陀安一郎、申基澈編（2021）同位体環境学がえがく世界：2021 年版

高山の霧を吸収するハイマツ― 雨と霧を同位体比で区別する ―久米篤（九州大学大学院農学研究院）

1．日本の高山植生を特徴付けるハイマツ

一方、日本の山岳では霧がよく発生し、地表面へハイマツ（Pinus pumila）は日本の中部山岳をの霧水沈着量は降水を上回る事もあります。ハイ

分布の南限とし、高山の森林限界上部に優占する

マツ樹冠の表面積はとても大きいため、植生表面

こ と の 多 い、 マ ツ 科・ マ ツ 属 の 矮 生 低 木 で すに付着した霧水が水分供給源となっている可能性（図 1）。ほとんどのマツ属の樹種では幹が単幹・があります。

直立に伸張するのに対して、ハイマツは矮性低木

そこで、このような環境下で、光合成に伴う大としての性質が固定され、常に多幹・匍匐の生育量の蒸散に必要な水をハイマツがどうやって得て型を示し、面的に広がります。濃緑色の密度の高いるのかを、降水や霧水（H2O）の水素（H）とい樹冠を持ち、高さ数メートルの斜面全体に広が酸素（O）の安定同位体比を利用して確かめるこる大きな群落を形成することがあり、その一方でとにしました。

山頂や尾根付近では高さ十数センチの矮性・匍匐
2．立山浄土平の気象環境型の生育形で頑張っていることもあります。
ハイマツ群落の林冠は、高さ 1 m 範囲内に全立山は富山県最高峰の標高 3000 m を超える山ての葉が集中しているため、大量の針葉が地上部岳地域で、上部にはハイマツ群落がよく発達して数 m に圧縮された、例外的に高い葉密度を持ちいます（図 1）。山頂付近の浄土平（2839 m）にます。針葉の投影面積を葉面積として計算すると、は富山大学立山施設があり、気象観測が行われて地表面あたりの針葉面積（葉面積指数：LAI）はいます（図 2）。

2-25 m m 以上の値となり、林冠の厚さあたりの針2

図 3 に、立山周辺で観測された 2005 年と 2006-3

葉面積（葉面積密度）も 4 〜 6 m m となります。

年の月別降水量を示します。麓の富山市と比較しこれは通常のマツ林というよりかは、亜高山帯域て、立山山頂部の降水量は年ごとの変化幅が大きに見られるオオシラビソやトドマツの優占する森林の値に近く、かなり大きな値です。そのため、成育期間が無雪期に限られて短いにもかかわらず年間の光合成物質生産量は低地の常緑針葉樹林に匹敵するほど大きくなると推定されています。光
合成には大量の水が必要となります。しかし、ハイマツが生育している高山環境では水分を保持する土壌はほとんど発達しておらず、根系の発達も抑制される上、ハイマツの生育している環境では土壌は冬季に凍結しています。雪が解けても土壌が解けなければ水を吸収することができません。

図 １．立山室堂の斜面に広がるハイマツ群落（濃い緑色）
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表層5cmの有効土壌水分量 (mm)25

表面濡れセンサー

みくりが池 草本群落
みくりが池 ハイマツ林床
浄土平 草本群落
浄土平 ハイマツ林床20151050
2005年8月
霧水採取装置雨量計

図 4．立 山高山帯の ２００５ 年と ２００６ 年の表層土壌の水気象観測装置

分量。ADR 土壌水分センサーで測定（Delta-T 社、
図4 立山高山帯の２００５年と２００６年の表層土壌の水分量 ADR土壌水分センサーで測定（
Delta-T社, ML2x）
ML2x）

図 2．富山大学立山施設における気象観測

100

1500

900600

富山市
天狗平
室堂
浄土

90
表面が濡れていた時間の割合 （％）

2005年

1200300
降水量(mm)2006年8月

01500

2006年

1200900

下面

7060
50403020
1000:00

600

上面

80

4:00

8:00

300

12:00

16:0020:000:00

時刻

07月

8月

図 5．
土平で 8 月に表裏 45 度傾けて設置した濡れセ
図5浄浄土平で8月に表裏45度傾けて設置した濡れセンサの測定結果
ンサーの測定結果

9月

図 3．２００５ 年と ２００６ 年の月別降水量

図3 ２００５年と２００６年の月別降水量
富山市（標高9 m）、天狗平（標高2290 m）、室
富山市（標高9ｍ）、天狗平（標高2290m）、室堂（標高れている時間を推定してみました（図 5）。その堂（標高2450m)、浄土（標高2840m）2450m)、浄土（標高 2840m）
結果、雨が降らなくても毎日夕方になると濃い霧
く、2005 年の 8 月の降水量が 600 mm 程度あっが発生し、19：00 頃には樹冠がびしょびしょに濡たのに対して、2006 年にはほとんど雨が降りまれていることが多いことがわかりました。実際、せんでした。

現地では葉の先から水がポタポタ落ちていること

山頂付近の植物群落の土壌水分量を測定しても観察できました。このような霧水を、ハイマツも、2006 年 8 月の土壌水分量は 2005 年よりも少はどれくらい利用できるのでしょうか？

なくなっていました（図 4）。このような状況では、2005 年と比較して 2006 年にはハイマツの光合成3．雨と霧の同位体比速度は低下していると予想しました。ところが、重い水分子（1H2H16O あるいは 1H218O）と軽い実際に現地でハイマツの光合成・蒸散速度を測定水分子（1H216O）を比較すると、重い水分子は軽したところ、2006 年 8 月でも、ハイマツは活発い水分子よりも飽和水蒸気圧が低いという性質がに光合成・蒸散を行っていまいた。ハイマツは、あります。霧水は雨粒よりも小さく、地表近くの雨が降らなくてもどこからか水を吸収しているよ

大気中を長時間漂っているため、軽い水分子が選うです。

択的に蒸発し、重い水分子が濃縮される傾向があ

山頂付近に濡れセンサーを設置して、葉面が濡ります。そのため、雨粒と比較すると霧水の δ 2H
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や δ18O はより多く（重く）なります。そこで、

δ18O (‰)

雨水と霧水、ハイマツ林の林床に供給される水（樹冠通過雨）の同位体比を調べることで、ハイマツ林床に供給される水の起源の推定を行いました。
高山環境では、通常の方法では樹冠通過雨を採δ2H (‰)

取することは出来ません。いろいろ試してハイマツ林の林床のあちこちに、雨樋を加工した常時開放型雨量計を設置することにしました（図 6）。
この装置で採取された水が、ハイマツ樹冠を通過して、地表に供給された水ということになります。
次に、ハイマツ樹冠上に供給される雨水と霧水の量を測定し採取するために、山頂付近の富山大図 7．降雨（Rain）、霧（Fog)、樹冠通過雨（Throughfall）の水素と酸素の同位体比（Uehara et al. 2012）。

学立山施設に、霧水や雨水の採取装置を設置しま

図7 降雨（Rain）、霧（Fog)、樹冠通過雨（Throughfall）の水素と酸素の同位体比（Uehara et al. 2012）。

した（図 2）。霧水採取器には雨除けの屋根がつ算して加重平均すると、霧水は約 50％程度寄与いており、その下にテフロン細糸が上下に多数張られており、霧粒が糸にぶつかると、そこで水滴しているという結果が出ました。さらに、実際にになって下に流れ落ちます。

採取した水の量から得られた計算結果からも、同採取された水の同位体を分析すると図 7 のよう様の結論が得られました。これは、降雨の有無にになりました。立山の高山帯では、平野部で重いかかわらず、ハイマツ樹冠が霧水を効率的に取り水から雨になるため、軽い水の割合の高い雨が降込むことで、林床に水を供給していることを示しります。一方、霧水は空中を漂っている間に蒸発ています。

して、重い水の割合が増えます。バラツキはありハイマツ群落に霧水が供給される量は、霧粒のますが、雨水は軽く霧水は重いというはっきりと密度と風速に伴って増加しますが、細い針葉が密した傾向がありました。そして樹冠通過雨は降水集するハイマツ樹冠の形態は霧水採取器とよく似と霧水のちょうど真ん中付近に分布していましており、群落表面の風速を弱めず、霧水を効率的た。単純混合モデルのエンドメンバーの両端を霧に採取できる形態と考えられます。風が強く霧の水と降水として、樹冠通過雨への霧水の寄与を計多い日本の高山では、ハイマツの樹冠形状は霧水の吸収に適しているようです。

樹冠通過雨採集

日本の山岳地域では霧の発生頻度が高い場所が多く、酸性霧の被害などが問題になることもあり

樹高
浄土平：約60cm

ます。水素と酸素の同位体を測定することで、他の化学物質とは独立に、森林への水の供給源を推10.3㎝
40cm

測することができます。

18cm
12cm

謝辞
本研究は上原佳敏博士が中心となり、富山大学理学部関係者のサポートによって実施されました。特に同位体分析については佐竹洋教授の指導の下で行われました。記して感謝いたします。

図 6．ハイマツ林の樹冠通過雨（林内雨）の採取方法
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文献

著者情報

Uehara Y, Kume A (2012) Canopy rainfall

久米篤（九州大学大学院農学研究院教授）1996 年早稲田大学大interception and fog capture by Pinus

学院理工学研究科修了、博士（理pumila Regal at Mt. Tateyama in the学）。1996 年 JST-CREST 研究員

Northern Japan Alps, Japan. Arctic,（広島大学森林衰退研究センター）、

Antarctic, and Alpine Research 44: 143‒150.

2004 年富山大学理学部、2008 年
九州大学農学部附属北海道演習林

https://doi.org/10.1657/1938-4246-44.1.143などを経て 2015 年より現職。

久米篤（2009）「ハイマツ群落」In：高山植物学― 高山環境と植物の総合科学 ―（増沢武弘編著）、共立出版版、pp. 348‒358120（2021 年 3 月 31 日掲載）