Impacts of repeated heat waves on tree carbon and water cycling; Moving beyond the stress event

繰り返す熱波が及ぼす樹木炭素・水循環への影響; 熱ストレスを乗り越えて

Ruehr, N.*; Bamberger, I.*; Duarte, A.*; 堅田 元喜; Pointner, A.*; Arneth, A.*

Ruehr, N.*; Bamberger, I.*; Duarte, A.*; Katata, Genki; Pointner, A.*; Arneth, A.*

熱波は、樹木に熱ストレスを蓄積させることで陸域の水・炭素循環に大きな影響を及ぼすが、ストレス後の回復期の樹木応答は明らかになっていない。本研究では、異なる水分環境下にあるベイマツとニセアカシアに熱波処理を繰り返し施したときの水・炭素交換過程の変化を調べた。樹木の水・炭素フラックスの大きさは、熱と乾燥処理の度合いに応じて大きく異なっていた。水分が十分にある場合は、日中および夜間の蒸散は気温と大気の蒸発要求度の増加に伴い増加した。炭素固定量は、いずれの樹種も熱処理または熱・乾燥の同時処理によって低下した。さらに、これらの処理によってベイマツの夜間呼吸量は増加する傾向が見られた。ストレスによって引き起こされた気孔閉鎖と光合成回路の損傷により、水・炭素交換速度の回復に遅れが見られた。結果として、高温イベントは乾燥イベントと相まって、ストレス期間中および期間後の樹木の水・炭素循環に強く影響することが明らかになった。これら影響は、生態系の炭素循環を予測する生物地球化学モデルに考慮する必要がある。

Heat waves strongly affect the terrestrial carbon and water cycle, with responses likely continuing past the stress event. In this study we investigated the response of carbon and water relations in Douglas-fir over three subsequent years to repeated summer heat waves under high and low water availability, intermitted by recovery periods. Tree carbon and water fluxes responded strongly to the treatments, with largest water deficits occurring under coupled heat-drought stress. Day- and nighttime transpiration increased with high temperature and evaporative demand, as long as water supply was sufficient. Assimilation in both tree species declined strongly under heat and heat-drought conditions while dark respiration increased with stress intensity in Douglas-fir. We found lagged effects on gas-exchange during the recovery periods, resulting from tight stomata regulation and impaired photosynthesis.