【研究分野】林学

【研究領域課題番号】14360088 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

九州 / ヒノキ / 水循環 / 物質循環 / エネルギー循環 / 公益的機能 / 流域 / 人工林 / ヒノキ人工林 / エネルギー / 長期モニタリング / 森林 / エネルギー動態

【研究成果の概要】

本研究では,九州大学福岡演習林御手洗水流域に試験流域を設置し,ヒノキ人工林流域の水・エネルギー・物質循環を定量評価した.
(1)流出に関する研究
流域貯留量と流出量の関係はピーク流出量発生時点の付近では直線になり,その傾きは流域貯留量7.6mmを境に変化し,それ以下では中間流が卓越し,それ以上では表面流が発生し始めることを示唆した.また,貯留関数法におけるパラメータは,遺伝アルゴリズムあるいはファジー線形回帰法により最適値検索できることを示した.さらに,TOPMODELによって長短期流出解析が可能であることを確認した.なお,ライパリアンゾーンの地下水位が流域スケールの流出現象を最も強く支配していること,高水時には斜面-ライパリアンゾーン-流路が水文学的に連結するため,斜面浅部の土壌水分量と流出量の関係も強いことを示した.
(2)蒸発散に関する研究
グラニエ(樹液流測定)法適用のために必要な辺材面積サンプル数を確率論的に検討し,スギ・ヒノキでは少なくとも20本の辺材面積を実測する必要があることを提示した.ヒノキの樹液流速に個体差はあるものの日変化パターンに個体差がないこと,胸高直径が大きいほど樹液流速・辺材面積が大きくなるため,両者が相乗的に作用して胸高直径が大きいほど単木蒸散量が大きくなることを明らかにした.また,2段タンクモデルを適用することによって,流出量と蒸発散量の季節変化を概ね正確に推定できることを明らかにした.
(3)物質循環に関する研究
流域からの流出負荷量を正確に評価するためには,L-Q式のように流出量を考慮することが不可欠であることを示し,御手洗水流域では全窒素(T-N),全リン(T-P)ともに収入より支出の方が多いことを示した.ただし,リンの流出負荷量の大半が出水時の懸濁態リンで占められるため,リン流出負荷量はL-Q式でも過少評価されることを示した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2002 - 2004

【配分額】15,000千円 (直接経費: 15,000千円)

【研究分野】林学

【研究領域課題番号】10306009 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

森林 / 水循環 / エネルギー循環 / 蒸散 / 樹液流 / 土壌水分 / リター / モデル / 森林場 / 観測システム

【研究成果の概要】

本研究は、森林における水・エネルギー循環と連結した物質循環の研究に波及させ、森林環境影響評価に関係する国内外の研究の発展に貢献する意図をもって行われた。具体的には、森林場(小流域スケール、あるいは2km〜20kmのメソスケール)での各循環の素過程を定量的に解明し、水量、水質、およびエネルギー循環プロセスの相互の関係を明らかにし、互いの循環への変換系を構築し、総合的な水・エネルギー循環システムモデル(SPACモデル)を開発することを目的とした。
九州大学福岡演習林に,共同観測プロジェクトを基盤として「水・エネルギー循環動態観測試験地(3次元超音波風速温度計、樹液流計測、土壌水分量計測、酸性降下物計測、林内雨・樹幹流計測、浸透流出水計測など)」を整備し、詳細で精密な観測に基づいて、以下について検討した。
(1)それぞれの素過程の正確で詳細な現象の定量的な観測をもとに、各循環システムの素過程の動態を定量的に明らかする。
(2)観測データをもとにした基礎理論モデルを作成し、数値シミュレーションによって、現象を一般的に明らかにする。
(3)各循環の要素量で、相互に同定でき、相互に変換可能な「蒸発散量」、「潜熱量」、および「土壌水分量」を共通物理量として、水収支、エネルギー収支に伴う水分量の変動と水質変化、それらの相互変換システムを明らかにする。
(4)森林場の各循環の入力に反応する総合的な水・エネルギー循環モデルを構築し、降雨、日射によって生じる各循環の動態を総合的に明らかにし、蒸発散量、水分動態の量と質をもとに、森林が水・エネルギー循環過程において環境に与える影響評価を可能とする。
これらの研究によって、従来、個別にしかシミュレーションできなかった各循環システムを,各循環の影響を総合的に評価できる水文モデル(SPACモデル)を構築した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1998 - 2000

【配分額】29,100千円 (直接経費: 29,100千円)