Coupling atmospheric ammonia exchange process over a rice paddy field with a multi-layer atmosphere-soil-vegetation model

水田上の大気中アンモニア交換過程と多層大気-土壌-植生モデルの結合

堅田 元喜; 林 健太郎*; 小野 圭介*; 永井 晴康  ; 宮田 明*; 間野 正美*

Katata, Genki; Hayashi, Kentaro*; Ono, Keisuke*; Nagai, Haruyasu; Miyata, Akira*; Mano, Masayoshi*

多層大気-土壌-植生1次元モデル(SOLVEG)に、水田上の大気中アンモニア(NH)の交換フラックスを計算するための改良を施した。田面水での熱交換、SOやNHなどの水溶性ガスの乾性沈着、及びイネの葉面と田面水面又は地表面のNHの放出ポテンシャルをモデルに考慮した。改良したモデルは、湛水期及び非湛水期に観測された熱, CO, SO及びNHフラックス,田面水温,地温,土壌水分量を良好に再現した。地表面で揮発したNHのイネによる再吸収量を生育ステージごとに評価するために、「再吸収比率」というパラメターを全揮発量に対する再吸収量の比として定義した。改良したモデルを用いた数値計算によって、再吸収比率は、葉面積指数(LAI)とともに増加し、LAI1のときに一定値になることが明らかになった。LAIに対する再吸収比率の関数は、光-光合成曲線に用いられる非直角双曲線で表されることがわかった。再吸収比率の概念は、さまざまな揮発性ガスの植生キャノピーによる吸収量を推定するうえでも有用である。

A multi-layer atmosphere-SOiL-VEGetation model (SOLVEG) was modified to calculate the NH exchange fluxes over a paddy field. The heat transfer at the paddy water layer and the dry deposition of water-soluble gases such as NH and SO onto the wet canopy, as well as the emission potentials of NH from the rice foliage and the surface of floodwater or soil were incorporated into the model. The modified model reproduced the observed surface and NH fluxes, paddy water temperature, and soil temperature and moisture during both the fallow and cropping seasons. The "recaptured fraction" was defined as the ratio of the amount of volatilized NH recaptured by the foliage to the total amount. Numerical experiments using the modified model with varying emission potentials of NH showed that the recaptured fraction increased with an increase in the leaf area index (LAI) and saturated when LAI 1 because of the limitation of stomatal uptake.