窒素飽和状態にある森林域からの窒素流出量の定量評価および将来予測と削減シナリオの構築（平成 22年度）
Evaluation and prediction of nitrogen load from nitrogen saturated forest area and development of its reduction scenario

研究概要

1980年代より窒素飽和状態にある筑波山森林域を主な対象に、(1)集水域単位での物質収支調査を行い、窒素飽和状態が持続していることが、森林域からの窒素流出負荷量に及ぼす影響を評価する。(2)窒素飽和と林内環境、土壌中窒素動態の関係を観測や実験により定量評価し、林内環境改善による窒素飽和改善シナリオを構築する。(3)窒素循環に係る森林生態系モデルの開発と統合的利用を行い、森林管理の適正化が窒素飽和とその流域環境への影響を緩和し得るかを示す。

研究の性格

• 主たるもの：応用科学研究
• 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、「人工林地の林内環境（林木の混み具合や下層植生状態）が、土壌の窒素貯留能および集水域の窒素利用（植物の吸収や土壌微生物の資化）に影響を与えている」ことを研究仮説とし、以下の３つのサブテーマからその検証を行う。
サブテーマ１：窒素飽和状態にある森林域からの窒素流出負荷量の定量評価
?窒素飽和状態にある森林域から河川への窒素流出負荷量を実測し、過去に比べて森林域からの窒素流出負荷量（発生源としての森林域の寄与率）が増大していることを示す。
?窒素飽和状態にある森林域で、森林衰退が起きる危険性を把握するため、土壌からの硝酸イオン溶脱に伴うカルシウム溶脱の加速が起きているか検討する。
サブテーマ２：窒素飽和状態と林内環境の関係解明
?窒素飽和状態と林内環境の指標をそれぞれ集水域単位で定量的に把握し、両者の関係解析を通じて森林からの窒素流出負荷量を左右する主な林内環境因子を抽出する。
?人工林地の荒廃が、土壌中窒素のストックとフローを変化させ、土壌からの硝酸イオン溶脱を促進するメカニズムを実験的に解明する。
サブテーマ３：窒素飽和改善シナリオの構築とその効果予測
森林生態系モデルと窒素流出モデルやカルシウム収支モデルの統合化を図り、サブテーマ１および２の結果を用いることで、窒素流出や森林衰退について、改善シナリオ、即ち森林生態系における窒素循環の適正化の効果を検証する。
２０１０年度：サブテーマ１
・筑波山森林試験地における水文・水質観測
・霞ヶ浦流入河川下流部での降雨時汚濁負荷流出量調査
・筑波山花崗岩集水域を対象とした渓流水質および土壌調査
サブテーマ２
・筑波山における林内環境調査・各種森林データの取得
・筑波山森林試験地と東北大学演習林における土壌環境調査
サブテーマ３
・森林生態系モデルの窒素動態に係るプロセスの改良
２０１１年度：
サブテーマ１
・筑波山森林試験地を対象とした水文・水質観測
・霞ヶ浦流入河川下流部での降雨時汚濁負荷流出量調査
・筑波山花崗岩集水域を対象とした渓流水質および土壌調査
サブテーマ２
・林内環境の指標化・主要因子の抽出
・土壌試料分析・窒素動態解明実験
サブテーマ３
・森林生態系モデルと雨水流出モデル等の統合化
２０１２年度
サブテーマ１
・筑波山森林試験地における水文・水質観測
・同じく水質トレーサーを用いた窒素流出解析
・同じく窒素発生負荷原単位とカルシウム収支の算定
サブテーマ２
・集水域単位での窒素溶脱に及ぼす影響因子の解析
・窒素溶脱促進メカニズムの解明
サブテーマ３
・窒素飽和改善シナリオの構築
・統合モデルの利用によるなりゆきでの将来と改善シナリオ適用の将来シミュレーションの実施

今年度の研究概要

・筑波山森林試験地における水文・水質観測体制を整備し、定期調査ならびに降雨時出水調査を行い、窒素収支や窒素流出特性を把握するためのモニタリングデータの集積を図る。
・試験地内で毎木調査を実施し、２５年前に同様に実施された調査結果との比較から森林バイオマスの集積状況や人工林の混み具合状況の変化を抽出する。
・霞ヶ浦流入河川の桜川、恋瀬川下流点での降雨時汚濁負荷流出量調査を実施し、硝酸態窒素の発生源の特定と発生源別の窒素流出負荷量の算定のための観測データの集積を図る。