関東森林研究 73 (2022)

論 文

みなかみ演習林のスギ樹冠における通過降水沈着量と林外降水沈着量
瀧澤英紀 1 ・竹下幹太 2 ・小坂泉 1
１ 日本大学大学院生物資源科学研究科
２ 日本大学生物資源科学部
要旨：積雪域みなかみ演習林のスギ樹冠の通過降水沈着量と林外降水沈着量と流域流出負荷量を測定し，一年間の樹冠における物質収支および流域全体の物質収支を明らかにした。2020 年の一年間の結果では，Cl⁻は樹冠と流域の物質収支でそれぞれ 1.4 と 1.3 となった。SO42⁻，Na⁺は樹冠では 0.8～１，Ca2⁺，Mg2⁺は樹冠で 1.4～1.6 だったが，流域では1.9～5.5 と増加した。K⁺は樹冠では 5.5 と大きいが，流域では Cl⁻と同程度だった。HCO3⁻，Si は樹冠では１～2.7 程度
だが，流域全体では極端に大きくなった。N は樹冠では 1.6 であるが，流域では 0.5 と減少した。
キーワード：森林流域，物質収支，多雪地，樹冠

Variations of precipitation deposition and throughfall deposition of coniferous canopy
in Minakami university forest
Hideki TAKIZAWA1, Kanta TAKISHITA2, Izumi KOSAKA1
1 Graduate School of Bioresource Sciences, Nihon University
2 College of Bioresource Sciences, Nihon University
Abstract: To clarify elemental budgets of a canopy and a catchment we observed water chemistry of precipitation, throughfall of
the canopy and runoff of a catchment in Minakami university forest at heavy snowy region. Annual precipitation depositions, annualthroughfall deposition of coniferous canopy and annual loads of runoff were calculated by the observation through one year, 2020.
Results showed the canopy budget and the catchment budget of Cl⁻ were 1.4 and 1.3, respectively. SO42⁻ and Na⁺ were from 0.8 to
1 in the canopy budget, Ca2⁺ and Mg2⁺ were from 1.4 to 1.6, the mass budget of these four elements in the catchment increased
from1.9 to 5.5. K⁺ was as large as 5.5 in the canopy, but 1.5 in the catchment, which was the same level as Cl⁻. HCO3⁻ and Si wereabout 1 to 2.7 in the canopy, but became extremely large in the catchment. N was 1.6 in the canopy, but decreased to 0.5 in thecatchment.
Key-word: Forest catchment, elemental budget, snowy region, canopy

Ⅰ はじめに森林流域の水文過程と物質動態が関連付けて研究が進
むと渓流水質からそれぞれの動態を推定できる（１）。
降水による沈着量は季節的な気圧配置など年々で変化し，年降水量や積雪量のみならず物質の沈着量も年々変化すると考えられる（２）。樹冠における水質形成の研究は
スギ樹冠サイト

樹木生理や気象要因の影響のみならず，流域表層や山体内の水質形成や各水文プロセス研究にとって共に理解される必要がある。そこで，本研究では奥利根源流域積雪域のみなかみ演習林のスギ樹冠の通過降水沈着量と林外降水沈着量と流域流出負荷量を測定し，2020 年の一年間

図-1.

対象樹冠サイトの樹冠における物質収支および流域全体の物質収支を明Fig.1 Experimental siteらかにすることを目的とする。

－101－（受理日 2022 年 2 月 24 日）

Ⅲ 結果と考察

Ⅱ 材料と方法
１．調査地 調査対象地は群馬県利根郡みなかみ町の１．
林外降水量と樹冠通過降水量と流出量 2019 年 12日本大学演習林（面積 158 ha，標高 650～985 m）内にス

月 1 日~2020 年 11 月 30 日までの１年間の林外降水量とギ樹冠の樹冠通過降水の採水サイトを設け，また，継続

樹冠通過降水量はそれぞれ，1714.8 mm，1225.1 mm だっ的に観測している三つ又沢流域の流出負荷量を調査に用た。その差額は 489.7 mm，林外降水に対する樹冠通過降いた（図-１）。対象とする閉鎖したスギ林分は樹高約 30

水量の比は 0.71 となった。林外雨に対する樹幹流量はm，胸高直径 25～50 cm，樹齢約 50 年である。また，流5%程度なので，遮断損失を見積もると（1714 mm×（1－出負荷量は三つ又沢流域 13.7 ha の調査結果を用いた。地（0.71+0.05）））およそ 400 mm となり，遮断損失として質は，新第三紀デイサイト流紋岩と黒色泥岩，新第三紀は若干多いもののほぼ妥当と考えられた。よって，物質粟沢礫岩層を主体とし，ローム堆積域も確認される。調量としてはサンプル中から蒸発しないので，物質収支の査地周辺の年平均降水量，平均最深積雪深はそれぞれ精度は高いと考えている。また，三つ又沢の年間流出量

1755 mm，2.1 m である（３）。植生は落葉広葉樹林が主は 1018.3 mm/yr となり，林外降水量との差は 696.5 mm/yr

体で，ブナ・ミズナラ・コナラ林が約７割，カラマツ・となり，その比率は 0.59 であった。
２．林外降水沈着量と樹冠通過降水沈着量 図-２a)～

スギ人工林が約３割分布する。
２．調査項目 降水量の観測は，上空の開けた気象観J)に採水ごとの林外降水量（input）と樹冠通過降水量測地において，転倒マス式雨量計（大田計器製作所）を（output）の樹冠の水収支および樹冠の物質収支の季節

地上から約１m の高さに２つ設置し，冬期は地上から約変化を示す。林外降水や樹冠通過降水の沈着量は，貯留６m の高さにヒ－タ付き雨量計（52202 R.M.Young），ボトルまたはコンテナの貯水量に水質濃度を掛けて算出

お よ び 不凍 液プ ー ル を使 用し た 転 倒マ ス式雨量計する。濃度が一定範囲で変化する場合は，沈着量の経時（antifreeze CS705 with TE525 Campbell Sci.INC.）を約４変化は降水量の変動と同調する。図-２では，降雨によるm の高さに１つ設置して計測し，欠測時には藤原の沈着量を図中の下段（下向き軸）に示し，流出負荷量はAMeDAS デ－タを用いた．降水サンプルは冬期の 2019

上段で上軸となる。2019 年 12 月~2020 年３月にかけて

年 12 月５日から 2020 年 3 月 11 日まではコンテナ（内冬期の降水量は日平均で４～５mm/day であるが，積雪側 61×41 cm）上全部に堆積した降雪水の全量を切り出

深はほぼ 50 cm 程度と多くない。このエリアでは平均２し，融かした後に採水した。積雪期の測定間隔はおおむ

m 程の積雪があるので，2020 年度冬期は小雪である程度ね２週間毎に行った。それ以降の 11 月 30 日までは地上降水量がある温暖積雪域の傾向が強い年だった。また，

１m にロート（φ21.2 cm）を２か所設置し，ボトルに貯６月や９月の降水量が多かった。樹冠通過降水に関して留し１月毎に採水した。樹冠通過雨に関しては一年を通も２月あたりは冠雪の影響などもあり少ないものの，おしてコンテナ（内側 61×41 cm）を用いて採水した。林

おむね林外降水量と同様の季節変化傾向にあった。

外の降水サンプルと樹冠通過降水サンプルのコンテナにCl⁻（図-２b））では林外降水沈着量（input）は，５～10よる採水では，蒸発抑制は行っていない。また，三つ又

月が小さく，11 月～４月中旬の冬期降水によるものが多沢では 90°V ノッチの量水堰により渓流量を，また，自かった。夏期は降水量が多いので降水濃度が低かったこ

動採水装置（3700，ISCO）により 24~48 時間間隔で採水とになる。樹冠通過沈着量（output）は３月と 11 月に大した。測定項目は Na⁺，NH4+，K⁺，Ca2⁺，Mg2⁺，Cl⁻，NO3⁻，きかった。年林外雨沈着量と年樹冠通過沈着量はそれぞ

SO42⁻ ，HCO3⁻イオン濃度および Si 濃度である。

れ 1107 と 1554 mg/㎡となり樹冠から物質の溶脱あるいは乾性沈着物の洗浄により林外降水沈着量の 1.4 倍物質

本林分の樹幹流量は樹冠通過雨量に対して量的に少な
く，短期間の降雨に対する実験では，物質量として Cl⁻がが滴下した。

比較的大きく，樹冠通過沈着量の 5%が樹幹流により移SO42⁻（図-２c））の林外降水沈着量は夏季に低下するこ動した。本研究では樹幹流による物質移動は省略した。となく季節進行し，11~12 月の値が小さく，樹冠通過降Na⁺，NH4+，K⁺，Ca2⁺，Mg2⁺，Cl⁻，NO3⁻，水沈着量は林外降水とほぼ同調して推移した。年間の沈SO42⁻の濃度について，イオンクロマトグラフィー（883

着量はそれぞれ 1117 と 926 mg/㎡と林外の方が多く，こbasic IC，メトローム）を用いて測定した。Si 濃度はマル

れらの比率は 0.83 となり，樹幹流分を５%と考えても１

チタイプ発光分光分析装置（ICPE-9000，島津製作所）に以下となった。よって，若干樹冠の吸収や吸着が考えらより測定した。HCO3⁻濃度は硫酸滴定により測定した。

れた。

３．分析方法Na⁺（図-２d））は海塩由来として Cl⁻と同調して林外降－

102－

Na⁺mg/m²/day
K⁺mg/m²/dayf)h)j)

HCO₃⁻mg/m²/dayi)

NH₄⁻mg/m²/dayg)

Mg2⁺
mg/m²/daye)NO₃⁻
mg/m²/dayd)

Ca2⁺
mg/m²/dayc)

Cl⁻
mg/m²/dayb)

SO₄²⁻mg/m²/daya)

樹冠
水収支
mm/day関東森林研究 73 (2022)

840481260
61284048840
4815
1050
51015840484202463036420241050510output

DJFinputMAM

JJASOND

図-2. 採水ごとの林外降水沈着量と樹冠通過降水沈着量の経時的変化a)～j)はそれぞれ樹冠水収支，Cl⁻，SO42⁻，Na⁺，K⁺，Ca2⁺，Mg2⁺，NO3⁻，NH4+，HCO3⁻の物質量であるFig.2 Elemental variations of precipitation deposition and throughfall deposition for each water sampling.
a) to j) are showed water budget in a canopy, Cl⁻，SO42⁻，Na⁺，K⁺，Ca2⁺，Mg2⁺，NO3⁻，NH4+ and HCO3⁻, respectively－103－

表-1. １年間の樹冠の流域における物質収支
Table 1 Annual elemental budgets in a canopy and a catchment
Elements

Cl⁻

SO₄²⁻

Na⁺K⁺Ca²⁺

Mg²⁺

HCO₃⁻SiN

樹冠 output∕input

1.40.815.5

1.41.62.7

ほぼ 11.6

流域 output∕input

1.31.93.1

1.55.52.79.34819.60.5

ため「ほぼ１」とした。

水により沈着し，ほぼ同じ曲線と考えられる。さらに林外降水沈着と樹冠通過沈着量はそれぞれ 587 と 581 mg/

３．樹冠と流域の物質収支 表-１に樹冠における物㎡で，これらの比は 0.99 となり Na⁺は樹冠における収支

質収支と降水と流域末端の流出における物質収支を示す。

がゼロとなり，溶脱も吸収も相殺されており，両者の曲Cl⁻は樹冠と流域においてそれぞれの物質収支が 1.4 と線形も非常に似ていた。また、12～４，５月の期間では1.3 となり樹冠で若干溶脱あるいは洗脱傾向であるが，
ほCl⁻，SO42⁻，Na⁺の林外および樹冠通過沈着ともに類似性

ぼそのまま流域負荷量として流域外へ流出していた。

が強い傾向を示した。

SO42⁻，Na⁺は樹冠では 0.8～１と吸収傾向あるいは中立でCa2⁺（図-２f））では，林外と樹冠通過降水の年沈着量あるが，SO42⁻，Na⁺ ，Ca2⁺，Mg2⁺は流域全体では 1.9～5.5はそれぞれ 1007 と 1448 mg/㎡となり，この比率は 1.44と土壌・山体内で付加され流出していた。K⁺は樹冠ではとほぼ Cl⁻の比率に等しい。Mg2⁺（図-２g））では両者そ5.5 と溶脱傾向が大きいが，流域全体では Cl⁻程度の 1.5

れぞれ 203 と 323 mg/㎡でその比率が 1.59 とほぼ Cl⁻の倍と減少し，流域外へ多量に流出していない。HCO3⁻，Si比率に等しかった。Mg2⁺に関しては樹冠通過沈着量の 11は樹冠では１～2.7 程度であるが，流域全体では非常に増月に高い値を示す傾向は Ca2⁺にはなかった。

大し，土壌・山体系の風化に起因する物質供給が存在しK⁺（図-２e））では林外と樹冠通過降水の年沈着量はそた。NO3⁻-N と NH4+-N の合算値でみると N は樹冠ではれぞれ 265 と 1475 mg/㎡となり，その比率は 5.55 と樹冠1.6 と若干の溶脱傾向であるが，流域末端では 0.5 と吸収から溶脱などで物質が増加している。その値は全ての物や脱窒などで消費されていた。以上の様に本試験地では質で最も大きい。さらに樹冠通過沈着量では 11 月の値が樹冠における物質収支と土壌・山体系の流域全体におけ特に大きく，Mg2⁺，Cl⁻も同じ傾向を示した。

る物質収支の過程の一端が明らかになりつつあると考え

NH4+（図-２i））と NO3⁻（図-２h））のそれぞれの経時ている。

変化では，７月以降の林外降水沈着量が検出されていない期間があった。ここでアンモニア態窒素と硝酸態窒素謝辞：コロナ禍により県をまたぐ移動が制限されるなか，の年間量を求めると林外降水沈着量はそれぞれ 202 と森林環境保全学研究室 2020 年度学生やスタッフの協力

115 mg/㎡であり，樹冠通過降水沈着量は 319 と 182 mg/により連続データが取れたこと感謝します。

㎡となった。それぞれの合算値で比率を求めると 1.58 と引用文献

なり，樹冠からの溶脱などにより樹冠通過雨で物質量が増加していた。図では NH4+が４～５月において樹冠通過(１) 瀧澤英紀・鈴木崚平・小坂泉 (2020) 山地森林流域

沈着量が高く，NO3⁻が２～５月で沈着量が大きい傾向が源頭部における湧水の水質特性. 関東森林研究 71(1):あった。

113-116

HCO3⁻（図-２j））では，年間の林外降水沈着量と樹冠(２) 瀧澤英紀・風間聖史・小坂泉 (2021) 多雪域のみな通過降水沈着量でそれぞれ 663 と 1793 mg/㎡となり，そかみ演習林森林流域の沈着量と流出負荷量の季節変化．の比率が 2.7 となり樹冠からの溶脱など樹冠通過沈着で

関東森林研究 72(1):89-92増加していた。季節的には５～６月と９～10 月の樹冠通(３) 豊泉恭平・前島健人・大類和希・小坂泉・長坂貞郎・

過降水沈着量で大きな値を示した。

瀧澤英紀（2016）奥利根源流部の多雪地森林小流域における融雪期の水質形成について. 関東森林研究 67(1): 93-

Si に関しては，降水にも樹冠通過雨にもほとんど含ま

96れず，検出されない場合が多かったので図には示さなかった。なお，表-１の樹冠における年間の Si 収支では両者の値が極めて小さいので樹冠とのやり取りはほぼ無い－104－