Wintertime grassland dynamics may influence belowground biomass under climate change; A Model analysis

冬季の草原における炭素動態が気候変動下の地下部バイオマスに及ぼしうる影響:モデルによる解析

堅田 元喜*; Grote, R.*; Mauder, M.*; Zeeman, M. J.*; 太田 雅和  

Katata, Genki*; Grote, R.*; Mauder, M.*; Zeeman, M. J.*; Ota, Masakazu

山間部の管理された草原では、冬季の寒冷な気候によって生産性が低下する。そのため、将来予想される気温上昇および雪面の変化は、草原の生産性に大きく影響する可能性がある。これを調べるため、陸面モデルSOLVEGに積雪,凍結・解氷および草の成長過程を導入し、このモデルを記録的な暖冬下における草原での熱輸送・炭素交換に適用した。モデル計算は、3年間のシミュレーション期間中に観測された熱フラックス,地温,積雪深度を再現した。計算結果から、暖冬下では高められた植物生理活動によって100g-C mのCO固定が起きたこと、更に、この固定された炭素の多くが春先の植物成長に利用されることなく地下部の根バイオマスへと供給されたことが示された。この暖冬の影響下で起きた地下部への炭素供給は、将来の温暖化環境においては土壌への炭素蓄積量および土壌からのCO放出量が増加するという可能性を示唆しており、既存の全球陸域生態系モデルが本過程を厳密に考慮する必要があることを示すものである。

Mountain grassland productivity is limited by cold and long winters; thus, rising temperatures and changes in snow cover expected in the future may have large impacts on the grassland yields. To investigate this, we enhanced land surface model (SOLVEG) to account for snow, freeze-thaw events, and grass growth, and the model was applied to the managed grasslands affected by extremely warm winter. The model reproduced temporal variability of observed heat fluxes, soil temperatures and snow depth throughout the 3-year simulation period. High physiological activity during the extremely warm winter led to a CO uptake of 100 g-C m, which was, surprisingly, mainly allocated into the below-ground biomass and rarely used for plant growth during spring. This process, which is so far largely unaccounted for in global terrestrial biosphere models, may lead to carbon accumulation in the soil and/or heterotrophic respiration as a response to global warming.