研究者データベース

柴田 英昭(シバタ ヒデアキ)
北方生物圏フィールド科学センター 森林圏ステーション 南管理部
教授

基本情報

所属

  • 北方生物圏フィールド科学センター 森林圏ステーション 南管理部

職名

  • 教授

学位

  • 博士(農学)(北海道大学)

ホームページURL

ORCID ID

Researcher ID

  • A-6909-2008

J-Global ID

研究キーワード

  • 物質循環   長期生態学研究   生物地球化学   土壌学   生態系生態学   Biogeochemistry   

研究分野

  • ライフサイエンス / 生態学、環境学
  • 環境・農学 / 環境動態解析
  • ライフサイエンス / 植物栄養学、土壌学
  • ライフサイエンス / 森林科学

職歴

  • 2007年 - 2011年 北海道大学北方生物圏フィールド科学センター 准教授
  • 2011年 - 北海道大学北方生物圏フィールド科学センター 教授
  • 2011年 - Professor
  • 2001年 - 2007年 北海道大学北方生物圏フィールド科学センター 助教授
  • 2001年 - 2007年 Associate Professor
  • 1996年 - 2001年 北海道大学農学部附属演習林 助手
  • 1996年 日本学術振興会特別研究員 日本学術振興会特別研究員

学歴

  •         - 1996年   北海道大学   農学研究科   農芸化学専攻
  •         - 1996年   北海道大学
  •         - 1993年   北海道大学   農学研究科   農芸化学専攻
  •         - 1993年   北海道大学
  •         - 1991年   北海道大学   農学部   農芸化学科
  •         - 1991年   北海道大学

所属学協会

  • 日本陸水学会   生物地球化学研究会   日本生態学会   日本森林学会   日本土壌肥料学会   環境科学会   Global Land Project   Japanese society of ecology   Japansese society of environment   Japanese forest society   Japanese society of soil science and plant nutrition   

研究活動情報

論文

  • Xinyu Chen, Ram Avtar, Deha Agus Umarhadi, Albertus Stephanus Louw, Sourabh Shrivastava, Ali P. Yunus, Khaled Mohamed Khedher, Tetsuya Takemi, Hideaki Shibata
    Weather and Climate Extremes 38 100494 - 100494 2022年12月 [査読有り][通常論文]
  • Chihiro Haga, Wataru Hotta, Takahiro Inoue, Takanori Matsui, Masahiro Aiba, Toshiaki Owari, Satoshi N. Suzuki, Hideaki Shibata, Junko Morimoto
    Ecological Modelling 472 110072 - 110072 2022年10月 [査読有り][通常論文]
  • Flavio Furukawa, Junko Morimoto, Nobuhiko Yoshimura, Takashi Koi, Hideaki Shibata, Masami Kaneko
    Remote Sensing 14 13 3170 - 3170 2022年07月01日 [査読有り][通常論文]
     
    Disturbances in forest ecosystems are expected to increase by the end of the twenty-first century. An understanding of these disturbed areas is critical to defining management measures to improve forest resilience. While some studies emphasize the importance of quick salvage logging, others emphasize the importance of the deadwood for biodiversity. Unmanned aerial vehicle (UAV) remote sensing is playing an important role to acquire information in these areas through the structure-from-motion (SfM) photogrammetry process. However, the technique faces challenges due to the fundamental principle of SfM photogrammetry as a passive optical method. In this study, we investigated a UAV video-based technology called full motion video (FMV) to identify fallen and snapped trees in a windthrow area. We compared the performance of FMV and an orthomosaic, created by the SfM photogrammetry process, to manually identify fallen and snapped trees, using a ground survey as a reference. The results showed that FMV was able to identify both types of damaged trees due to the ability of video to deliver better context awareness compared to the orthomosaic, although providing lower position accuracy. In addition to its processing being simpler, FMV technology showed great potential to support the interpretation of conventional UAV remote sensing analysis and ground surveys, providing forest managers with fast and reliable information about damaged trees in windthrow areas.
  • 林健太郎, 柴田英昭, 仁科一哉, 種田あずさ, 杉原創, 早川敦
    日本土壌肥料学雑誌 93 3 152 - 157 2022年06月 [査読有り][通常論文]
  • Patrick Meyfroidt, Ariane de Bremond, Casey M. Ryan, Emma Archer, Richard Aspinall, Abha Chhabra, Gilberto Camara, Esteve Corbera, Ruth DeFries, Sandra Diaz, Jinwei Dong, Erle C. Ellis, Karl-Heinz Erb, Janet A. Fisher, Rachael D. Garrett, Nancy E. Golubiewski, H. Ricardo Grau, J. Morgan Grove, Helmut Haberl, Andreas Heinimann, Patrick Hostert, Esteban G. Jobbagy, Suzi Kerr, Tobias Kuemmerle, Eric F. Lambin, Sandra Lavorel, Sharachandra Lele, Ole Mertz, Peter Messerli, Graciela Metternicht, Darla K. Munroe, Harini Nagendra, Jonas Ostergaard Nielsen, Dennis S. Ojima, Dawn Cassandra Parker, Unai Pascual, John R. Porter, Navin Ramankutty, Anette Reenberg, Rinku Roy Chowdhury, Karen C. Seto, Verena Seufert, Hideaki Shibata, Allison Thomson, Billie L. Turner Ii, Jotaro Urabe, Tom Veldkamp, Peter H. Verburg, Gete Zeleke, Erasmus K. H. J. zu Ermgassen
    PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA 119 7 2022年02月 [査読有り][通常論文]
     
    Land use is central to addressing sustainability issues, including biodiversity conservation, climate change, food security, poverty alleviation, and sustainable energy. In this paper, we synthesize knowledge accumulated in land system science, the integrated study of terrestrial social-ecological systems, into 10 hard truths that have strong, general, empirical support. These facts help to explain the challenges of achieving sustainability in land use and thus also point toward solutions. The 10 facts are as follows: 1) Meanings and values of land are socially constructed and contested; 2) land systems exhibit complex behaviors with abrupt, hard-to-predict changes; 3) irreversible changes and path dependence are common features of land systems; 4) some land uses have a small footprint but very large impacts; 5) drivers and impacts of land-use change are globally interconnected and spill over to distant locations; 6) humanity lives on a used planet where all land provides benefits to societies; 7) land-use change usually entails trade-offs between different benefits-"win-wins" are thus rare; 8) land tenure and land-use claims are often unclear, overlapping, and contested; 9) the benefits and burdens from land are unequally distributed; and 10) land users have multiple, sometimes conflicting, ideas of what social and environmental justice entails. The facts have implications for governance, but do not provide fixed answers. Instead they constitute a set of core principles which can guide scientists, policy makers, and practitioners toward meeting sustainability challenges in land use.
  • Kazuo Isobe, Hiroaki Oka, Tsunehiro Watanabe, Ryunosuke Tateno, Keishi Senoo, Hideaki Shibata
    Soil Biology and Biochemistry 165 108499 - 108499 2022年02月 [査読有り][通常論文]
  • Wataru Hotta, Junko Morimoto, Chihiro Haga, Satoshi N. Suzuki, Takahiro Inoue, Takanori Matsui, Toshiaki Owari, Hideaki Shibata, Futoshi Nakamura
    Forest Ecology and Management 502 119728 - 119728 2021年12月 [査読有り]
  • Hideaki Shibata, Ryosuke Ban, Nanae Hirano, Sadao Eguchi, Shin-Ichiro Mishima, Masaaki Chiwa, Naoyuki Yamashita
    Environmental Pollution 288 117695 - 117695 2021年11月 [査読有り]
  • Amit Kumar Batar, Hideaki Shibata, Teiji Watanabe
    Remote Sensing 13 20 4090 - 4090 2021年10月13日 [査読有り][通常論文]
  • Kentaro Hayashi, Hideaki Shibata, Azusa Oita, Kazuya Nishina, Akihiko Ito, Kiwamu Katagiri, Junko Shindo, Wilfried Winiwarter
    Environmental Pollution 286 117559 - 117559 2021年10月 [査読有り]
  • Masahiro Nakamura, Moeko Minoshima, Chisato Terada, Kentaro Takagi, Kobayashi Makoto, Hideaki Shibata, Tsutom Hiura
    Frontiers in Forests and Global Change 4 2021年09月22日 [査読有り][通常論文]
     
    Given the time scale based on the duration of exposure to global warming, natural climate-gradient studies and experimental manipulations have detected long-term (decades to centuries) and short-term (years to decades) ecological responses to global warming. Combination of these two complementary approaches within a single study may enable prediction of the likely responses of ecological processes to global warming. To understand how global warming affects plant–herbivore interactions within a canopy of Erman’s birch, we combined an elevational gradient study and a warming experiment involving mature birch trees in which the soil and tree branches were warmed separately. In the elevational gradient study, herbivory by chewing insects and plant growth increased as elevation decreased, and the concentrations of condensed tannins and total phenolics in the leaves decreased. In the warming experiment, soil warming alone increased herbivory, and the addition of branch warming amplified the effect on herbivory. Soil warming alone decreased the tannin concentration, and the addition of branch warming led to a further reduction. The variation in herbivory was best explained by the tannin content of leaves. Our experimental results demonstrate that the decreased tannin content of leaves due to a combination of soil and branch warming was an important driver of increased herbivory in the canopy of the mature birch trees. The similar tendencies in the short- and long-term responses imply that global warming is likely to increase background herbivory in mature birch trees by decreasing the tannin content of leaves in the canopy.
  • Christoph Wohner, Thomas Ohnemus, Steffen Zacharias, Hannes Mollenhauer, Erle C. Ellis, Hermann Klug, Hideaki Shibata, Michael Mirtl
    Ecological Indicators 127 107785 - 107785 2021年08月 [査読有り]
  • TaeOh Kwon, Hideaki Shibata, Sebastian Kepfer-Rojas, Inger K. Schmidt, Klaus S. Larsen, Claus Beier, Björn Berg, Kris Verheyen, Jean-Francois Lamarque, Frank Hagedorn, Nico Eisenhauer, Ika Djukic, TeaComposition Network
    Frontiers in Forests and Global Change 4 678480  2021年07月14日 [査読有り]
     
    Litter decomposition is a key process for carbon and nutrient cycling in terrestrial ecosystems and is mainly controlled by environmental conditions, substrate quantity and quality as well as microbial community abundance and composition. In particular, the effects of climate and atmospheric nitrogen (N) deposition on litter decomposition and its temporal dynamics are of significant importance, since their effects might change over the course of the decomposition process. Within the TeaComposition initiative, we incubated Green and Rooibos teas at 524 sites across nine biomes. We assessed how macroclimate and atmospheric inorganic N deposition under current and predicted scenarios (RCP 2.6, RCP 8.5) might affect litter mass loss measured after 3 and 12 months. Our study shows that the early to mid-term mass loss at the global scale was affected predominantly by litter quality (explaining 73% and 62% of the total variance after 3 and 12 months, respectively) followed by climate and N deposition. The effects of climate were not litter-specific and became increasingly significant as decomposition progressed, with MAP explaining 2% and MAT 4% of the variation after 12 months of incubation. The effect of N deposition was litter-specific, and significant only for 12-month decomposition of Rooibos tea at the global scale. However, in the temperate biome where atmospheric N deposition rates are relatively high, the 12-month mass loss of Green and Rooibos teas decreased significantly with increasing N deposition, explaining 9.5% and 1.1% of the variance, respectively. The expected changes in macroclimate and N deposition at the global scale by the end of this century are estimated to increase the 12-month mass loss of easily decomposable litter by 1.1–3.5% and of the more stable substrates by 3.8–10.6%, relative to current mass loss. In contrast, expected changes in atmospheric N deposition will decrease the mid-term mass loss of high-quality litter by 1.4–2.2% and that of low-quality litter by 0.9–1.5% in the temperate biome. Our results suggest that projected increases in N deposition may have the capacity to dampen the climate-driven increases in litter decomposition depending on the biome and decomposition stage of substrate.
  • Youhei Yamashita, Daiki Kojima, Natsumi Yoshida, Hideaki Shibata
    Chemosphere 271 129824 - 129824 2021年05月
  • Karibu Fukuzawa, Ryunosuke Tateno, Shin Ugawa, Tsunehiro Watanabe, Nanae Hosokawa, Shogo Imada, Hideaki Shibata
    Oecologia 196 1 263 - 273 2021年05月 [査読有り]
     
    To investigate the effect of reduced snow cover on fine root dynamics in a cool-temperate forest in northern Japan because of decreases in snowfall at high latitudes due to global warming, we monitored root length, production, and mortality before and after snow removal with an in-ground root scanner. We measured root dynamics of both overstory deciduous oak (Quercus crispula) and understory evergreen dwarf bamboo (Sasa nipponica), the two major species in the forest. Snow removal advanced the timing of peak root production by a month both in total and in Sasa, but not in oak. There was a significant interaction between snow removal and plant form on root production; this indicates that enhanced Sasa root production following snow removal might increase its ability to compete with oak. In contrast, snow removal did not enhance root mortality, suggesting that the roots of these species tolerate soil freezing. The earlier snow disappearance in the snow removal plot expanded the growing season in Sasa. We speculate that this change in the understory environment would advance the timing of root production by Sasa by extending the photosynthetic period in spring. We propose that different responses of root production to reduced snow cover between the two species would change the competitive interactions of overstory and understory vegetation, influencing net primary production and biogeochemistry (e.g., carbon and nitrogen cycles) in the forest ecosystem.
  • Athanasios Ragkos, Kentaro Hayashi, João Serra, Hideaki Shibata, Efstratios Michalis, Sadao Eguchi, Azusa Oita, Claudia Marques-dos-Santos Cordovil
    Sustainability 13 9 4866 - 4866 2021年04月26日 [査読有り]
     
    Sustainable nitrogen (N) management in agriculture is one of the most important issues affecting the environmental performance of modern agriculture. It is actually well perceived that coordinated efforts and holistic approaches are required to regulate N use by farmers. The purpose of this study was to provide an initial examination of stakeholders’ views in Japan regarding N use in agriculture and challenges to increase its sustainability. The analysis was based on a questionnaire study of five types of stakeholders (farmers, advisors, researchers, suppliers, policy makers). By means of multivariate analysis techniques it was revealed that consensus was lacking either in the acknowledgment of the causes and effects of unsustainable N management or in the challenges that need to be addressed. N losses from farms and the effects of N use were perceived but not conceived equally by all stakeholders. Organic farming and mandatory measures were the most controversial challenges, while those involving awareness, training and advisory were the most popular. This study cannot provide safe conclusions that can be generalized in the Japanese context, but it indicates domains where further research is required and orientations for future policy design towards more sustainable N use.
  • Junko Shindo, Azusa Oita, Kentaro Hayashi, Hideaki Shibata
    Environmental Research Letters 16 4 045003 - 045003 2021年04月01日 [査読有り]
  • Takahiro Inoue, Fumiko Nakagawa, Hideaki Shibata, Urumu Tsunogai
    Journal of Geophysical Research: Biogeosciences 126 4 e2020JG005876  2021年04月 [査読有り]
  • Takaya Chikamasa, Hideaki Shibata, Rieko Urakawa, Karibu Fukuzawa, Muneto Hirobe, Yoshiyuki Inagaki
    Journal of Forest Research 26 2 161 - 167 2021年03月04日 [査読有り]
  • Shih Chieh Chang, Taku M. Saitoh, Hideaki Shibata, Satoshi N. Suzuki
    Journal of Agricultural Meteorology 77 1 52 - 65 2021年 [査読有り]
     
    To elucidate the dynamic features of carbon sequestration in ecosystems under changing climates and various disturbance regimes, researchers must understand key ecosystem processes, such as carbon allocation and partitioning, organic matter decomposition, and nutrient cycles, as well as plant functional traits. Here, we reviewed the existing literature and conducted meta-analyses using available datasets from eddy covariance CO2 flux sites in East Asia to clarify these ecosystem processes and attributes. Since the establishment of AsiaFlux in 1999, the number of flux tower sites has grown to 110 sites, spanning a large geographic extent in East Asia and covering diverse ecosystems embedded in large climatic gradients. Early publications relating to AsiaFlux described CO2 fluxes from single sites, but over the last 20 years more ecosystem processes and attributes have been included in the study sites’ research programs. Among other advances, researchers have quantified the plant functional traits related to photosynthesis or ecosystem-scale gross primary production and thus demonstrated that CO2 fluxes are controlled by plant traits; this quantification provides a basis for building ecosystem models. Additional means of understanding the carbon fluxes and pools of these ecosystems have been provided by biometric measurements beneath eddy covariance flux towers, partly on the basis of traditional forestry practices and the measurements of component carbon fluxes, such as respiratory fluxes and litter decomposition rates. Through meta-analyses, we demonstrate good correlations between these fluxes and mention the characteristics of carbon cycle processes in Asian forest ecosystems. By investigating nitrogen biogeochemical cycles at the flux sites, studies have shown that carbon fluxes are also controlled by nitrogen availability. The future success and progress of AsiaFlux could be promoted by further collaborations between this research community and other networks, such as long-term ecological research (LTER) networks, and the development of open databases.
  • Akinori Mori, Sadao Eguchi, Mikito Higuchi, Hideaki Shibata
    Environmental Research Letters 15 12 125007 - 125007 2020年12月05日 [査読有り]
  • Nanae Hosokawa, Karibu Fukuzawa, Ryunosuke Tateno, Hideaki Shibata
    Journal of Forest Research 25 6 405 - 412 2020年11月01日 [査読有り]
     
    Fine root is a significant component in carbon (C) and nitrogen (N) dynamics in temperate forests. Winter processes affect plant growth and nutrient concentration, however, the effect of reduced snowpack on fine root remains unclear. Here, we conducted snow removal manipulation and investigated the fine root biomass and necromass, dynamics (production, mortality and disappearance) and the C and N concentrations ofQuercus crispula(oak) andSasa nipponica(Sasa), in mineral topsoil (0-10 cm) throughout 1 year. The effect of snow removal on the fine root biomass and necromass was insignificant. The effect of snow removal on the production, mortality and disappearance of fine root, and on total C and N concentrations of fine root biomass and necromass were insignificant. The fine root biomass of oak was significantly greater than that of Sasa, although the fine root necromass of Sasa was significantly greater than that of oak. Fine root necromass showed clear seasonal change, although a seasonal change of fine root biomass was unclear. Total C concentration in the fine root biomass and necromass of oak was significantly higher than that of Sasa. Total N concentration in the fine root necromass in May 2015, when after the snow removal, of Sasa was significantly higher than that of oak, in both snow removal and control plots. Our results showed that the fine root necromass of Sasa supplies more N than that of oak in spring, regardless of snowpack depth.
  • Nanae Hosokawa, Kazuo Isobe, Rieko Urakawa, Ryunosuke Tateno, Karibu Fukuzawa, Tsunehiro Watanabe, Hideaki Shibata
    Ecological Research 35 5 888 - 899 2020年09月27日 [査読有り]
  • Karibu Fukuzawa, Fuyuki Satoh, Hideaki Shibata, Tatsuya Kamiura, Chikara Kozuka, Toshikazu Takanishi, Shintaro Hayakashi, Yuya Hirano, Wataru Mamiya, Yuri Yabuhara, Rei Sakai, Hiroshi Sugiyama, Hiroshi Masumoto, Naoko Fukuzawa, Tetsuji Takeda, Hideaki Morita, Makoto Yamanouchi, Junko Hasegawa, Toshiya Yoshida
    Ecological Research 35 5 742 - 749 2020年09月05日 [査読有り]
     
    The water chemistry of a stream reflects the biogeochemical processes occurring in upstream forests. Anthropogenic disturbances in forests, such as cutting trees, altering the nitrogen (N) cycle, and increase in N leaching from the soil to streams, potentially cause acidification or eutrophication downstream. In forests with dense understory vegetation, mechanical site preparation following tree cutting is commonly used to improve the early establishment of tree seedlings. In cool-temperate forests in northern Hokkaido, Japan, dense understory vegetation (mainly comprising Sasa dwarf bamboo) inhibits forest regeneration after tree cutting. Soil scarification is a common site preparation technique for eliminating Sasa bamboo and improving forest regeneration. Long-term data are useful for examining the temporal changes in stream water chemistry exposed to different specific forest management practices under changing environment (e.g., climate change and atmospheric N deposition). For 14 years (2003-2016), we observed the stream water chemistry in naturally forested watersheds and at one point after the confluence of all streams in Uryu Experimental Forest of Hokkaido University (North Hokkaido Experimental Forests Site of JaLTER) in northern Japan. We also monitored stream discharge, water level and stream water temperature in each watershed. Water samples were collected from the outlets of 10 watersheds. The forest management practice in each watershed includes clear-cutting, soil scarification in sparse forest with dense understory Sasa, and clear-cutting and soil scarification followed by soil replacement. Long-term data in the six unmanaged watersheds are also valuable as a background information to analyze the effect of long-term climate, environment and vegetation changes on stream water chemistry. The measured water quality data of 1,873 water samples include the ion concentrations (Cl-, NO3-, SO42-, Na+, NH4+, K+, Mg2+, and Ca2+), pH, and electrical conductivity (EC) in the stream water. The range of the concentrations of Cl-, NO3-, SO42-, Mg2+, and Ca2+ in the stream water across all the watersheds throughout the observed periods (minimum to maximum) were 3.35-23.67, 0.01-8.68, 0.83-4.01, 0.45-2.55 and 0.72-6.16 mg L-1, respectively. Similarly, the stream pH and EC ranged from 6.04 to 7.53 and 3.14 to 9.47 mS m(-1), respectively.
  • Nagai Shin, Hideaki Shibata, Takeshi Osawa, Takehisa Yamakita, Masahiro Nakamura, Tanaka Kenta
    Ecological Research 35 5 700 - 707 2020年09月 [査読有り]
     
    © 2020 The Authors. Ecological Research published by John Wiley & Sons Australia, Ltd on behalf of The Ecological Society of Japan Data papers, such as those published by Ecological Research, encourage the retrieval and archiving of valuable unpublished, undigitized ecological observational data. However, scientists remain hesitant to submit their data to such forums. In this perspective paper, we describe lessons learned from the Long-Term Ecological Research, the Global Biodiversity Information Facility and marine biological databases and discuss how data sharing and publication are both powerful and important for ecological research. Our aim is to encourage readers to submit their unpublished, undigitized ecological observational data then the data may be archived, published and used by other researchers to advance knowledge in the field of ecology. Coupling data sharing and syntheses with the development of innovative informatics would allow ecology to enter the realm of big science and provide seeds for a new and robust agenda of future ecological studies.
  • Wataru Hotta, Junko Morimoto, Takahiro Inoue, Satoshi N. Suzuki, Toshihiro Umebayashi, Toshiaki Owari, Hideaki Shibata, Satoshi Ishibashi, Toshihiko Hara, Futoshi Nakamura
    Forest Ecology and Management 468 118169 - 118169 2020年07月 [査読有り]
     
    To mitigate the negative effects of climate change, it is necessary to conserve carbon stocks in forests. Typhoons fell many standing trees and generate a substantial amount of coarse woody debris (CWD). In boreal forests, CWD contributes to maintaining carbon stocks for a long time after a disturbance because the decomposition rate of CWD is relatively low. We know that salvage logging after a disturbance tremendously decreases the forest carbon stock over the short term after logging but know little about its long-term effects. We targeted a catastrophic windthrow caused by a super typhoon in 1954 in boreal forests in northern Japan and estimated the long-term effects of salvage logging after the windthrow on the above- and belowground carbon stocks by comparing old-growth forests with low damage from the super typhoon in 1954 or any subsequent typhoons (OG), forests damaged by the typhoon with remaining CWD (i.e., windthrow, WT), and forests damaged by the typhoon followed by salvage logging (WT + SL). The CWD carbon stock of decay class 5 (i.e., the most decayed CWD) in WT was significantly larger than that in OG and WT + SL, suggesting that the CWD in decay class 5 in WT had been generated by the typhoon 64 years ago, and the negative effect of salvage logging on the carbon stock still remains apparent in the CWD carbon stock of decay class 5. The carbon stock of the organic (0) layer in WT was larger than that in WT + SL, probably because of three factors: (1) the slower decomposition rate of fallen leaves and twigs of conifers than broadleaves, as conifer litter is abundant in WT; (2) greater carbon transition from the CWD to the 0 layer in WT; and (3) the occurrence of a lower decomposition rate in the 0 layer in WT. However, the total carbon stock in WT + SL has almost recovered to the level of that in WT within the last 64 years. The carbon stocks of broadleaves that grew rapidly after the disturbance and the newly accumulated dead trees generated throughout the stand developmental process might contribute to the recovery of carbon stock in WT + SL. These results indicate that salvage logging affects the allocation of carbon in the forest even after 64 years after a catastrophic windthrow, although there was no large difference in total carbon stock.
  • Chihiro Haga, Marimi Maeda, Wataru Hotta, Takahiro Inoue, Takanori Matsui, Takashi Machimura, Masahiro Nakaoka, Junko Morimoto, Hideaki Shibata, Shizuka Hashimoto, Osamu Saito
    Frontiers in Ecology and Evolution 8 155  2020年05月27日 [査読有り]
  • Satoshi N. Suzuki, Mioko Ataka, Ika Djukic, Tsutomu Enoki, Karibu Fukuzawa, Mitsuru Hirota, Takuo Hishi, Tsutom Hiura, Kazuhiko Hoshizaki, Hideyuki Ida, Akira Iguchi, Yasuo Iimura, Takeshi Ise, Tanaka Kenta, Yoshifumi Kina, Hajime Kobayashi, Yuji Kominami, Hiroko Kurokawa, Kobayashi Makoto, Michinari Matsushita, Rie Miyata, Hiroyuki Muraoka, Tatsuro Nakaji, Masahiro Nakamura, Shigeru Niwa, Nam J. Noh, Takanori Sato, Tatsuyuki Seino, Hideaki Shibata, Ryo O. Suzuki, Koichi Takahashi, Tomonori Tsunoda, Tasuhiro Ustumi, Kenta Watanabe
    ECOLOGICAL RESEARCH 34 5 575 - 576 2019年09月 [査読有り][通常論文]
     
    Litter and soil organic matter decomposition represents one of the major drivers of carbon and nutrient cycling in a given ecosystem; however, it also contributes to a significant production of relevant greenhouse gasses. The Japanese archipelago spans several biomes (boreal-temperate-subtropical) and covers a large range of elevations and ecosystem types. Hence, the comprehension of this fundamental biogeochemical process in diverse ecosystems is crucial to maintain their ecosystem services. In this article, we have provided data on plant leaf decomposition from 33 research sites across Japan. At each site, standard litter material with different decomposition rates, rooibos tea and green tea were incubated for 90days between 2012 and 2016 and the remaining mass was recorded. In total, 1904 bags were used. In addition, supplementary measurements of environmental variables essential for the interpretation of the collected data, such as soil and vegetation, were recorded. Plot-level averages of the remaining mass rates of bag contents after incubation ranged 0.17-0.51 for green tea and 0.54-0.82 for rooibos tea. Continued monitoring will also provide important insights into the temporal dynamics of litter decomposition.
  • 井上華央, 柴田英昭, 吉田俊也, 中路達郎, 小花和宏之, 加藤 顕
    森林立地 61 1 1 - 13 2019年06月 [査読有り][通常論文]
  • Ryunosuke Tateno, Shogo Imada, Tsunehiro Watanabe, Karibu Fukuzawa, Hideaki Shibata
    PLANT AND SOIL 438 1-2 157 - 172 2019年05月 [査読有り][通常論文]
     
    AimsIn this study, we investigated the effects of reduced snow depth on plant phenology, productivity, nitrogen (N) cycling, and N use in canopy and understory vegetation. We hypothesized that decreased snow depth would hasten the timing of leaf flushing and N uptake in understory vegetation, increasing its N competitive advantage over canopy trees.ResultsSnow removal did not directly affect the phenology of either canopy or understory vegetation. Understory vegetation took up more N in the snow removal plots than in the control plots, particularly in the mid- to late-growing season. Leaf production and N uptake in canopy trees also did not differ between the control and snow removal plots, but N resorption efficiency in the snow removal plots (57.6%) was significantly higher than those in control plots (50.0%).ConclusionsIncreased N uptake by understory plants may induce N limitation in canopy trees, which in turn may cause canopy trees to increase their N use efficiency. Such competitive advantage of understory vegetation over canopy trees against snow reduction may affect N cycling via litter quality and quantity not only just after the growing season but also in subsequent seasons.
  • Tsunehiro Watanabe, Ryunosuke Tateno, Shogo Imada, Karibu Fukuzawa, Kazuo Isobe, Rieko Urakawa, Tomoki Oda, Nanae Hosokawa, Takahiro Sasai, Yoshiyuki Inagaki, Takuo Hishi, Hiroto Toda, Hideaki Shibata
    BIOGEOCHEMISTRY 142 3 319 - 338 2019年02月 [査読有り][通常論文]
     
    Recent global warming models project a significant change in winter climate over the next few decades. The decrease in snowpack in the winter will decrease the heat insulation function of the snowpack, resulting in increased soil freeze-thaw cycles. Here, we examined the impact of winter freeze-thaw cycles on year-round dissolved nitrogen (N) and carbon (C) dynamics and their relationship with dissolved organic matter and microbial biomass in soil by conducting an in situ experimental reduction in snowpack. We investigated dissolved inorganic N (NH4+ and NO3-), dissolved organic N (DON), dissolved organic carbon (DOC), inorganic N leaching, soil microbial biomass, and microbial activities (mineralization and nitrification) in the surface soil of a northern hardwood forest located in Japan. Experimental snowpack reduction significantly increased the number of soil freeze-thaw cycles and soil frost depth. The NH4+ content of the surface soil was significantly increased by the amplified soil freeze-thaw cycles due to decreased snowpack, while the soil NO3- content was unchanged or decreased slightly. The gravimetric soil moisture, DON and DOC contents in soil and soil microbial biomass significantly increased by the snowpack removal in winter. Our results suggest that the amplified freeze-thaw cycles in soil increase the availability of DON and DOC for soil microbes due to an increase in soil freezing. The increases in both DON and DOC in winter contributed to the enhanced growth of soil microbes, resulting in the increased availability of NH4+ in winter from net mineralization following an increase in soil freeze-thaw cycles. Our study clearly indicated that snow reduction significantly increased the availability of dissolved nitrogen and carbon during winter, caused by increased soil water content due to freeze-thaw cycles in winter.
  • Haga, C., Inoue, T., Hotta, W., Shibata, R., Hashimoto, S., Kurokawa, H., Machimura, T., Matsui, T., Morimoto, J., Shibata, H.
    Sustainability Science 14 1 89 - 106 2019年 [査読有り][通常論文]
  • Chiwa, M., Tateno, R., Hishi, T., Shibata, H.
    Journal of Forest Research 24 1 1 - 15 2019年 [査読有り][通常論文]
  • Kentaro Hayashi, Azusa Oita, Luis Lassaletta, Junko Shindo, Hideaki Shibata, Gen Sakurai, Sadao Eguchi
    Environmental Research Letters 13 12 124027 - 124027 2018年12月17日 [査読有り]
  • Motomu Toda, Karibu Fukuzawa, Masahiro Nakamura, Rie Miyata, Xin Wang, Kazuki Doi, Azusa Tabata, Hideaki Shibata, Toshiya Yoshida, Toshihiko Hara
    TREES-STRUCTURE AND FUNCTION 32 6 1789 - 1799 2018年12月 [査読有り][通常論文]
     
    Key messageThe recovery of leaf photosynthetic rate of an early successional tree, Betula ermanii, to its pre-disturbance state following a defoliating disturbance was brought about by its fast leaf morphological response (LMA, leaf mass per area) but not physiological one (leaf N) as a resilience mechanism.AbstractClimate extremes possibly impair terrestrial vegetation and alter carbon cycles. Meanwhile, large uncertainty remains for evaluating the climatic impact on the vegetational function and structure and ecosystem CO2 exchange. We manipulated a defoliating disturbance experimentally in early September 2011 to simulate an extreme typhoon that actually hit a cool-temperate forest in Japan and ripped away a tremendous amount of foliage of early-successional B. ermanii trees in early September 2004, which corresponded to a decrease in plant area index (PAI) by 1.7m(2)m(-2) from 3.3m(2)m(-2) of the maximum PAI during the plant growth period. Over the 4-year observations in 2011-2016, we measured leaf-level photosynthesis following the manipulated disturbance. The highest maximum photosynthetic rate of leaves (A(max)) occurred in 2014 among the observational period, which was the third year after the disturbance, and the subsequent A(max) returned to the pre-disturbance state. We examined what biotic factors regulated A(max) following the disturbance and found that the increase in the morphological attribute of leaf mass per area (LMA) enhanced A(max) with a significant positive slope between LMA and A(max) (R-2=0.14 and p<0.1). Meanwhile, A(max) was hardly affected by the physiological attribute of leaf nitrogen (N) as indicated by a nonsignificant slope of the leaf N-A(max) relationship (R-2=0.04 and p=0.281) throughout the observational period. This study would be a first challenge of a stand-scale defoliation experiment and provides a possible ecological inference regarding the functional and structural responses of early-successional trees following such disturbances.
  • 浦川梨恵子, 柴田英昭, 戸田浩人
    森林立地 60 87 - 90 2018年12月 [査読有り][通常論文]
  • Ika Djukic, Sebastian Kepfer-Rojas, Inger Kappel Schmidt, Klaus Steenberg Larsen, Claus Beier, Björn Berg, Kris Verheyen, Adriano Caliman, Alain Paquette, Alba Gutiérrez-Girón, Alberto Humber, Alejandro Valdecantos, Alessandro Petraglia, Heather Alexander, Algirdas Augustaitis, Amélie Saillard, Ana Carolina Ruiz Fernández, Ana I. Sousa, Ana I. Lillebø, Anderson da Rocha Gripp, André Jean Francez, Andrea Fischer, Andreas Bohner, Andrey Malyshev, Andrijana Andrić, Andy Smith, Angela Stanisci, Anikó Seres, Anja Schmidt, Anna Avila, Anne Probst, Annie Ouin, Anzar A. Khuroo, Arne Verstraeten, Arely N. Palabral-Aguilera, Artur Stefanski, Aurora Gaxiola, Bart Muys, Bernard Bosman, Bernd Ahrends, Bill Parker, Birgit Sattler, Bo Yang, Bohdan Juráni, Brigitta Erschbamer, Carmen Eugenia Rodriguez Ortiz, Casper T. Christiansen, E. Carol Adair, Céline Meredieu, Cendrine Mony, Charles A. Nock, Chi Ling Chen, Chiao Ping Wang, Christel Baum, Christian Rixen, Christine Delire, Christophe Piscart, Christopher Andrews, Corinna Rebmann, Cristina Branquinho, Dana Polyanskaya, David Fuentes Delgado, Dirk Wundram, Diyaa Radeideh, Eduardo Ordóñez-Regil, Edward Crawford, Elena Preda, Elena Tropina, Elli Groner, Eric Lucot, Erzsébet Hornung, Esperança Gacia, Esther Lévesque, Evanilde Benedito, Evgeny A. Davydov, Evy Ampoorter, Fabio Padilha Bolzan, Felipe Varela, Ferdinand Kristöfel, Fernando T. Maestre, Florence Maunoury-Danger, Florian Hofhansl, Florian Kitz, Flurin Sutter, Francisco Cuesta, Francisco de Almeida Lobo, Franco Leandro de Souza, Frank Berninger, Franz Zehetner, Georg Wohlfahrt, George Vourlitis, Geovana Carreño-Rocabado, Gina Arena, Gisele Daiane Pinha, Grizelle González, Guylaine Canut, Hanna Lee, Hans Verbeeck, Harald Auge, Harald Pauli
    Science of the Total Environment 628-629 1369 - 1394 2018年07月01日 [査読有り][通常論文]
     
    © 2018 Elsevier B.V. Through litter decomposition enormous amounts of carbon is emitted to the atmosphere. Numerous large-scale decomposition experiments have been conducted focusing on this fundamental soil process in order to understand the controls on the terrestrial carbon transfer to the atmosphere. However, previous studies were mostly based on site-specific litter and methodologies, adding major uncertainty to syntheses, comparisons and meta-analyses across different experiments and sites. In the TeaComposition initiative, the potential litter decomposition is investigated by using standardized substrates (Rooibos and Green tea) for comparison of litter mass loss at 336 sites (ranging from −9 to +26 °C MAT and from 60 to 3113 mm MAP) across different ecosystems. In this study we tested the effect of climate (temperature and moisture), litter type and land-use on early stage decomposition (3 months) across nine biomes. We show that litter quality was the predominant controlling factor in early stage litter decomposition, which explained about 65% of the variability in litter decomposition at a global scale. The effect of climate, on the other hand, was not litter specific and explained <0.5% of the variation for Green tea and 5% for Rooibos tea, and was of significance only under unfavorable decomposition conditions (i.e. xeric versus mesic environments). When the data were aggregated at the biome scale, climate played a significant role on decomposition of both litter types (explaining 64% of the variation for Green tea and 72% for Rooibos tea). No significant effect of land-use on early stage litter decomposition was noted within the temperate biome. Our results indicate that multiple drivers are affecting early stage litter mass loss with litter quality being dominant. In order to be able to quantify the relative importance of the different drivers over time, long-term studies combined with experimental trials are needed.
  • 江口 定夫, 柴田 英昭, 種田 あずさ, 新藤 純子, 松本 成夫, 森 昭憲, 中島 泰弘, 朝田 景, 志村 もと子, 林 健太郎, 中辻 敏朗
    日本土壌肥料学雑誌 89 3 249 - 259 2018年06月 [査読有り][通常論文]
  • M. Mirtl, E. T. Borer, I. Djukic, M. Forsius, H. Haubold, W. Hugo, J. Jourdan, D. Lindenmayer, W. H. McDowell, H. Muraoka, D. E. Orenstein, J. C. Pauw, J. Peterseil, H. Shibata, C. Wohner, X. Yu, P. Haase
    Science of the Total Environment 626 1439 - 1462 2018年06月01日 [査読有り][通常論文]
     
    Since its founding in 1993 the International Long-term Ecological Research Network (ILTER) has gone through pronounced development phases. The current network comprises 44 active member LTER networks representing 700 LTER Sites and ~ 80 LTSER Platforms across all continents, active in the fields of ecosystem, critical zone and socio-ecological research. The critical challenges and most important achievements of the initial phase have now become state-of-the-art in networking for excellent science. At the same time increasing integration, accelerating technology, networking of resources and a strong pull for more socially relevant scientific information have been modifying the mission and goals of ILTER. This article provides a critical review of ILTER's mission, goals, development and impacts. Major characteristics, tools, services, partnerships and selected examples of relative strengths relevant for advancing ILTER are presented. We elaborate on the tradeoffs between the needs of the scientific community and stakeholder expectations. The embedding of ILTER in an increasingly collaborative landscape of global environmental observation and ecological research networks and infrastructures is also reflected by developments of pioneering regional and national LTER networks such as SAEON in South Africa, CERN/CEOBEX in China, TERN in Australia or eLTER RI in Europe. The primary role of ILTER is currently seen as a mechanism to investigate ecosystem structure, function, and services in response to a wide range of environmental forcings using long-term, place-based research. We suggest four main fields of activities and advancements for the next decade through development/delivery of a: (1) Global multi-disciplinary community of researchers and research institutes (2) Strategic global framework and strong partnerships in ecosystem observation and research (3) Global Research Infrastructure (GRI) and (4) a scientific knowledge factory for societally relevant information on sustainable use of natural resources.
  • 窒素フットプリント:環境への窒素ロスを定量する新たな指標
    種田 あずさ, 柴田 英昭, 新藤 純子
    日本LCA学会誌 14 2 120 - 133 2018年04月 [査読無し][招待有り]
     
    人間活動によって生成した反応性窒素は、人間および環境に対する脅威をもたらしている。窒素フットプリ ントは、人間活動を通じた環境への反応性窒素放出(窒素ロス)を、消費者の活動を基準として定量化できる新た な指標である。本稿では、窒素フットプリント算出法として提案されている3 つの方法(N-Calculator 法、 N-Input 法、N-Multi-region 法)について解説するとともに、これらの評価方法の特徴を生かした活用方法や今後 の展開について述べる。N-Calculator 法は、消費者一人あたりの食料・エネルギーの消費量に基づくボトムアップ 型の分析法である。この方法を使うことで、一つ一つの消費行動がどのように窒素フットプリントに影響するかを 定量的に評価、可視化することができる。N-Input 法は、食料の生産・輸出入量と、その生産のために使われた 農地への窒素投入量に基づくトップダウン分析を用いる。この方法は、複数の国から多くの食料を輸入している 国について精緻に算出を行うことができる。N-Multi-region 法は、各国・各部門からの反応性窒素排出量について、 拡張された世界多地域間産業連関表を用いた産業連関分析を適用する。この方法を使えば、グローバルな貿易の 影響を含めた多くの国の窒素フットプリントを評価することが可能であり、複雑な国際サプライチェーンや窒素 ロスに関与する反応性窒素の種類を解析することもできる。本稿では、さらに、低減策の主なものとして、食品 選択、家庭系ごみの削減、ラベル表示(窒素・カーボン・ウォーターフットプリント)、機関レベルのフットプリ ント分析(窒素・カーボン)、 窒素フットプリントのオフセットの現状と可能性について述べる。また、窒素フッ トプリントに関する研究プロジェクトについてもいくつか紹介する。
  • Min Fan, Hideaki Shibata, Li Chen
    Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 23 4 525 - 552 2018年04月01日 [査読有り][通常論文]
     
    Ecosystem services (ESs) provide information on the tendency of ecosystems to reach and form a state of equilibrium. The process of ES changes is important in order to identify the climate change-related causes that occur regionally to globally. ES-based management plays an important role in mitigation strategies for the negative impact of global climate change on ecosystem. Therefore, it is necessary to evaluate spatial characteristics and relationships among these multiple services from different spatial scales which could aid in multiple ES sustainable development from local to global scales. In this study, we developed a framework for analyzing the spatial characteristics and interactive relationships of multiple ESs. We analyzed the spatial distributions of six hydrological ESs that are important in the northernmost part of Japan (Teshio River watershed) by using hydrology and nutrient model (Soil and Water Assessment Tool, SWAT) under baseline climate conditions and climate change derived from the global circulation model (GCM). We then explored the spatial characteristic scales of ESs by multiscale analysis (lacunarity estimation) to reveal provision flow and spatial distribution characteristics for hydrological ESs. We observed a strong relationship between the spatial characteristics of land uses and ES provision. The spatial characteristics of individual hydrological ESs were totally different and had different spatial homogeneity and cluster (indicated by initial lacunarity index and lacunarity dimension). The results also showed trade-offs between inorganic nutrient retention (provision ESs) and organic nutrient and sediment retentions (regulating ESs), and synergies between organic nutrient retention and sediment retention under all climate change scenarios. The different stakeholders will take different mitigation programs (e.g., establishing riparian vegetation, planning nutrient management practices, and integrating climate change model into systematic conservation planning of ESs) to avoid negative impacts of climate change on ESs. Application of this proposed framework to study the spatial characteristics and relationships of hydrological ESs under climate change could provide understanding on the impact of climate change on ES changes and solutions to mitigate strategies to cope with those changes in the future.
  • Min Fan, Hideaki Shibata, Li Chen
    Journal of Water Resources Planning and Management 144 2 05017022 - 05017022 2018年02月 [査読有り][通常論文]
  • Lassaletta, L., Billen, G., Garnier, J., Oita, A., Shibata, H., Shindo, J., Hayashi, K.
    Encyclopedia of Food Security and Sustainability 2018年
  • Isobe, K., Oka, H., Watanabe, T., Tateno, R., Urakawa, R., Liang, C., Senoo, K., Shibata, H.
    Soil Biology and Biochemistry 124 90 - 100 2018年 [査読有り][通常論文]
  • Masahiro Nakaoka, Kenji Sudo, Mizuho Namba, Hideaki Shibata, Futoshi Nakamura, Satoshi Ishikawa, Mitsutaku Makino, Hiroya Yamano, Shin-ichiro S. Matsuzaki, Takehisa Yamakita, Xiubo Yu, Xiyong Hou, Xiaowei Li, Jon Brodie, Keiichiro Kanemoto, Dan Moran, Francesca Verones
    ECOLOGICAL RESEARCH 33 1 35 - 49 2018年01月 [査読有り][通常論文]
     
    The expanding economical activities have accelerated losses of biodiversity and ecosystem services, which are especially pronounced in Asia. To find solutions to stop these losses, a group of scientists studying both ecological and social sciences has launched an interdisciplinary research network, entitled TSUNAGARI (Trans-System, UNified Approach for Global and Regional Integration of social-ecological study toward sustainable use of biodiversity and ecosystem services). The project is based on two main perspectives: (1) integrating different disciplines of environmental research across multiple spatial scales, and (2) evaluating the importance of ecosystem connectivity between land and ocean for biodiversity and ecosystem services. The integrative studies have been started as follows: (1) integrating global-scale analyses of biodiversity and economy by developing GIS-based footprint analysis, (2) establishing the link between the studies of local good practices of ecosystem management and life cycle assessment on ecosystem good and services, (3) linking local-scale ecosystem studies to decision making processes for sustainable society by multiple stakeholders, and (4) upscaling local analyses of ecosystem processes to broad-scale analyses of ecosystem patterns. The proposed approaches are considered effective to solve problems that impede conservation of biodiversity and sustainable use of multiple ecosystem services in various situations although we also find some gaps such as regional biases in biodiversity data and involvement of different types of stakeholders. By overcoming the major bottlenecks, we believe the new integrated approaches will promote conservation and sustainable management of biodiversity and ecosystem services research, and contribute to advance decision-making processes from local communities to international levels.
  • Min Fan, Hideaki Shibata, Li Chen
    Ecological Complexity 33 1 - 10 2018年01月01日 [査読有り][通常論文]
     
    There is a growing call for spatial conservation prioritization of ecosystem services (ESs) models that is both simple and scientifically credible, in order to serve ecological and environmental decision-making processes. Pressure on ecosystems to provide various and conflicting services is immense and likely to increase. Despite increasing attention to the human dimension of conservation projects, a rigorously spatial conservation planning on balancing multiple ESs has not been developed. The impacts and success of spatial conservation planning will be enhanced if the needs of competing and compromising ESs are recognized. We developed such a framework integrating watershed model into spatial conservation prioritization model and illustrated it about competing and compromising ESs in the Teshio River watershed, with the aim of developing a spatial conservation priority ranking map that balances interactive relationships between water yield and sediment retention. The sediment retention was concentrated in southeastern and some northern areas with higher precipitation, more forest lands and steeper slope, but the water yield was concentrated in southwestern and some northern places with agricultural land. The spatial priority conservation ranking map of individual ES is closely related to its spatially distributed pattern. The spatial priority conservation areas for sediment retention in southwest are traded off against those for water yield in southeast, but there are some overlaps on spatial priority conservation areas for sediment retention and water yield in north of Teshio River watershed. There are obvious differences between the spatial priority conservation ranking maps of individual ESs and those of multiple services together. The spatial priority conservation areas for multiple ESs together simultaneously include southeastern, more eastern and some northern places of study watershed, which can balance the conflict existing between sediment retention and water yield. The proposed framework in this study could be applied to similarly structural conservation prioritization problems of other more ESs, which could sustain ecosystem conservation and economic development across watershed.
  • Kim E.-S, Trisurat Y, Muraoka H, Shibata H, Amoroso V, Boldgiv B, Hoshizaki K, Kassim A.R, Kim Y.-S, Nguyen H.Q, Ohte N, Ong P.S, Wang C.-P
    Ecological Research 33 1 19 - 34 2018年01月01日 [査読有り][通常論文]
     
    There are growing needs to broaden and deepen our multi-faceted understanding of the ecosystems, and the networks of Long-Term Ecological Research (LTER) can play significant roles in fostering and applying ecosystem studies at regional and global scales. The International LTER Network (ILTER) is organized as a global network of field research sites and scientists to address current ecological issues such as biodiversity loss and ecosystem degradation within a globally changing environment. The ILTER East Asia–Pacific Regional Network (ILTER-EAP) is one of the four constituent ILTER regional networks. Since 1995, ILTER-EAP has been developed to promote data sharing, research collaborations and capability building in the science and to bridge gaps between societal needs and scientific imperatives on concerns in the Asia–Pacific Region. Currently, ILTER-EAP comprises nine formal ILTER members and two associate networks. Their activities involve long-term and multiple-site observations of structural, functional and developmental aspects of ecosystems, data sharing, and bridging society and ecological science. This paper presents a review of the activities of ILTER-EAP, focusing on its: (1) vision and the development following its inception, (2) scientific activities and major outputs related to selected thematic areas, (3) contributions from ILTER-EAP to the international initiatives, and (4) future challenges and opportunities relating to its development and role in facilitating regional and global research collaborations. Accordingly, regional research questions were identified that could be most effectively addressed by opening up a common research platform, integrated data management system and the network science, which is open to all interested parties.
  • Ying Zhang, Yanping Liu, Hideaki Shibata, Baojing Gu, Yawei Wang
    Environmental Research Letters 13 1 014017 - 014017 2018年01月01日 [査読有り][通常論文]
  • Min Fan, Hideaki Shibata, Li Chen
    SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT 599 451 - 463 2017年12月 [査読有り][通常論文]
     
    Land use and climate changes affect on the economy and environment with different patterns and magnitudes in the watershed. This study used risk analysis model stochastic efficiency with respect to a function (SERF) to evaluate economic and environmental risks caused by four climate change scenarios (baseline, small-, mid-and large changes) and three land uses (paddy dominated, paddy-farmland mixture and farmland dominated for agriculture) in Teshio watershed in northern Hokkaido, Japan. Under the baseline climate conditions, the lower ranking of economic income of crop yield and higher ranking of pollutant load from agricultural land were both predicted in paddy dominated, for agriculture, suggesting that the paddy dominated system caused higher risks of economic and environmental variables compared to other two land uses. Increase of temperature and precipitation increased crop yields under all three climate changes which resulted in increase of the ranking of economic income, indicating that those climate changes could reduce economic risk. The increased temperature and precipitation also accelerated mineralization of organic nutrient and nutrient leaching to river course of Teshio which resulted in increase of the ranking of pollutant load, suggesting that those climate changes could lead to more environmental risk. The rankings of economic income in mid-and large changes of climate were lower than that in small change of climate under paddy-farmland mixture and farmland dominated systems due to decrease of crop yield, suggesting that climate change led to more economic risk. In summary, the results suggested that increase in temperature and precipitation caused higher risks of both economic and environmental perspectives, and the impacts was higher than those of land use changes in the studied watershed. Those findings would help producers and watershed managers to measure the tradeoffs between environmental protection and agricultural economic development for making decision under land use and climate changes. (C) 2017 Elsevier B.V. All rights reserved.
  • 鷹取山試験地のスギ人工林とモミ天然林の土壌特性
    稲垣善之, 酒井寿夫, 浦川梨恵子, 柴田英昭
    森林総合研究所四国支所年報 58 18 - 25 2017年10月 [査読有り][通常論文]
  • Takuo Hishi, Rieko Urakawa, Hideaki Shibata
    ECOLOGICAL RESEARCH 32 5 725 - 733 2017年09月 [査読有り][通常論文]
     
    Climate change may alter the rate of soil N transformation. Therefore, it is important to investigate how climate conditions and soil properties affect soil N transformation. In the present study, soil transplantation experiments were performed using soils on a xeric south-facing slope and a mesic north-facing slope in cool-temperate broad-leaved natural forests. Soil N transformation rates and leaching between slopes were compared using the resin-core method to clarify whether soil history (soil origins) or current environmental condition (locations) is the most important factor affecting soil N dynamics. The annual N mineralization did not differ significantly among soil from different origins and locations. In both locations, the annual net ammonification in south-facing soils was higher than that in north-facing soils, whereas the annual nitrification of north-facing soil was higher than that of south-facing soil. N mineralization and nitrification in north-facing soil were significantly higher during the growing season. N mineralization in south-facing soil was not significantly different between seasons. The interaction effect among seasons, soil origin, and location on net ammonification was significant. Net ammonification was higher in south-facing than in north-facing soils, and on south-facing than on north-facing slopes during the dormant season, suggesting that environmental change during winter affected the ammonification of south-facing soil. During the dormant season, N mineralization and leaching were not enhanced in soil of either origin at the transplanted locations, compared with the original locations, suggesting that, in this region, snow regime changes might not enhance the risk of N loss from forest ecosystems.
  • 仁科 一哉, 江口 定夫, 柴田 英昭, 内田 義崇
    日本土壌肥料学雑誌 = Japanese journal of soil science and plant nutrition 88 3 283 - 285 日本土壌肥料学会 ; 1927- 2017年06月 [査読無し][通常論文]
  • 林健太郎, 江口定夫, 柴田英昭, 仁科一哉, 内田義崇
    日本土壌肥料学雑誌 88 2 166 - 179 日本土壌肥料学会 ; 1927- 2017年04月 [査読有り][通常論文]
  • Hideaki Shibata, James N. Galloway, Allison M. Leach, Lia R. Cattaneo, Laura Cattell Noll, Jan Willem Erisman, Baojing Gu, Xia Liang, Kentaro Hayashi, Lin Ma, Tommy Dalgaard, Morten Graversgaard, Deli Chen, Keisuke Nansai, Junko Shindo, Kazuyo Matsubae, Azusa Oita, Ming-Chien Su, Shin-Ichiro Mishima, Albert Bleeker
    AMBIO 46 2 129 - 142 2017年03月 [査読有り][通常論文]
     
    Nitrogen (N) management presents a sustainability dilemma: N is strongly linked to energy and food production, but excess reactive N causes environmental pollution. The N footprint is an indicator that quantifies reactive N losses to the environment from consumption and production of food and the use of energy. The average per capita N footprint ( calculated using the N-Calculator methodology) of ten countries varies from 15 to 47 kg N capita(-1) year(-1). The major cause of the difference is the protein consumption rates and food production N losses. The food sector dominates all countries ' N footprints. Global connections via trade significantly affect the N footprint in countries that rely on imported foods and feeds. The authors present N footprint reduction strategies (e.g., improve N use efficiency, increase N recycling, reduce food waste, shift dietary choices) and identify knowledge gaps (e.g., the N footprint from nonfood goods and soil N process).
  • Takahiro Inoue, Karibu Fukuzawa, Tsunehiro Watanabe, Toshiya Yoshida, Hideaki Shibata
    ECOLOGICAL RESEARCH 32 2 227 - 241 2017年03月 [査読有り][通常論文]
     
    Natural disturbances create spatial patterns of the ecosystem processes and functions in natural forests. However, how dynamics and the spatial structure of forests relate to soil nitrogen dynamics is not well understood. We examined the spatial relationship between the distributions of canopy and understory species, and soil nitrogen dynamics in a natural coniferous-broadleaved mixed forest with a dense understory of Sasa dwarf bamboo in northern Japan. The O horizon was thick where coniferous litter predominated, and it was thin where broadleaved litter predominated. The soil water content was low in areas with a thick O horizon and a high abundance of coniferous trees. The soil nitrate content was low where the soil water content was low, and the soil nitrate content increased linearly with increasing net nitrification potential. These results suggest that the soil nitrate content under the coniferous canopy was lower because of the low nitrification potential of soil microbes in soils with low water contents. The soil nitrate content and nitrification potential were higher in the canopy gap than under the canopy. Our results suggest that forest structure, specifically the thickness of the forest floor, significantly affects the spatial pattern of the soil water content, thereby creating a spatial pattern of soil nitrogen availability at a relatively small scale with flat topography. The higher nitrification potential under the canopy gap could pose a long-term risk of nitrate leaching because of the suppression of the natural regeneration of canopy species by dense Sasa dwarf bamboo in this forest ecosystem.
  • Rieko Urakawa, Nobuhito Ohte, Hideaki Shibata, Ryunosuke Tateno, Yoshiyuki Inagaki, Tomoki Oda, Hiroto Toda, Karibu Fukuzawa, Tsunehiro Watanabe, Takuo Hishi, Nobuhiro Oyanagi, Makoto Nakata, Keitaro Fukushima, Asami Nakanishi
    ECOLOGICAL RESEARCH 32 2 279 - 285 2017年03月 [査読有り][通常論文]
     
    We tested the potential of estimating in-field (in situ) nitrogen (N) transformation rates based on soil temperature data and N transformation parameters (Q(10) and N transformation rates at standard temperature) obtained through laboratory incubations at three constant temperatures for 4 weeks. This test was conducted based on a comparison between in situ measurements and estimates using soils from 16 sites across 9 regions within the Japanese archipelago. The actual in situ N mineralization and nitrification rates measured using the buried-bag method at 0-50-cm-soil depth were 111 +/- 34 and 106 +/- 45 kg N ha(-1) year(-1), respectively, and estimates of both the rate and the amount were largely accurate. For rate alone, estimates were accurate in the 0-10-cm soil layer for annual and seasonal averages (except for spring-summer) whereas for amount alone, estimates were accurate to depths of 50 and 30 cm for N mineralization and nitrification, respectively. Thus, estimates of the rates and amounts were approximately equal to the actual in situ rate/amount, given the wide range of prediction intervals of the field measurement data. The differences between the estimates of N transformation rates derived from hourly measured and monthly average soil temperatures were negligible. Therefore, in situ soil N transformations, which are laborious to measure in the field, have the potential to be estimated from a combination of monthly average soil temperatures and N transformation parameters, which are relatively straightforward to obtain through laboratory incubation.
  • 柴田 英昭, 長田 典之, 本間 航介, 吉岡 崇仁, 井倉 洋二, 髙木 正博, 佐藤 冬樹
    森林環境 166 - 177 森林文化協会 2017年 [査読無し][通常論文]
  • Conservation of the mixed conifer-broadleaf forests of Hokkaido University Forest in northern Japan for educational development
    Koike, T, Shoji, Y, Uemura, S, Shibata, H
    Studia i Materiały Ośrodka Kultury Leśnej 16 81 - 107 2017年 [査読有り][通常論文]
  • Hosokawa N, Isobe K, Urakawa R, Tateno R, Fukuzawa K, Watanabe T, Shibata H
    Soil Biology and Biochemistry 114 270 - 278 2017年 [査読有り][通常論文]
  • Tsunehiro Watanabe, Karibu Fukuzawa, Hideaki Shibata
    PLANTS-BASEL 5 2 378 - 386 2016年06月 [査読有り][通常論文]
     
    In forest ecosystems, a change of soil nitrogen (N) cycling after disturbance is regulated by various factors. Sasa dwarf bamboo (hereafter referred to as Sasa) is an understory plant that grows thickly on the forest floor in northern Hokkaido, Japan. However, the ecosystem function of Sasa after disturbances in the soil N cycling is not fully understood. The purpose of this study was to determine the short-term response of Sasa to a change of soil N fertility. Biomass, litterfall, litter decomposition, soil N pool, and N leaching from soil were measured in control, and low- (5 g N m(-2) year(-1)) and high-N (15 g N m(-2) year(-1)) addition plots. Sasa immobilized much N as the soil N fertility increased. However, the leaf N concentration in aboveground biomass did not increase, suggesting that the N in leaves was maintained because of the increase of leaf biomass. As a result, the decomposition and mineralization rates of the produced litter before and after N addition were comparable among plots, even though the soil inorganic N fertility increased greatly. These results suggest that immediate response of Sasa to an increase of soil inorganic N mitigates the excess N leaching from soil.
  • Hideaki Shibata
    ECOLOGICAL INDICATORS 65 4 - 9 2016年06月 [査読有り][通常論文]
     
    Nitrogen (N) is a critical ecological and environmental indicator under changing environments. The impact of winter climate change on N biogeochemical processes in forest ecosystems has gained increasing recognition. Decreasing snowfall has caused a decrease in the heat insulation properties of the snowpack, resulting in an increase in the frequency and magnitude of freezing and thawing cycles in surface soil, where biological processes are most active. Here I synthesize recent research findings from integrated field observations and experiments conducted in northern Japan and compare these results with previous research outcomes from other regions to identify current research gaps and develop the next research agenda to further advance our understanding of this complex problem. Japanese case studies indicated that net ammonium production (ammonification) was mostly dominant in terms of available soil N fertility in cold environments and was sensitive to the increase in soil freezing and thawing cycles because of the decreased snowpack. On the other hands, nitrate dynamics were more stable or conservative than those of ammonium. The soil characteristics (i.e., N pool and microbial activities) were significant explanatory factors of the responses of soil N dynamics and N leakage among different soils to increased freezing-thawing cycles at watershed and national scale. This synthesis indicates that winter climate change had significant impacts on soil N biogeochemistry (such as soil N pool size and microbial N transformation) during the winter and snowmelt season and also during the following growing season. Several research gaps and possible research topics (path dependency and soil microbial community composition) are also presented by synthesizing the current research findings. Further field experiments and observations quantifying the pools and fluxes of inorganic N with modeling analysis under freeze-thaw environments would contribute to increase the understandings of N transformation processes under winter climate change. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.
  • Min Fan, Hideaki Shibata, Qing Wang
    ECOLOGICAL INDICATORS 62 1 - 13 2016年03月 [査読有り][通常論文]
     
    Most anthropogenic activities impacted on water quality and quantity, and further impacted on ecosystem services (ESs) in watershed are related to land use and climate changes those may cause losses of ecosystem functions. Effective information regarding ESs and their optimal priority conservation planning responded to land use and climate changes provide useful support for diverse stakeholders in ESs planning, management and policies. This study integrated the approach of spatially explicit ESs (water yield, inorganic nutrient, organic nutrient and sediment retentions) by using hydrology and material flow model (Soil and Water Assessment Tools, SWAT model) into systematic conservation of hydrological ESs according to land use and climate changes in Teshio watershed located in the north of Hokkaido, Japan. We investigated the spatial patterns and the hotspots of ESs changes to determine the spatial pattern of changes in systematic conservation optimal area of ES protection in terms of ESs protection targets. Under the land use and climate change scenarios, the forest land use significantly affected on the water yield, sediment, organic-Nitrogen (N) and organic-Phosphorous (P) retentions. The agricultural land (paddy and farmland fields) impacted on the inorganic-N and inorganic-P retentions. We applied the systematic conservation model (MARXAN model) to optimize the area for management of hydrological ESs satisfied the protection targets (30% and 50% of potential maximum ESs values among all scenarios) in all and individual ecosystem services, respectively. The simulated results indicated that the areas of spatial optimal ESs protection for all hydrological ESs were totally different from those for individual ESs. For bundles of ESs, the optimal priority conservation areas concentrated in southwest, north, and southeast of this watershed, which are related to land use, topography and climate driving factors. These places could guarantee ESs sustainability from both environmental protection and agricultural development standpoints. The priority conservation area turned more compact under climate change because the increased precipitation and temperature increased ESs amount. For individual ESs, the optimal priority conservation areas of water yield, sediment retention and organic nutrient retention were traded off against those of inorganic nutrient retention (lower Jaccard's indexes and negative correlations of selection times). Especially, the negative correlation of selection times increased as the conservation target increased from 30% to 50%. The proposed approach provided useful information for assessing the responses of ESs and systematic conservation optimal planning to the land use and climate changes. The systematic conservation optimal areas of hydrological ESs provided an effective trade-off tool between environmental protection (sediment and organic nutrient retentions) and economic development (water yield and inorganic nutrient retention). (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.
  • Rieko Urakawa, Nobuhito Ohte, Hideaki Shibata, Kazuo Isobe, Ryunosuke Tateno, Tomoki Oda, Takuo Hishi, Keitaro Fukushima, Yoshiyuki Inagaki, Keizo Hirai, Nobuhiro Oyanagi, Makoto Nakata, Hiroto Toda, Tanaka Kenta, Megumi Kuroiwa, Tsunehiro Watanabe, Karibu Fukuzawa, Naoko Tokuchi, Shin Ugawa, Tsutomu Enoki, Asami Nakanishi, Nobuko Saigusa, Yukio Yamao, Ayumi Kotani
    FOREST ECOLOGY AND MANAGEMENT 361 382 - 396 2016年02月 [査読有り][通常論文]
     
    Nitrogen (N) is the primary limiting nutrient for forest production. Therefore, understanding how environmental factors affect N transformation rates is essential for the provision of sustainable ecosystem services. Because these factors are interlinked, it is important to consider direct and indirect structural relationships to better understand the factors contributing to N transformations. In this study, we analyzed the structural cause-effect relationships surrounding N transformations by structural equation modeling using a database containing net and gross N transformation rates and related soil chemical properties from 38 sites across the Japanese archipelago. The average net N mineralization and nitrification rates in the Japanese forest soils were 0.62 +/- 0.68 and 0.59 +/- 0.65 mg N kg(-1) d(-1), respectively, and gross N mineralization and nitrification rates were 4.22 +/- 3.59 and 0.98 +/- 0.68 mg N kg(-1) d(-1), respectively. Compared with previous large scale studies, net and gross N transformation rates in Japanese forest soils were considerably diverse despite their relatively small land area and were representative of temperate forest ecosystems. Structural equation modeling analysis showed that net N transformations were directly affected by gross N transformations, which in turn were significantly and directly affected by soil organic matter contents. Soil organic matter was significantly affected by organic layer amount, tree species and soil group. The effect of soil group was the greatest among these factors, suggesting that soil organic matter contents in Japanese forest soils were mainly influenced by soil parent materials. This was especially evident for Andosols, which are derived from volcanic sediments and contain large amounts of soil organic matter leading to high N transformation rates in the Japanese forest soils. Among the factors related to organic layers and mineral soil layers, soil organic matter content and organic layer amount, which represent substrate availability, had significant effects on gross and net N transformation rates. However, by refining the scale of the dataset using soil groups/soil parent materials, the influence of substrate quality and soil chemical properties on N transformations was suggested. From the current dataset, it was indicated that soil parent materials were the most important factor controlling the pattern of N transformations in the soil of Japanese forest ecosystems. This conclusion should be repeatedly refined considering the spatial distribution of factors such as climatic conditions and forest types with additional site datasets obtained from future surveys. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.
  • Fan M, Shibata H
    Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 21 1 119 - 133 2016年01月 [査読有り][通常論文]
     
    We investigated the effects of changing land use on water yield, and nitrogen (N) and sediment retentions in the Teshio river watershed in northern Japan. The Land Use and it's Effects (CLUE) model was used to predict land use change and multilevel Bayesian analysis was used to quantify relationships between water quality components and topographical slope. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) hydrology model was used to simulate water yield, N and sediment retentions under land use change scenarios. Most of the study area was covered by forest in 1976, 2006 and 2036, with rice fields totally converted to farmland by 2036. There were positive correlations between water yield, inorganic-N yield, sediment yield and organic-N yield and topographical slope, but there was negative correlation between nitrate nitrogen (NO3-N) in the bottom of soil profile and topographical slope. Sediment and organic-N yields of forest were less than those of other land uses. Water yield, organic-N and sediment retentions were largest in the southeast of the study watershed, while the inorganic-N retention was highest along the riverine area. In comparison with the 1976 land use pattern, water yield sediment retention and organic-N retention decreased under 2006 and 2036 land use patterns while inorganic-N retention increased. We conclude that planning a comprehensive adaptation and mitigation program (e.g. establishing riparian zones, planning nutrient management practices and integrating systematic conservation planning into agricultural expansion) is necessary to avoid negative impacts of land use change on water yield, N and sediment retentions in the watershed.
  • Takuo Hishi, Naoaki Tashiro, Yuka Maeda, Rieko Urakawa, Hideaki Shibata
    Plant Root 9 1 85 - 94 2015年12月31日 [査読有り][通常論文]
     
    The importance of fine roots in forest ecosystem processes is well known. However, the contribution of understory vegetation to underground ecosystem processes is not well understood. We tested the hypothesis that fine-root biomass (FRB) and performance of the overstory and understory independently de-crease with increasing soil N availability in cool-temperate deciduous broad-leaved natural forests and larch plantations in Japan. The mean contribution of understory FRB to total FRB (tree + understory) ranged from 4% to 78% (mean 37%). Tree FRB was negatively correlated with understory FRB, and understory FRB was dominant to tree FRB in infertile soil. Understory and total FRB were negatively correlated with soil net N mineralization rate, whereas tree FRB showed a quadratic relationship with soil N mineralization rate with the peak observed at mineralization of 58.4 kg N ha−1 y−1. The low tree FRB at infertile sites may be due to a below-ground competitive effect of understory fine roots on tree FRB. Understory fine-root nitrogen concentration (FRN) and leaf to fine-root (L/FR) ratio were positively correlated with N minerali-zation rate. However, tree L/FR was not significantly correlated, whereas tree FRN was positively correlated, with soil N mineralization rate, suggesting that the leaf production effi-ciency of trees might not increase even on infertile soil. We suggest that belowground processes of overstory trees might change depending on understory vegetation, and that understory vegetation might affect the fine roots of overstory trees, which did not increase mass allocation but increased N use efficiency under low FRN.
  • Peter H. Verburg, Neville Crossman, Erle C. Ellis, Andreas Heinimann, Patrick Hostert, Ole Mertz, Harini Nagendra, Thomas Sikor, Karl-Heinz Erb, Nancy Golubiewski, Ricardo Grau, Morgan Grove, Souleymane Konate, Patrick Meyfroidt, Dawn C. Parker, Rinku Roy Chowdhury, Hideaki Shibata, Allison Thomson, Lin Zhen
    ANTHROPOCENE 12 29 - 41 2015年12月 [査読有り][通常論文]
     
    Land systems are the result of human interactions with the natural environment. Understanding the drivers, state, trends and impacts of different land systems on social and natural processes helps to reveal how changes in the land system affect the functioning of the socio-ecological system as a whole and the tradeoff these changes may represent. The Global Land Project has led advances by synthesizing land systems research across different scales and providing concepts to further understand the feedbacks between social-and environmental systems, between urban and rural environments and between distant world regions. Land system science has moved from a focus on observation of change and understanding the drivers of these changes to a focus on using this understanding to design sustainable transformations through stakeholder engagement and through the concept of land governance. As land use can be seen as the largest geo-engineering project in which mankind has engaged, land system science can act as a platform for integration of insights from different disciplines and for translation of knowledge into action. (C) 2015 The Authors. Published by Elsevier Ltd.
  • Hideaki Shibata, Cristina Branquinho, William H. McDowell, Myron J. Mitchell, Don T. Monteith, Jianwu Tang, Lauri Arvola, Cristina Cruz, Daniela F. Cusack, Lubos Halada, Jiri Kopacek, Cristina Maguas, Samson Sajidu, Hendrik Schubert, Naoko Tokuchi, Jaroslav Zahora
    AMBIO 44 3 178 - 193 2015年04月 [査読有り][通常論文]
     
    Anthropogenically derived nitrogen (N) has a central role in global environmental changes, including climate change, biodiversity loss, air pollution, greenhouse gas emission, water pollution, as well as food production and human health. Current understanding of the biogeochemical processes that govern the N cycle in coupled human-ecological systems around the globe is drawn largely from the long-term ecological monitoring and experimental studies. Here, we review spatial and temporal patterns and trends in reactive N emissions, and the interactions between N and other important elements that dictate their delivery from terrestrial to aquatic ecosystems, and the impacts of N on biodiversity and human society. Integrated international and long-term collaborative studies covering research gaps will reduce uncertainties and promote further understanding of the nitrogen cycle in various ecosystems.
  • Karibu Fukuzawa, Hideaki Shibata, Kentaro Takagi, Fuyuki Satoh, Takayoshi Koike, Kaichiro Sasa
    PLANT SPECIES BIOLOGY 30 2 104 - 115 2015年04月 [査読有り][通常論文]
     
    To clarify the role of dense understory vegetation in the stand structure, and in carbon (C) and nitrogen (N) dynamics of forest ecosystems with various conditions of overstory trees, we: (i) quantified the above- and below-ground biomasses of understory dwarf bamboo (Sasa senanensis) at the old canopy-gap area and the closed-canopy area and compared the stand-level biomasses of S.senanensis with that of overstory trees; (ii) determined the N leaching, soil respiration rates, fine-root dynamics, plant area index (PAI) of S. senanensis, and soil temperature and moisture at the tree-cut patches (cut) and the intact closed-canopy patches (control). The biomass of S. senanensis in the canopy-gap area was twice that at the closed-canopy area. It equated to 12% of total biomass above ground but 41% below ground in the stand. The concentrations of NO3- and NH4+ in the soil solution and soil respiration rates did not significantly change between cut and control plots, indicating that gap creation did not affect the C or N dynamics in the soil. Root-length density and PAI of S. senanensis were significantly greater at the cut plots, suggesting the promotion of S. senanensis growth following tree cutting. The levels of soil temperature and soil moisture were not changed following tree cutting. These results show that S. senanensis is a key component species in this cool-temperate forest ecosystem and plays significant roles in mitigating the loss of N and C from the soil following tree cutting by increasing its leaf and root biomass and stabilizing the soil environment.
  • Takeshi Motohka, Toshiya Yoshida, Hideaki Shibata, Takeo Tadono, Masanobu Shimada
    IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING 53 4 1683 - 1691 2015年04月 [査読有り][通常論文]
     
    We tested the performance of the stereo observations of the Panchromatic Remote-sensing Instrument for Stereo Mapping (PRISM) onboard the Advanced Land Observing Satellite (ALOS) in the mapping of forest aboveground biomass (AGB) in Japan. Digital canopy height models (DCHMs), which are differences between PRISM digital surface models and surveying-based digital terrain models (DTMs), were compared to in situ AGB measurements of several forest types (number of stands: 28; average stand size: 0.54 ha; stand size range: 0.25-3.00 ha). DCHM values exhibited a significant correlation with AGB (r = 0.66-0.87; five different DCHMs), and the root-mean-square error and bias of the regression model evaluated by the leave-one-out cross validation were 37.2-57.8 t/ha(22.1%-32.6%) and -0.11-1.89 t/ha, respectively. There was no saturation in the relationship between DCHM and AGB (AGB range: 19-332 t/ha). The correlations between DCHM and mean canopy height (r = 0.17-0.52) and between DCHM and Lorey's height (r = 0.26-0.66) were weaker than the correlation between DCHM and AGB. The PRISM AGB distribution estimated by the regression model was consistent with a tree density map produced from aerial photos. Comparison to Phased Array-type L-band Synthetic Aperture Radar (PALSAR) data showed that the PRISM DCHMs can estimate high AGB over the saturation level of PALSAR backscattering coefficient, i.e., 100-200 t/ha. The results described here demonstrate that the PRISM DCHMs are capable of wall-to-wall AGB estimation at 50-m resolution. This approach will be useful for improving the performance of satellite-based AGB estimation when an accurate DTM is available.
  • Min Fan, Hideaki Shibata
    ECOLOGICAL INDICATORS 50 79 - 89 2015年03月 [査読有り][通常論文]
     
    Quantitative prediction of environmental impacts of land-use and climate change scenarios in a watershed can serve as a basis for developing sound watershed management schemes. Water quantity and quality are key environmental indicators which are sensitive to various external perturbations. The aim of this study is to evaluate the impacts of land-use and climate changes on water quantity and quality at watershed scale and to understand relationships between hydrologic components and water quality at that scale under different climate and land-use scenarios. We developed an approach for modeling and examining impacts of land-use and climate change scenarios on the water and nutrient cycles. We used an empirical land-use change model (Conversion of Land Use and its Effects, CLUE) and a watershed hydrology and nutrient model (Soil and Water Assessment Tool, SWAT) for the Teshio River watershed in northern Hokkaido, Japan. Predicted future land-use change (from paddy field to farmland) under baseline climate conditions reduced loads of sediment, total nitrogen (N) and total phosphorous (P) from the watershed to the river. This was attributable to higher nutrient uptake by crops and less nutrient mineralization by microbes, reduced nutrient leaching from soil, and lower water yields on farmland. The climate changes (precipitation and temperature) were projected to have greater impact in increasing surface runoff, lateral flow, groundwater discharge and water yield than would land-use change. Surface runoff especially decreased in April and May and increased in March and September with rising temperature. Under the climate change scenarios, the sediment and nutrient loads increased during the snowmelt and rainy seasons, while N and P uptakes by crops increased during the period when fertilizer is normally applied (May through August). The sediment and nutrient loads also increased with increasing winter rainfall because of warming in that season. Organic nutrient mineralization and nutrient leaching increased as well under climate change scenarios. Therefore, we predicted annual water yield, sediment and nutrient loads to increase under climate change scenarios. The sediment and nutrient loads were mainly supplied from agricultural land under land use in each climate change scenario, suggesting that riparian zones and adequate fertilizer management would be a potential mitigation strategy for reducing these negative impacts of land-use and climate changes on water quality. The proposed approach provides a useful source of information for assessing the consequences of hydrology processes and water quality in future land-use and climate change scenarios. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.
  • Masaaki Chiwa, Sachiko Inoue, Naoaki Tashiro, Daisuke Ohgi, Yoshitoshi Uehara, Hideaki Shibata, Atsushi Kume
    HYDROLOGICAL PROCESSES 29 4 615 - 623 2015年02月 [査読有り][通常論文]
     
    Little research has examined whether forests reduce stream water eutrophication in agricultural areas during spring snowmelt periods. This study evaluated the role of forests in ameliorating deteriorated stream water quality in agricultural areas, including pasture, during snowmelt periods. Temporal variation in stream water quality at a mixed land-use basin (565ha: pasture 13%, forestry 87%), northern Japan, was monitored for 7years. Synoptic stream water sampling was also conducted at 16 sites across a wide range of forest and agricultural areas in a basin (18.3km(2)) in spring, summer and fall. Atmospheric nitrogen (N) and phosphorus (P) deposition were measured for 4years. The results showed that concentration pulses of nitrate, organic N and total P in stream water were observed when discharge increased during spring snowmelt. Their concentrations were high when silicate concentrations were low, suggesting surface water exported from pasture largely contributed to stream water pollution during snowmelt. Atmospheric N and P deposition (4.1kgNha(-1)y(-1); 0.09kgPha(-1)y(-1), respectively) was too low to affect the background concentrations of N and P in streams from forested areas. Reduction of eutrophication caused by nutrients from pasture was mainly due to dilution by water containing low concentrations of N and P exported from forested areas, whereas in-stream reduction was not a dominant process. Results indicate that forests have a limited capacity to reduce the concentration pulses of N and P in stream water during snowmelt in this study basin. Copyright (c) 2014 John Wiley & Sons, Ltd.
  • 戸田求, 福澤加里部, 中村誠宏, 田中幹展, 吉田俊也, 柴田英昭, 王 新, 石田祐宣, 宮田理恵
    低温科学 73 21 - 29 北海道大学低温科学研究所 = Institute of Low Temperature Science, Hokkaido University 2015年 [査読有り][通常論文]
     
    北海道北部の森林生態系が台風による撹乱をうけた状況を想定し, 撹乱以後の生態系および炭素動態の回復過程を定量的に評価することを目的とした撹乱操作実験が実施された. 本実験に際し, 遷移初期段階にあるダケカンバ二次林を対象に葉群の完全切除が実施された. 撹乱処理の結果, 葉群は撹乱以前の状態への回復の兆候を示すものの, 撹乱から3年経過した段階においても未だに完全な回復に至っていない. 一方で, 同一光条件下での個葉レベルの最大光合成速度は撹乱以前と比べて高まる傾向を示した. また, 撹乱による林冠構造の変化は林床の微気象環境を変化させ, 林床植生であるササの被度を高めた. 本結果から, 葉群撹乱による生態系炭素動態への影響として, 短期的には樹木の光合成機能が高まることで直後にみられる生産性の低下が補償されるが, 一方で長期的にはササの被度を増加させ遷移の進行を妨げることで炭素動態を大きく変化させる可能性のあることが考えられる. したがって, 今後の気候変化に伴い同域に強い勢力の台風が到来する頻度が高まると, 長期的にはササの優占度がさらに高まることで, 従来とは異なる植生状態やそれに伴う生態系炭素動態へ移行する可能性が示唆される.To assess the effects of typhoon-induced disturbance on vegetation state, foliage, and ecosystem carbondynamics, we conducted a manipulation experiment to simulate typhoon disturbance in a northern forest inJapan. The experiment simulated a less intensive disturbance than one that would cause stand replacement,forcing the vegetation to form an alternative stable state. We ripped away most of the foliage from theoverstory trees in an established plot. Three years after this disturbance,the foliage had recovered to one-thirdof its original state before the disturbance occurred,whereas the photosynthetic rate was markedly higher thanthat before the disturbance. The structural changes in the foliage of the overstory trees after the disturbanceresulted in a brighter light environment at the forest floor,which favored the growth of understory vegetation.These results suggest that from a long-term viewpoint,widespread understory Sasa vegetation may disturb theregeneration of tree seedlings,creating an alternative stable state in which Sasa dominates in the next generation of the forested area.
  • Rieko Urakawa, Nobuhito Ohte, Hideaki Shibata, Ryunosuke Tateno, Takuo Hishi, Keitaro Fukushima, Yoshiyuki Inagaki, Keizo Hirai, Tomoki Oda, Nobuhiro Oyanagi, Makoto Nakata, Hiroto Toda, Tanaka Kenta, Karibu Fukuzawa, Tsunehiro Watanabe, Naoko Tokuchi, Tatsuro Nakaji, Nobuko Saigusa, Yukio Yamao, Asami Nakanishi, Tsutomu Enoki, Shin Ugawa, Atsushi Hayakawa, Ayumi Kotani, Megumi Kuroiwa, Kazuo Isobe
    ECOLOGICAL RESEARCH 30 1 1 - 2 2015年01月 [査読有り][通常論文]
     
    This data paper provides some biogeochemical nitrogen (N) properties and related chemical properties of forest soils from 39 sites throughout the Japanese archipelago. The data set was collected and analyzed under the GRENE (Green Network of Excellence) environmental information project and the ReSIN (Regional and comparative Soil Incubation study on Nitrogen dynamics in forest ecosystems) project. The sites cover 44A degrees 20'N to 26A degrees 50'N and the climate ranges from cool-temperate zone to subtropical zone. At each site, litter on forest floor and soil samples (three or four layers to 50 cm depth) were collected between August and November in 2010-2013 from five soil profiles. From the litter layer samples, the stocks and concentrations of total carbon (C) and N were measured. From the mineral soil samples, bulk density, pH (H2O), total C and N concentrations, net and gross rates of N mineralization, nitrification and concentrations of water-soluble substances were measured. The measurements are relevant for other biogeochemical N studies in forest ecosystems and the data set provides basic information on the N pool and fluxes with related chemical properties of forest soils across the Japanese archipelago. The average rates of net and gross N transformation at 20 A degrees C across the sites were 0.26 +/- A 0.47 mgN kg(-1) soil d(-1) for net N mineralization, 0.25 +/- A 0.45 mgN kg(-1) soil d(-1) for net nitrification, 4.06 +/- A 0.47 mgN kg(-1) soil d(-1) for gross N mineralization, and 1.03 +/- A 1.29 mgN kg(-1) soil d(-1) for gross nitrification (average +/- A SD).
  • 柴田 英昭, 石原 正恵, 渡辺 悌二
    地球環境 20 2 143 - 150 国際環境研究協会 2015年 [査読有り][通常論文]
  • Shibata Hideaki, Cattaneo Lia R., Leach Allison M., Galloway James N.
    Environmental Research Letters 9 11 115013 - 115013 IOP Publishing 2014年11月01日 [査読有り][通常論文]
     
    Humans increase the amount of reactive nitrogen (all N species except N-2) in the environment through a number of processes, primarily food and energy production. Once in the environment, excess reactive nitrogen may cause a host of various environmental problems. Understanding and controlling individual nitrogen footprints is important for preserving environmental and human health. In this paper we present the per capita nitrogen footprint of Japan. We considered the effect of the international trade of food and feed, and the impact of dietary preferences among different consumer age groups. Our results indicate that the current average per capita N footprint in Japan considering trade is 28.1 kg N capita(-1) yr(-1). This footprint is dominated by food (25.6 kg N capita(-1) yr(-1)), with the remainder coming from the housing, transportation, and goods and services sectors. The difference in food choices and intake between age groups strongly affected the food N footprint. Younger age groups tend to consume more meat and less fish, which leads to a larger food N footprint (e. g., 27.5 kg N capita(-1) yr(-1) for ages 20 to 29) than for older age groups (e.g., 23.0 kg N capita(-1) yr(-1) for ages over 70). The consideration of food and feed imports to Japan reduced the per capita N footprint from 37.0 kg N capita(-1) yr(-1) to 28.1 kg N capita(-1) yr(-1). The majority of the imported food had lower virtual N factors (i.e., Nr loss factors for food production), indicating that less N is released to the environment during the respective food production processes. Since Japan relies on imported food (ca. 61%) more than food produced domestically, much of the N losses associated with the food products is released in exporting countries.
  • Min Fan, Hideaki Shibata
    WATER RESOURCES MANAGEMENT 28 11 3619 - 3636 2014年09月 [査読有り][通常論文]
     
    Spatial planning for sustainable water resources development requires precise information on the local potential for providing water yield in a watershed. For water resource conservation, we analyzed spatial and temporal patterns of hydrological provision ecosystem services in the upper Teshio watershed of northernmost Japan. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) was applied to simulate hydrologic processes and determine parameters affecting the water cycle. The spatial increase of water yield at flat area near river channel in winter was explained by low field capacity of soil water, absence of water uptake by crops and gentle topography. The spatial patterns of snowmelt and rainfall were important drivers of the spatial pattern in water yield during other periods. The zonation model was applied to investigate dynamic changes in spatial conservation prioritization of hydrological provision ecosystem services, according to simulated water yields in February, April and October. The results showed that the conservation priority ranking dynamically changed spatially and temporally. Our economic assessment of hydrological provisioning services (irrigation, electricity production and household usage) indicated that the spatial pattern of the priority for water resources was different from that of economic value of the provisioning services. Our results indicated that a combination of hydrologic and cost zonation models would improve sustainable management planning of water resources and their hydrological ecosystem services have great spatiotemporal fluctuation.
  • Kobayashi Makoto, Takuya Kajimoto, Lina Koyama, Gaku Kudo, Hideaki Shibata, Yosuke Yanai, J. H. C. Cornelissen
    ECOLOGICAL RESEARCH 29 4 593 - 606 2014年07月 [査読有り][通常論文]
     
    The winter climate is changing in many parts of the world, and it is predicted that winter climate change will modify the structure and function of plant-soil systems. An understanding of these changes and their consequences in terrestrial ecosystems requires knowledge of the linkage between above- and below-ground components as well as the species interactions found in plant-soil systems, which have important implications for biogeochemical cycles. However, winter climate-change studies have focused on only a part of the ecosystem or ecological process. We summarize here recent findings related to the effects of winter climate and its changes on soil nitrogen (N) dynamics, greenhouse gas (N2O) emissions from the soil, N use by individual plants, vegetation development, and interactions between vegetation and pollinators to generate an integrative understanding of the response of the plant-soil system to winter climate change. This review indicates that the net effects on plants, soil microbes, pollinators, and the associated biogeochemical cycles are balanced among several processes and are highly variable depending on the context, such as the target species/functional group, original winter condition of the habitat, and type of climate change. The consequences of winter climate change for species interactions among plants, associated animals, and biogeochemical cycles are largely unknown. For further research, a large-scale comparative study to measure ecosystem-level functions is important, especially in less-cold ecosystems.
  • Rieko Urakawa, Hideaki Shibata, Megumi Kuroiwa, Yoshiyuki Inagaki, Ryunosuke Tateno, Takuo Hishi, Karibu Fukuzawa, Keizo Hirai, Hiroto Toda, Nobuhiro Oyanagi, Makoto Nakata, Asami Nakanishi, Keitaro Fukushima, Tsutomu Enoki, Yuichi Suwa
    SOIL BIOLOGY & BIOCHEMISTRY 74 82 - 94 2014年07月 [査読有り][通常論文]
     
    In temperate forest ecosystems, accelerated freeze-thaw cycles caused by winter climate change are expected to affect nitrogen (N) cycling in soils. Net N mineralization and nitrification rates were investigated via incubations of sieved soils transplanted from ten temperate forest ecosystems to two northern Japan sites with natural snowfall gradients. This was done to address: 1) how freeze-thaw cycles affect N mineralization and nitrification in temperate forest soils; 2) whether freeze-thaw cycles change the soil N transformation rates in the following growing season; and 3) which soil characteristics affect the response of the N transformation rates to freeze-thaw cycles. The effect of freeze-thaw cycles on inorganic N and dissolved organic carbon productions differed among soils, that is, some soils produced more inorganic N and dissolved organic carbon in the conditions imposed by freeze-thaw cycles than in the non-frozen treatment but the others did not. The response to the freeze(t)haw cycles was explained by soil microbial activity (gross N mineralization and nitrification rate) and soil fertility (inorganic N pools in the early spring and water soluble ions). Freeze-thaw cycles significantly increased N transformation rates in the following growing season, suggesting that winter climate change might also affect nutrient availability for vegetation and soil microbes in the growing season. The magnitude and frequency of freeze-thaw cycles were considered to be important indicators of N transformation rates during the growing season, suggesting that the higher intensity of freeze-thaw cycles in the original locations of soils changed the microbial communities and functions with high tolerance to freeze-thaw cycles; this resulted in greater N transformation rates in the following growing season. Microbial activity, soil fertility and climate patterns in the original locations of soils are believed to have an effect on the response to winter climate change and to cause large variability of soil response of N transformation rates to freeze-thaw cycles in both the dormant and growing seasons. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.
  • Tsutomu Enoki, Tohru Nakashizuka, Shin-ichi Nakano, Takeshi Miki, Yu-Pin Lin, Masahiro Nakaoka, Eri Mizumachi, Hideaki Shibata
    ECOLOGICAL RESEARCH 29 3 357 - 368 2014年05月 [査読有り][通常論文]
     
    The primary goal of the 60th anniversary symposium of the Ecological Society of Japan (ESJ) was to re-examine the role of the Society. The first of five lectures, "Development of Long-term Ecological Research in Japan," discussed the increasingly important role of long-term and networked research studies. Ecological research in Asia faces many challenges, because Asia features natural and anthropogenic landscapes with highly diverse ecosystems. "Developing Strategies of the Ecological Society of Japan for Worldwide Societies of Ecology with Special Reference to Strategies for Asia" emphasized the role of ESJ in promoting ecological research and outreach in Asia. Ecosystem sustainability is a key issue in both the theory and practice of ecosystem management. A framework concept of an environmental and biodiversity cycle was proposed in the session "Linking Community and Ecosystem Dynamics" for understanding the mechanisms driving the sustainability of ecosystems. Ecosystem services are essential aspects of land use and conservation planning and management. "Integrating Models of Ecosystem Services and Land Use Changes" reviewed recently-developed models that simulate patterns of land-use change and analyze its effects on ecosystem services and also recommended future directions for collaboration among researchers. "Disaster Resilience and Coastal Ecology" highlighted the contributions of ecologists to evaluating the resilience of damaged coastal ecosystems and provided sound proposals to local communities and governments for rehabilitation plans. The past achievements and future directions of ESJ were discussed by the panelists and the audience in "Past and Future of the Ecological Society of Japan.".
  • Takuo Hishi, Rieko Urakawa, Naoaki Tashiro, Yuka Maeda, Hideaki Shibata
    BIOLOGY AND FERTILITY OF SOILS 50 2 343 - 356 2014年02月 [査読有り][通常論文]
     
    This study aimed to evaluate the spatial patterns of soil nitrogen (N) transformations in relation to slope aspect and position, and to investigate the main factors controlling N transformation patterns during both the growing and dormant seasons in cool-temperate deciduous natural forests and larch plantations in eastern Hokkaido, northern Japan. Net rates of N mineralization (NRminN) and of nitrification (NRnit) in surface soils on north-facing and lower slopes were higher than those on south-facing and upper slopes, whereas the net rate of ammonium-N production (NRamm) on south-facing and upper slopes was higher than that on north-facing slopes in both the natural forests and larch plantations. Both NRminN and NRnit were higher in the growing than in the dormant season, whereas NRamm was higher in the dormant season. The soil C/N ratio, water content, soil pH and frequency of freeze-thaw cycles were important variables affecting N transformation patterns in any season. In relation to seasonality, the solar radiation index, daily temperature range and earthworm biomass were important controlling factors only during the growing season, and watershed area and soil N concentration only during the dormant season, suggesting that biological control accompanied with wet-dry events were important factors affecting N transformations during the growing season, but that run-off water and chemical controls were important determinants of spatial variation in N transformations during the dormant season.
  • U. Tsunogai, D. D. Komatsu, T. Ohyama, A. Suzuki, F. Nakagawa, I. Noguchi, K. Takagi, M. Nomura, K. Fukuzawa, H. Shibata
    BIOGEOSCIENCES 11 19 5411 - 5424 2014年 [査読有り][通常論文]
     
    Temporal variations in the stable isotopic compositions of nitrate dissolved in stream water eluted from a cool-temperate forested watershed (8 ha) were measured to quantify the biogeochemical effects of clear-cutting of trees and subsequent strip-cutting of the understory vegetation, dwarf bamboo (Sasa senanensis), with special emphasis on changes in the fate of atmospheric nitrate that had been deposited onto the watershed based on Delta O-17 values of nitrate. A significant increase in stream nitrate concentration to 15 mu mol L-1 in spring of 2004 was correlated with a significant increase in the Delta O-17 values of nitrate. Additionally, the high Delta O-17 values of +14.3 parts per thousand suggest that the direct drainage of atmospheric nitrate accounted for more than 50% of total nitrate exported from the forested watershed peaking in spring. Similar increases in both concentrations and Delta O-17 values were also found in spring of 2005. Conversely, low Delta O-17 values less than +1.5% were observed in other seasons, regardless of increases in stream nitrate concentration, indicating that the majority of nitrate exported from the forested watershed during seasons other than spring was remineralized nitrate: those retained in the forested ecosystem as either organic N or ammonium and then been converted to nitrate via microbial nitrification. When compared with the values prior to strip-cutting, the annual export of atmospheric nitrate and remineralized nitrate increased more than 16-fold and fourfold, respectively, in 2004, and more than 13-fold and fivefold, respectively, in 2005. The understory vegetation (Sasa) was particularly important to enhancing biological consumption of atmospheric nitrate.
  • Global Land Project Sapporo Nodal Office addressing land system studies on resilience, sustainability and vulnerability in Asia
    Watanabe T, Shibata H, Ishihara M, Yoshimura N, Kohyama T
    Global Environmental Research 18 2 105 - 112 2014年 [査読有り][通常論文]
  • H. Shibata, Y. Hasegawa, T. Watanabe, K. Fukuzawa
    BIOGEOCHEMISTRY 116 1-3 69 - 82 2013年12月 [査読有り][通常論文]
     
    Winter climate change is an important environmental driver that alters the biogeochemical processes of forest soils. The decrease in snowpack amplifies soil freeze-thaw cycles and decreases the snowmelt water supply to soil. This study examined how snow decrease affects nitrogen (N) mineralization and nitrification in forest soil in northern Japan by conducting an in situ experimental snowpack manipulation experiment and a laboratory incubation of soil with different moisture, temperature and freeze-thaw magnitudes. For the incubation studies, surface mineral soil (0-10 cm) was collected from a cool-temperate natural mixed forest and incubated using the resin core method during the winter. In the field, there were two treatments: 50 and 100 % snow removal and control plots. The increase in the soil freeze-thaw cycle increased net N mineralization and marginally decreased the net nitrification in soil. The dissolved organic carbon (DOC) and DOC/DON ratio in soil increased with the decrease in snowpack especially during the snow melt period. These results suggested that the change in substrate quality by the increase in freeze-thaw cycles caused the significant enhancement of microbial ammonium production in soil. The lower soil moisture and higher gross immobilization of inorganic N by soil microbes may be maintaining the slow net nitrification and low nitrate leaching in freeze-thaw cycles with less snowpack. The results indicate that winter climate change would strongly impact N biogeochemistry through the increase in ammonium availability in soil for plants and microbes, whereas it would be unlikely that nitrate loss from surface soil would be enhanced.
  • Karibu Fukuzawa, Hideaki Shibata, Kentaro Takagi, Fuyuki Satoh, Takayoshi Koike, Kaichiro Sasa
    FOREST ECOLOGY AND MANAGEMENT 310 700 - 710 2013年12月 [査読有り][通常論文]
     
    To understand the temporal pattern of fine-root dynamics and the factors that affect it, we investigated the seasonal and interannual variation in fine-root production (FRP) and fine-root mortality (FRM) rates, as well as fine-root biomass (FRB) and necromass in a cool temperate forest in northern Japan that was covered with dense understory vegetation of Sasa senanensis. We measured the root length density (RLD) and the rate of root production and mortality over 3 yr using minirhizotrons, and compared these rates with temperature, precipitation, soil moisture, and plant area indices (PAI). We also measured the FRB and the necromass of fine roots four times per year for 2 yr using soil cores and calculated dry weight-based FRP and FRM. FRB in the uppermost 15 cm of the surface-soil layer accounted for 41-61% of the biomass up to 60 cm soil depth, and decreased with increasing soil depth. The biomass of fine roots with root diameters <0.5 mm was almost equivalent to that of roots measuring 0.5-2 mm in diameter. Sasa roots accounted for 59-88% of the total FRB. FRB did not fluctuate seasonally, whereas RLD did. The FRP rate was high in mid- to late summer and correlated significantly with air and soil temperatures, indicating that temperature affects FRP. However, the relationship between FRP and soil moisture was weak. FRP was significantly correlated with the PAI of oak trees and the increment in the PAI of Sasa, suggesting that endogenous factors also affect FRP. Depending on the method used to calculate turnover, mean FRP for the 3-year study period was 589 or 726 g m(2) yr(-1), accounting for 36% or 41% of forest net primary production, respectively. The results of this study illustrate the substantial seasonal and interannual fluctuations in FRP, and indicate that a significant proportion of assimilated carbon was allocated to below-ground root systems in an oak-Sasa stand. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.
  • Tomoya Iwata, Takao Suzuki, Hiroyuki Togashi, Naoto Koiwa, Hideaki Shibata, Jotaro Urabe
    ECOLOGICAL RESEARCH 28 5 703 - 716 2013年09月 [査読有り][通常論文]
     
    Riverine transport of dissolved inorganic carbon (DIC) from land to the ocean is an important carbon flux that influences the carbon budget at the watershed scale. However, the dynamics of DIC in an entire river network has remained unknown, especially in mountainous Japanese watersheds. We examined the effects of watershed land use and geology on the transports of inorganic carbon as well as weathered silica (Si) and calcium (Ca) in the Iwaki River system where agricultural and residential areas have developed in the middle and lower parts of the watershed. The concentration and stable carbon isotope ratios (delta C-13) of DIC showed the longitudinal increase of C-13-depleted inorganic carbon along the river. As a result, most streams and rivers were supersaturated in dissolved CO2 that will eventually be emitted to the atmosphere. The possible origin of C-13-depleted carbon is CO2 derived from the decomposition of organic matter in agricultural and urban landscapes, as well as from in-stream respiration. In addition, agricultural and urban areas, respectively, exported the large amount of dissolved Si and Ca to the rivers, suggesting that CO2 increased by respiration accelerates the chemical weathering of silicate and carbonate materials in soils, river sediments, and/or urban infrastructure. Furthermore, riverine bicarbonate flux is likely to enter shell carbonates of Corbicula japonica, an aragonitic bivalve, in the downstream brackish lake (Lake Jusan). These results revealed that the flux of DIC from the human-dominated watersheds is a key to understanding the carbon dynamics and food-web structure along the land-to-river-to-ocean continuum.
  • Yuzo Yamamoto, Hideaki Shibata, Hiroshi Ueda
    ZOOLOGICAL SCIENCE 30 8 607 - 612 2013年08月 [査読有り][通常論文]
     
    Many attempts have been made to identify natal stream odors for salmon olfactory homing. It has recently been hypothesized that odors are dissolved free amino acids; however, it is unknown whether these odors change on a seasonal or annual basis. We analyzed dissolved free amino acid (DFAA) concentration and composition of water from the Teshio River in Hokkaido, Japan, where chum salmon (Oncorhynchus keta) returned for spawning, during juvenile downstream migration in spring and adult upstream migration in autumn with a 4-year difference. Among the 19 amino acids found in the Teshio River water, DFAA concentrations fluctuated largely, but 5-7 stable DFAA compositions (mole %) were found between the spring and autumn samples over a 4-year span. Two kinds of artificial stream water (ASW) were prepared using the same DFAA concentration in the Teshio River during the time of juvenile imprinting in spring (jASW) and adult homing in autumn (aASW), after a 4-year period. In behavioral experiments of upstream selective movement in a 2-choice test tank, 4-year-old mature male chum salmon captured in the Teshio River showed significant preference for either jASW or aASW when compared to control water, but did not show any preference with respect to jASW or aASW. In electro-olfactogram experiments, adults were able to discriminate between jASW and aASW. Our findings demonstrate that the long-term stability of the DFAA compositions in natal streams may be crucial for olfactory homing in chum salmon.
  • Tsunehiro Watanabe, Karibu Fukuzawa, Hideaki Shibata
    JOURNAL OF FOREST RESEARCH 18 2 129 - 138 2013年04月 [査読有り][通常論文]
     
    We investigated the dynamics of litterfall and litter decomposition of Sasa dwarf bamboo (Sasa senanensis) and trees to clarify the characteristics of organic matter and nitrogen cycling between plant and soil in a natural cool-temperate mixed forest ecosystem dominated by an understory vegetation of Sasa. Mean annual Sasa litterfall over the 3-year study period was 164 g m(-2) year(-1), which accounted for approximately 29% of total litterfall. Litter decomposition of Sasa leaf and Sasa culm was significantly slower than that of tree leaf during first and second years. The slow decomposition rates of both Sasa litter types were caused by a significantly higher silicate than in tree leaf. Nitrogen concentration in litter increased as decomposition progressed, especially in Sasa leaf and tree leaf. As a result of the slow decomposition of both Sasa litter types, 111 and 73% of nitrogen to the initial amounts were retained in Sasa leaf and Sasa culm after 3 years, respectively. The amounts of retained nitrogen in Sasa leaf, Sasa culm, and tree leaf after 3 years were 1.29, 0.47, and 3.92 g N m(-2), respectively, indicating that the differences of litter decomposition rates among the litter types influence on the nitrogen cycling in forest ecosystem through the differences of the nitrogen release from litter.
  • Petteri Vihervaara, Dalia D'Amato, Martin Forsius, Per Angelstam, Cornelia Baessler, Patricia Balvanera, Bazartseren Boldgiv, Patrick Bourgeron, Jan Dick, Robert Kanka, Stefan Klotz, Manuel Maass, Viesturs Melecis, Petr Petrik, Hideaki Shibata, Jianwu Tang, Jill Thompson, Steffen Zacharias
    CURRENT OPINION IN ENVIRONMENTAL SUSTAINABILITY 5 1 53 - 66 2013年03月 [査読有り][通常論文]
     
    The International Long Term Ecological Research (ILTER) network can coordinate ecological research to provide observations of the ecosystem changes, and their socio-economic impacts on human societies at different scales. In this paper we demonstrate the importance of the ILTER network in the study and monitoring of environmental changes at a global level. We give examples of how biodiversity and ecosystem service data can be used to study impacts and adaptation options in response to climate change. Analysis of the 107 recent publications from LTER networks representing 21 countries show that LTER studies are often local and heterogeneous. There are some ecosystem types, such as agricultural or coastal ecosystems that are not covered with current ILTER network. Standardized monitoring schemes and techniques should be considered for future steering of ILTER collaboration. Integrating and synthesizing the collected data should be prioritized for future cooperation, and integrated in decision-making.
  • Paula Sankelo, Kimitaka Kawamura, Osamu Seki, Hideaki Shibata, James Bendle
    ARCTIC ANTARCTIC AND ALPINE RESEARCH 45 1 119 - 131 2013年02月 [査読有り][通常論文]
     
    Plant waxes (e.g. long-chain n-alkanes) in ice cores are a promising paleovegetation proxy. However, much work needs to be done to assess how n-alkanes are transported from source areas to, and incorporated into, glacial archives. In this paper we present analyses of n-alkanes in seasonal snow and assess the information on source vegetation. n-Alkanes with carbon numbers C-18 to C-43 were extracted from snow samples collected at two sites in Hokkaido, northern Japan, during winter 2009-2010. Molecular distributions revealed that the majority of the n-alkanes originated from higher vegetation (ca. 65%), rather than anthropogenic sources. The distribution characteristics confirmed that the n-alkane signal had a wide regional origin, rather than a local source. We determined stable carbon and hydrogen isotopic compositions for the C-27 n-alkane. The delta C-13 of the C-27 (-28.2 to -33.0 parts per thousand) was more representative of C3 than C4 vegetation, while the delta D of the C-27 ( -169.9 to -223.1 parts per thousand) indicated growth latitudes more northerly than Hokkaido. The nalkanes in the snow preserve information about the source vegetation type (photosynthetic group, growth site), confirming that if deposited with seasonal snows that firnify to form glacial ice, they have potential to record broad, regional vegetation changes over time.
  • Takeshi Motohka, Toshiya Yoshida, Hideaki Shibata, Takeo Tadono, Masanobu Shimada
    2013 IEEE INTERNATIONAL GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING SYMPOSIUM (IGARSS) 968 - 971 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    In this study, we examine the applicability of digital surface model (DSM) generated from ALOS PRISM data for mapping forest above ground biomass (AGB). We obtained the digital canopy height model (DCHM) by calculating the differences between the PRISM DSM and surveying-based digital elevation model (DEM), and investigated the relationship between the DCHM values and field measured mean tree height and AGB in Northern Hokkaido, Japan. The results show a strong linear relationship between the field measured AGB and PRISM-DCHM (R = 0.872, n = 25). The RMSE and bias of the regression model, which were evaluated by the leave-one-out cross validation, are 38.1 t/ha (22 %) and -0.2 t/ha, respectively. Saturation at high AGB is not shown. We also demonstrate the wall-to-wall AGB mapping by using the regression model and the PRISM DCHM image. A pan-sharpen image generated from PRISM and AVNIR-2 images is utilized for forest cover mapping. The PRISM-based AGB values are generally reasonable except for high mountain areas. The relationship between the PRISM AGB and backscattering coefficient measured by L-band synthetic aperture radar (PALSAR) is consistent with the regression models discovered by the previous researches.
  • K. Makoto, H. Shibata, Y. S. Kim, T. Satomura, K. Takagi, M. Nomura, F. Satoh, T. Koike
    BIOLOGY AND FERTILITY OF SOILS 48 5 569 - 577 2012年07月 [査読有り][通常論文]
     
    Ecological function of charcoal has been mainly investigated by adding charcoal to soil, which is not fully adequate to understand in situ the role in fire-prone forest ecosystem. To determine in situ effects of charcoal on ecosystem functions, such as nutrient availability, we conducted an experimental burning in a Japanese white birch forest with dense coverage of dwarf bamboo in the understory with or without removal of charcoal. Ammonium-N in the remaining humus layer increased immediately after the burning, but decreased to the level of unburnt plots within 1 month of the burning. Removal of charcoal had no significant effect on the NH4 (+)-N dynamics. Although burning did not affect NO3 (-)-N dynamics during the sampling period, charcoal removal led to a slight increase in NO3 (-)-N. The available P increased immediately after the burning, but then fell at 1 month after burning. Charcoal inhibited the available P depletion and prolonged the high availability of P. Greater availability of P might be due to the adsorption of phosphate in charcoal pores. Exchangeable Ca and Mg increased gradually; charcoal appeared to extend the period of higher concentration of exchangeable Ca and Mg. Charcoal deriving from fire is a key factor in influencing available nutrient in the humus layer of post-fire forests.
  • Ohnishi, T, Yoh, M, Nagao, S, Shibata, H
    Global Environmental Research 15 2 173 - 182 2012年 [査読有り][通常論文]
  • Karibu Fukuzawa, Masako Dannoura, Hideaki Shibata
    Measuring Roots: An Updated Approach 291 - 302 2012年01月01日 [査読有り][通常論文]
     
    Studies of fine root phenology and respiration in forest ecosystems are reviewed. Direct, nondestructive observation methods, such as the minirhizotron imaging systemand the rootwindow, provide simultaneous quantitativemeasurements of root production and mortality. Temporal patterns are discussed, as well as endogenous and exogenous factors (e.g., soil temperature and moisture) controlling fine root dynamics. Both root respiration and microbial respiration release CO2 from the soil to the atmosphere methods that distinguish them are evaluated. Finally, factors controlling root respiration, such as root age and diameter and soil nitrogen concentration, are reviewed, and approaches for scaling up root respiration to stand level are discussed.
  • Yong Suk Kim, Kobayashi Makoto, Fumiaki Takakai, Hideaki Shibata, Takami Satomura, Kentaro Takagi, Ryusuke Hatano, Takayoshi Koike
    EUROPEAN JOURNAL OF FOREST RESEARCH 130 6 1031 - 1044 2011年11月 [査読有り][通常論文]
     
    Forest fires affect both carbon (C) and nitrogen (N) cycling in forest ecosystems, and thereby influence the soil-atmosphere exchange of major greenhouse gases (GHGs): carbon dioxide (CO(2)), methane (CH(4)), and nitrous oxide (N(2)O). To determine changes in the soil GHG fluxes following a forest fire, we arranged a low-intensity surface fire in a white birch forest in northern Japan. We established three treatments, having four replications each: a control plot (CON), a burned plot (BURN), and a plot burned with removal of the resulting charcoal (BURN-CHA). Soil GHG fluxes and various properties of the soil were determined on four or five occasions during a period that spanned two growing seasons. We observed increased concentrations of ammonium-N (NH(4)-N) in BURN and BURN-CHA after the fire, while nitrate-N (NO(3)-N) concentration was only increased in BURN-CHA after the fire. The soil CO(2) flux was significantly higher in CON than in BURN or BURN-CHA, but there was no difference in soil CH(4) uptake between the three treatments. Moreover, the N(2)O flux from BURN-CHA soil was slightly greater than in CON or BURN. In BURN-CHA, the soil N(2)O flux peaked in August, but there was no peak in BURN. We found temporal correlations between soil GHG fluxes and soil variables, e.g. soil temperature or NO(3)-N. Our results suggest that environmental changes following fire, including the increased availability of N and the disappearance of the litter layer, have the potential to change soil GHG fluxes. Fire-produced charcoal could be significant in reducing soil N(2)O flux in temperate forests.
  • Ayaka Yamasaki, Ryunosuke Tateno, Hideaki Shibata
    JOURNAL OF FOREST RESEARCH 16 5 414 - 423 2011年10月 [査読無し][通常論文]
     
    Soil N mineralization is affected by microbial biomass and respiration, which are limited by available C and N. To examine the relationship between C and N for soil microbial dynamics and N dynamics, we conducted long-term laboratory incubation (150 days) after C and N amendment and measured changes in C and N mineralization, microbial biomass C, and dissolved C and N throughout the incubation period. The study soil was volcanic immature soil from the southern part of Japan, which contains lower C and N compared with other Japanese forest soils. Despite this, the area is covered by well-developed natural and plantation forests. Carbon amendment resulted in an increase in both microbial biomass and respiration, and net N mineralization decreased, probably due to increasing microbial immobilization. In contrast, N amendment resulted in a decrease in microbial respiration and an increase in net N mineralization, possibly due to decreased immobilization by microbes. Amendment of both C and N simultaneously did not affect microbial biomass and respiration, although net N mineralization was slightly increased. The results suggested that inhibitory effect on microbial respiration by N amendment should be reduced if carbon availability is higher. Thus, soil available C may limit microbial biomass and respiration in this volcanic immature soil. Even in immature soil where C and N substrate is low, soil C, such as plant root exudates and materials from above- and belowground dead organisms, might help to maintain microbial activity and N mineralization in this study site.
  • Hideaki Shibata, Rieko Urakawa, Hiroto Toda, Yoshiyuki Inagaki, Ryunosuke Tateno, Keisuke Koba, Asami Nakanishi, Karibu Fukuzawa, Ayaka Yamasaki
    JOURNAL OF FOREST RESEARCH 16 5 374 - 385 2011年10月 [査読無し][通常論文]
     
    Net nitrogen transformation was investigated under different climate conditions by soil transplantation and in situ incubation of forest surface soils using the resin-core method. Selected conditions were considered to reflect those of the natural climate gradient in the Japanese archipelago. Study sites were established in natural forests in northern Hokkaido (Uryu), northern Kanto (Kusaki), central Kinki (Kamigamo), and southern Kyushu (Takakuma), representing the northernmost to the southernmost island regions of Japan. Field experiments comparing soils incubated at "native" and "transplanted" sites were conducted from June 2008 to May 2009. Net production, accumulation, and leaching of soil ammonium (NH(4) (+)) and nitrate (NO(3) (-)) were measured at each of the sites during the growing season (June-October), the dormant season (November-May), and throughout the year. Net nitrate production was highest in Kusaki soil, especially during the growing season, whereas net ammonium production was highest in Uryu soil, the coldest site, especially during the dormant season. Net nitrate production increased significantly in soils transplanted to a warmer climate during the growing season. However, net ammonium production increased in soils transplanted to colder climates during the dormant season. These findings indicate that, with the exception of the infertile soil samples from Kamigamo, the range of natural climates in Japan has a significant effect on nitrogen availability in surface soil. In addition, the original characteristics of the nitrogen cycle of the surface soil from each native site were retained, even when marked changes in soil temperature (approximately 8A degrees C) occurred after transplantation.
  • Megumi Kuroiwa, Keisuke Koba, Kazuo Isobe, Ryunosuke Tateno, Asami Nakanishi, Yoshiyuki Inagaki, Hiroto Toda, Shigeto Otsuka, Keishi Senoo, Yuichi Suwa, Muneoki Yoh, Rieko Urakawa, Hideaki Shibata
    JOURNAL OF FOREST RESEARCH 16 5 363 - 373 2011年10月 [査読無し][通常論文]
     
    Measurements of gross NH (4) (+) and NO (3) (-) production in forest soils were conducted using the N-15 pool dilution method. Mineral topsoils (0-10 cm depth) were collected from four forests from northern to southern Japan with a natural climate gradient to elucidate the mechanisms regulating gross nitrification rates in forest soils. Additionally, we attempted to evaluate the relative importance of heterotrophic nitrification in gross total nitrification using acetylene as a specific inhibitor of autotrophic nitrification. Distinct differences were found among sites in the gross rates of NH (4) (+) production (3.1-11.4 mg N kg(-1) day(-1)) and gross total nitrification (0.0-6.1 mg N kg(-1) day(-1)). The rates of gross heterotrophic nitrification were low in this study, indicating that heterotrophic nitrification is of minor importance in most forest mineral topsoils in Japan. Significant relations were found between gross autotrophic nitrification and gross NH (4) (+) production, soil N, and soil C concentrations, but none was found between gross autotrophic nitrification and soil pH. We determined the critical value of the gross NH (4) (+) production rates for gross autotrophic nitrification under which no gross autotrophic nitrification occurred, as well as the critical soil C/N ratio above which gross autotrophic nitrification ceased. Results show that tight coupling of production and consumption of NH (4) (+) prevents autotrophic nitrifiers from utilizing NH (4) (+) as long as NH (4) (+) availability is low.
  • Hideaki Shibata, Hiroto Toda, Yoshiyuki Inagaki, Ryunosuke Tateno, Keisuke Koba, Takeshi Tange
    JOURNAL OF FOREST RESEARCH 16 5 331 - 332 2011年10月 [査読有り][通常論文]
  • Megumi Kuroiwa, Keisuke Koba, Kazuo Isobe, Ryunosuke Tateno, Asami Nakanishi, Yoshiyuki Inagaki, Hiroto Toda, Shigeto Otsuka, Keishi Senoo, Yuichi Suwa, Muneoki Yoh, Rieko Urakawa, Hideaki Shibata
    JOURNAL OF FOREST RESEARCH 16 5 363 - 373 2011年10月 [査読有り][通常論文]
     
    Measurements of gross NH (4) (+) and NO (3) (-) production in forest soils were conducted using the N-15 pool dilution method. Mineral topsoils (0-10 cm depth) were collected from four forests from northern to southern Japan with a natural climate gradient to elucidate the mechanisms regulating gross nitrification rates in forest soils. Additionally, we attempted to evaluate the relative importance of heterotrophic nitrification in gross total nitrification using acetylene as a specific inhibitor of autotrophic nitrification. Distinct differences were found among sites in the gross rates of NH (4) (+) production (3.1-11.4 mg N kg(-1) day(-1)) and gross total nitrification (0.0-6.1 mg N kg(-1) day(-1)). The rates of gross heterotrophic nitrification were low in this study, indicating that heterotrophic nitrification is of minor importance in most forest mineral topsoils in Japan. Significant relations were found between gross autotrophic nitrification and gross NH (4) (+) production, soil N, and soil C concentrations, but none was found between gross autotrophic nitrification and soil pH. We determined the critical value of the gross NH (4) (+) production rates for gross autotrophic nitrification under which no gross autotrophic nitrification occurred, as well as the critical soil C/N ratio above which gross autotrophic nitrification ceased. Results show that tight coupling of production and consumption of NH (4) (+) prevents autotrophic nitrifiers from utilizing NH (4) (+) as long as NH (4) (+) availability is low.
  • Hideaki Shibata, Rieko Urakawa, Hiroto Toda, Yoshiyuki Inagaki, Ryunosuke Tateno, Keisuke Koba, Asami Nakanishi, Karibu Fukuzawa, Ayaka Yamasaki
    JOURNAL OF FOREST RESEARCH 16 5 374 - 385 2011年10月 [査読有り][通常論文]
     
    Net nitrogen transformation was investigated under different climate conditions by soil transplantation and in situ incubation of forest surface soils using the resin-core method. Selected conditions were considered to reflect those of the natural climate gradient in the Japanese archipelago. Study sites were established in natural forests in northern Hokkaido (Uryu), northern Kanto (Kusaki), central Kinki (Kamigamo), and southern Kyushu (Takakuma), representing the northernmost to the southernmost island regions of Japan. Field experiments comparing soils incubated at "native" and "transplanted" sites were conducted from June 2008 to May 2009. Net production, accumulation, and leaching of soil ammonium (NH(4) (+)) and nitrate (NO(3) (-)) were measured at each of the sites during the growing season (June-October), the dormant season (November-May), and throughout the year. Net nitrate production was highest in Kusaki soil, especially during the growing season, whereas net ammonium production was highest in Uryu soil, the coldest site, especially during the dormant season. Net nitrate production increased significantly in soils transplanted to a warmer climate during the growing season. However, net ammonium production increased in soils transplanted to colder climates during the dormant season. These findings indicate that, with the exception of the infertile soil samples from Kamigamo, the range of natural climates in Japan has a significant effect on nitrogen availability in surface soil. In addition, the original characteristics of the nitrogen cycle of the surface soil from each native site were retained, even when marked changes in soil temperature (approximately 8A degrees C) occurred after transplantation.
  • Ayaka Yamasaki, Ryunosuke Tateno, Hideaki Shibata
    JOURNAL OF FOREST RESEARCH 16 5 414 - 423 2011年10月 [査読有り][通常論文]
     
    Soil N mineralization is affected by microbial biomass and respiration, which are limited by available C and N. To examine the relationship between C and N for soil microbial dynamics and N dynamics, we conducted long-term laboratory incubation (150 days) after C and N amendment and measured changes in C and N mineralization, microbial biomass C, and dissolved C and N throughout the incubation period. The study soil was volcanic immature soil from the southern part of Japan, which contains lower C and N compared with other Japanese forest soils. Despite this, the area is covered by well-developed natural and plantation forests. Carbon amendment resulted in an increase in both microbial biomass and respiration, and net N mineralization decreased, probably due to increasing microbial immobilization. In contrast, N amendment resulted in a decrease in microbial respiration and an increase in net N mineralization, possibly due to decreased immobilization by microbes. Amendment of both C and N simultaneously did not affect microbial biomass and respiration, although net N mineralization was slightly increased. The results suggested that inhibitory effect on microbial respiration by N amendment should be reduced if carbon availability is higher. Thus, soil available C may limit microbial biomass and respiration in this volcanic immature soil. Even in immature soil where C and N substrate is low, soil C, such as plant root exudates and materials from above- and belowground dead organisms, might help to maintain microbial activity and N mineralization in this study site.
  • Motomu Toda, Pasi Kolari, Taro Nakai, Yuji Kodama, Hideaki Shibata, Toshiya Yoshida, Shigeru Uemura, Akihiro Sumida, Kyoko Kato, Kiyomi Ono, Toshihiko Hara
    JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-BIOGEOSCIENCES 116 G2 1 - 14 2011年04月 [査読有り][通常論文]
     
    The effects of wind disturbance on forest dynamics and ecosystem CO2 exchange were examined in cool temperate forests of northern Japan during 2004-2008 using eddy covariance (EC) measurements. One site was a young, even-aged, monoculture, deciduous forest; the other was an uneven-aged mixed forest of evergreen and deciduous overstory tree species, including some over 200 years old. On 8 September 2004, a strong typhoon struck the forests, after which leaf and branch amounts decreased in young growth forest, but foliage showed little change in old growth forest. By 2006, foliage at the young-growth forest had recovered to the 2004 pretyphoon state. Average daily accumulated gross primary production (GPP(d)), terrestrial ecosystem respiration (TERd), and net ecosystem exchange (NEEd) were assessed for six growth stages annually. After the typhoon, large increases in GPP(d) were found during the growing stage of overstory tree species with high photosynthetic rates compared to that before the typhoon. Pronounced increases in GPP(d) and corresponding large reductions in NEEd were detected at the young-growth forest, indicating that NEEd was largely regulated by GPP(d) throughout the growing stages. Although EC measurements contain uncertainty, our continuous EC measurements revealed that interannual variability in meteorological variables and structural changes in foliage have only small impacts on GPP and NEE, while photosynthetic recovery of foliage from typhoon damage has high potential to increase GPP and enhance NEE as compared with those under nondamage conditions.
  • Keiichi Aoyama, Toshiya Yoshida, Akane Harada, Mahoko Noguchi, Hisashi Miya, Hideaki Shibata
    JOURNAL OF FOREST RESEARCH 16 1 35 - 45 2011年02月 [査読有り][通常論文]
     
    To restore non-wooded stands dominated by dwarf bamboo species (Sasa kurilensis or S. senanensis) into forests, mechanical soil scarification has been applied in northern Japan since the 1960s. The treatment is followed both by natural regeneration and artificial planting. In this study, we quantified the total carbon stock (plants plus 0.3 m depth of soil) of these stands over 35-year age-sequences. The natural regeneration stands were gradually dominated by Betula ermanii. The carbon stock increased linearly to 215.1 +/- A 35.2 Mg C ha(-1) for a 37-year-old stand formerly dominated by S. kurilensis, and 181.1 +/- A 29.8 Mg C ha(-1) for a 34-year-old stand formerly dominated by S. senanensis. The latter was similar to that of a Picea glehnii plantation, formerly dominated by S. senanensis, with comparable stand age (160.3 +/- A 6.7 Mg C ha(-1) for 35-year-old stands). Although the carbon stock in plants quickly offset the untreated level, that in the soil remained depressed even in the older stands. This resulted in small differences in carbon stock of these stands with untreated dwarf bamboo stands. We conclude that natural regeneration following scarification could be a prime option for carbon sink management in the region. However, we should take a long rotation period (i.e., > 50 years) to ensure a carbon sink state. A potential of further improvements of the practice, including that reduce intensity of soil disturbance, was presented.
  • 柴田英昭, 高木健太郎, 吉田俊也, 福澤加里部, 佐藤冬樹, 笹賀一郎
    水利科学 54 6 30-42  2011年02月 [査読有り][通常論文]
  • 都築 佑太, 時岡 仁志, 山下 洋平, 柴田 英昭, 杉本 敦子
    日本地球化学会年会要旨集 58 333 - 333 日本地球化学会 2011年 
    水循環システムを明らかにすることは様々な方面において重要である。そこで水の安定同位体比を用いることで水の挙動を推定できる。これによって、降水の元となる水蒸気の起源や河川水、地下水の供給源、流下経路などの情報を得ることが出来る。これを応用することで水資源の管理、汚染源の特定や地球化学的研究に役立つ。そこで本研究では、北海道の水循環を解明するため、北海道水同位体マップの作成を目標とし、それに向けた第一歩として道内4地点(札幌、苫小牧、天塩、芽室)で降水と河川水または地下水の定点観測を行った。特に苫小牧の幌内川では、小さい集水域における降水から土壌水、地下水位帯を経て河川へ流下するメカニズムを調べ、一方でそれら小さい集水域を多く含む天塩川では、天塩川全体の水循環を明らかにするため広い範囲でサンプリングを行った。
  • Shibata H, Urakawa R, Toda H, Inagaki Y, Tateno R, Koba K, Nakanishi A, Fukuzawa K, Yamasaki A
    Journal of Forest Research 16 5 374 - 385 2011年 [査読有り][通常論文]
  • Construction of a continental scale hydrological model that incorporate dissolved iron production mechanism
    Takeo Onishi, Muneoki Y, Hideaki S, Seiya N, Masayuki K, Shamov V.V
    Jounrnal of Hydrology - 2010年12月 [査読有り][通常論文]
  • Takagi Kentaro, Kotsuka Chikara, Fukuzawa Karibu, Kayama Masazumi, Makoto Kobayashi, Watanabe Tsunehiro, Nomura Mutsumi, Fukazawa Tatsuya, Takahashi Hiroyuki, Hojyo Hajime, Ashiya Daitaro, Naniwa Akihiko, Sugata Sadao, Kamiura Tatsuya, Sugishita Yoshiyuki, Sakai Rei, Ito Kinya, Kobayashi Makoto, Maebayashi Mamoru, Mizuno Masato, Murayama Takeshi, Kinoshita Koji, Fujiwara Daisaku, Hashida Shukichi, Shibata Hideaki, Yoshida Toshiya, Sasa Kaichiro, Saigusa Nobuko, Fujinuma Yasumi, Akibayashi Yukio
    Eurasian Journal of Forest Research 13 1 1 - 7 Hokkaido University Forests, EFRC 2010年08月 [査読有り][通常論文]
     
    To evaluate the biomass of conifer-broadleaf mixed forests in northern Hokkaido, Japan, the relationships between tree dry masses (including belowground roots) and diameter at breast height (DBH) and tree height (H) for major three tree species (Quercus crispula Blume, Betula ermanii Cham., and Abies sachalinensis (F. Schmidt) Mast.) were calculated. In addition, carbon and nitrogen contents of each tree organ were measured for an accurate estimation of the carbon and nitrogen stocks in the trees. For all three species, one allometric equation explained the relationship between DBH (or DBH2...
  • 野口泉, 林健太郎, 加藤拓紀, 山口高志, 秋山雅行, 大塚英幸, 酒井茂克, 高木健太郎, 深澤達矢, 柴田英昭, 藤沼康実, 三枝信子, 下鳥稔, 遠藤朋美, 家合浩明, 松田和秀, 角皆潤, 原宏
    大気環境学会誌 45 4 153 - 165 公益社団法人 大気環境学会 2010年07月 [査読有り][通常論文]
     
    フィルターパック法または拡散デニューダ法を用いて札幌(都市地域),母子里(田園地域),利尻(遠隔地域,海岸部)および天塩(遠隔地域,山間部)において亜硝酸ガス(HONO)を含む各酸化態窒素の大気濃度を測定し,その挙動について考察した。HONO濃度は都市地域である札幌で最も高く,年平均濃度では他の地域の11~31倍を示した。HONO濃度は,都市地域では冬に,遠隔地域では夏に高く,田園地域では両方の特徴を示した。また環境大気中のHONO/NOx比はKurtenbach et al. (2001)による直接発生源のそれより大きく,大気中のHONOの生成には大気中粒子表面や地表面におけるNO2と水の不均一反応による二次生成の寄与が大きいと考えられた。地表面での不均一反応の場合,NO2の沈着により,HONOが放出されるため,HONOとNO2の濃度勾配には負の相関関係が見られるはずであるが,天塩ではHONOとNO2の高度別濃度差(30および10m)に正の相関関係が見られた。また利尻のHONOとPM10に有意な相関が認められ,また利尻および母子里のHONO/NO2と絶対湿度に有意な相関が認められた。このことから,NO2濃度が比較的低い田園および遠隔地域では大気中の粒子表面での不均一反応の寄与が大きいと考えられた。一方,都市部である札幌では地表面における二次生成の寄与は,特にNO2濃度の高い冬期に無視できない寄与があると考えられた。さらに冬期の札幌ではHONOおよびNOとHNO3およびO3は負の相関関係を示した。これはNO濃度が高い冬期の都市部ではO3濃度が低くなり,NO2からHNO3および粒子状硝酸塩への変換が進まないためと考えられた。このように,大気中のHONOの挙動は,大気中粒子表面や地表面におけるNO2と水の不均一反応による二次生成に支配されており,NO2濃度,大気中水分,O3濃度は,この不均一反応に大きな影響を及ぼすと考えられた。
  • 柴田英昭, 福澤加里部
    環境科学会誌 23 4 277 - 283 2010年07月 [査読有り][通常論文]
  • Ji-Hyung Park, Lei Duan, Bomchul Kim, Myron J. Mitchell, Hideaki Shibata
    ENVIRONMENT INTERNATIONAL 36 2 212 - 225 2010年02月 [査読有り][通常論文]
     
    An overview is provided of the potential effects of climate change on the watershed biogeochemical processes and surface water quality in mountainous watersheds of Northeast (NE) Asia that provide drinking water supplies for large populations. We address major 'local' issues with the case studies conducted at three watersheds along a latitudinal gradient going from northern Japan through the central Korean Peninsula and ending in southern China. Winter snow regimes and ground snowpack dynamics play a crucial role in many ecological and biogeochemical processes in the mountainous watersheds across northern Japan. A warmer winter with less snowfall, as has been projected for northern Japan, will alter the accumulation and melting of snowpacks and affect hydro-biogeochemical processes linking soil processes to surface water quality. Soils on steep hillslopes and rich in base cations have been shown to have distinct patterns in buffering acidic inputs during snowmelt. Alteration of soil microbial processes in response to more frequent freeze-thaw cycles under thinner snowpacks may increase nutrient leaching to stream waters. The amount and intensity of summer monsoon rainfalls have been increasing in Korea over recent decades. More frequent extreme rainfall events have resulted in large watershed export of sediments and nutrients from agricultural lands on steep hillslopes converted from forests. Surface water siltation caused by terrestrial export of sediments from these steep hillslopes is emerging as a new challenge for water quality management due to detrimental effects on water quality. Climatic predictions in upcoming decades for southern China include lower precipitation with large year-to-year variations. The results from a four-year intensive study at a forested watershed in Chongquing province showed that acidity and the concentrations of sulfate and nitrate in soil and surface waters were generally lower in the years with lower precipitation, suggesting year-to-year variations in precipitation as a key factor in modulating the effects of acid deposition on soil and surface water quality of this region. Results from these case studies suggest that spatially variable patterns of snow or summer precipitation associated with regional climate change across NE Asia will have significant impacts on watershed biogeochemical processes and surface water quality, in interactions with local topography, land use change, or acid deposition. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.
  • Onishi Takeo, Yoh Muneoki, Shibata Hideaki, Nagao Seiya, Kawahigashi Masayuki, Shamov Vladimir
    Hydrological Research Letters 4 85 - 89 水文・水資源学会 2010年 [査読有り][通常論文]
     
    Iron is the limiting nutrient of phytoplankton in the Sea of Okhotsk, and the majority of iron in this system is fed by the Amur River. The recent conversion of wetlands, the main source of iron in the Amur River basin, to agricultural lands will likely impact dissolved iron productivity, which may also influence primary production in the Sea of Okhotsk. Therefore this study was conducted to construct a macroscopic index for use in assessing dissolved iron productivity in the basin. Correlation analysis between climate and topographic parameters and the observed dissolved iron concentration...
  • Seki Osamu, Nakatsuka Takeshi, Shibata Hideaki, Kawamura Kimitaka
    Geochimica et Cosmochimica Acta 74 2 599 - 613 Elsevier Ltd. 2010年01月 [査読有り][通常論文]
     
    We measured molecular distributions and compound-specific hydrogen (δD) and stable carbon isotopic ratios (δ13C) of mid- and long-chain n-alkanes in forest soils, wetland peats and lake sediments within the Dorokawa watershed, Hokkaido, Japan, to better understand sources and processes associate with delivery of terrestrial organic matter into the lake sediments. δ13C values of odd carbon numbered C23-C33 n-alkanes ranged from -37.2 to -31.5 ‰, while δD values of these alkanes showed a large degree of variability that ranged from -244 to -180 ‰. Molecular distributions in combination with s...
  • 柴田 英昭, 戸田 浩人, 稲垣 善之
    地球環境 15 2 133 - 143 国際環境研究協会 2010年 [査読有り][通常論文]
  • 柴田 英昭, 戸田 浩人, 福島 慶太郎, 谷尾 陽一, 高橋 輝昌, 吉田 俊也
    日本森林学会誌 91 6 408 - 420 日本森林学会 2009年12月 [査読無し][通常論文]
     
    日本の森林生態系における物質循環と森林施業の関わりについて、既往研究をレビューした。これまで、森林伐採が物質循環や水質形成に及ぼす影響については、伐採後に樹木の養分吸収が低下することによって、河川へ硝酸態窒素が溶脱することが示されてきた。一方、北海道北部における伐採後の林床植生による窒素養分吸収や、関東北部での火山灰土壌における硝酸吸着、流域水文過程に伴う河川水質変化など、日本における特色あるプロセスについて報告されている。また、急傾斜地における森林施業の結果として斜面崩壊が生じることで、流域生態系の水文・水質形成過程が影響されることも示唆された。さらに、河畔緩衝域での窒素除去、河川流路内での栄養塩スパイラル、里山における森林管理と物質循環変化など、生態系境界域での研究が重要であることが指摘されている。今後は、地域ごとの特性を考慮に入れるとともに、施業影響下での物質循環モデルのバラメタリゼーションなどをさらに推し進めることが重要である。
  • 柴田英昭, 戸田浩人, 福島慶太郎, 福島慶太郎, 谷尾陽一, 高橋輝昌, 吉田俊也
    日本森林学会誌 91 6 408 - 420 日本森林学会 2009年12月 [査読有り][通常論文]
     
    日本の森林生態系における物質循環と森林施業の関わりについて、既往研究をレビューした。これまで、森林伐採が物質循環や水質形成に及ぼす影響については、伐採後に樹木の養分吸収が低下することによって、河川へ硝酸態窒素が溶脱することが示されてきた。一方、北海道北部における伐採後の林床植生による窒素養分吸収や、関東北部での火山灰土壌における硝酸吸着、流域水文過程に伴う河川水質変化など、日本における特色あるプロセスについて報告されている。また、急傾斜地における森林施業の結果として斜面崩壊が生じることで、流域生態系の水文・水質形成過程が影響されることも示唆された。さらに、河畔緩衝域での窒素除去、河川流路内での栄養塩スパイラル、里山における森林管理と物質循環変化など、生態系境界域での研究が重要であることが指摘されている。今後は、地域ごとの特性を考慮に入れるとともに、施業影響下での物質循環モデルのバラメタリゼーションなどをさらに推し進めることが重要である。
  • M. Katsuyama, H. Shibata, T. Yoshioka, T. Yoshida, A. Ogawa, N. Ohte
    SUSTAINABILITY SCIENCE 4 2 179 - 188 2009年10月 [査読有り][通常論文]
     
    We simulated hydrological and biogeochemical responses to logging in a forested watershed to determine the vulnerability and/or resiliency of the forest ecosystems in the Lake Shumarinai Basin in northern Hokkaido, Japan. We used a biogeochemical model (PnET-CN) and a rainfall-runoff model (HYCYMODEL) to predict ecosystem responses. The PnET-CN model simulated well the observed NO3 (-) concentrations in streamwater, particularly at high concentrations during snowmelt; however, the model could not simulate small increases in NO3 (-) during the summer. By considering hydrological processes within the watershed and combining the model with the HYCYMODEL (PnET + HYCYMODEL), the seasonality of streamwater NO3 (-) concentrations was better simulated. Using these models, the long-term effects of logging were simulated for coniferous, deciduous, and mixed forests. NO3 (-) concentrations in streamwater increased in response to the logging disturbance in both coniferous and deciduous forests. In the coniferous forest, NO3 (-) concentrations reached a maximum 10 years after logging, and high concentrations persisted for 30 years. In contrast, NO3 (-) concentrations in the deciduous forest reached a maximum within 3-4 years and recovered to pre-disturbance levels after 15 years. We also used the models to determine the effects of different sizes and types (coniferous, deciduous, and mixed forest) of logging areas on Lake Shumarinai. The model results indicated that large areas of cutting require more than 100 years for complete lake recovery. Whereas the annual discharge to the lake minimally increased, the annual NO3 (-) load greatly increased. Our simulation results elucidate the vulnerability and resiliency of forest ecosystems and provide valuable information for ecosystem management.
  • Nina Y. Ileva, Hideaki Shibata, Fuyuki Satoh, Kaichiro Sasa, Hiroshi Ueda
    SUSTAINABILITY SCIENCE 4 2 189 - 198 2009年10月 [査読有り][通常論文]
     
    The present research investigated the relationship between nitrate-nitrogen (NO(3)-N) in river water and the land use/land cover (hereafter, land use) in the Teshio River watershed located in northern Hokkaido island to understand the effect of human activities such as agriculture, forestry, industry, and urbanization in the drainage basin on the river ecosystem quality and services. River water was sampled at nine points seasonally during a 2-year period and the nutrients concentration was measured. Land use profiles were estimated at two spatial scales, riparian and sub-catchment, for each sampling station. The spatial pattern of water quality in the Teshio River showed increased NO(3)-N levels associated with agriculture and urban expansion, and forest reduction in the watershed. Land use at the riparian scale closely reflected that at the sub-catchment scale, which masked the unique riparian buffer effect on the river water condition. The increased agricultural and reduced forest area in the riparian zone, especially in the upper middle reach, could be a possible reason for a decline of ecosystem service for the provisioning of clean water and habitat for aquatic organisms. Measures towards sustainable and more nature-friendly agricultural management are necessary in the area to protect the Teshio River ecosystem and its ecosystem services.
  • K. Ryu, M. Watanabe, H. Shibata, K. Takagi, M. Nomura, Takayoshi Koike
    LANDSCAPE AND ECOLOGICAL ENGINEERING 5 2 99 - 106 2009年07月 [査読有り][通常論文]
     
    For sustainable use and suitable management of larch plantations, we must clarify the ecophysiological responses of larch species to environmental changes. The physical environment has been changing dramatically, e.g., increase in atmospheric CO(2) concentration ([CO(2)]), nitrogen (N) deposition, and atmospheric ozone concentration ([O(3)]), and these changes may negatively affect growth of larch species. This review summarizes the previous experimental studies on the ecophysiological responses of larch species to elevated [CO(2)], soil acidification, elevated [O(3)], and N load. Based on the advanced studies, although elevated [CO(2)] will stimulate the productivity of larch, increase of [O(3)] and severe soil acidification will reduce it. Increase of N deposition, at least, will not negatively affect larch productivity. Finally, we propose the future direction for investigation to understand the mechanism of the responses of larch species and to predict the associated risk.
  • Kentaro Hayashi, Kentaro Takagi, Izumi Noguchi, Karibu Fukuzawa, Hiroyuki Takahashi, Tatsuya Fukazawa, Hideaki Shibata, Yasumi Fujinuma
    WATER AIR AND SOIL POLLUTION 200 1-4 33 - 46 2009年06月 [査読有り][通常論文]
     
    The present study aimed to elucidate the atmosphere-forest exchange of ammoniacal nitrogen (NH(X)-N) at a young larch ecosystem. NH(X)-N exchanges were measured at a remote site in northernmost Japan where 4-year-old larches were growing after a pristine forest had been clear-cut and subsequent dense dwarf bamboo (Sasa) had been strip-cut. The site was a clean area for atmospheric ammonia with mean concentrations of 0.38 and 0.11 mu g N m(-3) in snowless and snow seasons, respectively. However, there was a general net emission of NH(X)-N. The annual estimated emission of NH(X)-N of 4.8 kg N ha(-1) year(-1) exceeded the annual wet deposition of 2.4 kg N ha(-1) year(-1), but the weekly exchange fluxes may have been underestimated by 28-60%. The main cause of the ammonia loss from the young larch ecosystem was probably enhanced nitrogen supply stimulated by the cutting of the pristine forest and Sasa, in particular, the Sasa.
  • 福澤 加里部, 柴田 英昭, 高木 健太郎, 佐藤 冬樹, 笹賀 一郎, 小池 孝良
    根の研究 = Root research 18 2 70 - 70 根研究学会 2009年06月 [査読有り][通常論文]
     
    【はじめに】森林生態系の生産性、炭素や養分動態に細根が重要な役割を果たしていることが近年認識されてきた。細根生産は地上部で獲得した炭素を使って行われ、細根の枯死・分解により土壌へ炭素や養分が移動するためである。そのような細根の生産量を評価するためには、細根バイオマスだけでなく、細根のターンオーバーや生産・枯死の時間変化を明らかにする必要がある。既往研究での細根生産・枯死の時間変動パターンは気候帯や植生の種類によって異なっており、さまざまなタイプの森林生態系において、長期的にそして環境要因との関係を解明することも必要である。本研究では、北海道北部のササ型林床をもつ冷温帯林における細根動態を明らかにするために、細根バイオマス・ネクロマスと生産・枯死の季節変化および年変動を測定し、環境要因との関係を検証した。
  • Kentaro Takagi, Karibu Fukuzawa, Naishen Liang, Masazumi Kayama, Mutsumi Nomura, Hajime Hojyo, Sadao Sugata, Hideaki Shibata, Tatsuya Fukazawa, Yoshiyuki Takahashi, Tatsuro Nakaji, Hiroyuki Oguma, Masayoshi Mano, Yukio Akibayashi, Takeshi Murayama, Takayoshi Koike, Kaichiro Sasa, Yasumi Fujinuma
    GLOBAL CHANGE BIOLOGY 15 5 1275 - 1288 2009年05月 [査読有り][通常論文]
     
    To evaluate the effects on CO2 exchange of clearcutting a mixed forest and replacing it with a plantation, 4.5 years of continuous eddy covariance measurements of CO2 fluxes and soil respiration measurements were conducted in a conifer-broadleaf mixed forest in Hokkaido, Japan. The mixed forest was a weak carbon sink (net ecosystem exchange, -44 g C m(-2) yr(-1)), and it became a large carbon source (569 g C m(-2) yr(-1)) after clearcutting. However, the large emission in the harvest year rapidly decreased in the following 2 years (495 and 153 g C m(-2) yr(-1), respectively) as the gross primary production (GPP) increased, while the total ecosystem respiration (RE) remained relatively stable. The rapid increase in GPP was attributed to an increase in biomass and photosynthetic activity of Sasa dwarf bamboo, an understory species. Soil respiration increased in the 3 years following clearcutting, in the first year mainly owing to the change in the gap ratio of the forest, and in the following years because of increased root respiration by the bamboo. The ratio of soil respiration to RE increased from 44% in the forest to nearly 100% after clearcutting, and aboveground parts of the vegetation contributed little to the RE although the respiration chamber measurements showed heterogeneous soil condition after clearcutting.
  • 仲川 泰則, 柴田 英昭, 佐藤 冬樹, 笹賀 一郎
    環境科学会誌 = Environmental science 22 3 173 - 186 環境科学会 2009年05月 [査読有り][通常論文]
  • Shibata H, Toda H, Fukushima K, Tanio Y, Takahashi T, Yoshida T
    Nihon Ringakkai Shi/Journal of the Japanese Forestry Society 91 6 408 - 420 2009年 [査読有り][通常論文]
  • T. Onishi, H. Shibata, M. Yoh, Seiya Nagao
    FROM HEADWATERS TO THE OCEAN: HYDROLOGICAL CHANGES AND WATERSHED MANAGEMENT 355 - + 2009年 [査読有り][通常論文]
     
    The Amur River basin is considered the main contributor of dissolved iron entering the Sea of Okhotsk and the Oyashio current. Recent research shows it is probable that the main source of the dissolved iron is the Amur River basin wetlands. To explore the primary process of dissolved iron production and the effect of land cover conversion from wetland to cultivated land on dissolved iron production, a semi-distributed hydrological model incorporating dissolved iron production was constructed. The model was based on TOPMODEL concept. To explore the mechanism for the production of dissolved iron, the amount of dissolved iron produced by each calculation grid was formulated as a function of the topographic index (a/tan beta). A parameter representing the degree of redox condition was also introduced. To verify the validity of parameterization, a hydrological model of the Naoli river basin was constructed. The best parameter set to simulate runoff was determined by Monte Carlo simulation. The amount of the estimated dissolved iron was much lower than the observed value. The results suggested that there is another dissolved iron production mechanism that has not been incorporated into the present version of our model, It was suggested that possible hydrological processes which must be considered are seepage of shallow groundwater and flooding to the riparian area.
  • Xiao-Niu Xu, Qin Wang, Hideaki Shibata
    Journal of Forestry Research 19 4 271 - 276 2008年12月 [査読有り][通常論文]
     
    Structure, species composition, and soil properties of a subtropical evergreen broad-leaved forest in Okinawa, Japan, were examined by establishment of plots at thirty sites. The forest was characterized by a relatively low canopy and a large number of small-diameter trees. Mean canopy height for this forest was 10 m and stands contained an average of 5400 stems•ha -1 (≥3.0 cm DBH) 64% of those stems were smaller than 10 cm DBH. The total basal area was 54.4 m 2•ha-1, of which Castanopsis sieboldii contributed 48%. The forest showed high species diversity of trees. 80 tree species (≥ 3.0 cm DBH) from 31 families was identified in the thirty sampling plots. C. sieboldii and Schima wallichii were the dominant and subdominant species in terms of importance value. The mean tree species diversity indices for the plots were, 3.36 for Diversity index (H′), 0.71 for Equitability index (J′) and 4.72 for Species richness index (S′), all of which strongly declined with the increase of importance value of the dominant, C. sieboldii. Measures of soil nutrients indicated low fertility, extreme heterogeneity and possible Al toxicity. Regression analysis showed that stem density and the dominant tree height were significantly correlated with soil pH. There was a significant positive relationship between species diversity index and soil exchangeable K+, Ca2+, and Ca2+/Al3+ ratio (all p values < 0.001) and a negative relationship with N, C and P. The results suggest that soil property is a major factor influencing forest composition and structure within the subtropical forest in Okinawa. © 2008 Northeast Forestry University and Springer-Verlag GmbH.
  • Yasunori Nakagawa, Hideaki Shibata, Fuyuki Satoh, Kaichiro Sasa
    LIMNOLOGY 9 3 195 - 206 2008年12月 [査読有り][通常論文]
     
    We evaluated (1) the longitudinal pattern of stream chemistry and (2) the effects of the riparian zone on this longitudinal pattern for nitrate (NO3-), dissolved organic carbon (DOC), and total dissolved iron (Fe). We selected two small watersheds; the "southern watershed'' had an extending riparian wetland and the "northern watershed'' had a narrow riparian area. Stream NO3- concentrations decreased from the spring to outlet of both watersheds. In the southern watershed, stream DOC concentration decreased from the spring to midstream and then increased to the outlet. Stream Fe concentration in the southern watershed longitudinally increased. On the other hand, the northern watershed exhibited no longitudinal pattern for DOC and Fe concentrations. In both watersheds, while NO3- concentrations in the soil and ground water were lower than those in the stream waters, DOC and Fe concentrations exhibited the opposite patterns. The longitudinal decreases of NO3- concentrations in both streams and increase of stream Fe in the southern watershed mainly resulted from the inflow of the soil and ground water to the stream. The decrease in stream DOC from the spring to midstream in the southern watershed was due to the deep groundwater having low DOC, while the subsequent increase to the surrounding soil and ground water. Moreover, considerations of stream solute flow with soil and ground water chemistry suggested other mechanisms adding NO3- and removing/diluting DOC and Fe, especially for the northern watershed; coexistence of oxidizing and reducing conditions in the riparian zone might control the longitudinal concentration change in the stream water chemistry.
  • Fu-Chen Shi, Feng-Ying Li, Ti-Jiu Cai, Shibata Hideaki
    Chinese Journal of Applied Ecology 19 4 717 - 722 2008年04月 [査読有り][通常論文]
     
    Stream water samples under the Korean pine broad-leaved forest, spruce-fir forest, and larch plantation in Liangshui Nature Reserve of Xiaoxing' an Mountains were collected monthly from March to October 2006 to study the dynamic changes of their hydrochemical characteristics. The results indicated that the content of major cations in the streams was in the sequence of Ca2+ > Na+ > K+ > Mg2+, and that of anions was HCO3 - > SO4 2- > NO3 - > Cl-. The average content of Na+, Ca2+, Mg2+, Fe2+ and Fe3+ was in the order of spruce-fir forest > larch plantation > Korean pine broad-leaved forest, while that of K+ was in the order of larch plantation > spruce-fir forest > Korean pine broad-leaved forest. The average monthly content of anions in stream water was the highest under larch plantation.
  • Sheila F. Christopher, Hideaki Shibata, Megumi Ozawa, Yasunori Nakagawa, Myron J. Mitchell
    BIOGEOCHEMISTRY 88 1 15 - 30 2008年03月 [査読有り][通常論文]
     
    Climate change models predict that the snowpacks of temperate forests will develop later and be shallower resulting in a higher propensity for soil freezing. In the northern most island of Japan, Hokkaido, snowpack depth decreases from west to east. This snowpack depth gradient provided a unique opportunity to test the effects of variable snowpack and soil freezing on N biogeochemistry. The Shibecha Northern Catchment in Shibecha Experimental Forest, eastern Hokkaido had deciduous trees and a mean annual snowpack of 0.7 m while the M3 catchment in Uryu Experimental Forest, western Hokkaido had mixed deciduous and coniferous tree species and a mean annual snowpack of 2.0 m. We conducted a Weld study (October 2004-April 2005) to determine if differences in Shibecha and Uryu soil extractable N, N mineralization, and nitrification were controlled by the variability in soil freezing during winter or tree species composition that affected the quality of the forest floor. The mixed deciduous and coniferous trees forming the Uryu forest floor had a higher C:N ratio (25.0 vs. 22.4 at Shibecha), higher lignin: N ratio (15 vs. 8.8), and higher lignin concentrations (0.28 vs. 0.18 g lignin g(-1)). These differences in forest floor quality contributed to higher net N mineralization and nitrification in Shibecha compared to Uryu. In Shibecha, soil remained frozen for the entire study. For Uryu, except for an early period with cold temperatures and no snow, the soil generally remained unfrozen. As a result of the early winter cold period and soil freezing, extractable soil NH(4)(+) did not change but NO(3)(-) increased. Reciprocal 0-5 cm mineral soil transplants made between Shibecha and Uryu and incubated during winter at 0, 5, and 30 cm suggested that soil freezing resulted in greater net N mineralization yet lower nitrification regardless of the soil origin. The effect of soil freezing should be considered when evaluating differences in N dynamics between temperate ecosystems having a propensity for soil freezing.
  • 勝山 正則, 大手 信人, 福島 慶太郎, 柴田 英昭, 吉岡 崇仁
    水文・水資源学会研究発表会要旨集 21 128 - 128 水文・水資源学会 2008年 
    アメリカ北東部で開発された渓流水質予測モデルをアジアモンスーン地域に適用したところ、この地域の正確な水文過程を考慮した改良をモデルに組み込むこと必要があることが明らかになった。この改良により、表層土壌水と下層の地下水との混合過程が反映され、表層の窒素プールから渓流への流出遅れが表現できるようになった。しかし、計算濃度は観測値より高く、観測流域の現実に即した植生パラメータの適用によりこの結果は改善される可能性がある。これに加え、常に飽和状態にあり、長い滞留時間を持つ地下水帯内では、還元条件下での脱窒反応が進行するが、モデルにはこの影響は含まれていない。従って、水文過程を正確に考慮したモデルを適用することにより、脱窒などの生物化学過程がどの程度渓流水の濃度に影響するかを検討することが可能になる。
  • Xiao-Niu Xu, Hideaki Shibata
    Journal of Forestry Research 18 4 249 - 254 2007年12月 [査読有り][通常論文]
     
    Within a forested watershed at the Uryu Experimental Forest of Hokkaido University in northern Hokkaido, overstory litterfall and related nutrient fluxes were measured at different landscape zones over two years. The wetland zone covered with Picea glehnii pure stand. The riparian zone was deciduous broad-leaved stand dominated by Alnus hirsuta and Salix spp., while the mixture of deciduous broadleaf and evergreen conifer dominated by Betula platyphylla, Quercus crispula and Abies sachalinensis distributed on the upland zone. Annual litterfall averaged 1444, 5122, and 4123 kg•hm-2•a -1 in the wetland, riparian and upland zones, respectively. Litterfall production peaked in September-October, and foliage litter contributed the greatest amount (73.4%-87.6 %) of the annual total litterfall. Concentrations of nutrients analyzed in foliage litter of the dominant species showed a similar seasonal variation over the year except for N in P. glehnii and A. hirsuta. The nutrient fluxes for all elements analyzed were greatest on riparian zone and lowest in wetland zone. Nutrient fluxes via litterfall followed the decreasing sequence: N (11-129 kg•hm-2•a -1) > Ca (9-69) > K (5-20) > Mg (3-15) > P (0.4-4.7) for all stands. Significant differences were found in litterfall production and nutrient fluxes among the different landscape components. There existed significant differences in soil chemistry between the different landscape zones. The consistently low soil C:N ratios at the riparian zone might be due to the higher-quality litter inputs (largely N-fixing alder). © 2007 Northeast Forestry University and Springer-Verlag.
  • 榎木 勉, 柴田 英昭, 日浦 勉, 中静 透
    日本森林学会誌 89 5 311 - 313 一般社団法人日本森林学会 2007年10月01日 [査読無し][通常論文]
  • 河野 樹一郎, 高原 光, 野村 敏江, 柴田 英昭, 植村 滋, 佐々木 尚子, 吉岡 崇仁
    第四紀研究 = The Quaternary research 46 5 413 - 426 日本第四紀学会 2007年10月 [査読有り][通常論文]
  • 柴田 英昭, 小澤 恵, 佐藤 冬樹, 笹 賀一郎
    日本森林学会誌 89 5 314 - 320 一般社団法人日本森林学会 2007年10月 [査読有り][通常論文]
     
    北海道北部の森林生態系において,掻き起こしによる地表処理が土壌窒素動態に与える影響と経年変化のメカニズムを解明するために,土壌の溶存窒素,微生物バイオマスおよび植生の窒素蓄積,土壌窒素無機化について調べた。掻き起こし処理区における土壌NO_3-Nプールは処理後1〜3年目までは対照区よりも多く,その後は徐々に減少した。処理後3年目まで土壌NO_3-N現存量が高くなるのは,処理による植生の窒素吸収の減少のみならず,表土除去が土壌微生物へのエネルギー源である炭素の不足を引き起こし,正味窒素有機化が減少し,正味硝化速度が増加したことが要因であった。処理後の年数経過に伴う土壌NO_3-N現存量の減少は,処理後2〜3年目までは土壌からのNO_3-N溶脱が主因と推察され,それ以降は回復した植生への窒素蓄積の影響が高まっていた。処理後5年においても,土壌の正味硝化速度は依然として高く,土壌窒素動態に対する掻き起こし処理の影響は数年間スケールで持続されていた。
  • Masami Kanao Koshikawa, Takejiro Takamatsu, Seiichi Nohara, Hideaki Shibata, Xiaoniu Xu, Muneoki Yoh, Mirai Watanabe, Kenichi Satake
    APPLIED GEOCHEMISTRY 22 6 1209 - 1216 2007年06月 [査読有り][通常論文]
     
    Speciation of Al, including inorganic monomeric Al (Al-i, the sum of aquo, hydroxy and inorganically complexed forms), organic monomeric Al (Al, the organically complexed form), and colloidal mineral Al (Al-c, the fine particulate form that passes through a 0.4-mu m pore size membrane filter), was investigated in stream waters (pH 6-8) of 4 watersheds in Japan. Total dissolved Al (Al-t, the sum of Al-c, Al-i and Al-o) ranged from 0.03 to 131 mu M, and Alc was a minor component (< 22% of Al-t) in most of the streams. Ali was dominant (71% of Al-t) in stream waters with low concentrations of Alt (< 0.25 mu M), while the Al-o fraction (37%) was almost as large as the Ali fraction (39%) in the highest class (Al-t > 1 mu M). In spite of the variation in the range of reactive Al (Al,, the sum of Ali and Al,,) in the 4 watersheds (Miomote, 0.03-3.27 mu M; Tsukuba, 0.06-0.71 mu M; Dorokawa, 0.05-0.71 mu M; Tama, 0.03-0.38 mu M), the entire data set for Al-r could be expressed as a function of the ratio of dissolved organic C (DOC) and Ca: [Al-r (mu M)] = 0.13 [DOC/Ca (mol/mol)] + 0.11 (r = 0.86, P < 0.001). Alr increased in proportion to the DOC/Ca ratio in Japanese stream waters. Although acidic deposition in Japan has already resulted in elevated concentrations of NO3-+SO42- in stream waters, a high level of Ca (instead of Al) is serving as a major counterion for NO3-+SO42-. However, an additional loading of acidic deposition may result in shortage of Ca and mobilization of Al as a counterion for NO3- + SO42- and continuous observation of the speciation of Al in Japanese stream waters may reveal future change in the conditions for mobilization of Al from "low Ca and high DOC" to "low Ca and high NO3- + SO42-. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.
  • Masami Kanao Koshikawa, Takejiro Takamatsu, Seiichi Nohara, Hideaki Shibata, Xiaoniu Xu, Muneoki Yoh, Mirai Watanabe, Kenichi Satake
    APPLIED GEOCHEMISTRY 22 6 1209 - 1216 2007年06月 [査読有り][通常論文]
     
    Speciation of Al, including inorganic monomeric Al (Al-i, the sum of aquo, hydroxy and inorganically complexed forms), organic monomeric Al (Al, the organically complexed form), and colloidal mineral Al (Al-c, the fine particulate form that passes through a 0.4-mu m pore size membrane filter), was investigated in stream waters (pH 6-8) of 4 watersheds in Japan. Total dissolved Al (Al-t, the sum of Al-c, Al-i and Al-o) ranged from 0.03 to 131 mu M, and Alc was a minor component (< 22% of Al-t) in most of the streams. Ali was dominant (71% of Al-t) in stream waters with low concentrations of Alt (< 0.25 mu M), while the Al-o fraction (37%) was almost as large as the Ali fraction (39%) in the highest class (Al-t > 1 mu M). In spite of the variation in the range of reactive Al (Al,, the sum of Ali and Al,,) in the 4 watersheds (Miomote, 0.03-3.27 mu M; Tsukuba, 0.06-0.71 mu M; Dorokawa, 0.05-0.71 mu M; Tama, 0.03-0.38 mu M), the entire data set for Al-r could be expressed as a function of the ratio of dissolved organic C (DOC) and Ca: [Al-r (mu M)] = 0.13 [DOC/Ca (mol/mol)] + 0.11 (r = 0.86, P < 0.001). Alr increased in proportion to the DOC/Ca ratio in Japanese stream waters. Although acidic deposition in Japan has already resulted in elevated concentrations of NO3-+SO42- in stream waters, a high level of Ca (instead of Al) is serving as a major counterion for NO3-+SO42-. However, an additional loading of acidic deposition may result in shortage of Ca and mobilization of Al as a counterion for NO3- + SO42- and continuous observation of the speciation of Al in Japanese stream waters may reveal future change in the conditions for mobilization of Al from "low Ca and high DOC" to "low Ca and high NO3- + SO42-. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.
  • Karibu Fukuzawa, Hideaki Shibata, Kentaro Takagi, Fuyuki Satoh, Takayoshi Koike, Kaichiro Sasa
    ECOLOGICAL RESEARCH 22 3 485 - 495 2007年05月 [査読有り][通常論文]
     
    We measured the vertical distribution and seasonal patterns of fine-root production and mortality using minirhizotrons in a cool-temperate forest in northern Japan mainly dominated by Mongolian oak (Quercus crispula) and covered with a dense understory of dwarf bamboo (Sasa senanensis). We also investigated the vertical distribution of the fine-root biomass using soil coring. We also measured environmental factors such as air and soil temperature, soil moisture and leaf area indices (LAI) of trees and the understory Sasa canopy for comparison with the fine-root dynamics. Fine-root biomass to a depth of 60 cm in September 2003 totaled 774 g m(-2), of which 71% was accounted for by Sasa and 60% was concentrated in the surface soil layer (0-15 cm), indicating that understory Sasa was an important component of the fine-root biomass in this ecosystem. Fine-root production increased in late summer (August) when soil temperatures were high, suggesting that temperature partially controls the seasonality of fine-root production. In addition, monthly fine-root production was significantly related to Sasa LAI (P < 0.001), suggesting that fine-root production was also affected by the specific phenology of Sasa. Fine-root mortality was relatively constant throughout the year. Fine-root production, mortality, and turnover rates were highest in the surface soil (0-15 cm) and decreased with increasing soil depth. Turnover rates of production and mortality in the surface soil were 1.7 year(-1) and 1.1 year(-1), respectively.
  • 智和 正明, 井手 淳一郎, 扇 大輔, 田代 直明, 古賀 信也, 柴田 英昭, 佐藤 冬樹, 大槻 恭一
    九州大学農学部演習林報告 = Bulletin of the Kyushu University Forest 88 88 33 - 43 [九州大學農學部附属演習林] 2007年03月 [査読有り][通常論文]
     
    北海道演習林拓北流域及び福岡演習林御手洗水流域において,2005年6月-2006年6月にかけて降水,渓流水を採取・分析し,各流域における大気質や基岩等の立地環境の違いが降水や渓流水の化学成分に及ぼす影響について検討した。拓北流域では,降水,バルク降水,渓流水を採取し,御手洗水流域では,バルク降水,渓流水を採取した。拓北流域では,バルク降水のpH値が降水と比べて高かった。水素イオン以外のイオン成分濃度は,降水と比べてバルク降水で上昇しており,特にCa2+,NH4 +の上昇が顕著であった。このイオン成分濃度の上昇の原因は,無降雨期間におけるガス状,粒子状物質のロート上への乾性沈着によるものと思われた。pH上昇の原因として,乾性沈着によるアルカリ土類金属やアンモニアの溶解が考えられた。バルク降水のNH4 +濃度やNH4 +沈着量は御手洗水流域と比べて拓北流域で高く,NO3 -,SO4 2-沈着量は拓北流域と比べて御手洗水流域で高い結果となり,大気質による違いを反映していた。バルク降水のpHは,御手洗水流域で4.5,拓北流域で5.3であり,御手洗水流域において顕著に低かった。その原因として,御手洗水流域において大気汚染に由来するNO3 -,SO4 2-濃度が高まっていること,拓北流域ではバルク降水中のNH4 +,K+,Ca2+濃度が御手洗水流域よりも高いためと考えられた。渓流水のNO3 -,SO4 2-濃度は,拓北流域と比べて御手洗水流域において顕著に高い値を示した。その原因として,御手洗水流域においてNO3 -,SO4 2-沈着量が拓北流域と比べて高いためと考えられた。また,拓北流域では,K+濃度が高く,御手洗水流域では,pH及びMg2+濃度が顕著に高かった。この違いは基岩の違いが反映していると考えられた。御手洗水流域における渓流水のpHとMg2+濃度には有意な正の相関がみられた。
  • K. C. Petrone, L. D. Hinzman, H. Shibata, J. B. Jones, R. D. Boone
    HYDROLOGICAL PROCESSES 21 4 423 - 434 2007年02月 [査読有り][通常論文]
     
    Permafrost and fire are important regulators of hydrochemistry and landscape structure in the discontinuous permafrost region of interior Alaska. We examined the influence of permafrost and a prescribed burn on concentrations of dissolved organic carbon (DOC), dissolved organic nitrogen (DON) and other solutes (NO3-, Ca2+, Mg2+, Na+) in streams of an experimentally burned watershed and two reference watersheds with varying extents of permafrost in the Caribou-Poker Creeks Research Watershed in interior Alaska. The low-permafrost watershed has limited permafrost (3%), the high-permafrost watershed has extensive permafrost (53%), and the burn watershed has intermediate permafrost coverage (18%). A three end-member mixing model revealed fundamental hydrologic and chemical differences between watersheds due to the presence of permafrost. Stormflow in the low-permafrost watershed was dominated by precipitation and overland flow, whereas the high-permafrost watershed was dominated by flow through the active layer. In all watersheds, organic and groundwater flow paths controlled stream chemistry: DOC and DON increased with discharge (organic source) and base cations and SO42- (from weathering processes) decreased. Thawing of the active layer increased soil water storage in the high-permafrost watershed from July to September, and attenuated the hydrologic response and solute flux to the stream. The FROSTFIRE prescribed burn, initiated on 8 July 1999, elevated nitrate concentrations for a short period after the first post-fire storm on 25 July, but there was no increase after a second storm in September. During the July storm, nitrate export lagged behind the storm discharge peak, indicating a flushing of soluble nitrate that likely originated from burned soils. Copyright (c) 2006 John Wiley & Sons, Ltd.
  • Kohyama, T, Urabe, J, Hkosaka, K, Shibata, H, Yoshoka, T, Konohira, E, Murase, J, Wada, E
    Terrestrial Ecosystems in a changing world 285 - 296 2007年02月 [査読有り][招待有り]
     
    Springer.
  • 柴田 英昭
    森林科学 : 日本林学会会報 49 60 - 62 一般社団法人日本森林学会 2007年02月01日 [査読無し][通常論文]
  • 渡辺 恒大, 柴田 英昭
    日本森林学会大会発表データベース 118 254 - 254 日本森林学会 2007年
  • Shibata H, Ozawa M, Satoh F, Sasa K
    Nihon Ringakkai Shi/Journal of the Japanese Forestry Society 89 5 314 - 320 2007年 [査読有り][通常論文]
  • Enoki T, Shibata H, Hiura T, Nakashizuka T
    Nihon Ringakkai Shi/Journal of the Japanese Forestry Society 89 5 311 - 313 2007年 [査読有り][通常論文]
  • S. K. Tripathi, A. Sumida, H. Shibata, K. Ono, S. Uemura, Y. Kodama, T. Hara
    BIOLOGY AND FERTILITY OF SOILS 43 2 237 - 246 2006年12月 [査読有り][通常論文]
     
    In many Japanese forests, the forest understory is largely dominated by dwarf bamboo (Sasa) species, which compete with overstory vegetation for soil nutrients. We studied the rate of leaf litterfall, and decomposition and mineralization of carbon (C) and nitrogen (N) from various components (leaf, root, wood, and rhizome) of overstory and understory vegetation in a young Betula ermanii forest from 2002 to 2004. Total litterfall was 377 g m(-2) year(-1), of which the overstory vegetation contributed about two thirds. A litter decomposition experiment conducted for 770 days indicated that mass loss of different litter components varied significantly, except for Sasa kurilensis wood and rhizome. Relative decomposition rates were significantly greater in the first growth period (June to October) than the dormant period (November to May) in most cases. Rainfall was the most important abiotic variable, explaining 75-80% of the variability in mass loss rates. Concentrations of ethanol soluble substances and N were significantly positively correlated (r=0.77 to 0.97, P < 0.05) with mass loss at an early stage (41 days). The ratios of lignin/N and C/N were found to be negatively correlated with mass loss rates at all stages of litter decomposition. C stock loss was similar to that of mass loss, whereas N stock loss was slower, except for S. kurilensis fine root litter. The evergreen understory species S. kurilensis exhibited greater N use efficiency than B. ermanii, suggesting better competitive ability that might favor the production of a high biomass and invasion under tree species like B. ermanii.
  • YANAGIHARA Yuko, SHIBATA Hideaki, MATSUURA Yojiro, KOIKE Takayoshi
    Eurasian Journal of Forest Research 9 2 79 - 95 Hokkaido University Forests,EFRC 2006年12月 [査読有り][通常論文]
     
    Research Material
  • 柴田 英昭, 大手 信人, 佐藤 冬樹, 吉岡 崇仁
    陸水學雜誌 = JAPANESE JOURNAL OF LIMNOLOGY 67 3 235 - 244 日本陸水学会 2006年12月 [査読有り][通常論文]
     
    Biogeochemical processes are closely related to ecosystem functioning and the change in stream chemistry against various environmental changes. A process-based model that replicates the interaction between biotic and abiotic factors is a powerful research tool in improring our understanding the environmental drivers of temporal and spatial fluctuations in biogeochemical cycling and predicting future changes in ecosystem functioning. In this paper, we review the general concepts, structure and applications of the existing process-based model, FOREST-BGC, CENTURY, TEM and PnET. We applied the PnET-CN model in a natural forest watershed in northern Hokkaido, Japan to assess the performance of the model and the problems encountered in improving its application. The PnET model is a generalized, lumped model based on the physiological processes of photosynthesis and evapotranspiration. Predicted seasonality in stream nitrate concentrations using the PnET-CN model was in general agreement with the observed values in Uryu Experimental Forest, Hokkaido University, despite a minor over-prediction during the winter and under-prediction in the non-snowy period. Analysis of the model's structure and validation suggested the need for modifications, including (i) the accumulation and melting process of atmospheric nitrogen deposition in the snowpack, and (ii) the effect of hydrological processes on the ground.
  • 山下 三男, 市川 新, 佐藤 冬樹, 柴田 英昭
    陸水學雜誌 = JAPANESE JOURNAL OF LIMNOLOGY 67 3 267 - 280 日本陸水学会 2006年12月 [査読有り][通常論文]
     
    A distributed hydrological model instead of a lumped model has been proposed as the most important tool in enabling the sharing of water information. In essence, a distributed model consists of sub-basins of tributaries and a main river channel. As for the latter, commercial models are available based on advanced mathematical techniques for hydraulic calculations. However, the methodologies for the description of rainfall-runoff phenomena from sub-basins have not been fully discussed. Especially for forested areas two key topics need to be addressed. The first is how to continuously describe runoff phenomena over several rainfall events and dry periods for further improving water quality simulation. The second is the serviceability of a model for the identification of its parameters via the measurable soil conditions of a sub-basin. To address these issues, the authors propose a new rainfall runoff model, the Yamashita Model, based on the assumption that the retention capacities of the soil have a significant effect on runoff phenomena. This model consists of a two-step retention and three-step runoff mechanism. This model is basic parameters includ the retention capacities of soil pores, which were identified by the measured volumes of the soil pores based on the classification by Takeshita, which distinguishes the retention capacities of a soil by its suction force. They examined this model using the actual rainfall-runoff data of two small catchments in the Uryu Experimental Forest of Hokkaido University, Japan. The simulation results generally agreed with the observed data. To improve rainfall runoff models, future long-term observations of rainfall and runoff should be conducted at various types and sizes of watersheds.
  • 柴田 英昭, 仲川 泰則, 小澤 恵
    日本生態学会誌 56 1 78 - 80 日本生態学会 2006年04月25日 [査読無し][通常論文]
  • K Fukuzawa, H Shibata, K Takagi, M Nomura, N Kurima, T Fukazawa, F Satoh, K Sasa
    FOREST ECOLOGY AND MANAGEMENT 225 1-3 257 - 261 2006年04月 [査読有り][通常論文]
     
    cutting of understory vegetation, dwarf bamboo (Sasa senanensis), were investigated to understand the effect of these disturbances on biogeochemical processes on forested watershed in northern Japan. Tree-cutting did not cause a significant increase of nitrate (NO3-) concentration in stream water during the growing season after the cutting. Subsequent Sasa-cutting caused significant increase of stream NO3- concentration to ca. 15 mu mol L-1. There was no significant change of stream pH following both cuttings. NO3- concentration in soil solution increased after both cutting, but the change of concentration was higher (> 100 mu mol L-1) after the Sasa-cutting than after the tree-cutting. In a riparian conserved area, on the other hand, NO3- in soil solution remained low after tree-cutting, suggesting the riparian area acted as a NO3- sink after the tree-cutting. There was no significant change in total biomass of fine roots after the tree-cutting because of an increase in Sasa root biomass despite a decrease in tree roots. The subsequent Sasa-cutting caused a 50% decrease of fine root biomass compared to that in the un-cut Sasa site. These results suggested that nitrogen uptake by Sasa was very important in preventing nitrogen leaching after tree-cutting. and decline of this nitrogen uptake after Sasa-cutting lead to marked NO3- leaching to the stream. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.
  • SK Tripathi, A Sumida, K Ono, H Shibata, S Uemura, K Takahashi, T Hara
    ECOLOGICAL RESEARCH 21 2 315 - 320 2006年03月 [査読有り][通常論文]
     
    We investigated the changes in soil microbial biomass C (MBC), microbial biomass N (MBN) and N mineralization in Sasa kurilensis-present (SP) and S. kurilensis-removed (SR) stands in a Betula ermanii forest. The mean levels of MBC and MBN were significantly higher in the SR stand than in the SP, which may have positively influenced the N-mineralization rate as depicted by a significant positive correlation between these variables and the N-mineralization rate. N immobilization and subsequent N release along with decreased use of available soil N due to S. kurilensis removal may have ensured greater N availability in the SR stand.
  • A Ogawa, H Shibata, K Suzuki, MJ Mitchell, Y Ikegami
    HYDROLOGICAL PROCESSES 20 2 251 - 265 2006年02月 [査読有り][通常論文]
     
    We studied the relationships between streamwater chemistry and the topography of subcatchments in the Dorokawa watershed in Hokkaido Island, northern Japan, to examine the use of topography as a predictor of streamwater chemistry in a watershed with relatively moderate terrain compared with other regions of Japan. Topographic characteristics of the Dorokawa watershed and its subcatchments were expressed as topographic index (TI) values, which ranged from 4.5 to 20.4 for individual grid cells (50 x 50 m(2)), but averaged from 6.4 to 7.4 for the 20 subcatchments. Streamwater samples for chemical analyses were collected four times between June and October 2002 from 20 locations in the watershed. The pH of water that passed through the watershed increased from similar to 5.0 to 7.0, with major increases in Na+ and Ca2+ and marked decreases in NO3- and SO42-. Distinctive spatial patterns were observed for dissolved organic carbon (DOC), dissolved organic nitrogen (DON), and NO3 concentrations of streamwater across the watershed. Statistical analyses indicated significant linear relationships between the average TI values of subcatchments and DOC, DON, and NO3- concentrations. Furthermore, the proportion of DOC in streamwaters in the wet season increased with TI values relative to other nitrogen species, whereas NO3- concentrations decreased with TI. The gradients of soil wetness and the presence of wetlands explained many of the observed spatial and temporal patterns of DOC, DON, and NO3- concentrations in the surface waters of the Dorokawa watershed. Our results suggest that the TI is especially useful for predicting the spatial distribution of DOC, DON and NO3- in the surface waters of Hokkaido, where topographical relief is moderate and wetlands more common than in other regions of Japan. Copyright (c) 2006 John Wiley & Sons, Ltd.
  • 柴田 英昭, 福澤 加里部
    日本森林学会誌 88 1 60 - 63 一般社団法人日本森林学会 2006年02月01日 [査読無し][通常論文]
  • Xu, X, Shibata, H, Enoki, T
    Journal of Forestry Research 17 1 1 - 6 2006年 [査読有り][通常論文]
  • 山崎学, 石井吉之, 小林大二, 石川信敬, 柴田英昭
    雪氷 67 6 477 - 491 The Japanese Society of Snow and Ice 2005年11月 [査読有り][通常論文]
     
    北海道北部の寒冷多雪山地流域において,2000年の融雪期に,積雪全層水,積雪下面流出水,土壌水,地下水,河川水のCl-濃度並びに積雪下面流出水,河川水の流出高を観測した.その結果,流域内の標高の異なる2地点で観測された積雪下面流出水の流出高並びにCl-負荷量は異なる値を示した.しかしながら,積雪下面流出水のCl-負荷量は,融雪期間の積雪下面流出水の全流出高に対する融雪開始からの積算流出高の割合に依存していた.この結果を用いて,融雪期間中,1週間ごとの水・Cl-収支を求めた.融雪全期間では,水収支はほぼ釣り合ったのに対し,Cl-収支は流出量が流入量の1.64倍となった.ハイドログラフの2成分分離を行った結果,融雪最盛期において河川流量に占める地下水の割合は72%を占めた.このように地下水の流出が多いため,Cl-の流出量が流入量より多くなったと考えられる.さらに,ハイドログラフの3成分分離を行った結果,河川流量が大きく変化しても河川水に占める古い水の割合は安定していた.また,混ざり水のCl-濃度変化から,一部の積雪下面流出水は一旦地中に浸透した後,遅れて河川に流出していることが示唆された.
  • SK Tripathi, A Sumida, H Shibata, S Uemura, K Ono, T Hara
    FOREST ECOLOGY AND MANAGEMENT 212 1-3 278 - 290 2005年07月 [査読有り][通常論文]
     
    Dwarf bamboos (mainly Sasa species) form dense undergrowth in many forests in Japan and compete with overstory vegetation for soil resources. For a better understanding of the interaction between tree and undergrowth root for soil nutrients, we compared soil N availability, root biomass and its substrate quality in two Betula ermanii stands. In one stand, the aboveground part of undergrowth (Sasa kurilensis) had been removed for 5 years (SR) and in the other, the undergrowth was present (SP). The SR stand had significantly higher NO3-N levels in soil (1.7-5.5 mg kg(-1) at different soil depths) than the SP stand (1.2-1.7 mg kg(-1)), which may affect the amount and substrate quality of fine root. Although the total (live + dead) of the root and rhizome (root-rh) mass did not differ between the two stands, the total production by these categories was about half in the SR stand than the SP stand. Further, the proportion of dead root-rh mass was about two times in the SR stand than the SP stand. In the investigated depth (to 30 cm), the contribution of the C and N inputs to the total in the uppermost layer (0-10 cm deep) was greater in the SR stand (56-59%) than the SP stand (38-42%). Total root-rh of S. kurilensis in the SP stand contributed to about 38-40% of the total C and N input, and in the SR stand the contribution was still about half that of the SP stand. Further, the acid-insoluble C:N ratio in very fine root and live fine root of B. ermanii was significantly less in the SR stand. The contribution of N content in very fine root to the total root-rh was much greater in the SR (45%) stand than the SP stand (36%). These results suggest that the remaining S. kurilensis detritus and the decreased N use by this species after its removal resulted in increased N availability for B. ermanii. Natural regeneration of tree species after simultaneous death of Sasa species, which is very common in Sasa-dominant forests in Japan, may in part, be facilitated by the presence of residues of the root-rh of Sasa species. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.
  • H Shibata, T Hiura, Y Tanaka, K Takagi, T Koike
    ECOLOGICAL RESEARCH 20 3 325 - 331 2005年05月 [査読有り][通常論文]
     
    Quantification of annual carbon sequestration is very important in order to assess the function of forest ecosystems in combatting global climate change and the ecosystem responses to those changes. Annual cycling and budget of carbon in a forested basin was investigated to quantify the carbon sequestration of a cool-temperate deciduous forest ecosystem in the Horonai stream basin, Tomakomai Experimental Forest, northern Japan. Net ecosystem exchange, soil respiration, biomass increment, litterfall, soil-solution chemistry, and stream export were observed in the basin from 1999-2001 as a part of IGBP-TEMA project. We found that 258 g C m(-2) year(-1) was sequestered annually as net ecosystem exchange (NEE) in the forested basin. Discharge of carbon to the stream was 4 g C m(-2) year(-1) (about 2% of NEE) and consisted mainly of dissolved inorganic carbon (DIC). About 43% of net ecosystem productivity (NEP) was retained in the vegetation, while about 57% of NEP was sequestered in soil, suggesting that the movement of sequestered carbon from above-ground to belowground vegetation was an important process for net carbon accumulation in soil. The derived organic carbon from aboveground vegetation that moved to the soil mainly accumulated in the solid phase of the soil, with the result that the export of dissolved organic carbon to the stream was smaller than that of dissolved inorganic carbon. Our results indicated that the aboveground and belowground interaction of carbon fluxes was an important process for determining the rate and retention time of the carbon sequestration in a cool-temperate deciduous forest ecosystem in the southwestern part of Hokkaido, northern Japan.
  • K Takagi, M Nomura, D Ashiya, H Takahashi, K Sasa, Y Fujinuma, H Shibata, Y Akibayashi, T Koike
    GLOBAL BIOGEOCHEMICAL CYCLES 19 2 1 - 10 2005年04月 [査読有り][通常論文]
     
    CO2 efflux in the period of snow cover can be a large carbon source in the yearly carbon budget of snowy ecosystems. However, the behavior of CO2 in snowpacks and the mechanisms of the snow surface efflux are still unclear. We performed continuous (half-hourly) midwinter measurements of CO2 concentrations in a conifer-broadleaf mixed forest snowpack, and found that concentrations in the snowpack fluctuated significantly as wind speeds varied. The snow surface efflux was evaluated as the sum of the CO2 storage change in the snowpack and the CO2 input from the soil to the snowpack, taking into account the mixing due to airflow. The median value over 52 days (49 mmol m(-2) d(-1)) was almost the same as the daily net ecosystem exchange rate in this forest (50 mmol m(-2) d(-1)) estimated by the eddy covariance technique and the storage-change flux in the air column. These values are clearly larger than the value we estimated using Fick's law of diffusion. These results show that airflow can be a dominant cause of mixing within snowpacks in midwinter. In addition, in the soil pores under the snowpack, the CO2 concentration was primarily related to air temperature, implying that soil respiration responds directly to air temperature, not to soil temperature, even beneath a 1-m-thick snowpack. We infer that the air temperature affected the root activity of trees through their trunks and that the variation in root respiration strongly affected the CO2 concentration fluctuation in soil under the snowpack.
  • T Yoshida, Y Iga, M Ozawa, M Noguchi, H Shibata
    CANADIAN JOURNAL OF FOREST RESEARCH-REVUE CANADIENNE DE RECHERCHE FORESTIERE 35 1 175 - 188 2005年01月 [査読有り][通常論文]
     
    Scarification is widely conducted in northern Japan to remove understory dwarf bamboo species in degraded forests for replacement with tree species. To explore ways to enhance species diversity and restoration of mixed forest at the treated site, we clarified the mechanisms that lead to compositional heterogeneity of plant species. We evaluated the relative importance of environmental factors (scarification properties, soil properties, light conditions, litter cover, and presence of canopy trees) for the demography of tall tree species (emergence, mortality, and growth) and whole vegetation structure (species diversity and composition) over the two growing seasons immediately following scarification. Of tall tree species, Betula spp. were dominant (60% in total density), followed by Abies sachalinensis (Fr. Schm.) Masters, Acer mono Maxim., and Phellodendron amurense Rupr. Light intensity was an important factor, having mostly negative effects on the demography of these species. Soil factors (e.g., nitrogen content, moisture) affected the demography mainly of shade-intolerant or hygrophilous species. In general, extreme environmental conditions led to the dominance of grasses, forbs, and lianas rather than tall trees. Maintenance of canopy cover, which limits light and supplies seeds as well as litter, proved to be most important in promoting plant species diversification on the scarification site.
  • Takagi, K, Nomura, M, Fukuzawa, K, Kayama, M, Shibata, H, Sasa, K, Koike, T, Akibayashi, Y, Fujinuma, Y, Inukai, K, Maebayashi, M
    Journal of Agricultural Meteorology 60 5 1025 - 1028 日本農業気象学会 2005年 [査読有り][通常論文]
  • 石川 靖, 五十嵐 聖貴, 高野 敬志, 三上 英敏, 日野 修次, 大平 啓朗, 柴田 英昭, 吉岡 崇仁
    日本陸水学会 講演要旨集 69 31 - 31 日本陸水学会 2005年 
    流域環境の質と環境意識の関係を解明する目的で、2002年より研究プロジェクトを始めた。本研究の対象は北海道北部に位置する朱鞠内湖とした。当湖は、発電を目的としたダム湖であり、その集水域の大部分は演習林であり、人為活動も少ない事から、完成後の水質環境はこれまで大きく変化していないと考えられる。また、その運用目的から湖内が調査された事例は少ない。 2002年に年4回の水質調査を行なったところ、夏期に次のような特徴的な結果を得た。湖水中の栄養塩は枯渇する傾向であった。クロロフィル-a濃度は、湖内と沿岸域の地点で大きな差があった。細菌数は、他の富栄養湖と比して1×108を超える高密度であった。
  • Hideaki Shibata, Tsutom Hiura, Yumiko Tanaka, Kentaro Takagi, Takayoshi Koike
    Forest Ecosystems and Environments: Scaling Up from Shoot Module to Watershed 89 - 95 2005年 [査読有り][通常論文]
     
    Quantification of annual carbon sequestration is very important in order to assess the function of forest ecosystems in combatting global climate change and the ecosystem responses to those changes. Annual cycling and budget of carbon in a forested basin was investigated to quantify the carbon sequestration of a cool-temperate deciduous forest ecosystem in the Horonai stream basin, Tomakomai Experimental Forest, northern Japan. Net ecosystem exchange, soil respiration, biomass increment, litterfall, soil-solution chemistry, and stream export were observed in the basin from 1999-2001 as a part of IGBP-TEMA project. We found that 258 g C m-2 year-1 was sequestered annually as net ecosystem exchange (NEE) in the forested basin. Discharge of carbon to the stream was 4 g C m-2 year-1 (about 2% of NEE) and consisted mainly of dissolved inorganic carbon (DIC). About 43% of net ecosystem productivity (NEP) was retained in the vegetation, while about 57% of NEP was sequestered in soil, suggesting that the movement of sequestered carbon from aboveground to belowground vegetation was an important process for net carbon accumulation in soil. The derived organic carbon from aboveground vegetation that moved to the soil mainly accumulated in the solid phase of the soil, with the result that the export of dissolved organic carbon to the stream was smaller than that of dissolved inorganic carbon. Our results indicated that the aboveground and belowground interaction of carbon fluxes was an important process for determining the rate and retention time of the carbon sequestration in a cool-temperate deciduous forest ecosystem in the southwestern part of Hokkaido, northern Japan. © The Ecological Society of Japan.
  • 柴田 英昭
    水環境学会誌 27 9 579 - 583 日本水環境学会 2004年09月 [査読有り][通常論文]
  • H Shibata, O Sugawara, H Toyoshima, SM Wondzell, F Nakamura, T Kasahara, FJ Swanson, K Sasa
    BIOGEOCHEMISTRY 69 1 83 - 103 2004年05月 [査読有り][通常論文]
     
    Water and dissolved nitrogen flows through the hyporheic zone of a 3rd-order mountain stream in Hokkaido, northern Japan were measured during a small storm in August 1997. A network of wells was established to measure water table elevations and to collect water samples to analyze dissolved nitrogen concentrations. Hydraulic conductivity and the depth to bedrock were surveyed. We parameterized the groundwater flow model, MODFLOW, to quantify subsurface flows of both stream water and soil water through the hyporheic zone. MODFLOW simulations suggest that soil water inflow from the adjacent hill slope increased by 1.7-fold during a small storm. Dissolved organic nitrogen ( DON) and ammonium NH4+ in soil water from the hill slope were the dominant nitrogen inputs to the riparian zone. DON was consumed via mineralization to NH4+ in the hyporheic zone. NH4+ was the dominant nitrogen species in the subsurface, and showed a net release during both base and storm flow. Nitrate appeared to be lost to denitrification or immobilized by microorganisms and/or vegetation in the riparian zone. Our results indicated that the riparian and hyporheic system was a net source of NH4+ to the stream.
  • 若松孝志, 高橋章, 佐藤一男, 久保井喬, 柴田英昭
    日本土壌肥料学雑誌 75 2 169 - 178 日本土壌肥料學會 2004年04月 [査読有り][通常論文]
     
    アカマツ林の林床に^<15>NH_4^+を添加し,70日後までの林床植生,有機質・無機質土層への^<15>Nの移行量を調べた.さらに,室内培養実験により窒素の形態変化速度を測定し,^<15>Nの動態と微生物による窒素代謝との関係を調べた.^<15>N添加30日後の各プールヘの15N移行量は,林床植生5%,有機質上層56%,無機質土層44%であった.70日後には,無機質土層への移行量が増大したが,37%の^<15>Nが有機質土層に保持されていた.土壌水の観測結果から,無機質土層へ浸透する窒素の95%をNO_3^-が占めることが分かった.また,^<15>NH_4^+を添加したにもかかわらず,添加初期には土壌表層のNO_3^-のδ^<15>N値が著しく上昇し,またそのピークは時間の経過とともに下層に移動した.このことから,林床に沈着したNH_4^+のほとんどは,有機質土層で硝化によりNO_3^-に変化した後に,下層土壌へ移行することが裏付けられた.室内培養実験の結果,有機質土層(Oe-Oa層)における硝化速度(20mg N kg^<-1> d^<-1>)は,微生物の代謝によるNH_4^+の有機化と窒素無機化の速度(145mg N kg^<-1> d^<-1>)の1/7程度であった.このことから,大気由来のNH_4^+は林床に沈着した後,すべてが硝化に向うのではなく,微生物の窒素代謝のサイクルに取り込まれることが推察された.このことが,70日経週後も,添加した^<15>Nの4割が有機質土層に保持された主要な要因と考えられた.本調査地の有機質土層における窒素の形態変化速度は,ほぼ同量の窒素が大気から負荷されているオランダの森林よりも1桁程度大きかった.これには本調査地における温暖多雨な気候条件と酸性度の低い土壌条件が関与していることが推察された.
  • 若松孝志, 高橋章, 佐藤一男, 柴田英昭
    電力中央研究所狛江研究所報告 T03042 24P  2004年03月 [査読無し][通常論文]
  • 柴田英昭
    環境科学会誌 17 2 151 - 153 2004年03月 [査読有り][通常論文]
  • 柴田 英昭
    地球環境 9 1 75 - 82 国際環境研究協会 2004年 [査読無し][通常論文]
  • XN Xu, E Hirata, H Shibata
    BASIC AND APPLIED ECOLOGY 5 3 271 - 282 2004年 [査読有り][通常論文]
     
    Typhoons are frequent on Okinawa Island, southwestern Japan. The effects of typhoon disturbance on the patterns of fine litterfall and related nutrient inputs in a subtropical evergreen broad-leaved forest were studied over 5 years from May 1996 to April 2001. Annual fine litterfall averaged 7558 kg ha(-1) (range from 6188 to 9439 kg ha-1) for six sampling plots over 5 years, which differed significantly among years (p < 0.001) but not among plots (p = 0.122). A seasonal maximum was most evident for leaf litter component. Woody titter fell more irregularly through the year, and peak fall varied with typhoon and windstorm. The mean ratio of annual litterfall mass of sexual organs to Leaves was 0.06, much tower than that in other tropical and subtropical rain forests. Nutrient concentrations varied in litterfall components, but were not significantly different among plots. The lowest concentrations of N and P in leaf litter were observed in March, which is also the month with the greatest leaf fall. However, the highest concentrations were recorded in typhoon season. Nitrogen and P concentrations were 34% and 106% greater in the green leaves that fell during typhoons than in senescent leaves. Mean nutrient inputs by litterfall. were: N 83, P 3.2, K 25, Ca 71, Mg 19, At 12, Na 10, Fe 0.86 and Mn 3.9 kg ha(-1)yr(-1), and differed significantly among years for all elements (p < 0.0005) and among plots only for K (p < 0.05) and Mn (p < 0.0001). Typhoon disturbance strongly affected annual fine litterfall and related nutrient inputs, which contributed an average of 30% of the annual litterfall mass, and from 30% to 39% (for different nutrient elements) of annual total nutrient inputs. The results from this study suggest that typhoon-driven maintenance of rapid cycling of P and N and their high availabitity in soil appears to be an important mechanism to maintain productivity in the subtropical forest on Okinawa Island. (C) 2004 Elsevier GmbH. All rights reserved.
  • 柴田英昭
    地球環境 9 1 75 - 82 2004年 [査読有り][通常論文]
  • 徐 小牛, 榎木 勉, 柴田 英昭, 平田 永二
    日本林学会大会発表データベース 115 0 H11 - H11 日本森林学会 2004年 
    沖縄では台風が頻繁に生じている。台風が森林生態系の物質循環に及ぼす影響を明らかにすることを目的として、沖縄における亜熱帯常緑広葉樹林のリターフォール、リター分解および林内雨、樹幹流量等を5年間にわたって連続観測した。その結果、台風が物質循環に及ぼす影響は大きく、年間リターフォール量(7.56 Mg/ha)の30 %、年降雨量(3324 mm)の29 %が台風の時期に観測された。台風による養分インプット量(リターフォール+林内雨+樹幹流)はそれぞれ窒素29.5、リン1.86、カリウム26.9、カルシウム37.3、マグネシウム12.5 kg/ha/yrとなった。これらは年間養分インプット量のそれぞれ27 〜37 %を占めていた。台風によるリターの分解が速かった。
  • 福澤 加里部, 柴田 英昭, 高木 健太郎, 佐藤 冬樹, 笹賀 一郎, 小池 孝良
    根の研究 12 4 210 - 210 根研究学会 2003年12月 [査読有り][通常論文]
     
    はじめに:大気から森林生態系に固定された炭素の挙動については不明な点が多い。地下部へ転流する光合成産物の割合や、土壌の炭素収支の構成要因として、植生の根系から土壌への炭素移入量については定量的に明らかとなっていない。本研究では、土壌-植生系の炭素・養分循環における細根動態の役割を明らかにすることを目的に、細根生産量・細根枯死量を定量的に算出し、地上部生産量・リターフォールと比較した
  • 柴田 英昭
    林業技術 738 8 - 11 日本林業技術協会 2003年09月 [査読無し][通常論文]
  • 楊 宗興, 吉岡 崇仁, 朴 昊澤, 吉田 恭司, 勝山 正則, 龍田 優美, 柴田 英昭, 大手 信人, 杉山 浩史, 木平 英一, 川崎 雅俊, 由水 千景, 戸田 任重, 八木 一行, 服部 重昭, 田中 隆文, 佐野 方昴, 坂井田 稔, 丹羽 智子, 田中 庸央, 壁谷 直記, 小倉 紀雄, 蔵治 光一郎, 戸田 浩人, 笹賀 一郎, 徳地 直子, 保原 達, 木庭 啓介, 武重 祐史, KHAN M. G. M, 田上 英一郎, 岡崎 亮太, 占部 城太郎, 上村 由加里, 沖野 外輝夫, 宝川 靖和, 徐 明崗, 秦 道珠, 鄒 長明, 朱 建国, 蔡 祖聰
    陸水學雜誌 64 1 49 - 79 日本陸水学会 2003年04月20日 [査読無し][通常論文]
  • H Shibata, KC Petrone, LD Hinzman, RD Boone
    SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION 49 1 25 - 29 2003年02月 [査読有り][通常論文]
     
    The concentration of dissolved organic carbon (DOC) and the contents of water-extractable organic carbon (WOC) and minerals were measured in moss and soils before and after a prescribed fire in interior Alaska to clarify the effect of the fire on the DOC dynamics in soil with discontinuous permafrost. The DOC concentration in the soil solution retrieved from suction cup lysimeters in the moss layer decreased from 30 (+/- 8.7 SD) mg C L-1 before the fire to 11-14 (+/- 7.2-8.9 SD) mg C L-1 I month after the fire. The WOC content in the moss layer (including black carbon) I year after the fire was significantly lower in the burned plots (0.2-0.7 mg C g(-1)) compared to the controls (2.8-4.7 mg C g(-1)). The water extractable inorganic mineral contents in the moss layer were also lower in the burned, plots, especially for iron, aluminum, potassium, and sodium. Our results indicated that the fire significantly decreased the DOC concentration in the surface moss layer compared to that in the unburned site about I month after the fire and also decreased the contents of WOC and water-extractable inorganic cations in the moss layer compared to the unburned site even 1 year after the fire.
  • H Shibata, KC Petrone, LD Hinzman, RD Boone
    SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION 49 1 25 - 29 2003年02月 [査読有り][通常論文]
     
    The concentration of dissolved organic carbon (DOC) and the contents of water-extractable organic carbon (WOC) and minerals were measured in moss and soils before and after a prescribed fire in interior Alaska to clarify the effect of the fire on the DOC dynamics in soil with discontinuous permafrost. The DOC concentration in the soil solution retrieved from suction cup lysimeters in the moss layer decreased from 30 (+/- 8.7 SD) mg C L-1 before the fire to 11-14 (+/- 7.2-8.9 SD) mg C L-1 I month after the fire. The WOC content in the moss layer (including black carbon) I year after the fire was significantly lower in the burned plots (0.2-0.7 mg C g(-1)) compared to the controls (2.8-4.7 mg C g(-1)). The water extractable inorganic mineral contents in the moss layer were also lower in the burned, plots, especially for iron, aluminum, potassium, and sodium. Our results indicated that the fire significantly decreased the DOC concentration in the surface moss layer compared to that in the unburned site about I month after the fire and also decreased the contents of WOC and water-extractable inorganic cations in the moss layer compared to the unburned site even 1 year after the fire.
  • 大手信人, 柴田英昭, 徳地直子, MITCHELL M J, 戸田浩人
    水利科学 46 5 40 - 53 水利科学研究所 2002年12月 [査読有り][通常論文]
     
    窒素飽和と呼ばれる現象が、1980年代から、酸性降下物が生態系物質循環に与える影響の1つの側面として欧米で注目され、多くの事例研究がなされてきている。通常、窒素は空気中から微生物によって固定されたり、大気降下物として供給されたりして生態系に流入し、植物-土壌間で循環する。植物は主として無機能の窒素を吸収することが、これらは、土壌中で微生物が有機物を分解して生成している。酸性降下物による人為的な窒素酸化物の負荷によって生態系内の養分循環が窒素過多な状況になることがある。これが一般に、窒素飽和のメカニズムと考えられているが、症状として観察される現象に基づいて、1)1年を通して窒素の流出が生じる、2)一次生産者の生理的な窒素要求量が系内の循環で賄われてしまい、多量のNO3(-)流出が生じる、3)長期間にわたって、系外への窒素の流出量が流入量を越えているなど、様々な定義が示されている。いずれにせよ、窒素飽和が森林で生じた場合、植物と土壌との間で循環させられる量を超過した分の窒素が無機能窒素(NH4(+)、NO3(-))として根圏外に流出してしまう。NH4(+)は表層土壌中で通常、硝化菌によって容易に硝化されるし、土壌に吸着されやすくモビリティが低いが、NO3(-)は土壌水中に存在しやすいため、根圏からの無機能窒素の流出が地下水、渓流水のNO3(-)濃度を上昇させる。また、北東アメリカでは、窒素飽和が最も進行した事例の多くは最も窒素の降下物量が多い地域で見出されていることを指摘している。
  • Snowmelt Runoff at a Seasonal Ground Frost Basin in Southern Sakhalin, Russia
    Nomura, M, Sasa, K, Satoh, F, Shibata, H, Uemura, S, Fujiwara, K, Chekurdaev, G.A
    Eurasian Journal of Forest Research 5 1 11 - 21 2002年10月 [査読有り][通常論文]
  • 柴田 英昭
    海洋 34 6 402 - 405 海洋出版 2002年06月 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 市川 一, 野村 睦, 佐藤 冬樹, 笹賀 一郎, 石井 吉之, 小林 大二
    日本水文科学会誌 = Journal of Japanese Association of Hydrological Sciences 32 2 49 - 56 日本水文科学会 2002年05月 [査読有り][通常論文]
  • 野村睦, 笹賀一郎, 佐藤冬樹, 柴田英昭, 植村滋, 藤原こう一郎
    北海道大学地球物理学研究報告 65 65 69-78 - 78 北海道大学大学院理学研究科地球惑星科学専攻(地球物理学) 2002年03月 [査読有り][通常論文]
  • 大手 信人, 柴田 英昭, 徳地 直子, Mitchell M.J, 戸田 浩人
    水利科学 46 5 40 - 53 水利科学研究所 2002年 [査読無し][通常論文]
     
    窒素飽和と呼ばれる現象が、1980年代から、酸性降下物が生態系物質循環に与える影響の1つの側面として欧米で注目され、多くの事例研究がなされてきている。通常、窒素は空気中から微生物によって固定されたり、大気降下物として供給されたりして生態系に流入し、植物-土壌間で循環する。植物は主として無機能の窒素を吸収することが、これらは、土壌中で微生物が有機物を分解して生成している。酸性降下物による人為的な窒素酸化物の負荷によって生態系内の養分循環が窒素過多な状況になることがある。これが一般に、窒素飽和のメカニズムと考えられているが、症状として観察される現象に基づいて、1)1年を通して窒素の流出が生じる、2)一次生産者の生理的な窒素要求量が系内の循環で賄われてしまい、多量のNO3(-)流出が生じる、3)長期間にわたって、系外への窒素の流出量が流入量を越えているなど、様々な定義が示されている。いずれにせよ、窒素飽和が森林で生じた場合、植物と土壌との間で循環させられる量を超過した分の窒素が無機能窒素(NH4(+)、NO3(-))として根圏外に流出してしまう。NH4(+)は表層土壌中で通常、硝化菌によって容易に硝化されるし、土壌に吸着されやすくモビリティが低いが、NO3(-)は土壌水中に存在しやすいため、根圏からの無機能窒素の流出が地下水、渓流水のNO3(-)濃度を上昇させる。また、北東アメリカでは、窒素飽和が最も進行した事例の多くは最も窒素の降下物量が多い地域で見出されていることを指摘している。
  • 柴田 英昭, 橋場 琢, 佐藤 冬樹, 笹賀 一郎
    日本陸水学会 講演要旨集 68 91 - 91 日本陸水学会 2002年
  • 柴田 英昭
    日本生態学会誌 51 3 269 - 275 日本生態学会 2001年12月 [査読有り][通常論文]
  • H Shibata, F Satoh, K Sasa, M Ozawa, N Usui, O Nagata, Y Hayakawa, R Hatano
    WATER AIR AND SOIL POLLUTION 130 1-4 685 - 690 2001年08月 [査読有り][通常論文]
     
    Annual biogeochemical fluxes (bulk precipitation, throughfall, stem flow, soil solution and vegetation uptake) of inorganic elements were observed in eight cool temperate forested ecosystems in Hokkaido, northern Japan.. in order to determine the mechanisms of acid neutralization in Japanese forest ecosystems. We compared our results with the other biogeochemical studies in Japan, north Europe and US from the literature. In many Japanese forests, the internal proton production (IPS) by base cation accumulation into the vegetation was a major proton source, rather than external acidic deposition, and the IPS also affected the base cation fluxes from the mineral. IPS in Japanese forest tended to be larger than that in north Europe and US. Our results suggested that the high acid neutralizing ability of Japanese forests could be attributed to the strong relationship between the base cation buffering of the soil and the larger contribution of IPS as a proton source.
  • M Ozawa, H Shibata, F Satoh, K Sasa
    WATER AIR AND SOIL POLLUTION 130 1-4 703 - 708 2001年08月 [査読有り][通常論文]
     
    Seasonal fluctuation of concentration and flux of major inorganic ions in throughfall, stem flow, snowpack and soil solution was investigated at a natural cool temperate mixed forest in Hokkaido, northern Japan, in order to clarify the effect of snowmelt on the solute dynamics in the forest soil in snow-dominated region. Na+, Ca2+, Mg2+, Cl- and SO42- concentrations in soil solution showed a large fluctuation in the snowmelt period. The percentage of output of these elements from soil during the snowmelt period in the annual output was as follows. Mg2+: 51%, Na+ and Cl-: 59 and 60%, SO42-: 65%, Ca2+: 77%. Our results indicated that the snowmelt event was very important to quantify the annual elemental budgets in this region. Although the leaching of base cat ion from the soil was larger than that of inputs and accumulation into the vegetation, annual decreasing rate of acid neutralization capacity (triangle ANC((s))) from the soil was mostly affected by the base cation accumulation into the vegetation, related that the base cations weathering accompanied with bicarbonate was slow due to the acidic and weathered soil in the studied site. It is suggested that the weakly acidic soil which has tow triangle ANC((s)) in snow-dominated region will be relatively sensitive to the future increase of acidic deposition.
  • A Nakanishi, H Shibata, Y Inokura, T Nakao, H Toda, F Satoh, K Sasa
    WATER AIR AND SOIL POLLUTION 130 1-4 709 - 714 2001年08月 [査読有り][通常論文]
     
    To clarify the characteristics in stemflow of Japanese cedar (Cryptomeria japonica), we conducted the annual and extensive observation. We examined the chemistry of bulk and wet deposition, throughfall and stemflow at 26 forested sites in June and September 1998. The each sampling site was broadly distributed in all over the Japanese archipelago. The stemflow pH of Japanese cedar was significantly lower (p<0.01) than precipitation and stemflow of broad-leaved species in both months. There were significant anion deficits in stemflow of Japanese cedar, suggesting that organic anions derived from plant sources play an important role in the stemflow acidity. Our results suggested that the strong stemflow acidity in Japanese cedar was derived from an internal biological characteristic rather than influences of external acidic depsition.
  • O Nagata, A Managi, Y Hayakawa, R Hatano, H Shibata, F Satoh
    WATER AIR AND SOIL POLLUTION 130 1-4 691 - 696 2001年08月 [査読有り][通常論文]
     
    Biogeochemical proton and base cation fluxes in a 30-year old white birch forest composed of Dystric Cambisols in northern Hokkaido, Japan were estimated using data on atmospheric deposition (AD), throughfall (TF), stemflow (SF), and discharge from soils (DS) and plant uptake (UP) from early June to November 1999. In the monitoring period, proton flux was 0.20kmol(c)ha(-1) for AD, 0.07 for TF+SF, and 0.03 for DS, indicating that atmospheric acid input was neutralized through plant and soil. Base cation flux was 1.29 for AD, 1.23 for TF+SF, and 0.99 for DS and plant base cation uptake was 2.14, indicating that the soil was the major source of base cation for plant. However, these seasonal fluxes showed various trends. Cumulative base cation flux in TF+SF showed constant increase trend during the whole period, which was similar to AD. Proton flux in AD jumped once just after a heavy rain of 255mm for 8 days at the end of July. Trends for the proton and base cation fluxes in TF plus SF were similar to that of AD. Although proton and base cation fluxes of DS were not found until middle July because of vegetation uptake and no flow, both fluxes increased suddenly after the heavy rain in July. After August the base cation and proton fluxes in the DS increased continuously, due to the lack of plant uptake and intermittent rainfall. In this study, it is clear that plant activity and water flow are very important driving force for seasonal dynamics of biogeochemical cycling.
  • N Ohte, MJ Mitchell, H Shibata, N Tokuchi, H Toda, G Iwatsubo
    WATER AIR AND SOIL POLLUTION 130 1-4 649 - 654 2001年08月 [査読有り][通常論文]
     
    To analyze the differences in the status and processes of nitrogen saturation in Japan and northeastern United States, we examined the hydrobiogeochemistry of nitrogen of forested watersheds in these regions. Two distinct differences were found between watersheds in Japan compared with those in US. 1) In Japanese watersheds, marked decreases of NO3- concentration in surface waters during the summer growing season were not found and NO3- concentrations sometimes increased especially in the summer at nitrogen saturated sites. This contrast with watersheds in US where decreases in NO3- concentration during the summer are commonly observed except those watersheds in advanced stages of nitrogen saturation. These differences in NO3- concentration relationships can be attributed to climatic differences, with Japan having high precipitation and high discharge during the summer, while in many regions of North America lowest discharges are found in the summer. The climatic regime in Japan leads to high rates of mineralization and the rapid transport of NO3- to streams in summer. 2) Japanese watersheds, even those with high NO3- concentrations in surface waters, show little evidence of acidification. This is in contrast to sites in US where increased NO3- concentrations, especially during episodic events, result in surface water acidification.
  • T Wakamatsu, K Sato, A Takahashi, H Shibata
    WATER AIR AND SOIL POLLUTION 130 1-4 721 - 726 2001年08月 [査読有り][通常論文]
     
    The proton budget for a Japanese cedar (Cryptomeria japonica) forest in Gunma Prefecture, Japan, was studied by estimating biogeochemical fluxes. The proton budgets were estimated for three individual compartments of the ecosystem: vegetation canopy, and the upper (O horizon + 0-10 cm) and lower (10-100 cm) soil layers. The dominant proton sources in the compartments were atmospheric deposition (1.2 kmol(c) ha(-1) yr(-1)), nitrification (5.1 kmol(c) ha(-1) yr(-1)) and base-cation uptake by vegetation (8.0 kmol(c) ha(-1) yr(-1)) respectively. These proton sources were neutralized almost completely within the individual compartments mainly by base-cation release from the canopy or the soil. The sum of internal proton sources was five times as large as that of external ones. Nitrogen input from the atmosphere was 2.2 kmol ha(-1) yr(-1), whereas its output from the lower soil layer was 3.9 kmol ha(-1) yr(-1), indicating that a net loss of nitrogen occurred in the ecosystem. However, this did not cause the acidification of soil leachates because of a sufficient release rate of base cations from the soil.
  • M Kirikae, R Hatano, H Shibata, Y Tanaka
    WATER AIR AND SOIL POLLUTION 130 1-4 697 - 702 2001年08月 [査読有り][通常論文]
     
    We determined proton budgets of surface soils in a deciduous forest (Df) and a coniferous forest (Cf) of Volcanogenous Regosols in Tomakomai, Hokkaido of northern Japan. The total H+ source was 12.9 and 11.6 kmol ha(-1)y(-1) at Df and Cf respectively, and the external H+ was 1% at Df and 2% at Cf. The primary H+ sources were vegetation uptake of base cations and nitrification, while the major H+ sinks were release of base cations and NO3- uptake by vegetation. Leaching incubation experiments using A horizon soils including Df and Cf with NH4+ solutions (53, 15.9 mg N L-1) showed that H+ from nitrification was generally higher in the Df soil than Cf soil, and nitrification of Tomakomai Df soil was the highest in both treatments. Results of multiple regression analyses suggested that pH(kCl) and exchangeable Ca2+ contributed to the H+ generation via nitrification. Leaching experiments with dilute HCl (pH 3.3) revealed that cation release (mainly Ca2+) occurred, and the proportion of release by decrease of exchangeable cations was higher than that by mineral weathering. Mineral weathering in the Tomakomai soil was higher than the other soils.
  • H Shibata, H Mitsuhashi, Y Miyake, S Nakano
    HYDROLOGICAL PROCESSES 15 10 1817 - 1828 2001年07月 [査読有り][通常論文]
     
    When evaluating forest functions and their responses to climate change, it is important to clarify carbon dynamics in forested basins. Carbon fluxes in litter fall, throughfall, soil solution, groundwater and stream water were determined from November 1997 to October 1998 for a forest stream ecosystem in a cool-temperate forested basin in the Tomakomai Experimental Forest, Hokkaido University, northern Japan. The annual carbon input to the stream by litter fall was 0(.)23 gC m(-2) year(-1), with the greatest flux in the autumn. Owing to biological decomposition of litter in the stream, the carbon concentration in stream particulate organic matter (>0(.)45 mum) decreased as particle size decreased. The upstream carbon flux was 1(.)9 gC m(-1) year(-1), and the annual carbon output in stream water was 7(.)6 gC m(-2) year(-1), mainly as dissolved inorganic carbon (DIC), resulting in net carbon output in stream water of 5(.)7 gC m(-2) year(-1). The mean dissolved organic carbon (DOC) concentration in soil solution was higher than that in throughfall and stream water. The estimated annual carbon flux from soil in deep (about 1(.)5 m) soil solution was 4(.)4 gC m(-1) year(-1). About 40% of DOC in soil solution was decomposed and converted to DIC in groundwater. These results indicate that carbon dynamics in the forest stream were affected strongly by decomposition of organic matter in the soil-groundwater-stream continuum and by the hydraulic conditions, which are characterized by a large pool of groundwater and high soil permeability. Copyright (C) 2001 John Wiley & Sons, Ltd.
  • N Ohte, N Tokuchi, H Shibata, M Tsujimura, T Tanaka, MJ Mitchell
    HYDROLOGICAL PROCESSES 15 10 1771 - 1789 2001年07月 [査読有り][通常論文]
     
    Hydrobiogeochemical information on forested watersheds in the Japanese archipelago is reviewed to qualitatively summarize the major factors affecting the hydrology and biogeochemistry of this region. Major features that distinguish Japanese forest watersheds from those of north central Europe and the northeast United States generally include higher temperature, greater precipitation and steeper topography. There have been three major themes in hydrobiogeochemistry research on Japanese forest ecosystems: (1) investigations of nutrient cycles with particular emphasis on the establishment and maintenance of forest ecosystems; (2) evaluations of streamwater chemistry as an output from the forest ecosystem; and (3) hydrological studies using biogeochemical tracers. High precipitation inputs during the growing season affect the seasonality of the streamwater NO(3)(-) concentration, resulting in different temporal patterns than those generally found in north central Europe and the northeast United States. The high alkalinity and pH of Japanese surface waters is due to the rapid weathering of relatively young soils that are generated by steep hillslopes. Warm temperatures and elevated soil moisture enhance high rates of mineral weathering. Hydrological studies using biogeochemical tracers have shown that the steep topography contributes to the highly heterogeneous movement of water within Japanese catchments. Copyright (C) 2001 John Wiley & Sons, Ltd.
  • M Kirikae, H Shibata, Y Tanaka, T Sakuma, R Hatano
    SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION 47 2 253 - 264 2001年06月 [査読有り][通常論文]
     
    We calculated the annual proton budgets of surface soils (O and A horizons) in a deciduous forest (Df site) and a coniferous forest (Cf site) of Volcanogenous Regosols in Tomakomai, Hokkaido, Japan. To estimate the nitrification and nutrient uptake by vegetation, are took soil leachates by using tension-free lysimeters under the conditions excluding and including vegetation uptake. It was suggested that the method of determining the vegetation uptake by subtracting the net flux in the horizon with vegetation uptake from the net flux in the horizon without vegetation uptake was appropriate, after comparing the calculation results obtained using growth increment in terms of nitrogen uptake. Nitrate was the major nitrogen source accounting for 97 to 96% of the total nitrogen uptake due to the remarkable nitrification activity of the Tomakomai soil. The total H+ source amounted to 13.1 and 11.5 kmol(C) ha(-1) y(-1) at the Df site and Cf site, respectively. The inflow amount of H+ from throughfall and stemflow to the O horizon was negligible and the internal H+ sources in the O and A horizons accounted for 99% of the total H+ sources at the Df site and 98% at the Cf site. Base cation uptake by vegetation and nitrification were quantitatively important H+ sources. On the other hand, weathering and ion exchange of base cations as well as NO3- uptake by vegetation were the major H+ sinks. The H+ outflow from surface soil was negligible.
  • M Kirikae, H Shibata, Y Tanaka, T Sakuma, R Hatano
    SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION 47 2 253 - 264 2001年06月 [査読有り][通常論文]
     
    We calculated the annual proton budgets of surface soils (O and A horizons) in a deciduous forest (Df site) and a coniferous forest (Cf site) of Volcanogenous Regosols in Tomakomai, Hokkaido, Japan. To estimate the nitrification and nutrient uptake by vegetation, are took soil leachates by using tension-free lysimeters under the conditions excluding and including vegetation uptake. It was suggested that the method of determining the vegetation uptake by subtracting the net flux in the horizon with vegetation uptake from the net flux in the horizon without vegetation uptake was appropriate, after comparing the calculation results obtained using growth increment in terms of nitrogen uptake. Nitrate was the major nitrogen source accounting for 97 to 96% of the total nitrogen uptake due to the remarkable nitrification activity of the Tomakomai soil. The total H+ source amounted to 13.1 and 11.5 kmol(C) ha(-1) y(-1) at the Df site and Cf site, respectively. The inflow amount of H+ from throughfall and stemflow to the O horizon was negligible and the internal H+ sources in the O and A horizons accounted for 99% of the total H+ sources at the Df site and 98% at the Cf site. Base cation uptake by vegetation and nitrification were quantitatively important H+ sources. On the other hand, weathering and ion exchange of base cations as well as NO3- uptake by vegetation were the major H+ sinks. The H+ outflow from surface soil was negligible.
  • 佐藤一男, 高橋章, 若松孝志, 柴田英昭
    電力中央研究所狛江研究所総合報告 T67 44P  2001年04月 [査読無し][通常論文]
  • PROKUSHKIN Anatoly S, PROKUSHKIN Stanislav G, SHIBATA Hideaki, MATUURA Yojiro, ABAIMOV Anatoly P
    Eurasian Journal of Forest Research 2 0 45 - 58 北海道大学 2001年03月 [査読有り][通常論文]
     
    Article
  • KOIKE Takayoshi, HOJYO Hajime, NANIWA Akihiko, ASHIYA Daitaro, SUGATA Sadao, SUGISHITA Yoshiyuki, KOBAYASHI Makoto, NOMURA Mutsumi, AKIBAYASHI Yukio, NAKAJIMA Junko, TAKAGI Kentaro, SHIBATA Hideaki, SATOH Fuyuki, WANG Wengie, TAKADA Masayuki, FUJINUMA Yasumi, SHI Fuchen, MATSUURA Yojiro, SASA Kaichiro
    Eurasian Journal of Forest Research 2 0 65 - 79 北海道大学 2001年03月 [査読有り][通常論文]
     
    Research Materials
  • Shibata, H, Kuraji, K, Toda, H, Sasa, K
    TheScientificWorld 1 S2 572 - 580 2001年 [査読有り][通常論文]
  • Ozawa, M, Shibata, H, Satoh, F, Sasa, K
    TheScientificWorld 1 S2 527 - 533 2001年 [査読有り][通常論文]
  • Shibata H
    Japanese Journal of Ecology 51 3 269 - 275 2001年 [査読有り][通常論文]
  • 柴田 英昭
    遺伝 54 11 39 - 43 裳華房 2000年11月 [査読無し][通常論文]
  • 戸田 浩人, 笹 賀一郎, 佐藤 冬樹, 柴田 英昭, 野村 睦, 市川 一, 藤戸 永志, 鷹西 俊和, 清和 研二, 塚原 初男, 飯田 俊彰, 谷口 憲男, 中田 誠, 桑原 繁, 内田 武次, 春田 泰次, 井上 淳, 八木 久義, 塚越 剛史, 蔵治 光一郎, 二田 美穂, 小野 裕, 鈴木 道代, 今泉 保二, 山口 法雄, 竹中 千里, 万木 豊, 川那辺 三郎, 安藤 信, 中西 麻美, 西村 和雄, 山崎 理正, 長山 泰秀, 土肥 奈都子, 片桐 成夫, 小藤 隆一, 新村 義昭, 井上 章二, 江崎 次夫, 河野 修一, 藤久 正文, 岩松 功, 今安 清光, 中村 誠司, 塚本 次郎, 野上 寛五郎, 榎木 勉
    日本林學會誌 82 3 308 - 312 一般社団法人日本森林学会 2000年08月 [査読有り][通常論文]
     
    森林地域における渓流水質の広域比較は, 環境変化による森林生態系への影響把握に重要な情報となる。全国大学演習林において, 1998年6月の1ヵ月間、渓流水の水質調査を実施した。調査した渓流数は45ヵ所である。pHは, 平均で7.1(最大8.1,最小6.1)とほぼ中性であった。電気伝導度(EC)は, 平均で64(最大178,最小19)μS/cmであり, 沖縄・佐渡という島部で海塩のためECが大きかった。島部を除いたECは, pH, 陽イオンの当量合計およびアルカリ度(主にHCO_3^-)と正の相関がみられた。これは, 炭酸風化による陽イオンの放出の多い渓流ではECが大きく, プロトン(H^+)を消費するためpHも高いことを示唆している。NO_3^-濃度は, 関東山地の調査渓流で高かった。群馬県の調査渓流では, NO_3^-とCa^<2+>濃度に強い正の相関がみられ, 土壌の表層において硝化作用で生成したH^+による交換性Ca^<2+>の溶出が示唆された。
  • 若松孝志, 佐藤一男, 高橋章, 柴田英昭
    電力中央研究所狛江研究所報告 T99016 19P - 4,1〜14 電力中央研究所 2000年03月 [査読無し][通常論文]
  • 植村 滋, 柴田 英昭
    高等教育ジャーナル 8 0 119 - 137 北海道大学 2000年03月 [査読無し][通常論文]
  • Yanagihara, Y, Koike, T, Matsuura, Y, Mori, S, Shibata, H, Satoh, F, Masuyagina, O.V, Zyryanova, O.A, Prokushkin, A.S, Prokushkin, S.G, Abaimov, A
    Eurasian Journal of Forest Research 1 19 - 29 北海道大学 2000年 [査読有り][通常論文]
     
    Article
  • Toda H, Sasa K, Sato F, Shibata H, Nomura M, Ichikawa K, Fujito E, Takanishi T, Seiwa K, Tsukahara H, Iida T, Taniguchi N, Nakata M, Kuwabara S, Uchida T, Haruta Y, Inoue M, Yagi H, Tsukagoshi T, Kuraji K, Futada M, Ono H, Suzuki M, Imaizumi Y, Yamaguchi N, Takenaka C, Yurugi Y, Kawanabe S, Ando M, Nakanishi A, Nishimura K, Yamasaki M, Nagayama Y, Doi N, Katagiri S, Kofuji R, Shinmura Y, Inoue S, Ezaki T, Kohno S, Fujihisa M, Iwamatsu I, Imayasu K, Nakamura S, Tsukamoto J, Nogami K, Enoki T
    Nihon Ringakkai Shi/Journal of the Japanese Forestry Society 82 3 308 - 312 2000年 [査読有り][通常論文]
  • 細淵 幸雄, 波多野 隆介, 柴田 英昭, 田中 夕美子
    日本土壌肥料學雜誌 69 6 633 - 635 一般社団法人日本土壌肥料学会 1998年12月 [査読有り][通常論文]
  • 柴田 英昭, 中尾 登志雄, 蔵治 光一郎
    ぶんせき 286 0 758 - 761 日本分析化学会 1998年10月 [査読無し][通常論文]
  • H Shibata, M Kirikae, Y Tanaka, T Sakuma, R Hatano
    WATER AIR AND SOIL POLLUTION 105 1-2 63 - 72 1998年07月 [査読有り][通常論文]
     
    The proton budgets of deciduous and coniferous forest ecosystems on volcanogenous regosols in Hokkaido, northern Japan, were studied by measuring the biogeochemical fluxes (atmospheric deposition, canopy leaching, vegetation uptake and leaching from soil) at each site during a three year period. The proton budgets were developed for individual compartments of the ecosystem: vegetation canopy, organic and mineral soil layers. At both sites, atmospheric S deposition was the dominant proton source in the vegetation canopy. In organic horizons, dissociation of weak acids (bicarbonate and/or organic acids) and vegetation uptake of base cations were the dominant proton sources, and the net mineralization of base cations was the dominant proton sink. Atmospheric acid deposition was almost neutralized in the forest canopy and organic horizon. At both sites, weathering and/or ion exchange of base cations and protonation of weak acids (mainly bicarbonate) were the dominant proton sinks in the mineral soil. In both organic and mineral soil, internal proton sources (mainly vegetation uptake of base cations and dissociation of weak acids) exceeded external proton sources, indicating that acid deposition was not the main driving force of soil acidification in the studied forest ecosystems.
  • H Shibata, T Sakuma
    SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION 42 1 1 - 10 1996年03月 [査読有り][通常論文]
     
    Ionic concentrations and fluxes of throughfall and precipitation were measured during a period of 3 y in a deciduous stand (Df-site) and a coniferous stand (Cf-site) affected by acidic precipitation in the north-western part of Tomakomai in Hokkaido. Throughfall pH at the Df-site was higher than precipitation pH in many cases, indicating that the deciduous canopy neutralized a proton in acidic precipitation. In contrast, pH in throughfall at the Cf-site fluctuated independently of the acidity of precipitation without any significant difference between pH in throughfall and that in precipitation. Concentrations of SO42-, K+, Na+, Cl- in throughfall were higher than in precipitation at both sites, especially during the growing period (from June to October), and the magnitude of increment at the Cf-site was larger than that at the Df-site. Na+ and Cl- in net throughfall flux (throughfall flux minus precipitation flux) for both sites were markedly affected by sea salt, while other ions in net throughfall flux were supplied by non sea salt, namely, external terrestrial, biological and anthropogenic materials and internal sources of living leaves. Net throughfall flux of protons showed that proton consumption on the leaf surface was a major process of canopy modification. At the Df-site, the absolute value of net H+ flux during the growing period (from June to October) was almost equivalent to that of K+ and HCO3-, suggesting that the mechanism of H+ consumption during canopy modification was closely dependent upon K+ release from internal sources of foliage and surface reactions which were controlled by bicarbonate and/or weak organic acid equilibrium. Annual proton consumption in deciduous and coniferous canopies were 0.53 and 0.28 kmol(c) ha(-1) y(-1) respectively, and these values corresponded to about SO and 44% of the proton load as wet deposition, respectively. The smaller value of proton consumption at the Cf-site compared with the Df-site may reflect the high capturing efficiency of the coniferous canopy which acts as a collector of dry acidic deposition, especially non sea salt SO42-.
  • H Shibata, T Sakuma
    SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION 42 1 1 - 10 1996年03月 [査読有り][通常論文]
     
    Ionic concentrations and fluxes of throughfall and precipitation were measured during a period of 3 y in a deciduous stand (Df-site) and a coniferous stand (Cf-site) affected by acidic precipitation in the north-western part of Tomakomai in Hokkaido. Throughfall pH at the Df-site was higher than precipitation pH in many cases, indicating that the deciduous canopy neutralized a proton in acidic precipitation. In contrast, pH in throughfall at the Cf-site fluctuated independently of the acidity of precipitation without any significant difference between pH in throughfall and that in precipitation. Concentrations of SO42-, K+, Na+, Cl- in throughfall were higher than in precipitation at both sites, especially during the growing period (from June to October), and the magnitude of increment at the Cf-site was larger than that at the Df-site. Na+ and Cl- in net throughfall flux (throughfall flux minus precipitation flux) for both sites were markedly affected by sea salt, while other ions in net throughfall flux were supplied by non sea salt, namely, external terrestrial, biological and anthropogenic materials and internal sources of living leaves. Net throughfall flux of protons showed that proton consumption on the leaf surface was a major process of canopy modification. At the Df-site, the absolute value of net H+ flux during the growing period (from June to October) was almost equivalent to that of K+ and HCO3-, suggesting that the mechanism of H+ consumption during canopy modification was closely dependent upon K+ release from internal sources of foliage and surface reactions which were controlled by bicarbonate and/or weak organic acid equilibrium. Annual proton consumption in deciduous and coniferous canopies were 0.53 and 0.28 kmol(c) ha(-1) y(-1) respectively, and these values corresponded to about SO and 44% of the proton load as wet deposition, respectively. The smaller value of proton consumption at the Cf-site compared with the Df-site may reflect the high capturing efficiency of the coniferous canopy which acts as a collector of dry acidic deposition, especially non sea salt SO42-.
  • H Shibata, F Satoh, Y Tanaka, T Sakuma
    WATER AIR AND SOIL POLLUTION 85 3 1119 - 1124 1995年12月 [査読有り][通常論文]
     
    To clarify the mechanisms of pH buffering in forest ecosystems, field observations of pH and ionic concentrations in precipitation (R), throughfall (Tf), stemflow (Sf), and leachates from organic horizons (Lo) were conducted for three years at three stands in Tomakomai (TK) and Teshio (TS) in Hokkaido, northern Japan. Weighted mean races of H+ input as act deposition at TK and TS were estimated in che range from 0.3 to 1.0 and 0.4-0.6 kmol, ha(-1) y(-1), respectively. While the net H+ flux was reduced significantly by the forest canopy, net fluxes of other ions by throughfall, especially for Na+, Cl-, and SO42-, were apparently greater than those by precipitation. The canopy modification of the H+ flux was more remarkable under deciduous stands than under coniferous stands, suggesting that the efficiency of conifers as the collectors of dry deposition is greater than that of deciduous ones. More than 50% of H+ flux due to throughfall was absorbed by the organic horizons and the weighted mean pH of Lo al TK and TS was in the range from 4.9 to 5.5 and 5.0-5.5, respectively. Results from field observation and field leaching experiments, showed that the major H+ sinks of the organic horizons are exchange reaction of Ca2+, Mg2+ and K+. Organic acids or organo-metallic complexes of lower pK(=5.0-5.5) pla) ed a significant role as counter anions in O horizons leachate in coniferous forests. Our results indicate the importance of biogeochemical modifications in the canopy and organic horizon in acid buffering mechanisms of forest ecosystems.
  • 佐久間 敏雄, 冨田 充子, 柴田 英昭, 田中 夕美子
    日本土壌肥料學雜誌 65 6 677 - 683 一般社団法人日本土壌肥料学会 1994年12月 [査読有り][通常論文]
     
    北海道大学農学部附属苫小牧地方演習林 (苫小牧市字高丘) の広葉樹林と針葉樹林において,生態系各部の乾物重と S の分布を測定し,次のことを明らかにした.1) 広葉樹林はミズナラをおもな上層木とする二次林,針葉樹林はストローブマツを主とする植林地であったが,両林とも,幹の蓄積が少なく,枝,葉の比重が大きい成熟度の低い森林であった.2) 樹木のS含有率は,葉でもっとも高く,根,枝,幹の順に低くなった.葉のS含有率は明らかに広葉樹 > 針葉樹であり,広葉樹では樹種による違いも大きかった.3) 上層木Sの集積量は広葉樹林 > 針葉樹林であったが,広葉樹林ではその約 54% が根株および根に存在したのに対し,針葉樹林のそれは約 38% で 50% 以上が枝・葉に分配されていた.4) 下層植生の地上部乾物重,S集積量は両林とも小さく,Sプールとして無視できる程度であった.5) 土壌の有機質層位,とくに針葉樹林のそれは,生きた葉よりも高いS含有率を示し,S蓄積量も植生のそれの約 60% に達した.鉱質土層のS含有率は低かったが,S蓄積量は両林とも,表層 50cm について約 600 kg S ha^<-1> と推定され生態系全体のS蓄積量の約 90% を占めた.6) 今回調査した森林生態系では,鉱質土層,O層および上層木がSの主要なプールになっていた.針葉樹林では,S循環の中継的プールと...
  • 佐久間 敏雄, 冨田 充子, 柴田 英昭, 田中 夕美子
    日本土壌肥料學雜誌 65 6 684 - 691 一般社団法人日本土壌肥料学会 1994年12月 [査読有り][通常論文]
     
    北海道大学農学部附属苫小牧地方演習林 (苫小牧市字高丘) の広葉樹林と針葉樹林を対比してSの沈着,排出および生態系内のフラックスを測定し,次の結果を得た.1) 大気からの全沈着速度Dと上層木の集積速度Rの比は,広葉樹林では約 1.4 倍,針葉樹林では約 2.4 倍に達し,この地域の森林,とくに針葉樹林は過剰なSの供給を受けている.両林の違いは主として乾性沈着速度にあり,その広葉樹林 : 針葉樹林比はおおむね 1 : 3 であった.2) 両林とも沈着にほぼ匹敵する深層への排出が認められ,生態系内部への蓄積は少なかった.3) 上層木からの落葉・落枝による還元速度 LF は両林とも約 3 kg S ha^<-1> y^<-1> であったが,経年的変動が大きかった.4) O層は林内のSフラックスを緩衝する中継的なSプールとして十分な大きさをもっており,それに保持されるSは長い平均滞留時間をもつことによって鉱質土層の急激なS濃度変化を緩和する役割を果たしている.5) 両林とも鉱質土層の蓄積S量は集積・吸収速度あるいはO層から鉱質土層へのSフラックスに比べて十分大きく,鉱質土層の年間S増減率は ±1% 以下であった.鉱質土層のSプールが森林生態系のS循環を緩衝する役割を果たしていることは明らかである.6) 針葉樹林 (ストローブマツ) では,小枝・葉へのSの蓄積が進行しており,越年葉の枯...
  • 柴田 英昭, 田中 夕美子, 佐久間 敏雄
    日本土壌肥料學雜誌 65 4 406 - 412 一般社団法人日本土壌肥料学会 1994年08月 [査読有り][通常論文]
     
    雪面に対する乾性降下物の沈着速度および積雪内部における物質の再分配を明らかにするために,1991年12月〜1992年4月に苫小牧市高丘に立地する森林地帯の開放露場において降雪および積雪の量と化学性を観測した.H^+ を除く,ほとんどのイオンにおいて降雪の平均イオン濃度は降雨のそれよりも高い値を示し,降雪による月間イオン負荷量は降雨に匹敵する大きな値を示した.乾性降下物の沈着フラックスを積雪中に存在する物質量と降雪によって供給される積算湿性降下物量の増加速度の差から見積もった.得られた沈着フラックス(μmol_c m^<-2> d^<-1>)は Cl^<-1>>Na^+>NH_4^+ の順に大きかった.SO_4^<2-> の乾性沈着フラックスは 27 μmol_c m^<-2> d^<-1> と見積もられ,海水起源以外の汚染源から主として供給されたものと推定された.また,雪面からわずかに雪が溶けることによって積雪中の物質が積雪内部を移動したことが推定され,これらの物質はざらめ雪上部で高濃度で集積する傾向にあった.また,その移動フラックスは乾性沈着フラックスの大きいイオンほど大きかった.イオンの移動速度係数(cm d^<-1>)は K^+,NH_4^+ が高い値を示した.
  • 柴田 英昭, 佐久間 敏雄
    日本土壌肥料學雜誌 65 3 313 - 320 一般社団法人日本土壌肥料学会 1994年06月 [査読有り][通常論文]
     
    苫小牧臨海工業地域の北西に位置する北海道大学農学部付属苫小牧地方演習林内の2箇所(針葉樹林,広葉樹林)において雨(雪)水の特性を調べた.pHは6〜8月にかけて低下する傾向にあり,地点間差は小さかったが年次による変動が大きかった(pH=4.1〜4.7).年H^+負荷は0.3〜1.0 kmol_c ha^<-1> y^<-1>の範囲にあった.pHの変動に応じて,陽イオンではNa^+,Ca^<2+>が,陰イオンではSO_4^<2->,Cl^-が大きく変動した.このうち,Na^+とCl^-濃度は極めて高い相関係数を示し,かつその濃度比は海水のそれにほぼ等しかった.SO_4^<2->イオン濃度は,Na^+濃度が低い範囲で,海水のそれから予想される値よりかなり高くなる例が多く,海水以外の起源に由来するものの影響が大きいことが明らかになった.降水のH^+濃度の非海塩起源のSO_4^<2->(nssSO_4^<2->)との間には正の相関が認められ,降水のpHを低下させている主原因はnssSO_4^<2->であると判断された.降水によるnssSO_4^<2->負荷量(μmol_c m^<-2> d^<-1>)は大気中における酸物質の移動や変換に関係する気象パラメータによって,その変動の約60〜80%を説明できた.すなわち,本調査地の露地雨のpHを低下させる主原因は非海塩起源のSO_4^<2->...

書籍

  • 林, 健太郎, 柴田, 英昭, 梅澤, 有 (担当:編者(編著者))
    朝倉書店 2021年12月 (ISBN: 9784254180572) vi, 181p
  • Toshiro Nakatsuji, Hiroyuki Shiga, Harunobu Takeuchi, Yasutaka Tsukamoto, Eiji Gotou, Yuji Watanabe, Michihiko Sakurai, Nobuhiko Fueki, Yuji Hikasa, Tetsuo Hayashi, Masami Sakaguchi, Toshiya Saigusa, Tetsuo Yagi, Osamu Sakai, Fuyuki Satoh, Hideaki Shibata, Kentaro Takagi, Makoto Kobayashi, Ryusuke Hatano, Takuji Sawamoto, Kanta Kuramochi, Yukio Hosobuchi, Osamu Nagata, Takehiko Matsumoto, Daiji Asaka, Hiroshi Nakamoto, Masayuki Onodera, Katsuhisa Niwa, Mariko Shimizu, Tomoyoshi Hirota, Ryo Ohtomo, Norikuni Oka, Rintaro Kinoshita, Jiwan Palta, Masayuki Tani (担当:分担執筆範囲:Hokkaido Region)
    Springer 2021年02月 (ISBN: 9789811582288) xxiii, 372 p. 135-184
  • 三枝, 信子, 柴田, 英昭 
    共立出版 2019年12月 (ISBN: 9784320058224) xii, 216p, 図版 [12] p
  • 柴田, 英昭 
    共立出版 2018年03月 (ISBN: 9784320058231) xii, 240p, 図版 [8] p
  • 柴田, 英昭 
    共立出版 2018年03月 (ISBN: 9784320058248) x, 198p, 図版 [2] p
  • 自然科学のためのはかる百科
    渥美茂明, 尾関 徹, 越桐國雄, 関 隆晴, 西村年晴, 松村京子, 横井邦彦 (担当:分担執筆範囲:3.9.6 生態系における物質循環・エネルギー流をはかる,第3章 生物をはかる; 柴田英昭)
    丸善出版 2016年11月
  • Earth Stewardship - Linking Ecology and Ethics in Theory and Practice 2
    Rozzi, R, Chapin III, F.S, Callicott, J.B, Pickett, S.T.A, Power, M.E, Armesto, J.J, May Jr., R.H (担当:分担執筆範囲:Biogeochemistry and Traditional Ecological Knowledge and Practices in Japan; Shibata H)
    Springer International Publishing 2015年03月
  • 柴田, 英昭 (担当:単著)
    共立出版 2015年03月 (ISBN: 9784320057494) xi, 105p
  • Frontiers of Agricultural Science
    Research Faculty of Agriculuture, Hokkaido University (担当:分担執筆範囲:1.3 Forest Ecosystem and Nutrient Cycles; Shibata H)
    Shoukadoh Book Sellers 2015年
  • 土の百科事典
    土の百科事典編集委 (担当:分担執筆)
    丸善出版 2013年
  • 国際連合大学高等研究所, 日本の里山, 里海評価委員会 (担当:分担執筆範囲:里山・里海と生態系サービス-概念的枠組み;齊藤修・柴田英昭)
    朝倉書店 2012年 (ISBN: 9784254180350)
  • Duraiappah Anantha K (担当:分担執筆範囲:Satoyama and Satoumi, and ecosystem services: A conceptual framework; Saito O, Shibata H)
    United Nations University Press 2012年 (ISBN: 9789280812107)
  • Nakano Shin-Ichi, 矢原 徹一, 中静 透 (担当:分担執筆範囲:ILTER and JaLTER: Their Missions and Linkage to Database Development in the Asia-Pacific Region; Ohte N, Nakaoka M, Shibata H)
    Springer 2012年 (ISBN: 9784431540311)
  • 京都大学フィールド科学教育研究センター, 向井 宏 (担当:分担執筆範囲:天塩川-日本最北の大河流域-;柴田英昭・上田宏・イレバ ニーナ・長尾誠也・中村洋平・門谷茂・柴沼成一郎)
    京都大学学術出版会 2012年 (ISBN: 9784876985753)
  • Mancuso Stefano (担当:分担執筆範囲:Fine root dynamics and root respiration; Fukuzawa K, Dannoura M, Shibata H)
    Springer 2011年 (ISBN: 9783642220661)
  • 「北海道の森林」北方森林学会(編著)
    北方森林学会 (担当:分担執筆範囲:攪乱と物質循環)
    北海道新聞社 2011年
  • 「森川海のつながりと河口・沿岸域の生物生産,山下 洋・田中 克(編) 」,水産学シリーズ157巻
    山下 洋, 田中 克 (担当:分担執筆範囲:流域環境と水産資源の関係-天塩川プロジェクト-;上田宏・柴田英昭・門谷茂)
    恒星社厚生閣 2008年
  • Terrestrial Ecosystems in a Changing World
    Canadel J, Pataki D, Pitelka L (担当:分担執筆範囲:Terrestrial ecosystems in monsoon Asia: Scaling up from shoot module to watershed; Kohyama T, Urabe J, Hikosaka K, Shibata H, Yoshioka T, Konohira E, Murase J, Wada E)
    Springer-Verlag 2007年
  • 地球環境と生態系-陸域生態系の科学
    和田英太郎, 占部城太郎 (担当:分担執筆範囲:大気-森林-河川系での炭素フラックス)
    共立出版 2006年
  • 森林フィールドサイエンス
    全国大学演習林協議会 (担当:分担執筆範囲:外部環境変化に対する生態系の応答(酸性沈着に対する森林の中和能力))
    朝倉書店 2006年
  • Water and carbon cycles in terrestrial ecosystems: The textbook for fifteenth IHP training course in 2005
    Hiyama T (担当:分担執筆範囲:Biogeochemical processes of carbon in forested ecosystem)
    Hydrospheric Atmospheric Research Center, Nagoya University and United Nations Educational Scientific and Cultural Organization (UNESCO) 2006年
  • 中村 太士, 小池 孝良 (担当:分担執筆範囲:森林生態系での無機物質の循環(柴田英昭))
    朝倉書店 2005年 (ISBN: 9784254470383)
  • 甲山 隆司 (担当:分担執筆範囲:Carbon cycling and budget in a forested basin of southwestern Hokkaido, northern Japan; Shibata H, Hiura T, Tanaka Y, Takagi, K, Koike T)
    Springer 2005年 (ISBN: 4431260749)
  • 砂防学会 (担当:分担執筆)
    山海堂 2004年 (ISBN: 4381015908)
  • 佐竹 研一 (担当:分担執筆範囲:森林生態系の物質循環と酸緩衝機構)
    愛智出版 2002年 (ISBN: 487256376X)
  • 不破 敬一郎, 森田 昌敏 (担当:分担執筆範囲:酸性雨調査(森林生態系))
    朝倉書店 2002年 (ISBN: 4254180071)
  • 相場 慎一郎, 伊東 明, 村上 正志, 百瀬 邦泰, 安田 雅俊, 山田 俊弘, 和田 直也, 井上 幹生, 加藤 悦史, 木村 一也, 酒井 暁子, 佐藤 弘和, 柴田 英昭, 柴田 銃江, 高橋 耕一, 菊沢 喜八郎, 甲山 隆司 (担当:共著範囲:森の土壌をめぐる物質動態)
    北海道大学出版会 2000年10月 (ISBN: 4832998919) 236
  • 佐竹 研一 (担当:分担執筆範囲:林内雨・樹幹流の測定法と問題点;柴田英昭・中尾登志雄・蔵治光一郎)
    愛智出版 2000年 (ISBN: 4872562011)
  • 日本土壌肥料学会北海道支部 (担当:分担執筆範囲:森林域における物質収支)
    北農会 1999年 (ISBN: 4939021025)
  • 佐竹 研一 (担当:分担執筆範囲:森林生態系の物質循環と酸緩衝機構)
    愛智出版 1999年 (ISBN: 4872563751)
  • BIOGEOMON the International, Symposium on, Ecosystem Behavior, Wieder R. Kelman, Novák Martin, Černý Jiří V, Villanova University, Český geologický, stav Praha (担当:分担執筆範囲:Proton Budgets of Forest Ecosystems on Volcanogenous Regosols in Hokkaido, northern Japan; Shibata H, Kirikae M, Tanaka Y, Sakuma T, Hatano R)
    Kluwer Academic 1998年 (ISBN: 0792351673)
  • 安藤 忠男, International Plant, Nutrition Colloquium (担当:分担執筆範囲:Relationship between soil acidification and nutrient cycling in a forest ecosystem on Volcanogenous Regosols in Hokkaido, northern Japan; Shibata H, Tanaka Y, Sakuma T,Hatano R)
    Kluwer Academic 1997年 (ISBN: 079234796X)
  • 名寄市 (担当:分担執筆範囲:気候と土壌)
    名寄市

講演・口頭発表等

その他活動・業績

  • LANDIS-IIを用いた北海道東部の森林における生態系機能のモデリング
    井上貴央, 柴田英昭, 芳賀智宏, 松井孝典 第131回日本森林学会大会学術講演集 2020年03月 [査読無し][通常論文]
  • 道南地域での風倒後の森林バイオマス回復過程への気候変動影響の数値シミュレーション
    芳賀智宏, 堀田亘, 森本淳子, 尾張敏章, 井上貴央, 柴田英昭, 饗庭正寛, 松井孝典 日本生態学会第67回全国大会講演要旨 2020年03月 [査読無し][通常論文]
  • 長根美和子, 柴田英昭, 内田義崇, 舘野隆之輔, 杉本敦子 日本地球惑星科学連合大会予稿集(Web) 2020 2020年
  • 長根美和子, 柴田英昭, 内田義崇, 舘野隆之輔 日本森林学会大会学術講演集 130th 150 2019年03月20日 [査読無し][通常論文]
  • 廣部宗, 冨田悟司, 浦川梨恵子, 兵藤不二夫, 柴田英昭 日本生態学会大会講演要旨(Web) 66th ROMBUNNO.P2‐402 (WEB ONLY) 2019年02月09日 [査読無し][通常論文]
  • 堀田亘, 森本淳子, 井上貴央, 鈴木智之, 梅林利弘, 尾張敏章, 柴田英昭, 石橋聰, 原登志彦, 中村太士 日本森林学会大会学術講演集 130th 2019年
  • 浦川 梨恵子, 太田 民久, 申 基澈, 佐瀨 裕之, 柴田 英昭, 中野 孝教 日本森林学会大会発表データベース 130 (0) 345 -345 2019年 [査読有り][通常論文]
     

    森林に蓄積する鉛(Pb)やストロンチウム(Sr)などの重金属とその同位体比は、大気沈着、基岩の風化、土壌―植生間のミネラル動態など、様々な物質循環の過程を反映している。広域・多地点における濃度と同位体比の分布を明らかにすることは、物質循環の地域特性を把握する上で重要である。本研究は、日本の約40地点の森林で採取されたリターと土壌に含まれるPbとSrの濃度と同位体比の地理的な分布特性を明らかにすることを目的としている。リターは過酸化水素、土壌は酢酸アンモニウムで処理し、得られた溶液中のSrとPbの濃度と安定同位体比を分析した。同一地点で採取されたリターと土壌は地点にかかわらずほぼ同じSr同位体比を示したが、Pb同位体比は両者間で有意な違いが見られた。この結果は、植物体と土壌交換性プールの間でSr(やCa、Mg)などのミネラル成分の交換が行われ、その元素の多くが基岩由来の可能性を示唆する一方で、Pbについては、どちらかの試料処理段階で大気や基岩に由来するPbをより多く溶出した可能性がある。森林土壌系の重金属元素の動態解明には、大気降下物や基岩・土壌鉱物の同位体比の比較に加えて、試料処理の検討も必要と考えられる。

  • 細川 奈々枝, 磯部 一夫, 浦川 梨恵子, 舘野 隆之輔, 福澤 加里部, 渡辺 恒大, 柴田 英昭 日本土壌肥料学会講演要旨集 65 (0) 239 -239 2019年 [査読有り][通常論文]
  • 長根 美和子, 柴田 英昭, 内田 義崇, 舘野 隆之輔 日本森林学会大会発表データベース 130 (0) 358 -358 2019年 [査読有り][通常論文]
     

    亜酸化窒素(N2O)は、主に硝化・脱窒の過程で発生する気体であり、陸域生態系の窒素循環において大きな役割を持つ。硝化・脱窒プロセスによる(N2O)フラックスへの寄与は、植生や土壌水分・栄養塩条件といった環境要因によって変化するが、要因との関係性やそのメカニズムは十分に明らかとなっていない。本研究では、複数種の栄養塩を土壌に添加した場合における(N2O)発生とNO3溶脱への影響を解明することを目的とした。土壌(深度0~20 cm)は京都大学北海道研究林標茶区より採取した。栄養塩(PO4-P、NO3-N、NH4-N)と水を未攪乱土壌に添加し、3 週間の室内培養を行った。培養期間中にN2O発生速度とNO3・NH4溶脱速度を測定した。土壌にNO3を添加することで、(N2O)発生量およびNO3溶脱量が共に有意に高まった。一方、NH4添加区では、土壌中のNO3生成量が増加したものの、(N2O)発生量は対照区と比べて有意に増加しなかった。本研究の結果から、土壌へ添加したNH4を基質とした硝化の促進による(N2O)発生への影響は小さく、(N2O)発生に寄与するのは添加したNO3を基質とした脱窒過程が主体であることが示唆された。

  • 森本 淳子, 小川 健太, 伊東 瑠衣, 佐々井 崇博, 竹見 哲也, 柴田 英昭, 高野 宏平, 中川 孝介, Furukawa Flavio, 饗庭 正寛, 吉村 暢彦, 小黒 芳生, 古川 泰人, 三島 啓雄 日本森林学会大会発表データベース 130 (0) 697 -697 2019年 [査読無し][通常論文]
     

    背景:気候変動の一例として、日本では台風強度の変化、降雨量の増大が挙げられ、森林生態系への影響が懸念されている。北海道道南地域にて発生した2016年連続台風(7号、11号、10号)とその後の大型低気圧による風倒・表層崩壊は象徴的な事例である。この事例を題材に、リスク評価(ハザード・脆弱性・曝露を考慮)を行い、森林計画シナリオ(曝露を減らす適応策)を評価した。手法:【リスク評価】衛星画像による風倒地・崩壊地の抽出、潜在的要因のデータ整理、統計モデルの構築、【森林計画シナリオ】現状の森林計画に対して、人工林再配置計画(高リスク人工林をより曝露の低い地域へ移動)および、自然林への再転換計画(高リスク人工林は自然林に転換、曝露の低い地域だけで人工林経営する)を考案、【シナリオ評価】人工林の倒壊材積を最小に抑え、人工林の残存蓄積量を最大化する、最も効率の良い(林種変更面積が少ない)計画を探索。結果:大雨を伴った2016年台風では風倒と表層崩壊が発生し、台風後の大型低気圧により表層崩壊地が拡大した。解析途中段階だが、自然林への再転換計画は、少ない変更面積で倒壊材積を効率よく減らせる可能性が示された。

  • Combined effects of future changes land use/cover and climate on nitrogen leaching to stream water in a forest, farmland and wetland dominated landscape, northern Japan
    T. Inoue, H. Shibata, N. Nakazumi, C. Haga, T. Matsui Global Land Programme 2018 Aisa conference proceedings 2018年09月 [査読無し][通常論文]
  • Scenario analysis of landscape change and evaluation of terrestrial ecosystem services and landscape diversity using Forest Landscape Model
    C. Haga, T. Inoue, T. Matsui, J. Morimoto, H. Shibata, T. Machimura Global Land Programme 2018 Aisa conference proceedings 2018年09月 [査読無し][通常論文]
  • 細川奈々枝, 磯部一夫, 浦川梨恵子, 浦川梨恵子, 舘野隆之輔, 福澤加里部, 渡辺恒大, 渡辺恒大, 柴田英昭 日本森林学会大会学術講演集 129th 79 2018年03月26日 [査読無し][通常論文]
  • 自然資本・生態系サービス評価のための森林景観シミュレーションモデルを用いたシナリオ分析手法の開発と課題
    芳賀智宏, 井上貴央, 堀田亘, 町村尚, 松井孝典, 森本淳子, 柴田英昭 第65回日本生態学会大会講演要旨集 2018年03月 [査読無し][通常論文]
  • 細川 奈々枝, 磯部 一夫, 浦川 梨恵子, 舘野 隆之輔, 福澤 加里部, 渡辺 恒大, 柴田 英昭 日本森林学会大会発表データベース 129 (0) 718 -718 2018年 [査読無し][通常論文]
     

    気候変動による土壌の凍結融解パターンの変化は、細根の枯死を増加させることで土壌中の窒素(N)動態に影響をおよぼす可能性がある。本研究では、除雪処理によって土壌凍結融解パターンを変化させるとともに、実験的に細根リター(細根)を添加し、これらが土壌のN動態に与える影響を調査した。さらに、異なる植生下(ミズナラ林とカラマツ林)の土壌Nと溶存有機炭素(DOC)の関係を考察した。除雪処理は両林分で正味硝化速度と正味N無機化速度を有意に低下させ、正味アンモニウム化速度を有意に増加させた。正味N無機化速度は、除雪処理区の細根添加土壌を除き、ミズナラ林の方がカラマツ林より有意に大きかった。また、正味DOC生成速度は、細根添加によって、ミズナラ林では有意に減少しカラマツ林では有意に増加するというように、細根添加に対して、植生間で対照的な応答を示した。除雪処理区で細根が添加された土壌の正味N無機化速度の変化は、溶存有機物の消費・生成と関係していた可能性がある。土壌凍結融解パターンの変化は、細根リターを増加させることで土壌のN動態の林分間の差異を減少させうることが示唆された。

  • 長根美和子, 柴田英昭, 内田義崇, 舘野隆之輔 日本生態学会大会講演要旨(Web) 65th ROMBUNNO.P1‐288 (WEB ONLY) 2018年 [査読無し][通常論文]
  • Effects of land use change and climate change on soil nitrogen cycle at a watershed scale in eastern Hokkaido, Japan
    Takahiro Inoue, Hideaki Shibata, Chihiro Haga, Takanori Matsui The 9th Ecosystem Serveices Pertnership World conference proceedings 2017年12月 [査読無し][通常論文]
  • A Development of Future Scenario Simulation System of Natural Capital and Ecosystem Services on LANDIS-II ―Linking Qualitative Scenarios and Landscape Change Model in Japan―
    Chihiro HAGA, Takahiro INOUE, Wataru HOTTA, Rei SHIBATA, Hiroko KUROKAWA, Shizuka HASHIMOTO, Takashi MACHIMURA, Takanori MATSUI, Junko MORIMOTO, Hideaki SHIBATA The 9th Ecosystem Serveices Pertnership World conference proceedings 2017年12月 [査読無し][通常論文]
  • 井上華央, 柴田英昭, 吉田俊也, 中路達郎, 小花和宏之, 小花和宏之, 加藤顕 日本森林学会大会学術講演集 128th 115 2017年03月26日 [査読無し][通常論文]
  • 中路達郎, 秋津朋子, 吉田俊也, 日浦勉, 中村誠宏, 柴田英昭, 奈佐原顕郎 日本森林学会大会学術講演集 128th 242 2017年03月26日 [査読無し][通常論文]
  • 細川奈々枝, 磯部一夫, 浦川梨恵子, 浦川梨恵子, 舘野隆之輔, 福澤加里部, 渡辺恒大, 渡辺恒大, 柴田英昭 日本森林学会大会学術講演集 128th 216 2017年03月26日 [査読無し][通常論文]
  • 種田 あずさ, 柴田 英昭, 江口 定夫, 廣野 祐平, 仁科 一哉, 内田 義崇 生態誌 67 (2) 189 -196 2017年 [査読無し][通常論文]
  • 矢野翠, 矢野翠, 眞壁明子, 福澤加里部, 柴田英昭, 佐藤冬樹, 野口泉, 山口高志, 吉田未来, 鈴木希実, 内藤梨沙, 木庭啓介, 木庭啓介 日本生態学会大会講演要旨(Web) 64th 2017年
  • 細川 奈々枝, 磯部 一夫, 浦川 梨恵子, 舘野 隆之輔, 福澤 加里部, 渡辺 恒大, 柴田 英昭 日本森林学会大会発表データベース 128 (0) 115 -115 2017年 [査読有り][通常論文]
     

    気候変動による土壌の凍結融解パターンの変化は、枯死根の増加を通して土壌中の窒素(N)動態に影響をおよぼす可能性がある。本研究では、除雪処理によって極端な土壌凍結融解パターンを生じさせ、異なる植生下(ミズナラ林とカラマツ林)において凍結融解が土壌のN動態におよぼす影響を調査した。さらに、凍結融解により増加する枯死根のN動態への影響を明らかにするために、実験的に細根リター(細根)を添加し、微生物バイオマスや溶存有機態炭素(DOC)・溶存有機態Nの動態を調査した。正味N無機化速度と微生物バイオマスはミズナラ林の方がカラマツ林より有意に大きかった。除雪処理は両林分で正味硝化速度と正味N無機化速度を有意に低下させ、正味アンモニウム化速度を有意に増加させた。細根添加は正味DOC生成速度に対して、植生による対照的な反応を生じさせた。すなわち、ミズナラ林ではDOCを有意に減少させ、カラマツ林ではDOCを有意に増加させた。さらに細根添加は、除雪区において正味N無機化速度と微生物バイオマスの植生間の差を減少させた。土壌凍結融解パターンの変化は、細根リターを介して土壌のN動態の林分間の差異を減少させうることが示唆された。

  • 長根 美和子, 柴田 英昭, 内田 義崇 日本森林学会大会発表データベース 128 (0) 2017年 [査読無し][通常論文]
     
    <p>亜酸化窒素(N<sub>2</sub>O)は、主に硝化・脱窒の過程で発生する気体であり、陸域生態系の窒素循環において大きな役割を持つ。硝酸イオンは硝化の生成物であり、脱窒の基質でもあるため、N<sub>2</sub>O発生と硝酸(NO<sub>3</sub>)溶脱には何らかの関係があると考えられる。土壌微生物によるN<sub>2</sub>Oの発生速度は、栄養塩、土壌水分量、酸素濃度、土地利用状態等によって変動するが、その関係性は十分には明らかとなっていない。そこで本研究では、異なる植生・土地利用の土壌に栄養塩を添加して培養し、N<sub>2</sub>O発生とNO<sub>3</sub>溶脱の関係を解明することを目的とした。北海道東部に位置する別寒辺牛川流域内の森林、湿地、牧草地を調査地とした。栄養塩(リン酸態リン、硝酸態窒素、アンモニウム態窒素)と水を未攪乱土壌にそれぞれ添加し3週間の室内培養を行った。培養期間中にN<sub>2</sub>O発生速度とNO<sub>3</sub>溶脱速度を測定した。森林、湿地土壌では硝酸態窒素を添加するとN<sub>2</sub>O発生量が増加し、湿地土壌でより顕著であった。牧草地土壌では窒素添加によるN<sub>2</sub>O発生量の変化は小さい一方で、リンの添加によってN<sub>2</sub>O発生量が増加した。異なる植生・土地利用の土壌からのN<sub>2</sub>O発生は栄養塩添加の種類に応じて、異なる反応を示すことが明らかとなった。</p>
  • 岡 裕章, 磯部 一夫, 渡辺 恒大, 舘野 隆之輔, 妹尾 啓史, 柴田 英昭 日本土壌肥料学会講演要旨集 63 (0) 34 -34 2017年 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭 月刊地球 = Chikyu monthly : カラー版 38 (7) 421 -424 2016年07月
  • 小田智基, 渡辺恒大, 館野隆之輔, 佐藤貴紀, 今田省吾, 柴田英昭 日本森林学会大会学術講演集 127th 2016年
  • 細川 奈々枝, 磯部 一夫, 浦川 梨恵子, 舘野 隆之輔, 福澤 加里部, 渡辺 恒大, 柴田 英昭 日本森林学会大会発表データベース 127 (0) 396 -396 2016年 [査読無し][通常論文]
     
    土壌が凍結する冷温帯林では初春に窒素無機化や硝化が増加することが知られており、土壌の凍結融解現象は、細根リターの物理的破砕等による溶存有機物濃度の変化を介して土壌微生物による窒素の生成・消費に影響していると考えられる。そこで本研究では、土壌の凍結融解が窒素動態に与える影響を細根リター・森林タイプ・凍結融解パターンの3要因で明らかにすることを目的とした。北海道東部に位置する京都大学北海道研究林のミズナラ林とカラマツ林から採取した土壌を2つに分け、一方にササ細根リターを添加した。それらをミズナラ林(下層植生:ササ)に設置した除雪区と対照区において2014年12月~2015年5月まで野外培養を行い、正味窒素無機化・硝化・DOC生成速度を測定した。また、培養後土壌の総窒素無機化・硝化速度、微生物バイオマスを測定した。GLMM解析から、細根添加により正味窒素無機化・硝化速度が低下する効果が認められた。さらに、各種実験処理が窒素動態におよぼす影響のメカニズムをPLSパス解析で分析したところ、細根リターの添加による土壌微生物を介した窒素動態への影響は採取した土壌の森林タイプによって異なっていた。
  • 佐藤 開, 安宅 未央子, 舘野 隆之輔, 檀浦 正子, 大澤 晃, 大貫 真孝, 柴田 英昭 日本森林学会大会発表データベース 127 (0) 402 -402 2016年 [査読無し][通常論文]
     
    温暖化影響を予測するためには、積雪減少が落葉分解呼吸に与える影響を評価することが重要である。落葉分解呼吸の温度応答性は、落葉の分解段階や微生物バイオマスの変化によって季節変動すると考えられる。そこで、2014年10月から翌年5月まで、北海道東部の冷温帯落葉広葉樹林で、積雪が落葉分解呼吸の温度応答性の季節変動に与える影響について調べた。2 m四方のプロットを2つ作り、一方を積雪区、他方を除雪区として、除雪区の雪をスコップで除去した。月に1回両区内の4箇所でミズナラ落葉を採取して分解呼吸速度を測定し、Q10を求めた。また、分解段階の指標としてC/Nを、微生物バイオマスの指標としてSIR(基質誘導呼吸)を測定した。どの測定項目も積雪区と除雪区の間の違いが殆ど見られず、SIRには季節変化が殆ど無かったのに対し、Q10とC/Nは秋から春にかけて減少傾向を示し、特に11月と12月の間での減少が著しかった。この期間、凍結融解の頻発によって落葉の構造が破壊され分解が急速に進んだことによって、微生物活性が下がったのではないかと考えられた。
  • 稲垣 善之, 福澤 加里部, 舘野 隆之輔, 鵜川 信, 磯部 一夫, 壁谷 大介, 柴田 英昭 日本森林学会大会発表データベース 127 (0) 634 -634 2016年 [査読無し][通常論文]
     
    樹木にとって窒素資源は一次生産を規制する重要な資源である。樹木と土壌微生物は土壌中の窒素資源をめぐって競争関係にあり、その関係は季節によって変化すると予想される。気象条件の異なる4つの地域において落葉樹林を選定し(天塩:北海道大学天塩研究林、標茶:京都大学北海道研究林、つくば:森林総合研究所苗畑、鹿児島:鹿児島大学高隅演習林)、それぞれの林分に10m×10mの調査区を4か所設定した。2013年秋季および2014年春季に調査区にそれぞれ、アンモニウム態と硝酸態の重窒素トレーサーを添加し、定期的に有機物層、土壌、植物葉を採取し、重窒素の存在量を質量分析計で測定した。鹿児島では硝酸態窒素の取り込みはアンモニウム態よりも大きかったが他の3地域では差が認められなかった。添加時期については、秋季と春季に重窒素の取り込みに差は認められなかった。葉の重窒素の取り込みは落葉広葉樹で小さく、ササで大きかった。ササでは秋季に春季よりも窒素の取り込みが大きい傾向は認められなかった。以上の結果より、下層植生のササで窒素の吸収が大きいこと、秋季においても植物は活発に窒素を吸収することが明らかになった。
  • 舘野 隆之輔, 今田 省吾, 渡辺 恒大, 福澤 加理部, 柴田 英昭 日本森林学会大会発表データベース 127 (0) 710 -710 2016年 [査読無し][通常論文]
     
    高緯度地域では、気候変動により冬季の気温や積雪量が大きく変動することが予想されている。季節凍土地域における冬季の気温や積雪量の変化は、厳冬期の土壌凍結深度に影響を及ぼすだけでなく、凍結―融解が発生する休眠期と生育期の端境期の土壌環境にも影響を及ぼす。土壌凍結や凍結―融解プロセスは、土壌中の微生物や細根、無機態窒素などの動態に影響を及ぼし、その結果として、生育期の純一次生産や養分循環にも影響を及ぼすことが予想されるが、詳細なメカニズムは明らかではない。そこで本研究では、冬季の積雪量の変化が生育期の純一次生産や養分吸収に与える影響を明らかにすることを目的として、季節凍土が発生する北海道東部太平洋側に位置する京都大学北海道研究林のミズナラが優占する天然林において、冬季から融雪期にかけての土壌環境を実験的に操作する大規模な野外積雪除去試験を行った。操作実験では、対照区と除雪区における土壌窒素動態、微生物動態、細根動態、樹液流など様々なプロセスについても同時に調べられたが、本研究では、対照区と除雪区における林冠木ミズナラと下層植生ミヤコザサの生産量と養分吸収量について報告する。
  • 菱 拓雄, 渡辺 恒大, 柴田 英昭, 舘野 隆之輔 日本森林学会大会発表データベース 127 (0) 709 -709 2016年 [査読無し][通常論文]
     
    北方林の土壌は,積雪によって季節凍結から保護されており,冬期の土壌生物群集に大きく影響する.近年の気候変動において,高緯度域での積雪環境の極端な変化が予測されているが,温帯域の季節凍結土壌における土壌節足動物への影響はまだあまりわかっていない.本研究では,北海道東部の冷温帯落葉広葉樹林における除雪実験を行い,土壌凍結頻度の変化が土壌性トビムシ群集に対してどのような影響を与えるのかを調査した.トビムシの個体数,種数,多様度指数は除雪区でいずれも有意に減少し,この効果は春先の凍結融解直後だけでなく,4ヶ月後にも持続していた.トビムシ群集間の種の入れ替わりを示す個体数比非類似度は季節間で異なっていたが,処理間での違いは見られなかった.群集間の個体数変化に付随した個体数傾度非類似度は,季節間,処理間で異なっていた.従って,冬期の積雪減少に伴う土壌環境の変化は,トビムシ群集の個体数と種の欠損をもたらし,また秋になっても除雪ストレスの影響は持続することが明らかとなった.凍結直後に除雪区で優占した種は,生育期には減少していたため,除雪処理が特定の種に有利に働く影響はないと考えられた.
  • 磯部 一夫, 岡 裕章, 渡辺 恒大, 浦川 梨恵子, 舘野 隆之輔, 妹尾 啓史, 柴田 英昭 日本森林学会大会発表データベース 127 (0) 707 -707 2016年 [査読無し][通常論文]
     
    森林生態系において土壌微生物の増殖や死滅、様々な代謝反応は生態系の生産性や維持に大きく寄与している。本研究では、土壌中の細菌とカビならびに硝化・脱窒に関わる微生物群の量的な変動をそれぞれの微生物群が有する遺伝子の量的な変化から明らかにするとともに、その変動にともなう土壌中の窒素動態の変化について1年のスケールで検証した。調査は京都大学北海道研究林標茶区にて行った。 冬期の積雪期間において、土壌中の全細菌の16S rRNA遺伝子量、全カビの18S rRNA遺伝子量、アンモニア酸化細菌のamoA量は大きく増加した。硝酸の生成もまた確認された。このことから積雪期間において土壌微生物は全体として増殖期にあり、活発に窒素代謝を行っていることが示された。春先の土壌が凍結-融解を繰り返す期間において、16S rRNA遺伝子量、18S rRNA遺伝子量は大きく減少し、同時期に有機態窒素濃度の一時的な増大が見られた。このことから土壌の凍結-融解にともない微生物が死滅し、細胞内窒素が土壌中に放出されていることが示唆された。このように土壌微生物の増殖や死滅は生態系の窒素動態にダイレクトに反映されることが示された。
  • 福澤 加里部, 舘野 隆之輔, 鵜川 信, 渡辺 恒大, 細川 奈々枝, 今田 省吾, 柴田 英昭 日本森林学会大会発表データベース 127 (0) 708 -708 2016年 [査読無し][通常論文]
     
    植物細根の動態は森林の純一次生産や炭素・養分循環において重要な役割を果たすと考えられているが、同時に起こっている細根の生産と枯死プロセスの評価が方法的に難しいことや、それぞれに多くの要因が影響していることなどから、その詳細には不明な点も多い。本研究では、気候変動下での積雪量の減少により発生しやすくなると予想される冬季の土壌凍結が細根動態に及ぼす影響を明らかにするため、積雪除去操作を行い、非破壊的なスキャナ法を用いて細根生産・枯死プロセスを測定した。調査は北海道東部に位置する京都大学北海道研究林内のミズナラ林で行った。林冠はほぼミズナラで占められ、林床にはミヤコザサが生育している。除雪区では、2014年12月から2015年3月に除雪を行った。あらかじめアクリル製の根箱を埋設しておき、除雪処理前後の2年間にわたり根箱側面の土壌断面画像を定期的に撮影した。画像解析により、観測日ごとの根長、細根生産・枯死速度を測定した。その際、新たに出現した根や既存根の伸長を生産、消失を枯死とそれぞれ定義した。除雪の有無による冬季間の細根枯死や翌シーズンの細根生産パターンの違いについて報告する。
  • 渡辺 恒大, 小林 真, 柴田 英昭, 舘野 隆之輔, 今田 省吾, 福澤 加里部, 磯部 一夫, 浦川 梨恵子, 小田 智基, 細川 奈々枝 日本森林学会大会発表データベース 127 (0) 706 -706 2016年 [査読無し][通常論文]
     
    土壌微生物は冬期の低温環境でも活動を続け、土壌窒素動態に影響を及ぼす。断熱効果を持つ積雪量の増減は森林の土壌環境(地温や水分)への影響を通し、冬期から春期の土壌微生物と土壌窒素動態を変化させる。しかし、野外観測を基にした積雪量の変化が土壌微生物・土壌窒素動態に及ぼす影響に関する知見は限られる。本研究は京都大学北海道研究林(標茶区)において積雪除去実験を行い、積雪変化が冬期―春期における土壌微生物・窒素動態に及ぼす影響を解明することを目的とした。厳冬期における積雪除去区での土壌水分率の増加は、凍結による毛管上昇によって下層から表層に水分が供給されたことを示唆しており、そのことは表層土でのDOC含有率の増加と密接な関係があると考えられた。DOCは窒素循環に関わる土壌微生物のエネルギー源となることから、凍結・融解の影響による表層土壌でのDOC増加は、厳冬期におけるアンモニウム態窒素の増加や、積雪後期における微生物バイオマスの増加に深く関わっていることが示唆された。積雪変化による土壌凍結・融解サイクルの変動は、土壌水分やDOCの変化を通じて生態系の窒素循環の季節性に強く影響することが示された。
  • 浦川 梨恵子, 小柳 信宏, 中田 誠, 稲垣 善之, 福島 慶太郎, 中西 麻美, 大手 信人, 柴田 英昭, 舘野 隆之輔, 小田 智基, 戸田 浩人, 福澤 加里部, 渡辺 恒大, 菱 拓雄 日本森林学会大会発表データベース 127 (0) 638 -638 2016年 [査読無し][通常論文]
     
    全国16サイトの森林土壌を対象に1年間のバリードバッグ法を行い、現地の窒素無機化・硝化速度を0-10、10-30、30-50 cm深の3深度で測定した。また、4週間・3温度(15、20、25℃)の室内恒温培養を併用し、これにより得られた窒素無機化・硝化パラメータと地温データから現地の年間窒素無機化・硝化速度の推定を試みた。全サイト平均のバリードバッグ法による現地の年間窒素無機化・硝化量は、0-50 cm深でそれぞれ111±34、106±45 kgN ha-1 y-1であり、0-10 cmが0-50 cm深までの約50%を占めていた。0-10 cm深において、室内培養パラメータにより推定された年間平均速度は、無機化・硝化ともに野外培養の1.02倍と、現地とほぼ同等の値が得られた。地温測定インターバルが推定値に与える影響を検討すると、日、月の平均地温による推定値と1時間インターバルによる値の誤差はいずれも5%以下であり、1ヶ月までは精度を粗くしても推定値に差違はみられなかった。以上のことから、浅い深度においては、室内培養から求められるパラメータと月平均地温から、現地の窒素無機化・硝化量を推定することが可能である。
  • 浦川梨恵子, 大手信人, 柴田英昭, 磯部一夫, 舘野隆之輔, 小田智基, 菱拓雄, 福島慶太郎, 稲垣善之, 平井敬三, 小柳信宏, 中田誠, 戸田浩人, 田中健太, 渡辺恒大, 福澤加里部, 徳地直子, 鵜川信, 榎木勉, 中西麻美, 三枝信子, 山尾幸夫, 小谷亜由美 日本森林学会大会学術講演集 126th 216 2015年03月26日 [査読無し][通常論文]
  • 石原正恵, 吉村暢彦, FAN Min, 井上貴央, 三島啓雄, 北條愛, 長坂晶子, 大野泰之, 津田高明, 辻宣行, 柴田英昭 北方森林研究 (63) 5 -6 2015年02月28日 [査読無し][通常論文]
  • 渡辺恒大, 柴田英昭, 舘野隆之輔, 今田省吾, 福澤加里部, 小田智基, 浦川梨恵子, 磯部一夫, 細川奈々枝, 小林真, 稲垣善之 日本地球惑星科学連合大会予稿集(Web) 2015 2015年
  • 井上 貴央, 角皆 潤, 中川 書子, 山下 洋平, 吉田 俊也, 福澤 加里部, 柴田 英昭 日本森林学会大会発表データベース 126 (0) 2015年 [査読無し][通常論文]
     
    森林土壌では無機態と有機態の窒素が循環しているが、両形態の溶存窒素動態の関係と植生の影響については未解明な部分が多い。そこで、北海道北部の天然性針広混交林に生育するアカエゾマツとミズナラ林冠下と林冠ギャップ内のササ地を対象に、林外雨、林内雨、有機物層及び土壌(深さ10 cm)の浸透水を季節ごとに採水し、無機態・有機態窒素(DIN、DON)、溶存有機炭素(DOC)の濃度を測定した。また、三次元蛍光スペクトルを用いて溶存有機物(DOM)の特性を調べ、硝酸態窒素(NO<sub>3</sub>)の三酸素同位体組成(⊿<sup>17</sup>O値)を指標として大気由来のNO<sub>3</sub>の割合を求めた。NO<sub>3</sub>濃度は、林内雨ではササ地で高く、有機物層及び土壌の浸透水ではミズナラ下とササ地で高い傾向を示した。有機物層浸透水のDOC濃度はアカエゾマツ下で高かったが、DOC中のチロシン様DOMの割合はササ地で高かった。ササ地土壌ではチロシン様DOMの減少に対してNO<sub>3</sub>濃度が上昇する関係が認められた。⊿<sup>17</sup>O値は土壌浸透水のNO<sub>3</sub>のほとんどが土壌由来であることを示していた。アカエゾマツと比べてササ地における土壌浸透水のNO<sub>3</sub>濃度が高かったのは、ササ有機物層から供給されるDOMの分解性が高いためであると考えられた。
  • 池谷 康祐, 安藤 健太, 中川 書子, 角皆 潤, 小松 大祐, 柴田 英昭, 福澤 加里部 日本地球化学会年会要旨集 62 (0) 2015年 [査読無し][通常論文]
     
    本研究では、自然環境下で生育する植物の個体内に含まれるNO<SUB>3</SUB><SUP>-</SUP>の窒素・三酸素同位体組成の定量法を主に木本類に適用し、植物に同化されるNO<SUB>3</SUB><SUP>-</SUP>の供給源同定を試みた。植物試料は、セコイア(針葉樹)、アラカシおよびソメイヨシノ(広葉樹)を含む木本類、ササを含む草本類などの様々な植物種について分析を行ったところ、ササ中のNO<SUB>3</SUB><SUP>-</SUP>は高い三酸素同位体組成値を持ち、半分近くが大気由来のNO<SUB>3</SUB><SUP>-</SUP>であることが示された。木本類についても、およそ3割は大気由来のNO<SUB>3</SUB><SUP>-</SUP>であることが示された。
  • 秋津朋子, 奈佐原顕郎, 小林秀樹, 楊偉, 本多嘉明, 梶原康司, 谷川聡, 三枝信子, 林真智, HABURA Pingchun, 高橋善幸, 廣瀬保雄, 井手玲子, 渡會貴之, 柴田英昭, 日浦勉, 吉田俊也, 高木健太郎, 中路達郎, 福澤加里部, 加藤知道, 高木方隆, 小野祐作, 栗原幸雄, 宮崎理紗 日本農業気象学会全国大会講演要旨 2015 109 2015年 [査読無し][通常論文]
  • 岡裕章, 磯部一夫, 渡辺恒大, 舘野隆之輔, 浦川梨恵子, 妹尾啓史, 大塚重人, 柴田英昭 日本微生物生態学会大会(Web) 30th PC-047 (WEB ONLY) 2015年 [査読無し][通常論文]
  • Drivers of soil N mineralization and nitrification of forest soils in the Japnanese archipelago
    Urakawa,Rieko, Ohte,Nobuhito, Shibata,Hideaki, Isobe,Kazuo, Oda,Tomoki, Watanabe,Tsunehiro, Fukuzawa,Karibu, Ugawa,Shin, Hishi,Takuo, Enoki,Tsutomu, Tateno,Ryunosuke, Fukushima,Keitaro, Nakanishi,Asami, Kotani,Ayumi, Saigusa,Nobuko, Yamao,Yukio, Oyanagi,Nobuhiro, Hattori,Daichi, Nakata,Makoto, Kenta,Tanaka, Toda,Hiroto, Inagaki,Yoshiyuki, Hirai,Keizo Proceedings of BIOGEOMON 2014‒8th International Symposium on Ecosystem Behavior 2014年07月 [査読無し][通常論文]
  • 福澤加里部, 浦川梨恵子, 菱拓雄, 柴田英昭, 宮本敏澄, 舘野隆之輔 根の研究 23 (2) 52 2014年06月20日 [査読無し][通常論文]
  • 日本の森林土壌の窒素無機化速度―現地培養による年間窒素無機化量―
    浦川 梨恵子, 大手 信人, 柴田 英昭, 小田 智基, 渡辺 恒大, 福澤 加里部, 稲垣 善之, 舘野 隆之輔, 小柳 信宏, 服部 大地, 中田 誠, 菱 拓雄, 福島 慶太郎, 中西 麻美 日本地球惑星科学連合2014年大会 2014年04月 [査読無し][通常論文]
  • 福澤 加里部, 柴田 英昭, 甲山 隆司 北方森林保全技術 (31) 27 -33 2014年02月
  • 福澤加里部, 浦川梨恵子, 菱拓雄, 柴田英昭, 宮本敏澄, 舘野隆之輔 根の研究 22 (4) 158 2013年12月20日 [査読無し][通常論文]
  • 日本の森林土壌の窒素無機化速度―土壌の化学的特性―
    浦川 梨恵子, 大手 信人, 柴田 英昭, 渡辺 恒大, 福澤 加里部, 舘野 隆之輔, 菱 拓雄, 福島 慶太郎, 稲垣 善之, 平井 敬三, 戸田 浩人, 田中 健太, 小柳 信宏, 服部 大地, 中田 誠, 小田 智基, 三枝 伸子, 山尾 幸夫, 中西 麻美, 榎木 勉, 鵜川 信 日本地球惑星科学連合2013年大会 2013年05月 [査読無し][通常論文]
  • 簑島萌子, 齊藤隆, 日浦勉, 柴田英昭, 中村誠宏 日本生態学会大会講演要旨集 60th 289 2013年03月05日 [査読無し][通常論文]
  • 菱 拓雄, 浦川 梨恵子, 田代 直明, 前田 由香, 柴田 英昭 日本森林学会大会発表データベース 124 810 -810 2013年 
    斜面の位置や方位といった地形要素は土壌窒素(N)の無機化特性に影響する重要な因子である。また,年間N無機化量への休眠期の寄与は無視できないことがわかっているが,地形要素が成長期や休眠期のN動態にどのように影響するのかはわかっていない。 本研究では,北海道東部に位置する九州大学北海道演習林の天然林,人工林の北向き,南向き斜面,谷部において,地形要素やそれに伴う環境条件がN無機化速度(NminR),純アンモニウム態N生成速度(NH4R),純硝化速度(NO3R)にどのように影響するのかを調査した。 生育期,休眠期のいずれにおいても,NminRとNO3Rは北向き斜面や谷部で南向き斜面よりも高く,NH4Rは南向き斜面で北向き斜面,谷部よりも高かった。生育期に比べて休眠期ではNO3Rが低下し,NH4Rが増加した。PLS解析の結果,休眠期と生育期では土壌N動態の制御要因は異なっていた。例えばNO3Rは生育期では北斜面の高いミミズ密度,低いC/N比,日射量,地温日格差によって増加するが,休眠期ではミミズの影響は検出されなかった。休眠期のNH4Rは高い日射,地温格差や凍結融解頻度により増加していた。
  • 渡辺 恒大, 福澤 加里部, 柴田 英昭 日本森林学会大会発表データベース 124 819 -819 2013年 
    森林の下層植生はしばしば土壌-植生系の物質循環を通し、天然林や撹乱林における一次生産や水質浄化など生態系機能の形成、維持に大きく貢献している。このことは下層植生が大きい窒素シンク能を有していることを示唆している。そこで本研究は土壌窒素肥沃度の変化が土壌-植生系の窒素シンクと内部循環に及ぼす影響を解明することを目的とした。北海道北部の天然性針広混交林において対照区、低窒素区、高窒素区に設けたササのみのサブプロットで窒素施肥実験を行い、ササ地上部・地下部バイオマス、リターフォール、リター分解、土壌、根圏外への窒素溶脱量を調査した。 マスバランスによる解析の結果、窒素施肥後に高窒素区のササ地上部の窒素蓄積量と溶脱量が他区よりも有意に増加した。一方、約9 g N m-2の窒素蓄積量の増加が認められたものの、リター動態の有意な変化は認められなかった。また、両施肥区では約 5 g N m-2の窒素が微生物を含むリター層に保持されると推察されたことから、窒素シンク強度としてはササよりも微生物を含むリター層の方が強い一方、シンク量としては一定の限界値があり、その量はササの方が大きいこと示された。
  • 青山 隼人, 早柏 慎太郎, 平松 悠揮, 平野 祐也, 福澤 加里部, 吉田 俊也, 柴田 英昭, 笹 賀一郎, 佐藤 冬樹 日本森林学会大会発表データベース 124 (0) 798 -798 2013年 [査読無し][通常論文]
     
    昨年の報告に引き続き、森林施業が渓流水質に与える影響を評価するため、北海道北部にて操作実験を行った。欧米における既往の研究とは異なり、皆伐処理に伴う渓流水への硝酸イオンの流出は認められなかった。これに対し、掻き起し区では処理を行なってから3年後に硝酸イオンの流出が認められた。表土戻し区では処理直後に硝酸イオン濃度が約4倍上昇した。表層における土壌水の硝酸イオンは、処理後1年間は高濃度であったが、3年後には森林区と同程度に戻っており、草本の成長に伴う表層の硝酸イオンの吸収が原因と考えられる。一方、土壌中の硝酸イオン濃度が上昇するのに伴い、マグネシウムイオンやカルシウムイオン濃度も上昇したが、これらのイオンは渓流水質に影響を及ぼさなかった。また、豪雨時における渓流水の硝酸イオン濃度は水位低下後、掻き起し区は速やかに濃度低下を観測し、表土戻し区は数日間高濃度の継続が認められた。表土戻し処理によって、高濃度の硝酸イオンが地下深部で広範囲に滞留し、速やかに渓流水中に流出しやすい状況であることが示唆された。以上の結果を元に、森林施業に伴う渓流水質の変化を溶存イオンに着目した議論の結果を報告する。
  • 井上 貴央, 柴田 英昭, 福澤 加里部, 吉田 俊也, 渡辺 恒大 日本森林学会大会発表データベース 124 (0) 817 -817 2013年 [査読無し][通常論文]
     
    森林生態系の窒素循環は生物生産や環境保全機能を理解する上で重要である。これまで、樹種や林相の違いにより植生―土壌間の窒素循環が異なることは比較的明らかになっているものの、植生構造と土壌窒素動態との空間的な関係性については未解明な点が多い。そこで、本研究では天然の針広混交林において下層植生を含む植生の空間分布がリターフォールを介して土壌窒素動態の空間分布とどのように関係しているかを調べた。 北海道北部の天然性冷温帯針広混交林を調査地とし、植生分布、リターフォール、粗腐植層、表層土壌の量や化学成分、土壌微生物呼吸と窒素無機化・硝化速度の空間分布をもとに解析を行った。 粗腐植層の厚さは針葉樹下で厚く、広葉樹近傍のササやオオカメノキが優占する場所では薄くなる傾向にあった。また、リターフォールのC/N比と粗腐植層の厚さには正の相関が認められ、粗腐植層の厚さと硝酸態窒素含有率、正味硝化速度の間には有意な負の相関関係が見られた。つまり、植生の空間分布やリターフォールの質の違いは粗腐植層の分解速度に不均質性を生み出すことによって土壌の硝酸態窒素の空間分布パターンに影響していることが明らかとなった。
  • Characteristics of Nitrogen Mineralization Rates and Controlling Factors in Forest Soils in the Japanese Archipelago
    Urakawa Rieko, Ohte Nobuhito, Shibata Hideaki, Isobe Kazuo, Oda Tomoki, Watanabe Tsunehiro, Fukuzawa Karibu, Ugawa Shin, Hishi Takuo, Enoki Tsutomu, Tateno Ryunosuke, Fukushima Keitaro, Nakanishi Asami, Saigusa Nobuko, Yamao Yukio, Oyanagi Nobuhiro, Hattori Daichi, Nakata Makoto, Tanaka Kenta, Toda Hiroto, Inagaki Yoshiyuki, Hirai Keizo AGU(American Geophysical Union) Fall Meeting 2013年 [査読無し][通常論文]
  • 福澤 加里部, 浦川 梨恵子, 菱 拓雄, 柴田 英昭, 宮本 敏澄, 舘野 隆之輔 日本森林学会大会発表データベース 124 (0) 816 -816 2013年 [査読無し][通常論文]
     
    土壌の窒素動態と植物細根による養分吸収の関係を明らかにするため、細根侵入の有無が土壌の正味窒素無機化量に及ぼす影響を調べた。北海道の多雪・少雪地域に位置する北大雨龍および九大足寄の天然林にてレジンコア法による現地培養を行い、土壌カラムの部分をメッシュにしたイングロスコア式レジンコア(根あり区)と通常のレジンコア(根なし区)との間で窒素無機化量を比較した。2010年11月に雨龍・足寄の両サイトで現地の土壌を用いてミズナラの周囲にレジンコアを埋設し、一部は2011年4月に回収し、残りは8月まで引き続き足寄で野外培養した。培養前後の土壌中の窒素量の差と回収後のイオン交換樹脂中の窒素量の合計値を正味の窒素無機化量(NH4-N生成量、NO3-N生成量)とした。足寄・雨龍土壌での生育期の根なし区における硝化率はそれぞれ43%、1%であった。一方、根あり区においては両土壌の正味窒素無機化量は同程度であったが、足寄土壌でNO3-N生成が、雨龍土壌でNH4-N生成がそれぞれ低下した。生成する窒素の形態の変化に対して、細根は利用しやすい形態の窒素を吸収するという可塑性をもっていることが示された。
  • 浦川 梨恵子, 小柳 信宏, 中田 誠, 中西 麻美, 福島 慶太郎, 榎木 勉, 木庭 啓介, 諏訪 裕一, 柴田 英昭, 黒岩 恵, 稲垣 善之, 舘野 隆之輔, 菱 拓雄, 福澤 加里部, 平井 敬三, 戸田 浩人 日本森林学会大会発表データベース 124 (0) 171 -171 2013年 [査読無し][通常論文]
     
    温帯の森林生態系では、冬季気候変動によりもたらされる凍結融解サイクルの変化が土壌の窒素(N)動態に影響を与えることが予想される。本研究では日本各地10カ所の土壌を、北海道の多雪(非凍結環境)および少雪地帯(凍結融解環境)で野外培養することにより、凍結融解サイクルの有無によるN無機化、硝化速度の変化と、凍結融解サイクルに対する反応の大きさと土壌特性との関係を調査した。また、凍結融解サイクル経験の有無が生育期のN動態に与える影響を明らかにするため、春~夏季のN無機化、硝化速度も引き続き調査した。凍結融解環境下にあった土壌は、非凍結環境下の土壌に比べて冬季の無機化速度は大きく、硝化速度は小さかった。生育期では、凍結融解サイクルを経験した土壌は、非凍結の土壌に比べて硝化速度が上昇する傾向がみられた。以上の反応には土壌による差が見られ、総硝化速度、総硝酸消費速度およびアンモニウム態N現存量の高い土壌ほど、無機化速度および硝化速度の凍結融解環境と非凍結環境の差が大きかった。微生物活性や肥沃度の高い土壌では、気候変動にともなう凍結融解サイクル変化に対して敏感に反応することが示唆された。
  • 石原 正恵, 柴田 英昭, 津久井 成美 北方森林保全技術 (30) 25 -28 2012年11月 [査読無し][通常論文]
  • 野口 泉, 山口 高志, 秋山 雅行, 川村 美穂, 村尾 直人, 高木 健太郎, 柴田 英昭, 福澤 加里部, 本多 宏充 大気環境学会年会講演要旨集 (53) 297 -297 2012年
  • Nobuhito Ohte, Masahiro Nakaoka, Hideaki Shibata The Biodiversity Observation Network in the Asia-Pacific Region 205 2012年 [査読有り][通常論文]
  • 角皆 潤, 小松 大祐, 鈴木 敦, 中川 書子, 福澤 加里部, 柴田 英昭, 高木 健太郎, 野村 睦 日本地球化学会年会要旨集 59 (0) 2012年 [査読無し][通常論文]
     
    本研究では、森林およびササを伐採した演習林から流出する硝酸イオンの三酸素同位体組成の時間変化を分析することで、流出水中の硝酸イオンの起源を明らかにして、森林の大気から沈着する窒素除去能力に対して伐採が与える影響を定量化した。その結果、特にササ伐採後は沈着窒素の流出フラックスが伐採前の約20倍に増加しており、大気から沈着する窒素の除去能力がほぼ完全に失われたことが明らかになった
  • 平野祐也, 柴田英昭 北方森林保全技術 (29) 22-25 -25 2011年11月30日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 福澤 加里部 北方森林保全技術 0 (29) 26 -29 2011年11月 [査読無し][通常論文]
  • 西村 周作, 柴田 英昭, 長尾 誠也 日本土壌肥料学会講演要旨集 (57) 27 -27 2011年08月08日
  • 高畠 容子, 長尾 誠也, 柴田 英昭 年報 金沢大学環日本海域環境研究センター = K-INET Kanazawa University 21 (2009) 89 -90 2011年03月31日 
    [研究報告]
  • 浦川梨恵子, 柴田英昭, 菱拓雄, 稲垣善之, 舘野隆之輔, 福澤加里部, 戸田浩人, 平井敬三, 中西麻美, 福島慶太郎, 中田誠, 小柳信宏, 榎木勉 日本森林学会大会学術講演集(CD-ROM) 122nd (0) ROMBUNNO.B07 -46 2011年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 長谷川由布子, 福澤加里部, 渡辺恒大, 柴田英昭, 黒岩恵, 磯部一夫, 木庭啓介 日本生態学会大会講演要旨集 58th 302 2011年03月08日 [査読無し][通常論文]
  • 佐藤 冬樹, 早柏 慎太郎, 上浦 達也, 平野 裕也, 鈴木 耕平, 野村 睦, 柴田 英昭, 笹 賀一郎 日本森林学会大会発表データベース 122 (0) 747 -747 2011年 [査読無し][通常論文]
  • 青山 隼人, 早柏 慎太郎, 平松 悠揮, 平野 祐也, 山ノ内 誠, 上浦 達哉, 福澤 加里部, 吉田 俊也, 柴田 英昭, 笹 賀一郎, 佐藤 冬樹 日本森林学会大会発表データベース 123 (0) Pa013 -Pa013 2011年 [査読無し][通常論文]
  • 南雲 未智, 井上 太樹, 吉田 俊也, 柴田 英昭 日本森林学会大会発表データベース 123 (0) Pa180 -Pa180 2011年 [査読無し][通常論文]
  • 中川 書子, 鈴木 敦之, 大山 拓也, 小松 大祐, 角皆 潤, 梅田 信, 柴田 英昭, 小畑 元, 田副 博文 日本地球化学会年会要旨集 58 (0) 239 -239 2011年 [査読無し][通常論文]
     
    硝酸態窒素の起源推定や動態解析に有用なトレーサーである溶存硝酸の窒素および三酸素同位体組成を定量し,調査流域における窒素の起源や窒素循環を解析する方法を発表する。その方法とは、水環境中の硝酸の△<sub>17</sub>O値を定量することで水塊内の全硝酸に占める大気沈着硝酸の混合比を定量化し、さらに全硝酸のd15N,d18O値から大気沈着分のd15N,d18O値を差し引くことにより再生硝酸のd15N,d18O値を求める方法である。
  • 鈴木 敦之, 角皆 潤, 中川 書子, 小松 大祐, 柴田 英昭, 福澤 加里部 日本地球化学会年会要旨集 58 (0) 278 -278 2011年 [査読無し][通常論文]
     
    植物にとって窒素(N)は必須栄養素の一つである。一般に植物は根から取り込んだ硝酸(NO<sub>3</sub><sup>-</sup>)やアンモニアを窒素源として利用していると考えられている。しかし酸性雨などとして知られるように、降水はNO<sub>3</sub><sup>-</sup>を土壌水と同等か、それ以上の高い濃度で含んでいることが知られている。そこで本研究は、植物が葉などを通して大気からの沈着に由来するNO<sub>3</sub><sup>-</sup>を直接取り込んでいる可能性について、植物体内から抽出したNO<sub>3</sub><sup>-</sup>の同位体組成を指標に検証した。<BR> 本研究では、特にNO<sub>3</sub><sup>-</sup>の三酸素同位体組成(Δ<sup>17</sup>O)に着目した。Δ<sup>17</sup>Oはオゾン(O<sub>3</sub>)が関係した大気中の光化学反応で値が増大するのに対して、一般の化学反応では変化しないという特徴がある。それゆえ、大気NO<sub>3</sub><sup>-</sup>はΔ<sup>17</sup>O=+25‰前後の大きな値を示すのに対して、土壌中で硝化等によって生成するNO<sub>3</sub><sup>-</sup>はΔ<sup>17</sup>O=0‰となる。植物体内のNO<sub>3</sub><sup>-</sup>のΔ<sup>17</sup>Oを測定する事により、大気から直接取り込まれたNO<sub>3</sub><sup>-</sup>が存在するかどうか、正確に判別する事が可能である。<BR> 試料は、北海道大学北方生物圏フィールド科学センターの雨龍研究林を中心とした北海道内の山林に自生していた植物で、特に普遍的に存在する笹を中心に、数種の植物の葉や茎、根を採取した。採取した植物は超純水を用いてよく洗浄した後、凍結乾燥してから粉砕し、超純水にて振とう抽出を行った。抽出された水溶液中のNO<sub>3</sub><sup>-</sup>は、Tsunogai et al. (2010)に倣い、まずCd還元法を用いてNO<sub>3</sub><sup>-</sup>をNO<sub>2</sub><sup>-</sup>化した上で、N<sub>3</sub>H試薬を用いてN<sub>2</sub>O化し、連続フロー型質量分析計に導入して同位体組成を定量した。<BR> 分析の結果、植物の特に葉において最大でΔ<sup>17</sup>O=+18‰もの大きな三酸素同位体異常が観測された。一方、根や茎などではあまり大きな異常は観測されなかった。以上の事実から、植物中では根以外に葉から直接的にNO<sub>3</sub><sup>-</sup>を体内に取り込むプロセスが存在することが確認された。植物体内のNO<sub>3</sub><sup>-</sup>のΔ<sup>17</sup>Oは、植物中の窒素取り込み過程の違いを識別できる有用な指標となり得る事が示された。
  • 福澤 加里部, 浦川 梨恵子, 菱 拓雄, 柴田 英昭, 宮本 敏澄, 井上 貴央, 舘野 隆之輔 日本森林学会大会発表データベース 123 (0) L06 -L06 2011年 [査読無し][通常論文]
  • 鈴木 耕平, 佐藤 冬樹, 柴田 英昭, 早柏 慎太郎, 上浦 達哉, 工藤 真理子, 笹 賀一郎 日本森林学会北海道支部論文集 59 (0) 71 -73 2011年 [査読無し][通常論文]
  • 宮川浩樹, 深澤達矢, 野口泉, 高橋正宏, 佐藤久, 福澤加里部, 柴田英昭, 野村睦, 高木健太郎, 三枝信子 環境化学討論会講演要旨集 19th 130 -131 2010年06月20日 [査読無し][通常論文]
  • 黒岩恵, 木庭啓介, 戸田浩人, 楊宗興, 磯部一夫, 妹尾啓史, 柴田英昭, 福澤加里部, 稲垣善之, 舘野隆之輔, 中西麻美, 浦川梨恵子 日本森林学会大会学術講演集(CD-ROM) 121st ROMBUNNO.H04 2010年04月02日 [査読無し][通常論文]
  • 森林生態系の窒素動態に関する土壌培養の地域比較実験
    柴田 英昭, 戸田 浩人, 稲垣 善之, 舘野 隆之輔, 木庭 啓介, 中西 麻美, 福澤 加里部, 浦川 梨恵子, 山崎 朱夏, 長谷川 由布子 第121回日本森林学会大会 2010年04月 [査読無し][通常論文]
  • Iron dynamics in terrestrial ecosystems in the Amur River basin
    Yoh M, Shibata H, Onishi T, Kawahigashi M, Guo Y, Ohji B, Yamagata K, Shamov V. V, Levshina S. I, Novorotskaya A, Matyushkina L, Yan B, Wang D, Pan X, Zhang B, Chen X, Huang B, Chi G, Shi Y, Shi F, Xu X, Zhang K, Cai T, A, Sheng H Report on Amur-Okhotsk Project 6 51 -62 2010年03月 [査読無し][通常論文]
  • Evaluation of land cover change impacts on dissolved iron flux of the Amur River
    Onishi T, Shibata H, Yoh M, Nagao S, Park H, A, Shamov V.V Report on Amur-Okhotsk Project 6 213 -224 2010年03月 [査読無し][通常論文]
  • 佐藤 冬樹, 早柏 慎太郎, 上浦 達哉, 吉田 俊也, 野村 睦, 福澤 加里部, 柴田 英昭, 笹 賀一郎 日本森林学会大会発表データベース 121 (0) 467 -467 2010年 [査読無し][通常論文]
  • 山崎 朱夏, 舘野 隆之輔, 柴田 英昭 日本森林学会大会発表データベース 121 (0) 463 -463 2010年 [査読無し][通常論文]
  • 春山 成子, シャーモフ V. V, 川東 正幸, GANZEY Sergey, ERMOSHIN Victor, MISHINA Natalia, 近藤 昭彦, 増田 佳孝, LE Hailan, 室岡 瑞恵, 柿澤 宏昭, 白岩 孝行, 朴 紅, 山根 正伸, 立花 義弘, 大島 和弘, 小木 雅代, SHAMAKIN Andrey B, 氷見山 幸夫, YAN Baixing, PAN Xiaofeng, PAN Yuepeng, 大西 健夫, 楊 宗興, 柴田 英昭, 長尾 誠也 E-journal GEO 4 (2) 138 -144 2010年 [査読無し][通常論文]
  • Gaku Yamazaki, Yoshiyuki Ishii, Hideaki Shibata Summaries of JSSI and JSSE Joint Conference on Snow and Ice Research 2010 3 2010年 [査読有り][通常論文]
  • 柴田 英昭 北方森林保全技術 0 (27) 32 -34 2009年11月 [査読無し][通常論文]
  • 村岡裕由, 日浦勉, 柴田英昭, 仲岡雅裕, 三枝信子, 奈佐原顕郎 日本陸水学会大会講演要旨集 74th 25 -3 2009年09月10日 [査読無し][通常論文]
  • 長谷川祥樹, 深澤達矢, 野口泉, 高橋正宏, 佐藤久, 福澤加里部, 柴田英昭, 野村睦, 高木健太郎, 藤沼康実, 佐々木巴え 環境化学討論会講演要旨集 18th 78 -79 2009年06月09日 [査読無し][通常論文]
  • 列島スケールでの環境変化が森林表土の窒素無機化速度に及ぼす影響;現地交換培養実験
    柴田 英昭, 戸田 浩人, 稲垣 善之, 舘野 隆之輔, 木庭 啓介, 中西 麻美, 浦川 梨恵子, 山崎 朱夏 日本地球惑星科学連合2009年大会 2009年05月 [査読無し][通常論文]
  • 長谷川由布子, 小林真, 柴田英昭, 高橋廣行, 佐藤冬樹, 斎藤秀之, 渋谷正人, 小池孝良 日本森林学会大会学術講演集(CD−ROM) 120th ROMBUNNO.PA3-05 2009年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 笠小春, 渡辺誠, 玉井裕, 小池孝良, 柴田英昭, 高木健太郎, 野村睦 日本森林学会大会学術講演集(CD−ROM) 120th ROMBUNNO.PA3-06 2009年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 笠小春, 渡辺誠, 渡辺誠, 高木健太郎, 柴田英昭, 野村睦, 小池孝良 日本森林学会北海道支部論文集 (57) 49-51 2009年02月21日 [査読無し][通常論文]
  • Numerical experiment of land cover coversion effect on dissolved iron productivity of the Amur River Basin.
    KAWAHIGASHI Masayuki, Onishi T, Yoh M, Shibata H, Nagao S, Kawahigashi M, Shamov VV Land cover and land use change in north east asia: problems of sustainable nature management 118 -123 2009年 [査読無し][通常論文]
  • 笠 小春, 渡辺 誠, 高木 健太郎, 柴田 英昭, 野村 睦, 小池 孝良 日本森林学会北海道支部論文集 57 (0) 49 -51 2009年 [査読無し][通常論文]
  • 小池 孝良, 江口 則和, 渡辺 誠, 渡邊 陽子, 北岡 哲, 里村 多香美, 高木 健太郎, 柴田 英昭, 日浦 勉, 笹 賀一郎, 船田 良 北方森林保全技術 (26) 47 -52 2008年11月 [査読無し][通常論文]
     
    はじめに:モジュールFACEとは、モジュール(部材)単位でのCO2付加実験を野外で行ない(Free Air CO2 Enrichment; FACE,)開放系大気CO2増加)、大気中のCO2濃度が上昇する環境での樹木の成長応答とCO2固定・貯留能力を調べる施設のことである(小池ら 1995)。当初、予算規模から、シュートや枝単位でのCO2付加を想定していた。しかし、設計・施工に貢献された上田龍四郎氏(北海道ダルトン)の技術によって(山武ニュース 2002)、スイス・バーゼル大学と山岳FACEを基礎にした北大独自のFACEが完成した(江口ら 2004,Eguchi et al. 2005, 小池ら 2005)。本来は、森林全体を対象に研究できる実験施設の設置を予定したが(DukeFACE 2007)、予算の制約から小規模のFACEを設けることになった。しかし、このことによって進行し続ける大気CO2増加に伴う温暖化条件での落葉樹11種の成長応答を、土壌条件を加味して調査することができた(江口ら 2004, 小池ら 2005)。当初の文科省予算が終了し、いわば第二期に入ったので、これまでの予算の流れと研究の構成をまとめ、現在、運転中のシステムを紹介する。これによって、実験苗畑の施設の利活用の基礎資料としたい。
  • 遠藤 郁子, 柴田 英昭, 小宮 圭示 北方森林保全技術 0 (26) 27 -30 2008年11月 [査読無し][通常論文]
  • 深澤達矢, 長谷川祥樹, 佐藤久, 高橋正宏, 柴田英昭, 野村睦, 高木健太郎, 藤沼康実 環境化学討論会講演要旨集 17th 214 -215 2008年06月10日 [査読無し][通常論文]
  • 戸張賀史, 木庭啓介, 柴田英昭, 豊田栄, 鈴木希実, 佐藤冬樹, 吉田尚弘 日本生態学会大会講演要旨集 55th 394 2008年03月14日 [査読無し][通常論文]
  • 大西健夫, 楊宗興, 柴田英昭, 長尾誠也 日本海洋学会大会講演要旨集 2008 78 2008年03月14日 [査読無し][通常論文]
  • 小林真, KIM Yong‐Suk, 松井克彦, 野村睦, 柴田英昭, 里村多香美, 上浦達也, 北條元, 高橋廣幸, 小塚力, 坂井励, 高木健太郎, 佐藤冬樹, 笹賀一郎, 小池孝良 日本森林学会北海道支部論文集 (56) 29-31 2008年02月21日 [査読無し][通常論文]
  • 松井克彦, 上里季悠, 江口則和, 柴田英昭, 市川一, 菅田定雄, 佐藤冬樹, 笹賀一郎, 小池孝良 日本森林学会北海道支部論文集 (56) 33-35 2008年02月21日 [査読無し][通常論文]
  • 藤本 雄大, 手計 太一, 佐藤 研一, 柴田 英昭, 勝山 正則 水文・水資源学会研究発表会要旨集 21 (0) 107 -107 2008年 [査読無し][通常論文]
     
    本研究では,流域に対するパラメータ値を一意的に決定することを目的に2段タンクモデルと損失量を考慮した2段タンクモデルを使用し,それぞれのパラメータについて適当な初期値を決め,その組合せを初期値として拡張カルマンフィルタでパラメータを最適化した.そして,総流出量誤差率,ピーク流量誤差率,相関係数,Nash Sutcliffe指標,対数二乗誤差基準の5つの評価指標を用いてスクリーニングを行い,その同定結果について検討を行った.その結果,出水規模ごとでは全体の適合度と短期の流出予測で重要となるピーク流量を精度良く推定できるパラメータ値に同定でき,流域においてはある程度の幅に同定できることを示した.そして,損失量を考慮することで2段目のタンクの貯留深の標準偏差は小さくなり質の良い結果が得られ,また,損失量を考慮したタンクモデルによって対象流域の貯留能力を推定できることを示した.
  • 伐採・植林などの森林施業が北海道北部森林小流域の炭素・水・窒素動態に与える影響
    高木健太郎, 福沢加里部, 梁乃申, 野村睦, 柴田英昭, 深澤達矢, 野口泉, 小熊宏之, 秋林幸男, 笹賀一郎, 小池孝良, 藤沼康実, 水野真人, 村山岳史 CGER リポート M019-2008 27 -32 2008年 [査読無し][通常論文]
  • Long-term trend of dissolved iron concentration and hydrological model incorporating dissoloved iron production mechanism of the Amur River basin
    Onishi, T, Shibata, H, Nagao, S, Park, H, Yoh, M, Shamov, V. V Report on Amur-Okhotsk Project 5 199 -208 2008年 [査読無し][通常論文]
  • 福澤 加里部, 里村 多香美, 柴田 英昭, 高木 健太郎, 佐藤 冬樹, 小池 孝良, 笹 賀一郎 日本森林学会大会発表データベース 119 (0) 107 -107 2008年 [査読無し][通常論文]
  • 笹 賀一郎, 佐藤 冬樹, 柴田 英昭, 高木 健太郎, 高畠 守, 杉下 義幸, 福井 富三, 間宮 春大, 菅田 定雄, 奥山 悟, 石井 正, 藤戸 永志, i石田 亘生, 奥田 篤志, 市川 一, 有倉 清美, 小池 孝良, 鈴木 哲平, 曲 来葉, 藤沼 康実 日本森林学会大会発表データベース 119 (0) 160 -160 2008年 [査読無し][通常論文]
  • 佐藤 冬樹, 早柏 慎太郎, 竹田 哲二, 青柳 陽子, 石川 尚子, 石田 亘生, 野村 睦, 柴田 英昭, 笹 賀一郎 日本森林学会大会発表データベース 119 (0) 169 -169 2008年 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 福澤 加里部, 吉田 俊也 日本森林学会大会発表データベース 119 (0) 155 -155 2008年 [査読無し][通常論文]
  • 小林 真, 小塚 力, 坂井 励, 高木 健太郎, 佐藤 冬樹, 笹 賀一郎, 小池 孝良, 全 容爽, 松井 克彦, 野村 睦, 柴田 英昭, 里村 多香美, 上浦 達也, 北條 元, 高橋 廣幸 日本森林学会北海道支部論文集 56 (0) 29 -31 2008年 [査読無し][通常論文]
  • 松井 克彦, 上里 季悠, 江口 則和, 柴田 英昭, 市川 一, 菅田 定雄, 佐藤 冬樹, 笹 賀一郎, 小池 孝良 日本森林学会北海道支部論文集 56 (0) 33 -35 2008年 [査読無し][通常論文]
  • 北海道北部の多雪森林流域における河川水質の時空間変動プロセスの解明
    柴田 英昭, 徐 小牛, 小川 安紀子, 中塚 武, 吉岡 崇仁 シンポジウム長期生態系モニタリングの現状と課題−温暖化影響と生態系応答 2007年11月01日 [査読無し][通常論文]
  • 高木 健太郎, 小宮 圭示, 柴田 英昭 北方森林保全技術 0 (25) 40 -45 2007年11月 [査読無し][通常論文]
  • 深澤達矢, 長谷川祥樹, 高橋正宏, 太田幸雄, 福澤加里部, 高木健太郎, 野村睦, 柴田英昭, 野口泉, 藤沼康実 大気環境学会年会講演要旨集 48th 292 2007年08月24日 [査読無し][通常論文]
  • 若松 孝志, 佐藤 一男, 高橋 章, 柴田 英昭, 木平 英一 日本土壌肥料学会講演要旨集 (53) 5 -5 2007年08月22日
  • Spatial and temporal pattern of dissolved carbon and nitrogen in stream water with topographical gradient in forested basins in northern Japan
    Shibata, H, Xu, X, Ogawa, A, Nakatsuka, T, Yoshioka, T ILTER 2007 International Conference on Long-Term Ecological Research, “Long-term Ecological Research: Meeting the challenges of sustainable ecosystem management from local to global scales” 2007年08月 [査読無し][通常論文]
  • 中島篤, 深澤達矢, 長谷川祥樹, 高橋正宏, 福澤加里部, 柴田英昭, 野村睦, 高木健太郎, 藤沼康実 環境化学討論会講演要旨集 16th 222 -223 2007年06月19日 [査読無し][通常論文]
  • 深澤遠矢, 長谷川祥樹, 高橋正宏, 福澤加里部, 柴田英昭, 野村睦, 高木健太郎, 藤沼康実, 飛澤拓也 環境化学討論会講演要旨集 16th 226-227 2007年06月19日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 徐 小牛, 小川 安紀子, 吉岡 崇仁 日本森林学会大会発表データベース 118 (0) 702 -702 2007年 [査読無し][通常論文]
  • 森林管理技術情報データベースの開発
    高木健太郎, 小宮圭示, 柴田英昭 北方森林保全技術 25 46 -55 2007年 [査読無し][通常論文]
  • 野村 睦, 佐藤 冬樹, 柴田 英昭, 早柏 慎太郎, 笹 賀一郎 日本雪氷学会全国大会講演予稿集 2007 (0) 119 -119 2007年 [査読無し][通常論文]
  • 福澤 加里部, 柴田 英昭, 高木 健太郎, 佐藤 冬樹, 小池 孝良, 笹 賀一郎 日本森林学会大会発表データベース 118 (0) 692 -692 2007年 [査読無し][通常論文]
  • 佐藤 冬樹, 早柏 慎太郎, 竹田 哲二, 上浦 達也, 青柳 陽子, 石川 尚子, 石田 亘生, 中川 泰則, 柴田 英昭, 笹 賀一郎 日本森林学会大会発表データベース 118 (0) 706 -706 2007年 [査読無し][通常論文]
  • 若松孝志, 佐藤一男, 高橋章, 柴田英昭 日本土壌肥料学会講演要旨集 52 14 2006年09月05日 [査読無し][通常論文]
  • 長谷川祥樹, 深澤達矢, 平島邦人, 野々上沙織, 橘治国, 高橋正宏, 福澤加里部, 柴田英昭, 野村睦, 高木健太郎, 藤沼康実 環境化学討論会講演要旨集 15th 126 -127 2006年06月19日 [査読無し][通常論文]
  • 吉岡 崇仁, 勝山 正則, 小川 安紀子, 佐々木 尚子, 日野 修次, 柴田 英昭 日本陸水学会 講演要旨集 71 (0) 96 -96 2006年 [査読無し][通常論文]
  • 福澤 加里部, 柴田 英昭, 高木 健太郎, 佐藤 冬樹, 小池 孝良, 笹 賀一郎 日本森林学会大会発表データベース 117 (0) 61 -61 2006年 [査読無し][通常論文]
  • 佐藤 冬樹, 上浦 達哉, 早柏 慎太郎, 竹田 哲二, 石川 尚子, 野村 睦, 小澤 恵, 柴田 英昭, 笹 賀一郎 日本森林学会大会発表データベース 117 (0) 716 -716 2006年 [査読無し][通常論文]
  • 高木健太郎, 野村睦, 福澤加里部, 柴田英昭, 深澤達矢, 秋林幸男, 笹賀一郎, 小池孝良, 藤沼康実, 梁乃申, 小熊宏之, 米康充, 犬飼孔, 前林衛 炭素循環および温室効果ガス観測ワークショップ講演要旨集 平成18年 146 -147 2006年 [査読無し][通常論文]
  • 秋林幸男, 高木健太郎, 野村睦, 北条元, 菅田定雄, 柴田英昭, 福沢加里部, 吉田俊也, 小池孝良, 笹賀一郎, 藤沼康実, 前林衛 北方林業 57 (8) 176-179 2005年08月01日 [査読無し][通常論文]
  • O Seki, T Nakatuska, H Shibata, K Kawamura GEOCHIMICA ET COSMOCHIMICA ACTA 69 (10) A886 -A886 2005年05月 [査読無し][通常論文]
  • 平島 邦人, 濱谷 基広, 飛澤 拓也, 深澤 達矢, 橘 治国, 福澤 加里部, 柴田 英昭, 野村 睦, 高木 健太郎, 藤沼 康実 地球環境シンポジウム講演論文集 13 317 -322 2005年 [査読無し][通常論文]
     
    To understand the behavior of metals in forest area, we collected atmospheric aerosol, fallout and river water samples in every two weeks from June of 2002 to December of 2004 in the Teshio Experimental Forest (45°03'N, 142°07'E a. s. 1.66m). And all samples were analyzed by ICP-MS for metals, such as Fe, Al, Ti, Ba, Sr, Mn, Zn, Pb.<BR>Atmospheric concentrations of Fe, A1, Pb, Mn and Sr in both aerosols and fallouts increased in winter. However, the atmospheric Zn and Ba in aerosols increased during winter, but in the fallouts.<BR>In the event of rainfall, Ba, Sr and Mn concentrations in river water, those were mainly plant origin, were decreasing with increasing in the flow. On the contrary, Al and Ti. concentrations in the water, those were mainly soil origin, were increasing in the same period. As for Fe, also soil origin was decreasing in the period. In thaw season, Fe, Ba and Sr concentrations decreased with increasing in flow, however, Al and Zn concentrations increased. In comparison the annual output from the river water with the annual input from the fallouts. As for Al, Fe, Sr and Ba, the output exceeded the input. As for Zn and Pb, the input exceeded the output. As for Mn and Ti, the input and the output were nearly equal.
  • 野村 睦, 高橋 廣行, 菅田 定雄, 笹 賀一郎, 柴田 英昭, 高木 健太郎, 北條 元, 芦谷 大太郎, 浪花 彰彦, 小塚 力, 藤沼 康実 日本雪氷学会全国大会講演予稿集 2005 (0) 105 -105 2005年 [査読無し][通常論文]
  • 高木 健太郎, 野村 睦, 柴田 英昭, 福澤 加里部, 笹 賀一郎, 秋林 幸男, 佐藤 冬樹, 藤沼 康実 日本森林学会大会発表データベース 116 (0) 717 -717 2005年 [査読無し][通常論文]
  • 笹 賀一郎, 佐藤 冬樹, 柴田 英昭, 高木 健太郎, 高畠 守, 福井 富三, 藤戸 永志, 有倉 清美, 石田 亘生, 奥山 悟, 石井 正, 奥田 篤志, 福澤 加, 藤沼 康美, 犬飼 孔 日本森林学会大会発表データベース 116 (0) 737 -737 2005年 [査読無し][通常論文]
  • 平島 邦人, 深澤 達矢, 橘 治国, 柴田 英昭, 野村 睦, 高木 健太郎 衛生工学シンポジウム論文集 12 48 -52 2004年10月31日
  • 塩谷 光広, 深澤 達矢, 橘 治国, 柴田 英昭, 野村 睦, 高木 健太郎 衛生工学シンポジウム論文集 12 53 -56 2004年10月31日
  • 濱谷 基弘, 深澤 達矢, 橘 治国, 柴田 英昭, 野村 睦, 高木 健太郎 衛生工学シンポジウム論文集 12 85 -88 2004年10月31日
  • 柴田 英昭, 青柳 陽子, 石川 尚子 北方森林保全技術 0 (22) 6 -9 2004年10月 [査読無し][通常論文]
  • 若松 孝志, 佐藤 一男, 高橋 章, 久保井 喬, 柴田 英昭, 木平 英一 日本土壌肥料学会講演要旨集 (50) 11 -11 2004年09月14日
  • 高木 健太郎, 野村 睦, 柴田 英昭 北方林業 56 (9) 197 -200 2004年09月 [査読無し][通常論文]
  • 小澤 恵, 柴田 英昭 北方林業 56 (9) 209 -212 2004年09月 [査読無し][通常論文]
  • 小沢恵, 柴田英昭 北方林業 56 (9) 209-212 2004年09月01日 [査読無し][通常論文]
  • 野村 睦, 高橋 廣行, 菅田 定雄, 笹 賀一郎, 柴田 英昭, 高木 健太郎, 北條 元, 芦谷 大太郎, 浪花 彰彦, 小塚 力, 藤沼 康実 日本雪氷学会全国大会講演予稿集 2004 (0) 58 -58 2004年 [査読無し][通常論文]
  • 関 宰, 中塚 武, 柴田 英昭, 河村 公隆 日本地球化学会年会要旨集 51 (0) 106 -106 2004年 [査読無し][通常論文]
     
    植物の水素同位体比は主に利用する水の同位体比と湿度によっておおむね決まると考えられており、植物の水素同位体比は水循環に関した情報を保持していると考えられている。しかしながら地球化学分野における研究例は少なく、地球化学的トレーサーとしての性能は未知数である。北海道の雨龍研究林の泥川流域において森林・湿原と湿度の異なる環境においてそれぞれ土壌のサンプリングを行い陸上植物バイオマーカーのn-アルカンの水素同位体比を測定した。アルカンの水素同位体比は最大70パーミルの差がみられ、湿原のサンプルは森林のそれよりも一貫して低い値を示した。これは湿度環境の違いを反映したものと思われる。泥川河口の堆積物のアルカンの水素同位体比は森林と湿原の中間の値を示し、両サイトからの有機物の寄与を示唆する。この研究により有機物の水素同位体比測定は河川の有機物の起源推定に有用であることが示唆された。
  • 浪花 彰彦, 菅田 定雄, 北條 元, 高橋 廣行, 高木 健太郎, 野村 睦, 杉下 義幸, 柴田 英昭, 秋林 幸男, 香山 雅純, 福澤 加里部 北方森林保全技術 21 (21) 26 -30 2003年12月 [査読無し][通常論文]
  • 飛澤 拓也, 深澤 達矢, 清水 達雄, 橘 治国, 永淵 修, 柴田 英昭, 野村 睦, 高木 健太郎 衛生工学シンポジウム論文集 11 143 -146 2003年10月31日
  • 濱谷 基弘, 深澤 達矢, 清水 達雄, 橘 治国, 永淵 修, 柴田 英昭, 野村 睦, 高木 健太郎 衛生工学シンポジウム論文集 11 147 -150 2003年10月31日
  • 若松 孝志, 高橋 章, 佐藤 一男, 久保井 喬, 柴田 英昭 日本土壌肥料学会講演要旨集 (49) 11 -11 2003年08月20日
  • 柴田 英昭, 佐藤 冬樹, 笹 賀一郎 日本土壌肥料学会講演要旨集 (49) 13 -13 2003年08月20日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田英昭, 植村滋, 門松昌彦, 斉藤隆, 小宮圭示, 藤戸永志 北方林業 55 (7) 149-152 -152 2003年07月01日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 鈴木 佳, 佐藤 冬樹, 笹 賀一郎, 小川 安紀子, Mitchell Myron J 日本林学会大会発表データベース 114 (0) 162 -162 2003年 [査読無し][通常論文]
     
    森林流域における河川水質は、土壌?植生系での物質循環の影響のみならず、降雨や融雪出水などの水文プロセスや河畔での水質変化などの影響を受けていると考えられている。特に、溶存窒素や炭素といった生元素は、生物による無機化、有機化やそれに伴う形態変化の影響を強く受けるため、流域の立地環境によってその濃度や量は大きく変動すると言われている。複数の流域からなる高次河川では、流域の空間スケールによって、河川水の溶存窒素や炭素濃度形成に及ぼす影響も異なっていると考えられ、源流に位置する一次河川や二次河川では植生や土壌の性質、斜面での土壌水分分布などが強く受けるであろう。また、より高次河川では流速の低下や滞留時間の増大による河川水内での水質変化とともに、支流の合流や地形の大きな違いによる植生、土壌水分変化などの影響もうけるであろう。本研究では、北海道北部の四次河川において、河川の溶存成分について流下過程での変化を明らかにするとともに、それに及ぼす河畔帯の役割を明らかにすることを目的とした。 源流の二次河川流域における河川水中の硝酸イオン濃度は融雪期(4__から__5月)および秋季出水期(10__から__11月)に上昇する傾向にあり、流域の水文プロセスが硝酸イオン濃度の季節変動に影響していることを示唆していた。 二次河川に注ぎこむ8つの支流と本流(上流、下流)の河川水に含まれる硝酸イオン濃度を比較すると、支流の濃度は本流よりも高い場合が多かった。しかしながら、上流から下流にかけての硝酸イオン濃度の上昇は非常に小さかった。溶存有機炭素濃度については本流と支流との間に大きな違いは認められなかった。このような上流から下流にかけての河川溶存成分濃度の変化や維持機構を明らかにするために、水質と水量の観測を同時に行い、上流から下流にかけての河川内での物質フロー変化を解析した。 フロー解析の結果から、上流から下流への流下過程において、河畔から供給される地下水に含まれる硝酸イオン濃度は河川水と比べて低く、これらの低濃度の水が供給されることによって河川水中の硝酸イオン濃度が上昇していないということが明らかとなった。また、河畔部で観測された土壌溶液に含まれる硝酸イオン濃度は斜面中部での濃度より低く、河畔域での生物的窒素除去(植生による吸収、微生物による有機化、脱窒)の影響を受けていることが示唆された。これらのことは、河畔部での窒素除去が、流下過程で形成される河川水中の硝酸イオンフローのシンクとして機能していることを示していた。 一方、秋季後半の降雨出水時には上流から下流への流下過程で窒素フローは増大し、河畔部はそれらの窒素ソースとして働いていた。このように、河畔域の窒素ソース・シンク能は流域の水文プロセスと密接な関係にあることが示された。溶存有機炭素については、平水時、出水時ともに河畔域は正味ソースとして機能しており、地下水が豊富である河畔域が河川水中の溶存有機炭素の供給源として重要であることを示唆していた。 四次河川流域下流の河畔部にはアカエゾマツを主体とした湿地林が広がっており、河川水中の硝酸イオンは湿地林を通過することによって濃度が低下する傾向にあった。一方で河川水中の溶存有機炭素濃度は、湿地林通過に伴い上昇する傾向にあった。 二次河川での解析と同様に、上流と支流ならびに下流域での物質フローを解析したところ、平水時においては河畔の湿地林が硝酸イオンのシンクとして、溶存有機炭素のソースとして機能していた。湿地林内で観測された地下水の硝酸イオン濃度は斜面の不飽和土壌で観測された濃度より低く、溶存有機炭素濃度は逆に高い傾向を示した。 湿地林からの溶存有機炭素の正味放出に伴い、溶存全鉄や溶存全アルミニウムも正味放出されており、これらの微量金属元素の動態に対して溶存有機炭素が強く影響していることを示していた。 流量の増加に伴い、湿地林の役割は硝酸イオンのシンクからソースへと変化し、溶存有機炭素や溶存微量金属の湿地林からの放出も増加していた。このことは四次河川においても流域の水文プロセスが、河川流下過程における水質変化や溶存成分フローに強く影響することを示していた。
  • 佐竹研一, 高松武次郎, 野原精一, 楊宗興, 柴田英昭, 小林洋康 地球環境研究総合推進費 平成14年度研究成果 中間成果報告集 3/全5分冊 33-39 2003年 [査読無し][通常論文]
  • 北条元, 高木健太郎, 笹賀一郎, 小池孝良, 秋林幸男, 野村睦, 柴田英昭, 福沢加理部, 前林衛 北方林業 54 (11) 245-247 2002年11月01日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 中村 太士 水文・水資源学会誌 15 (5) 2002年09月05日 [査読無し][通常論文]
  • 永田修, 鈴木祐介, 中原治, 山本吾一, 切替真智子, 柴田英昭, 佐藤冬樹, 波多野隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 48 (48) 140 -140 2002年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 北岡 哲, 上田 龍四郎, 石井 正, 田中 夕美子, 柴田 英昭, 小池 孝良 日本林学会北海道支部論文集 (50) 26 -28 2002年02月18日
  • 柴田 英昭 北方森林保全技術 19 (0) 34 -35 2001年11月28日 [査読無し][通常論文]
  • 中嶋 潤子, 吉田 俊也, 上浦 達哉, 竹田 哲二, 阿部 一宏, 高橋 廣行, 鷹西 俊和, 柴田 英昭, 小澤 恵 北方森林保全技術 19 (0) 9 -12 2001年11月28日 [査読無し][通常論文]
  • 高木 健太郎, 小宮 圭示, 柴田 英昭, 藤戸 永志, 市川 一, 高畠 守, 間宮 春大 北方森林保全技術 19 (0) 63 -68 2001年11月28日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭 日本土壌肥料學雜誌 72 (3) 333 -334 2001年06月05日 [査読無し][通常論文]
  • 佐藤 一男, 若松 孝志, 高橋 章, 柴田 英昭 日本土壌肥料学会講演要旨集 (47) 222 -222 2001年03月25日
  • 中原 治, 永田 修, 山本 吾一, 張 寛淳, 波多野 隆介, 柴田 英昭, 佐藤 冬樹 日本土壌肥料学会講演要旨集 (47) 222 -222 2001年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 中原治, 永田修, 山本吾一, 張寛淳, 波多野隆介, 柴田英昭, 佐藤冬樹 日本土壌肥料学会講演要旨集 47 222 2001年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (47) 266 -266 2001年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 小沢恵, 柴田英昭, 佐藤冬樹, 笹賀一郎 日本林学会大会学術講演集 112th 208 2001年03月20日 [査読無し][通常論文]
  • Nobuhito Ohte, Myron J. Mitchell, Hideaki Shibata, Naoko Tokuchi, Hiroto Toda, Goro Iwatsubo Water, Air, and Soil Pollution 130 (1-4) 649 -654 2001年 [査読有り][通常論文]
     
    To analyze the differences in the status and processes of nitrogen saturation in Japan and northeastern United States, we examined the hydrobiogeochemistry of nitrogen of forested watersheds in these regions. Two distinct differences were found between watersheds in Japan compared with those in US. 1) In Japanese watersheds, marked decreases of NO3- concentration in surface waters during the summer growing season were not found and NO3- concentrations sometimes increased especially in the summer at nitrogen saturated sites. This contrast with watersheds in US where decreases in NO3- concentration during the summer are commonly observed except those watersheds in advanced stages of nitrogen saturation. These differences in NO3- concentration relationships can be attributed to climatic differences, with Japan having high precipitation and high discharge during the summer, while in many regions of North America lowest discharges are found in the summer. The climatic regime in Japan leads to high rates of mineralization and the rapid transport of NO3- to streams in summer. 2) Japanese watersheds, even those with high NO3- concentrations in surface waters, show little evidence of acidification. This is in contrast to sites in US where increased NO3- concentrations, especially during episodic events, result in surface water acidification.
  • 植村 滋, 柴田 英昭, 日浦 勉 北方森林保全技術 18 (0) 56 -73 2000年10月02日 [査読無し][通常論文]
  • 山崎学, 石井吉之, 小林大二, 柴田英昭, 小沢恵 日本雪氷学会全国大会講演予稿集 2000 127 2000年09月20日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田英昭, PETRONE K C, HINZMANN L D 日本林学会大会学術講演集 111th 561 2000年03月30日 [査読無し][通常論文]
  • 小沢恵, 柴田英昭, 佐藤冬樹, 笹賀一郎 日本林学会大会学術講演集 111th 110 2000年03月30日 [査読無し][通常論文]
  • 小沢恵, 柴田英昭, 佐藤冬樹, 笹賀一郎 日本土壌肥料学会講演要旨集 46 (46) 263 -263 2000年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田英昭, PETRONE K C, HINZMANN L D, 石川信敬 日本土壌肥料学会講演要旨集 46 (46) 263 -263 2000年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 若松孝志, 佐藤一男, 高橋章, 柴田英昭 日本土壌肥料学会講演要旨集 46 (46) 176 -176 2000年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • Toda Hiroto, Sasa Kaichiro, Sato Fuyuki, Shibata Hideaki, Nomura Mutsumi, Ichikawa Kazu, Fujito Eishi, Takanishi Toshikazu, Seiwa Kenji, Tsukahara Hatsuo, Iida Toshiaki, Taniguchi Norio, Nakata Makoto, Kuwabara Shigeru, Uchida Takeji, Haruta Yasuji, Inoue Makoto, Yagi Hisayoshi, Tsukagoshi Tsuyoshi, Kuraji Koichiro, Futada Miho, Ono Hiroshi, Suzuki Michiyo, Imaizumi Yasuji, Yamaguchi Norio, Takenaka Chisato, Yurugi Yutaka, Kawanabe Saburo, Ando Makoto, Nakanishi Asami, Nishimura Kazuo, Yamasaki Michimasa, Nagayama Yasuhide, Doi Natsuko, Katagiri Shigeo, Kofuji Ryuichi, Shinmura Yoshiaki, Inoue Shoji, Ezaki Tsugio, Kohno Shuichi, Fujihisa Masafumi, Iwamatsu Isao, Imayasu Kiyomitsu, Nakamura Seiji, Tsukamoto Jiro, Nogami Kangoro, Enoki Tsutomu Journal of forest research 5 (3) 221 -221 2000年
  • 佐藤一男, 若松孝志, 高橋章, 柴田英昭 環境科学会年会一般講演・シンポジウム・プログラム 2000 136-137 2000年 [査読無し][通常論文]
  • 若松孝志, 佐藤一男, 高橋章, 柴田英昭 環境科学会年会一般講演・シンポジウム・プログラム 2000 138-139 2000年 [査読無し][通常論文]
  • 高橋 廣行, 柴田 英昭, 高畠 守, 上浦 達哉 北方森林保全技術 17 (0) 24 -27 1999年10月 [査読無し][通常論文]
  • 芦谷 大太郎, 笹 賀一郎, 柴田 英昭, 上浦 達哉 北方森林保全技術 17 (0) 1 -2 1999年10月 [査読無し][通常論文]
  • 笹 賀一郎, 杉下 善幸, 野田 真人, 奥田 篤, 柴田 英昭, 高畠 守, 小宮 圭示, 高橋 廣行, 小澤 恵, 藤原 滉一郎 北方森林保全技術 17 (0) 20 -23 1999年10月 [査読無し][通常論文]
  • 鷹西 俊和, 佐藤 冬樹, 藤戸 永志, 市川 一, 笹原 俊幸, 原 臣史, 柴田 英昭 北方森林保全技術 17 (0) 28 -31 1999年10月 [査読無し][通常論文]
  • 浪花 彰彦, 田中 夕美子, 中野 繁, 三宅 洋, 本守 香陽子, 柴田 英昭, 藤戸 永志, 三橋 弘宗 北方森林保全技術 17 (0) 36 -40 1999年10月 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 植村 滋, 佐藤 冬樹 北方森林保全技術 17 (0) 67 -69 1999年10月 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 中野 繁 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (45) 270 -270 1999年07月25日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田英昭, 中野繁 日本土壌肥料学会講演要旨集 45 270 -270 1999年07月25日 [査読無し][通常論文]
  • 小沢恵, 柴田英昭, 佐藤冬樹, 笹賀一郎 日本林学会大会学術講演集 110th (Vol.1) 527-528 1999年04月01日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田英昭, 小沢恵, 藤戸永志, 市川一, 鷹西俊和, 佐藤冬樹, 笹賀一郎 日本林学会大会学術講演集 110th (Vol.1) 531-532 1999年04月01日 [査読無し][通常論文]
  • 薄井伯征, 佐藤冬樹, 柴田英昭, 波多野隆介 カルシウム動態から見た環境変動が陸域生態系に及ぼす影響の予測 平成8−10年度 No.08308030 26-44 1999年 [査読無し][通常論文]
  • 若松孝志, 佐藤一男, 高橋章, 柴田英昭 環境科学会年会一般講演・シンポジウム・プログラム 1999 242-243 1999年 [査読無し][通常論文]
  • 柴田英昭, 若松孝志, 佐藤一男 環境科学会年会一般講演・シンポジウム・プログラム 1999 240-241 1999年 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭 大気環境学会年会講演要旨集 0 (39) 102 -103 1998年09月24日 [査読無し][通常論文]
  • 細淵 幸雄, 柴田 英昭, 田中 夕美子, 波多野 隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (44) 264 -264 1998年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 細淵幸雄, 柴田英昭, 田中夕美子, 波多野隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 44 264 -264 1998年03月 [査読無し][通常論文]
  • 藤戸 永志, 浪花 彰彦, 中野 繁, 菅田 定雄, 石井 正, 三好 等, 佐藤 智明, 柴田 英昭 試験年報 16 (0) 4 -6 1998年 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 佐藤 冬樹, 田中 夕美子 試験年報 16 (0) 54 -56 1998年 [査読無し][通常論文]
  • 柴田英昭 大気環境学会年会講演要旨集 39th 102-103 1998年 [査読無し][通常論文]
  • 細淵 幸雄, 柴田 英昭, 田中 夕美子, 波多野 隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (43) 133 -133 1997年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 細淵 幸雄, 柴田 英昭, 田中 夕美子, 波多野 隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (43) 312 -312 1997年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 薄井 伯征, 柴田 英昭, 佐藤 冬樹, 波多野 隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (43) 312 -312 1997年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 細淵幸雄, 柴田英昭, 田中夕美子, 波多野隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 43 133 -133 1997年03月 [査読無し][通常論文]
  • 柴田英昭 日本生態学会大会講演要旨集 44th 16 1997年03月 [査読無し][通常論文]
  • 細淵幸雄, 柴田英昭, 田中夕美子, 波多野隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 43 312 -312 1997年03月 [査読無し][通常論文]
  • 薄井伯征, 柴田英昭, 佐藤冬樹, 波多野隆介 日本生態学会大会講演要旨集 44th 4 1997年03月 [査読無し][通常論文]
  • 薄井伯征, 柴田英昭, 佐藤冬樹, 波多野隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 43 312 -312 1997年03月 [査読無し][通常論文]
  • 藤田慎一, 佐藤一男, 原宏, 新藤純子, 河野吉久, 柴田英昭 環境科学会誌 10 (1) 75-79 1997年02月 [査読無し][通常論文]
  • 薄井 伯征, 柴田 英昭, 佐藤 冬樹, 佐久間 敏雄, 波多野 隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (42) 127 -127 1996年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 袴田 共之, 柴田 英昭 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (42) 257 -257 1996年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 切替 眞智子, 柴田 英昭, 田中 夕美子, 佐久間 敏雄, 皮多野 隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (42) 301 -301 1996年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 切替 眞智子, 田中 夕美子, 佐久間 敏雄, 波多野 隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (42) 301 -301 1996年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 薄井 伯征, 柴田 英昭, 佐藤 冬樹, 佐久間 敏雄, 波多野 隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (42) 303 -303 1996年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 薄井伯征, 柴田英昭, 佐藤冬樹, 佐久間敏雄, 波多野隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 42 127 -127 1996年03月 [査読無し][通常論文]
  • 袴田共之, 柴田英昭 日本土壌肥料学会講演要旨集 42 257 -257 1996年03月 [査読無し][通常論文]
  • 切替真智子, 柴田英昭, 田中夕美子, 佐久間敏雄, 波多野隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 42 301 -301 1996年03月 [査読無し][通常論文]
  • 柴田英昭, 切替真智子, 田中夕美子, 佐久間敏雄, 波多野隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 42 301 -301 1996年03月 [査読無し][通常論文]
  • 薄井伯征, 柴田英昭, 佐藤冬樹, 佐久間敏雄, 波多野隆介 日本土壌肥料学会講演要旨集 42 303 -303 1996年03月 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 佐久間 敏雄 日本土壌肥料学雑誌 67 (2) 225 -225 1996年 [査読無し][通常論文]
  • 薄井 伯征, 佐久間 敏雄, 波多野 隆介, 柴田 英昭, 佐藤 冬樹 試験年報 14 (0) 60 -61 1996年 [査読無し][通常論文]
  • 柴田英昭 環境科学会年会一般講演・シンポジウム・プログラム 1996 216-217 1996年 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 田中 夕美子, 佐藤 冬樹, 佐久間 敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (41) 207 -207 1995年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 切替 眞知子, 薄井 伯征, 永喜多 千春, 佐藤 冬樹, 佐久間 敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (41) 276 -276 1995年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 切替 眞智子, 柴田 英昭, 田中 夕美子, 佐久間 敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (41) 276 -276 1995年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田英昭, 田中夕美子, 佐藤冬樹, 佐久間敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 41 207 -207 1995年03月 [査読無し][通常論文]
  • 切替真智子, 柴田英昭, 田中夕美子, 佐久間敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 41 276 -276 1995年03月 [査読無し][通常論文]
  • 柴田英昭, 切替真知子, 薄井伯征, 永喜多千春, 佐藤冬樹, 佐久間敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 41 276 -276 1995年03月 [査読無し][通常論文]
  • 切替 眞智子, 柴田 英昭, 佐久間 敏雄 試験年報 12 (0) 34 -35 1994年09月12日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 長峰 徹昭, 切替 眞智子 試験年報 12 (0) 36 -37 1994年09月12日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 長峰 徹昭, 切替 真智子, 佐久間 敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (40) 268 -268 1994年03月20日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 長峰 徹昭, 切替 真智子, 田中 夕美子, 佐久間 敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (40) 18 -18 1994年03月20日 [査読無し][通常論文]
  • 長峰 徹昭, 柴田 英昭, 佐藤 冬樹, 佐久間 敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (40) 268 -268 1994年03月20日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田英昭, 長峰徹昭, 切替真智子, 佐久間敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 40 268 1994年03月 [査読無し][通常論文]
  • 柴田英昭, 長峰徹昭, 切替真智子, 田中夕美子, 佐久間敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 40 18 -18 1994年03月 [査読無し][通常論文]
  • 長峰徹昭, 柴田英昭, 佐藤冬樹, 佐久間敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 40 268 -268 1994年03月 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 長蜂 徹昭, 佐久間 敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (39) 161 -161 1993年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 田中 夕美子, 佐久間 敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (39) 244 -244 1993年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 冨田 充子, 佐久間 敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (38) 170 -170 1992年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 柴田 英昭, 田中 夕美子, 冨田 充子, 佐久間 敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (38) 256 -256 1992年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 冨田 充子, 柴田 英昭, 田中 夕貴子, 佐久間 敏雄 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (38) 257 -257 1992年03月25日 [査読無し][通常論文]
  • 佐久間 敏雄, 柴田 英昭, 冨田 充子 日本土壌肥料学会講演要旨集 0 (37) 183 -183 1991年03月25日 [査読無し][通常論文]

受賞

  • 2020年11月 森林立地学会 第23回森林立地学会誌論文賞
     無人航空機による3次元データを用いた天然生針広混交林における葉の窒素含量の空間分布 
    受賞者: 井上 華央・柴田 英昭・吉田 俊也・中路 達郎・小花和 宏之・加藤 顕
  • 2016年03月 日本生態学会 Ecological Research Award
     Biogeochemical nitrogen properties of forest soils in the Japanese archipelago 
    受賞者: Urakawa R;Ohte N;Shibata H;Tateno R;Hishi H;Fukushima K;Inagaki Y;Hirai K;Oda T;Oyanagi N;Nakata M;Toda H;Tanaka K;Fukuzawa F;Watanabe T;Tokuchi N;Nakaji T;Saigusa N;Yamao Y;Nakanishi A;Enoki T;Ugawa S;Hayakawa A;Kotani A;Kuroiwa M
  • 2002年 環境科学会 2002年度社団法人環境科学会奨励賞
     
    受賞者: 柴田 英昭
  • 2001年 日本土壌肥料学会 第19回日本土壌肥料学会奨励賞
     
    受賞者: 柴田 英昭

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 北方林における気候変動への適応:生態系レジリエンスの保全をめざした生態系管理
    文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 2017年04月 -2021年03月 
    代表者 : 森本 淳子
  • 大気窒素沈着が森林流域の窒素循環に与える感受性の地域性評価
    文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 2017年04月 -2021年03月 
    代表者 : 智和 正明
  • 領域テーマD「統合的ハザード予測」
    文部科学省:統合的気候モデル高度化研究プログラム
    研究期間 : 2017年04月 -2021年03月 
    代表者 : 中北英一
  • 流域・河川生態系における自然資本・生態系サービス評価と沿岸域へのつながり
    環境省:環境研究総合推進費
    研究期間 : 2016年04月 -2021年03月 
    代表者 : 柴田英昭, サブテーマ代表
  • 森林生態系に関する視覚情報教材「全天トレイル」の開発
    文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(C))
    研究期間 : 2015年04月 -2019年03月 
    代表者 : 藤田 良治
  • 農地~国レベルでの窒素動態の実態を反映した新たな窒素負荷指標の開発
    農林水産省:食品産業科学技術研究推進事業委託事業
    研究期間 : 2016年04月 -2018年03月 
    代表者 : 江口定夫
  • 同位体を指標に用いた大気中ガス状亜硝酸の起源推定
    文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 2015年04月 -2018年03月 
    代表者 : 中川 書子
  • 渓流水100mLでの森林窒素代謝評価:新安定同位体水質指標の開発と展開
    文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 2014年04月 -2017年03月 
    代表者 : 木庭 啓介
  • 森林植物中の天然同位体トレーサーを用いた窒素同化過程の新解析法の開発
    文部科学省:科学研究費補助金(挑戦的萌芽研究)
    研究期間 : 2013年04月 -2015年03月 
    代表者 : 中川 書子
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 2013年 -2015年 
    代表者 : 柴田 英昭
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 2010年 -2012年 
    代表者 : 柴田 英昭, 稲垣 善之, 宮本 敏澄, 舘野 隆之輔, 菱 拓雄, 戸田 浩人
     
    本年度は全体研究計画に関する打ち合わせ会議を行い、観測地点の設定と現地実験の予備実験および本培養実験を開始した。北海道、東北、関東、近畿、九州において積雪量の異なる地域を横断するように研究サイトラインを設定した。北海道、東北、関東、近畿においては日本海側から太平洋側にかけてのラインを設定し、九州では高山地域において標高別に積雪傾度に沿ったラインを設定した。また、九州の中低標高域は積雪の無いリファレンスサイトとして位置づける。研究サイトライン上に拠点サイトを複数設置し、現地交換培養実験を開始した。土壌培養カラムの上端にイオン交換樹脂を取り付けたレジンコア法を用い、積雪量および凍結・融解サイクルの異なる拠点サイトにおいて冬季から融雪期にかけての現地培養を開始した。地点間での正味窒素無機化・硝化速度を調べると同時に、いくつかの地点においては土壌の交換培養を実施し、冬季の積雪環境の違いが及ぼす影響について考察する。また、各拠点サイトにおける冬季直前と融雪後の土壌および上記の交換培養実験の培養前後土壌を採取し、15Nでラベルした安定同位体窒素をトレーサーとして総窒素無機化速度を定量する。厳冬期である2011年1月下旬から2月上旬にかけて拠点サイトである北海道において土壌カラムの回収、抽出を行い、正味窒素無機化・硝化速度の解析を進めている。また、イングロースコア法による細根動態のモニタリ...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 2009年 -2011年 
    代表者 : 笹 賀一郎, 佐藤 冬樹, 柴田 英昭, 吉田 俊也, 野村 睦, 高木 健太郎
     
    本研究は、北海道大学北方生物圏フィールド科学センターの雨竜研究林と天塩研究林の操作実験流域を主な対象として、原生林状態から森林伐採・表土除去・樹木の植栽などの炭素や窒素などの物質循環への影響を地下部・根茎の状況もふくめて明らかにしようとするものである。平成21年度の主な成果は、以下のようである。1.天塩研究林の実験流域において、原生林伐採後に植栽したカラマツのバイオマスについて、根茎もふくめた測定をおこなった。また、前年度におこなった15m×15m林分の地下部調査については、根茎等の分析用サンプルの乾燥をすすめるとともに、樹種ごとの根茎量等についてのデータをとりまとめた。2.雨竜研究林・天塩研究林の実験流域においては、炭素・窒素の動態変化に加えて、水分や炭素・窒素以外の物質、および土砂・浮遊砂等に関する観測を継続した。とくに、下流域に対する溶存鉄の供給については、北方針広混交林は供給が少ないという特徴をもちながらも、森林は持続的な溶存鉄生成と供給の役割を果たしていることを明らかにした。さらに、冬季間の観測から、積雪期においても窒素の無機化や硝化は進行し、降雪前にはアンモニアの生成が進行し、融雪期には硝酸の生成か進行すること、積雪量の減少によって融雪期のアンモニア正味生成量の増加と硝酸の正味生成量が減少することなどを明らかにした。3.原生林伐採とカラマツ植栽によるCO2フラック...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 2008年 -2010年 
    代表者 : 小池 孝良, 宇都木 玄, 笹 賀一郎, 杉本 敦子, 柴田 英昭, 宇都木 玄
     
    開放系大気CO_2増加装置にて育成させた落葉樹のCO_2の取り込みとその制限要因としての対流圏オゾンの影響、炭素の転流・分配、土壌呼吸を含む温室効果ガスの放出、分解系を制御する中型土壌動物の群集構造を調査した。この結果、オゾン付加により根への転流が阻害され、菌類感染は肉眼では低下した。高CO_2処理では土壌呼吸は増加し、メタン吸収量は減少した。トビムシでは移動性の高い種が高CO_2では多い傾向があった。
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 2007年 -2009年 
    代表者 : 柴田 英昭, 戸田 浩人, 稲垣 善之, 舘野 隆之輔, 木庭 啓介, 中西 麻美
     
    列島スケールでの気候変化に応じた森林土壌内での窒素動態変化について、北海道北部、関東北部、近畿中部、九州南部の拠点サイトを中心に研究を行った。気温上昇は微生物による窒素代謝を高めたものの、気候変化よりも各地特有の窒素動態特性が維持される傾向があった。各地においては大気汚染による窒素沈着や、過去における里山利用による養分欠乏などの影響が現在の窒素無機化速度度の地点間差に強く影響しているものと考えられた。
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(C))
    研究期間 : 2007年 -2008年 
    代表者 : 甲山 隆司, 占部 城太郎, 柴崎 亮介, 近藤 明彦, 杉本 敦子, 奥田 敏統, 占部 城太郎, 柴崎 亮介, 氷見山 幸夫, 近藤 明彦, 尾藤 章雄, 土井 晴洋, 大崎 満, 李 増民, 杉本 敦子, 柴田 英昭
     
    急激に進行する温暖化と土地利用変化が、陸域システムに与える影響を統合的に評価する目的で、生態系科学と土地利用科学双方にまたがる研究連絡ネットワークを構築した。GLP 札幌拠点オフィスをネットワークの情報収集と発信に活用した。本研究ネットワークからの情報を国内向けおよび国外向けに札幌オフィスから発信し、国際的な研究ネットワークの連携を強化した。国際サマースクールや国際シンポジウムを開催し、アジアをターゲットとする共同研究を発足させた。
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 2006年 -2008年 
    代表者 : 丹下 健, 柴田 英昭, 大槻 恭一, 蔵治 光一郎, 高木 正博, 戸田 浩人, 堀田 紀文, 熊谷 朝臣, 榎木 勉, 智和 正明, 小野寺 弘道, 中島 皇, 近藤 昭彦, 本間 航介
     
    北海道から沖縄までに分散して様々な環境条件の森林域に設置されている大学演習林の森林流域における水・物質動態の観測ネットワークを構築し、観測流域間で比較可能なデータの蓄積を図る体制の整備を図った。気象データについては、インターネットを活用した速やかな公開システムの運用を図った。流量・水質の形成過程に関わる降水の平均滞留時間を指標するトレーサの検討を行い、平水時の平均滞留時間の長短を流域間で比較する方法を提示した。土壌の保水量に関わる土壌撥水性発現の森林流域内での時空間的変異を観測し、乾性土壌で夏期の強度の乾燥によって撥水性が発現し、それが長期間維持されることを明らかにした。
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 2006年 -2008年 
    代表者 : 上田 宏, 柴田 英昭, 安住 薫, 伴 真俊, 山本 雄三
     
    我国の重要な水産資源であるシロザケ・サクラマス・ベニザケ(ヒメマス)は、生まれた川(母川)を降河する時に、母川固有の溶存遊離アミノ酸(DFAA)組成を母川水のニオイ成分として記憶し、数年後に成熟した時に、嗅覚によりDAFF組成を識別して高い確率で母川を選択したが、カラフトマスは選択しなかった。また、DFAAは主に河床の付着微生物の集合体であるバイオフィルムが産生し、流域・季節・年変動の少ないDFAA組成が存在した。
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 2005年 -2007年 
    代表者 : 小池 孝良, 日浦 勉, 甲山 隆司, 笹 賀一郎, 柴田 英昭, 高木 健太郎, 船田 良, 飛田 博順
     
    大気中の二酸化炭素濃度([CO_<2>])の上昇が社会問題となって久しい。本研究では高CO_<2>環境に対する冷温帯樹木11種の生理生態特性の変化を解明し、CO_<2>固定能力の変化を評価することを目的とした。CO_<2>付加にはFree Air CO_<2>Enrichment(FACE)を用いた(北海道大学札幌研究林実験苗畑に設置)。FACE内の[CO_<2>]は2040年頃を想定して500ppmvとした(対照区+130ppmv)。また、FACE内の土壌を半分に区切り、片面を富栄養の褐色森林土、もう片面を貧栄養の火山灰土壌とした。まずCO_<2>同化特性(光合成)の変化に着目した。火山灰土壌では高CO_<2>処理をしてもあまり増加しなかった。樹木は成長することで同化したCO_<2>を長期間貯留する。そこで樹幹成長の変化を調べた。高CO_<2>処理による成長の促進効果は、火山灰土壌やCO_<2>付加期間が長いと認められなくなった。CO_<2>貯留を評価するためには、材質の変化を明らかにすることも重要である。そこで、材質に影響を与える水分通道構造の変化を調べた。長期間の高CO_<2>処理によって、道管を流れる流量の継続的な低下が起こり、道管サイズが低下することが分かった。顕著な変化は葉柄部の道管に観察された。また、CO_<2>上昇に伴う冷温帯林のCO_<2>貯留量の変化を評価...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 2005年 -2007年 
    代表者 : 佐藤 冬樹, 笹 賀一郎, 小池 孝良, 柴田 英昭, 吉田 俊也, 高木 健太郎
     
    極東アジアの永久凍土南限域(中国・東北地方およびロシア・アムール州)を対象に長期モニタリングのための流域試験地を設定し、この地域の優先樹種であるカラマツ林をはじめとする森林のバイオマス量の把握および成長・推移過程の解析、水分や炭素および物質の動態把握をおこなった。設定したカラマツ林の固定調査地は、a)ハルビン近郊の東北林業大学老山演習林(季節的凍土地帯)、b)大興安嶺の中心部・加格達寄周辺、c)中国最北部、ロシア国境付近の漠河周辺、d)ロシア・アムール州北部のブラガベシェンスク周辺(不連続的永久凍土地帯でc・dは繰り返し山火事被害を受けている)地域である。加えて、連続的永久凍土地帯最南限のアムール州北部山岳地帯のカラマツ林についても毎木調査をおこなった。調査の結果、永久凍土南限地域においてカラマツ林の分布は永久凍土層の存在と密接に関連し、しかもその永久凍土層は森林や湿原の存在によりかろうじて保存されていることがわかった。したがって、地球温暖化あるいは大規模な山火事により森林被覆がなくなると、永久凍土は容易に崩壊して森林はより温暖域のものに遷移し、凍土上にあるいは凍土内に蓄積された有機態炭素は温暖気下で容易にCO2に分解され、メタンとともに大気中に放出されるシナリオが考えられた。また、大興安嶺地域では炭素の蓄積はおもに永久凍土のある湿原部に偏在していると推定され、この地域におけ...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 2004年 -2006年 
    代表者 : 笹 賀一郎, 中静 透, 小池 孝良, 日浦 勉, 柴田 英昭, 揚妻 直樹
     
    本研究は、気候条件の異なる複数の小流域と観測サイトを対象に、森林伐採などの大規模野外操作実験を行い、生物多様性と生態系機能との関連のメカニズムを解明するとともに、長期流域観測のモデルケースを創出しようとしたものである。多雪気候下にある雨竜研究林においては、9小流域を対象に、森林伐採と地表処理(ササ植生の除去)を実施し、無施業の対象流域も含めたモニタリングの継続・解析をすすめた。(1)森林伐採により、夏期渇水流量の増加や水温低下が確認された。また、(2)渓流水中の夏期NO3-N濃度は、樹木の伐採だけでは変化せず、地表処理をともなうことによって増加する状況が把握された。(3)渓流中の無脊椎動物群集に対しても、森林伐採や地表処理が、食餌量供給の増大として、多様性や個体数の増加をおよぼす状況も把握された。寡雪気候下にある苫小牧研究林においては、選択伐採による純林の創出と窒素施肥と組み合わせによる、96サイトで観測をおこなった。(1)フェノロジーの早い林床植物が栄養塩制限、遅い植物が光制限になる傾向があることが把握された。(2)施肥は被食量を高める方向に・伐採は被食量を低める方向に働くこと、伐採と施肥の双方がリター分解速度を低下させる方向に働くことが明らかになった。(3)生産性は光と栄養塩勾配に強い影響を受けるが、多様性は概乱履歴に強い影響を受けることなどが明らかになった。ササ群落は流...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 2003年 -2005年 
    代表者 : 小川 滋, 森山 聡之, 蔵治 光一郎, 大槻 恭一, 高木 正博, 柴田 英昭
     
    A.「森林流域水収支データベースの公開と流域気象環境モニタリングデータの公開と解析」に関して以下の研究を行った.1.全国レベルの長期モニタリングのための森林環境計測体制の整備と維持過去3期にわたって観測されてきた全国大学演習林における水・物質循環の観測を継続し、広域モニタリングの長期間継続観測を維持した.必須条件として、既存の流域単位の雨量・流量・水質観測を基礎情報とし、全演協物質動態観測研究の維持とウェザーステーションにおける気象観測の計測システムによるモニタリングデータの公開を行った(全国森林気象データベース,水文データベース,水質データベース).2.水循環観測データの情報公開システム観測データの継続的な登録・公開を行った.水循環に対する森林の機能を空間的枠組みから説明するための空間情報に位置づける地理情報システムを公開している.さらに,ILTER参加への展開として、XMLデータベースおよびXMLサーバをデータベースサーバー上にデータベースとして,「生態系データベース」を公開した.3.これらのデータベースは,全国大学演習林協議会でLTFHR運営委員会を組織し,環境モニタリングのなかの全演協LTFHRデータベースとして,「全国森林気象データベース」,「水文データベース」,「水質データベース」,「GISデータベース」,「生態系データベース」が,全演協ホームページの環境モニタリ...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(C))
    研究期間 : 2003年 -2005年 
    代表者 : 大手 信人, 杉本 敦子, 大手 信人, 高木 健太郎, 柴田 英昭, 木庭 啓助, 徳地 直子
     
    森林流域からの一酸化二窒素(N_2O)・メタン(CH_4)の吸収・放出と,その制御要因としての水文過程に焦点を当て,滋賀県南部の桐生試験地において観測を行った.CH_4に関しては,流域内の湿地とその周辺,N_2Oは源頭部小流域においてそれぞれガス態と地下水溶存態の濃度を測定した.また,CH_4の炭素安定同位体比の測定を実施した.この結果以下のことが明らかになった.1.土壌水分量の少ないヒノキ林の土壌では年間を通じてメタンの吸収を,湿地土壌は年間を通じて放出を示していた.夏期,湿地でヒノキ林における吸収量を大きく上回るような放出が起こることが明らかになった.2.地温と地下水位の変動に伴って土壌中の酸化還元状態が変化し,メタンの生成・放出が制御されていることが示された.吸収過程には主として土壌水分条件が影響していることがわかった.3.湿地における地下水中の溶存CH_4とCO_2の炭素安定同位体比の季節変動はよく一致しており,主なCH_4の起源が有機物の分解の結果供給されたCO_2であることが示された.4.N_2Oは,主に飽和地下水帯縁辺部において,DOC供給が豊富なところで生成されていることが明らかになった.この部分は通常嫌気的であるので,N_2Oの生成は脱窒によるものと考えられた.地下水帯の中央深部ではN_2O濃度が大気平衡レベルよりも低く,N_2Oへのさらなる還元が進んでいる...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(C))
    研究期間 : 2003年 -2003年 
    代表者 : 本間 航介, 榎木 勉, 柴田 英昭, 蔵治 光一郎, 中静 透, 徳地 直子
     
    森林生態学など時空間的にスケールの大きい現象を扱う分野では、動態解析の対象とする時間スケールが100年〜1000年単位まで拡大する傾向にある。また近年、「episodic(希な、突発的な)イベント」や「間接効果」といわれる反応の連鎖が生態系全体の動態に大きな影響を及ぼすケースが次々に発見されており、これらを解析するための長期大面積調査やネットワーク研究が調査手法の重要な部分を占めるようになっている。欧米やアジアの各国では、10年〜30年ほど前からLTER (Long-Term Ecological Research)といわれる(戦略的)研究システムが多数稼働しており、人材の集中配置と継続的な予算投入により長期、大面積の生態系動態解析を可能にしている。ところが、日本の研究システムの中にはこうしたラージスケールの動態解析を行う本格的システムは存在しなかった。そこで、この企画調査研究では、日本とその周辺地域にLTERの国際基準を満たす環境解析能力を持った研究システムを構築し、国際ネットワークにリンクさせるための具体的手法を集中的に議論した。平成15年6月に、東京大学農学部附属科学の森教育研究センター愛知研究林にて第一回全体会議を開催し、大学演習林を母体として長期大規模研究ネットワークを構築するための組織JERN (Japan Ecosystem Research Network)を...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 2001年 -2003年 
    代表者 : 柴田 英昭, 植村 滋, 吉岡 崇仁, 大手 信人, 高木 健太郎, 吉田 俊也
     
    陸上生態系における植生や土地利用の違いが陸域から湖沼にかけての溶存成分動態に及ぼす影響を調べるために、北海道北部に位置する朱鞠内湖集水域において、異なる特性を持つ実験流域における植生環境や水質環境に関する研究を行った。自然生態系における植生の分布は、地形の違いに原因する土壌水分環境と密接な関係にあり、河川中流から河畔にかけて存在する湿地林は土壌から河川にかけての水質形成に重要な役割を果たしていることが明らかとなった。湿地を通過した地下水や河川水には有機物の分解過程で生じる溶存有機炭素や溶存有機窒素が豊富に含まれるのに対し、無機態窒素である硝酸態イオンは湿地における微生物や植生の働きで除去される傾向にあった。また、酪農を主体とする農地流域では施肥や家畜糞尿に由来する窒素やリンが多量に河川へと流出し、森林や湿原といった自然生態系流域からの負荷よりも明らかに多量な栄養塩類が湖へと流入している実態が明らかとなった。湖内では降水や融雪といった流入河川の水文化学的プロセスと湖内での生物地球化学的プロセスの影響によって溶存成分濃度に特有の鉛直プロファイルが認められた。既往の植生分布データやGIS解析および現地水文水質観測を組み合わせることによって実現した本研究の成果は、さまざまな生態系を含有する広域複合集水域系における溶存成分動態を明らかにするためのモデル研究として位置づけることができ、今...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 2001年 -2002年 
    代表者 : 柴田 英昭, 上田 龍四郎, 笹 賀一郎, 小池 孝良, 山本 晋
     
    森林の地上部現存量の推定は、世界最高水準の生産生態学に基礎をおいた精度の高い数値が示されたが、森林生態系の純生態系生産量(NEP)の厳密な推定にはいたっていない。これは、森林の、特に土壌からのCO_2放出量の計測例に乏しく、具体的な数値が得られていない事が原因である。広く用いられてきたアルカリ吸収法(桐田のスポンジ法)では、強制的にCO_2を吸収し、結果的には過小評価につながるし、通気法では測定機器が高額であったり商業電源が不可欠であるなど、測定方法の改善が待ち望まれている。そこで、無電源地帯における森林生態系の純生態系生産量(NEP)の比較的精度の高い土壌呼吸速度の測定を可能にする機器の開発を意図する。これまでに開発を進めてきた携帯型6点式二酸化炭素濃度自動測定装置が一応の完成を見たので、これを基礎に、空気圧を利用した開閉装置付きチェンバーとの合体により、数多く測定の実施できる土壊呼吸の連続測定装置を作製することを最終的な目的とする。AC電源使用の自動計測型の土壌呼吸速度測定装置は、北欧で既に開発され、実用化されている。しかし、分析できるチェンバーの数が少なく、北欧の針葉樹単純林での計測には適していても、北海道のように針広混交林を対象にした測定にはほど遠い。携帯型の土壌呼吸測定装置がようやく市販されたが、輸入品であり高額で有るばかりでなく、連続測定が今案である。このように、...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(特定領域研究(B))
    研究期間 : 1999年 -2001年 
    代表者 : 小池 孝良, 田中 夕美子, 村上 正志, 柴田 英昭, 日浦 勉, 高木 健太郎
     
    光合成速度のピークは6月下旬で8-16umol・m^<-2>s^<-1>低下は樹種に特徴的。CO2付加では針葉樹材の細胞内腔が増加した。成熟林の1998〜2000年の現存量成長量は0.44、0.60、0.48tC・ha^<-1>yr^<-1>であった。総胸高断面積は32322.8m^2、平均胸高断面積は14.4m^2・ha^<-1>であった。総現存量は59626.9tC、平均現存量は26.6tC・ha^<-1>であった。1999〜2001年の平均NEPは258 gC m^<-2> y^<-1>土壌から大気へ放出される炭素フラックスは平均580 gC m^<-2> y^<-1>でNEPの二倍以上を示した。GEPは838 gC m^<-2> y^<-1>でありGEPに占めるNEPの割合はおよそ30%であった。幹呼吸量は土壌呼吸速度の11〜20%に相当した。GEPの算出に幹呼吸を入れると929 gC m^<-2> y^<-1>となり、樹木葉(含枝呼吸)の総光合成速度に相当した。リタートラップによると土壌還元量は三年間平均で118 gC m^<-2> y^<-1>であり、GEP(929 gC m^<-2> y^<-1>)の約13%であった。枯死による炭素還元量は79 gC m^<-2> y^<-1>であった。地上から地下部への炭素転流量は549 gC m^<-2> y^<-1>であっ...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(A))
    研究期間 : 1999年 -2001年 
    代表者 : 笹 賀一郎, 野村 睦, 柴田 英明, 佐藤 冬樹, 戸田 浩人, 蔵治 光一郎
     
    本研究の主な成果は、以下のようである。1.全国大学演習林の約40観測流域において酸性降下物の状況や林内雨・樹幹流・土壌水・渓流水などのモニタリングを継続し、共通した基礎的データの蓄積をすすめた。これらのデータの蓄積により、流域スケールでの水分動態や物質動態の把握および渓流水質の形成機構や森林影響の定量的解析と広域比較をおこなうための情報が拡大した。2.流域における水分動態や酸性降下物動態のモニタリングに加えて、土壌の酸性化が落葉の分解速度や土壌微生物のバイオマス量にあたえる影響の研究や土壌通過水の深さ別水質変化と季節変動に関する研究・森林土壌の酸性度緩衝能や窒素無機化能をはじめとした生物地球化学的性質に関する研究・流域における炭素収支に関する研究などもおこない、研究内容の拡充がはかられた。3.とくに、流域における窒素の動態に関しては、本モニタリングの推進母体である「森林域酸性降下物動態研究会」の中にもうけたP1「平水時における窒素流出の全国比較」・P2「出水時における窒素流出特性の流域間比較」・P3「森林流域における土壌窒素無機化能の広域比較」の活動を強化し、地域変異の概要を把握した。4.流域情報の公開をめざし、WWW公開型データ・ベースの構築をおこなった。本WWW公開型データ・ベースに検索機能をもたせたことと、各大学演習林からインターネットを経由してデータの直接入力を可能と...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 1999年 -2001年 
    代表者 : 波多野 隆介, 柴田 英昭, 佐藤 冬樹, 秦 寛, 倉持 寛太
     
    今後、人口の増加に伴い人間活動による窒素循環の拡大が地域環境、地球環境に大きなインパクトを与えると予測されている。亜酸化窒素放出の増加による地球温暖化、アンモニア沈着による酸性化、硝酸流出による水汚染、窒素負荷による多様性への影響など、窒素循環に関わる問題である 本研究は流域複合生態系における窒素循環と河川、大気への流出を評価し、最適な栄養元素管理方法を構築することを目的に、1)流域複合生態系における窒素循環の水環境へのインパクト、2)窒素降下物が森林土壌に及ぼす影響、3)複合生態系における温室効果ガスの動態について検討した。農地における余剰窒素、地域の廃棄窒素は、河川水質の決定因子であり、その評価には、窒素フローモデルは極めて有効な手法であった。流域の複合生態系における窒素フローは土地利用により独立した負荷の構造を作り出していた。流出は降雨融雪期に集中しており、降雨10日前に施与された窒素が主に流出していた。畜産、酪農、食糧消費で生じた糞尿は植物栄養資源として利用可能であるが、その資源化過程が不適切であることにより環境負荷が生じていた。アンモニア揮散は森林生態系を酸性化し、河川流出は沿岸生態系の富栄養化するが、その程度は土壌により異なり、酸性化はカルシウムにより、富栄養化はケイ素により律せられる。これらの元素を供給する土壌生成過程の重要性が指摘された。北海道では、世界のなか...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(C))
    研究期間 : 1999年 -2001年 
    代表者 : 佐藤 冬樹, 野村 睦, 野村 睦, 柴田 英昭, 笹 賀一郎
     
    森林流域内で生成する水溶性有機物は、強い酸緩衝能力を持つとともに、土壌中の金属と有機・無機複合体を形成し河川水中に流出する。この有機-無機複合体は海藻の栄養分である鉄を含み、森林から沿岸までのエコシステムを連続的に考察する場合の重要因子である。本研究では北海道北部の森林地域を対象に、山地原頭部流域における水溶性有機物の生成状況と各種の有機-無機イオンや重金属の動態、および河川を移動する過程での溶存物質の動態に焦点を当て、水文学的調査も重ね、試験流域による定点観測と大河川を対象とした移動観測を実施した。積雪寒冷地である対象地域の森林の流域では、融雪増水期-夏期渇水期-秋季増水期-冬期渇水期といった流量の季節変動が見られる。今回の調査では、森林から生態系に必要なFeが有機・無機複合体として河川に供給されていることが明確になった。しかし、融雪期における硝酸イオン・硫酸イオンのフラッシュアウト、秋雨期のAl有機コロイドの溶出など、環境面にはマイナスである現象も見られた。富栄養化の原因となる硝酸イオンが冬期に森林土壌中に蓄積されやすいこともこの研究で確認した大きな特徴である。これは積雪のため土壌中の微生物の活動が保護されるためである。また、森林伐採・掻き起こしなどの施業が土壌の温度条件を改変し、微生物活動に影響し、硝酸化成増加をもたらす可能性、ひいては下流域にも環境変化を引き起こす可能...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 1999年 -2001年 
    代表者 : 小池 孝良, 植村 滋, 船田 良, 日浦 勉, 伊豆田 猛, 笹 賀一郎, 安江 恒, 柴田 英昭, 植村 滋, 船田 良
     
    深刻化する温暖化環境のなかで伐採や山火事など撹乱の危機に瀕しているのが、東ユーラシア大陸から我が国にかけて広がる明るいタイガと呼ばれるカラマツ類を中心とした森林である。温暖化低減の役割が森林に求められるなかで、一時期はC4植物の可能性も検討されるほど高い光合成能力を持つカラマツ類森林の機能評価が急務である。この目的を達成するために、東シベリアから中国東北部に広がる永久凍土地帯に発達したカラマツ林に試験地を持ち、長年に渡る調査を実行してきたロシア・科学アカデミー・スカチェフ森林研究所と中国・黒龍江省にある東北林業大学の協力を得て、現地調査を実施した。ロシアでは南北斜面に成立したカラマツ林の生理生態学的特性をガス交換能力から推定し、土壌呼吸も含めて温暖化のもたらす植生変化の予想を行った。その結果、温暖化が進行すれば乾燥耐性のあるスノキ類が増え、マツ類やビャクシンなどが侵入するが湿潤環境を好むトウヒ類は消失する、と予想した。中国の東北林業大学周辺は凍土南限地帯に位置する。このため固定試験地を確保し長期モニタリングの基礎を築き、森林のCO2フラックス研究を関始した。南限の変化からより精度の高い森林の応答機能を評価できる。一方、シベリアカラマツを中心に制御環境で材料を育成し、木部形成に及ぼす高CO2の影響を評価した。これによると肥大成長は栄養塩が十分にあるときのみ加速されるが細胞壁の肥...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 1999年 -2000年 
    代表者 : 小池 孝良, 柴田 英昭, 窪田 順平, 笹 賀一郎, 上田 龍四郎
     
    地球温暖化が懸念されて久しい。世界各地の生態系でCO_2のシンク・ソース能の評価が試みられている。巨大な炭素貯蔵器官としての幹を持つ森林での測定例が極めて限定されているのが現状である。本展開研究は、これらの困難な条件を克服し、さまざまな森林でのCO_2濃度の季節変化を現地で簡便に測定する事のできる安価で簡便な手法の開発した。これまで開発を進めてきた一般の電源方式のCO_2濃度測定装置を無電源地帯用に改良し、6点式自動サンプリング装置付きのCO_2サンプリング、分析装置を制作した。今年度は、このシステムをさまざまな条件の森林に設置し、実用化の方法を模索した結果、問題点は、サンプリング部分と本体のシーリングである。風雨にさらされる野外環境に設置するため、完全な密封が要求される。この点の克服が課題として残った。カラマツ樹冠内の測定と落葉広葉樹林について10月に計測を終了し、良好な結果を得た。しかし、販売はこれからの課題である。
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(B))
    研究期間 : 1999年 -2000年 
    代表者 : 笹 賀一郎, 野村 睦, 植村 滋, 佐藤 冬樹, 柴田 英昭
     
    本研究の主な研究成果は、以下のようである。1.サハリンには、チシマザサとクマイザサ・ミヤコザサの3種のササが存在することが確認された。チシマザサとクマイザサは少積雪地および表土凍結地への侵入が不可能であり、厳冬期環境指標として有効であることが確かめられた。なお、ミヤコザサの分布については、サハリン州における最初の確認となった。2.サハリン州における積雪内のカチオン組成は、北海道北部の無立木地の状況とほぼ同様であることが確かめられた。また、冬期におけるカチオン等の化学成分の動態に、森林の堆雪機能が大きく影響していることも確かめられた。3.積雪状況については、北海道北部の積雪のほとんどが「しまり雪」であるのに対して、サハリン州では多くが「しもざらめ」に変化している状況が観察された。また、表土凍結の防止に必要な積雪深は、北海道北部で50cmであるのに対して、サハリン州では1m以上であることが確認された。4.北海道北部の季節凍土発生流域における日平均流出高は0.13mm/dayを下回らなかったのにたいして、サハリン州では季節凍土の非発生流域で0.13mm/day・季節凍土発生流域では0.08mm/dayとなっていた。また、当初に多かった季節凍土非発生流域の流出高が厳冬期初頭に入れ替わり、季節凍土発生流域の流出高より少なくなっていく現象が、サハリンと北海道北部の両地域において確認された...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(国際学術研究, 基盤研究(A))
    研究期間 : 1998年 -2000年 
    代表者 : 甲山 隆司, Turner Ian, 柴田 英昭, 東 昭雄, 中静 透, 鈴木 英治, 工藤 岳, 大崎 満, 小林 繁男
     
    東南アジアの熱帯低地多雨林は,有機物蓄積量でも,一次生産速度においても,もっとも巨大な生態系である.この自然生態系は人間活動により急激に変貌しつつあり,さらに大気二酸化炭素濃度の上昇と気候変化に対応して生態系諸機能の加速的変化を遂げつつある.したがって,熱帯多雨林の変化過程を高い精度で追跡観測することは,地球環境の変化を予測していく上できわめて重要な課題である.本調査は,すでに典型的な気候極相である低地混交フタバガキ林および貧栄養な立地上に成立する内陸泥炭湿地林・ヒース林に設定されている永久調査区を対象として,森林動態パラメータの変化を観測し,熱帯低地多雨林における有機物空間パターンの変容過程を抽出することを目的とした.主なフィールド調査は,ボルネオ島南部中央カリマンタン州のヒース林と泥炭湿地林で実施した.同州都パランカラヤ市周辺に散在する保護区域内のヒース林と泥炭湿地林に設置した1ヘクタール規模の永久調査区を調査対象として,一連の環境・森林生態系調査を実施した.とりわけ,1997年のエルニーニョによる乾燥影響が把握できるデザインとなった.また,すでに1992年来設定している西カリマンタン州ランダック川中流部のスリンブの混交フタバガキ林の追跡データから,森林のギャップ動態・サイズ分布動態を再現するモデルを提出した.さらに,本研究では,マレーシア領サバ州のキナバル山の植生と,サ...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(奨励研究(A))
    研究期間 : 1998年 -1999年 
    代表者 : 柴田 英昭
     
    森林生態系における物質準過程における土壌中の物質動態を明らかにするために、北海道北部に位置する北海道大学農学部附属雨龍地方演習林内のM-1実験流域内において土壌溶液組成、土壌水分ポテンシャル、土壌体積水分率ならびに気相中のpCO_2濃度を経時観測した。調査地域は多雪寒冷地域に位置しており、年間降水量のおよそ半数が降雪として供給される。通年にわたる土壌溶液組成ならびに土壌内水収支の解析により、当該地域における年間スケールでの土壌内物質動態を考える上で積雪-融雪過程が非常に重要な役割を担っていることが明らかとなった。厳冬期間は積雪によって土壌表面の通気性が低下することによって、土壌気相中のpCO_2濃度が高まり、その結果土壌溶液中の溶存無機炭素濃度が上昇することが示唆された。融雪期における土壌への多量の融雪水の供給は土壌溶液のイオン濃度低下させると共に土壌から多量の物質を根圏下から溶脱させていた。融雪期における土壌系での物質収支解析によって、土壌から正味放出した物質量は無雪期のそれらと比較して非常に大きく、とりわけNa、Mg、CaおよびCl、SO4では融雪期の正味流出量は年流出量のおよそ60〜95%を占めていた。CaやMgといった塩基性カチオンは土壌表面でのイオン交換ならびに一次鉱物の風化によって液相中に放出されたものと考えられた。土壌からの塩基性カチオン流出量は土壌の酸性化速度...
  • 文部科学省:科学研究費補助金(基盤研究(C))
    研究期間 : 1998年 -1999年 
    代表者 : 大手 信人, 小杉 賢一朗, 小杉 緑子, 柴田 英昭, 徳地 直子, 杉本 敦子
     
    平成10年度,実施計画に基づき,滋賀県南部の花崗岩山地に位置し,植生発達段階が異なる3流域における水質と生態学的物質循環量のモニタリングを行った.この結果,以下のことが明らかになった.1)森林の発達に伴い,土壌浸透過程において生物的なH^+の供給量が増加した。対象とした3流域では,供給されたH^+がある一定のH^+濃度になるまで消費されるのに十分な化学的風化のポテンシャルと,水の滞留時間が存在することが示された。また,そのような条件を満たしている流域では,森林が発達し生物活性が高まるにつれ,土壌中のH^+供給源であるCO_2濃度を上昇させ,化学的風化を促進し,アルカリ度を高め,地下水の湧出・脱気後の渓流水pHをより高める効果があることが示された。2)H^+供給源・消費源の分布の変化も観察された。森林が発達するにつれ,特に表層土壌中における生物起源のH^+供給量が増加した。その結果、表層で供給されたH^+が表層土壌層中で消費しきれなくなり,一部は下層土壌層で消費されるようになることが明らかになった。また,これらの観測結果を受けて,平成11年度,データの整理との主要な水質制御要因の抽出を行った.この結果以下の成果を得た.H^+の消費過程として重要な浸透中の風化現象に関し,風化過程で生成されるSiO_2濃度を指標とし,溶解速度と水-鉱物接触時間を制御する要因に着目して,山地源流域に...
  • Biogeochemical Processese in Forest Ecosystem

教育活動情報

主要な担当授業

  • 大学院共通授業科目(一般科目):自然科学・応用科学
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 修士課程
    開講学部 : 大学院共通科目
    キーワード : 生態学、北方生態系、北海道、植物、動物、昆虫、魚類、森林、山岳、ツンドラ、沿岸、河川、湿原、相互作用、外来種、野生作物、気候変動 ecology, northern ecosystem, Hokkaido, plants, animals, insects, fishes, forest, mountain, tundra, seacoast, river, wetland, interaction, invasive species, field crop, climate change
  • 北方生態系の生物多様性基礎論
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 修士課程
    開講学部 : 環境科学院
    キーワード : 生態学、北方生態系、北海道、植物、動物、昆虫、魚類、森林、山岳、ツンドラ、沿岸、河川、湿原、相互作用、外来種、野生作物、気候変動 ecology, northern ecosystem, Hokkaido, plants, animals, insects, fishes, forest, mountain, tundra, seacoast, river, wetland, interaction, invasive species, field crop, climate change
  • 実践農学総論
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 修士課程
    開講学部 : 農学院
    キーワード : 植物病害防除、ウィルス、農薬、ヘルスフード、窒素循環、環境負荷低減畜産、農業気象災害、農業経営モデル
  • 森林圏科学特論Ⅰ
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 修士課程
    開講学部 : 環境科学院
    キーワード : 森林の種類と分布、森林空間、環境保全機能、森林保全、資料作成方法、発表方法、ディスカッション forest type, forest distribution, environmental conservation, forest management, oral presentation
  • 環境科学総論
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 修士課程
    開講学部 : 環境科学院
    キーワード : 環境科学、持続可能な開発目標(SDGs)、気候変動、環境保全、異なる立場の理解、キャリアパス、大学院
  • 森林空間機能学
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 農学部
    キーワード : 森林、環境保全機能、生物多様性保全、野生生物保全、土地利用、流域保全、森林利用
  • 森林空間機能学演習
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 農学部
    キーワード : 森林の種類と分布、森林空間、環境保全機能、森林保全、資料作成方法、発表方法、ディスカッション
  • 一般教育演習(フレッシュマンセミナー)
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 全学教育
    キーワード : フィールド、体験型、環境科学、自然、産業
  • 国際交流Ⅱ
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 国際本部
    キーワード : Ecosystem conservation, Sustainable bioproduction, Biodiversity, Material cycling, Harmonizable relation between human and environment
  • 英語演習
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 全学教育
    キーワード : 生態系保全、持続的生物生産、生物多様性、物質循環、人間環境共生系
  • General Education Seminar
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 総合教育部
    キーワード : 生態系保全、持続的生物生産、生物多様性、物質循環、人間環境共生系
  • General Education Seminar
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 現代日本学プログラム課程
    キーワード : 生態系保全、持続的生物生産、生物多様性、物質循環、人間環境共生系

大学運営

学内役職歴

  • 2020年4月1日 - 2022年3月31日 北方生物圏フィールド科学センター 副センター長

委員歴

  • 2019年09月 - 現在   International Long-Term Ecological Research Network (ILTER)   Chair
  • 2017年05月 - 現在   日本長期生態学研究ネットワーク(JaLTER)   代表
  • 2015年04月 - 現在   森林立地学会   学会誌「森林立地」編集委員
  • 2011年05月 - 現在   生物地球化学研究会   役員
  • 2022年01月 - 2023年12月   日本陸水学会   評議員地区委員
  • 2016年12月 - 2020年12月   北海道環境審議会   専門委員
  • 2016年10月 - 2019年09月   International Long-Term Ecological Research Network (ILTER)   Co-Chair(共同議長)
  • 2014年01月 - 2017年12月   日本陸水学会   評議員地区委員
  • 2014年12月 - 2017年10月   International Long-Term Ecological Research Network (ILTER)   Chair of Science and Program Sub-Committee
  • 2015年05月 - 2017年05月   日本長期生態学研究ネットワーク(JaLTER)   副代表
  • 2008年01月 - 2014年03月   全球陸域研究計画(Global Land Project)   国際科学委員(Scientific Steering Committee)   全球陸域研究計画
  • 2008年 - 2014年   日本生態学会   大規模長期生態学専門委員
  • 2011年 - 2013年03月   日本陸水学会   欧文誌「Limnology」編集委員
  • 2012年 - 2013年   日本学術会議   特任連携会員
  • 2006年 - 2010年   日本森林学会   欧文誌「Journal of Forest Research」編集委員   日本森林学会
  • 2006年12月 - 2009年03月   日本長期生態学研究ネットワーク(JaLTER)   事務局長
  • 2006年 - 2007年   日本土壌肥料学会   欧文誌「Soil Science and Plant Nutrition」編集委員   日本土壌肥料学会
  • 2003年 - 2005年   日本生態学会   欧文誌「Ecological Research」編集委員   日本生態学会
  • 1999年 - 2004年   環境科学会   「環境科学会誌」編集委員   (財)環境科学会和文誌「環境科学会


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