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森林の二酸化炭素吸収量の測定方法
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質問

森林の二酸化炭素吸収量の測定方法

森林の吸収量が国全体とか、地球全体とかでどれくらいあるか、どうやって知ることができるのですか。
私が答えます:地球環境研究センター 温暖化リスク評価研究室研究員  伊藤 昭彦
国や地球全体の森林による二酸化炭素(CO2)の吸収は、現場レベルの観測と統計データ、モデルや衛星観測といった最近の手法を組み合わせて値を求めています。

はじめに

最近の研究では、陸上の生態系(森林や草原、農地など)は1年間に炭素量にして18億トンほどのCO2を吸収しているとされています。これは、森林破壊と土地利用変化に伴う放出分にほぼ匹敵し、人間活動によって放出される温室効果ガスの収支を考える上で重要な要因となっています。これからそれを求める方法を説明します。

炭素循環と吸収量

その前に基礎として、森林での炭素の流れを説明しておきましょう。陸上の植物は光合成によって、CO2からバイオマスを生産しています。それはやがて落葉や落枝となって地面に落ち、微生物の働きで土壌が作られます。生きている植物や微生物は呼吸によって貯めている炭素の一部をCO2として大気へ放出します。「森林の吸収能力」という場合、光合成による炭素の固定量だけを考える場合と、植物や微生物から大気中へ放出される呼吸を差し引いた正味量を考える場合とがあるので注意が必要です。温暖化問題を考えるときは、大気CO2との関係が重要ですから、吸収と放出とを両方考えた正味の吸収能力で議論するのが正しいでしょう。

森林の吸収量を測る

目で見渡せる1キロ四方程度の森林なら、CO2の吸収量を直接測定することができます。森林の中にタワーを建て、空気の流れとCO2濃度を精密に測定することで、森林への吸収量を時々刻々測る方法(微気象学的方法とよばれます)が開発されています。最近、このような方法によって世界400地点以上で観測が行われており、国立環境研究所でも富士北麓のカラマツ林などでモニタリングを行っています。それらの成果から、多くの森林で1ヘクタール当たり年間1トン程度の炭素吸収が生じていることが分かっています。また、多地点のデータを比較したり、長期間の測定データを解析したりすることで、森林ごとの吸収能力の差や環境条件への応答などについて研究が進められています。また、森林への炭素吸収がどういうメカニズムで生じているか、というのも研究テーマの一つです。これを理解することは、環境変動が起こった時に森林の炭素吸収がどう変わるかを予測する基礎になります。今までの研究から、大気CO2が増加したことによる施肥効果、近年の温暖化による植物の成長促進、植林の効果などが考えられています。一方、将来、温暖化が進んだ場合には、微生物の活動が活発化し、土壌有機物からの炭素放出量が増える可能性が示されています。このように複雑に絡まり合った効果を考慮して、森林の炭素吸収の将来予測を実現化させるには、今後も研究を積み重ねる必要があります。

国や地球全体の吸収量

より広い範囲の森林の吸収量を知るには、どうしたらよいでしょう?森林のバイオマスや土壌有機物の量を測ることで吸収量を求める、積上げ法またはインベントリ法と呼ばれるものが使われます。これは、植物や土壌の中に貯留された炭素量の変化から、ある期間の積算した炭素の吸収量を求めるものです。もちろん、国中の木や土壌を全て測定するのは無理なのですが、林業や農業に関係してかなりの統計的なデータが取られています。それを使えば、市町村や国ごとの炭素吸収量を概算することができますし、実際、京都議定書における森林吸収源の算出でも、このような手法が利用されています。京都議定書では、1990年以降の排出削減分に、日本の場合は1300万トン(炭素)まで森林の吸収源をカウントしてよいことになっています。これは削減義務である-6%のうちの-3.8%に相当する大きな量ですので、国内では林野庁が中心となってこの量を精密に算出しようとしています。最近、暫定的な値として2590万トン(炭素)が出されましたが、これは森林以外の吸収源も含めた量なので、京都議定書で対象となる管理整備された森林に限るとカウントする値はもっと小さくなると考えられます。

森林というよりも地域・地球スケールの炭素循環を明らかにする研究では、高いタワーや飛行機を使って大気CO2を観測し、吸収量を求める方法を用います。そこで得られた大気CO2濃度の変化から、空気の流れを考慮して地上での吸収量を逆算するインバース法と呼ばれる手法を用いて、数百平方キロ以上の広い範囲、例えば地球全体の吸収量の分布が求められています。近年まで、この方法ではごく大雑把な分布しかわかりませんでしたが、データ量や計算能力の向上によって、より詳細なパターンがわかるようになっています。また、森林をはじめとする陸上生態系への吸収と、人間活動や海洋の吸収・放出を区別する研究も多く行われています。さらに、2008年にはGOSAT(温室効果ガス観測技術衛星)が打ち上げ予定ですが、それは大気CO2分布のグローバルなデータを提供しますので、この方法の精度が大幅に高まると期待されています。また、地上データを積み上げた吸収量分布に対する検証にもなります。

森林モデルによる評価

図1 アラゴナイト(あられ石型CaCO3)ができなくなる
図1 モデルで推定された日本国内の森林・農地・草地における2000~2005年の炭素吸収量の分布。

私たちは新しい手法として、森林のコンピュータモデルを開発して吸収量を求めようとしています。これは植物の光合成と呼吸、土壌微生物による分解といった森林での炭素の動きをシミュレートすることで吸収量を求めるものです。この方法の特徴は、観測データを集めるのが難しい長期間や広範囲について、シミュレーションから炭素吸収を求めることができることです。図1に示したのは、日本国内を1kmの格子に分割し詳細なモデル計算を行って得られた、2000~2005年の平均的な吸収量の分布です。北から南にかけて吸収が大きくなっていることが分かりますが、これは気候条件の変化に伴って森林タイプが亜寒帯常緑針葉樹林、落葉広葉樹林、暖温帯常緑針葉樹林、常緑広葉樹林と変化していることに対応します。国内の全森林(約25万平方キロ)における吸収量は約3250万トン(炭素)と推定されていますが、これは上記の林野庁の値よりもやや大きくなっています。京都議定書などの政策的な評価では、管理された森林の定義や植林効果などの要素も加味しなければなりませんが、研究によって吸収量のパターンを知ることができるようになったのは大きな進歩といえるでしょう。森林モデルを用いることのもう一つの特徴は、気候モデルによる温暖化シナリオを使うことで、吸収量の将来変化を予測することが可能になる点です。このようなモデル手法は、今後の温暖化研究でますます重要になると考えられており、目下、私たちはモデルの信頼性を高めるため観測分野と協力して研究を進めています。

さらに良く知りたい人のために
「温暖化対策交渉と森林」 全国林業改良普及協会 林野庁ホームページの解説(http://www.rinya.maff.go.jp/seisaku/sesakusyoukai/ondanka/top.html)

地球環境研究センターニュース2007年5月号(2007年6月1日発行)に掲載]