森と 水と土環境保全 と資源利用 のバランスを考える

はじめに
環境問題と森林、きっかけとして

京都大学大学院農学研究科

谷誠

森林と水に関して知りたいこと象徴的な「緑のダム」という表現

例：日照りに水を利用するには、どんな森林にすればいい？
森林種類（広葉樹か針葉樹かなど）や伐採方法など
選定技術を訊いている
しかし、水源の森林の役割は、木材供給・土砂害防止・・・
日照り対応だけではない「森林の役割」とは、地域で包括的にみるべきもので、特定の欲求（ここでは日照り対策）を超えたものではないのか

人間は、人工物を基準に自然をみる傾向がある
自然科学そのものは、人工物を作る技術だけでなく、生物進化のような、再現できないプロセスの重要性を提供してきたはず
しかし、それは社会に応用しにくい。これが環境問題の深刻さにつながる

緑のダムは、ダムを基準に自然を想像する典型
治水ダムは降雨の一部を貯めるために作った人工物
治水効果があるのはあたりまえ（りんご皮むき器でりんごの皮がむけるのと同じ）森林をダムと同じ機能のある道具にみてしまう
技術は、特定の欲求に対応するのが得意（りんごの皮をむく道具のように）森林はそうではないのに、特定の欲求（渇水・洪水・土砂害・・・）を問われやすい

追加スライド奥利根 矢木沢ダム

国土強靱化のためになんぼでも金を使え！と叫ぶのはおかしい・・・が豪雨がきたとき、治水効果がゼロとはいえないので、批判しにくい「りんごの皮がむけない皮むき器」のような、明確な欠陥瑕疵がないと・・・・
りんご皮むき器

http://www.ringodaigaku.com/eat/goods/peel.html

ダムの是非とは別に、根本から自然認識の修正が必要では？

ほんとに省エネ？

健康の直接性と環境の間接性

白熱電球からLED}照明に変えると、電気エネルギーの消費が十分の一程度にしかし、余る電気は、より生活が豊かになることに使用され、必ずしも、電気消費量減少に反映されにくい

たばこを吸いたいという短期欲求に対して、健康という長期欲求は、
環境問題と違って、直接的
環境問題は、より長期のうえに間接的

技術は短期的な欲求に応える傾向があり、
自然科学知見が選択採用されるようだ「長期的な環境問題」は、重要性必要性がわかっていても捨て置かれる
森林など50年もかかって成長するので、
長期的欲求と環境の両方の時間が近づく
メリット？ディメリット？
中部森林管理局ホームページから

本発表の課題50年前には、国鉄の快速電車（米原－大阪－上郡・播州赤穂）に灰皿があり、禁煙車はなかった

具体的な発表内容
理解したい内容

短期欲求に比べて長期欲求は、技術発展の対象になりにくいし、環境は、健康に比べて間接的なので、海と大陸と島に区別される地球の無機的な活動

環境問題への真剣な問題取り組みはきわめて難しい

森林等の生態系との相互作用による環境の成立
大陸の水循環変動帯の地盤森林への特定の欲求（経済性・環境性）は、役割の過小評価の原因になる
きょうは、生態系（主に森林）と天体としての無機的な地球の相互作用の自然科学的知見を紹介してゆく

相互作用、動的平衡、恒常性維持作用をキーワードとして、環境問題への取り組みを考えなおしたい
人工物の色眼鏡で自然を見ることなく環境問題を身近にする必要条件（縮小社会で必須）として論争余地の少ない、自然科学的な事実の共有可能性を探る

追加スライド

生物資源かつ排出物浄化に関する、人間の生態系依存
自然に、あるいは、人間活動による相互作用の変化（洪水緩和を例として）

考えたい内容相互作用は、環境変化、個体一生で同質だが、意識的には環境が間接的
自然科学知見は、「よりよく」の欲求にそって利用される傾向、
時間変化など「不可能さ」の知見の社会へフィードバック不足
自然科学知見の統合的な理解共有が、環境を引き寄せるうえで必要プレートテクトニクスと地殻変動
プレートは地球のマントルの対流により移動していて（年数センチ）、その境界で潜り込みや衝突の部分に、地震・火山が集中している
安定大陸は地殻活動が少なく、地形平坦で、ただ静かに動いているだけ

地球システム２つの典型的な地理条件を分ける

主なプレート地震活動 （札幌管区気象台より）
http://www.jma‐
net.go.jp/sapporo/bousaikyouiku/mamechishiki/jikazanknowledge/jikazanknowledge1_1.html

プレート移動に伴う大陸の移動（Britanica Kiｄｓによる）

http://kids.britannica.com/elementary/art‐170985

プレート移動と土の循環

安定大陸： 海洋との水の循環
陸の水は重力によって海へ移動するが、重力に逆らう上向きの移動があるはず

地殻変動帯では、山くずれや土石流が起こる

海水は日射により気化熱を得て水蒸気に、重力で降水として落ちる
余った水蒸気が陸で降水となる。一部は蒸発するが、あまりが河川流出となって海へ戻る

重力によって、土が水とともに落下し、海に落ちてゆくためには、
重力に逆らって、土を山の上に押し上げないといけない
日本では、プレート沈み込みの際、堆積物がはぎ取られる付加体となって上向きに押され、山ができる
または、火山噴火によって噴き上げられる
日本列島
岩が冷えて山になる
付加体
これが風化して、岩が土になり、雨水によって浸食され重力により海に帰る

水蒸気の流入奥地へゆくほど水蒸気が減って乾燥してゆく海洋プレート
大陸プレート
マントル
プレートの
沈み込み

地熱によって土は循環する
安定大陸では、こうした土の循環移動はみられない

降水>蒸発

降水<蒸発
河川流出

太陽によって水は循環する地殻変動帯では 隆起と雨水侵食の競争

地球システム土の隆起が速ければ山岳となり、水の浸食も速ければ川の形が保存（三日月湖は隆起消滅する）
土の隆起が遅ければ平原のまま

隆起と侵食の速度競争で複雑な地形が生じる

三日月湖

２つの典型的な地理条件を分ける

まとめ

安定大陸と地殻変動帯は地理的条件が全く異なる

Google Earth 現在平坦な地形のため進行中の釧路湿原の蛇行

奥ほど乾く安定大陸
土が水とともに動く地殻変動帯

三日月湖になる前に隆起開始
しかし川の侵食が隆起に勝った
かつての平坦な準平原が隆起したなごりを示す紀伊半島北山川の蛇行

蒸発散の基礎：森林を伐採すると流出は増加する
水収支の原理により、貯留変動少ない年単位では、流出量と蒸発散は競争関係

降水量＝流出＋蒸発散＋流域貯留増加

安定大陸における水循環
生態系相互作用による動的平衡の典型例
ここで、動的平衡とは、外力変動に対し変動が起こっても時間平均的には定常状態が保たれるシステムの状態をいうことにします

蒸発散 e
降雨 r

貯留 S

流出 q

（物理的には、入出力があっても互いに逆向きの過程が同じ速度で進行するため、平衡が保たれる状態をいうようですが）森林の蒸発散が多いのは２つの理由による多数の流域試験から、森林伐採直後、年流量が増加することが示された結果（Bosch & Hewlett, j.Hydrol.1982より）

森林からの水蒸気は、蒸散と遮断蒸発が大きい
日射が大きい、風が乾いて強いときに蒸発しやすい
砂漠のように水そのものがなければ抑制される
蒸散は、光合成に伴い、葉の裏の気候開閉によって自分の生き残りに有利なように制御している森林は遮断蒸発量が大きい
雨が少ないと、サバンナのように、根を樹冠のない周りに伸ばして水を横取りして蒸散に使い、光合成を維持する

遮断蒸発は、枝葉に付着した雨水の蒸発
http://global.britannica.com/EBchecked/topic/525656/savanna

蒸発散全体

蒸発散全体
光合成にともなう
葉の気孔からの蒸散

蒸散

森林では、雨水の多くが樹冠（枝葉）に付着して遮断蒸発してしまう

蒸散

そもそも、雨の半分近くは地面に落ちてこない（上のサバンナの図参照）

地表面から
の蒸発

遮蒸断発

雨水の葉への付着
の遮断蒸発

遮蒸断発

土壌水

これは、草などより樹木の背が高く、凹凸が大きいので、物理的にやむを得ない

地下水

Suzuki, 日林誌,1980から

森林は蒸散が大きいわけではないが、乾燥時に減りにくい
蒸散は光合成にともない、草も大きい
草は乾燥で蒸散を減らすが根を深く伸ばした樹木は、しぶとく蒸散を維持する

北谷 植生変わらず

南谷 マツ枯れ

樹木は、しぶとく長く生きる戦略

900

92-2001

年蒸発散量

森林ありの期間
800

mm
700
13

69-81

82-89
60-68

84-91

44-57

森林なしの期間
13.5

年平均気温

南谷の無降雨時の基底流量

渇水時、森林は蒸散が減りにくいので、渓流流量は森林がある方が少なくなる
900

ET

800

mm

700
14 ℃ 14.5 1100

（谷・細田：水文・水資源学会誌、2012）

92-2001

マツ枯れ後

84-91

82-89

60-68

マツ枯れ前
69-81

44-57
1200

森林は蒸散が大きいわけではないが、乾燥時に減りにくい
熱帯では、年中気温が高く、光合成が可能なので、常緑林は、雨の少ない乾季に蒸発散が大きくなる
ただし、あまり無降雨期間が長い地域は落葉林（乾季に落葉）となる
Monthly rainfall or ET in mm

Suzuki, 日林誌,1980から

アマゾン
Tapajós

400

マレーシア
Pasoh

300

降雨

200
100

蒸発散
3

6
9
Month

12

3

mm 1300

6
9
Month

12 0

3

6
9
Month

12

熱帯常緑林における月降雨量と月蒸発散量

da Rocha et al., Ecol. Appl. 2004

Precipitation
北谷の無降雨時の基底流量（阿部・谷：日本林学会誌、1985）

タイ
Kog MaTanaka K. et al., JGR, 2003
Tanaka N. et al., Agr. For. Met., 2008

とにかく、森林は蒸発散が多く、かつ、乾燥期間にも減りにくい
樹木が長生きだからです。よく理解ください

大陸の奥地： 砂漠ではなく森林の広がっている場合も森林は蒸発散が多いのに、乾燥するはずの海から遠い
大陸奥地にも広がっている

大西洋から蒸発した水蒸気が偏西風で運ばれる 冬は雪が減少、夏はあまり雨が減ってゆかない
シベリア
北方林

カナダ
北方林

大陸奥地でも森林に十分な多雨気候
なぜだろう？
内陸の森林

アマゾン
熱帯雨林

安定大陸での水のリサイクル

標高の高くなる中央シベリア
高原では、夏に雨が増加
よくみると、標高の高い
東側（風下）は、
雨が階段状に減る

中央アフリカ熱帯雨林

地形が高いと雨が多くなり風が乾くが、平らだと奥まで減りにくい

世界の植生分布

ユーラシア大陸北方（北緯50度から70度）における夏季（○、
6-9月）、冬季(○、12-3月)の降水量の東経に対する関係
なお、×は夏季、×は冬季の、いずれも標高300mを超える地点を示す。（気象庁のデータによる）（「みんなの森」による）

http://www.data.jma.go.jp/gmd/cpd/monitor/nrmlist/CountryList.php?rcode=06

http://www.minnanomori.com/japanese/j_info01/j_graph104/j_frame104.html

水の安定同位体比は蒸発・凝結のヒストリーを表す
水素・酸素の元素には、中性子の多い同位体が混じっていて、
蒸発は、軽い（中性子数の少ない）分子を持つ水から先に、凝結は、反対に重い水から先に起こる
冬は、大西洋の水蒸気は重いものから雪になり、東にゆくほど軽くなる
夏は蒸発が盛んなため、水のリサイクルによって軽くならない
ベルリン

モスクワ東 東シベリア

-200
-300

E13

E50

Berlin

Kirov

-400
150

E130

月降水量

50

mm
JMMJ SNJMMJ SN

渦相関法という手法が開発され、こうしたフラックス
観測が地球環境研究の実証部分を支えている
降水

土壌水分
蒸発

夏は、降雨・蒸発がほぼ同じ量
すべての水がぐるっと回って同位体比が変わらない

Yakutsk

雨水を構成する水素の安定同位体比
δD（上）と降水量(mm)の季節変化(年毎の値を色分けしている）

100

名大の太田岳史らによる東シベリアのカラマツ林でのタワー観測

少雨年でも（降雨よりも多い）蒸発0

δD -100

森林の光合成・蒸散は少雨年でも減らない

The isotopic data of precipitation used here wasprovided from International Atomic Energy Agency
J M M J S N NAPC - Isotope Hydrology Section

ヤクーツク永久凍土上のカラマツ林の蒸発観測
Ohta et al., Agric. For. Meteorol., 2008から
なお、こういうタワーでの水循環や二酸化炭素やメタンの輸送は、森林水文学
や農業気象学の研究者が手法開発し、学生らの観測に任されている
日本やロシア政府は、その100年規模の長期変動を、気象観測や河川観測とは違い、業務測定すべき重要性を認識していない

相互作用による動的平衡、その移行（シフト）水リサイクルは、地形平坦・蒸発散安定が条件

少雨年も含み毎年蒸発が同じなのは、カラマツ個体が年々光合成して成長するから。人間と同じで、生命は活動を休むと枯れてしまう （他の種に負ける）
降水

土壌水分

水の循環

蒸発

年降水量
年蒸発散量

日本のように地形が急峻だと、どっと雨や雪が降って短距離で空っ風になってしまう

少雨年には（降雨よりも多い）蒸発

地形が平坦で、降水と蒸発散がほとんど同じであれば風は奥地まで乾かない

水のリサイクルの動的平衡は森林伐採でシフトする
広大な面積の森林を伐採すると、蒸発散は減り、とくに少雨年は極端に減り、水のリサイクルの動的平衡は崩れてゆく
最終的には乾燥気候の動的平衡に落ち込み、ユーラシア大陸東方（シベリア、モンゴル、中国内陸）の気候が乾燥化する森林のある湿潤気候の動的平衡から
森林のない乾燥気候の動的平衡にシフトする

長期気候変動における動的平衡とシフト
バイカル湖の湖底堆積物の花粉分析を行ったShichi et al. (Palaeogeography,
Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2007) によると、
森林におおわれていた時代は１万年程度ツンドラであった時代がより長い
気候変動にともなって森林が拡大縮小する
現在の暖かい気候で動的平衡は1万年以下の期間にすぎない

海洋からの水蒸気流入

森林
ツンドラ

気温の変動（右が高い）を表している

水のリサイクル

降水>蒸発散降水<蒸発散河川流出

土壌深くから蒸散が土壌の乾燥する生じて大規模な

乾季にはリサイクリサイクルが続く

ルが弱まる

森林総研プレスリリースから
http://www.ffpri.affrc.go.jp/labs/kouho/Press‐release/2007/kasekikahun20070711.htm

長期気候変動における動的平衡とシフト
暖かな現在の気候は、平年気温のまわりを変動している（動的平衡）
しかし、より長い期間には、徐々に、植生とともに変化している
森林におおわれていた時代は１万年程度ツンドラであった時代がより長い
気候変動にともなって森林が拡大縮小する
温暖化で北方向へ森林が拡大した期間には、蒸発散と降水の水リサイクルも連動して、北方向に千キロの規模で拡大したのだろう

森林
ツンドラ

安定大陸における水循環
生態系相互作用による動的平衡の典型例

まとめ

森林は蒸発散が多く、かつ、乾燥期間に減りにくい
なので、雨が同じなら、森林がない方が渓流流量は多くなる
安定大陸奥地では、雨が同じの前提がなく、蒸発散が多く安定していることで水リサイクルが維持され、湿潤気候が保たれている
気候によって植生分布決まる方向だけが正しいのではない

雲も森林についてゆく

現在気候の動的平衡（変動しながら平均値は一定）は生態系との相互作用を通じて形成されたものである
人間による森林利用は、この気候の動的平衡を崩し、乾燥気候での動的平衡へシフトさせるかもしれない
森林総研プレスリリースから
森林総研プレスリリースから
http://www.ffpri.affrc.go.jp/labs/kouho/Press‐release/2007/kasekikahun20070711.htm

森林は水を消費するので水資源を減らすとの見解は、皮相的である

気候変動にともなう生態系変動の移動

地殻変動帯では、水の重力移動は土をともなう
プレート移動によって、重力に逆らって「付加体」として押し上げられた岩盤は山岳となる

地殻変動帯における水と土の移動
侵食外力との相互作用による動的平衡

岩盤は、地震によって亀裂がゆき、溶解物質を含む雨水によって化学変化を受けて、ぼろぼろに風化してゆき、財布雨滴に土粒子になる（岩盤は形が崩れないが、土粒子はバラバラ）
日本列島

土粒子は雨水によって侵食されて、川に流れ、浸食堆積を繰り返しながら海に帰る（すべて重力の仕業）

付加体
海洋プレート
大陸プレート
マントル
プレートの
沈み込み

土の循環
変動帯では、山を押し上げる力、水の侵食力が競争している土の重力による移動は、水の流れよりずっと遅いが、水に遅れて動いてゆく森林の役割を考えるため、森林のない場合を調べる
大陸の森林広域伐採とは違い、森林のない場合の水・土移動は、
きちんとした観測例（福嶌義宏・鈴木雅一〔当時京大〕）がちゃんとある！

はげ山は土壌がない山、土壌のある山とは異なる
はげ山は、風化した基盤岩が露出している山
これは、風化花崗岩を主とし、地質が限られている
風化によって土粒子が形成されるのに、土壌になってとどまらないのが特徴

はげ山を調べると、森林の役割がよくわかる

森林

はげ山

土壌のない、はげ山 （渓流は土砂が堆積）

大正頃の滋賀県南部田上山の花崗岩のはげ山

木は貧弱だが土壌のある山

昭和初期の比叡山ケーブル
付近、堆積岩の貧弱な森林

写真は「全国植樹祭60周年記念写真集」(2009）による

はげ山は人間の森林利用によって成立

日本の森林の変化概要

1960頃の燃料革命までは、生活・農業は、森林の採取利用によって支えられた原生林、コナラ等落葉樹林、アカマツ林と変化し、土壌が残らなくなった場合
のみ、はげ山になった山から柴を運ぶ

夜なべをして小銭を稼ぐ

谷：水利科学,2011より

ゼロ次谷

はげ山での土の移動：斜面では建設省琵琶湖工事事務所は、滋賀県田上山花崗岩はげ山で詳細な土砂流出量
観測を長期に行って、緑化工事の効果を調べた（福嶌義宏・鈴木雅一の研究）
150
積算土砂生産量

このように、真ん中が凹地形で水が集まりやすい斜面を「ゼロ次谷」といい、そこで起こっている水と土の移動を考えよう
集水

100

50

mm

1965

ゼロ次谷の地形図の例

測定方法
鉄製杭

浸食された溝（ガリー)

森林でおおわれたゼロ次谷 はげ山のゼロ次谷

はげ山での土の移動：斜面から渓流に出て

1970

1975

（鈴木・福嶌、水利科学, 1989)

故北川益三郎氏が正確に測定し続けた結果
春先には、霜柱が融けて、浮き上がり
むしろ土が増えたようにみえる（上向き）
斜面全体から、毎年ほぼ同じ速度で土が侵食されて失われていった

豪雨のある年も、ない年もあるのに、同じように侵食されるのは、
春先の土粒子が毎年等量、岩盤からはがれてゆくため

はげ山での土の移動：斜面から渓流に出てはげ山斜面から流れ出した土は渓流にたまるが・・・・・

下図のように、渓流の地表面は、春から夏にかけて土砂がたまって上昇し、晩秋になると削られて低下する
夏

夏は斜面から土砂が出てくるので、渓流に貯まる
秋は水だけ出てくるので、渓流は掘れる

夏の渓流

晩秋

夏の渓流

春

晩秋の渓流

渓流

晩秋の渓流

（鈴木・福嶌、水利科学, 1989)

石積堰堤

土は、斜面でも渓流でも、ひと所に数ヶ月しかとどまらず
1年単位で、海へ向かって運ばれてゆく
森林が再生するいとまがなく
地盤が安定しない結果に注意！

湿潤変動帯ゼロ次谷での土の移動

森林のある場合はどうか

ゆっくり
ずってくる

宇宙線核種を用いた調査により、風化基岩からの土粒子生産とその移動が実証されてきた Heimsathや松四雄騎（京大防災研）
はげ山よりゆっくりだが、風化により岩盤から土が造られる
侵食されずに、土層全体が立木とともに尾根からずってくる（クリープ）
ずり落ちるのは土 2z  0凸地形
樹木の根で土層が一体となっているから
風化基岩

森林

はげ山

凸地

 2z  0尾根筋

平滑

 2z  0

凹地

凹地形

うすい

厚い

凸地形で土層がうすく
凸に向かって厚くなる

凹地形のところにだんだん土がたまってきて厚く厚くなる

Hemsath et al., Geomorphology, 1999

湿潤変動帯ゼロ次谷での土の移動

ゆっくり
ずってくる

尾根の方からずってきた土は、凹地形に集まるが、どこまでも厚くはなれず、
豪雨時に斜面定のバランスを失い、ついに崩壊（山くずれ）を起こす

崩壊後、周りからの土集積で土層が復活
下川悦郎（鹿児島大）は、年輪調査等で、土壌年齢を推定

ゆっくり
ずってくる

Soil depth

崩壊後土層が再び発達

土
凸地形

崩壊

風化基岩

Year after landslide(Shimokawa, Proceeding of Symposium on Effects of Forest Land Use on Erosion and Slope Stability, 1984)

尾根筋

崩壊発生
(塚本良則、砂防学会誌、1978)

そのため、表層崩壊は凹地部に多いことが、すでにわかっている
ゼロ次谷では尾根は土がずるような動き
凹地谷地形のところに集積した土が崩壊

凹地形

北原曜（信州大農）は、強度試験から、根系の3次元的な補強が重要とした（北原、水利科学、2010）、尾根から土層がゆっくりずってくるときは、樹木は土とともに移動
凹地形部の崩壊は、根が切断されて発生ゼロ次谷でのこの組み合わせで、土が徐々に運ばれる
これは、森林の根の補強があって初めて生じる
はげ山が1年土層がもたないのと異なり、100年単位で土層が保持される土層の崩壊・発達の繰り返しにより、土は（はげ山と比べ）ゆっくり海へ移動森林は土層を100年単位で安定化する
下川悦郎（鹿児島大）は、年輪調査等で、土壌年齢を推定
崩壊後土層が再び発達

地殻変動帯における水と土の移動

Soil depth

侵食外力との相互作用による動的平衡

まとめ
1年単位での土移動

Year after landslide(Shimokawa, Proceeding of Symposium on Effects of Forest Land Use on Erosion and Slope Stability, 1984)

隆起・侵食を地球変動条件として、重力で土は海へ運ばれる森林のある場合、相互作用による土層の発達維持がある
そのため、長く安定を保ちつつ、ごく遅い速度で土が移動する
土層が崩壊しない長期間は、森林と土壌が動的平衡を保つ
森林のないはげ山は、相互作用がないので、1年単位の高速で土が移動する（結局、森林が再生しない）

地殻変動帯においては、重力によって土と水がともに移動させられるのは必然的（森林の有無にかかわず）
森林がないと風化で生成した土はただちに移動森林があると、長期に安定を保つ

森林存在と土層発達・地盤の安定は相互作用を為す
土がずっとあって、木が生えたり枯れたりするのではない
木が生えることで土ができてくるので、ずっと森が続くのです

相互作用・動的平衡の大陸・変動帯の対比（資料から修正あり）
内陸における湿潤な気候
少雨乾燥年にも一定の蒸発散生態系の恒常性維持作用
資源利用と環境保全の基盤

樹木個体成長維持

変動帯における安定な地盤根の補強によって豪雨侵食に抵抗
樹木個体成長維持

水のリサイクル・湿潤気候

生育に必要な斜面上の土層安定

海から遠く平坦な大陸条件と樹木長寿命が相互作用を為し、大陸奥地の湿潤気候と森林の動的平衡を維持している

地殻変動による侵食条件と、樹木長寿命が相互作用を為し、急斜面上で森林と土壌が崩れず
動的平衡を維持している

森林の恒常性維持作用
キーとなる崩壊によって動的平衡はより長時間スケールの氷期・間氷期
一時的にくずれる（土壌再度発達）の気候変動、または、
森林生育不可能な気候変化、巨大崩壊
人間による広域伐採によって人間による森林強度利用によって動的平衡は、異なる気候に陥る
はげ山に陥る場合もある

森林は他に代えがたい生物資源でもある

相互作用・動的平衡は生態系の恒常性維持作用による林業等、森林利用は、生態系の一部の持ち出し、根の腐朽による土壌補強の劣化などをともなう樹木を主とする森林生態系（多様な個体集団）の恒常性維持のはたらきは、
人間による森林利用によって、長期気候変動に匹敵するほど、衰える
恒常性維持作用が崩れない範囲での利用が重要
はげ山は過去の破綻例として貴重

間伐が水土保全に効果との見解もあるが、伐採収穫の林業体系の一ステップにすぎない

未利用
原生生態系

人工林

二次林

はげ山

人間は森林利用は避けることができない
高い

環境破壊は伐採を必然とする林業にはない、
森林再生の失敗をいうべき

中部森林管理局のホームページから

森林の恒常性維持のはたらき

広域伐採乾燥化

低い

恒常性維持作用に基づく利用の範囲
しきい値
水循環

生態系
破綻

シベリアカラマツ原生林

血液循環
発病

個体生命のホメオスタシス

木材輸送は環境劣化をバーチャルに逆輸送する
木材等森林利用は、何らかのレジリエンスの低下による環境劣化を引き起こすので、ローカルな森林伐採利用と木材輸送には、グローバルな視点での環境保全・災害防止の配慮が必要

生態系の恒常性維持作用
資源利用と環境保全の基盤

まとめ

森林を伐採しない地域の環境が保全される天体としての非生物的な地球条件と生態系との相互作用が動的平衡を為して、安定した自然環境を創造している森林では、主体となる樹木が環境変動のストレスに耐えて長寿命を保つ恒常性維持作用があり、動的平衡を支える
土の移動促進

気候乾燥化

森林を伐採する地域の環境が劣化する
東南アジア熱帯林

シベリア北方林

国内人工林

Virtual water
Virtual soil
Virtual environment

人間利用は、動的平衡を破壊する可能性があり、恒常性維持作用の範囲での利用が重要
戦争や植民地を避ける理想は、生物資源貿易のあり方と密接に関係

人間排出物浄化に関する生態系の役割
生態系の恒常性維持の基幹にある二酸化炭素CO2を例にとる
現在気候の動的平衡を前提にすると、 CO2は地球の海陸生態系で、光合成吸収と呼吸放出が等しく、動的平衡になり、大気中濃度がほぼ一定

人為排出物浄化についての洞察
恒常性維持作用・相互作用・動的平衡の視点から‐１

人間活動で放出するCO2のうち、生態系の恒常性維持作用で吸収しきれない
分が、大気濃度を上げて、動的平衡を崩している
シベリア（太田岳史：既述）と同様のタワー観測を
小杉緑子（京大農・森林水文学）のグループの半島マレーシアPasoh熱帯雨林での観測に見よう

Photograph is provided by Dr. Toshinori Okuda of National Institute for Environmental Studies, Japan, and the photograph permitted number is
DPNM10.11.3 JLD45 (110) dated 17 Feb 1995.

Pasoh試験地

降水・蒸発散の変化

タワー上のCO2輸送量計測器

根の炭素量の調査

大きな光合成・生態系呼吸に比し、正味吸収はわずか
降水量
土壌水分量
光合成 生態系呼吸 正味炭素放出

日蒸発散潜熱量
放射熱量

降雨変化は小さいが、11〜12月頃雨季になり、放射（ほぼ日射）低くなる傾向
蒸発散量はほとんど一定

生態系呼吸とは、植物の根・枝・幹・根による独立栄養生物呼吸ど、動物・微生物などの従属栄養生物による分解呼吸の合計をいう

降水量
土壌水分量
Kosugi et al.:J. For. Res. , 2012から

Kosugi et al.:J. For. Res. , 2012から光合成によるCO2吸収と生態系呼吸はともに大きいが、ほぼ同じ量である
その差の正味放出量（マイナス側が吸収量）はわずかで、吸収が多いが雨の多い時期には放出傾向がみえる
分解呼吸を担う微生物は、長寿の樹木と反対に、雨季に急に元気になる人間排出物浄化に関する生態系の役割
熱帯雨林は炭素を吸収するという俗な表現は不適当
動的平衡の維持に貢献している
気象や大気CO2濃度の変動、人間利用に対する複雑な応答は研究によって調べるべき課題

洪水流出緩和についての洞察

人間排出物は、生態系の恒常性維持作用の範囲での動的平衡の範囲内であれば問題が起こらないが・・範囲外を超える場合・・（温暖化、公害・・・）
ただし、放射性廃棄物だけは、もともと動的平衡と無関係

Photograph is provided by Dr. Toshinori Okuda of National Institute for Environmental Studies, Japan, and the photograph permitted number is
DPNM10.11.3 JLD45 (110) dated 17 Feb 1995.

Pasoh試験地

タワー上のCO2輸送量計測器

これは、自分の専門ですが、最も説明が難しいです
国交省等の工学の常識、林野庁等の林学の常識、いずれも一種の勘違いがあり、土壌物理学の理論や斜面水文学の観測結果を総合して初めて、洞察ができてきます
時間が無いので、ここでは簡単な説明にトライしてみます

根の炭素量の調査

降雨に対する流出応答と洪水緩和機能の基礎

洪水総量の低下に限定する森林評価

日本のような地殻変動帯の洪水流について調べる
雨に伴って急増加急低下する洪水流と変化の小さい基底流から成る
流量

降雨

20

最大量（ピーク）

流量は、流域の面積で割ってあり、
5
降雨量と同じ単位で表示している mm/時

基底流

0
0

12

6/9

洪水流
総量
0

洪水流の総量が仮に同じでも最大量（ピーク）を低くする

100

12

両方が重要

降雨が続いた後、新たに降った雨はすべて洪水流になる場合がある
こうした場合、降雨総量と洪水総量が一致してしまい、保水機能がない

国土交通省ホームページ「『緑のダム』が整備されればダムは不要か」から引用
http://www.mlit.go.jp/river/dam/main/opinion/midori_dam/midori_dam_index.html

80

基底流

洪水流の総量（ボリューム）を少なくする
洪水緩和
機能

国交省の主張40 mm/時
60

6/10

降雨量

0
10

恒常性維持作用・相互作用・動的平衡の視点から‐２

1976

洪水流の総量の低下は「森林土壌が雨で飽和」
で終了とみている

学術会議の2001年答申はあふれるイメージ

学術会議の2011年回答はピークの低下

国交省の主張日本学術会議河川流出モデル・基本高水評価検討等分科会（委員長：小池俊雄東大
工学研究科教授）の国土交通省水管理・国土保全局長（旧河川局長）あて回答（2011年9月） 「利根川水系の河川流出モデル・基本高水の評価と検討」における表現

降雨が続いた後、新たに降った雨はすべて洪水流になる場合がある
こうした場合、降雨総量と洪水総量が一致してしまい、保水機能がない
日本学術会議答申「地球環境・人間生活にかかわる農業及び森林の多面的な機能の評価について」(2001年）における表現をみる

10

：観測値

5

mm/h

mm/h

大洪水では土層の効果なし

洪水緩和機能（保水力）の論点
洪水流の総量（ボリューム）を少なくする
洪水緩和
機能

8
9
9/8

10
11 9/1012 日
1976年9月

1976

9/12

南 谷
：観測値

5

0

地中流

10

0

8
9
9/8

10
11 9/1012 日
1976年9月

後半は北谷も南谷も総量は降雨総量と同じ

1976

9/12

Tani, HESS, 2013

洪水流は土壌からあふれた流れ？
飽和地表面流降雨量が多くなると、土層が飽和してあふれた飽和地表面流が主に洪水流になる
地中流

両方が重要
洪水流の総量が仮に同じでも最大量（ピーク）を低くする

ピーク低い

飽和地表面流ピーク高い

土壌が飽和になってあふれるイメージ

北 谷

流 出 量

治水上問題となる大雨のときには、洪水のピークを迎える以前に流域は流出に関して飽和状態となり、降った雨のほとんどが河川に流出するような状
況となることから、降雨量が大きくなると、低減する効果は大きくは期待できない。このように、森林は中小洪水においては洪水緩和機能を発揮するが、大洪水においては顕著な効果は期待できない。

森林の保水力は、岩盤上の土壌層全体における雨水の貯留変動によるものであり、降雨がすべて洪水になるような規模の大きい出水であっても、流出波
形を緩やかにする（ピーク低下）機能は維持され、保水力として評価できる。

土層は洪水総量を小さくするのに効果を発揮
しかし、ピークを低くするかどうかは、地表面流が速いかか遅いか
例えば、斜面が長い、斜面が緩い、地面に凹凸がある、
落葉や下草が生えている、などがピークを低下させる

森林は、中小出水で洪水流総量を減らすことは国交省も認知
大規模洪水時には、全面的に地表面流が発生
洪水総量が降雨総量と同じになるような大出水でも、ピークは変わるようだ

飽和地表面流

国交省は、これは、土層からあふれたのだから、森林と無関係とみる

論点：ピークを低下させるメカニズムは？森林との関係は？

地中流

この一見常識に見える見解は、はたして本当？

人工斜面土層は地表面流、自然斜面は地中流

森林とはげ山の洪水流の比較
俗説

はげ山も森林も、洪水流の主体は地表面流である
森林は下草・落葉のせいで流れが遅くなる

ここに大きな勘違い

飽和地表面流地中流

滋賀県田上山のはげ山（若女裸地谷）と隣接森林流域（若女）の洪水時の観測結果

一夜で造った均質な人工斜面土層の流出機構

1日に134mmの降雨
降雨、流量

降雨外力に対し、はげ山は、土層がない状態で動的平衡

15人工斜面を基準に自然斜面を想像

降雨強度

10

森林は、土層を発達・維持
させる状態で動的平衡を保つ

裸地谷

パイプ状の排水路が形成
地下水面上昇が抑制
崩壊せずに土層発達

5
若女

mm/h
地殻変動帯における土をともなう水の重力移動の動的平衡（はげ山は1年、森林は100年以上）に対応する水流出機構が存在する

019

均質な土層は斜面方向の流れは小さく
地中流はあふれてしまう

20

21
22
1983年6月
福嶌・鈴木、未公表

斜面観測結果（米国急斜面）もパイプ排水を示す

洪水緩和に関する生態系の役割崩壊を招きかねない極端豪雨の不定期な発生

米国西海岸の地殻変動帯の急斜面（CB1）で、Montgomery、Dietrichのグループは、ゼロ次谷で、人工降雨を含む詳細な観測を実施

土層の厚さ

鉛直浸透の速度は遅いがピストンのように水を押し出すので意外に素早く雨の信号が伝わる
斜面方向へはパイプ状の孔がつながっていて高速に排水される

森林根による補強とパイプ排水による
地下水面上昇抑制によって、極端規模を含む豪雨の侵食力に耐え、土層が崩壊せず、徐々に発達
土層の喪失

100 年程度のスケール

再び土層の喪失

土層発達
地殻変動帯と豪雨侵食を外力とする斜面における、森林相互作用の存在する（はげ山ではない）場合の土移動の動的平衡

Montgomery and Dietrich, Wat. Resor. Res. 2002

数百年の森林・土壌の相互作用の結果である不均質な自然斜面の流出機構 67

時間

崩壊に挟まれた期間は、結果的に崩れないことから、
降雨入力に対して流出を出力応答し、土層内の水貯留・流出機構が動的平衡を維持
土層安定に寄与（崩壊させない）

ひとまず、まとめ

追加スライド恒常性維持作用・相互作用・動的平衡
安定大陸奥地の湿潤気候は、地球水循環（無機的地球変動）と
森林蒸発散の相互作用による動的平衡を示している
しかし、地球長期変動によって変化する
地殻変動帯の地盤（土層）安定は、山岳隆起と豪雨頻発気候（無機的地球変動）と森林根による補強の相互作用による動的平衡を示す
しかし、地盤（土層）は地球変動隆起に抗して発達して崩壊、を繰り返す
人間排出物による環境問題は、無機的地球と生態系の相互作用による動的平衡を超えるところで発生する
大陸奥地湿潤気候や地殻変動帯の土層発達維持という動的平衡も、人間による恒常性維持作用を超えた森林生態系利用で破綻可能性がある
森林の洪水緩和機能は、土層が豪雨時に動的平衡を保ち侵食崩壊しないで発達するための必要条件である（つまり、機能は土層崩壊時点で崩壊するが、崩壊しなければ維持される）ひとまず、まとめ
恒常性維持作用・相互作用・動的平衡
下記のテーマについて考察した
安定大陸における水循環
地殻変動帯における水と土の移動
人為排出物浄化
洪水流出緩和いずれも、降雨などの気象変動、山岳隆起などの地殻変動に対して森林等の生態系が生命の恒常性維持作用に基づき相互作用を為すことで、ある期間（より長期のシフトインパクトがあるまで）、動的平衡を維持している
その環境を前提に人間社会が存在できるが、人間の生物資源利用は、
動的平衡をくずす可能性があり、その範囲内での利用が重要である
より良い技術を求めても、自然は壊れないと人間は思い込んでいる
自然のうち、無機的な地球はたしかに持続的だが生態系との相互作用は、過去にも例があるように壊れる
地質年代的には宿命だが、人間社会の延命は工夫次第

個体の健康衛生と動的平衡への意識差
人間は、治癒が個体死への延命対策だと意識しており、人間は個体死を明確に意識し他の生物と異なり、現前の欲求を我慢できる
欲求選択の材料としている
はい嫌煙します環境問題は「未来の他人事」であるから、現前欲求を我慢できない、

今後の社会に対する考察
自然科学の視点から「後は野となれ山となれ」にみえる医療との対比にこだわって考察してみる
動的平衡破綻は、個体とのかかわりがうすく
欲求選択の材料とはならない
欲求を我慢しなさい

いやですさまざまな動的平衡

動的平衡の時間入れ子構造

さまざまな動的平衡が生じている
短い：10分スケールで観測された風速の鉛直方向成分（飛行機が気流の悪いところで上下する、あのいやなゆれです
機体が動的平衡を保つから安心して乗っていられるのです）

地球の気候変動は、異なる時間スケールをもった動的平衡の、入れ子人形的な重なり合いを示している

長い：地上気温は、大気の二酸化炭素濃度減少により、500万年スケールで低下
http://www.stopptdierechten.at/2013/02/21/fpo‐no‐anhaltende‐turbulenzen/

動的平衡は、瞬間的な変動にもみられる
下記は、空気乱流渦による鉛直方向の風速

マトリョーシカとルーツとなった箱根人形
ロシアのセルギエフポサード玩具博物館蔵
弘前大学理工学部 月刊ホームページによる
http://www.st.hirosaki‐u.ac.jp/~earth_atmhyd/monthly/turbulence.html

大鹿村中央構造線博物館ホームページによる
http://mtlwebmusesub.web.fc2.com/t100211quaternaryt.htm

地球・生態系の相互作用による動的平衡の入れ子
生態系（集団としての生命）の地球活動との相互作用による動的平衡は、より長い時間スケールの地球活動の動的平衡（大きな入れ子）に呑み込まれる

動的平衡のシフトでは、個体も環境も類似

土層内の水貯留・流出機構（豪雨の期間）土層の発達（百〜千年）

http://lipamir.ru/index.php?id=articles&tit=1300442809&lang=en 大鹿村中央構造線博物館ホームページによる

http://mtlwebmusesub.web.fc2.com/t100211quaternaryt.htm

生物個体の相互作用による動的平衡の入れ子
個体は、微生物を始め外界との相互作用を経て、
ホメオスタシスによる動的平衡を維持できず、死に至る

動的平衡のシフトでは、個体も環境も類似

外界との交流を通じた感染と免疫による健康保持

老化・感染による発病と治癒

動的平衡の入れ子構造

動的平衡の入れ子構造
地形の発達（十万年以上）個体死・生殖を通じた種の存続

地球・生態系相互作用と個体生命との相違

動的平衡における極端事象

生物個体生命の場合、ホメオスタシスが基盤で、その上に、医薬学で解明される因果関係を基にした治癒技術が位置づけられる
この治癒技術には、ホメオスタシス破綻（個体死）による限界が明瞭に存在150

豪雨は10年おきくらいにどんぐりの背比べ的

100
50
0

対数表示
日流量

地球変動に含まれる降雨の極端事象と山地災害の関係を例に考えよう

200

普通表示

動的構造の入れ子構造の基盤の上に対策が可能になることは同じなのに、
地球・生態系相互作用とは独立に、環境・防災対策が可能であるような見解（誤解？）が存在する

災害につながる極端現象は、いつどの規模で発生するかわからない
また、より長期の動的平衡現象（崩壊と土壌発達の繰り返し）への「呑み込まれ」が起こりつつあることを示唆している

日流量

地球・生態系相互作用の場合、恒常性維持作用が基盤で、その上にさまざまな環境・防災対策が位置づけられる
しかし、動的平衡の入れ子構造が「死」のような明確な区切りを含まないので、
環境・防災対策の限界性が見えにくく、生物恒常性維持の優位性も見過ごされる

例として、山地渓流の日流量を70年分（約2万5千日）並べると動的平衡を示す
小さいものは、極端に少ない年（1939）が70年間に、ただ１回だけ起こっている
大きい方は、10年おきくらいにあるようだが、さらに極端なもの起こりえるだろう

100
10
1
0 .1
0 .0 10 .0 0 1
1940

大渇水は観測初期にたまたま出現
1960

1980

2000

森林総合研究所森林理水試験地データベース（竜ノ口山北谷）による極端現象による災害の工学的対策の不可能性

生態系相互作用による動的平衡の共有必要性

ある時点で極端現象に対する対策をする場合、人間欲求を満たすためには、
現在より高い設計外力（降雨規模）を仮定し対策を計画することになる
しかし、起こりえる最大規模は不明だし、予算がとても足らない

生態系の恒常性維持作用に基づく非生物地球変動（気候・地殻変動）との相互作用によって成り立つ動的平衡が維持される範囲で、生物資源を利用することが、動的平衡の破綻防止・延命の根幹

そこで、どの規模を設計外力にするかを工学専門家が検討する
それ以外の対策方針（山地災害の場合、裸地の緑化や砂防ダム設置等）は、枝葉的・従属的に決めることとなろう
対策の設計外力対策予算額

なぜなら、自然科学は、設計外力に対して起こること（降雨に対する流量など）の因果関係を与えると同時に、
いつ、どの程度の規模の極端現象が発生するかを知ることは不可能だということも教えているから

現在耐えられる外力

設計外力をどのように決定しても、自然科学的には、
根拠不十分にならざるを得ない

設計外力をこうした順序とは独立に決めようとすれば、防災設備があっても人の住まない
強靱な過疎地を産みかねない
予算不足
で不可能

生命保険では保険料を決めるのは、専門家（医者）ではなく、本人の判断
同様に、決定権は、工学専門家でなく、利害関係者になければならない

超過確率に応じた設計外力

工学的技術に偏らない
バックグラウンドとなる
自然科学知見の共有が重要

予測のドグマを社会にフィードバック

追加スライド

今後の社会に対する考察

まとめ

複雑な地球システムを、地球を網羅する観測とその膨大なデータを使ったモデル計算で、将来変動を予測する研究がさかんである

個人の健康と異なり、社会における環境問題へのかかわりは難しい

しかし、時間的変化過程なので予測は将来に実証するしかない

人間は、動物と異なり、医者にゆくのは、個体死と延命に意識的モデルという人工物は、生態系との相互作用、その人間
利用のインパクト評価の表現において限界があり、計算した予測は、人工物を基準にした想像を超えない
環境科学は「予測のドグマ」に陥っているのではないか
予測は、生態系相互作用を人間利用改善などの社会計画にフィードバックされ、将来検証を含む枠組み（右図）があって、はじめて意味がある

それは、自然科学としての医学と臨床技術への信頼があるからまず、環境問題も、個体健康も、より長い時間スケールの動的平衡に呑み込まれる点では、自然科学的に同質
この「呑み込まれ」を意識することは、動的平衡の延命の具体策において重要になろう
無機的地球変動と生態系との恒常性維持作用に基づく相互作用が動的平衡を保つことを根幹とする、自然科学認識の確立が必要
環境の維持と現前の欲求が分別されないことをめざすべきか

環境変化の時間を身近に引き寄せる：自然科学と社会の融合化

おわりに
未来の地球が人間活動によって地質年代的に変わるAnthropoceneが、国際的に言われ、環境問題が深刻化している（日本学術会議会長の2013年頭挨拶http://www.scj.go.jp/ja/head/pdf/130100.pdf参照）
しかし、人間が生物に「食」その他生活全般を依存していること、さらに存立基盤を地球との相互作用による動的平衡に依存していること
これは、自然科学的事実であるにもかかわらず、より上を欲求する人間にとって聞こえの良い工学的技術に比べて軽視・無視されてきた

ありがとうございました
詳細は、谷誠ホームページをご覧ください
https://sites.google.com/site/guchenghomupejitanimakoto/
森林の洪水緩和機能に関しては、「森林科学66, 2012, 67，2013」
長期森林変化の流出影響に関しては、「水文・水資源学会誌25，2012」
山地災害対策の歴史に関しては、「水利科学322, 2011」
がいずれもダウンロードできます

自然科学の活動からは、理学的発見と工学的利用が生産されてきたが、理学的発見は、「工学的技術で創る輝かしい未来」の裏にある、人間の力で対処不可能なこと（時間的な変化・発達・進化は実験で再現できな
いので、その典型）を示してきたはずである理学はこの点で社会延命に貢献できるが、古典的な真理探究に徹する
傾向こそが、環境を心配する若者の理系ばなれのむしろ原因ではないか
今後の社会には、対処不可能なことの理学的認識を社会で共有することが基盤として重要ではないだろうか

分担執筆した本発表関連書物を記します
蔵治光一郎・保屋野初子編「緑のダムの科学 －減災・森林・水循環－」所収，築地書館，2014．
及川武久・山本晋編「陸域生態系の炭素動態 －地球環境へのシステムアプロー
チ－」所収，京大出版，215‐229，2013．
柳澤雅之・河野泰之・甲山治・神崎護編「地球圏・生命圏の潜在力 －熱帯地域
社会の生存基盤－」所収，京大出版，69‐105，2012．
太田誠一編「森林の再発見」所収，京大出版，133‐183，2007．