Ozone-induced stomatal sluggishness changes carbon and water balance of temperate deciduous forests

オゾンによる気孔応答の鈍化が温帯落葉樹林の炭素-水バランスを変化させる

星加 康智*; 堅田 元喜; 出牛 真*; 渡辺 誠*; 小池 孝良*; Paoletti, E.*

Hoshika, Yasutomo*; Katata, Genki; Deushi, Makoto*; Watanabe, Makoto*; Koike, Takayoshi*; Paoletti, E.*

対流圏オゾンは、森林の光合成活動を阻害するとともに、気孔開閉機能にも影響を与える。高オゾン濃度環境では気孔開閉の応答の遅れ(気孔鈍化)が誘発され、樹木の炭素獲得や蒸散に伴う水消費が変化するが、この影響は現在森林のオゾン影響評価に使われているモデルには全く考慮されていない。本研究では、精緻な多層陸面モデルと全球大気化学モデルを組み合わせたシミュレーションによって、気孔鈍化が及ぼす北半球スケールの森林の炭素獲得と蒸散への影響を評価する。気孔鈍化をシミュレートするために、個葉スケールでの最小気孔コンダクタンスに基づく新しいパラメタリゼーションを提案する。気孔鈍化プロセスを考慮することによって、森林による炭素吸収量が減少するとともに蒸散が促進され、結果的に水利用効率が大幅に低下することを明らかにした。これらの知見は過去の実験や野外観測から得られた結果と一致しており、特に東アジアなどの高オゾン濃度地域では、森林生態系の炭素・水バランスを予測する上で気孔鈍化による影響を考慮する必要がある。

The phytotoxic nature of tropospheric ozone can impair forest productivity and affects stomatal functions. Although a delay in stomatal responses (ozone-induced stomatal sluggishness) to fluctuating stimuli has a potential to change carbon and water balance in forests, this effect is not included in the current models for ozone risk assessment to forest. Here we examined effects of ozone-induced stomatal sluggishness on carbon gain and transpiration of global deciduous forests by combining land surface model and global atmospheric chemistry model. Ozone-induced stomatal sluggishness enhances stomatal ozone uptake resulting in facilitating a decline of forest carbon acquisition and also enhancing transpiration. Our findings are consistent with previous experimental and field observational results, indicating that forest trees suffer significant impairment of carbon and water balance through ozone-induced stomatal sluggishness.