陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版

街路樹の炭素安定同位体比から
COVID19 による産業活動停滞の影響検出を試みる
半（京都工芸繊維大学場祐子

応用生物学系）

2．炭素安定同位体比から街路樹の大気汚染スト

1．日本の大気汚染の現状レスを診断する

日本の都市部で、大気汚染物質である窒素酸化物の問題が最も顕著だったのは 1985 年前後でし

都市に植栽されている街路樹は、樹冠で大気汚た。1990 年代なかば以降は、日本の大気中の窒染物質を吸収・捕捉したり、木陰をつくって高温素酸化物の量は着実に減少しています。2019 年

化を抑えたり、光合成で二酸化炭素を吸収するなには京都市において、二酸化窒素の大気中の濃度どの多くの効用を持っています。光合成は街路樹は、ピーク時の 1/3 近くまで減少している地点もの生長や生存を支える生理的な働きであるため、あります。一方、2000 年代以降は、アジア地域

光合成活性を維持することは、都市部で樹木が生で中国やインドなどの著しい経済成長に伴って大存していくためには必須です。しかし、光合成に気汚染が劇的に悪化し、越境汚染として周辺の必要な二酸化炭素を取り込む「気孔」は、大気汚国々にも大きな影響を及ぼすようになりました。

染ストレスを感じるといち早く閉じてしまい、そ大気汚染の問題は、アジア地域における最も重要の結果、光合成が低下してしまいます。
植物の葉に含まれる光合成産物の炭素安定同位な環境問題の一つとなっています。

Fi

13

都市における窒素酸化物の主な排出源は、自動体比（δ Cplant）は、植物の光合成活動による同位車です。年間の窒素酸化物の排出量は、乗用車な体比の変化（Δ13 C）と、大気の同位体比（δ13Cair）

どと比べると、大型車（いわゆるトラック）が圧によって決まります。Δ13 C は、平均的な気孔の倒的に大きくなっています。日本の都市部で大気開度を反映します（図 1）。気孔があまり開いて中の二酸化窒素量が着実に減少してきた背景には、いないと、軽い方の同位体（12 C）が植物に取り排気ガス浄化装置の搭載など、トラックの環境性込まれにくくなるためです。ストレスを感じると、能が大幅に向上したことがあります。

多くの場合、気孔は閉じていきます。このようなしかし、交通量が非常に多い幹線道路沿いなど
では、依然として二酸化窒素のレベルは高く、交植物の葉通量が少ない郊外との間には大きな差がありま

気孔 葉の内部
13CO
2

気孔開す。京都市の二酸化窒素のレベルが高い地点で12CO
2は、2019 年時点でも 1 年の半分以上の日数で環12Cが多く取り込まれる境基準の濃度（0.02 ppm とした場合）を超えて気孔閉鎖います。大気汚染は、日本においても過去の問題とはいえないのです。

12Cが取り込まれにくい

図 1．葉 の内部への炭素安定同位体 12 C の取り込まれ方は、気孔が開いているときと閉じているときで異なる。木本植物の生理生態（2020）を改変。
200

図1 葉の内部への炭素安定同位体12Cの取り込まれ⽅は、気孔が開いているときと閉じているときで異なる。⽊本植物の⽣理⽣態（2020）を改変。

Fig.

2

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版

減少します。首都高速道路では、トラックの通行N

北⼭通

台数の変化が、景気の変化に 3ヶ月先行して生じ1 km
⽩川通

烏丸通

堀川通

⻄⼤路通る、という研究結果も出されています。

炭素安定同位体⽐Δ13Cの偏差 (‰)

今出川通

1.02.02020 年から始まった新型コロナウイルス感染>3.0症（COVID19）の流行は、世界的な経済産業活調査地
⼤気観測局

動の低下を引き起こし、日本も例外ではありませんでした。この経済産業活動の低下により、トラックなどの車両の通行台数が減り、大気中の二酸化国道9号線窒素量も減ったと考えられます。その結果として、

京都駅

大気汚染物質の影響を受けやすいヒラドツツジな阪神⾼速道路

どの街路樹では、光合成機能低下が緩和された可図 2．常緑低木であるヒラドツツジの葉の Δ13 C の偏差を京都市内でマッピング。Δ13 C の偏差が大きい13Cの偏差を京都市内でほど強いストレスがかかっている。
図2 常緑低⽊であるヒラドツツジの葉のΔ能性があります。
わたしたちは 2005 年から 2021 年にかけて断続マッピング。 Δ13Cの偏差が⼤きいほど強いストレスがかかっている。

的に、京都市を中心とした都市域で街路樹の葉を13ことから、Δ C の値から、植物が受けている大採取して Δ13 C 解析を行っています。葉の Δ13 C の気汚染ストレスを診断できます。

経年変化を追跡することで、街路樹の光合成機能に、COVID19 による経済産業活動の低下がどの3．京都市内における交通量の違いと街路樹の大ように影響したのかを検出できる可能性があります。

13気汚染ストレス：Δ C の空間的変化

次のようにして調査を行いました。

13

わたしたちは Δ C を使って、京都市内の場所

1）交通量が異なり、大気中の窒素酸化物の濃度による交通量の違いが、街路樹の大気汚染ストレが異なると予想される調査地を 2005 年〜2020

スとどのように関係しているのかを調査しました。

年に京都市内を中心として選定しました。

その結果、街路樹であるヒラドツツジは、交通量

2）街路樹であるヒラドツツジとイチョウの葉をが多い、つまり二酸化窒素量が多い場所にあるほ採取して Δ13 C を測定し、調査地点の二酸化窒ど、気孔が閉じていました。このことから、大気素濃度との関係を調べました。Δ13 C を計算す

中の二酸化窒素が、ヒラドツツジの光合成機能にるために、実測した大気中の二酸化炭素の炭悪影響を及ぼしていることが分かりました（図 2）。

素安定同位体比をもちいて補正をしました。

なお、ヒラドツツジは常緑の低木で、京都府だけ窒素酸化物の濃度は、国立環境研究所から提で約 90 万本が植栽されており、街路樹の低木の供されているデータベースの値を引用しました。

中では 40％以上を占め、日本国内でも最も多く5．ヒ ラドツツジは 2020 年・2021 年に大気汚染利用されている樹木種です。

ストレスが緩和されている可能性がある
4．街 路樹の炭素安定同位体比から COVID19 にまず京都市の 2005 年〜2021 年の二酸化窒素濃13

よる産業活動停滞の影響を検出する：Δ C の度を解析したところ、特に交通量が多い大気汚染

時間的変化

物 質 観 測 局 で、リ ー マ ン シ ョ ッ ク が 起 こ っ た

大気汚染の大きな要因になっているのは、トラッ

2009 年に大幅な落ち込みが見られ、さらに 2020

クから排出される窒素酸化物です。そして、トラッ年と 2021 年にも落ち込みがみられました（図 3）。

クの通行台数は、経済産業活動を強く反映しておさらに、緊急事態宣言や蔓延防止などの措置がとり、好景気のときには増加し、不景気のときにはられている期間に、特に二酸化窒素濃度の落ち込201

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版Fig.

3ba

緊急事態宣⾔蔓延防⽌
NO2の偏差 (ppb)

年平均 NO2 (ppb)2007 – 2019
r2=0.94

リーマン
ショック

COVID-19
⽇付
年度Fig.

4

図 3．
（a）京都市内で最も二酸化窒素濃度が高い
３ つの観測局における、2007 年から 2021 年までの二酸化窒素濃度
図3 (a) 京都市内で最も⼆酸化窒素濃度が⾼い３つの観測局における、2007年から2021年平均値の年変化。2007-2019年のデータの回帰直線を図中に示す。
（b）2007-2019 年のデータを直線回帰したとまでの⼆酸化窒素濃度平均値の年変化。
2007-2019年のデータの回帰直線を図中に⽰す。
(b)2007-2019年のデータを直線回帰したときに予測される2020年、2021年の値と、実際きに予測される2020 年、2021 年の値と、実際の観測地との偏差。NO2 データ：http://www.nies.go.jp/igreen/の観測地との偏差。NO2データ︓http://www.nies.go.jp/igreen/td_down.html
td_down.htmlba

⼤気中⼆酸化炭素の δ13C (‰)

年平均 NO2 (ppb)

4020102015302010n = 28, r2=0.66
001000

2000

3000

4000

交通量
1 32 4n = 127, r2=0.135000

⼤型⾞の⽇中12時間の交通量(台数 12h–1)

⼤型⾞の⽇中12時間の交通量(台数 12h–1)

図 4．
（a）京都市内の 14 の観測局における二酸化窒素濃度の平均値と、その観測局付近の大型車の日中 12 時間交通
図4 (a) 京都市内の14の観測局における⼆酸化窒素濃度の平均値と、その観測局付近の⼤型量との関係。2010 年と 2015 年のデータを示す。（b）大気中の二酸化炭素の炭素安定同位体比（δ13 C）と大型⾞の⽇中12時間交通量との関係。 2010年と2015年のデータを⽰す。(b)⼤気中の⼆酸化炭13C）と⼤型⾞の⽇中12時間交通量との関係。
車の日中 素の炭素安定同位体⽐（δ12 時間交通量との関係。2010年・2015 年の日中大型車交通量のクラスター分析により調査地を４分
2010年・2015年
類：1（4,900台 /12h）、２（14,100 台 /12h）、３（23,700 台 /12h）、４（38,600 台 /12h）。の⽇中⼤型⾞交通量のクラスター分析により調査地を４分類︓1（4900台/12h）、２（14100台/12h ）、３（23700台/12h）、４（38600台/12h ）。
NO2 データ：http://www.nies.go.jp/igreen/td_down.html
NO2データ︓http://www.nies.go.jp/igreen/td_down.html
交通量データ：平成
22 年度・平成 27 年度交通センサス
交通量データ︓平成22年度・平成27年度交通センサス

み が 大 き い こ と も 示 唆 さ れ ま し た。2020 年 とと二酸化窒素濃度との関係を見てみると（図 5）、2021 年に、COVID19 による影響が二酸化窒素濃イチョウでは二酸化窒素濃度に対して Δ13 C がほ度の減少となって現れている可能性があります。

とんど変化していませんが、ヒラドツツジでは二ただし、2020 年と 2021 年の二酸化窒素濃度の減酸化窒素濃度が高いほど Δ13 C は高くなりました。

少幅は、2009 年のときよりは緩やかでした。

ヒラドツツジでは、二酸化窒素濃度が高いほど強トラックの交通量と二酸化窒素濃度との関係をいストレスがかかっていることを示しています。

分析したところ、トラック交通量が多いほど二酸

2005 年 〜2019 年 の Δ13 C デ ー タ を、COVID19化窒素濃度が高くなりました（図 4）。葉の Δ13 Cの影響があった 2020 年または 2021 年のデータと
202

Fig.
陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版

イチョウ

ヒラドツツジ
交通量1 3
2 4

Δ13Cの偏差 (‰)

r2=0.04r2=0.21

NO2 の推定値(ppb)

Fig.

6

図 5．京都市内における街路樹 2 種、イチョウとヒラドツツジの葉における炭素安定同位体比 Δ13 C の偏差と、交通量から推定されたNO2 濃度との関係。赤い囲みは 2020 年と 2021 年のデータ。2010 年・2015 年の日中大型車
図5 京都市内における街路樹2種、イチョウとヒラドツツジの葉における炭素安定同位体⽐
交通量のクラスター分析により調査地を４ 分類：1（4,9002濃度との関係。⾚い囲みは2020年と2021年の台 /12h）、２（14,100 台 /12h）、３（23,700 台 /12h）、Δ13Cの偏差と、交通量から推定されたNOデータ。2010年・2015年の⽇中⼤型⾞交通量のクラスター分析により調査地を４分類︓1
４（38,600 台 /12h）。
（4900台/12h）、２（14100台/12h ）、３（23700台/12h）、４（38600台/12h ）。
NO2 データ：http://www.nies.go.jp/igreen/td_down.html
NO2データ︓http://www.nies.go.jp/igreen/td_down.html
交通量データ：平成22 年度・平成 27 年度交通センサス

交通量データ︓平成22年度・平成27年度交通センサス

ヒラドツツジイチョウ

Δ13Cの偏差 (‰)

121012

2005-2019年
2020，2021年

8n.s.

10

***

交通量が多い地点

交通量が少ない地点

8**66442200
交通量が多い地点**

交通量が少ない地点

図 6．京都市内における街路樹 2 種、イチョウとヒラドツツジの葉における炭素安定同位体比 Δ13 C の偏差について、
図6 年までのデータを
京都市内における街路樹2種、イチョウとヒラドツツジの葉における炭素安定同位体⽐
2005‒20192020 年または 2021 年のデータと比較。
Δ13Cの偏差について、2005-2019年までのデータを2020年または2021年のデータと⽐較。

比較してみました（図 6）。イチョウでは 2020 年
13があります。さらに 2021 年に、ヒラドツツジで1）に Δ C は増加しましたが 、ヒラドツツジではΔ13 C が減少したことは、二酸化窒素濃度が低く逆に、2021 年に Δ13 C は減少しました。このことなったことにより、ストレスの影響が緩和したとから、ヒラドツツジでは、COVID19 の影響があっも考えられます。
ただし、今回の研究では、二酸化窒素濃度につた年に、大気汚染によるストレスが緩和されていい て、年 度 と と も に 単 調 減 少 す る と 仮 定 し てる可能性が示唆されます。

2020 年・2021 年の二酸化窒素濃度を予測し、そ6．まとめ ― 街路樹ストレス診断ツールとしてのの予測値と実測値のずれを検出する、という簡単

炭素安定同位体 ―なモデルを用いています。COVID19 の影響を確

大気中の二酸化窒素濃度が、リーマンショック実に検出するためには、より精密なモデルが必要である点に注意が必要です。

が起こった 2009 年と、COVID19 の影響下にあった 2020 年・2021 年に減少していることは、この時期の産業経済活動の停滞を反映している可能性
2035

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版

注釈(2022) Responses of photosynthesis and long13

1） イチョウで 2020 年に Δ C が増加した理由はterm water use efficiency to ambient air

不明ですが、二酸化窒素濃度以外の要因によ

pollution in urban roadside trees. Urbanるものと考えられます。

Ecosystems 25, 1029‒1042. DOI: https://doi.
org/10.21203/rs.3.rs-713702/v1

文献

半場祐子（2020）「安定同位体から見た森林樹木」

ニッセイアセスメント株式会社

コラム

吉野貴In: 木本植物の生理生態（小池孝良・北尾光晶の「景気や株価の意外な法則」

俊・市 栄 智 明・渡 辺 誠

https://www.nam.co.jp/market/column/

pp.123‒138編）、共 立 出 版、

hosoku/2017/170824.html
著者情報

国立環境研究所データベース・ 大気環境月間値・

半場祐子

年間値データ用生物学系

http://www.nies.go.jp/igreen/td_down.html
国土技術政策総合研究所資料

応

植物分子工学研究室教授。博士（理学）。専門は植物飯 塚 康 雄，舟 久 保 敏（2018）わ が 国 の 街 路 樹
VIII

京都工芸繊維大学

生理生態学。1996 年に京都大学

国土交

理学研究科で学位取得後、岡山大学 資 源 植 物 科 学 研 究 所 を 経 て、

通省国土技術政策総合研究所

2004 年 よ り 京 都 工 芸 繊 維 大 学

http://www.nilim.go.jp/lab/bcg/siryou/tnn/フィールド科学教育研究センター

tnn1050pdf/ks105002.pdfに勤務。2012 年 4 月より現職。

Mayu Matsumoto, Takashi Kiyomizu, SayaYamagishi, Tomomitsu Kinoshita, Luisa

（2021 年 3 月 31 日掲載）

Kumpitsch, Atsushi Kume, Yuko T. Hanba

（2023 年 3 月 31 日改題・改版）

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