中国内蒙古自治区科尔沁砂地内植林地における
樹木成長に影響を与える立地要因の分析
政策メディア研究科(EG) 修士1年
木村詩織
Abstract
At Horqin
Desert in China the overgrazing and over-cultivation cause desertification.
Since 2000, about 1650ha have been afforested to avoid and improve desertification.
To define the aptitude of land for afforestation, field survey was conducted to
examine trees and soils. In 95 points, each trees were surveyed and soils at
0-10cm depth were sampled for investigating physical and chemical properties.
And the Soil Hardness at 0-20, 20-40, 40-60cm depth were surveyed. In the case
of comparison with the mean in each area, the volume index and soil moisture
are correlated.
Keywords:植林(afforestation), 樹木成長(tree growth),材積指数(the volume index),
土壌硬度(Soil Hardness),土壌水分量(soil
moisture),電気伝導度(soil
electric conductivity).
1.はじめに
1.1 背景
中国の半乾燥地では1950 年代以降,過耕作や過放牧などの不適切な土地利用が進み, 近年急速に砂漠化が進行している.中国内蒙古自治区東部に位置するホルチン砂地は中国4大砂漠の一つであり,現在は中国4大砂漠の中で面積が最も拡大している.
この砂漠化問題を改善するため,中国政府や民間企業・NPOによって植林活動が実施されている.しかし,生態系が脆弱な半乾燥地では土地が植林に適さない場合,植えられた樹木はその後生育せず,地下水の枯渇など周辺環境に悪影響を及ぼす.また,植林地では比較的に近接する箇所においても成長の差異がみられ,植林前の地表の様子からでは樹木の生育に適切な場所であるかの判断は難しい.そのため,植林を予定している地域ではその土地が樹木の生育に適しているかを調べる定量的な方法が必要である.
1.2既存研究
樹木の生育に影響を及ぼす要因として気象・地質・地形の3つが挙げられており,マクロな要因である気象条件の場合,砂漠緑化樹木は冬の気温,春の乾燥度による生育抑制が示されている1).ほか,気象・土壌・地形条件をもとに,樹高によって表される林地生産力である地位指数を推定する研究2)3))が行われている.気象条件を要因に入れた研究では降水量などのデータをもとに気象因子の算出するため,比較されるデータ範囲は広域である.
同一気象条件のもとで行われている研究では,土壌または地形に注目して樹木成長との関係を分析する研究が多く報告されている4)5)6). 特に土壌条件は物理性,化学性,生物性に分けられ,物理性では土壌硬度7)8)や土壌水分量9),化学性では全窒素量・全炭素量10)や電気伝導率11),生物性ではリター11)が成長と相関がある指標とされていれる.地形要因では「斜面位置」や「傾斜」などの指標は土壌条件と密接な相関が認められている12).一方,乾燥地内の植林地は土壌塩分濃度やpHを主な指標として分析が行われており,緑化樹木の塩類に対する応答と生育との関係が分析されている13).
だが,緑化樹木については一般的な土壌の物理性,化学性に加えて塩害指標を要因に入れた分析はほとんどない.また,樹木ごとに土壌塩分濃度に対する耐性は異なるため,現地で植林されている樹木ごとに耐塩性を調べる必要がある.
1.3目的
土地条件を考慮した適切な植林方法は,生態系に負荷をかけないという環境効果があるだけでなく,現地住民たちの土地や樹林に対する意識を向上させるといった社会効果が期待される.また,植林に適した土地を選ぶことで植林された樹木の活着率が良くなり, CSR活動として植林を行う企業にとって植林事業における費用対効果が上がる.より投資リスクが減ることで企業の緑化事業への参加促進に繋がり,現地への補助が増えるという将来的な経済効果も期待される.
本研究は中国内蒙古自治区ホルチン左翼後旗アゴラ鎮マリンチウ村都西地区の植林地にて,樹木の成長度と土地の条件を調べ,樹木の成長度と土地条件の関係を明らかにすることで,今後の適切な植林活動における土地選定の基準を示すことを目的とする.ポプラは種類によって耐塩性が異なる14)ため,現地調査の結果を用いる.また,今後は現地の管理者でも容易に実施できるよう,簡易的な調査手法を用いて調査を行う.
2. 対象地
2.1 地理的概要
研究対象地であるホルチン砂地は中国内蒙古自治区東部に広がり,マリンチウ村都西地区はN43°17′〜 N43°21′,E122°42″〜 E122°47′に位置する.気候は平均気温5.5〜5.9℃,平均風速3.3〜4.4m/秒(春季に限り4.2m/s〜5.9m/s),年降水量351mm〜381mmで,降雨は6〜9 月に集中する.原生植生は灌木であり,樹種によっては降水量による生育の制約を受ける.
村の南部に都西湖という東西2800m,南北1000mの湖があり,背後に高さ30mの砂丘が東西に横たわる.湖は北西部から南東部へ傾いているため,北西部は塩害が進行している.塩害が進行している地域では植生が乏しく,耐塩性が強い植物しか生育していない.また,湖畔中位面・湖畔低位面・丘間低地・砂丘面といった地形位置によって風当たりや土壌水分が異なるため,植生にも大きな違いが見られる.
2.2 植林地概要
都西地区の村周辺には2006年から植林が着工され,植林樹木として落葉広葉樹のポプラや灌木のニンティアオが植えられている.都西湖の北東に位置する植林地はほぼ平地だが,場所によって樹高や胸高直径が大きく異なる.
図1.都西地区の植林地
3. フィールド調査
3.1 調査項目
今回は2km四方の植林地を対象に分析するため,気象要因は一定であるとする.また,対象地の植林地には山間のような激しい高低差はないため,地形要因については標高や傾斜を参考として調べる.
主な要因とする土壌要因のうち,半乾燥地の植林地や現地の事務所でも容易に分析ができるよう,土壌の物理性は土壌構造や透水性を比較する指標として土壌硬度と土壌水分率を用いる.そして土壌の化学性では土壌の養分含量や塩害の程度といった化学的性質を調べるために電気伝導率を用いる.
3.1.1 樹高
樹高は密度の影響を受けづらく,土壌や気候などの生育環境と密接な関係がある.
3.1.2 胸高直径
胸高直径は枝葉の量によって左右されるため,照度や密度の指標となる.
3.1.3 土壌硬度
土壌の硬軟の程度を土壌硬度という.同一の土壌でも含水量が少ないほど,また乾燥密度や仮比重が高いほど土壌硬度は高くなる.団粒構造が発達している土壌では硬度は低い.
3.1.4 土壌水分率
土壌の保水性は「土壌が持つ水の保水能力」を表す指標であり,土壌水の運動と植物の生育に大きな影響を与える.土壌水分量は土壌の保水性を定量的に表す.
3.1.5 電気伝導率(EC)
電気伝導度(EC)とは土壌中にある様々な物質のイオン濃度の総量を表す.電気伝導率は一般的に土壌中に含まれている肥料分の目安となる数値であり,一定の値以上で塩害を示す指標にもなる.イオンの量が多いと電気の伝わりが抵抗されて数字が高くなり,植物にとっては20〜40 mS/mの範囲内が生育に適す.だが牧草地では10 mS/m以下のことが多く,80 mS/m 以上では濃度障害などの悪影響が現れる.電気伝導度は土壌の含塩度と植生の関係を考察する上に合理的である15)とされ,伝導度と牧量との間には密接な関係が明らかにされている.塩害が発生しているかの基準値とされているのは40mS/mである16).
3.2 調査方法
3.2.1 樹木調査(樹高・胸高直径)
樹高はレーザー式樹高計を用いて測定した.胸高直径は,通常1.3mの高さで樹木の直径を直接測定した.
3.2.2 土壌硬度
山中式土壌硬度計と採土管の貫入による測定を行った.試堀抗の鉛直面を平滑に整形し,コーンを水平方向に押し込む.先端の金属コーンをつばが土壌表面に当たるまで押し込んだ後に引きぬく.同一の土層に対して3回以上測定を繰り返し,平均をとる.土壌が硬いほど土壌への貫入量は小さく,スプリングの圧縮量は大きい17).
3.2.3 土壌水分率
土壌水分の測定に用いた試料は地表10p以内の表土から採取を行った.採取後の水分を計測し,その後3日間天日干しによって乾燥させた.含水比は容器の質量m0を測定し,湿潤時の質量m1と乾燥時の質量m2より,(m1-m2)/(m2-m0)×100にて算出した.17)
3.2.4 電気伝導率(EC)
電気伝導率の測定には土壌水分率の測定後の地表10p以内の乾土を用いて市販の電気伝導率計にて測定した.乾土10g相当の未乾土または風乾度を125ml容のポリエチレン振とうビンに入れ,土壌に含まれる水分を考慮して乾土に対する水の比が1:5になるように水を加えた.簡易振とう法により,1分間手で振とうしてECを測定した.測定器の補正機能を用いて25℃補正値を表示した.17)
3.3 調査地点
2010年8月18日から9月2日の間,区画内にて樹木調査および土壌調査を95地点行った.各調査地点では樹木調査を行った後,試堀抗による山中式土壌硬度の測定と採土管による測定を行い,分析用に表土を採取した.各植林区画では最低1点は調査地点をとり,かつ植林区画の面積に応じて同等の調査地点数となるよう,ポイントをとった.
図2.都西地区の調査地点
3.4 調査結果
樹林調査と各指標の結果は以下のとおりである.樹高と胸高直径の間には強い相関が見られ,場所によって極端な生育が見られるといった偏りは見られなかった.
図3.樹高と胸高直径の関係
また,区画ごとに平均をとってまとめると以下のとおりである.
表1.樹木および各指標の結果
4. 分析
4.1 相関係数
4.1.1
地点別分析
樹木の生育度の指標として樹高(H)と胸高直径(DBH)をもとに計算する材積指数(D2H)を用いる.対象地域は実験林と異なり,植栽密度などが一定とは限らないため,樹高または胸高直径だけを成長指標に用いることは定量的ではない.材積指数は樹木個体の体積(バイオマス)を簡便に示す値として広く用いられており.ポプラにおける樹幹分析の結果,材積指数と成長量には相関があるとされている18).
調査を行った地点ごとの材積指数と各指標の関係は以下のとおりである.
図4.山中式土壌硬度と材積指数
図5. 貫入した採土管の深さと材積指数
図6. 土壌水分率と材積指数
図7. 土壌の電気伝導率と材積指数
図5〜8より,全体では材積指数と各指標との間には有意な相関が見られなかった.
表2.地点別材積指数との相関係数
また,各指標間の相関を調べたところ,40cmにおける土壌硬度と60cmにおける土壌硬度の間と,土壌水分率と電気伝導率の間に有意な相関がみられた.
表3.各指標間の相関
4.1.2
区画別分析
各指標において植林区画(図1)ごとに平均値を算出し,材積指数と比較すると以下の通りである.土壌水分率と材積指数との間に強い相関が見られ,ほかの指標には相関が見られなかった.
表4.各指標と材積指数の相関
4.1.3
指標の値域別分析
調査を行った指標の値ごとに材積指数を比較すると以下の通りである.
図8.深度別土壌硬度と材積指数
図9.採土管の貫入度と材積指数
図10.土壌水分率と材積指数
図11.電気伝導率と材積指数
図8〜図11は各指標の値ごとに材積指数の平均値を示したものである.これらより,指標の値ごとに材積指数が変化し,土壌硬度と電気伝導率ではデータの分布が山なりになっていることがわかる.
深さ0〜20cm間の土壌硬度の各データ数(〜5,5〜10,10〜15,15〜mm)はN=10,N=77,N=6,N=2であり,深さ20〜40cmではN=8,N=69,N=15,N=3,深さ40〜60cmの各データ数はN=10,N=62,N=23,N=0であった.電気伝導率の各データ数(〜3,3〜4,4〜5,5〜6,6〜7,7〜mS/m)はN=2,N=32,N=27,N=24,N=7,N=3であった.
4.2 主成分分析
4.2.1
地点別分析
調査地点ごとの各指標の値にて主成分分析を行った.固有値は主成分1と主成分2で1を上回り,寄与率も主成分1と主成分2の値が100/変数の個数(6個)を上回った.これらより,主成分2までが影響があると見なす.
表5.地点別主成分分析結果
また,主成分1と主成分2における主成分負荷量は以下のとおりである.
表6.地点別主成分負荷量
表6より,主成分1では土壌硬度が,主成分2では電気伝導率がそれぞれの主成分に大きな影響を及ぼしていることがわかる.
図12.地点別主成分1と主成分2の散布図
そして主成分1と主成分2の散布図を作成すると,土壌水分率と電気伝導率は主成分得点に対して同様の影響傾向を持つことが分かる.表3における土壌水分率と電気伝導率の高い相関と一致する.
4.2.2
区画別分析
主成分分析を区画ごと(図1)の各指標の平均値にて行うと以下のとおりである.
表7.区画別主成分分析結果
同様に,固有値は主成分1と主成分2で1を上回り,寄与率も主成分1と主成分2の値が100/変数の個数(6個)を上回った.主成分2までが影響が大きい.
表8.区画別主成分負荷量
主成分負荷量では主成分1において各深度の土壌硬度が,主成分2では土壌水分率の影響が大きいことが分かる.
図13.区画別主成分1と主成分2の散布図
同様に主成分得点から主成分1と主成分2の散布図を作成すると,第2主成分の方が主成分得点のバラつきが見られた.採土管貫入深度,深度別土壌硬度,土壌水分率,電気伝導率の間には2つの主成分に対して似た傾向は見られなかった.
5. 考察
バイオマス量を示すとされる材積指数と各指標の相関をみた場合,地点別ではいずれの指標もほとんど相関が見られなかった.区画別では土壌硬度と材積指数の相関が見られない一方で,土壌水分率と材積指数の間には高い相関がある.一般的に土壌が柔らかくなることで含水量が増加するとされている19)が,土壌水分だけが材積指数と相関が高く,樹木成長による土壌硬度の改善によるものではない.よって樹木による土壌へ影響ではなく,土壌水分率自体が樹木の生育の差異につながったと考えられる.
各指標による主成分分析では,地点別の場合,第1主成分では土壌硬度,第2主成分では電気伝導率の影響が大きく,区画別の場合は第1主成分では土壌硬度,第2主成分では土壌水分率が大きく影響していた.どちらの第1主成分も土壌硬度が最も主成分負荷量が大きく,区画別では相関係数と主成分のどちらにおいても土壌水分率は要因として挙げられている.
各指標の値域ごとに材積指数をみた場合,材積指数が高くなる値域がそれぞれの指標ごとにあり,土壌硬度や電気伝導率では正規分布のような散布を示している.そして土壌硬度は5〜10mm,電気伝導率は4〜5mS/mにおける値をとるとき,材積指数は高くなる傾向にある.この傾向は,地点別の場合に第1主成分では土壌硬度,第2主成分では電気伝導率の影響度が大きくなることと一致する.
以上から10m2のコドラード単位で樹木の成長と立地条件を比較した場合,相関があるのは土壌硬度と電気伝導率である.また,100m2〜25haのスケールで樹木の成長と立地条件を比較した場合は土壌水分率が正の相関を持つ.
6. おわりに
中国内蒙古自治区ホルチン左翼後旗アゴラ鎮マリンチウ村都西地区の植林地にて樹木の成長度と土地条件の関係を分析した場合,電気伝導率は全調査地点中の2か所を除いて塩害を示す値を下回り,都西地区の植林地では塩害による生育制限は起きていないことが分かる.だが,今回の調査地域は比較的狭いため,今後の植林活動の基準を示すためにはさらに広範囲における調査と分析が不可欠である.
また,今回の調査は試料の採取や計測が高い精度で行われたとは言えない.1地点あたりのサンプリング数が少なく,計測機器も不安定であった.今後は地点数を増やすなどしてデータとして有意性を高めていきたい.
謝辞
本研究は2010年度森基金研究助成金による研究助成の支援を受けて行なわれた.また,8月18日から9月2日に行なった現地調査ではNPO法人緑化ネットワークの方々の多大なご協力を頂いた.さらに,この研究への指導をしてくださった厳網林教授,および研究室の皆様には深い感謝の意を示したい.
参考文献
1) 榎本百利子・森本幸裕・王林和,年輪解析を用いた砂漠緑化樹木の成長に及ぼす気象条件の評価に関する研究,J.JILA
61(5),P515-518.(1998)
2) 伊藤哲・光田靖,九州のブナ林の分布に関する立地解析−気象・地質・地形および植生データを用いた解析−,平成14年度〜平成16年度科学研究費補助金(基盤研究(B)(2))研究成果報告書,P129-P134. (2005)
3) 光田 靖・伊藤 哲・福里和朗(2005)異なる気象・地質条件下におけるスギ地位指数の推定,宮崎大学,平成14年度〜平成16年度科学研究費補助金(基盤研究(B)(2))研究成果報告書,P55-P60.
4) 朱 城賢・須崎 民雄・玉泉 幸一郎(1989)緑地の土壌環境に関する研究(1):沿海地における常緑街路樹の土壌と生育,九大演報,60,P17-P34.
5) 光田 靖・伊藤 哲・坂本 壮,同一気象・地質条件下における地形指標を用いたスギ地位指数の推定,平成14年度〜平成16年度科学研究費補助金(基盤研究(B)(2))研究成果報告書,P47-P54. (2005)
6) 山根玄一・薄井五郎・江州克弘・菊池健・寺沢和彦,カラマツ人工林の成長と立地要因の関係,北海道林業試験場研究報告 第28号.(1990)
7) 増田拓朗・藤僚賢一・吉田重幸,ケヤキの生育に及ぼす土壌物理性の影響,香川大学農学部学術報告,第34巻,第2号,P157-162.(1983)
8) 佐藤弘和・真坂一彦・山田健四,農地周縁の緩衝林として植栽されたアカエゾマツの成長に影響を及ぼす立地要因,Jpn.For.Soc.76(3),P202-207.
(2005)
9) 山本哲裕・浅野友子・堀田紀文・鈴木雅一,斜面に植栽したスギ幼齢木の成長と水分,養分の違いの関係,東京大学農学部演習林報告,122,1-15.(2010)
10) 白 龍,中国黄土高原北部の退耕還林還草地における土壌炭素・窒素の変化,日本緑化工学会誌,32(1),149-153. (2006)
11) 加藤和弘・谷地麻衣子,里山林の植生管理と植物の種多様性および土壌の化学性の関係,日本造園学会誌 66(5), P521-P524. (2003)
12) 山田康裕,施業放棄されたヒノキ人工林における成林状況と斜面位置との関係,九州森林研究,No.59,P158-P161. (2006)
13) 横田 博実,アラブ首長国連邦における主要な砂漠緑化樹木の環境ストレスに対する応答,静岡大学学内特別研究報告,2,P18-19.(2000)
14) 斉藤昌宏・谷本丈夫・張立運・李振武, 中国北西部の乾燥地における土壌塩類濃度の分布, 森林立地学会誌, 43(1), P9-15.(2001)
15) 米田茂男・河内知道,干拓地土壌に関する研究(第13報)電気伝導率法による土壌塩分の測定法とその意義について,岡山大学農学部学術報告,第11号,P1-P14.(1958)
16) 伊藤純雄,施設栽培における新実用化技術[3] 土壌溶液に基づく施設内土壌診断と管理A.「農業および園芸」,59,P1081-1088(1984).
17) 日本草地学会,草地科学実験・調査法,全国農村教育協会(2004)
18) 早見均・和気洋子・吉岡完治・小島朋之,瀋陽市康平県におけるCDM(クリーン・デベロプメント・メカニズム)の可能性と実践:ヒューマンセキュリティに向けた日中政策協調の試み,総合政策学ワーキングペーパーシリーズ,No.7(2003)
19) 矢橋 晨吾, 特殊土の植栽基盤としての改良 : II.稲城砂とロームの混合が締固めに及ぼす影響,千葉大学園芸学部学術報告 39,P69-76.(1987)