（様式３）新潟大学災害・復興科学研究所
共同研究報告書

樹木根系の引抜抵抗力および土壌の物理・力学的性質の測定とその空間分布の解明
研究代表者氏名
研究分担者氏名

小暮 哲也 1）
西井 稜子 2）1）島根大学学術研究院環境システム科学系，2）新潟大学災害・復興科学研究所
研究要旨
樹木の根系による斜面安全率の増加を定量的に評価するための第一歩として，島根大学三瓶演習林内の 6 本のスギを対象に，根系や周囲の土壌の物理・力学的性質の測定とその空間分布を調査した。その結果，根系は表層から 20～30 cm 付近に多く分布し，そうした土壌の硬度は 1 kg/cm2 以下，含水率は50～70%程度だった。また，土壌硬度の大きさは引抜き抵抗力に影響しなかった。根を引き抜ける土壌硬度の上限は 2.5 kg/cm2 程度であり，これ以上硬い土壌では根が破断することがわかった。
Ａ．研究目的らかにすることを目的として，島根大学三瓶演習林

樹木根系の土質強度補強効果により，森林植生がにおけるスギの根系分布を調査し，根の引張強度，表層崩壊防止機能を発揮すると認識されている(執引抜抵抗力，土壌の物理・力学的性質を測定した。

印ほか，2009)。これは，樹木根系が自然斜面や法面ここに，その結果を報告する。

に対してアンカー工やネットの役割を果たすためといわれる(阿部，1997)。
実際の表層崩壊地では，滑落崖や側方崖を含めたＢ．研究方法
B-I. 調査地および調査木

崩壊縁において，破断された根系を確認できる。根

三瓶演習林は島根県大田市三瓶町多根，三瓶山北を破断させるためには根の引張あるいはせん断強度側・東側に位置し，地質は第四紀更新世三瓶火山噴以上の応力が必要となるが，これは根系の存在によ出物起源のデイサイトである。年平均気温は 13℃程り土壌の粘着力が増加することを意味する。また，度，最高月平均気温は 25℃程度(8 月)，最低月平均

崩壊発生時に根が土壌から引き抜かれる際，根と土気温は 1℃程度(1 月)，年間降水量は 2000 mm 程度

壌との間に生じる摩擦力も，土壌の粘着力を増加さである(島根大学生物資源科学部生物資源教育研究せる。したがって，樹木の根系を考慮して斜面安定センター森林科学部門)。全体の面積は約 260 ha で解析を行うためには，根系の存在がもたらす土壌のあり，そのうち約 155 ha はコナラ，シデ類等からな粘着力の増分を正確に見積もる必要がある。実際のる落葉広葉樹林，約 55 ha はスギ(約 32 ha)やヒノ

斜面では樹種，樹齢，地質の種類など，パラメータキ(約 14 ha)等からなる人工林からなる。の組合せが複雑である。現時点では，そうした様々本研究では，樹齢 12 年，15 年，58 年のスギを 2な種類の樹種や地質において研究例が豊富とは言え本ずつ，計 6 本を選定し調査木とした。選定した調ない。そのため，樹木の根系が斜面安定性に与える影響について関連分野の研究者や技術者が共通認識

表 1．調査木の概要
調査木

胸高直径(cm)

樹齢(年)

樹高(m)

傾斜角(°)を持つためには，研究事例を増やす必要がある時期

No.111.5158.823と考えられる。

No.2No.3

13.1
18.2

1558

11.322.92824

本研究では，樹木根系およびその周辺土壌の物理・No.4

23.95819.127

力学的性質を評価し，また，それらの相互関係を明

No.5

11.2

126.6

21No.68.4

126.119図 1．各調査木における根系分布

査木の概要を表 1 に示す。

試験および一面せん断試験用に土壌を採取した。含水比試験用の土壌は調査木 No.1～6 のトレンチからB-II. 根系分布の把握，土壌硬度測定，引張試験

深さ 10 cm ごとに撹乱試料として採取された。一面スギから斜面下方に 50 cm 離れたところに水平距

せん断試験用の土壌は，No.1，3，5 のトレンチおよ離 1 m×深さ 1 m のトレンチを作成し，断面に現れび演習林内の表層崩壊滑落崖から，いずれも深さ 50た根系の座標と根の断面直径 を測定した。トレンcm 地点から採取された。

チ表面では，山中式土壌硬度計を用いて深さ 10 cmごとに土壌硬度(バネの縮長, mm)を測定した。測定用の測線を 3 本設け，同一深さの 3 点の計測値をＣ．結果および考察
C-I. 根系分布と土壌の物理・力学的性質平均し，その深さの とした。その後，根をデジタル

調査木の根系分布を図 1 に示す。どの調査木におフォースゲージ（(株)イマダ製 DST-1000N）で引張いても，地表から深さ 20～30 cm までに多くの根がり，破断時の引張荷重 を測定した。対象となった存在した。No．1～6 において深さ 30 cm までに存在根の数は，調査木 No.1～6 について，それぞれ 46，する根の割合は，76，72，86，41，52，80%であった。

61，53，49，29，49 本である。

No．3 と 4 および No．5 と 6 は樹齢がそれぞれ 58年と 12 年とお互いに等しいにも関わらず，地表かB-III. 引抜試験ら深さ 30 cm での全根系本数に対する割合はそれぞ

調査木の幹からランダムな距離に鉛直面の土壌トれ 86，41 %，および 52，80%と大きな差がある。しレンチ(深さ 0～20 cm)を掘り，現れた根系を剪定はたがって，根系分布は樹齢の大きさに依存しないとさみで切断し， とその地点の土壌硬度を測定した。

考えられる。

その後，根を伸長方向の逆向きに引き抜き，破断しなかった根の引抜き抵抗力

図 2 は，各トレンチにおける深さ方向の根系分布，を求め，引き抜けた根土壌硬度，含水率の変化を示す。全てのトレンチにの長さ を測定した。対象となった根の数は，調査木おいて表層から 30 cm ほどの深さで根系本数が減少

No.1～6 について，それぞれ 14，19，11，8，8，8 本

し，30 cm 以深では深さ 10 cm 当たり 5 本以下となである。

る(図 2a)。根の本数の減少とは対照的に，表層から30 cm 程度まで 1 kg/cm2 だった土壌硬度は 30 cm 以

B-IV. 土壌サンプリング
土壌の物理・力学的性質を評価するため，含水比深で徐々に増加する(図 2b)。また，含水率は表層から 30 cm 程度まで 50～70%であるが，30 cm 以深で図 2．各調査木のトレンチにおける深さ方向の(a)根系分布，(b)土壌硬度，(c)含水率の変化は徐々に減少し，100 cm ではおよそ 20～30%となるに影響しないことを示唆する。

(図 2c)。深部に向かうにつれて土壌硬度が増加し含水率が減少する傾向は，土壌硬度が大きい場所ほどＤ．まとめ間隙率が小さいことを反映していると考えられる。

島根大学三瓶演習林におけるスギ根系および土壌

したがって，深部ほど根系本数が少ない理由は，①の空間分布や物理・力学的性質の特徴は以下の通り

土壌が固く根が貫入しにくいこと，および②水分がである：

少なく根の生育に適さない環境であること，の両方

根系は表層から 20～30 cm 付近に多く分布し，が考えられる。

このとき，土壌硬度は 1 kg/cm2 以下，含水率は50～70%程度である

C-II. 土壌硬度と引抜き抵抗力

土壌硬度は引抜き抵抗力に影響しないの最大値は 366

根を引き抜ける土壌硬度の上限は 2.5 kg/cm2 程

N，最小値は 3 N であり，根が破断せずに引き抜かれ度であり，これ以上硬い土壌では根が破断する

図 3 に引抜試験の結果を示す。
2た土壌硬度の最大値は 2.24 kg/cm であった。図 3aは，土壌硬度が大きいほど， が小さい傾向を示す。
ただし，引き抜かれた根の長さや太さは根ごとに異なる。そのため，根同士で単位表面積当たりのを比較するため，根のを表す WRUSA (Withdrawal

Resistance per Unit Surface Area)を算出した(図3b)。その結果，WRUSA は土壌硬度の大きさに関わらずほぼ 10 N/cm2 以下であった。これは，本研究で対文献
阿部和時(1997): 樹木根系が持つ斜面崩壊防止機能の評価方法に関する研究．森林総研研報 No. 373, 105-181．
島根大学生物資源科学部生物資源教育研究センター森林科学部
門 ： 各 演 習 林 の ご 紹 介 ． http://www.ipc.shimaneu.ac.jp/enshurin/enshurin/enshurin.html ( 最 終 閲 覧 日 ：2021 年 3 月 3 日)
執印康裕・鶴見和樹・松英恵吾・有賀一広・田坂聡明(2009):分布型表層崩壊モデルによる樹木根系の崩壊防止機能の定量的評価について，日本緑化工業会誌 35(1)，9-14．

象としたスギについては，土壌硬度が引抜き抵抗力

図 3．土壌硬度と(a)引抜き抵抗力，(b)単位表面積当たりの引抜き抵抗力との関係