博 士（ 地球 環 境科 学） 岩 花

剛

学位論文題名Influenceso
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（ 東 シ ベ リ ア ・ 連 続的 永 久 凍 土 帯 に おい て
森 林 攪 乱 が生 態系 のエ ネル ギー ・水 収支 に与 える 影響 ）学位論文内容の要旨
北方針葉樹林は，熱帯雨林に続いて大きな世界の森林資源である．この北方針葉樹林が分布する高緯度帯においては年間降水量が著しく少なく，砂漠やステップ地帯と同様の値である．きわめて少ない降水量にもかかわらず広大な面積にわたり森林が存在する理由のひとっは，地下に存在する永久凍土が土壌水の下方浸透を防ぎ，植物の生長にとって不可欠な水分を効率よく消費することができるためであると考えられる．東シベリア・ヤクーツク周辺の永久凍土上層部は，氷河期に形成されたアイスウェッジの存在によって非常に含氷率が高い層である．この地域でよく見られるアラスとよばれる周囲より沈下した草原は，何らかの原因で生態系のエネルギー・水バランスが変化し，地下氷が融解することによって地面が陥没するサーモカルスト現象が起こった結果形成されたと考えられている，このような永久凍土帯における劇的な森林損失および地形変化は数千年オーダーの長期にわたり，地球規模の環境変化に影響を及ぼすと予測されている．一方，森林撹乱後の変化としては植生の回復が一般的であり，サーモカルスト現象が開始されるためには何らかの条件が満たされる必要があると考えられる．この地域では，これまでサーモカルスト現象の進行過程についての研究はなされてきたが，その始まりの条件についてはよく知られていない．また，生態系エネルギー・水バランスについての観測例も限られている．本研究では，第一に現在の森林および撹乱地においてどのようなエネルギー・水バランスが保たれているのか．
第二に，森林撹乱を受けた後の場所で，長期的にはそのバランスはどのように変化するのか，第三に，生態系のエネルギーおよび水のバランス変化の観測結果からサーモカルスト現象へ移行する原因は何か，の三点を明らかにすることを目的に行った・
第 一の 目的 のた めに ，観 測サ イト を成 熟カ ラマ ツ林 ，実験的伐採地（1年目．2年目），攪乱地（ 11年 目） とし ，2000〜 2002年の 融解 期3シ ーズ ンの 長期 同時 観測 を行 い， それ ぞれのサイ
ト で 地 表 面 お よ び 活 動層 のエ ネル ギー・ 水パ ラン スを 決定 する 正味 放射 量(Rn)． 顕熱 交換 量(H)・ 蒸 発 散 量 (1E)・ 地 中 熱 流 量 (G)を 測 定 し 森 林 と 撹 乱 地 の 比 較 を 行 っ た ， 観 測の 結果 から 撹 乱 直 後 の サ イ ト にお いて はRn．H・ 1Eが すべ てFサ イト より も減 少す るこ とが わか った ．
特に ，植 生を 失っ たこ とに よる顕著な蒸発散量の減少が見られ，Fサイトに比べて大きな土壌水

分 維持 能 カ が実 験 的に 示 された ．融解深 は撹乱後1年 目の比較 で森林と 攪乱地に 14cmの差が見られた が，翌年 の融解深 の差に顕 著な増加は見られなかった．この融解深増加に対する抑制は，伐採後 1シーズン を経過し た活動層 内における 土壌水分 の差が氷の融解潜熱の差として働き，融解深進 行に対す る熱的慣 性効果に よるものと 説明でき た．また ，撹乱後 11年目の比 較結果からは ，撹 乱 地 にお け る表 面 植生の 回復が蒸 発散能カの 回復をも たらし， Gへの配分 量を撹乱 直後に比べ て減少さ せている ことがわ かった．
第 二 の 目的 の ため ， Fサ イ 卜の 他 ，森 林 撹 乱後 1〜 19年の サイトを 選び，あ る撹乱サ イ卜の長期的 なエネル ギー・水 パランス 要素の変化のアナロジーとして観測を行った．その結果，融解深 を決 定 す るGの 量 は 撹乱 直後か ら表面に 草本類が回 復するま でのごく 短期間に おいての み増加する ことがわ かった．
以上の 結果をま とめると ，研究対象地域においては，迅速な表面植生の回復により森林撹乱のインパ クトによ る融解深 の増加を 抑え，活動層厚を初期状態に維持するメカニズムが働いている
こ とが 示 さ れた ， 一方 ， 撹乱後 5年経過し たサイトの 観測結果 を検討す ることに よって， 撹乱後，Rnが 地表面の 冠水によ って冠水しない場合に比べて劇的に増加することが示された．また，
上記の 観測より 得られた 森林およ び撹乱後様々な状態での生態系エネルギー・水パランス特性の結 果か ら ， Gの値 を 大 きく 保ち， サーモカ ルスト現象 に導くた めの重要 な条件が 地表面の 冠水である ことを示 した．

学 位論 文審査の要旨
主査

教授

福田 正己

副査

教授

大畑 哲夫

副査

助 教授

石 川信 敬副査

助 教授

町村尚（大 阪大 学工 学研究科）

学位論文題名In
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Siberia．
（ 東 シ ベ リ ア ・ 連続 的 永 久 凍 土 帯 に おぃ て森林撹乱が生態系のエネルギー・水収支に与える影響）

東 シベ リ ア・ヤ クーツク 周辺の 永久凍土 上層部は ，氷河 期に形成 された アイスウ ェツ
ジの存 在によ って非常 に含氷 率が高い 層である，この地域でよく見られるアラスとよばれ る周 囲 より沈 下した草 原は， 何らかの 原因で生 態系の エネルギ ー・水 バランス が変化 し， 地 下氷が 融解する ことに よって地 面が陥没 するサ ーモカル スト現 象が起こ った
結 果形 成 された と考えら れてい る．この ような永 久凍土 帯におけ る劇的 な森林損 失お
よ び地 形 変 化は 数 千 年 オー ダ ー の長 期 に わた り ， 地球 規 模 の環 境変化 に影響を 及ぼす と予 測 されて いる，一 方，森 林撹乱後 の変化と しては 植生の回 復が一 般的であ り，サ ーモ カ ルスト 現象が開 始され るために は何らか の条件 が満たさ れる必 要がある と考え られ る ．この 地域では ，これ までサー モカルス ト現象 の進行過 程につ いての研 究はなされ てきた が，その 始まり の条件に ついては不明である．また，生態系エネルギー・
水バラ ンスに っいての 観測例 も限られ ている ．
本 研究 は 、 連続的永久 凍土上の 森林およ び様々な 攪乱地の 微気象を 長期的にかつ同時 に観測 し，地表 面のエ ネルギー ・水バランスの違いを把握することにより，森林損 失よ る 永久凍 土の熱的 状態へ の影響を 明らかに するも のである ．これ までほと んど
行 われ て こ なか っ た 長 期に わ た る比 較 観 測に よ っ て， 森 林 攪乱 後にお いても森 林生
態系が 永久凍 土の熱的 状態を 維持する メカニズムを明らかにした，さらに森林撹乱後，
サ ーモ カ ル スト 現 象 が はじ ま る 重要 な 必 要条 件 が 地表 面 の 冠水 である ことを提 唱した．
本 論 文 は 全 5章 か ら な り 、 第 1章 で は ， 地 球環 境 に とっ て の 永久 凍 土 の位 置 づ けや
東シベ リア・ 中央ヤク ーチア の地理的 記述，これまでの研究および課題を示している。

第2章では，地表層のエネルギー・水バランス各項目にっいて，森林と攪乱地の比較観測の結果を示し，森林損失が正味放射量，顕熱および潜熱フラックスに与える影響を議論している．第3章では，第2章で示した森林攪乱によるエネルギー収支各項目の変化が活動層の状態に及ばす影響について示し，その動態について議論している．
第4章では，森林攪乱後の地表層および活動層のエネルギー・水収支特性の長期変化についての比較観測の結果を述べ，森林撹乱後数年間の短期間のみ永久凍土の融解量を大きくする地中熱流量がみられ，植生の回復とともに元の値に回復する傾向を示した，第5章では、第4章までの観測の結果および議論を総合し，森林攪乱後に対象とした生態系の活動層厚が維持されるメカニズムを明らかにした，また，森林撹乱後，サーモカルスト現象によって森林が回復しない破壊過程ヘ進む可能性について議論した．
以上、本研究は観測例の少ない東シベリアにおいて様カな地表面状態について長期的なエネルギー・水収支を定量的に把握するとともに表面状態と永久凍土の熱的安定性の関係解明において重要な貢献をなすものである，また，サーモカルスト現象に関して，地表面のエネルギー・水収支変化の観点からその始まり条件を提唱したことは高く評価でき，今後のさらなる現象解明にとって大きな発展が期待される．以上のように、複雑かっタイムスケールの異なる現象にっいて、複数の手法を併用した観測と解析とを申請者自らが計画し、実施下ものであり、研究者としての資質の高さを示すものである。
審査委員一同は、これらの成果を高く評価し、また研究者として誠実かつ熱心であること、大学院課程における研鑽や取得単位などもあわせて、申請者が博士（地球環境 科 学 ） の 学 位を 受 け る に 十 分 な資 格 を 有 す る も のと 判 定 し た 。