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川農 業 と 科 学

第三種郵便物認可

年 6月 1日
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一森林の土保全機能に関する研究の動向‑
農林水産省林業試験場
防災部治山第二研究室長

陶山正憲. はじめに1

ポテンシャルは激減する。このようにして，斜面の崩壊山崩れ，がけ崩れ，土石流などの自然災害が発生する

ポテンシャルは最初のゼロに近い状態にもどり，再び前と，最近では決ったように森林の伐採が問題にされる。と同様の過程をたどることになる。このような過程が周

このような場合，議論のポイントは，一般に m 森林の伐期的に操り返されれば，いわゆる凹緩和振動勺となる。

採がどの程度その災害の原因となっているか円という疑崩壊現象においては，厳密な意味での周期は存在しない問であるが，これに対する合理的な回答はほとんど与えが，不完全なられていないのが現状である。

お，崩壊の確率は，崩壊ポテンシャル以外の外来因子，従来，森林と山地災害，特に浅層崩壊との関係についがら長周期的な現象と考えられよう。な

例えば降水量等にも依存することはもちろんである。ては，幾多の試験研究が行われ，種々の報告がなされてさて，崩壊発生の直後に取るべき措置は，まず急増すきた。その結果，森林のもつ崩壊抑止能力には，ある限る表面侵食に対する防止工事である。なぜ、ならば，表面界のあることがわかってきたが，現実の森林には未だそ侵食は崩壊ポテンシャルとは反対方向の経過をたどるかの能力の限界に到達していないものが多々あることも事らである。すなわち，崩壊直前までは植生の被複による実である。そこで問題は，現実の森林状態を改良して，安定斜面も崩壊直後に!梨地の出現によって表面侵食が激森林としてもち得る最大の崩壊抑止力を発揮させる(崩増し，再び植生の繁茂につれて侵食は漸減する。

壊ポテンシャルを最小にする〉には，どうすればよし、かとし、うことになる。

表面侵食の防止工事としては，従来から山腹工事として有効な工種・工法が設計・施工され，多くの実績があ前回は，森林の水保全機能，つまり水の循環過程におげられている。しかしながら，崩壊直後に実施される崩ける森林の役割について若干の解説を行ったので，今回壊防止工事には問題がある。豪雨による崩壊が一地方には森林の土保全機能，つまり残層崩壊の軽減ならびに崩頻発した場合，崩れ残りの部分が，近い，再来に再び全面壊跡地の表面侵食防止機能に関する研究の勤向を要約し的に崩壊を;包こすのではないかと心配されるのは一応自てみた。

然、であるが，この憂いはどの程度まで恨拠のあるもので. 斜面崩壊の本質2あろうか。前述のように，崩壊の確率は斜面の崩壊ポテ

山腹斜面の崩壊を従来の見解に従って，引急斜面にあンシャルとともに，斜面への外来因子，例えば降水量にる土砂，石就が急速に崩落する現象"と解すれば，崩壊依存する。

現象は一般に m緩和現象円と考えられ，崩壊ポテンシャ

今，簡単のため，この両因子のみが変化するものとしル(潜在崩壊能〉が崩壊において緩和すると見るのであて，この同者の崩壊確率との関連関係を考えると，崩壊る。すなわち，ここに一つの斜面があるとして，これがの確率は一定の限界ポテンシャルの所で飛躍的に増加

岩盤の露出した斜面の場合には，崩壊土砂がほとんど無し，このポテンシャル以下で、は降水量にともなう崩壊確いわけで、あるから，崩壊ポテンシャルはゼロに近し、。し率の変化は極めて小さく，かしながら，地表面が風化し，土壌が形成され，その上た，降水量がある限度以下では，ポテンシャルの増加に確率そのものも小さい。

まに植生が繁茂すれば，崩壊の可能性のある土壌層が次第ともなう崩壊確率の増加は，小さくなると考えられる。に厚くなり，潜在崩壊能が漸次増加し，崩壊ポテンシャ

その結果，豪雨により多発した斜面の崩壌ポテンシャルルが漸増することになる。このように崩壊ポテンシヤノレは，前述の限界ポテンシャルを越えたものが多く，その崩壊の確率もまた増加すると考えられ時の降水量は，限界降水量を越えたと考えてよいだろが増加すれば，る。斜面の崩壊ポテンシャノレがある程度蓄積されると，う。その場合，この崩れ残りの斜面は，概ね限界ポテン遂に爆発的にそのエネルギが放出されることになる。こシャル以下の斜面であり，近い将来，再び豪雨に襲われれがすなわち斜面の崩壊で，この崩壊発生によって崩壊

でも，崩壊する確率の小さい斜面である。

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昭和 61年 6月 1日

第三種郵便物認可(5)

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現実に，豪雨により山地崩壊が多発した地方で、は，そように，降水の山地荒廃現象におよぼす影響は少なくなれから数年間は，再び同程度の降水量に見舞われながいが，その防止対策として豪雨の追放，雨量分布の変更

ら，大規模崩壊を繰り返さない例のあるのは，上記の推等が全く考慮、の対象にならない現状では，大地への雨滴論を裏付けるものと考えられる。つまり，二度目の降水落下後の水の機械的エネルギーを軽減する方法を採らざ

量は限界水量を越えていたにもかかわらず，未だ限界崩るを得ない。この要求に概ね応えられるものとして，ま壊ポテンシャルに達する斜面が，ほとんど無かったことず第一に森林の抑止機能の活用が考えられる。

を意味している。一つの山腹斜面が，崩壊ポテンシャル

さて，ここで問涯になるのは，森林のもつ山地荒廃防を失ってから，限界ポテンシャルを回復するまでの時聞止機能を最大限発揮させるには，どうすればよいかといは，概ね数十年から数百年のオーダーであろう。
以上のように考えれば，崩壊予防施設は，限界ポテンシャルに近づ、きつつある斜面に対して，施工するのが最うことである。これについては，既往の崩壊地調査報告に，示唆の形で種々の提言がなされている。例えば，①

浅根性樹種と深根性樹種とを混植または帯状に交も効果的であるとの結論に達する。この崩壊ポテンシャ互に植栽して，根系層の底部(底面〉の摩擦抵抗を増加

ルが危険域に接近している地点を精度よく判定することさせること，は，一般に高度の専門知識を要するが，災害予防の立場からは，この問題の解明に今後一層力を注ぐ必要があろう。

②③3. 森林の侵食防止・崩壊抑止機能
森林が斜面の侵食・崩壊を防止しうるかとし、う問題については，従来，種々の論争がなされている。一般に，山地崩壊の有力な発生要因としては，地形，地質，植生山腹一帯を被複する根系統に疎密または中断された部分があれば，そこから崩壊が誘発されること，森林の伐採により，崩壊の発生頻度とその面積が増大すること，④

崩壊地の周縁部では，根系のほとんどが引張力で破断されること，⑤

崩摂に安全な樹種としては，概して針葉樹よりもと，誘因としての降水量があげられる。これらの諸因子

広葉樹の方が効果的であり，老齢林や幻齢林よりも壮齢の中で，森林が他の因子と同様に，崩壊抑止の方向に作林の方が崩壊に安全であること，用する一つの因子であることには全く異論はなし、。しかなどである。

しながら，森林の侵食・崩壊抑止機能には限界があり，

このような

3

森林の有する山地荒廃防止機能の発現

他の諸因子の一つ，あるいはそれ以上が，侵食・崩思をに，最もかかわりの深いのは樹木根系であり，そのかか起こす方向に!動く場合，間森林がこの作用を相殺するこわりの機構を解明するためには，根系に対する工学的なというのが一般的な意見のよ評価を行う必要がある。このような方法論は，森林の山うである。また時として，侵食・崩壊の発生要因として地保全機能の定量化を進める過程で，避けでは通れない降水量，特に降雨強度をあげる場合がある。

重要な研究課題である。とは必ずしも可能でない

η5mmの雨滴は 45gの物体を 1cm持 ち 上 げ る だ け の4. 根系の工学的評価(1) 樹木根系の形態的特性仕事をする能力を有する。これが裸地の場合には，地面根系による土壌緊縛力や抜根抵抗力は，根元径，根株を穿って土を四方に跳ね飛ばす。また，水は物体を浮力の腐朽度，材質の強弱等とともに，樹種による根張りとによって軽くして，これを容易に運搬する。このようにの関係が深し、。根強りは，一般に樹種による特徴がきわして，水の侵食作用は進行する。このような侵食作用にめて顕著である。従って P 樹種ごとの根張り特性が明ら

まず，降雨による山地荒廃は雨滴侵食に始まる。直径対して，森林はどの程度阻止できるのだろうか。その一かになれば，樹種ごとの根系による土壌緊縛力や抜根抵例として，有林地と伐採地における侵食・流出土砂量の抗力の定性的な評価が可能となり，その結果治山用樹種比較を表 ‑ 1に示す。すなわち，森林による侵食量軽減の選定も容易になる。

率は樹種によって異なり，スギ人工林では 75}~ ， J
照葉樹林では 32%に逓減されている。
水はまた地中に浸透して土壌を飽水し，その重量を増根系の形態については，マルパグミ，ケヤキ，ズミ，シラカンパのような水平線型(写真一 1)，クロマツ，アカマツのような垂下根型(写真 ‑2)， ブナ，ヤマザ、加するばかりでなく，土の摩擦係数を減少して安定角をグラ，イタチハギのような斜出根型(写真一 3) に分類

小さくし，崩壊の危険性をはらませる。土壌は一般に，され，垂直分布特性としては深根性が垂下根型と，浅根その性質として，わず、かに湿気を帯び、た時に安定角が最性が水平根型とほぼ一致する傾向が認められている。こ大となり，飽水すれば安定角は著しく低下し，いかなるれらの樹種中0

土壌も 30 以上では安定できないと言われている。この

1次根の平均長ではシラカンパが最も長く，マルパグミが最も短かく平均根径ではブナやアカマ

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昭和 61年 6月 1日

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写真一 1 水平根型 (ケヤキ〉

ツが太く ，イ タチハギが細い傾向が

図‑ i 根系強度評価のための修正誤駿片のまt
果うかがわれる。

(クロマツ根系 の例〉•400(2) 樹木根系の工学的特性
わが 国で、最も早くから採用され ている根系の 工学的評価法と Lては，

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抜似抵抗力による土壌緊縛力推定法。

がある。これは，抜根 (根株引抜，引き倒し〉試験によって抜根抵抗力(引故抵抗力，根返 り強度〉を測定•抗定する 方法である。こ の方法の利仏V

匂.S

300

し，これによ って根系の土壌縛力をげられ るが， 反面，根系表面と土壌︑︐父.

(凶﹂) 仏点と しては， 試験方法の簡便さがあとの摩擦力(スキン ・フリクション 〉

百︑ん川
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200に対する力学的な強度評価が困難である。

ハ叫•

次に，米国では比較的多く採用され ているのは根系強度の土質力学的評価法であり，根系を含む土の せん•

100• •

断強さを測定して，樹根による土のせ ん断強さの増分を求める方法である。この方法によって ，根系の容積•と土の粘着力の 比例関係，根系を含•む土のみかけの粘着力の推定，根系による土の力学的補強モデル〈根系のまわりの土壌アーチ作用や根系シ5

リンダーの概念〉の提案などの有 効

1015D(mm)な成果が得られているが，土層せん
断面の根系に生じる引張応力と根系

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1年 6月 1日
昭和 6第三種郵使物認可C7)・1111111同・"1111..1 11111 川島~IIIIII "" IIIIII "" 'IIIII "" IIIII ‘Þ-l 1 1 1 1I 1 +- 11 1 11 1 ... : 1 11 1 1 唱~ I;li l 咽" IIIJII ・" '11111 .同 IIIU I~ III Il I "阿 111111 41附 1 1I 1 1I "U II Il I ~ IIIIII "・.，..， IIIII ..... ， II III .... : I III I ~ I IIIII .・~1 1 1 1I 1 ~ U Il I I .... ， I I II I ... ， U !1 同.. mlll ... " ! II ， ..... lIIlI ' ...... II I II' ....III III .... II I11 ' ..1

写真一 2 垂下根型 (クロマ ツ〉の野性係数， あるい はせん断土層における土質条件の力学的評伍が困難である。
さて，欧 州で開発され，現在米国やわが国でも 実施されているのが，根系強度の材料力

図‑ 2 引張破壊時の樹木根系の伸長率

学的評価法で あ り，樹木根系の抗張力を測定03して，根系による斜面の安定度を求める方法!
Ui2・D(I.
15.
KE:δ =2である。 まず，根系の抗張力試験は，従来かT繊維の引張試験法(JIS‑L 1069)，② フ
らくlil!
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ZU:δ =0.630・DI0)，70L1S‑
ィラ メン ト系の引張試験法(JI.151・D1.:1刈BU:δ =1③木材の引張試験法

ilil:.
IT:δ =0.073.D2IS‑Z2241) などに準じ
T.
材料の引張試験法 C)，④金属12Z21S‑IJ
Cる方法が採用されてきたが，いずれの方法も試験片の チ ャッグ 認の 固 定 機 構 に 難 点 が ある。 これ が打開のた め，修正試験片による新しい試験法 が開発され，図‑ 1のよ うな修正ぷ試験片採用の優位性が示された。次に，樹木￠。

根系に引張応力が発生すると，根系は次第に伸長し，応力が降伏点に達すると伸びは最大となるが，その伸長率は図 ‑ 2の 例 の よ うに，樹種によって異なることが認め られている。 また，根系の引張力は根系の寸法(直径〉とともに増大するが，そ の 抗 張 力 は 図 ‑3の例のよ うに，樹種によ って異なることが確認されている。
以上のように，樹木根系の工学的な評価については，現在，種 々の方法が採用され試行/'t'mm︑︑町﹄
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501

されているが，根系の抗張力による斜面安定評価の一例として，米国における西オレゴン

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業

農

第三種郵便物認可と科学

1号
5毎 号 1日発行)沼ね6 年 G月 1日 第 3(・" . 1 ;11 1 '"・剛 山 叫':" l lí! ;i r‘> ì i l ! i ' '''・・・ :11: ， 河:" i J : I ; ， I"'(;). !IJ lli "' l l il!1 骨川 1 11:， ..... 川 l 同世 111111 .... 1 1 11:1 喝叫 : :n " i! 1 川 司~ tH l l i "' ， tllt : ""' II I1:J .... r lllll "" II I1I1 ""'''.
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写真一 3 斜出根型 (イタチハギ〉

産 のコースト ・ダグラ スファ ー (CDF)と中央アイダホ産のロッキ ーマ ウステン・ダグラ スファー (RDF)の 2樹種につ
図‑ 3 樹木根系の引張力の一例

いて，林地および伐採跡地における試験004

結果 を 示すと，代のよ うに要約される。

T土 j曹の 単位断面当 たりの根系数と根):{:;:.)
0・D !
2.1
KE:P=1

系一本当 たりの引張強度は，両樹種とも:Il!
:.
.D !
78.6
ZU:P=2伐採後急速に低下する。

2伐 採 後 ， 根 系 (直径 1cm 以下〉の:.II:
3・D !
4.1
YA:P=100375:
0以上が寓朽ないし消滅するのに要す

i日:.l5・D !
52.
T:p 0I)(， RDFが 64箇月
る時間は ，CDF が2二)仏一(凶v箇月である。

3土唐の 単位断面当たり の総引張強度0箇月以内で，を比較すると ， 伐採後 3/mz
m2 から 230kg0kg/07CDF では 1.DF では 850kg/m2 から 300kg(.に，Fn12 にそれ ぞれ低下す る。

② CDF の恨茅、は PDF の根系より引、張強度が高く ，腐朽速度が早し。
⑤根系の強度は樹程特性によ るが，腐桁度は気候 条件に依存するも のと考えられる。

EAυハ唱・mm5un。