林)と不明瞭なマレーシア(熱帯雨林)の異なるタイプの森林が存在する(図1)。従って、1)2つの森林におけるモデル予測値の比較検討、2)マレーシアを例とし森林伐採およびアブラヤシプランテーションへの転換による炭素収支の変化、3)モデル予測と野外観測値との比較、について検討を行った。

2.VISITモデルによる森林の炭素循環と土地利用変化の予測

 VISITモデルは、光合成による樹木の炭素固定量から落葉・落枝量、分解による放出まで、生理生態学的知見に基づいて炭素収支の計算を行うモデルである。本研究では、「森林伐採による樹木の生態系外への持ち出し」と「残渣による土壌への炭素供給」を考慮し、さらにその後アブラヤシプランテーションに転換した場合の炭素収支を計算できるようモデルの改良を行った。アブラヤシプランテーションへの転換の際には、光合成能力や土壌組成など植物と土壌のパラメータ値が単にアブラヤシのものに変化するという事象だけでなく、果実の収穫や葉の刈り取りなど、アブラヤシの管理に伴う変動も考慮に入れて計算を行った。モデル計算には、米国環境予測センターおよび米国大気研究センターによる気象再解析データから温度・日射など12要素を入力値として使用した。しかしながら、降雨量データについては、タイとマレーシア共に現地観測値との差異が大きいため、現地観測値に基づいて再解析データの修正を行って使用した。

3.結果

 タイとマレーシアの異なる熱帯林における炭素蓄積量や炭素収支を陸域生態系モデルVISIT を用いて予測を行った(図2)。この2地域の森林におけるモデル計算の違いは、気象データと一部の土壌パラメータのみである。その結果、熱帯林の炭素蓄積量の7割以上は樹木(地上部および地下部バイオマス)に存在していることが予測された。また、雨期と乾期が明瞭なタイの森林の方が、生態系純生産量(注4)の季節変動は大きいことが予測されたが、降雨量との間には明確な関係は認められなかった。しかしながら、光合成による総生産量(GPP)と降雨量の関係はマレーシアの熱帯雨林において明確な関係が認められた(図3)。   このように、熱帯雨林の炭素吸収量は降雨量に依存しており、正確な予測には降雨データの品質が重要であることが示唆された。また、森林伐採を行ってアブラヤシプランテーションに転換した場合の、炭素蓄積量および炭素収支の変化を図4に示した。伐採時の樹木の残渣が土壌炭素として新たに加わり、時間と共に分解され減少している。この残渣量が増えると土壌中で分解される有機物が増加するため、土壌から放出される炭素量(土壌呼吸量)は多くなる。残渣量100%と仮定した場合、伐採後2年間の土壌呼吸量は森林(非伐採)の土壌呼吸量の2.4 倍になると予測された。本研究では、伐採時に33%の植物体が残渣として土壌に加わることを仮定している(図4b)。また、アブラヤシプランテーションに転換後30年の炭素貯留量は、森林状態の約35%と非常に小さいことが明らかになった。

 文献から得た現地観測値とVISITモデルの予測値を比較した結果、タイの熱帯常緑季節林においてはモデルの値は過小評価の傾向にあるものの、マレーシアの熱帯雨林の炭素収支を精度高く見積もっていることが示された。また、アブラヤシプランテーションの実測データは非常に少ないが、27.5年生の地上部バイオマスは現地観測値とモデル値は非常によく一致していた。このように、年間の炭素収支については現地観測値とモデルの予測値は概ねよく一致していたが、日単位での土壌呼吸量の予測結果は現地観測値の変動幅の方が大きいことが明らかとなった(図5a)。しかしながら、土壌呼吸量の現地観測値には空間的不均一性が含まれているが、モデルの結果はある程度の広がりの平均的な値を示している。加えて、アブラヤシプランテーションは30年経過すると伐採し再植林されるが、VISITモデルではまだこの影響を考慮に入れていないなどの課題も残っている。また、土壌水分量の季節変化について、モデルによる予測結果は降雨量データに強く依存し、現地観測値とは大きく異なることも分かった(図5b)。

 VISITモデルの日単位の予測については今後改良する必要があるが、将来の気候変化や森林伐採、土地利用変化による熱帯域の生態系の炭素収支への影響などの長期的な評価においては、有益な手法であることが示された。今後も、国内外の研究機関と協力しつつモデルの改良と検証を進める予定である。熱帯地域において典型的な森林伐採やその後の土地利用形態による炭素収支を考慮にいれた本研究の成果は、REDDなどポスト京都の国際的な温暖化対策の評価に貢献することが期待される。

(注1)VISIT : Vegetation Integrative SImulator for Trace gases. 国立環境研究所などで開発された陸域生態系の炭素・窒素循環をシミュレートするモデル。

(注2)アブラヤシ(oil palm):果実と種子から食用・加工用のヤシ油を採取するために熱帯地域で広く栽培が行われている。

(注3)REDD : Reducing Emission from Deforestation and Forest Degradation in Developing Countries. 開発途上国における、森林減少・劣化に起因する温室効果ガス排出の削減の取り組み。

(注4)生態系純生産:植物による光合成量から、植物自身と微生物などの呼吸量を差し引いた正味の炭素収支。

発表論文

Adachi M., Ito A., Ishida A., Kadir W.R., Ladpala P., Yamagata Y.: Carbon budget of tropical forests in Southeast Asia and the effects of deforestation: an approach using a process-based model and field measurements, Biogeosciences, 8, 2635-2647, 2011.

参考文献

Adachi, M. and Koizumi, H.: Soil organic carbon dynamics of different land use in Southeast Asia, in: Forest Canopies: Forest Production, Ecosystem Health and Climate Conditions, edited by: Creighton, J.D. and Roney, P.J., Nova Science Publishers Inc., New York, NY, USA, 85–101, 2009.

Food and Agriculture Organization (FAO): Global Forest Resources Assessment 2010, Country report, Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome, Italy, 2010.

Kosugi, Y., Takanashi, S., Matsuo, N., and Nik, A.R.: Midday depression of leaf CO2 exchange within the crown of Dipterocarpus sublamellatus in a lowland dipterocarp forest in Peninsular Malaysia, Tree Physiol., 29, 505–515, 2009.

問い合わせ先

独立行政法人国立環境研究所 地球環境研究センター
 特別研究員 安立美奈子(029-850-2567)

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図1 本研究の調査対象地点(左図)および気象データ(右図)。(a) タイ(熱帯常緑季節林)と(b) マレーシア(熱帯雨林)における月平均最高気温(実線)と月平均最低気温(点線)、および月平均降雨量(棒グラフ)。
図1 本研究の調査対象地点(左図)および気象データ(右図)。(a) タイ(熱帯常緑季節林)と(b) マレーシア(熱帯雨林)における月平均最高気温(実線)と月平均最低気温(点線)、および月平均降雨量(棒グラフ)。
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図2 陸域生態系モデルVISIT によるタイとマレーシアの熱帯林の(a, b)炭素蓄積量、(c, d)生態系純生産量(NEP:オレンジ)のシミュレーション結果と観測された降雨量(青)。リターは樹木の落葉・落枝を示す。
図2 陸域生態系モデルVISIT によるタイとマレーシアの熱帯林の(a, b)炭素蓄積量、(c, d)生態系純生産量(NEP:オレンジ)のシミュレーション結果と観測された降雨量(青)。リターは樹木の落葉・落枝を示す。
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図3 陸域生態系モデルVISIT によるタイとマレーシアの熱帯林における年間降雨量と生態系総生産量の関係。回帰式はマレーシア熱帯雨林。
図3 陸域生態系モデルVISIT によるタイとマレーシアの熱帯林における年間降雨量と生態系総生産量の関係。回帰式はマレーシア熱帯雨林。
図4 陸域生態系モデルVISIT によるマレーシアにおける森林伐採(1976年を想定)による(a)炭素蓄積量、(b) 総生産量(GPP)、生態系純生産量(NEP)、土壌呼吸量(SR)の時間的変動。残渣量は植物の全バイオマスの33%と仮定した。

図4 陸域生態系モデルVISIT によるマレーシアにおける森林伐採(1976年を想定)による(a)炭素蓄積量、(b) 総生産量(GPP)、生態系純生産量(NEP)、土壌呼吸量(SR)の時間的変動。残渣量は植物の全バイオマスの33%と仮定した。
図4 陸域生態系モデルVISIT によるマレーシアにおける森林伐採(1976年を想定)による(a)炭素蓄積量、(b) 総生産量(GPP)、生態系純生産量(NEP)、土壌呼吸量(SR)の時間的変動。残渣量は植物の全バイオマスの33%と仮定した。
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図5 陸域生態系モデルVISIT と現地観測値の比較。(a)森林とアブラヤシプランテーションにおける土壌呼吸量、(b) 森林における土壌水分。土壌呼吸の現地観測値は、Adachi & Koizumi (2009)、土壌水分量はKosugi et al.(2009)による。また、土壌呼吸量の現地観測値のエラーバーは標準偏差(観測値のばらつき)を示す。
図5 陸域生態系モデルVISIT と現地観測値の比較。(a)森林とアブラヤシプランテーションにおける土壌呼吸量、(b) 森林における土壌水分。土壌呼吸の現地観測値は、Adachi & Koizumi (2009)、土壌水分量はKosugi et al.(2009)による。また、土壌呼吸量の現地観測値のエラーバーは標準偏差(観測値のばらつき)を示す。
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