生物多様性・生態情報の環境情報への統合化、
および統合情報を利用した生物多様性影響評価法開発
東京大学大学院総合文化研究科 伊藤元己
東京大学大学院農学生命科学研究科 大手信人
北海道大学北方生物圏フィールド科学センター 日浦 勉
東北大学大学院生命科学研究科 中静 透
国立環境研究所地球環境研究センター 三枝信子
平成23年度大学発グリーンイノベーション創出事業
グリーン・ネットワーク・オブ・エクセレンス事業
環境情報分野
GEOSS:全球地球観測システム
生物多様性
生態系
評価・評価・
推定・
予測
種の分布
生態系
組成
生態系
動態
物質循環
IPBES
遺伝子・
分子…地球環境…
IPCCGEOSS
科学的根拠に基づいた地球環境の質的・量的変化の推定と
予測が強く求められている
地球環境観測情報地球環境観測情報地球環境観測情報地球環境観測情報
の必要性の必要性の必要性の必要性
種の分布
生態系動態
時点1 時点2
物質循環
生態系組成
サイトαサイトβ サイトγ
種A 種B 種C
生物多様性・生態系情報の4レイヤー生物多様性・生態系情報の4レイヤー生物多様性・生態系情報の4レイヤー生物多様性・生態系情報の4レイヤー
生態系動態
物質循環
生態系
組成
モデル推定補完モデル推定補完モデル推定補完モデル推定補完
モデル推定補完モデル推定補完モデル推定補完モデル推定補完
モデル推定補完モデル推定補完モデル推定補完モデル推定補完
種の
分布
生物多様性・生態系情報の4レイヤー生物多様性・生態系情報の4レイヤー生物多様性・生態系情報の4レイヤー生物多様性・生態系情報の4レイヤー
実測データ実測データ実測データ実測データDB
実測データ実測データ実測データ実測データDB
実測データ実測データ実測データ実測データDB
実測データ実測データ実測データ実測データDB
5
既存の生物多様性観測網既存の生物多様性観測網既存の生物多様性観測網既存の生物多様性観測網
• 長期生態学研究ネットワーク
(グローバル:ILTER;日本:JaLTER)
– 長期生態学研究の促進を目的とした
現地観測サイトのネットワーク
• FLUX-NET & JapanFlux
– フラックス(CO2を重点化)の
長期観測研究の国際ネットワーク
• 地球規模生物多様性情報機構(GBIF)
– 全世界・全生物を対象とした生物分布情報と
生物名辞書を提供
– 生物分布情報:3億1千万件(日本から:250万件)
– 生物種名辞書:100万種(全生物種:約180万種)
情報の流れ情報の流れ情報の流れ情報の流れ
GEO BON ILTERFLUX-NETGBIF
JaLTERJapan-FLUX
GBIF-Japan
AP-BON////
J-BON
物理環境情報
・衛星画像など
モニタリンモニタリンモニタリンモニタリン
グサイトグサイトグサイトグサイト
1000生態学生態学生態学生態学
研究者研究者研究者研究者
ネットネットネットネット
ワークワークワークワーク
生物分布情報生物分布情報生物分布情報生物分布情報DB
(環境省・地球環境(環境省・地球環境(環境省・地球環境(環境省・地球環境
総合推進費)総合推進費)総合推進費)総合推進費)
生物多様性・生物多様性・生物多様性・生物多様性・
生態情報統合生態情報統合生態情報統合生態情報統合DB
生物多様性・
生態系観測情報
生物分布情報・
種名情報
物質循環情報 生態系長期モニタリング情報
国
際
観
測
へ
の
貢
献
・
生
物
多
様
性
の
保
全
・
温
暖
化
へ
の
適
応
生
物
多
様
性
・
生
態
・
環
境
情
報
の
利
活
用
市民による観市民による観市民による観市民による観
測測測測
ータ統合
(H25 )
DIAS
既
存
既
存
既
存
既
存
ネ
ッ
ト
ワ
ー
ク
ネ
ッ
ト
ワ
ー
ク
ネ
ッ
ト
ワ
ー
ク
ネ
ッ
ト
ワ
ー
ク
DIAS のののの
ータ統合ータ統合ータ統合ータ統合
生物多様性・生態情報生物多様性・生態情報生物多様性・生態情報生物多様性・生態情報
統合 ・ 情報 の統合 ・ 情報 の統合 ・ 情報 の統合 ・ 情報 の
インター リ 統合インター リ 統合インター リ 統合インター リ 統合
ー 生態情報ー 生態情報ー 生態情報ー 生態情報
・ ータ ー・ ータ ー・ ータ ー・ ータ ー
情報情報情報情報
環境 生物環境 生物環境 生物環境 生物
多様性 の多様性 の多様性 の多様性 の
・ ッ・ ッ・ ッ・ ッ
生態系サー生態系サー生態系サー生態系サー
・ ッ・ ッ・ ッ・ ッ
生態系観測リソース
(事業2)バイオマスリソース
(事業3)生態系サービス
リソース (事業4)
ILTERFLUX-NET
JaLTERJapan-FLUX
メタデータ0次情報
1次情報
2次情報
データ項目
オントロジー
補完モデル
メタデータ形式
メタデータ項目
生物多様性・生態情報統合DB
データの標準化と補完
(事業1)
メタデータ高度化と
マッチング(事業2)
環境要因解析
生態系サービ
ス評価
生物分布
情報DB(環境省・
環境総合
推進費)
DIAS
年次計画年次計画年次計画年次計画
短期目標 中・長期目標
既存情報調査
(23年度)
共有基盤構築
(24〜25年度)
情報統合
(26〜27年度)
各データ
項目の調査、
その標準化
生態系サー
ビス評価手
法分析
生態系・
バイオマス・
生態系サー
ビス情報源
調査、
情報集積・
整備
データベー
スシステム
プロトタイプ
構築
メタデータ
の高度化
オントロジー
の構築、
データの標
準化・変換
モデル地域における生物
多様性指標の要因解析と
生態系サービス評価
DIASとの相互運用性確保
および情報投入
モニタリング情報の高度化
とマニュアル化
アジア地域における生物
多様性指標の要因解析と
生態系サービス評価
事業
1
事業
2
事業
3
事業
4
期待される成果:気候変動予測への貢献期待される成果:気候変動予測への貢献期待される成果:気候変動予測への貢献期待される成果:気候変動予測への貢献
陸域生態系
大気大気大気大気
気候変動
炭素
収支
生態系モデル
長期的
生態系
変化
生態系変化・生態系変化・生態系変化・生態系変化・
生態系サービス生態系サービス生態系サービス生態系サービス
情報を加えた推定情報を加えた推定情報を加えた推定情報を加えた推定
生態系サービス衛星観測
広域での
把握
++++ ++++
供給
A
B
C
D供給
予測の高度化予測の高度化予測の高度化予測の高度化
IPCC
Tier 3 レベル
の排出評価
土地被覆や気候変動から土地被覆や気候変動から土地被覆や気候変動から土地被覆や気候変動から
生態系サービスの生態系サービスの生態系サービスの生態系サービスの
変化を予測変化を予測変化を予測変化を予測
IPBES
生物多様性生物多様性生物多様性生物多様性
の科学的の科学的の科学的の科学的
評価・評価・評価・評価・
政策への政策への政策への政策への
インプットインプットインプットインプット
GRENE 生態系・生物多様性情報
データ集積
データ標準化
生態系・生物多様性領域の
Ontology / Vocabulary Control
データ活用
生物多様性評価
生態系サービス評価
他領域で利用する基礎情報
メタデータ・データベース
(情報の所在)
群集(生態系組成)レベルの情報
データ集積
群落情報の電子化
と標準化
情報源
•環境省自然環境基礎調査
– 第3回植生調査(約1000カ所)
電子化済
– 第2回植生調査(約400カ所)
電子化中
•日本植生誌
– 電子化準備中
植生票情報の標準フォーマット
作成 - 約100項目を設定
データ集積
種レベルの分布情報
データ集積
気象データに基づく自然分布予測
生態系動態レベルの情報
データ集積
19コアサイト,30準
サイト
植物群落の動態
動物(昆虫)の動態
物質循環
水文過程
フラックス
物質循環レベルの情報
データ集積
� AsiaFlux登録数: 82サイト
� 国 (地域別) サブネットワーク: ChinaFlux, JapanFlux, KoFlux, TaiwanFlux, ThaiFlux, (India),…
AsiaFlux とは:陸域生態系の熱・水・CO2収支長期観測サイトの国際ネットワーク
(FLUXNET)のアジア地域ネットワークです(http://www.asiaflux.net/)
� Workshop, Training Course 開催
- TC 2011年7月 (Korea)- WS 2011年11月 (Malaysia)
� 測定法マニュアル等の編纂・公開
� Web site, メールリスト 運営
� データベース (公開数: 26サイト)� ニュースレター 発行
Sites in Japan (31)
Sites in SE Asia (18)
二酸化炭素・水・熱収支の観測データベース
(AsiaFlux/FLUXNET)の整備・運用状況の調査
活動内容
サイト数
※陸域モニタリング推進室は AsiaFluxつくば事務局と
してAsiaFluxの各種活動を支援しています。
●熱・水・CO2
・メタンフラックス
●分光反射率
●熱・水・CO2
フラックス
●土壌呼吸・根呼吸・幹呼吸
●毎木調査・落葉落枝
PEN
●細根生産・粗大有機物分解
樹冠上:
林床植生上:
土壌および林内:
個葉: ●光合成速度
●分光反射率
●分光反射率
フラックス観測サイトでの測定項目の例(富士北麓サイト)
●一般気象: 日射・PAR・大気放射
風向風速・気温・湿度・CO2
濃度
●地温・土壌水分・地中熱流
●クロロフィル・C/N
AsiaFluxデータを使ったモデル検証
日本付近のCO2収支の現状把握を目的として、自然生態系のCO2収支を
衛星重視型モデル(名古屋大開発)を用いて1km解像度で算出しました
炭素収支各項の計算結果
名古屋大他の協力により、2001~2006年の日本付近の炭素収支計算を
終了し、国環研の web page から結果を公開することに了解を得ています
AsiaFlux 関連データに基づく二酸化炭素収支
のマッピング
LTER Controlled Vocabulary
LTER Controlled Vocabulary
English 中国語 日本語
organizational units 組織單元
. habitats 棲地 生育地
. communities 群聚 群集
. . community patterns 群聚格局 群集パターン
. . community structure 群聚結構 群集構造
. . plant communities 植物群聚 植物群集
. food webs 食物網 食物網
. . consumers 消費者 消費者
. . . herbivores 草食動物 植食者
. . predators 捕食者 捕食者
. populations 族群 集団 個体群
. species 物種 種
. . endangered species 瀕危物種 絶滅危惧種
. . invasive species 入侵物種 侵入生物種
. . plant species 植物物種 植物種
. . species lists 物種清單 種リスト
disciplines 學科 分野
. demography 人口學 個体群統計学
. geography 地理學 地理学
. . biogeography 生物地理學 生物地理学
. . geographic information systems 地理資訊系統 地理情報システム
. geology 地質學 地質学
. . geomorphology 地質形態學 地形学
. history 歷史 歴史
. . land use history 土地利用歷史 土地利用史
. hydrology 水文學 水文学
. limnology 湖沼學 陸水学
生態系・生物多様性領域の
Ontology / Vocabulary Control
生態系(特にバイオマス関連)に関する既存データの
収集支援(JaLTER DBへの入力支援)
http://db.cger.nies.go.jp/JaLTER/
データ入力キャンプデータ入力キャンプデータ入力キャンプデータ入力キャンプ in つくばつくばつくばつくば 開催開催開催開催
内容:
○JaLTER DBおよび
メタデータ作成方法
の解説、入力支援
○まとめと今後のアクションプラン作成
参加機関:北大(苫小牧・厚岸),福島大,筑波大,
東大(本郷・秩父),新潟大,岐阜大,森総研,国環研
成果:
○当日(+その後)20個の新たなデータパッケー
ジを登録(サイト数: 6)
○データ公開のモチベーション維持に効果有り
(解説風景)(解説風景)(解説風景)(解説風景)
入力キャンプは2012年度も実施予定です!
公開中データパッケージ
数:90個(2012年3月6日)
データ集積
Birch-Oak forest (Takayama)
JaLTER
Flux
JaLTER
JapanFlux データとJaLTER データによる
生態系純生産量(NEP)の比較
Seasonal pattern of NEP
JapanFlux JaLTER
JapanFlux
レイヤー間データ連携例
生物多様性が重要な生態系サービス
Ecosystem services strongly associated with biodiversity
調節 Regulating
生態系のプロセス
の制御により
得られる利益
気候の制御 Climate control
病気の制御 Disease control
洪水の制御 Flood control
無毒化 Detoxification
供給 Provisioning
生態系が生産
するモノ
食糧 food
水 Water
燃料 Fuel
繊維 fiber
化学物質 Chemical
遺伝資源 Genetic resource
文化 Cultural
生態系から
得られる
非物質的利益
精神性 Spiritual
リクリエーション Recreation
•美的な利益 Aesthetic
発想 Idea
教育 Educational
•共同体 Community
象徴性 Symbolic
支持基盤 Supporting
他の生態系サービスを支えるサービス
土壌形成 soil formation
栄養塩循環 Nutrient cycle
一次生産 Primary production
ミレニアム生態系アセスメントミレニアム生態系アセスメントミレニアム生態系アセスメントミレニアム生態系アセスメント((((http://www.millenniumassessment.org/en/about.slideshow.aspx)に加筆)に加筆)に加筆)に加筆
TEEB:TEEB:TEEB:TEEB:
生物多様性版生物多様性版生物多様性版生物多様性版
スターンレビュースターンレビュースターンレビュースターンレビュー
(中間報告)(中間報告)(中間報告)(中間報告)
日本語訳
http://www.sumitomotrust.co.jp/
csr/innovation/biology/pdf/STB
_TEEB_081202.pdf
定量的評価のむずかしさ
�供給サービスのほとんど,調節サービス供給サービスのほとんど,調節サービス供給サービスのほとんど,調節サービス供給サービスのほとんど,調節サービス
の大部分,文化サービスの一部は経済評の大部分,文化サービスの一部は経済評の大部分,文化サービスの一部は経済評の大部分,文化サービスの一部は経済評
価が可能価が可能価が可能価が可能
�生物多様性が重要な意味をもつサービス生物多様性が重要な意味をもつサービス生物多様性が重要な意味をもつサービス生物多様性が重要な意味をもつサービス
は評価の難しいものが多いは評価の難しいものが多いは評価の難しいものが多いは評価の難しいものが多い
�サービスの定量化と地図化が意思決定をサービスの定量化と地図化が意思決定をサービスの定量化と地図化が意思決定をサービスの定量化と地図化が意思決定を
大きく支える大きく支える大きく支える大きく支える
コーヒーの結実
率と森林分布
コーヒー園の周囲に
森林を残す効果は
年間US$60,000
周辺の森林面積が広いとニホンミツバチの飛来が
増え、ソバの結実率が高くなる
ソ
バ
の
ソ
バ
の
ソ
バ
の
ソ
バ
の
結
実
率
結
実
率
結
実
率
結
実
率
3Km の森林面積 Taki et al
送粉サービス地図(仙台市)送粉サービス地図(仙台市)送粉サービス地図(仙台市)送粉サービス地図(仙台市)
Map of pollination serviceMap of pollination serviceMap of pollination serviceMap of pollination service
Estimated pollination service1km mesh map of vegetation
Ohno et al,Ohno et al,Ohno et al,Ohno et al,((((unpubl.unpubl.unpubl.unpubl.))))
Based on evaluations on vegetation types by habitat and Based on evaluations on vegetation types by habitat and Based on evaluations on vegetation types by habitat and Based on evaluations on vegetation types by habitat and
foraging quality, the expected pollination service was estimatedforaging quality, the expected pollination service was estimatedforaging quality, the expected pollination service was estimatedforaging quality, the expected pollination service was estimated
果実農作物の送粉サービスと土地利用果実農作物の送粉サービスと土地利用果実農作物の送粉サービスと土地利用果実農作物の送粉サービスと土地利用
• 日本の市町村ごとに作
物の単位あたり収量、
安定性の指標として単
収の変動係数を集計。
• 同様にポリネーターの
生息地として森林面積
率を集計。
• ポリネーター依存度は
Klein et al 2007を参照。
宇野ほか 未発表
Gardiner et al. 2009, Ecological Applications, 19, 143–154
アブラムシ (ダイ
ズの害虫)の制御
と景観の 多様性
BSI:
自然状態とエクスク
ロージャ(ダイズを
ケージに入れて害虫
を防いだ場合)での
害虫の個体数比。1
に近いほど、害虫が
天敵によって制御さ
れていると評価する。
景観要素の多様性
害
虫
の
生
物
的
制
御
の
程
度(BS
I)
寄生蜂は、ほぼ全ての昆虫群を寄主
として利用する狭食性の高次消費者
前藤ほか前藤ほか前藤ほか前藤ほか
植食昆虫とくに草本食者とその天敵の豊富さは、
輪伐施業によって維持される若い二次林が支えている
0
20
40
60
80
0 50 100 150 200
林 齢 (年)
個体
数 / トラップ
草本食寄主
草本/木本食寄主
木本食寄主
材・菌・腐植食寄主
寄主昆虫の食性が異なるコマユバチ科寄生蜂の寄主昆虫の食性が異なるコマユバチ科寄生蜂の寄主昆虫の食性が異なるコマユバチ科寄生蜂の寄主昆虫の食性が異なるコマユバチ科寄生蜂の
アバンダンスと林齢の関係アバンダンスと林齢の関係アバンダンスと林齢の関係アバンダンスと林齢の関係
前藤ほか前藤ほか前藤ほか前藤ほか
生態系サービスの変化を地図にする生態系サービスの変化を地図にする生態系サービスの変化を地図にする生態系サービスの変化を地図にする
Miyamoto et al., unpubl.Miyamoto et al., unpubl.Miyamoto et al., unpubl.Miyamoto et al., unpubl.
1962 1997
草地
若い二次林
原生林またはそれに近い森林
スギ・ヒノキの人工林
マツ林
そのほかの針葉樹林
農地、住宅地など
土地利用の変化土地利用の変化土地利用の変化土地利用の変化
害虫制御サービス
(寄生ハチの多様性)
Bark beetle
(Platypus quercivorus)
ナラ枯れのようす(山形県のホームページナラ枯れのようす(山形県のホームページナラ枯れのようす(山形県のホームページナラ枯れのようす(山形県のホームページ
より)より)より)より)
ナラ枯れナラ枯れナラ枯れナラ枯れ Fungal disease of Fungal disease of Fungal disease of Fungal disease of Quercus treesQuercus treesQuercus treesQuercus trees
Factors Estimate
(Intercept) 2.1082***
DBH (cm) -0.0426***
ミズナラ本数ミズナラ本数ミズナラ本数ミズナラ本数 Number of Quercus trees(r < 10m) -0.1411***
広葉樹林広葉樹林広葉樹林広葉樹林 % of broad leaf forests(r < 100m) -0.0197***
その他その他その他その他 % of vegetation other than forests(r < 1km) 0.0379*
・属性 を1単位(%)増加させることに対する支払意思額(円/単位)
・生物多様性、CO2
、資源は理論上プラス、洪水制御はマイナスの値をとる
・*WTAは、ナラ枯れにより森林が消失し、ササヤブ化した場合の受け入れ補償額(多様性が
20%減、 CO2
が90%減、洪水が10%増、資源は増減なし、を想定)
ナラ枯れによって失われる生態系サービスにナラ枯れによって失われる生態系サービスにナラ枯れによって失われる生態系サービスにナラ枯れによって失われる生態系サービスに
対する支払意思額の推定対する支払意思額の推定対する支払意思額の推定対する支払意思額の推定
(コンジョイント分析)(コンジョイント分析)(コンジョイント分析)(コンジョイント分析)
生態系サービス生態系サービス生態系サービス生態系サービス 生物多様性生物多様性生物多様性生物多様性 COCOCOCO2222
蓄積蓄積蓄積蓄積 洪水水量洪水水量洪水水量洪水水量 木材資源木材資源木材資源木材資源 WTAWTAWTAWTA****
支払意思額 185.4 10.7 -136.1 91.5 -60.3
� 回答者の関心、知識レベルとの関連回答者の関心、知識レベルとの関連回答者の関心、知識レベルとの関連回答者の関心、知識レベルとの関連
→→→→どのサービスについてもナラ枯れに関する知識の高い人どのサービスについてもナラ枯れに関する知識の高い人どのサービスについてもナラ枯れに関する知識の高い人どのサービスについてもナラ枯れに関する知識の高い人
ほど評価が高いほど評価が高いほど評価が高いほど評価が高い
→→→→とくに生物多様性の評価が高いとくに生物多様性の評価が高いとくに生物多様性の評価が高いとくに生物多様性の評価が高い
� 各県ごとの分析:ナラ枯れの進行状況、自然環境との関連各県ごとの分析:ナラ枯れの進行状況、自然環境との関連各県ごとの分析:ナラ枯れの進行状況、自然環境との関連各県ごとの分析:ナラ枯れの進行状況、自然環境との関連
(今後)(今後)(今後)(今後) 今村ほか 未発表
将来の土地
利用シナリオ
Heather et al. Frontiers in Ecology
and the Environment 7,1: 12-20.
(2009)
1990199019901990年の土地利用年の土地利用年の土地利用年の土地利用
現計画現計画現計画現計画
開発シナリオ開発シナリオ開発シナリオ開発シナリオ
保全シナリオ保全シナリオ保全シナリオ保全シナリオ
Scenario analysis by IScenario analysis by IScenario analysis by IScenario analysis by I
nnnnVESTVESTVESTVEST
シナリオに
応じた評価
Heather et al. Frontiers in
Ecology and the
Environment 7,1: 12-20.
(2009)水質 土壌保全 極端気象 炭素 生物多様性 商品生産
現
計
画
開
発
シ
ナ
リ
オ
保
全
シ
ナ
リ
オ
悪
化
向
上
土地利用土地利用土地利用土地利用
カテゴリーカテゴリーカテゴリーカテゴリー
バイオマスバイオマスバイオマスバイオマス
ストック量ストック量ストック量ストック量
[t-d.m./ha]
枯死木の炭素枯死木の炭素枯死木の炭素枯死木の炭素
ストック量ストック量ストック量ストック量
[t-C/ha]
リターの炭素リターの炭素リターの炭素リターの炭素
ストック量ストック量ストック量ストック量
[t-C/ha]
土壌炭素土壌炭素土壌炭素土壌炭素
ストック量ストック量ストック量ストック量
[t-C/ha]
森林 135.23 15.05 7.28 85.31
田 0 0 0 71.38
普通畑 0 0 0 86.97
樹園地 30.63 0 0 77.46
草地 13.50 0 0 134.91
湿地 0 0 0 ---
開発地 0 0 0 ---
その他の土地 0 0 0 ---
* 土壌炭素ストック量[t-C/ha]の農地(平均)は,76.40.
Kikuchi unpubl.
InVESTを用いた仙台市の炭素蓄積量の地図化
Kikuchi unpubl.