高橋 輝昌

<p>近年、気候変動や人間社会の生活スタイルの変化により森林火災の頻度が増加し、気候変動をもたらすことが懸念されている。中でも北緯45°-70°に広がる北方林はその約1％が火災によって毎年焼失している。本研究では、ロシア極東における森林火災がバイオ炭を通して、土壌をどのように変化させ、樹木細根系の機能に影響を与えるかを定量化することを目的とする。調査は、ロシア共和国アムール州北部、Zeya森林保護区に設定されたカラマツ林の森林火災跡地とコントロール区にて実施された。各調査地において、樹木根現存量推定のために、火災跡地とコントロール区において、コアサンプリング法を用いて根現存量分布を評価した。また細根系を採取し、根呼吸速度を測定した。結果、火災に遭った森林の細根の現存量は、コントロール区よりも低く、栄養吸収量を大幅に減少させ、森林の生育や森林の炭素固定機能に負の影響を与えていることが示唆された。細根呼吸速度は、森林火災跡地よりもコントロール区のほうが低い値を示し、火災により減少した現存量を補うため、火災区の根系は呼吸速度を高め、養水分吸収機能資を促進させていることが示唆された。</p>

<p>里山林における樹木の放射性セシウムの不動化量を明らかにするため，福島県川俣町のマツ-広葉樹混交林に試験区を設置し、2016年と2019年に成長錐を用いて材試料を採取した。対照区をA区とし、処理区は熊手による林床のリター除去を行った後，表面汚染密度が3Bq/cm²以下となるまでA0層全体を削り取ったB区と、L層とF層の一部を除去したC区を設置した。A区では、2016年から2019年の3年間で木部の¹³⁷Cs濃度が平均300Bq/kg増加したのに対し、B・C区ではどちらも平均50Bq/kgほどしか増加していなかった。この増加した¹³⁷Cs量を3年間の木部不動化量とし、試験地ごとの年間木部不動化量(Bq/m²)を推定すると、A区では毎年870Bq/m²、B区では240Bq/m²、C区では105Bq/m²、¹³⁷Csが木部に不動化されているという結果となった。この結果から、林床処理を行うことで樹木による¹³⁷Csの不動化を大幅に低減させ、現在でも除染されていない森林の樹木は¹³⁷Csを毎年不動化していることが示唆された。当日は樹木の肥大成長量と¹³⁷Cs濃度の変化量の関係などについても報告する予定である。</p>

<p>福島第一原子力発電所事故による放射性セシウム汚染の2013年の林床処理対策による森林生態系の反応を、福島県川俣町の里山にて７年間継続測定した。以下の数値はすべて2011年3月15日基準で半減期補正した。2013年の¹³⁷Csの林冠から林床への供給は、いずれの試験区でもリターフォールだけで5kBq/㎡前後だったのが、2019年には、対照区で林内雨・樹幹流加え計2.9 kBq/㎡になったが、林床リター除去処理で1.6kBq/㎡、有機物層全除去処理で1.5kBq/㎡と対照区の約半分に減少した。このうち、広葉樹落葉による対照区の¹³⁷Cs供給量は、2014年から2015年にかけ増加し2015年から2018年まで変化がなかったが、2019年には低下した。他の処理区の広葉樹落葉による¹³⁷Cs供給量は、2014年以降対照区の約半分の数値で推移した。林床リター除去処理は、まず広葉樹落葉の¹³⁷Cs低下に効果を発揮し、次第に林内雨の¹³⁷Cs低下に効果が出て、6年後にはリター除去量に相当する¹³⁷Cs林地全供給量の削減効果があった。一方、有機物層下層の除去は、¹³⁷Cs林地供給量削減にあまり効果がなかった。</p>

<p> 千葉県袖ケ浦市の森林伐採跡地に植栽されたクロモジの枝葉からの水蒸気蒸留法による精油の抽出量を2019年6月から11月にかけて毎月測定した。クロモジは2013年に採取された種子から得られた実生苗を2015年3月から4月にかけて植栽し育成したものである。毎月の精油の抽出には、切られた形跡のないクロモジの枝葉を直径8 mmのところで切ったもの(8 mm枝)を使用した。精油の抽出には生重で10 kgの粉砕した枝葉を用い、精油の抽出は水蒸気蒸留法により行った。2019年10月には直径4 mmのところで切った枝葉(4 mm枝)と、直径12 mmのところで切った枝葉(12 mm枝)でも精油の抽出を行い、枝の太さと精油抽出量の関係についても検討した。枝葉の単位乾燥重量あたりの精油の抽出量は、6月と7月におよそ2.7 g kg^-1であったが、8月以降に減少し、11月にはおよそ1.3 g kg^-1となった。2019年10月の精油抽出量は、4 mm枝、8 mm枝、12 mm枝でそれぞれ3.1、0.9、0.4 g kg^-1であり、細い枝ほど多かった。精油の抽出量は、枝葉に占める葉の重量割合が高いほど多くなる傾向にあった。</p>

<p>2019年9月9日早朝に千葉県に上陸した台風15号により、千葉県内では最大風速50mをこえる猛烈な風が吹き、その影響から93万戸以上で停電が起き、長い所では２週間以上停電が継続したことで、市民生活や産業は多大な被害を受けた。その原因の一つとして、倒木によって電柱・電線の損壊が助長されたとする意見があり、その因果関係について検討した。昨年と今年のLandsat8データより算出した正規化植生指数の差分から推定した風倒害の分布は電柱損壊状況の分布と概ね一致し、台風の経路の右側の地域に多く位置していた。電柱の損壊が見られた区域における正規化植生指数の差分は、各種木本群落の大部分が負の値をとり、平均値も負に大きく、森林被害が大きい場所で電柱も損壊していたことを示した。また、GISの解析結果より、全植生面積あたりの電柱の被害密度は、台地上のスギ・ヒノキ植林地にて著しく大きい結果となり、サンブスギ造林地の風害に対する脆弱性が示唆された。発表では、風速分布との関係や停電状況との関係、樹木の倒伏原因の検討結果についても報告予定である。</p>

<p> 発表者らは、森林周辺環境の都市化に伴い、森林表層土壌の酸が中和されることを明らかにした。都市化に伴う森林土壌の酸の中和が生態系内の物質循環に及ぼす影響を解明する一環として、都市化の進行程度の異なる地域間で、森林土壌での有機物の分解・無機化特性を比較した。非都市化地域の森林として埼玉県秩父市内の東京大学秩父演習林を、都市化地域の森林として千葉県松戸市内と市川市内の公園の樹林地を選定した。各森林内で表層土壌を採取し、室内培養により二酸化炭素放出速度の変化を経時的に測定し、反応速度論的解析により無機化されうる炭素量を求め、土壌中の全炭素量に占める無機化されうる炭素量の割合(C₀(%))を算出した。また、それぞれの森林の表層土壌中に市販のティーバッグを埋設し、ティーバッグ内容物の変化量に基づき有機物分解特性を示すTea Bag Index(初期分解速度:k, 長期蓄積能:S)を算出した。非都市化地域のC₀(%)は都市化地域よりも高かったが、酸を中和したところ減少した。また、都市化地域のSは非都市化地域よりも低くなった。すなわち、土壌に供給された有機物の分解後の残存率は都市化により低くなった。</p>

<p> 放射性セシウムで汚染された落葉広葉樹林の林床において、落葉分解に伴う落葉の放射性セシウム濃度と放射性セシウムの吸着様式(水溶態、土壌の負電荷に弱く吸着した交換態、生態系内を移動しにくい残渣に含まれるもの)の構成割合の変化を調査した。試験地は福島県川俣町の落葉広葉樹林である。試験地内に対照区であるA区、2013年6月にA₀層と鉱質土層の一部まで除去したB区と、L層とF層の一部を除去したC区を設けた。2015年11月に試験地内で採取されたコナラの新鮮落葉を乾燥機で乾燥させ、リターバッグ内容物とした。2016年5月に、リターバッグを各区の林床に30個ずつ設置し、1ヶ月ごとに各区から3個ずつ回収し、乾燥重量とC/N比、吸着様式別の放射性セシウム濃度を測定した。乾燥重量とC/N比の変化には区による違いがほとんど見られなかった。調査期間をとおして放射性セシウム濃度は概ねA区＞C区＞B区の傾向であった。吸着様式の構成をみると、調査期間をとおして、残渣が2割から8～9割に増加し、交換態が4割から1割に減少し、水溶態が4割から1割未満に減少した。A区ではB・C区に比べて交換態と水溶態の割合が高い傾向にあった。</p>

<p>阿武隈の広葉樹二次林の今後を検討する上で、放射性セシウムの挙動予測は欠かせない課題である。予測のためには林分による吸収量の算出が必要だが、樹体には表面付着したセシウムが残っており、内部からの溶脱の評価がむずかしいが、その分別を試みた。2015年の林内雨および樹幹流中のカリウムと放射性セシウムの動きを比較すると、カリウム濃度は林内雨と樹幹流で大きく変らなかったが、放射性セシウムは顕著に増加した。カリウムは、葉から溶脱したものがほぼすべてであるのに対して、放射性セシウムは樹皮付着物が洗脱したものが加わって濃度が上昇したと考えられる。同じカリウム濃度なら、コナラの樹幹流では林内雨の1.9倍の、アカマツの樹幹流では4.5倍の放射性セシウム濃度だった。したがって、コナラ樹幹流の137Csの約半分、アカマツ樹幹流の137Csの約4/5はフォールアウト樹皮付着由来と考えられる。そのほか、リターフォールのうち、枝は沈着付着成分と考えても、現在の林地供給率0.9%のうち多くは、樹木が吸収して循環しているものと思われる。幹木部への放射性セシウムの不動化量の結果を加えて、当日は説明する。</p>

<p>コナラとアカマツの放射性セシウム（RCs）移行・吸収における有機物と微生物の影響を比較するため、福島県川俣町で採取した鉱質土壌を充填したポットを用いて、コナラとアカマツの苗木の栽培試験を行った。有機物層の有無による植物のRCs吸収特性を比較するため、同地点から採取した有機物層をポット表面に敷いた有機物施用ポットと無施用ポットをそれぞれの樹種に設けた。葉内のRCs濃度は、コナラ・施用区が604Bq kg^-1、コナラ・無施用区が364Bq kg^-1となり、有機物層があるとRCs吸収量が高い傾向があった。アカマツ・施用区は64Bq kg^-1、アカマツ・無施用区は101Bq kg^-1であり、無施用区の方が若干高い傾向がみられた。野外での調査と同様に、コナラの方がRCs吸収量が大きく、コナラとアカマツではRCs吸収特性が異なることが示唆された。ポット全体の微生物RCs吸収量は、コナラ・施用区が2231Bq m^-2、コナラ・無施用区が1001Bq m^-2、アカマツ・施用区は514Bq m^-2、アカマツ・無施用区は994Bq m^-2であり、苗木のRCs吸収と同様の傾向がみられた。DGGEによる菌叢の予備解析では、有機物層においてナラとマツでバンドの発光の位置や輝度に相対的な違いがみられた。</p>

林地への木質チップ材施用が、林木への吸収含め、土壌中の放射性セシウム(rCs)移行に与える効果を明らかにするため、福島県川俣町の落葉広葉樹林斜面において試験を行った。2013年7月に、斜面上部、中部、下部にそれぞれ40m2の調査区を設け、予め林床のリター層を除去し、スギの幹と枝を粉砕したチップ材を3kg/m2(斜面上部)～5kg/m2(斜面中部、下部)敷き均した区とリター層を除去しただけの区を設けた。チップ材敷き均し後1年間にチップ材に吸収されたrCs量は斜面上部、中部、下部でそれぞれ19、21、15kBq/m2であり、チップ材敷き均し時に下層のFH層や鉱質土層に含まれていたrCs量の4～5%に相当した。2年後、土壌中のrCs濃度はチップ材を敷き均し区ではFH層で最大であり、敷き均していない区では鉱質土層表層(0-1cm)で最大だった。コナラの葉のrCs濃度は、チップ材を敷き均した区で4～7kBq/kg、敷き均していない区で約0.7～3.5kBq/kgとチップ材敷き均しによって樹木への吸収が促進されたと考えられる。

福島県川俣町の農地に接する落葉広葉樹林において、¹³⁷Csのストックとフラックスを2013年から継続測定している。林床有機物層除去処理区も設け、生態系の反応について調べた。以下の数値はすべて2011年3月15日基準で半減期補正した。試験地にはトータル500kBq/m²の¹³⁷Csが存在したが、当初より大部分は林床に集積していた。林床の¹³⁷Csは、2014年まで50%以上が有機物層にあったが、2015年は72%が鉱質土層に存在し、下層移行が進行した。林内雨と樹幹流中の¹³⁷Csは、2014年1.2kBq/m²だったのが2015年は0.8kBq/m²に減少したが、リターフォール中の¹³⁷Csは、2014年3.2 kBq/m²だったのが2015年は3.8kBq/m²に増加した。系外への¹³⁷Cs流出量は2013年から2015年にかけていずれも0.3kBq/m²前後で大きな変化はなかった。熊手による有機物層部分除去区の林床¹³⁷Cs集積量は対照区の55%だったが、リターフォール¹³⁷Cs量は83%、林内雨¹³⁷Cs量は約70%で、有機物層除去により林木吸収量が減り、林地供給量が減少したと考えられる。

里山生態系内での放射性セシウム（以下RCs）の樹木の吸収量や材への固定量を明らかにするため、川俣町山木屋地区の森林において樹体各部位と土壌のRCs量を調査した。森林内の調査地では対照区、A₀層除去区、L層除去区を設け、土壌中のRCsの低下が樹木に与える影響について調査した。調査区に生育するコナラの林冠木を選択し、成長錐による材の採取を行いRCsの測定を行なった。採取した成長錐の試料の分析からRCs量の幹断面分布と肥大成長量を求め、WIP(wood immobilisation potential)の考え方を用いて、材へのRCsの不動化量の推定を行った。肥大成長量が大きい個体はRCsの現存量や不動化量の値が大きく、肥大成長量の小さい個体は値が小さい傾向が見られた。また、A0層除去区、L層除去区では同じ成長量(cm)でも材へのRCs不動化係数(Bq/cm³)は、対照区より低い値を示した。林分全体の材のRCs現存量は対照区が5.8kBq/m²、A₀層除去処理区が4.3kBq/m²、L層除去処理区が4.2kBq/m²と推定された。

林床へ降下した放射性セシウム（RCs）の移行における有機物と微生物の関わりを解明するため、福島県川俣町山木屋地区にて、土壌中のRCs、有機物量、クロロホルム燻蒸抽出法による微生物のバイオマス量およびRCs吸収量の測定を行った。広葉樹林・マツ林の有機物層においては、有機物量とRCs量に正の相関がみられた。単位有機物量あたりのRCs量は前年から約70%減少し、11～48kBq/m²であった。鉱質土層の表層では相関がみられなかったが、RCs量は前年から約30%増加し、29～89kBq/m²であった。有機物分解によりRCsの下層移行と植物吸収が進行したと考えられる。スギ林では有機物層・鉱質土層のどちらでも有機物量とRCs量に正の相関がみられ、RCs量は前年と同程度であった。微生物のRCs吸収量は、広葉樹林・マツ林の有機物層で前年度と同程度の0.05～0.6kBq/m²であり、微生物への有機物層からのRCs供給効率は増加したと考えられる。

緑地生態系の持続性の評価には多大な労力と時間を要する。持続性を備えた生態系は安定した物質循環系を持つ。安定した物質循環系では、生産者(植物)による有機物生産の活性と、分解者(土壌生物)による有機物分解の活性が均衡すると予想される。そこで、両者の関係を基準とした簡易な持続性の評価手法について検討した。安定した物質循環系を持つと考えられる比較的緩やかな斜面上に成立するいくつかの広葉樹天然林において、葉面積指数(LAI)を植物による有機物生産活性の指標とし、土壌の加水分解酵素活性(微生物活性)を土壌生物による有機物分解の指標として、両者の関係性を調べた。落葉広葉樹天然林では、LAIと微生物活性との間に正の相関関係がみられた。常緑広葉樹林では、LAIと微生物活性に正の相関関係がみられる季節が林分の構成樹種によって異なっていた。これらのことから、広葉樹天然林ではLAIと微生物活性の関係が生態系の持続性を評価する基準となりうる。また、その基準は林分の構成樹種によって変化すると考えられる。この基準を造成緑地でのLAIと微生物活性の関係と比較することで、造成緑地の持続性を評価できる可能性が示された。

本研究の目的は、有機物(木質チップ材)に増殖する糸状菌による土壌中のセシウム(Cs)吸収特性を明らかにすることである。試験地は福島県川俣町にあるCsで汚染された斜面上の落葉広葉樹林である。2013年7月に、斜面上部、中部、下部にそれぞれおよそ40 m²の調査区を設け、林床のL層を除去して、スギを粉砕したチップ材を3 kg m^-2(斜面上部)～5 kg m^-2(斜面中部、下部)敷きならした。チップ材敷きならし後、1～6ヶ月の間隔でチップ材を採取し、篩い分けて、粒径毎にチップ材の量とCs濃度を測定し、Cs吸収量を算出した。Cs濃度は粒径の小さいチップ材で高く、粒径の大きなチップ材でも経時的に増加した。Cs濃度の増加はチップ材全体では敷きならし後5ヶ月間で特に大きかった。チップ材によるCs吸収量は、敷きならし後5ヶ月間までに増加し、その後あまり増えなかった。敷きならし後1年間にチップ材に吸収されたCs量は斜面上部、中部、下部でそれぞれ19、21、15 kBq m^-2であり、チップ材敷きならし時にF層や鉱質土壌に含まれていたCs量の4～5 %に相当した。チップ材敷きならし量はCs吸収量にあまり影響しなかった。

福島第一原子力発電所事故により放出された放射性セシウム（以下RCs）の土壌中の形態は生態系内の動きに影響すると考えられるが、森林では研究されていない。そこで2013年8月に福島県川俣町山木屋地区の広葉樹林斜面に対照区、A?層除去区、L層除去区を、そのほか2つの畑地調査区を設け、2014年8月と9月に土壌を採取し、土壌中でのRCsの存在形態を逐次抽出法を用いて調査した。その結果、水溶性のRCsは森林有機物層でわずかにあるものの、いずれの土壌でもほとんど存在しなかった。畑地では、H?O?水処理によって抽出される易分解性有機物結合態やイオン交換態のものが有機物層で13%、鉱質土層表層で7%あったのに対し、森林では有機物層で3%、鉱質土層表層で2%しかなく、植物に吸収されやすい形態のRCsの割合が少なかった。RCsは粘土鉱物に固定されやすい性質を持つが、畑地土壌の粘土割合が5%であるのに対し、森林土壌では47%であり固定態RCsの割合が高いこと、また畑のリターに比べて森林のリターにはリグニン等難分解性有機物成分が多いことなどにより、植物に利用されにくい形態のRCsが森林では多かったと考えられる。

里山生態系内での放射性セシウム（以下Cs）の動態を明らかにするため、川俣町山木屋地区の農家所有の里山と山木屋小学校の森林において樹体各部位と土壌のCsを調査した。農家所有の里山ではA0層の除去処理を行い、土壌中のCsの低下が里山生態系内にどのような影響を及ぼすのか調べた。コナラ・ミズナラは対照区で幹木部や葉のCs濃度が高かったのに対し、Cs除去処理区ではCs濃度が低いという関係が見られた。また、コナラとミズナラの全調査木の幹木部と樹皮の関係は見られなかったのに対し、幹木部と葉の間には明瞭な正の相関関係が見られた。そのため、Csの吸収は経皮吸収によらず、主に根から吸収され、樹液流によって幹木部から葉に運ばれていると考えられる。一方、アカマツの葉のCs濃度は、コナラやミズナラに比べると低く，幹木部のCs濃度は著しく低かった。コナラの葉は展葉前の葉のCs濃度が最も高い傾向が見られたがアカマツには季節変化は見られなかった。また、コナラでは辺材、心材でCs濃度に大きな差が見られたのに対し、アカマツではCs濃度に大きな差が見られなかった。

森林林床へ降下した放射性Csの鉱質土層への移行状況の違いについて、森林の菌類共生型によって異なるのではないかという仮説をたてて、福島県川俣町山木屋地区の広葉樹林、マツ林、スギ林にて、放射性Csの深度分布調査、土壌の強熱減量測定、微生物の放射性Cs吸収量とバイオマス量の測定を行った。深度分布調査では、衝撃深度はアカマツを主体とした針広混交林で8.1mm、スギ林で12.5mm、対流速度は針広混交林で0.8mm/y、スギ林では1.2mm/yとなりスギ林の方が浸透の速度が早いという結果になった。強熱減量と放射性Csの関係では、広葉樹林においては、有機物含有率と放射性Csは正の相関が有機物層で見られ、鉱質土層では負の相関がみられた。一方、スギ林の有機物層ではそれらの関係は明確でなく、鉱質土層では、有機物含有率と放射性Csに正の相関がみられた。土壌全体の放射性Csのうち微生物の放射性Cs吸収量は0.03～5.83％を占め、特に広葉樹林とマツ林では有機物層に、スギ林では鉱質土層に多く吸収されている傾向がみられた。

福島県川俣町山木屋地区の落葉広葉樹林において林床部リター除去等の処理を行い、放射性Csの森林生態系循環と森林外流出に及ぼす影響を2年間モニタリングした。林内雨は処理区の濃度が対照区よりも低く、落葉期に濃度が高くなるカリウムと同様の溶脱傾向を示した。リターフォールは秋季の広葉で処理区の¹³⁷Cs濃度が対照区の52～66%であった。林床への¹³⁷Cs供給量のうち97%以上が林内雨とリターフォールによるもので、その濃度が低下したことにより林床処理区の2年目の¹³⁷Cs供給量は対照区の68～88%に低減した。林床処理後のリターと土砂の流出に伴う放射性Cs流出の増加は1年目で大きく2年目に低下したが、林床に流出防止の植生土嚢を設置していない区では高い水準が続いた。植生土嚢には林床処理後の土壌に残存した¹³⁷Csのうち1.7～6.8%が吸着されていた。地表流中の¹³⁷Csのうち溶存態は対照区では2年目に平均1.1Bq/Lであったのに対し、林床処理区では0.4～0.6Bq/Lであった。溶存態Csの濃度は林内雨よりも低いが対照区ではその低減率が小さく、林床リターに残存した放射性Csが影響していると考えられる。

福島県川俣町山木屋地区の農地に隣接した森林斜面でA0層の除去処理などの試験を行い、放射性Csの森林生態系内での循環と森林外への流出について把握した。2013年7月1日に作業を完了し、同年11月30日まで樹幹流、林内雨、リターフォール、表面流出水、流出土砂等を採取しゲルマニウム半導体検出器で放射能の測定を行った。その結果、樹幹流に含まれる放射性Csの濃度は対照区で9.6～40.5Bq/L、A0層除去処理区で7.4～20.3Bq/Lであり、後者において減少傾向にある。また、表面流中に溶存態として存在する放射性Csの濃度は対照区で1.6～7.3Bq/L、A0層除去処理区で0.3～4.6Bq/Lとなり、これも後者において減少傾向にあった。一方で、A0層除去処理を行うと土壌表層の侵食流亡が増加した。試験地の斜面から流出したリターや土砂に含まれる放射性Csの総量を試験地の面積で割った流出率は、対照区が0.16Bq/m²であるのに対しA0層除去処理区では1.49Bq/m²だった。但し、斜面末端に設置した不織布つきの柵で土砂流出のほとんどは阻止されていた。

落葉広葉樹の放射性セシウム（rCs）の吸収実態を把握するため、コナラ・ミズナラ・ヤマザクラ・コシアブラを対象とするrCsの樹体内分布特性の調査を、川俣町山木屋地区の丘陵地二次林にて行った。調査の結果、コナラ・ミズナラなどの高木では、rCs濃度は葉や樹皮において高く、木部において低い値を示した。葉・樹皮・木部のrCs濃度の相関を調べたところ、葉と木部の間で相関がみられたが、樹皮と木部の間には関係が見られず、rCsが経皮吸収ではなく根を通して吸収され蒸散流によって移動していることが示唆された。またヤマザクラを年枝毎に樹皮と木部に分けた測定結果によっても、事故以前に存在していた古い樹皮でrCs濃度が高いのに対し、木部は新しい年枝ほど高く、rCsが樹液によって当年生木部に集積されると考えられた。林床処理を行った林分では、コナラ・ミズナラの葉および木部のrCs濃度が対照区より低かった。林内雨の影響がある閉鎖林と影響がない伐開地という異なる環境に生育するコシアブラの若齢木を調べたところ、閉鎖林に生育する個体のrCs濃度は伐開地に生育する個体よりも高く、低木では林内雨によるrCs供給の影響が大きいと推察された。