研究項目A03
平成２2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、各種顕微鏡イメージング技術を用いて可視化し、樹木の成長や生理学的機能との関連性を明らかにすることが必要である。平成22年度は、ブラックカーボン粒子の可視化の方法の確立と、人為的に短期および長期暴露したブラックカーボン粒子をナノレベルで解析し、葉の表面構造との関連性を解析することを目標とした。

　日本産およびインドネシア産樹木の葉のレプリカ像を観察したところ、凹凸の大きさ、毛状突起の有無やその形態、気孔の大きさやその形態など樹種により表面構造が大きく異なっていた。気孔密度や気孔長さの違いは、エアロゾル粒子による気孔の塞がりやすさに影響を与えると考えられる。ブラックカーボンを短期および長期曝露した樹種の葉表面に、ブラックカーボン由来の50～100nmの粒子の吸着が観察された。カーボンの粒子塊は、平滑な葉面上でも毛状突起上でも同様に吸着していた。毛状突起が発達した樹種では、葉の内表面や気孔へのカーボン粒子の吸着量が影響を受けると考えられる。ブラックカーボンを長期曝露させたカラマツとスギの葉表面において、ブラックカーボンの粒子塊は葉表面の中でも特にチューブ型ワックスが疎に分布する部分に認められた。一方ブラックカーボンの粒子塊は、気孔近くのチューブ型ワックスが密に覆う部分には認められない傾向があった。チューブ型ワックスは、ブラックカーボンの沈着を防ぐ機能をもつ可能性が考えられる。針葉樹においては、気孔表面の構造的な特徴から、ブラックカーボン粒子が気孔から取り込まれにくいと考えられる。したがって、葉の表面構造の樹種間差異とブラックカーボンの葉への吸収・吸着状態の違いには密接な関連性が存在すると考えられる。

A03-P09

　東アジアの森林樹種に対するエアロゾルの影響とその樹種間差異を解明することを目的として、ブナ(Fagus crenata, 3年生)、スダジイ(Castanopsis sieboldii, 2年生)、スギ(Cryptomeria japonica, 1年生)およびカラマツ(Larix kaempferi, 1年生)の苗木に対するブラックカーボンの影響に関する実験的研究を行った。葉の表面におけるブラックカーボンの沈着状態を電界放出形走査電子顕微鏡で観察した結果、すべての樹種の葉表面に暴露由来のブラックカーボンの沈着が確認できた。2010年8月におけるブナ、スダジイ、カラマツおよびスギの光飽和条件下における純光合成速度、葉温および光-光合成曲線の初期勾配として表される光合成の光利用効率にブラックカーボン暴露の有意な影響は認められなかった。また、2010年8月におけるブナ、スダジイ、カラマツおよびスギの葉の光化学系Ⅱの最大量子収率(Fv/Fm)およびブナとスジイの葉の分光特性に対するブラックカーボン暴露の有意な影響は認められなかった。2010年11月におけるブナ、スダジイ、カラマツおよび　　スギの個体乾重量にブラックカーボン暴露の有意な影響は認められなかった。2009年6月1日から　2010年11月1日までの樹高の増加量と根元幹直径の増加量にブラックカーボン暴露の有意な影響は認められなかった。これらの結果から、2成長期間にわたるサブミクロンサイズのブラックカーボン暴露は、ブナ、スダジイ、カラマツおよびスギの成長や光合成などの生理機能などに影響を及ぼさないことが明らかになった。　

A03-P10

　本研究では、森林に対するエアロゾルの乾性沈着量の推定法による評価を基本として、実用的な評価方法を開発することを目的としている。森林では、キャノピーの多重構造や、森林環境における気象要素が林内への乾性沈着に大きな影響を及ぼすと考えられる。本研究では濃度勾配法、林内雨林外雨法、葉洗浄法、オープンパスFTIR分光法を用いて、乾性沈着の動態を把握し、定量化することを目的としている。平成22年度では、林内におけるSO42-の沈着量と気象要素の関係を解析により、実葉沈着量フラックスは、各高度における相対湿度と正の相関を示し、代理表面への沈着量フラックスは大気中の二酸化硫黄ガス濃度と正の相関があることが示された。表面状態の濡れ程度および二酸化硫黄ガス濃度が葉表面の硫黄酸化物の沈着に大きく影響していると予想された。また、森林樹冠による大気汚染物質のフィルター効果を検証したところ、ガス状のHNO2とSO2では高い効果が認められたが、粒子状物質のNO3-(p)とSO42-(p)では効果が低く、これらの物質の再飛散があることを示唆された。ブラックカーボン濃度は、樹冠高度が20 mおよび森林の上空30 mおよび25mにおいて、夕方(20時頃)に高くなる日変化を示した。濃度勾配法により、測定期間内の平均フラックス: 0.18 μg m-2 s-2、沈着速度: 20 cm s-1であった。オープンパスFTIR分光法により、地表から高度40 mまでの大気中のN2Oはほぼ均一に分布していることが示された。一方、CO2やH2Oは、CO2やH2Oは地表から10mの高さまで濃度勾配が見られ、付近での濃度が相対的に高くなっていることがわかった。今後はガス成分間、あるいはガスとエアロゾルの濃度分布の相関の観測等に応用を試みる計画である。

A03-P11

　熱帯林サイト(タイ・サケラート)において、エアロゾルの大気－森林間の動態を捉える総合的な調査を実施した。当該サイトにおいて、ブラックカーボン等粒子状炭素は、乾季に濃度が増加し、葉面に強固に付着する特徴があることが明らかとなった。林内雨林外雨および葉面付着粒子の測定をもとに推計した沈着速度は、理論値よりも大きな値を示しており、平成21年度の北佐久集中観測の結果と矛盾しない結果を得た。

　寒帯林サイト(北海道・天塩)、温帯林サイト(長野・北佐久)、水田サイト(つくば・真瀬)においても、引き続きエアロゾル成分の沈着観測を行い、データを蓄積した。いずれのサイトにおいても、十分な精度で測定できたときの微小粒子成分は沈着のフラックスを示した。特に、寒帯林サイトにおいて実施した3週間サンプリングによる長期観測から、微小粒子だけでなく低濃度の粗大粒子成分の濃度勾配(沈着フラックス)もとらえることができた。

　緩和渦集積(REA)法に基づくサンプリング装置(試作機)の開発を行った。超音波風速計のセンサー近くに吸引口を設置し、吸引したエアロゾルを、PM2。5サイクロン(VSCC)通過後に、3ライン(鉛直上向風時、鉛直下向風時、両者の中間(Dead band)のいずれかのフィルターへ捕集するよう設計した。

　本計画研究の研究成果の集約と今後の連携強化を目的として、タイの共同研究者を招聘し、2011年3月7日、北海道大学にて国際ワークショップを開催し、計13件の発表がなされた。
 A03-Ｋ8  　平成22年度は、前年度に選定した北海道内のエアロゾル濃度の異なると思われる地域(都市中心部、都市郊外および冷温帯林)における樹木に対するエアロゾルの影響を明らかにするために、エアロゾル濃度の測定および測定地域に生育する樹木の葉に対する影響について分析を行なった。エアロゾル濃度測定はフィルターパック法を用いて分析を行なった。その結果、都市中心部よりも冷温帯林ではエアロゾル濃度が低いことが明らかとなった。さらに、越境大気汚染物質の1つであるブッラクカーボンについても葉面沈着量の分析を行ない、その結果、都市部で最も高く、冷温帯林で最も低かった。都市域におけるエアロゾルやブラックカーボンは都市内部に発生源が存在するが、冷温帯林については近くに発生源がないため、越境大気汚染物質由来であると考えられる。

　エアロゾルによる樹木への影響を明らかにするために、エアロゾル測定地域に生育するカバノキ属(シラカンバおよびダケカンバ)を選定し、着葉期間中に葉を定期的に採取し、SEM-EDXにより葉の表面に付着している粒子の顕微鏡観察および元素分析を行なった。その結果、都市中心部では葉に影響を及ぼすことが報告されているエアロゾル粒子が付着していることが明らかとなった。また、都市郊外では燃焼起源と考えられる粒子も観察された。これらの粒子は都市内部から発生したエアロゾルが付着したと考えられる。一方、冷温帯林の試料では土壌粒子が多く付着していたが、植物に影響を及ぼすと考えられる粒子は観察されなかった。また、各地域の供試木の葉のクロロフィル濃度を測定したが、地域による違いはみられなかった。

　本研究の結果から、北海道内では越境大気汚染物質由来のエアロゾル粒子が樹木の葉に付着していることが確認されたが、現時点では樹木への影響はみられないことが明らかとなった。　

 

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)

平成22年度の業績リスト

１. 原著論文および総説・解説

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, 61-64.

伊豆田 猛 (2011). 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 2011    　   大気編 I (公害防止の技術と法規 編集委員会 編), pp.162-173, (社)産業環境管理協会.

伊豆田 猛 (2011). 樹木に対するオゾンと酸性降下物の影響, 生物の科学 遺伝, 65, 40-44.

Naim, M. N., Iijima, M., Sasaki, K., Kamiya, H., Kuwata, M. and Lenggoro, I. W. (2010). Electrical-driven disaggregation of the two-dimensional assembly of colloidal polymer particles under pulse DC charging, Advanced Powder Technology, 21(5), 534-541

Naim, M. N., Iijima, M., Kamiya, H. and Lenggoro, I. W. (2010). Electrophoretic packing structure from aqueous nanoparticle suspension in pulse DC charging, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 360(1-3), 13-19.

Matsuda, K., Fujimura, Y., Hayashi, K., Takahashi, A., Nakaya, K. (2010). Deposition velocity of PM2.5 sulfate in the summer above a deciduous forest in central Japan. Atmospheric Environment 44, 4582-4587.

Hayashi, K., Yan, X. (2010). Airborne nitrogen load in Japanese and Chinese agroecosystems. Soil Science and Plant Nutrition 56, 2-18.

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 (2010). 北日本における亜硝酸ガス濃度と窒素酸化物由来成分の挙動. 大気環境学会誌 45, 153-165.

渡邊陽子,渡辺 誠 (2010) エアロゾルは樹木へ影響するのだろうか？ これまでにわかっていること, 北方林業, 62, 88-91.

吉村季織，茂谷明宏，高柳正夫 (2010)．Microsoft Excelを用いたケモメトリクス計算 (3),        重回帰による定量法，日本コンピュータ化学会論文誌, 9, 109-120．

小林亜矢，小島雄紀，大河内 博，名古屋俊士 (2010). スチレンジビニル共重合体樹脂を用いた    ローボリウムエアサンプラーによる大気中ガス状多環芳香族炭化水素採取法と迅速前処理法の開発, 分析化学，59，645-652.

 

２. 国際会議プロシーディング

Gen, M., Kakuta, H., Kamimoto, T. and Lenggoro, W. (2010). Nanostructured substrates derived from aerosol nanoparticles for a tagging system with surface-enhanced Raman spectroscopy (11D-8-59), Proc. 23rd International Microprocesses and Nanotechnology Conference, Fukuoka, Japan.

Lenggoro, W., Gen, M., Zyin, L. F., Ikawa, S., Yamaguchi, M. and Izuta, T. (2010). A plant growth chamber system for the exposure to submicron aerosol particles, Proc. 13th Asia Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress, Taipei, China.

Ota S., Kimura S.D., and Hara H. (2010). Vertical profiles of particulate sulfate dry deposition for a forest canopy at FM Tamakyuryo, Proceedings of the 11th International Symposium for Environmental Issues in Korea and Japan, Kyung Hee, Korea, pp. 205-209.

Kitayama T., Otani T., Seike N., and Hara H. (2010). PMF Analysis of precipitation chemistry in East Asia, Proceedings of the 11th International Symposium for Environmental Issues in Korea and Japan, Kyung Hee, Korea, pp. 222-226.

Kurishima N., Okochi H., Seki K., and Miyazaki A. (2010). Observation of forest filter effect and cool island effect in a suburban small forest in the Tokyo area, Japan, Pacifichem 2010, Hawaii, USA.

Uchino T., Okochi H., Kojima Y., and Nagoya T. (2010). Atmospheric concentration and dry deposition of particle-bound polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in rural and mountainous areas around Tokyo, Japan, Pacifichem 2010, Hawaii, USA.

Okochi H., Seki K., and Hara H. (2010). Canopy buffering capacity and leaching process of inorganic nitrogen from the ecosystem in a small forest ecosystem in the Tokyo Metropolitan area, Pacifichem 2010, Hawaii, USA.

 

 

３. 学会口頭発表

Wuled Lenggoro, 玄 大雄, 佐川慎一, 伊豆田 猛 (2010). 植物のサブミクロン粒子曝露における液中ナノ粒子のエアロゾル化と沈着, 化学工学会第42回秋季大会.

Lim Fong Zyin, 玄 大雄, 神谷秀博, 伊豆田 猛, Wuled Lenggoro (2010). ミクロン液滴を用いたエアロゾル粒子の輸送と基板への沈着の計測, 化学工学会第42回秋季大会.

Izuta, T. (2010). Effects of air pollutants on plants, Asia Center for Atmospheric Pollution Research (ACAP) Special Seminar, Niigata, Japan.

Wuled Lenggoro, 玄 大雄, Lim Fong-Zyin, 井川 誠司, 山口 真弘, 伊豆田 猛 (2010). 植物育成チャンバーにおけるサブミクロン粒子曝露システムの構築, 第27回エアロゾル 科学・技術  研究討論会.

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). 樹木葉面に曝露したブラックカーボン粒子の可視化法の確立, 第27回エアロゾル   科学・  技術研究討論会, A16.

山口真弘, 半 智史, Wuled Lenggoro, 石田 厚, 矢崎健一, 野口享太郎, 黒田克史, 佐野雄三,   船田 良, 伊豆田 猛 (2010). 樹木の成長に対するブラックカーボン粒子の影響に関する実験的研究, 第27回エアロゾル科学・技術研究討論会, A17.

伊豆田 猛 (2010). 都会の植物は元気かな？, びっくり！エコ100選.

伊豆田 猛 (2010). 府中の大気はだいじょうぶ？, 府中市エコサマースクール.

伊豆田 猛 (2010). 植物に対する越境大気汚染物質の影響, 大気汚染による植物影響に関するシンポジウム (北海道札幌市).

渡邊陽子, 山口高志, 野口 泉, 龍田慎平, 渡辺 誠, 小池孝良, 北岡 哲, 上村 章, 久保島康行,   渡邊 忠, 黒田克史 (2010). 北海道における森林樹木の個葉に付着したエアロゾル粒子の観察,第59回日本森林学会北海道支部大会.

吉村季織，高柳正夫 (2010). Microsoft Excel の計量化学への活用，日本コンピュータ化学会 2010 年春季年会.

木村祐紀，毛利武史，大原 信，高橋 章，吉田智弘，野口 泉，木村園子ドロテア，原　宏 (2010)．森林内におけるオゾン濃度の昼夜別鉛直プロファイル, 第51回大気環境学会年会講演要旨集.

太田将伍，木村 園子ドロテア，木村祐紀，原　宏 (2010). 多摩丘陵における林内の植生に対する乾性沈着, 第55回日本土壌肥料学会.

栗島望，大河内博，宮崎あかね，原　宏 (2010). 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(2), 第51回大気環境学会年会.

小林亜矢，小島雄紀，大河内　博，名古屋俊士，原　宏 (2010). 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(3), 第51回大気環境学会年会.

中根健吾，小島雄紀，大河内　博，名古屋俊士，原　宏 (2010). 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(4)～葉表面粒子およびクチクラ中PAHsの分析とその捕捉機構～.　第51回大気環境学会年会.

内野友徳，大河内　博，小島雄紀，名古屋俊士，原　宏 (2010). 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(5)，第51回大気環境学会年会.

松田和秀, 林 健太郎, 高橋 章, 村尾直人, 野口 泉, 佐瀬裕之 (2010). 東アジアの森林における        エアロゾルの乾性沈着観測. 第51回大気環境学会年会.

藤村佳史, 松田和秀, 桜井達也, 佐藤啓市 (2010). 東アジアの森林における硫黄酸化物の大気沈着推計. 第51回大気環境学会年会.

野口 泉, 山口高志, 友寄喜貴, 松本利恵, 井上広史, 中谷泰治, 野中 卓, 桑尾房子, 林 健太郎,  松田和秀 (2010). わが国における大気中亜硝酸ガスの挙動. 第51回大気環境学会.

野口 泉, 山口高志, 林健太郎, 松田和秀 (2010). フィルターパック法のポリアミドろ紙におけるHNO3およびHNOのアーティファクト. 第51回大気環境学会.

石崎匡晃, 村尾直人, 太田幸雄, 山形 定 (2010). 統計的流跡線を用いたタイ・サケラートの大気     エアロゾルの発生源評価. 第17回大気環境学会北海道東北支部総会.

松田和秀, 三宅貴史, 林 健太郎, 高橋　章 (2010). 北佐久における温帯落葉林への硫酸塩エアロゾルの沈着速度. 第27回エアロゾル科学・技術研究討論会.

松田和秀, 藤村佳史, 村尾直人, 深澤達矢, 佐瀬裕之 (2010). タイ国サケラートにおける熱帯落葉林へのエアロゾルの乾性沈着観測. 第27回エアロゾル科学・技術研究討論会.

佐瀨裕之, ジェサダ・ルアンジャム, 山下尚之, 小林 亮, ハタイラタナ・ガリヴァイト, ボピット・キエトヴティノン, ティティ・ヴィサラタナ, 新藤純子, 林 健太郎, 松田和秀 (2010). 東アジア森林地域へのブラックカーボンの沈着動態.第27回エアロゾル科学・技術研究討論会.

林 健太郎, 小野圭介, 間野正美, 宮田 明, 松田和秀 (2010). 冬季水田における粒子状無機塩および関連ガスの交換フラックス. 日本農業気象学会2010年全国大会.

山根健一, 半 智史, 山口真弘, Widyanto Dwi Nugroho, 黒田克史, 佐野雄三, Wuled Lenggoro,   伊豆田 猛, 船田 良 (2011). 樹木葉面へ人工的に曝露したブラックカーボンの局在解析と曝露した金ナノ粒子の可視化方法の確立, 第61回日本木材学会.

新田桃子，吉村季織，高柳正夫 (2011). オープンパスFTIR分光法とタワーを用いた大気成分の高度分布測定，日本化学会第91春季年会.

 

４. 紀要・報告書

渡辺 誠, 龍田慎平, 斎藤秀之, 小池孝良, 稲田秀俊, 久保島康行, 江口将之, 渡邊陽子 (2010).         摩周湖外輪山のダケカンバ衰退に関する生理生態学的調査,日本森林学会北海道支部論文集,58, 13-16.

龍田慎平, 渡辺　誠, 伊森允一, 斎藤秀之, 小池孝良, 稲田秀俊, 久保島康行, 江口将之,             渡邊陽子 (2010). 摩周湖外輪山におけるオゾンがカンバ類２種稚樹に与える影響, オープン  トップチャンバー法による評価. 日本森林学会北海道支部論文集, 58,  21-22.

渡邊陽子 他10名 (2011). 北海道における森林樹木の個葉に付着したエアロゾル粒子の観察,     日本森林学会北海道支部論文集, 59, 57-58.

 

５. 新聞記事・テレビ放映など

     なし