関東森林研究論 文71-1(2020)

海岸林における土壌硬度がクロマツの根系成長と引き倒しモーメントに与える影響
古屋 航 1 ・小坂 泉 1 ・瀧澤英紀 1 ・阿部和時 1 ・坂井あゆみ 2
１ 日本大学生物資源科学部
２ 神奈川県藤沢土木事務所
要旨：2011 年の東日本大震災後，クロマツの津波減衰機能を十分に発揮させるためには鉛直根の発達が重要であると考えられるようになった。本研究では，湘南海岸の砂防林のクロマツを対象に，①鉛直根の成長に対する土壌硬度の影響を明らかにすること。②鉛直根の発達がクロマツの引き倒しモーメントに与える影響を明らかにすることを目的にした。試験は対象木生育地点において，土壌硬度試験，引き倒し試験，根系分布調査を行った。その結果，①既往の研究では SH 型土壌貫入試験で得られる土壌硬度 Nd/drop 値が 7.1 を超えると根系侵入は困難とされているが，この土壌硬度だけでは鉛直根の成長深度を説明できないことがあきらかになった。②鉛直根材積量，根系の最深深さは最大抵抗モーメントと相関性が高く，それは根系と砂粒子間の摩擦力が影響していると考えられた。
キーワード：湘南海岸林，クロマツ，鉛直根，引き倒し抵抗モーメント，土壌硬度

Effects of soil hardness on root growth and pulling down moment of Pinus thunbergii in coastal forest
Wataru Furuya 1, Izumi Kosaka 1, Hideki Takizawa 1, Kazutoki Abe 1, Ayumi Sakai2
1 College of Bioresource Sciences, Nihon University, 1866 Kameino, Fujisawa, Kanagawa 252-0880
2 Fujisawa Civil Engineering Office, Kanagawa Prefecture, Shiomidai 1-7, Chigasaki, Kanagawa 253-0033
Abstract: After the Great East Japan Earthquake in 2011, the development of vertical roots was considered to beimportant for the tsunami attenuation function of Pinus thunbergii. The purpose of this study is to clarify theeffect of soil hardness on vertical root growth, and to clarify the effect of vertical root on the pull-down moment ofa trunk of Pinus thunbergii, in Shonan coastal forest. The soil hardness test, the pull-down test, and the rootsystem distribution survey were conducted at the target tree growth points. As a result, (1) in the past research,when the soil hardness “Nd/drop” value obtained by the SH soil penetration test exceeds 7.1, root growth is difficult,but this soil hardness alone cannot explain the growth depth of vertical roots. (2) The vertical root volume and thedeepest depth of the root system are highly correlated with the maximum pull-down moment, and the verticalroot plays an important role in the tsunami attenuation function.
Keywords: coastal forest, vertical root, pull-down moment of a trunk, soil hardness, Pinus thunbergii
Ⅰ はじめに

このため，海岸防災林の再生事業を進めるにあたって

東日本大震災の津波によって関東，東北地方の太平洋は，地下水の影響によってクロマツ根系の深さ方向の成側の海岸林が甚大な被害を受けた。しかし，一方でクロ長が抑止されないよう，約３m の高さに造成した盛土地

マツ林の津波軽減効果に対して評価する声も聞こえ，実盤にクロマツの苗を植栽する手法がとられた。しかし，際に震災時に確認された効果として，①クロマツの樹幹，①重機で盛土を造成するため，圧密により土壌硬度が高根系によって津波の威力が減殺された。②津波による漂くなり根系の深さ方向の侵入に影響を与える。②粘土質

流物の移動を抑止し，移動による二次災害を防止，軽減を含む山砂を使用しているため，透水性が悪く根系の生したと言われている(1) 。
被災後の海岸林被害調査では，長に悪影響である，という課題が生じた(3)。上記の理由

津波に耐えたクロマツは，流木化したクロマツと比べ鉛から本研究では，第一に鉛直根の成長に対する土壌硬度直根の発達が良好だったことが確認され，①鉛直根の発の影響を明らかにすること，第二に鉛直根の発達がクロ達はクロマツの流木化を抑制する，②流木化しないことマツの引き倒しモーメントに与える影響を明らかにするによりクロマツの津波抵抗力を高めると報告された(2)。

ことを目的とした。

（受理日 2020 年 2 月 17 日）－149 －

Ⅱ 試験地と方法していた。土壌硬度は深くなるにしたがって高くなり，１．試験地

鉛直根はこれに対応して材積が減少する傾向がみられた

神奈川県藤沢市鵠沼海岸から中郡大磯町の湘南海岸にが，一般的に根系の進入限界とされる Nd/drop 値 7.1 を造成された全長 11.4km，面積 85.2ha の広さを有する砂

超えても(4)，a)の調査木では深さ 130cm まで，b)では深防林の 4 地点で実施した。

さ 290cm まで生育していた。そのため，図－２に根系最２．試験方法

深深さにおける土壌硬度と根系最深深さの関係を表した。

平成 25 年から 30 年にかけて 31 本のクロマツを対象

この図をみると土壌硬度が低くても深くまで侵入しないに土壌硬度試験，引き倒し試験，根系分布調査を行った。

クロマツもあれば，Nd/drop 値 30 を越しても侵入するク(1)

ロマツがあることも確認された。

土壌硬度測定試験

クロマツの鉛直根の深さ方向の侵入に土壌硬度が関係していると考えられるため，また，図－１では地上部の生育状況が異なる 2 本の調SH 型貫入試験機を用いた土壌硬度測定試験を行った。

査木の根系分布と土壌硬度の関係を示した。b)の調査木

測定地点は対象木の根元中心部から東西南北方向にの方が地上部の成長量は大きく，それに対応して根系も1.5m 離れた４地点とした。土壌硬度は Nd/drop 値（試深いところまで侵入している傾向がみられた。
このため，験機先端のコーンを 100mm 貫入させるのに必要な 5kgの重りの打撃回数）によって表した。DBH 11～28cm のa)

11 本のクロマツを対象に試験を行った。
(2)

引き倒し試験b)

津波に対するクロマツの抵抗力を明らかにするためクロマツの引き倒し試験を行い，最大抵抗モーメントを測定した。この試験では，引き倒す調査木と反力を確保するための 3 本の支持木を使い，調査木を陸側に倒せるようにワイヤーロープをセットし，牽引機で引き倒し荷重を載荷して引き倒した。ワイヤーロープは調査木の地際から 1.0m の高さに取り付けた。
引き倒し試験の対象としたクロマツは DBH 11～27cmの 23 本である。
（3） 根系分布調査 クロマツ根系の分布状態を明らかにするために根系分布調査を行った。この調査は土壌硬度試験と引き倒し試験の両方の試験を実施した 11 本のクロマツを対象に，それぞれの試験後，根系全体を掘a) 39 年生･DBH13cm のｸﾛﾏﾂ b) 48 年生･DBH22cm のｸﾛﾏﾂ
図－１. 樹齢･DBH の異なる調査木の深さ方向にみた根系材積と土壌硬度の関係り起こしてから実験室に持ち帰り，天井から滑車で根系Figure 1. Relationship between root volume and soil

全体を吊るし，地表面から深さ 10cm ごとに水平根と鉛

hardness about different tree age and DBH

直根の直径と長さを測定して，深さ 10cm ごとの根系材

and soil hardness

積を算出した。なお，根株中心から水平方向を 0°，鉛直下方を 90°として，60～90°の方向に生育する根を鉛直根，それ以外の根を水平根とした。測定時の観察では水平根と鉛直根は比較的明瞭に区分でき，斜出根はほとんど生育していなかった。
Ⅲ 試験結果１．土壌硬度 Nd/drop 値と根系分布の関係
図－１a)と b)には東西南北４地点で測定した Nd/drop値の平均値と，地表面から深さ 10cm ごとに測定した根図－２. 根系の最深深さと土壌硬度の関係系材積との関係を表した。a)は 39 年生，DBH13cm，b)は**：p<0.01 で有意を示した。

48 年生，DBH22cm のクロマツを調査対象とした。両者とFigure 2 Relationship between maximum root depth

も水平根は地表から深さ 40cm 程度までに集中的に生育

and soil hardness－150 －

関東森林研究71-1(2020)

根系最深部の深さ （cm）

350a)

y = 3.5628x + 31.867
R = 0.6655*

300b)

y = 7.2439x + 47.382
R = 0.6592*

250
200
150
10050002040600

樹 齢 （年）

102030

胸高直径 （cm）a) 根系最深深さと樹齢，b) 根系最深深さと胸高直径

図－５. 根系最深深さと最大抵抗モーメントの関係

図－３. 根系最深深さと樹齢及び胸高直径の関係

Figure 5 The deepest root depth and maximum pull-down*：p<0.05 で有意を示した。

momentFigure 3 Relationship between the deepest root depth andtree age, and the deepest root depth and DBH
図－３に胸高直径及び樹齢と根系最深部の深さの関係を示した。この図のように樹齢及び胸高直径と根系の最深部の深さとの間には，ともに右上がりの傾向はみられるが，これら２つの要因だけで根系最深部の深さを十分に評価することは難しいと思われた。
２．最大抵抗モーメントと根系分布の関係
図－４にクロマツの胸高直径と最大抵抗モーメントの関係を表した。胸高直径が大きくなるほど最大抵抗モーメントは大きくなり高い相関性がみられた。図－５には

図－６.

根系最深部の深さと最大抵抗モーメントの関係を表した。

水平根材積と最大抵抗モーメントの関係

Figure 6 Horizontal root volume and maximum pull-

根系最深部の深さは深いほど最大抵抗モーメントは大きdown moment

くなり，高い相関性がみられた。
図－６に水平根材積と最大抵抗モーメントの関係を示した。直性回帰よりも相関係数が高い曲線回帰を当てはめたが，有意性は認められなかった。この理由として，
引き倒し試験で測定される最大抵抗モーメントに影響しない水平根材積が多く存在していることが考えられる。
例えば，引き倒し試験で樹幹は陸側に倒すので，陸側に向かって生育していた水平根は樹幹を受け止める形で抵抗力を発揮し，海側に向かって生育していた水平根は樹幹を引き止める形で抵抗力を発揮していたと考えられる。
図－７. 鉛直根材積と最大抵抗モーメントの関係

最大抵抗モーメント （kN･m）

70

y = 3.1669x - 29.316
R = 0.8992**

60

Figure 7 Vertical root volume and maximum pulldown moment

504030

しかし，それ以外の汀線とほぼ平行な方向に生育して20いた水平根は最大抵抗モーメントに強い影響を及ぼして10いないと考えられる。こうした水平根が相関性を低下さ

0051015202530

胸高直径 （cm）せていると推察している。
図－7 に鉛直根材積と最大抵抗モーメントの関係を示

図－４. 胸高直径と最大抵抗モーメントの関係した。両者は比較的高い相関性を示した。この図による

Figure 4 DBH and maximum pull-down momentと，鉛直根材積が約 20,000cm3 までの増加に対応して最－151 －大抵抗モーメントも急激に上昇しているが，それ以上に鉛直根材積が増えても最大抵抗モーメントの上昇幅は緩やかになった。このことはクロマツが成長する初期段階に発達する鉛直根が根返りに抵抗する重要な効果を発揮していて，その後の鉛直根の本数の増加や肥大成長に伴う材積の増加によっても効果的な増加は期待できるが，鉛直根発達の初期段階程よりも効果は小さくなるものと根鉢の抵抗力推察している。

支点から鉛直根までの距離

Ⅳ 考察
１．土壌硬度と根系最深深さの関係
湘南海岸の地盤は，粘土分が極めて少なく，ほとんど砂粒子で構成されているため，土粒子間の空隙が大きく，透水性と通気性に優れていると考えられる。図－１で示したように，深さ 1.0m くらいから土壌硬度は植物の根の伸長が困難とされる Nd/drop 値 7.1 を越える状態にあるが，Nd/drop 値が約 30 になってもクロマツの根系は
図－８. 津波による根返りの状況想定図

砂粒子間の空隙に伸長し生育していると考えられる。こFigure 8

れまで言われてきた根系の成長限界値である Nd/drop

Diagram of a root system when thetree fell down by tsunami

値 7.1 は，粘土やシルトなどの微細な土粒子も含まれた土壌を対象とした数値であると推察している。
２．根系の最大抵抗モーメントに関しての考察

Ⅴ おわりに最大抵抗モーメントは鉛直根材積および根系最深深さ

海岸林の樹木根系が果たす役割は未解明の課題が多く，との相関性が高かったが，図－4 に示したように胸高直津波減衰機能については鉛直根，水平根それぞれの役割径とも高い相関性を示した。この理由を以下のように考を明らかにしたうえでさらに検討を続けたいと考えていえている。根株周辺には多くの太い水平根が集中して生る。

育しているため，津波の力が作用したときには図－８のように根鉢を形成して根返りを起こすと考えられる。そ謝辞の際，根鉢の陸側の端が支点となり，海側の端が持ち上本研究は H25～H30 年度，日本大学生物資源科学部森がるように倒れはじめる。この根鉢の動きに対して，海林資源科学科環境保全学研究室の多くの学生諸子に調側方向に向かって生育する水平根は根鉢が浮き上がらな査・解析等でご協力頂いた。ここに記して謝意を表しまいように，また鉛直根も根鉢が浮き上がろうとすると地す。

盤との間に周面摩擦力が生じて根返りを防ぐ働きをする。
加えて，太い陸側水平根がより長く成長すると根鉢の半引用文献

径が大きくなるので，樹幹と支点間の距離が増して根返(1) 浅野敏之・寺本行芳(2013)海岸林が有する津波減衰りを起こすためにはより大きな津波の力が必要になる。

能力の定量的評価．鹿児島大学研究報告，土木分野 No.9

また，鉛直根と支点間の距離が長くなれば，鉛直根によ(2) 大野亮一(2011)被災した海岸林の特徴．津波と海岸る根返りを防ぐモーメントも大きくなり，根返りしにく林に関する調査研究事業(平成 22 年度調査報告書)：71-くなると推察している。

92

このように，鉛直根だけではなく根鉢の大きさに関係(3) 小野賢二・今矢明宏・高梨清美・坂本知己(2016)海する水平根も引き倒し抵抗モーメントを大きくする重要岸林生育基盤における盛土の現状．森林総合研究所研究な役割を果たしていて，根鉢の大きさや総根系材積量と報告書 15：65-78

相関性があると考えられる胸高直径も最大抵抗モーメン(4) 表土層調査技術研究会(2007)SH 型貫入試験綱:20-

トと比較的良い相関性を示したと考えている。

22

支点から鉛直根までの距離－

152 －