関東森林研究 72-2(2021)

論 文

連年施肥 40 年目のウダイカンバ林とトドマツ林の土壌養分状態
長倉淳子 1 ・古澤仁美 1 ・伊藤江利子 2 ・橋本徹 2 ・梅村光俊 2１ 森林総合研究所
２ 森林総合研究所北海道支所
要旨：連年施肥を行っているウダイカンバ林とトドマツ林から施肥 40 年目に採取した表層土壌（0-10cm）について，pH，全窒素，全炭素，可給態 P，交換性 Ca，Mg，K，Na，Al 含有量を調べた。その結果，両樹種とも土壌 pH は，施肥区（NP（窒素＋リン酸施肥）区，NPK（窒素＋リン酸＋カリウム施肥）区）が無施肥区より有意に低かった。可給態 P は施肥区で有意に高かった。交換性 Ca と Mg の含有量は無施肥区に比べて施肥区で低かった。交換性 K 含有量はウダイカンバ林ではカリウム施肥をしている NPK 区でも無施肥区より低かったが，トドマツ林ではむしろ施肥区が高く，植栽樹種による違いがみられた。交換性 Al は両樹種とも施肥区で著しく高く，無施肥区の 6～15 倍となっていた。本試験地では pH が 4.5 付近まで低下すると Al が溶出することが明らかとなった。
キーワード：施肥，養分状態，土壌酸性化

Soil nutrient conditions in Monarch birch and Todo fir stands after 40 years of repeated fertilization
Junko NAGAKURA1, Hitomi FURUSAWA1, Eriko ITOH2, Toru HASHIMOTO2 ,Mitsutoshi UMEMURA
Forestry and Forest Products Research Institute (FFPRI), 1 Matsunosato, Tsukuba 305-8687
Hokkaido Research Center, FFPRI, Sapporo 062-8516
Abstract: The pH (H2O), exchangeable cation (Ca, Mg, K, and Na), and exchangeable Al content of surface soil (0–10 cm) collectedfrom Monarch birch (Betula maximowicziana Regel) and Todo fir (Abies sachalinensis Fr. Schmidt) stands after 40 years ofcontinuous fertilization were examined. The soil pH (H2O) was significantly lower in the fertilized plots (nitrogen + phosphatefertilization [NP] plot and nitrogen + phosphate + potassium fertilization plot [NPK]) than in the non-fertilized plot. Available P
increased significantly in the fertilized plots. The exchangeable Ca and Mg contents were also significantly lower in the fertilized
plots than in the non-fertilized plots. The exchangeable K content was lower in the fertilized plots, especially in the NPK-fertilizedplot, in which the birch stands were cultivated; however, the exchangeable K content was higher in the fertilized plots, in which thefir stands were cultivated. The exchangeable Al content in the fertilized plots was 6–15 times higher than that in the control plots. In
this site, Al was leached out when the soil pH (H2O) decreased to approximately 4.5.
Key-word: fertilization, nutrient status, soil acidification

Ⅰ はじめにとも検討されている。施肥は，樹木の成長促進や木材生温帯の森林生態系では通常は窒素が不足しがちで，窒産量の増加を目的として窒素を主体として森林でも行わ素が樹木の成長を制限する大きな要因となっている。とれるが，林齢や土壌型によって成長促進効果がみられる

ころが近年，人間の産業活動を起源として，大気から森一方で，施肥を継続することによって，土壌中のミネラ林生態系に付加される窒素量が増えている。窒素が過剰ルを流亡させ，土壌酸性化を招くおそれもある。になると，樹木や土壌の養分バランスがくずれて，樹木本研究は，森林に対して人為的に特定の養分が長期間にわたり付加され続けると土壌養分状態がどのように変の成長が低下することがある。
近年では森林バイオマスの利用が促進されているが，化するのかを明らかにすることを目的とし，40 年の長期葉や材を森林生態系外に持ち出すことにより養分が森林にわたって連年施肥を受けているウダイカンバ林とトドから持ち出される。したがって，持続的に森林バイオマ

マツ林の土壌について養分状態を調べた。

スを利用するため，森林への施肥によって養分を補うこ－1 －（受理日 2021 年 3 月 11 日）

２．試料 土壌試料は施肥を開始した 1978 年から 40

Ⅱ 材料と方法
１．調査地 森林総合研究所北海道支所（北海道札幌年後にあたる 2018 年 5 月 10 日に採取した。前年の施肥市）構内の土壌環境長期モニタリング試験林（北緯 43°00′，（40 回目の施肥）からおよそ 1 年後である。各試験区９東経 141°23′）のウダイカンバ林とトドマツ林を調査地と地点から，直径 5cm の採土器を用いて，0-10cm の表層土した。
調査地の年平均気温は 7.4 °C（2000~ 2013 年）（５），壌を採取した。９地点は等間隔の格子状に配置した。

年平均降水量は 1121 mm（2007~ 2012 年）（溝口未発表）３．分析 採取した土壌試料は風乾後，2mm のふるいである。おおむね平坦な地形で，標高は 150m，土壌は適をとおし分析に供した。土壌 pH(H2O)の測定には土：水潤性淡黒色土である。1973 年 9 月に火入れ地拵えしたのが 1:2.5（重量比）の懸濁液を用いた。交換性 K, Na, Ca,ち，トドマツは同年 10 月に，ウダイカンバは 1974 年 4

Mg は風乾細土を 1N の酢酸アンモニウム溶液で抽出後，月に植栽された。1978 年には無施肥区，窒素・リン・カ

交換性 Al は 1N の塩化カリウム溶液で抽出後に，ICP 発リウムの 3 要素施肥区（NPK 区），窒素・リンの 2 要素

光分析装置(Optima8300，PerkinElmer)で定量した。可給態施肥区（NP 区）の 3 種類の処理区を設定し，毎年 1 回春

P はブレイ第二法（準法）に準じて，風乾細土を 0.03M（5 月下旬から 6 月上旬）の施肥を開始した。各処理区

フッ化アンモニウムと 0.1M 塩酸を含む溶液で抽出後，の大きさは，トドマツ林では全処理区で 20 m× 24 m (480

分光光度計でリン酸の吸光度を測定し定量した。全炭素m2)，ウダイカンバ林の無施肥区は 16.8 m × 18 m (302.4と全窒素は風乾細土を微粉砕し，乾式燃焼法で測定した。

m2)，NPK 区は 18.2 × 18 m (327.6m2)，NP 区は 15.4 × 18m (277.2m2)である。ウダイカンバ林とトドマツ林，NPKⅢ 結果と考察区と NP 区は N，P，K の施肥量がそれぞれ異なる（表１．林況 試験地の林況を表-2 に示した。2019 年 11-1）。これはウダイカンバとトドマツとで試験開始時に個月に測定した平均胸高直径（DBH）は，ウダイカンバ，体あたりの施肥量を変えていたこと、処理区のサイズがトドマツともに施肥区（NPK 区， NP 区）が無施肥区よ異なることによる。NPK 区では林業用複合肥料，NP 区り大きかった。この結果は 2010 年時点の報告と同様ででは硫酸アンモニウムと過リン酸石灰を肥料として用いある（１）。最も DBH が大きかったのは，ウダイカンバた(１）。林業用複合肥料は該当肥料の製造中止に伴い 2林では NP 区，トドマツ林では NPK 区だった。トドマツ

回変更しており，2013～2018 年はマルモリ森林肥料特号

林の無施肥区と NPK 区は 2013 年に間伐されたが NP 区（N：P2O5：K2O＝20：10：10）を使用した。トドマツ林

は間伐されなかったため立木密度が高く，過密により肥の無施肥区と NPK 区は 2013 年に本数で約 4 割が間伐さ大成長が抑制されて NPK 区より DBH が小さかった可能れた。各処理区内の樹木について 2007 年以降は毎年秋性がある。樹高は 2010 年以降測定されていないが，2010に胸高直径を測定している。

年時点では施肥区が無施肥区よりも高かった。

表-１. 2008 年までの平均年間施肥量，2009 年からの表-2.

年間施肥，1978 年から 2017 年までの合計施肥量

直径（DBH)，樹高Table 1. Average annual quantity of fertilizer through 2008,

Table 2. Tree density, diameter at breast height (DBH),

annual quantity of fertilizer from 2009, and total quantity ofand height in the birch and fir stands.

ウダイカンバ林とトドマツ林の立木密度，胸高

fertilizer from 1978 to 2017.
NPK区
NP

⽴⽊密度（本 ha-1)

DBH(cm)樹⾼(m)2019年秋

2019年秋

2010年秋無施肥区

1488

20.4(7.8)b15.2(3.9)b

NPK区

1129

24.1(6.8)ab

18.1(3.3)a

NP区

1118

26.6(6.6)a18.5(3.5)a

無施肥区

1083

23.1(5.0)B

15.9(1.5)C

NPK区

1041

25.7(5.6)A

16.7(1.1)B

NP区

1604

23.4(5.3)AB

17.5(1.4)A

NP区
KN

P

ウダイカンバ林

2008年までの平均年間施肥量（kg ha-1)
ウダイカンバ林

150

4457

182

62

トドマツ林

123

35

4712134

2009年からの年間施肥量（kg ha-1)
ウダイカンバ110

2446152

55

トドマツ林

130

2854

124

33

トドマツ林

1978年から2017年までの合計施肥量（kg ha-1)
ウダイカンバ林

5662

1580

2182

6984

2435

トドマツ林

4978

1363

193549171374※DBHと樹⾼は平均値（標準偏差）
異なる英⽂字間には有意差あり(Tukey, ｐ<0.05)－2 －関東森林研究 72-2(2021)

ほとんど変わっていないが，NPK 区とトドマツ林の無施
２．土壌化学性 各処理区における 2018 年に採取し肥区は 2007 年より 2018 年で低かった（p<0.05）。ウダイた表層土壌（0-10cm）の化学性を表-3，4 に示した。土壌

カンバ林，トドマツ林ともに施肥区の土壌 pH は，植物pH(H2O)（以降，土壌 pH と記載する）は施肥区（NPK 区，の生育に有害なアルミニウムイオンが溶出するとされるNP 区）で低く，特に NP 区で低かった（表-3）。生態系

4.5 以下である（４）。に付加される窒素が増えるにしたがって土壌中の硝化が表層土壌の全炭素含有量，全窒素含有量，および CN活発になることが予想されており（８），施肥区では樹木比はトドマツ林では施肥の影響はみられなかったが，ウによる吸収量以上の窒素が付加されたことによって硝化ダイカンバ林では全炭素含有量も全窒素含有量も NPK活性が高まった結果、土壌pH が低下したと考えられる。

区で多かった（表-3）。

相澤ら（１）によれば，土壌 pH は，施肥 3 年後の 1981

表層土壌の可給態 P 含有量は，両樹種とも施肥区で有

年時点では 5.7～6.1 で森林土壌としては高かったが，処意に高かった（表-3）。ウダイカンバ林では NPK 区より理に関わらず時間経過にともない低下し，2007 年にはウも NP 区で可給態 P 含有量が多かった。これはウダイカ

ダイカンバ林の無施肥区で 5.7，NPK 区で 4.9，NP 区でンバ林では NPK 区より NP 区で P 施肥量が多いことを4.3，トドマツ林の無施肥区で 5.5，NPK 区で 4.6，NP 区反映しているのかもしれない（表-1）。

で 4.2 であった。各樹種の処理区ごとに 2018 年と 2007

表層土壌の交換性 Ca，Mg 含有量は，ウダイカンバ林，年の土壌 pH を比較すると，両樹種とも NP 区は約 4.3 でトドマツ林共に，無施肥区に比べて施肥区で有意に低か

表-3.

連年施肥 40 年後のウダイカンバ林とトドマツ林の表層土壌の pH(H2O)，全炭素，全窒素，CN 比，可給態 P 含有量
Table 3. The pH (H2O), total carbon, total nitrogen, C:N ratio and available phosphate in the surface soil ofthe birch and fir stands after 40 years of repeated fertilization
ｐH(H2 O)

全炭素

全窒素g kg-1 soil

g kg-1soil

CN⽐

可給態Pmg kg-1soil

ウダイカンバ林
無施肥区

5.6(0.1)a99.5(8.1)ab

6.0(0.3)b

16.4(0.4)a

NPK区

4.5(0.1)b118.4(7.0)a

7.5(0.4)a

15.7(0.2)a1160.0(139.2)b54.4(5.0)c

NP区

4.3(0.1)c

91.1(2.6)b5.7(0.1)b16.0(0.2)a2622.2(204.0)a

トドマツ林
無施肥区

5.3(0.1)A

77.1(4.5)A

5.2(0.3)A

14.8(0.4)A

NPK区

4.4(0.1)B

88.5(5.9)A

5.6(0.3)A

15.8(0.2)A

1488.9(123.0)A40.2(2.1)B

NP区

4.3(0.1)B

94.3(4.5)A

6.2(0.3)A

15.3(0.2)A

1146.7(115.1)A※値は平均値（標準誤差）（n=9）。異なる英⽂字間には有意差あり(Tukey, ｐ<0.05)

表-4.

連年施肥 40 年後のウダイカンバ林とトドマツ林の表層土壌の交換性塩基および交換性 Al 含有量

Table 4. , Exchangeable bases and exchangeable aluminum (Al) in the surface soil of the birch and fir
stands after 40 years of repeated fertilization
KNaCa

Mg

Al

cmolc/kg

cmolc/kg

cmolc/kg

cmolc/kg

cmolc/kg
0.24(0.10)b

ウダイカンバ林
無施肥区

0.65(0.11)a0.07(0.01)a

12.99(1.84)a

2.39(0.32)a

NPK区

0.40(0.04)b0.06(0.01)a

2.68(0.42)b0.48(0.04)b

4.88(0.41)aNP区

0.21(0.02)b0.05(0.00)a

1.85(0.08)b

0.20(0.02)b

5.14(0.15)a

トドマツ林
無施肥区

0.13(0.01)B

0.12(0.01)A

8.29(0.84)A

1.07(0.09)A

0.73(0.24)B

NPK区

0.26(0.04)A

0.07(0.01)B

1.90(0.42)B

0.23(0.03)B

5.26(0.33)ANP区

0.19(0.02)AB0.08(0.01)B

2.32(0.19)B

0.21(0.02)B

5.86(0.21)A※値は平均値（標準誤差）（n=9）。異なる英⽂字間には有意差あり(Tukey, ｐ<0.05)－

3 －った（表-4）。施肥区の交換性 Ca，Mg 含有量は，無施肥の溶出が当時から生じていたと考えられる。現時点で，区と比べて，ウダイカンバでは 1/5，トドマツ林では 1/4

施肥区の樹木に成長の低下はみられていないが，土壌が程度だった。施肥区における土壌 pH の低下は，酸性の酸性化し，土壌の交換性塩基含有量が減少しており，交有機酸の生成や過剰な硝酸の流亡に伴う交換性 Ca，Mg

換性 Al の溶出もみられ，葉の養分濃度にも反映されての溶脱が主な原因だと考えられる
（９）。
また，
古澤ら
（３）いる。したがって，長期にわたる連年施肥は木材生産のは 2015 年 8 月に採取したリター層の乾重が，ウダイカ増加に有効ではないが，樹木成長や環境へ負の影響をおンバ林，トドマツ林共に，無施肥区に比べて施肥区で有よぼす可能性があるため，今後も施肥試験を継続し，そ意に高かったことから，施肥区ではリター層から放出さの影響を調査していきたい。

れる有機酸によって土壌微生物活性が抑制され，リター分解が抑制された可能性を述べた。施肥区では土壌酸性

謝辞：本研究の実施にあたり，現地調査や分析，データ化によりリター分解を担う土壌微生物活性が低下したた

共有等で森林総研北海道支所および森林総研の方々にごめ，リターの分解が遅く,リター中の交換性塩基が土壌に協力いただいた。お礼を申し上げる。本研究は JSPS 科研溶出しにくかったと考えられ，このことも施肥区の交換費 17K07866 の助成を受けて行われた。

性 Ca，Mg 含有量が低いことに影響している可能性がある。交換性 Na 含有量は，交換性 Ca，Mg，K に比べ低く，引用文献

ウダイカンバ林では処理区間差がみられなかったが，ト(１) 相澤州平・伊藤江利子・橋本徹・阪田匡司・酒井寿

ドマツ林では無施肥区が施肥区より高かった（表-4）。

男・田中永晴・高橋正通・松浦陽次郎・真田勝（2012）

交換性 K 含有量は，ウダイカンバ林では無施肥区に比トドマツ，エゾマツ，アカエゾマツおよびウダイカンバ

べて施肥区で低かったが，トドマツ林では NPK 区が最人工林の 37 年間の成長経過と施肥の影響．
北森研 60:93-も高かった（表-4）。無施肥区の交換性塩基をウダイカン

99

バ林とトドマツ林で比較すると，交換性 Ca，Mg，K 含( ２ ) Berg B, McClaugherty C (2004) Plant Litter

有量はトドマツで低く，特に交換性 K 含有量は，トドマ

Decomposition,ツ林はウダイカンバ林の約 1/5 と低かった。ウダイカン

Sequestration., 大園享司訳，
森林生態系の落葉分解と腐バ林とトドマツ林の土壌で交換性 K 含有量が異なり，施植形成, シュプリンガー フェアラーク東京:285pp

肥に対する交換性 K の応答が異なることは，落葉広葉樹(３) Furusawa H, Nagakura J, Aizawa S, Ito E (2018)と常緑針葉樹ではリターの質が異なることが原因のひと

Effects of repeated fertilization and liming on soilつだと考えられる。有機化学成分組成の違いにより落葉

microbial biomass in Betula maximowicziana Regel

広葉樹のリターは常緑針葉樹のリターよりも分解されや

and Abies sachalinensis Fr.Schmidt stands in Japan.

すい。ウダイカンバのリターはトドマツのリターよりもLandscape and Ecological Engineering 15(1):101-111

分解による K の溶出が速いと考えられる。落葉広葉樹の(４) 松本英明(2003) 酸性土壌とアルミニウムストレス．

リターの K 濃度は緑葉の 50％程度と高いが，針葉樹の根の研究 12(4):149-162

リターは緑葉の 25％以下といわれている(２）。無施肥区(５) 溝口康子・山野井克己・北村兼三・中井裕一郎・鈴の緑葉の K 濃度は，ウダイカンバで 12mg/g（６），トド木覚（2014）
札幌森林気象試験地の気象（1999～2008 年）.

マツ当年葉で 7－9 mg/g（７）であった。これらのことか

森林総研研報 433:193-206

ら，トドマツ林はウダイカンバ林に比べて K の循環量が(６) 長倉淳子・古澤仁美・伊藤江利子・相澤州平・橋本

小さいため表層土壌の交換性 K 含有量が少なく，NPK 区徹（2014）連年施肥がウダイカンバの養分状態におよぼHumusFormation,Carbon

す影響．関東森林研究 65:99-102

で施肥による効果がみられたと推測される。
交換性 Al 含有量は，ウダイカンバ林，トドマツ林とも(７) 長倉淳子・古澤仁美・相澤州平・伊藤江利子・橋本に無施肥区に比べて施肥区で著しく高く，無施肥区の 6徹（2019）施肥開始から 18 年間のトドマツ針葉とウダ～15 倍となっていた（表-4）。土壌 pH が 4.5 付近まで低イカンバ落葉の養分濃度変化．関東森林研究 70:73-76

下すると Al が溶出することが明らかになった。1978 年(８) 柴田英昭 編（2018）森林科学シリーズ８ 森林とから 1995 年に毎年秋に採取されたウダイカンバ落葉と物質循環．共立出版:198pp

トドマツ当年葉の養分濃度変化を調べた結果，施肥区で(９) 高橋正通・真田勝・松浦陽次郎・小根澤久枝（1999）

葉の Mn 濃度（特にウダイカンバ）や Al 濃度（トドマ

北方常緑針葉樹の人工林発達に伴う土壌交換性塩基の動ツ）が高まっていた（７）。土壌酸性化による Mn や Al

態．日林学術講 110:529－

4 －