研究項目A03
平成２１年度研究成果

研究実績および関連論文リスト

研究実績

 

研究実績の概要

A03-P08

　本研究課題の最終目的は、越境大気汚染物質であるエアロゾルが樹木の生命現象に与える影響を実験的に解明することである。そこで、樹木の葉表面および内部におけるエアロゾルの吸収と吸着状態を、各種顕微鏡を用いて可視化し、樹木の成長や生理学的機能との関連性と樹種間差異を明らかにする。平成21年度は、葉の表面構造を網羅的に解析することと、人為的に曝露したブラックカーボン粒子をナノレベルで可視化する技術の確立を目標とした。

　葉の表面構造を、レプリカ法を用いて網羅的に解析したところ、葉の凹凸の大きさや毛状突起の有無やその形態などが樹種により大きく異なっていた。また、気孔密度や気孔開孔面積にも樹種による大きな違いが認められ、葉の表面構造の違いはエアロゾルの吸収・吸着特性に影響を与えると考えられる。

　エアロゾル粒子の吸収・吸着機構を解明するための手法の確立を目的として、複数の常緑広葉樹の葉に直径100 nmに調整したブラックカーボン粒子を人為的に曝露し、電界放射型走査電子顕微鏡（FE-SEM）を用いて可視化を行った。FE-SEM により、葉の表面に様々なサイズの粒子が観察された。それらの中で、サイズが約50～100nm の粒子が観察された。噴霧したカーボン粒子のサイズは、直径100nm になるように調製したことから、これらの粒子は噴霧したカーボンであると考えられる。また、粒子の形状や集合状態からも、葉表面に存在する様々な粒子との区別が可能であった。葉の表面には、非常に多くのカーボン粒子が凝集したものやカーボン粒子が円状に配列する様子が観察され、曝露条件によりカーボンの葉への吸着状態が異なっていた。今回の結果から、低加速電圧を用い、表面構造を高分解能で観察可能なFE-SEM は、カーボン粒子の葉表面における分布を可視化する上で有効な方法であるといえ、ナノサイズのブラックカーボンの可視化技術を確立した。

A03-P09

　近年、東アジアにおけるエアロゾルによる越境大気汚染とその生態系影響が懸念されている。しかしながら、エアロゾルが植物に及ぼす影響はまったく解明されていない。そこで、本研究においては、東アジアの代表的な樹種に対するエアロゾルの影響を実験的に解明することを目的とした。

　2009年5月8日に、鹿沼土を詰めた2 Lポットにブナ、スダジイ、スギ、カラマツの苗木を1個体ずつ移植した。2009年6月1日に、各樹種の苗木をエアロゾル曝露チャンバー内に配置し、育成した。ブラックカーボン曝露を行わないコントロール区とブラックカーボン曝露を行うブラックカーボン曝露区を設定した。樹木へのブラックカーボンの曝露は、2009年6月13日から開始し、2日に1回、8:00〜9:00の間に、静電噴霧法(10分間)と超音波噴霧法(5分間)で行なった。8月と10月に採取した葉の表面におけるブラックカーボン粒子の沈着状態を観察した結果、4樹種の葉表面にブラックカーボン粒子の沈着が確認できた。いずれの樹種においても、12月における個体乾重量に対するブラックカーボン曝露の有意な影響は認められなかった。8月においては、いずれの樹種においても、光飽和条件下における純光合成速度、蒸散速度、水蒸気気孔拡散コンダクタンスおよび葉温に対するブラックカーボン曝露の有意な影響は認められなかった。10月においては、ブナ、スダジイおよびアカマツの純光合成速度にブラックカーボン曝露の有意な影響は認められなかったが、比較的弱光条件下におけるカラマツの純光合成速度がブラックカーボン曝露によって有意に低下した。以上のように、一成長期にわたるブラックカーボン曝露は、4樹種の個体乾物成長や葉のガス交換速度などに著しい影響を及ぼさないことが明らかになった。なお、ブラックカーボンの曝露実験は、平成22年度においても継続する予定である。

A03-P10

　八王子市郊外にある農工大の里山を利用した実験実習施設の森林において高さ３０ｍの観測タワーを中心にエアロゾルの乾性沈着量を評価する目的で、フィルターパック法による大気中の濃度勾配観測、種々の高度における実葉を採取しその葉面を洗浄による葉への乾性沈着量の実測、および種々の高度に設置したセルロースフィルターを模擬葉として用いその表面への乾性沈着の実測を行った。

　ブラックカーボンの諸成分のうち健康影響と関連の深い４環および５環の多環芳香族炭化水素の林外、林内濃度の解析から、森林樹冠により少なくとも５種の当該物質が捕集効率２０〜３０％で捕捉されていることが認められ、捕捉効率と疎水性との関連が示唆された。エアロゾル状の酸性物質については林外、林内でのはっきりとした濃度差は認められなかった。関連するガス成分では、酸性ガスは森林樹冠による捕捉が認められ、水溶性との関係が窺われ、葉面の湿潤状態との関係が考えられた。

　エアロゾルの硫酸イオン成分について濃度勾配を繰り返し実測したが一定のプロフィールを得ることができなかった。また、実葉への沈着量の高度分布も一定の傾向が得られなかった。しかし、模擬葉の実験では地表に近づくに従い沈着量の減少傾向が認められた。さらに同一高度において種々の方向に配置した模擬葉による観測から、一定の方向依存性が認められた。これらは気象条件等の変化によるものと解釈している。

　オープンパスFTIR分光法によるエアロゾル前駆体ガスの測定の予備実験として、メタンなど４種のガスの森林樹冠上での測定方法を現場で検討し、本観測に向けての測定設備の開発のスペック等の情報を得ることができた。

A03-P11

 　平成21年度は、東アジアの熱帯、温帯、寒帯にそれぞれ属したサケラート(タイ)、北佐久(長野)、天塩(北海道)の森林調査地点と真瀬(茨城)の対照調査地点(水田)でエアロゾル沈着の測定を実施した。さらに、同研究項目（植物影響班）においてブラックカーボン(BC)の樹木への暴露実験が行われていることを踏まえ、フィールドにおいてBCの沈着を測定する手法の検討を行った。

　北佐久、天塩、真瀬において、濃度勾配法によるエアロゾルフラックスの集中観測を実施した。いずれの植生においても、エアロゾルフラックスは概ね沈着の傾向を示し、粒子生成等に起因する顕著な放出は見られなかった。北佐久において観測された硫酸塩粒子の沈着速度を解析した結果、森林のエアロゾル沈着メカニズムは草地とは大きく異なることが示唆された。さらに、森林へのエアロゾル沈着推計に適したパラメタリゼーションを選定することができた。サケラートでは、平坦で一様な乾燥落葉林に観測鉄塔等の設備を整備し大気観測を開始すると共に、集水域をもつ乾燥常緑林において集水域調査を実施した。大気観測の項目は、気象、微気象、エアロゾル成分濃度(無機イオン、重金属、BC)である。また、林内雨林外雨法を応用したBC沈着量測定法を検討した。林内雨と林外雨でBC沈着量の明確な差が見られ、本手法でBC沈着量が推計可能であることが分かった。東アジアにおいて植生表面へのエアロゾルフラックス観測は、これまでほとんど実施されておらず、貴重な知見とデータを蓄積しつつあるといえる。

関連論文リスト　(謝辞に「科研費による」との記載がないものも含む)

原著論文

佐野雄三 (2009). 広葉樹材における管状要素間壁孔の構造と機能, 木材学会誌, 55, 119-128. 

Zhang, C., Abe, H., Sano, Y., Fujiwara, T., Fujita M. and Takabe, K. (2009). Diffusion pathways for heartwood substances in Acacia mangium. IAWA Journal, 29, 37-48. 

Lenggoro, W. (2009). 液中ナノ粒子のエアロゾル化による材料の評価および粒子集積化(フロンティア研究シリーズ), 粉体工学会誌, 46, 114-118. 

Naim, M. N., Bakar, N. F. A., Iijima, M., Kamiya, H. and Lenggoro, I. W. (2010). Electrostatic deposition of aerosols generated from an aqueous nanopowder suspension on a chemically-treated substrate. Jpn. J. Appl. Phys., in press. 

松田和秀 (2009). 東アジアにおける乾性沈着モニタリング手法の開発，大気環境学会誌, 44, 1-8. 

Hayashi, K., Takagi, K., Noguchi, I., Fukuzawa, K., Takahashi, H., Fukazawa, T., Shibata, H., Fujinuma, Y. (2009). Ammoniacal nitrogen emission from a young larch ecosystem afforested after clear-cutting of a pristine forest in northernmost Japan. Water Air Soil Pollut., 200, 33-46. 

関 圭祐, 大河内 博, 原 宏 (2010) 首都圏小規模森林生態系におけるスギとコナラの酸緩衝能と無機態窒素の流失過程, 大気環境学会誌, 45, 32-42. 

Maeshima, K., Okochi, H., Inazu, K., Hisamatsu, Y. and Hara, H.(2010) Observation of forest filter effect on particle-bound polycyclic aromatic hydrocarbons using differences in ambient ground-level concentration between the outside and inside of a forest. 大気環境学会誌 45, 43-48.

Yamashita, N., Ohta, S., Sase, H. et al. (2010). Seasonal and spatial variation of nitrogen dynamics in the litter and surface soil layers on a tropical dry evergreen forest slope. Forest Ecology and Management, in press, doi:10.1016/j.foreco.2010.01.026.  

総説・解説

佐瀬裕之, 山下尚之, 小林 亮 (2009). 東アジア酸性雨モニタリングネット   ワークによる生態影響モニタリングと熱帯地域における集水域研究，日本熱帯生態学会ニューズレター，No.74, 1-6. 

松田和秀 (2009). 大気沈着－第１講 乾性沈着－，大気環境学会誌, 44, A1-A7. 

林 健太郎 (2009). 大気沈着－第４講大気・陸域間の物質交換－, 大気環境学会誌 45, A21-A31. 

伊豆田 猛・船田 良 (2010). 東アジアにおけるエアロゾルの森林影響の解明をめざして, 北方林業, 62(3), 61-64. 

Lenggoro, W. (2010) 静電噴霧法によるナノ粒子の生成 (連載講座: 第5章ナノ粒子の乾式単位操作), 粉体工学会誌, 47, 印刷中. 

 

著書

伊豆田 猛 (2010) 植物に対する大気汚染物質の影響, 新・公害防止の技術と法規 2010 大気編 I (公害防止の技術と法規 編集委員会 編), pp.160-171, (社)産業環境管理協会. 

  

口頭発表

国際学術会議など

2009年

Naim, M. N., Iijima, M., Kuwata, M., Kamiya, H. and Lenggoro, I. W. (2009) Fabrication of nanoparticles film from an aqueous suspension by electrical-assisted deposition techniques in the liquid- and gas-phase, Proceedings of 22nd International Microprocesses and Nanotechnology Conference, Sapporo, Japan. 

Lenggoro, W. (2009) Conversion of liquid-phase nanoparticles into the gas-phase for material assessment and assembly (Keynote), National Seminar on Nano Science & Technology 2009, Indonesia. 

Matsuda, K. (2009) Current state and trend of air concentrations and constraints on dry deposition estimation in East Asia. Regional Scientific Workshop on Acid Deposition in East Asia 2009, Tsukuba, Japan. 

Sase, H. (2009) Progress and achievements on the catchment-scale analysis in the EANET countries. Regional Scientific Workshop on Acid Deposition in East Asia 2009, Tsukuba, Japan.   

 

国内学会発表など

2009年

船田 良，小林 修，安江 恒 (2009) 年輪情報を利用した北海道の森林衰退の  解析，エアロゾル・オゾン等による植物影響に関するシンポジウム，北海道    札幌市. 

黒田克史，半 智史，船田 良，佐野雄三，Wuled Lenggoro (2009) ブラック      カーボンを曝露した樹木葉面のFE-SEM観察，エアロゾル・オゾン等による植物影響に関するシンポジウム，北海道札幌市.

佐野雄三 (2009) 植物葉面の微細構造を忠実に観察するための顕微鏡技法，  エアロゾル・オゾン等による植物影響に関するシンポジウム，北海道札幌市. 

井口勇貴, 濱 尚矢, 塚田まゆみ, 神谷秀博, Wuled Lenggoro (2009) 気中に  浮遊する可溶性と不溶性微粒子の液体捕集, 化学工学会第41回秋季大会, 広島県東広島市. 

高島雪絵, 塚田まゆみ, 桑田正彦, 神谷秀博, Wuled Lenggoro (2009) 二種の金属を含むモデル排ガスの冷却・希釈過程で凝縮した粒子の計測, 化学工学会第41回秋季大会, 広島県東広島市. 

Hama, N., Funato, K., Sofyan, A., and Lenggoro, W. (2009) On-road measurement of aerosol number size distributions at the exhaust plume of passenger cars, 第26回 エアロゾル科学・技術研究討論会,岡山県岡山市. 

佐川 慎一, 玄 大雄, Nazli Naim, 飯島志行, 神谷秀博, Wuled Lenggoro (2009) 水中に分散させたカーボン粒子のエアロゾル化と基板への沈着, 第26回 エアロゾル科学・技術研究討論会, 岡山県岡山市. 

Lenggoro, W. (2009) 液中ナノ粒子のエアロゾル化と材料の評価(特別講演), 2009年電気化学秋季大会, 東京都小金井市. 

伊豆田 猛 (2009) 府中の大気はだいじょうぶ？, 府中市エコサマースクール, 東京都府中市. 

伊豆田 猛 (2009) エアロゾルの植物影響の解明を目指して, 第26回 エアロゾル科学・技術  研究討論会, 岡山県岡山市. 

伊豆田 猛 (2009) エアロゾルの植物影響研究, 第50回 大気環境学会年会,  神奈川県横浜市.

松田和秀, 藤村佳史, 林健太郎, 伊豆田 猛, 畠山史郎 (2009) 大気エアロゾル成分の植生への沈着観測, 第26回 エアロゾル科学・技術研究討論会,      岡山県岡山市. 

伊豆田 猛 (2009) 越境大気汚染と植物, 学部学科探求セミナー (開智中学・ 高等学校), 埼玉県さいたま市. 

伊豆田 猛 (2009) 樹木に対する大気汚染物質の影響, エアロゾル・オゾン等による植物影響に関するシンポジウム (北海道大学), 北海道札幌市. 

伊豆田 猛 (2009). 樹木に対する環境汚染物質の影響, 森林環境科学セミナー (東京農工大学), 東京都府中市. 

大原 信, 野口 泉, 木村園子ドロテァ, 吉田智弘, 高橋 章, 原 宏 (2009)  森林におけるエアロゾルの葉洗浄法による乾性沈着量評価, 第26回エアロゾル科学・技術研究討論会, 岡山県岡山市.

 

大原 信, 野口 泉, 木村園子ドロテァ, 吉田智弘, 高橋 章, 原 宏 (2009)  森林におけるエアロゾルとガスの乾性沈着, 第50回大気環境学会, 神奈川県 横浜市.

 

栗島 望，大河内 博，関 圭祐，宮崎あかね, 原 宏 (2009) 首都圏小規模      森林による大気中酸性物質の捕捉効果と冷熱効果(1), 第50回大気環境学会, 神奈川県横浜市.

 

関 圭祐，大河内 博，栗島 望，宮崎あかね，原 宏 (2009) 首都圏小規模       森林生態系に及ぼす酸性沈着の影響と酸緩衝作用(2), 第50回大気環境学会, 神奈川県横浜市.

 

島田隼平，大河内 博，前島幸司，原 宏 (2009) 森林樹冠による大気中多環    芳香族炭化水素の捕捉効果と乾性沈着(1) スターバー抽出/高速液体クロマトグラフィー蛍光検出法による林外雨および林内雨中PAHsの定量法の検討,    第50回大気環境学会, 神奈川県横浜市. 

高野 淳, 石井祐子, 松田和秀, 林 健太郎, 高橋 章 (2009) フィルターパック法を用いた乾性沈着測定法の開発，第80回大気電気学会研究発表会(大気電気学会誌, Vol.3, No.1, p.46), 東京都新宿区. 

小濱大輔，山形 定，村尾直人，太田幸雄 (2009). CWT 法を用いたエアロゾル吸収係数連続測定値の解析，第26回エアロゾル科学・技術研究討論会，岡山県岡山市. 

松田和秀，藤村佳史，林 健太郎，高橋 章，伊豆田 猛，畠山史郎 (2009)        フィルターパックを用いた乾性沈着直接測定法の検討，第50回大気環境学会  年会，神奈川県横浜市. 

藤村佳史，松田和秀，林 健太郎，高橋 章 (2009) 芝地におけるガス状・粒子状硫黄酸化物の乾性沈着直接測定，第50回大気環境学会年会，神奈川県横浜市. 

野口泉，山口高志，酒井茂克，松田和秀 (2009) フィルターパック法による短時間サンプリングのための対応策，第50回大気環境学会年会，神奈川県横浜市. 

太田幸雄，村尾直人，山形定 (2009) 積分球を用いた大気中の黒色純炭素濃度の測定，第50回大気環境学会年会，神奈川県横浜市. 

清水裕士，太田幸雄，村尾直人，山形 定 (2009) フィルター捕集したエアロゾルの消散係数測定装置の開発，第50回大気環境学会年会，神奈川県横浜市. 

野口 泉，山口高志，酒井茂克，松田和秀, 角皆 潤 (2009) フィルターパック法の捕集量に関する検討．第16回大気環境学会北海道東北支部学術集会，福島県福島市.

佐瀨裕之ほか9名 (2009) タイ熱帯季節林集水域における大気沈着と渓流化学性の季節変化，日本土壌肥料学会京都大会, 京都府京都市．

2010年

半 智史, 深堀未絵, 山口真弘, 黒田克史, 佐野雄三, Wuled Lenggoro,      伊豆田 猛, 船田 良 (2010) 電界放出形走査電子顕微鏡 (FE-SEM) を用いた樹木葉面におけるエアロゾルの可視化, 第60回 日本木材学会大会,宮崎県   宮崎市.

玄 大雄, Lim Fong Zyin, 井川誠司, 山口真弘, 伊豆田 猛, Lenggoro Wuled (2010) 植物用 エアロゾル曝露チャンバーにおける粒子発生システムの構築, 第12回化学工学会学生発表会, 福岡県福岡市.