Toward modeling of stomatal conductance under elevated ozone in forest trees

オゾン上昇環境での森林の気孔コンダクタンスのモデル化に向けて

星加 康智*; 渡辺 誠*; 堅田 元喜; De Marco, A.*; 出牛 真*; Carriero, G.*; 小池 孝良*; Paoletti, E.*

Hoshika, Yasutomo*; Watanabe, Makoto*; Katata, Genki; De Marco, A.*; Deushi, Makoto*; Carriero, G.*; Koike, Takayoshi*; Paoletti, E.*

対流圏オゾンは、気孔を通じて樹木に吸収され植物葉の被害を引き起こす。この影響を評価するためには気孔コンダクタンスのモデル化が必要である。本研究では、オゾン上昇下での気孔コンダクタンスモデリングに関する我々の最近の研究を報告する。まず、我々は世界中の森林樹木種へのJarvis型のモデルのパラメータをレビューし、夜明け前水ポテンシャルに対する気孔コンダクタンスの応答と最適温度が生長条件によって変化することを示した。次に、オゾン影響を含めた気孔コンダクタンスの最適モデルを、ブナを対象にしたオゾンFACE実験の結果を用いて試験し、モデルが夏季のオゾンによる気孔閉鎖を説明できることを示した。しかしながら、夏から秋にかけての気孔コンダクタンスへのオゾン影響は説明できず、オゾンに対する気孔閉鎖の鈍化プロセスの影響が示唆された。そこで、最終的にこの鈍化プロセスによる植物の炭素獲得と蒸散への影響を、北半球の温帯落葉樹林での詳細な多層地表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調べた。その結果、オゾンの鈍化は炭素獲得と蒸散に著しい影響をおよぼすことが示された。

Ozone (O) enters leaves via stomata and causes a damage to leaves of trees. Modeling of stomatal conductance (g) is considered as an essential factor to assess O impacts. In this presentation, our recent progress of research for the modeling of g under elevated O is summarized. First, we investigated g parameters of the Jarvis-type model for forest tree types throughout the world. The optimal temperature of g and g response to predawn water potential changed according to the growth conditions. Next, an optimization model of stomata including O effects was tested in free-air O exposure experiment on Siebold's beech in Japan. The optimal stomatal model explained O-induced stomatal closure in early summer. However, in late summer and autumn, the model did not explain the effects of O on g. This reflects the loss of closing response of stomata by O (stomatal sluggishness) such as under low light conditions. Finally, we examined the effects of O-induced stomatal sluggishness on carbon gain and transpiration of temperate deciduous forests in the Northern Hemisphere by combining a detailed multi-layer land surface model and a global atmospheric chemistry model. Our findings are consistent with previous experimental evidences, suggesting significant impairment of forest carbon and water balances attributed by O-induced stomatal sluggishness.