特集・樹木の診断と対策

精密機器による樹木診断の現状と課題
山田利博（東京大学千葉演習林教授）れるべきものである。

1 はじめに

以下、精密診断機器の概要として、生理機能診断

衰退したり、腐朽が入ったりした樹木に対し治療なと腐朽診断について使われている機器、利用可能などの対策を立てるには、正確な診断が前提となる。肉機器を測定方法毎に測定原理や特徴、問題点を解説

眼や簡単な器具でもある程度の診断は可能であるが、する。特徴や問題点には測定原理そのものに由来す比較のための数値を得たり、腐朽の範囲や程度を視覚るものと製品化の段階（ハードとソフトの両面で）的に示したりするには相応の機器が必要になる。ここに存在するものとがあり、両者は区別する必要があ

ではこうした機器を精密機器と呼ぶことにする。

る。なお、それぞれの測定法で類似の製品がいくつ

Mattheck の VTA（Visual Tree Assessment）で体系化されている腐朽診断（危険度診断）では、まずは目視あるいは鋼棒や木槌のような簡単な器具でもある場合も代表的な製品の紹介にとどめた。

2

生理機能低下、樹勢衰退の診断

衰退や腐朽の程度のあたりをつけ、次に精密診断を温度（高低温）や土壌養水分（養分、過湿、乾燥）要すると判定されたものについて精密機器で腐朽のの不適、根腐れ、病害虫、老化など、なんらかの原程度や範囲を数値あるいは画像として得ることで客因で樹勢が衰退すると様々な生理機能に障害が現観的な診断を可能としている。もちろん古木、名木れ、光合成や蒸散が低下する。主要な生理機能の診など貴重な樹木については最初から精密機器の使用断法を表 1 に示すが、こうした機能の低下を検知しを含む診断がなされることになる。高価な精密診断て数値化できる精密診断機器は研究用に多数開発さ機器はこのように一つの体系の中に位置づけて使われ、手法的にもほとんど確立されているといってい

表1 立木の主な生理機能の診断法
機能
光合成機能測定量
製品例あるいは一般名光合成量
LI − 6400
クロロフィル量SPAD、クロロフィルメータ
クロロフィル蛍光miniPAM
水分生理機能 蒸散量
ポロメータ蒸散流速
ヒートパルスほか
水ポテンシャル
プレッシャーチャンバ、サイクロメータ
アコースティックエミッション−説明
実際の光合成量を測定
光合成のポテンシャルを測定
光合成効率を測定
蒸散量を測定蒸散流速を測定
水ストレスの程度を測定
エンボリズム／キャビテーション（水切れ）の発生を検出
水分生理機能 樹体（樹冠、樹幹）温度
サーモグラフィ（サーマルカメラ）、放 蒸散低下に伴う温度上昇を測定
（間接的）
射温度計
幹の収縮（周囲長の変化） ひずみゲージ、デンドロメータ
樹体内水分減少による収縮を測定＊製品としては他にもあるが代表的なものを示した。

い。ただし、数値レベルは樹種や状況で大幅に変わのような光合成量や miniPAM（図 2）のようなクり必ずしも単純に比較できないため、簡便な測定でロロフィル蛍光測定用の機器は高価である。クロロ

樹勢衰退を判定するのが困難な指標もある。以下でフィル量測定器（SPAD、クロロフィルメータなど）紹介するどの診断機器でも生理機能の低下は検知でには現場用の比較的安価なものがある。

きるが、それができてもなにが原因であるのかの判（2）水分生理機能定には至らない。また、機器診断で明らかに異常な種々のストレスによる衰退や水ストレスそのもの数値が得られた時点では、葉色などで目視でも異常によって蒸散量の低下、蒸散流速の低下、水ポテンが感知できる場合が多い。こうしたことから実際のシャル（木部圧ポテンシャル）の低下、通道組織内診断に使われている例は多くない。

での水切れ（エンボリズム、キャビテーション）が（1）光合成機能生じる。蒸散量は光合成蒸散測定装置やポロメータ

光合成は種々のストレス（水ストレスその他の非で測ることができる。蒸散流速は熱収支法を用いた生物的ストレス、病害などの生物的ストレス）や老サップフローシステム（図 3）や蒸散流の一部に温化によって低下する。光合成機能を知るには、光合度を加えて高温部の移動をみるヒートパルス法で測成量そのもの、光合成のポテンシャルであるクロロ定される。水ポテンシャルは葉部に外部から圧力をフィル量、光合成効率の一種であるクロロフィル蛍かけ軸の切り口から樹液が出てくる圧力を測るプレ

光を測定する方法があるが、測定原理は省略する。

ッシャーチャンバ Pressure chamber（図 4）や、サいずれも測定自体は簡便にできるが、LI-6400（図 1）

イクロメータ Cyclometer（露点計）によって測定できる。単に水ポテンシャルを測るだけでなく、プレッシャーチャンバでは P-V（pressure-volume）法によって水分生理特性を調べる方法もある。通導組織の水切れはアコースティックエミッション Acoustic

図1 光合成蒸散測定システムLI−6400
写真提供：（株）メイワフォーシス

図3 サップフローシステム
写真提供 （株）メイワフォーシス

図2クロロフィル蛍光測定装置miniPAM
写真提供：ナモト貿易（株）

図4 プレッシャーチャンバ（携帯型と据置型）
左写真提供：（株）メイワフォーシス

emission によって検出することができるが、専用の数値を得られる機器が求められるようになり開発が製品はない。

進んでいる。ただし、高機能の機器は高価であり測（3）間接的な水分生理機能測定

定にも時間がかかることから、VTA の手順に沿っ蒸散が低下すると葉（樹冠）や樹幹の温度が上昇すた目視による診断の重要性、簡単な機器や器具の意る。この温度上昇を検知するものには、画像が得られ義は変わらない。精密診断機器としてわが国で実際るサーモグラフ Thermograph（サーマルカメラ）やの診断のデータが蓄積されている製品は、レジスト

単に一点の温度を測定する放射温度計がある。温度のグラフ、インパルスハンマー、ピカス、ドクターウ

測定なので日射の影響を受けやすく、また比較対象とッズ、ツリーガンマーといったところである。実用同じ条件下で測定することがシビアに要求される。

的な簡易 CT 化は音波を用いた機器が先行しており、水ストレス下で樹体内の水分が減少することで幹放射線（X 線、γ線）、レーダーといった他の測定が収縮するが、これはデンドロメータ Dendrometer

法では以前から本格的な CT 化が試みられているも（バネ式やひずみ式がある）、ひずみゲージ Strainのの実用的な機器の開発には至っていない。その他

gauge を用いて測定することができる。ただし器具に本格的な CT である MRI があるが、苗木の診断のを長時間設置しておかなくてはならない。

みで野外での立木診断の実用化はできていない。
（1）機械的強度測定

3 腐朽、危険度の診断

機械的な強度を測定する方法としては、試料を採腐朽の進行による倒木や衰退の危険性の診断は樹取して強度を測定する機器、貫入抵抗を測定する機

木医の機器診断の大半を占め、多種多様な手法、専器、表面の腐朽では棒や釘を打ち込む機器が利用可。腐朽や空洞の範用の機器が開発されている（表 2）能である。こうした測定法は針や刃を材内に入れて囲や程度を数値で表すもの、さらに進んで範囲を 2いかなければならないためどうしても半非破壊検査次元、3 次元の画像で示したり面積を求めたりでき法となる。しかし、実際の強度を反映していることるものがある。Bartlett や Mattheck などの危険度が最大の強みであり、非破壊検査法を補完するための基準が公表されてから、そうした基準に対応したに使用されることもある。

表2 立木の主な腐朽診断法とその特徴
タイプ
測定形態 木への傷害
機械的強度 採取試料強度
1 方向
半非破壊
棒／釘の打ち込み 1 点
半非破壊
貫入抵抗
1 方向
半非破壊
電気抵抗（インピーダンス）
1 方向
半非破壊
簡易 CT

製品例
特性
フラクトメータ I、II 腐朽型の判定や強度の測定が可能
ピロディン
表層の腐朽のみ検出可能
レジストグラフ、DmP 実際の強度を直接反映する
シャイゴメータ、腐朽部の電気抵抗低下を利用、含水率の影響あり
Vitalometer
材変色部で電気抵抗が低下する樹種、腐朽部で電Picus treetronic
気抵抗が変わらない、あるいは高くなる樹種あり

非破壊（釘埋込あり）
音波
共振周波数
非破壊
横打撃共振法
ストレス波の共振周波数を測定（市販品を組みあわせ 含水率の影響ありて使用）
ストレス波伝達速 1 方向
非破壊
インパルスハンマー、伝達速度は密度や強度等により変わる
度（釘埋込あり） Electronic hammer 含水率の影響不明
簡易 CT
ピカス、ARBOTOM 傷や腐朽部の形状による影響あり
音響波伝達速度 簡易 CT 非破壊
ドクターウッズ
基本的にはストレス波伝達速度測定と同じ（ネジ埋込あり）
周波数を変えることで広範囲の直径に対応できる
放射線／ γ線透過度
2 方向非破壊ツリーガンマー（γ線 透過度は密度により変わり、含水率の影響あり
電磁波樹木腐朽診断器）
野外で簡便に使うには線量の制限で大径木には対応
CT−（試験的）
しない
レーダー（反射波）1 方 向 ／ 非破壊
TreeRadar unit
含水率の影響あり
簡易 CTCT−（試験的）＊製品としては他にもあるが代表的なものを示した。

① 採取試料強度6）で、腐朽の精密診断機器としては最も普及し実採取した試料でもって診断する機器にはフラクト用性の高い機器である。本器の技術的な問題点とし

メータ Fractometer（図 5）がある。本器は成長錘ては測定深さがあげられる。ドリル長さ 15 〜 50cmのように試料を抜き取らないといけないが、試料破のモデルがあるが断面全体を調べるのは直径 1m ま

壊時の力と角度から破断強度や曲げモーメント（フでが限界である。DmP（デジタルマイクロプローブ

ラクトメータ I、II）、圧縮強度（フラクトメータ II）

Digital micro probe）も似た機器であるが長さの異を測定でき、延性（軟腐、白色腐朽）か脆性（褐色なるプローブに交換することができる。また、プロ腐朽）かといった腐朽の種類や程度の判定が可能でーブの長さは 20 〜 100cm でレジストグラフより大あることが特徴である。

径木まで測定可能である。レジストグラフの利点と② 棒／釘の打ち込みしてはプローブを破損しにくいことがあげられる。

辺材腐朽のような表層あるいはごく浅い腐朽を検本法は測定深度をむやみに大きくすることは困難

査するのに適しているが、心材腐朽など深い位置のであるが実用的にそこそこの深さまで使えること、腐朽は検出できない。安価で測定が極めて短時間でプローブは DmP で先端径 1.7mm、軸径 0.9mm、レすむため目的によっては有効である。針を打ち込む

ジストグラフで先端径 3mm、軸径 1.5mm と細く診

ピロディン Pyrodin などがある。

断対象木となるような樹木では貫入の傷害は実際上③ 貫入抵抗ほとんど問題にないこと、価格、簡便さから、CTプローブ（ドリルと書かれているが形状は錐であ化された機器との棲み分けは可能である。非破壊検る）で穿孔するときの抵抗を測定する方法で、非常査法が進歩しても補完するデータを得るために使わに簡便で 1 点の測定は短時間ですむ。また、数方向れていくことと思われる。

から測定することで断面上での腐朽や空洞のおおよ（2）電気抵抗（インピーダンス）その範囲や形状を把握することができる。また、斜材変色部や腐朽部では K, Ca, Mg などの陽イオンめに差し込んで根や根株といった地下部を測定するが集積し、電気抵抗値が低下する樹種が多い。このことも可能であるが、これは CT 機器にはできない現象を利用し材内に孔をあけセンサーを差し込んで芸当である。

電気抵抗を測る半非破壊的な検査機器としてはシャ代表的な機器がレジストグラフ Resistograph（図イゴメータ Shigometer が知られている。また、孔図5 フラクトメータII中央目盛の手前に材のコアをはさんでいる

図6 レジストグラフ
右上：斜めにして地下部の診断

右下：診断結果

をあけることなく表面のセンサー間で電気抵抗を測ハンマーで叩き、ストレス波伝達速度を測定する。

定して内部を診断することもできる。こちらはセン

比較的安価で短時間に多数の診断ができる利点があサーを増やすことで簡易 CT とすることが可能であるが、樹体内の音速は健全木でも樹種や成長状態、り、Picus Treetronic というピカス（後述）に付加

部位によって異なるため、結果の判定には健全木をしたシステムが開発された。本法は電気抵抗を測定含む同一樹種の多数のデータを比較することが必要することから水分の影響を受ける。また陽イオンのである。断面内での腐朽や空洞の範囲や形状を把握

集積や電気抵抗値の低下がみられない樹種もあり、することはできないので、簡便に使えるが他の精密そのような樹種では使えない。材変色と腐朽との区診断機器が利用できる場合には使われる頻度は少な

別がつかない樹種や腐朽程度もあり、実用的な診断くなっている。ただ、ピカスのような機器のベース法としては制約がある。になった意義は大きい。

（3）音波（ストレス波、音響波）

ピカス Picus（図 8）① 共振周波数

多数のセンサーを樹幹周囲にセットし、ハンマー木槌による打診を進化させた方法と考えれば分かで叩いた各センサー間のストレス波伝達速度を測っりやすい。腐朽が入ることで低下する共振周波数をて簡易 CT で表示する。断面での最大密度を基準にFFT アナライザによって解析する横打撃共振法があ表示するため、インパルスハンマーと異なり対照木る。打撃部を中心とする周囲の腐朽状況を総体としを必要としない。測定可能最小直径は 20cm だが、て検知するため、腐朽の範囲や程度を個別に知るこ

大径木に強くセンサー数を増やすことで最大直径はとができないこと、場合によっては打撃による損傷5m まで対応できる。製品化の成熟度が高く、インを与えることが問題点である。腐朽がないと分かっピーダンスを測定するセンサーを併用することもでている場合には含水率（例えば心材含水率）の推定きる。複数断面を測定することで簡易 3 次元表示もに用いることができる。逆にいえば、含水率の違い可能である。ARBOTOM も似た機器でやはり 3 次が腐朽診断に影響を及ぼすことになる。
② 音波（ストレス波、音響波）伝達速度
腐朽部や空洞では健全な材に比べて音速が低下したり、音波の伝達経路が迂回したりすることを利用して診断する方法である。空洞中では音波は空気中の音速 340m ／ s で伝わり材中（横方向で樹種、部位によって数百〜 2,000m ／ s 程度の範囲）よりはるかに遅く、また材から空洞、再び材へと伝わる間に著しく減衰する。進行した腐朽や空洞では迂回した信号の方が速くかつ強いことから、大抵は迂回した信号の伝達速度を測定している。軸方向の音速の方が速

図7 インパルスハンマー 右下枠：ハンマー部分

いため腐朽や空洞を軸方向に迂回した信号が先に到達することもあり、誤差の一因となる。水中の音速は 1,500m／s で各種の材の横方向の音速値の間に入る。
そのため音波の伝達速度を利用する機器では水分の影響を受けにくい可能性があるが、どう影響するか実証されていないため今後の確認が必要であろう。
インパルスハンマー Impulse hammer（図 7）
樹幹の両側に一対のセンサーをセットして一方を図8 ピカス

左：センサー、中：ハンマー、右：診断画面

ないため完全な非破壊検査が可能である。

元表示ができる。
ドクターウッズ Dr. Woos（図 9）① 放射線

樹幹周囲にセンサーをセットし、発振した音響波

腐朽や空洞があると放射線の透過度が高くなるこの伝達速度から腐朽や空洞の断面形状を計算するもとを利用して診断するもので、X 線やγ線が使わのでピカスと同じような特性をもつ。さらに、波形れる。本格的な CT も可能であり試験的な測定が行の工夫で精度を高めるとともに、発振周波数を変えわれたが、コストや様々なサイズの木に対応するのることで計測寸法と精度を制御し径の異なる樹木にが困難なことから実用化されていない。X 線の方が適した対応をしている。

解像度の高い明瞭な像が得られるが大がかりな機器

ピカスもドクターウッズも線状（特に折れ曲がったになることや被爆の問題があるのに対し、セシウム線状）の傷や空洞を幅の広いものと誤認する傾向があ

137（137Cs）やコバルト 60（60Co）を線源とするγる。これは音波の伝達速度の測定という原理上の問題

線は資格がなくても使用できる線量で診断が可能なであり、診断にはその特性を考慮する必要がある。

ため以前から簡易診断が試みられてきた。透過度と（4）放射線、電磁波いう誤差の少ない指標を用いるが水分の影響は避け

音波と異なりセンサーを対象に密着させる必要がられない。
ツリーガンマー（γ線腐朽診断器、図 10）
街路樹など中径木までを対象に設計され、その目的内でバランスがとれている。原理的には大径木にも対応できるが製品の最大測定直径は 1.5m である。樹幹を 2 方向からスキャンし、その測定結果を合わせて診断する。2 方向からの測定という制約を理解して結果を解釈する必要がある。診断画面では腐朽は楕円で近似されるが、表示される腐朽の形状だけでなく 2 方向のグラフを読むことで詳細な診断ができる。
② レーダー
電波を照射し反射波の時間差から目標物の位置や

図9 ドクターウッズ

図10 ツリーガンマー

下：センサー

形状を知る方法である。周波数を変えることで測定

左：150cmモデル（写真 飯塚康雄氏）、右上：60cmモデル、右下：診断画面

範囲（透過性）と精度のどちらを優先するかを選択る。最新の簡易 CT 機器で健全部、腐朽部、空洞を描することができる。明瞭な反射波が帰ってくれば解き分けている場合も測定値で区分けしているだけで、像度が高いが、微弱な反射波を解析しなければなら実際を反映しているとは限らない。加えて、辺心材、ない実際の診断ではまだ精度的に十分でなく、また材変色部、腐朽部の密度や含水率といった特性を樹種水分の影響を受ける。わが国ではまだほとんど導入毎に知っていないと正確な診断はできない。機器の開されていない。樹幹縦方向のスキャン、ジオレーダ発とともにこうした情報を蓄積し、測定結果と実際のーとして根の分布探知に加え、樹幹断面の簡易 CT腐朽や空洞との比較例を積み重ねていくことが必要でとしても使える TRU（TreeRadar unit）という便利ある。また、複数の手法を組み合わせて測定するこなシステムがある。とで診断がより正確になる。例えば非破壊検査法と4 おわりに腐朽診断では、打診法が横打撃共振法に、インパルレジストグラフを併用することは効果的であり、ピカスでストレス波とインピーダンスを併用できるようになったことも歓迎できる。

スハンマーがピカスに進化するというように、測定原

樹木医制度が発足したときからは考えられないほ理が同じでも測定方法や信号の処理方法によって質的ど腐朽診断機器は進歩した。今後もメーカー、樹木に異なる情報を引き出すことができるようになってき

医、研究者の連携で機器の開発とともに診断のノウた。ソフト的にはまだまだ進化し測定が自動化される

ハウが蓄積されていくことを期待したい。

ようになると思われる。しかし、結果を正確に解釈キーワード：精密機器、樹木診断、生理機能診断、腐朽（危するには測定原理と計算方法を理解している必要があ険度）診断、半非破壊検査、非破壊検査