既存の炭素循環研究では、河川・湖沼・地下水などから構成される「陸水」を、物質が陸域から海域へ輸送される際の単なる水路とみなし、全球炭素収支の計算上でも陸水の寄与は残差もしくは誤差の範囲内との扱いにとどまっていた。つまり、陸域に比べれば陸水の影響は局所性が強くほとんど無視できるという仮定のもとで陸水の影響は積極的には取り扱われてこなかった。近年、観測結果の解析を中心にした陸水の新たな役割に関する研究も行われるようになってきたが、総計的に有意な相関関係などの半経験的な評価もしくは収支保存が完全と言いがたいものが多かった。そのため、新たな研究展開のためにも統合的かつ高精度な再評価が必要とされている^[1]。このような背景のもとで、炭素輸送・無機化・固定化などを含む陸水を通した炭素循環の再評価を行うために、これまでに開発してきた水文生態系モデルNICE（National Integrated Catchment-based Eco-hydrology）（図1）^[2]を炭素循環・水質・化学的風化モデルと有機的に結合することにより、プロセス型モデルNICE-BGCを近年新たに作り上げた^[3]。これによって、水循環に付随する炭素・窒素・リン循環との相互作用のシミュレーションが可能になり、陸域－水域間での炭素循環の複雑な相互作用を含む炭素循環構造が明らかになった。

本研究ではこれら一連の既存研究をもとにして、既存のNICEの水循環のダムモデル^[4]を水・炭素循環モデルに拡張して新たにNICE-BGCを再構築し（図2）、世界の主要ダムが流域の水・炭素循環の変化に及ぼす影響を評価した。その結果、世界の主要82のダムから大気へのCO₂放出量は66.5 ± 35.9 TgC/yr、ダム湖底への堆積量は54.7 ± 29.1 TgC/yr、ぞれぞれ増加すると算定された（図3）。このように、ダムに伴って陸域及び陸水内での水平方向及び鉛直方向への炭素移動及び反応形態が更に複雑化することが明らかになった。この結果は、陸域での鉛直方向への炭素移動及び反応に重点を置いた既存研究を見直す必要性を示している。また、本研究で得られた結果はダムを含む人為構造物が温室効果ガスの重要な放出源である可能性を示唆しており、陸水を通した炭素循環の不確実性の低減のためにも重要であることを示している。更に、本研究ではダム建設に伴う窒素やリンなどの栄養塩の動態の変化についても検討を行っている。内部生産や代謝プロセスの変化の定量化は、CO₂のみならずCH₄やN₂Oを含む温室効果ガスの放出・吸収や炭素循環・物質循環の高度化にとっても不可欠であることを示している。

現在、著者は本研究を更に拡張して、日本の全国一級河川流域（109水系）を対象に気候変動及び人為活動に伴う水・炭素循環変化を内包するNICE-BGCの高解像度モデル開発を進めている。これらの新たな開発によって、より複雑な人為的影響に伴う陸水を通した炭素循環の変化を明らかにする予定である。