森林の樹木多様性と生態系機能	黒川 紘子

東北大学大学院生命科学研究科	

多様性と生態系機能	  多様性と生態系機能を評価する指標ー植物形質の重要性	  
@Y.Takeuchi	

植物形質情報の蓄積	森林の生態系機能	
一次生産、炭素固定	

地上部（光合成）	

地下部（分解）	
熱帯雨林の断面図	  (Whitmore,	  T.C.	  1984より）	

土壌形成、炭素／栄養塩循環	生態系サービス：
人間が生態系から得られる利益
供給サービス	

調節サービス	

文化サービス	

生態系が生産するモノ	

生態系プロセスの制御により得られる利益	

生態系から得られる非物質的利益	

気候の制御	

精神性	
リクリエーション 	
美的な利益	
•	発想	
教育	
•	
共同体としての利益	
象徴性		
食糧	
水
燃料	
•	繊維	
•	化学物質	
遺伝資源	
•

病気の制御	
洪水の制御	
無毒化	基盤サービス	
他の生態系サービスを支えるサービス	
栄養塩循環	 土壌形成	 一次生産	
光合成	

水循環	

ミレニアム生態系アセスメント（http://www.millenniumassessment.org/en/about.slideshow.aspx）に加筆	多様性と生態系機能の関係	

現存量（g m-2）	

生物多様性を操作する実験	 小規模な草地実験系
 実験区内の種数を操作
 一次生産量を測定	
h9p://www.cedarcreek.umn.edu/	

種数	
Tilman	  et	  al.	  (2002)	  . In	  Loreau,	  M.	  et	  al.	  
eds.	  “Biodiversity	  and	  Ecosystem	  Func:oning.	  Synthesis	  and	  Perspec:ves”	  	多様性と生態系機能の関係	

 小規模な草地実験系
 実験区内の種数を操作
 一次生産量を測定	
h9p://www.cedarcreek.umn.edu/	

現存量の時間的安定性	

生物多様性を操作する実験	

種数	
Tilman	  et	  al.	  (2006)	  Nature	

植物の多様性と生産性	  （森林を含む野外データのメタ解析）	

地上部
純一次生産量	

降水量	

種数	
Costanza	  et	  al	  (2007)	  Ecological	  Economics	  生態系機能における多様性の効果は？	  
効果	  -­‐1	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  0	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  1	生産性	浸食の制御	

 一般的にプラスの効果が多いが、まだわからない部分も多い（とくに生態系機能の安定性について）	   マイナスの効果は殆どない	  栄養塩循環	

多様性の調節	  生態系機能の	  安定性	  Balvanera	  et	  al.	  (2006)	  Ecology	  Letters	

成長速度	  (%	  yr-­‐1)	

「多くの様々な」種がいることの意味	

死亡率	  (%	  5yrs-­‐1)	
Wright	  et	  al.	  (in	  press)	  Ecology	

生態特性が少しずつ異なる	生態特性の異なる種が多くいると？	  
様々な環境条件を利用できる	生態系機能に与える影響が様々（機能群が多様）
機能群が多様	

機能群が一つ	同じ形	  =	  同じ環境条件を利用、また生態系機能に与える影響が同じ（機能群が同じ）	  高い生態系機能	低い生態系機能	

生態系の機能量にプラスの効果	生態特性の異なる種が多くいると？	  
機能群内の種の環境変動に対する反応が様々	
環境変動に対する	  反応が様々	  

環境変動に対する	  反応が似ている	  同じ形	  =	  生態系機能に与える影響が同じ（機能群が同じ）	  同じ色	  =	  環境変動に対する反応が同じ	  環境変動に対して安定	  環境変動に対して不安定	  予測不確実な環境変動に適応できる	Elmqvist	  et	  al.	  (2003)	  Fron:ers	  in	  Ecology	  and	  the	  Environment	

生態特性を指標する植物形質	  ー機能形質ー	植物の生態特性（成長速度、生存率、繁殖特性、落葉分解速度、環境変動に対する反応、など）を反映	  生態系機能に影響する	  葉サイズ、形	  葉重/面積比	  養分	  防衛物質	  材密度	

種子サイズ	  散布様式	

指標としての形質（１）	  光合成速度・葉の寿命にかかわる形質	

LMA	
Wright	  et	  al.	  (2004)	  Nature:	  2,548種、219科、175サイト(GLOPNET	  dataset/ARC-­‐NZ	  VegetaXon	  FuncXon)	  を改変	  指標としての形質（２）	  成長速度(cm	  cm-­‐1	  yr-­‐1)	  	成長速度(cm	  cm-­‐1	  yr-­‐1)	  	成長速度にかかわる形質	

葉面積/葉重(mm2	  mg-­‐1)	

材密度(g	  cm-­‐3)	

Poorter	  et	  al.	  (2008)	  Ecology	指標としての形質（３）	  分解を促進	

落葉分解速度にかかわる形質	
窒素	  濃度	

分解を抑制	生葉の性質	  葉重/葉面積比	

落葉の性質	  リン濃度	

窒素濃度	

リグニン濃度	どの生態系でも、落葉分解速度は種の資源獲得戦略に関わる
性質（Ｎ，Ｐ、ＬＭＡ，リグニン、炭水化物）に規定される炭水化物	  濃度	Cornwell	  et	  al.	  (2008)	  Ecology	  LeBers	

機能形質による多様性・生態系機能の評価	
プロットデータ	
樹木群集構造／動態	  LMA,	  窒素含量→光合成速度	  フェノール類含量→被食率	  リグニン含量→分解速度	  光合成速度	

植物機能形質データ	

LMA	  (葉重／葉面積）	

生態系機能	モデル	純一次生産（炭素吸収）	  炭素／栄養塩循環（炭素貯留）	  多様性損失による生態系機能量変化の予測	
炭素貯留の予測（例）	

原生林	  リグニン含量	

二次林	  リグニン含量	

リグニン含量の多い樹木（材として有用）が選択的に伐採される	

モデル計算により、分解速度が○○%速くなり、炭素貯留が△△%減る。	

森林利用の影響を評価する(1)	  個体数	光合成/成長速度に関わる形質の変化	
127	

原生林	

102	

若い焼き畑林	  （<20年）	
伐採や焼き畑をすると、樹木群集の光合成/成長速度に関わる形質が変化する	択伐林	

個体数	

99	

葉重／葉面積比(g	  m-­‐2)	

98	

古い焼き畑林	  （30~50年）	

葉重／葉面積比(g	  m-­‐2)	

Kurokawa	  et	  al.	  (in	  revision)	  	森林利用の影響を評価する(2)	  落葉分解速度に関わる形質の変化	
19.6	

19.6	
個体数	

原生林	

若い焼き畑林	  （<20年）	
伐採や焼き畑をしても、樹木群集の落葉分解速度に関わる形質は大きく変わらない	

個体数	

22.8	 択伐林	リグニン濃度(%)	

古い焼き畑林	  18.8	 （30~50年）	

リグニン濃度(%)	

Kurokawa	  et	  al.	  (in	  revision)	  	温暖化の影響	  
ブナの分布域の変化	

筑波山のブナ林衰退。冬の高温と降水量の減少が原因といわれている	 	 ブナ林の分布に適した地域の減少	
ミズナラ、クリ、コナラなどの落葉広葉樹に交替	

機能形質データを使って、生態系機能の変化を予測	

：分布に適する場所	  	   	   	   	   	   	   	   	   	   	   	   	  (A) 実際のブナの分布、(B) 現在の気候条件から推定される分布域 (C) CCSR/NIES シナ
リオによって推定される 2091-2100の分布 (D) RCM20 シナリオによる 2081-2100の分布.	  	  	  形質情報の蓄積	  全球規模植物機能形質データベース：TRY	  IGBP-­‐DIVERSITAS-­‐QUEST	  iniXaXves	現在集約されているデータ	
•>64,000種	  •>700形質	  •>2,500,000のデータエントリー（うち1,069,270
データは地理的情報もあり）	  •2,676地点	  主要な形質	
•葉の面積	  •SLA	  
•葉の寿命	  •光合成能	  •葉の窒素濃度	  •葉のリン濃度	  •呼吸	  •材密度	  •窒素固定能	  •成長型	

•フェノロジー	  •光合成経路	  •最大植物高	  •植物の寿命	  •種子乾重	  etc…	形質情報の蓄積	  日本における取り組み：	  J-­‐BON（日本生物多様性観測ネットワーク）	
 GEO	  BON（地球観測に関する政府間会合生物多様性観測ネットワーク）
といった国際的な取り組みに呼応して、2009年に組織された科学者を中心とする生物多様性観測に関するネットワーク	   生物多様性損失の現状を把握し、気候変動との相互作用や人間社会への影響を評価し、生物多様性の保全・管理・持続的利用のための対策に科学的裏付けを与えることが主目的	
• 生物多様性に関する国内の政府機関、研究機関、研究プロジェクト、NGO、研究者などの連携を促進し、生物多様性観測データを関係者が広く共有し、協力して分析を進める	  • これまでのプロジェクトで十分に達成できていない課題を特定し、新たなプロジェクトを組織する	  GEO:	  地球観測に関する政府間会合	  2002年のG8の提案により、Global Earth Observation System of Systems(GEOSS)が発足	

GEOSS 全球地球観測システム	

生態系	
生物多様性	GEO Biodiversity Observation
Network (GEO-BON)	GEO-BON: 多くの観測が行われている
生態系レベルGTOS NASA

種レベル

ESA FAO
FRAUSGS

GOFC/GOLD

AG-06-04
EC-06-02
Global Forest cover Ecosyst classif task

NationalResourceagencies

DA-07-03
Global Land Cover

FAOStat
Taxonomic
specialists

GBIF

Ecosystem
attributes

NationalMuseums &Herbaria

TNC

Ecosystem
extentGISP
GBIF

BI-07-02
Invasive species

Distributionof species

Biodiversity
Cladistic
Observation Abundance
relationships
Network of populations

遺伝子レベル Species
Interactions

Uses oforganism

Lay and expert
observers

CoMLGOOS

BI-06-03
Specimen data
BirdLife Intl

CBOL
Lay and expert
observers

Natl resource& conservation
agencies

IUCN

コーディネーター：DIVERSITAS	J BON, AP (Asia-Pacific) BONの歴史	
2008

GEOBON Conference

2009
2010

GEOBON Meeting

1st AP BON

1st J BON

2nd AP BON
3rd AP BON

2nd J BON

2011
2012
2011 – 2015の実行計画を作成中

形質情報の蓄積	  日本における取り組み：	  J-­‐BON（日本生物多様性観測ネットワーク）	
 J-­‐BONワーキンググループ	– 1:	  遺伝子・系統多様性	
– 2:	  陸上種モニタリング	
植物形質データベース構築– 3a:	  森林	に関するネットワーク形成	– 3b:	  農地・草原・里山	
2009年3月– 4:	  陸水	日本生態学会盛岡大会
企画集会「植物機能的性質の統– 5:	  海洋	合に向けて」– 6:	  保全・再生・生態系サービス	
2010年10月– 7:	  リモートセンシング	
研究集会／ワークショップ「植物– 8a:	  評価・予測	
性質データベースの構築と活用」– 8b:	  インターフェース	モニタリングサイト	  1000	  	  日本長期生態学研究ネットワーク
Japan	  Long-­‐Term	  Ecological	  Research	  Network	  (JaLTER)	  コアサイト	   準コアサイト	  森林	  草原	  湖沼・湿地	  JaLTER	  site	  network	  (April	  2008)	  まとめ	 予測不確実な環境変動（温暖化など）の影響を緩和するために、多様性の損失を避ける必要がある	  特に人為的撹乱は特定の性質の種を減らす可能性があるが、温暖化の影響を緩和するにはいろいろな特性の種を残しておく必要がある	  （→生態系の温暖化適応策）	   生態系機能を指標するための形質データの蓄積が必要 	  多様性の機能や森林管理の影響を定量的に評価／予測するには、簡単に測定できる生態系機能の指標が必要	  （→生態系サービスの定量化や評価は、保全や利用の為の経済メカニズム導入には不可欠）	   REDD+への貢献	  温暖化緩和策とのコベネフィットを期待した「森林の減少・劣化を防止することによる森林からの温室効果ガスの排出削減(REDDおよびREDD+)」の導入に欠かせない評価やモニタリング手法(MRV:measuring,	  reporXng	  and	  veriﬁcaXon)に貢献できる