Asian Journal of Atmospheric Environment, 2012.

Effects of long-term exposure to black carbon particles on growth and gas exchange rates of Fagus crenata, Castanopsis sieboldii, Larix kaempferi and Cryptomeria japonica seedlings

Fagus crenata, Castanopsis sieboldii, Larix kaempferiおよびCryptomeria japonica苗の成長とガス交換速度に及ぼす黒色炭素粒子への長期曝露の影響

M. Yamaguchi, Y. Otani, K. Takeda, I. W. Lenggoro,
A. Ishida, K. Yazaki, K. Noguchi, H. Sase, N. Murao, S. Nakaba, K.
Yamane, K. Kuroda, Y. Sano, R. Funada, T. Izuta

https://doi.org/10.5572/ajae.2012.6.4.259

This is the world`s first “exposure” study using sub-micro meter (few hundred nanometers) sized particles with growing plants designed for multi-year experiment.

約2年間の実験で、植物成長における（散布された）微粒子の影響を調べた研究です。実際の大気中に浮遊する微粒子の中で個数が最も多い１ミクロン以下のサイズ、数百ナノメータの粒子を散布しました。長期的で粒子と植物の実験は世界初の研究です。私たちの研究室は、実験で使用された装置の設計・製作を担当し、植物表面に粒子沈着の挙動についての提案もしました。

参画研究機関：
東京農工大学（農学研究院、工学研究院）、北海道大学、森林総合研究所、京都大学、日本環境衛生センター・アジア大気汚染研究センター、

forest tree species, black carbon particles, exposure, growth, gas exchange rates, stomatal diffusive conductance 森林樹種、黒色炭素粒子、暴露、成長、ガス交換率、気孔拡散コンダクタンス

To clarify the effects of black carbon (BC) particles on growth and gas exchange rates of Asian forest tree species, the seedlings of Fagus crenata, Castanopsis sieboldii, Larix kaempferi and Cryptomeria japonica were exposed to BC particles with sub-micron size for two growing seasons from 1 June 2009 to 11 November 2010. The BC particles deposited after the exposure to BC were observed on the foliar surface of the 4 tree species. At the end of the experiment, the amount of BC accumulated on the foliar surface after the exposure to BC aerosols were 0.13, 0.69, 0.32 and 0.58 mg C $m^{-2}$
 total leaf area in F. crenata, C. sieboldii, L. kaempferi and C. japonica seedlings, respectively. In August 2010, the exposure to BC particles did not significantly affect net photosynthetic rate under any light intensity, stomatal diffusive conductance to water vapour ($g_s$
), stomatal limitation of photosynthesis, response of $g_s$
 to increase in vapour pressure deficit and leaf temperature under light saturated condition in the leaves or needles of the seedlings. These results suggest that the BC particles deposited on the foliar surface did not reduce net photosynthesis by shading, did not increase leaf temperature by absorption of irradiation light, and did not induce plugging of stomata in the leaves or needles of the seedlings. There were no significant effects of BC particles on the increments of plant height and stem base diameter during the experimental period and the whole-plant dry mass at the end of the experiment. These results indicate that the exposure to BC particles with sub-micron size for two growing seasons did not significantly affect the growth and leaf or needle gas exchange rates of F. crenata, C. sieboldii, L. kaempferi and C. japonica seedlings.

アジアの森林樹種の成長とガス交換率に対する黒炭素（BC）粒子の影響を明らかにするために、ブナ（Fagus crenata）、ミズナラ（Castanopsis sieboldii）、カラマツ（Larix kaempferi）、スギ（Cryptomeria japonica）の苗木は、2009年6月1日から2010年11月11日までの2つの成長シーズンにわたってサブミクロンサイズのBC粒子にさらされました。BCにさらされた後、BC粒子は4つの樹種の葉表面に堆積されました。実験終了時に、BC粒子はブナ、ミズナラ、カラマツ、スギの苗木の葉全体の面積あたりのBC蓄積量がそれぞれ0.13、0.69、0.32、および0.58 mg C m−2であることが観察されました。2010年8月には、BC粒子への露出は、いかなる光強度下でも正味光合成速度、水蒸気の気孔拡散伝導度（gs​）、光飽和条件下での葉または針の温度へのgs​の反応、光合成の気孔制限に有意な影響を与えませんでした。これらの結果は、葉表面に堆積したBC粒子が日光遮蔽による正味光合成を減少させず、放射光の吸収による葉温度の上昇を引き起こさず、苗木の葉または針の気孔を詰まらせなかったことを示唆しています。実験期間中の植物の高さと茎基部直径の増加にはBC粒子の有意な影響はありませんでした。これらの結果は、2つの成長シーズンにわたるサブミクロンサイズのBC粒子への露出がブナ、ミズナラ、カラマツ、スギの苗木の成長および葉または針のガス交換率に有意な影響を与えなかったことを示しています。