関東森林研究 67-1(2016)

論 文

樹林化した採石場跡地と森林地における土壌呼吸量の比較
Comparison of soil respiration rate in vegetated quarried site and forest site
井上真由美*1・大類和希*1・豊泉恭平*1・瀧澤英紀*1
Mayumi INOUE*1, Kazuki ORUI*1, Kyohei TOYOIZUMI*1 and Hideki TAKIZAWA*1*１ 日本大学生物資源科学部
Coll. Bioresource Sci., Nihon Univ., Fujisawa 252-0880
要旨：56 年前にダム建設時につくられた搬出のためのトロッコ用プラットホームの跡地には現在ヤナギ類（Salixsachalinensis Fr. Schm.など）・ニセアカシア（Robinia pseudoacacia）が生育している。この採石場跡地は融雪時には冠水し，常時地下水面が高い。林床面は角礫が多く露出し，有機物の蓄積が少ない。本研究は，一般的な森林地と樹林化した採石場跡地，および地上部の草刈りが行われるタワー地の土壌呼吸量を比較した。すべての場所において地温と共に土壌呼吸量は変動し，ガレ地のタワー地は低かったが，ヤナギ林やニセアカシア林では森林地と同程度の関係を持っていた（図－４）。また，ヤナギ林やニセアカシア林では地温の高い時でも，地下水面が高いと土壌呼吸量が極端に低くなった。冠水の様な極端に湿潤な飽和状態で，ガス拡散が抑制されたと考えられた。
キーワード：土壌呼吸，地下水，地温
Abstract: Forest of willows (Salix sachalinensis Fr. Schm.) and black locust (Robinia pseudoacacia) was established in railway
platform which was used to the rock transport for a dam construction 56 years ago. This quarried site was flooded during thesnowmelt period, and the groundwater level was high all the time. A lot of debris deposit has cropped out at the forest floor, andthere were few accumulations of organic matter of the soil surface. We measured the soil respiration rates at several sites; abroadleaf forest，four debris sites under willows and black locust stands, and a debris site. The soil respiration rates were changedby the soil temperatures in all sites. The respiration rate in the debris site was small, the amount of the rate in these four debris
sites under the willows and black locust stands were same level in the broadleaf forest site (fig.4). When the soil temperature washigh and the groundwater level was high in the willows and black locust stands, the soil respiration was sometimes very small by
the restraint of diffusion rate in the soil.
Keyword: soil respiration, groundwater level, soil temperature

呼吸の３つの要素からなる（例えば，５）。植生分布や土Ⅰ はじめに日本大学付属みなかみ演習林には 56 年前の藤原ダム

壌環境の異なる地点では根の量やリターの量，土壌有機建設時に使用されていた採石場跡地がある。跡地の土壌物量にも違いがあると想定され，気象条件が同じでも土は礫径の大きなものが多く存在し，地下水位が高く融雪

壌呼吸量は大きく異なると考えられる。

期などには冠水するところもみられ，ニセアカシア

本研究では，ニセアカシア・ヤナギ類が生育する礫の（Robinia pseudoacacia），ヤナギ類等（Salix sachalinensis

多い場所とミズナラ・コナラなど広葉樹が生育する土壌

Fr. Schm.など）の植生の侵入が見られる（６）。大類ら（４）

環境が良い場所の土壌呼吸量を比較した。によれば本調査地は地下水位の変動によりニセアカシア，ヤナギ類の植生分布が影響を受けていることが示された。
一方，それ以外の森林土壌地では火山灰が厚く堆積しているところもあり，50～60 年生の雑木林でミズナラ（Quercus crispula）・コナラ（Quercus serrata）・ブナⅡ 方法
１．調査地 調査地は群馬県みなかみ町にある日本大学生物資源科学部付属水上演習林である。
２．調査事項（Fagus crenata）等が分布し，林床にはクマザサ（Sasa

１）土壌呼吸 図－１，図－２に土壌呼吸の測定場所をveitchii）が見られ，リター層も発達した土壌である。土示した。測定は採石場跡地のヤナギ林内２点，ニセアカ

壌呼吸は根呼吸とリターの分解呼吸，土壌有機物の分解

シア林内２点，そして林分から 50ⅿ離れた採石場跡地林－ 97 －(2016 年 3 月 16 日受理)0.6

土壌呼吸量(mgCO2m-2s-1)

森林地
採石場跡地
森林地

100m

y = 0.0502e0.0986x
0.40.2タワー
y = 0.0123e0.1142x

図－１. 試験地
Fig.1 Study site

0350302030

地温(℃)
ニセアカシア①
ヤナギ類①
タワー

2520

北南(ⅿ)

10Slope

ニセアカシア②
ヤナギ類②
森林地

図－４．地温と土壌呼吸量の関係
Fig.4 Relationship between soil temperaturesand soil respiration rates

1510の測定を１セットとし，３セット行い平均を求めた。同5時に，地温は棒状温度計（AD-5612A，A&D）により，土壌の体積含水率は土壌水分センサー（SM-150，Delta-T0Dev. Ltd）を使用し，３回計測し平均を求めた。測定は消-5-10-505ニセアカシア

1015東西(ⅿ)

20253035２）気温 気温の測定は，採石場跡地にある６m の気象

ヤナギ類

ニセアカシア①

ニセアカシア②

ヤナギ類①

ヤナギ類②

雪後の 2015 年５月２日より，およそ１か月間隔で行った。
観測タワーを用いて，温湿度センサー（HMP155，VAISALA）により，10 分間隔で計測し，日平均を求めた。

図－２．採石場跡地の樹冠投影図と土壌呼吸測定場所

３）地下水位 図－２のヤナギ林内２か所，ニセアカシ

Fig.2 Layout of crown covers and measurement points of soil

ア林内２か所の土壌呼吸量測定場所とともに井戸を作成

respiration rates

し，ダイバー水位計（（株）大起理化）をヤナギ類①は深外（タワー地）１点と 650ⅿ離れた場所にある森林地１

さ 65 ㎝に，ヤナギ類②は 45 ㎝に，ニセアカシア①は 120点で行った。土壌呼吸量は自作の閉鎖循環型チャンバー㎝に，ニセアカシア②は 90 ㎝に設置し，１時間間隔で計（縦 32 ㎝，横 16.5 ㎝，高さ８㎝）を土台（総体積約 9590測した。

㎤）の上に置き，赤外線 CO2/H2O ガスアナライザー

４）酸素濃度 土壌呼吸は酸素を消費して二酸化炭（LI-6262, LI-COR 社）で CO2 濃度変化を 10 秒間隔６回素と水をつくる。そこで，土壌中の酸素濃度に関して，

図－３．土壌呼吸量と日平均気温の変化
Fig.3 Variations of soil respiration rates and daily average temperature－ 98 －

関東森林研究 67-1(2016)2015 年９月 10 日～10 月９日まで測定した。ヤナギ類①林では融雪時（３～４月の融雪期）や大きな降雨時（７とニセアカシア②付近において，土壌酸素センサー

月 30 日，８月 14 日，９月 10 日）には冠水が見られた。

（MIJ-03, 日本環境計測（株））を各２深度埋設し，10 分ヤナギ林２か所において冠水した直後の８月５日，また間隔で計測を行った。各深度はヤナギ類①では 10 ㎝とは冠水時９月 10 日の土壌呼吸量が大幅に下がる結果に50 ㎝にニセアカシア②では 30 ㎝と 60 ㎝であり，常に地なり，ニセアカシア林もヤナギ林ほどではないがヤナギ下水のある場合と地下水位の上昇で浸水する場合を想定林が冠水時には土壌呼吸量が低下する結果になった。こして設置した。の結果は図－４にも示されており，ヤナギ林２か所とニセアカシア林２か所の土壌呼吸量が地温から想定されるⅢ 結果値より低い値をとった。

１．土壌呼吸量の季節変化 図－３に 2015 年４月１４．酸素濃度 図－６にヤナギ林とニセアカシア林各日～10 月９日の場所ごとの平均土壌呼吸量と日平均気１か所の地下水位と土壌中の酸素濃度を示した。極端に温の変化を示した。土壌呼吸量は概ね地温の変動に比例

湿潤状態で機器を設置した後，地表面に近いヤナギ類するとされる（例えば，３）。日平均気温は８月１日に最10 ㎝とニセアカシア 30 ㎝では酸素濃度は急激に低下も高くなった。地温は全ての場所において８月に最も高し，９月 14 日に地下水位がニセアカシア②で地表面かくなり，森林地以外では土壌呼吸量も同時に最大値を示

ら約-34 ㎝，ヤナギ類①で約-15 ㎝になった時に酸素濃した。一方，森林地では９月に最高値を示した。春先の度は急激に上昇し，大気中と同程度となった。一方，常５月 22 日，７月 11 日では土壌呼吸量は全ての場所でほ時堪水する深部のヤナギ類 50 ㎝，ニセアカシア 60 ㎝

ぼ同程度の値を示したが，８月５日では最大最少の差は土壌間隙酸素濃度は徐々に低下し，ニセアカシアでは９0.19mgCO2m-2s-1（ニセアカシア②とヤナギ類①）９月

月 21 日ころにはほぼ０%となった。

では 0.39mgCO2m-2s-1（森林地とヤナギ類①）とさらに大きな差となった。

Ⅳ 考察

２．地温と土壌呼吸量 図－４に地温と土壌呼吸量の１．採石場跡地における土壌呼吸量の特徴

ガレ地関係を示す。図には森林地とタワー地における近似曲線のヤナギ林やニセアカシア林の土壌呼吸量は森林地とを示した。すべての場所で地温の上昇に伴い土壌呼吸量ほぼ同様な地温との関係を示した（図－４）。過湿地のの上昇が見られ，上記の２つの曲線上に分布しているよ

樹木根系の呼吸量は大きいか，ガレ地でも有機物の蓄積うに見える。大まかにはヤナギ類①，ヤナギ類②，ニセやその分解量が大きい可能性が考えられる。一方，タワ

アカシア①，ニセアカシア②は森林地の曲線付近に，ター地における地温との関係は大きく下方に分布し，約ワー地は下方の離れた曲線上に分布した。

20 年前から露場として定期的な草刈りにより，根呼吸

３．地下水位 図－５に 2015 年４月１日～10 月９日

やリターの分解呼吸が少なかったと考えられる。のヤナギ林２か所とニセアカシア林２か所の地下水位と２．地下水位が土壌呼吸量に影響を与える可能性

平均土壌呼吸量の変化を示した。地下水位０㎝は地表面

図－４においてヤナギ林やニセアカシア林のいくつかを示し，０㎝以上である場合は冠水を示す。地下水位はの観測値は，森林土壌地の近似曲線から大きく下へ外れヤナギ林の方がニセアカシア林よりも常に高く，ヤナギていた。特にヤナギ林で大きく，外れた点は８月５日と図－５．地下水位と土壌呼吸量の変化
Fig.5 Variations of the groundwater levels and the soil respiration rates－ 99 －0-10-20-30-40-50-60-70-8030㎝ 酸素濃度
60㎝ 酸素濃度
地下水位50-5-10-15-20-25-30-3510/12

ヤナギ類
10㎝ 酸素濃度
50㎝ 酸素濃度
地下水位8/319/79/149/21

9/28

10/5

地下水位(㎝)

242118151296308/24

ニセアカシア

地下水位(㎝)

酸素濃度(%)

24211815129630

酸素濃度(%)

機材設置

図－６．ヤナギ類とニセアカシアの地下水位と酸素濃度の変化
Fig.6 Variations of the oxygen concentrations of soil and groundwater levels
９月 10 日の地下水位が地表面付近まで上昇した時の値

下水中における二酸化炭素の動きは不明瞭である。

であり，地表からの土壌呼吸量が制限された可能性があ

引用文献ると考えられる。土壌呼吸量は土壌含水率の変動と強い(1)

HASHIMOTO, S., TANAKA, N., SUZUKI, M.,

相関がある場所もあり（１），４年間に渡る体積含水率

INOUE,と地温による長期間の土壌呼吸量の推定も試みられて

TANAKA, K., TANTASIRIN C., and TANGTAM, Nいる（２）。また，推定式として含水率の低い乾燥状態(2004), Soil respiration and soil CO2 concentration in aと飽和状態の両方の時にフラックスが減少する式など

tropical forest, Thailand, JFR, 9(1), 75-79.

が検討されている（２，３，７）。本研究は，冠水の様(2)

KUME,A.,T.,

TAKIZAWA,TANAKA,N.,H.,

KOSAKA,YOSHIFUJI,I.,

N.,

な極端に湿潤な飽和状態で，ガス拡散が抑制されるのをTNTASIRIN, C., IGARASHI, Y., SUZUKI, M., and見ている。地下水中では根呼吸や分解呼吸が行われにく

HASHIMOTO, S. (2013) Soil respiration in response to

いため土壌呼吸量が低くなると考えられる。しかし，ゼyear-to-year variations in rainfall in a tropical seasonal

ロではなく微量ながらも土壌呼吸量があることから，地下水中に溶けた二酸化炭素が放出したと考えられる。

forest in northern Thailand. Ecohydrol 6:134-141(3)

地表近くの酸素濃度はニセアカシア 30 ㎝とヤナギ

梨聡・谷誠 (2006) 人工ヒノキ林小流域における土10 ㎝において大きく変動することが確認された。しかし，図－５の９月 10 日の冠水時，ヤナギ類①の土壌呼三谷智典・小杉緑子・尾坂兼一・大久保晋治郎・高壌呼吸の時空間分布．日林誌 88:496-507(4)

大類和希・森脇康行・豊泉恭平・立野敦史・瀧澤英

吸量が低い値であることから溶存酸素を利用して呼吸紀 (2015) 隣接するヤナギ類およびニセアカシア分が生じたか，あるいは，地下水中では酸素が不十分のた

布域と地下水位の関係．関東森林研究 66:207-210

め呼吸が出来ず土壌呼吸量が上昇しなかったか，両者の(5)可能性が考えられた。

佐々木隆史・壇浦正子・植松千代美・小南裕志 (2011)
落葉広葉樹林と常緑広葉樹林間での土壌呼吸，根呼吸特性の違い．日本森林学会大会データベース

Ⅴ まとめ

122:295

ニセアカシア・ヤナギ類林が成立する採石場跡地と落(6)瀧澤英紀・森脇康行・堀口昇平・豊泉恭平・小坂泉・

葉広葉樹が生育する森林地の土壌呼吸量の比較し，ニセ相原翔一(2014) 採石岩屑堆積地における植生遷移．

アカシアやヤナギ類林の過湿なガレ地でも森林地と遜色

関東森林研究 65:177-180無い土壌呼吸が生じた事を明らかにした。本研究では冠(7)玉井幸治・小南裕志・深山貴文・後藤義明 (2005) 山

水のような極端に湿潤な飽和状態であると土壌呼吸が地小流域における地温，土壌含水率からの土壌呼吸制限されることが明らかになった。これは，地温が高い

量時系列データの推定とその空間変動―京都府南

時期に冠水が生じるガレ地のヤナギ林やニセアカシア部における風化花崗岩地域の場合 ―．日林誌林だからこそ観測されたものと考えている。冠水時，地87:331-339－ 100 －