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日本農学会シンポジウム

水と農学

森里海を繋ぐ森林からの流出水－森林の水質形成－
徳地直子*〔キーワード〕：森林生態系，水質形成，窒素，攪
乱，窒素
1．はじめに我が国において，森林からの流出水あるいは森林土壌を浸透して形成された流出水（地下水を含む）は，陸域，海域の安定した主要な水源であるだけではない．森林からの流出水の水質は窒素やリンなどの栄養塩濃度が低く，ミネラルの含有濃度は降水より上昇しており，良質かつ安定的なものである．私たちは降水が森林生態系を通過した際に生じる水質形成作用を森林の水質浄化機能と呼び，森林から

図1

森林生態系における窒素の循環の概要
単位：N kg ha-1 year-1．

流出する“おいしい（良質の）水”に依存してきた．
栄養塩濃度の低い水は下流に至って富栄養化に寄し，途中で植生に吸収され，あるいは土壌中で分解与しないなど森から川・海に至るあらゆる生態系のされた有機物から放出されたアンモニアイオンな存在の基盤となっており，良質の水に依存しているどを加え，あるいは土壌とのイオン交換などによりのは私たちだけではない．

ミネラル類を加え，さらに浸透を続け地下水になり，しかし産業革命以降，化石燃料の燃焼により放出河川へ流出する．図 1 は窒素について，わが国の森される大気中の窒素化合物などの増加により降水林での主要な経路における循環量を示したものでに含まれる窒素化合物が増加し，大気から森林に大ある．森林生態系での窒素循環量は大気などからの量の窒素などが負荷されるようになった．負荷され系外の加入量（①）や河川への流出量（⑤）に較べ，た窒素化合物は森林の水質浄化機能を上回り，森林生態系内部（②・③・④）での動きが大きい．このからの流出水の水質を悪化させることがある（徳地ことから，森林生態系の窒素の循環は閉鎖的といわ2020）．さらに近年では，シカによる過食害が森林れ，窒素循環においては森林生態系内部の状態，樹の状態を変え，森林からの流出水の水質に影響を及

木-土壌の状態が重要であることがわかる．つまり，ぼしていることも指摘されている．ここでは，森林樹木や土壌になんらかの変化が生じると窒素の循からの流出水の水質，特に窒素に着目して紹介し，環も変化し，結果として河川水質に影響が及ぶ．

現状と今後の課題を整理したい．
2．森林の水質形成機能

3．森林のかく乱と河川水への影響
森林のかく乱はおおまかには自然によるものと森林生態系の水質形成を追ってみよう．森林に人為のものの 2 つにわけることができるだろう．自

降った降水は樹冠に達し，一部が葉面で蒸発し，残然のかく乱としては，病虫害によるものや気象によりは樹冠に付着した乾性降下物を捕捉し，さらに樹るものがある．人為によるものとしては，森林の木幹をつたい，そこでも乾性降下物などを捕捉し，土材を利用するためなどに行われる森林伐採や，近年壌に到達する．土壌に到達した降水は土壌中を浸透

では大気からの窒素の負荷などが挙げられる．

*京都大学フィールド科学教育研究センター（Naoko Tokuchi）

0369-5247/21/\500/1 論文/JCOPY徳地：森里海を繋ぐ森林からの流出水

図219

マツ枯れに伴う河川水中の無機態窒素濃度の変化（Tokuchi et al. 2013）→は立ち枯れていたマツが台風によって倒れた時期を示す．

3-1．自然かく乱
自然のかく乱として，マツ枯れやナラ枯れなどの3-2．人為攪乱
3-2-1．森林伐採

病虫害や近年ではシカによる植生の過食害が問題

森林伐採は，人間が木材を用いるためには欠かせとなっている．京都周辺ではマツ枯れは 1980 年代ない行為であるが，森林生態系の主要な構成要素でより多くのマツを枯死に至らしめた．大津市の桐生ある樹木を収奪してしまい，森林生態系への影響は試験地では 1990 年に入って甚大な被害を受け，多大きい．特に，窒素の循環においては，主要な吸収くのマツが立ち枯れた．台風によりこれらのマツが源である樹木がなくなってしまうので図 1-④の吸倒れ，年間の落葉落枝量の 4-5 倍（約 177kg N）の収が行われなくなり，窒素が河川から流出する．図

有機物が林床に供給された．これらの有機物の無機

3 は集水域を単位として皆伐を繰り返した流域にお化・硝化が促進されて河川の無機態窒素濃度が高いて，皆伐からの時間が異なる集水域の水質を比較まった（図 2，Tokuchi et al. 2013）．マツ枯れによるしたものである（Tokuchi & Fukushima 2009）．森林

水質への影響は 13 年程度継続し，その間の河川からの N の流出量は約 25kg N と推定された．これはマツ枯れで供給された有機物中の窒素量の 1/7 に過ぎなかった．その原因として，マツ枯れが生じた森林が二次林とヒノキ人工林であり，マツが枯死した後も他の樹種で森林が維持されていたためと考えられた．
近年では，カシノナガキクイムシによるナラ枯れが同様の被害を及ぼしていると考えられるとともに，シカの過食害による植生の衰退による影響が指摘されている（福島ら 2014）．シカによる食害は下層植生や実生・若木など樹高の低いものに集中する．
これまで，森林のかく乱においてその影響が大きいと考えられてきた高木ではなく，バイオマスの小さい下層植生の損失が河川水質に影響を及ぼしていることは注目に値する．

図 2

皆伐後からの時間が異なる集水域の河川水中の硝酸態窒素濃度を並べたもの（Tokuchi et al.
2009）
S#は集水域番号．

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農業および園芸

第 96 巻第1号（2021 年）

伐採後の河川水質への影響は伐採数年後に顕著にともに多量の窒素も負荷されるが，窒素は雪の中でなり，植栽を行った場合，その濃度はほぼ 15-20 年春を迎え，融雪期に森林生態系に取り込まれること程度で伐採前に戻ることがわかった．森林伐採後，なくそのまま流出してしまうことがある．このよう河川水中の窒素濃度が上昇することは古くから知に窒素負荷は地球上のあらゆる場所で生じているられており，伐採に伴う河川水の劣化を抑えるため，が，窒素の負荷のされ方，そして，森林生態系の生大面積の皆伐を避ける，また，主に硝酸態の形態で物的・気象的・地質的様々な特性が複雑に関係して流出する窒素成分を脱窒により河川から流出させおり，河川水への影響を予測することは非常に難しない，加えて粒子状の物質なども捕捉するよう渓畔

い．

部分に森林帯を残す施業などが推奨される（徳地ら2011）．

4．

森林との付き合い方

これまで森林は，良質の安定した水質の水を河川3-2-2．大気降下物に供給してきた．しかし現在，さまざまな要因によ上記のような地域的な森林へのかく乱だけでなり，富栄養化した水が森林から流出する可能性が高く，近年の地球規模での環境変動があらゆる森林生まっている．一方，森林へは木材生産はじめ，バイ態系に大きな影響を及ぼしている（徳地 2020）．気オマス燃料などさらなる供給サービスへの期待や，温の上昇や物質循環，特に窒素の循環はすでにプラ

地球温暖化を抑制する調整サービスへの期待，そしネタリーバウンダリー（planetary boundary；回復可て人々を癒してくれる文化的サービスへの期待な能な境界）を超えたという指摘もある（Rockström et

ど多様な期待が寄せられている．これらの期待に応al. 2009）．その主な原因は，人口増加に対応する食えるために，私たちはこれから森林とどのように付料増産のための肥料の施用と，化石燃料の燃焼に伴き合っていけばよいのだろうか．

う大気中への窒素の放出が挙げられる．大気中に放これまで見てきたように，森林の植生や物質循環出された成分は発生源周辺にとどまらず，地球上のへのかく乱への影響は窒素の流出に鋭敏に現れる．

あらゆる場所に運ばれ降水や乾性沈着物として供

硝酸態窒素濃度は森林生態系の状態を示す指標の給される．我が国でも，第二次世界大戦後の経済成一つとなり，河川水質は尿検査のように用いること長に伴って化石燃料の使用が急速に増加し，1970ができるだろう．また，硝酸態窒素を構成する酸素年代には酸性雨と呼ばれる大気汚染が顕在化した．

分子の同位体比を用いれば，河川水中にある硝酸にこの大気汚染は主に硫黄成分に由来しており，そのついて大気由来の割合を推定することができる（徳後の脱硫装置などの技術開発などで影響がほぼ抑地 2020）．そこで，森林からの流出水中の硝酸態窒えられている．しかし一方，周辺諸国の経済発展に素濃度をモニタリングするとともに，同位体なども伴って汚染物質が越境輸送される問題が生じてい用い，直接的なかく乱がない場合にも注意を払ってる．

いくことが必要だろう．

大気からの窒素負荷は施肥効果として樹木の成マツ枯れやナラ枯れは病虫害なので自然かく乱長を促進する場合もあるが，継続することで植生のと考えられる一方，これまで被害のなかった地域に窒素要求量を上回り，さらには生態系全体の窒素要新たにこのような病虫害が広がったことについて，求量を超えてしまう．この状態を窒素飽和（nitrogen

人間による物流や温暖化などの地球規模での環境saturation）と呼び，過剰となった窒素が河川から流変動の影響があることは否めない．硝酸態窒素をは出することが知られている（Aber et al. 1998）．それ

じめとする指標を用いて森林の状態を注意深くモぞれの森林は植生や土壌のタイプやかく乱や土地ニタリングしつつ，地球規模での環境問題への取り利用の履歴などが異なるため生態系の窒素要求量組みが不可欠である．

が異なり，どの森林でいつ窒素飽和に至るかは明らかにすることは非常に難しい（牧野ら 2017）．加えて，大気から窒素がどのような状況で負荷されるかも重要である．例えば降雪イベントでは多量の雪と

引用文献
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「大気環境と植物」伊豆田猛編著．朝倉書店．