名古屋大学加速器質量分析計業績報告書, ⅩⅩⅠ , 2010.03

名古屋地域のクロマツ年輪中の炭素・酸素同位体比から探る環境変動

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inNagoya

名古屋大学大学院環境学研究科
E紅白阻dEnviro四nental Sciences , G
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lofEnvironmen切.1 Studies, NagoyaUniversity, Nagoya

464-8601 , Jap皿.
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Keywords:Cellulose;・ 623CJ6180JRelative humidiVJAna加is ofprincipal-component 陪.w四sion
キーク -F: 官ノルロース1.はじめに

樹木年輪は古気候復元に対する高い分解能と適応範囲の広域性、また埋没木や文化財になっても情報を失わない保存性などにより、古来より様々な手法を用いて研究が行われてきた。樹木年輪の成長は、気候変動や立地条件、生育環境の違いによる外的な環境因子と内的な遺伝生理因子の変動によって影響を受けているが、近年の日本では工業化に伴う化石燃料の大量燃焼や酸性雨による土壌汚染など気象因子以外の環境因子の影響が強いと考えられる。したがって、現代の日本において生育していた樹木年輪を用いて研究を行う場合、気象因子以外の環境因子による影響の強い期間を特定・分離した上で、どの気象因子の影響がより強いかを考察する必要があるロまた、年輪データから過去の気候を量的に復元しようとする場合には、年輪データと気象データとの単相関関係を調べるだけでなく、連続的に作用すると考えられる気象データとの重関数関係、およびその関数が説明する年輪データの変動の割合を明らかにする必要がある。本研究では、過去 50 年での環境変動が大きい名古屋の都市部に生育していた樹木から年輪セルロース中の炭素・酸素安定同位体比を測定し、気象データとの単相関関係、および多変量解析を用いた重相関関係を求めた。年輪データは
1 年輪毎ではなく、早材と晩材に分けることによって季節ごとの変動との相関を求めている。また、

14C 濃度の測定も行ったので、結果をまとめて報告する。

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2 分析世料と分析方法
測定試料は名古屋大学敷地内(，，，，・ 09'

19.
565' El3lt 58' 阿見")で世採された 2 本のクロマツ師~治闘hDgii) である(クロマツ 1: Ml ，クロマツ 2: M2)。樹齢は Ml が前相、M2が前 70 である.生育当時、 Ml のすぐ近くには焼却炉が存在していた.その焼却炉の樺働時期について詳細は不明だが、聞大学内の他の焼却炉のデータから、 1問。年内頃から 19帥年代後半まで濠備していたと推測される.関桝はミクロトームを周いて 20μm 毎に切断し、年輸を 1 年毎に晩材と早材とに分けて剥慣した後、 E塩素酸ナトリワムなどを用いてセルロ}スの抽出を行った.ただし、本研究では後に微量な "c 漫庄の捌定を行うため、僅かな有揖元素の混入も防ぐために脱リグニン処理における睡性条件下を酢睡ではな〈塩酸を用いて従軍を行っている.試料の測定には、 ðは、 EA(元素分析計}"c真空ラインシステムを周いて試料のガス化、co，の分離・精製を行い、気休用質量分析針を用いて測定した.

ð'・0 は、抽出されたセルロースから北海道大学低温科学研究所の冗臥(熱分解元素分析酔) -ll剖S によって劃定を行った。

S 測定結果本試料の年輪帽の測定結果を Fig.l に、

δ13C ~1'0の測定結果を Fig.2 にそれぞれ示す.測定は樹木の中心部からの放射方向に対して、年槍幅は三方向の制定値から平均値を求め、

ð "c と E

1・0 は一方向のみの測定を行っている. i.
l13C と ð '・0 の経年変動については、どの放射方向でも年輪帽の変動は高い相聞を示すことがわかっている.したがって、一方向の測定値をその樹木の代表する変動値どみるととができる (8戸'， 2001; Tsuji “ 01.，却同).
Fig.l から、 Ml ~ M2の年槍帽に相関がないと，が分かる( r=0.
008)
.M2は比較的安定した成長がみられるが、 Ml については急激な肥大生長と委縮が見られる.年輪幅の成長は、岡地域の岡種の樹木であっても気象因子以外の影響を強〈受けるため、特に環境変動が大きい都市部の樹木では年輪帽のみによる古環境復元は躍しいと考えられる.

Fig.2 の(.)と(b)から、 δ"c は早材・晩材聞で大きな量がないことが分かる。 Ml 左M2どでは l肝0
年代に特に大きな講離が存在する.それに対し、 (0)から δ1・0 は皐材・暁材聞で大きな蓋があり、δ"c に比べてより顕著に成長季節の気象要素の彰響を受けていることが分かる.また、同巴 Ml
でも ð '・0 には 1凹0 年代の高いピークは存在せず、この期間は気象因子以外の影響を強〈畳けていた可能性がある。しかし、

ð \3C. ð 1 ・0 はともに約四年を過して上昇の傾向があり、共通の影響のある因子が存在するど考えられる.本研究の考察では ð 13C の値を、異常なピークが存在した Mlの 1974 年三.......1978 年を除いて、 Ml とM2を平均化した値を気象データとの相関分析に用いる.

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− 69 −

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5. UC' 4 110 と気象要素の単相関関係
本試科マツの 6 13 C ・ ð '・0 の年変動と気象要素との影響を見るために、試料採取地域の各気皐要素(日平地気温、気圧、相対湿度、日照時間、降水量)との相闘を調At. 気象データは気象庁名
古屋気量台の名古屋地域のデータを引用している(引用元 Japan Mi助問。，10臣四l Agcncy，
http://ww町血a. go.jp/jm却'ind皿 h也lL

13C と ð'・0 の年輪データは早材と晩材に分けているため、気量データも同様に成長手節で平均値をとる.この地域の気象条件では、マツは 3 月下旬から 6 月中旬まで早材部が成長し、 6 月下旬から 10 月下旬まで晩材部が成長する(y;田a曲i包 ot al. , 2006) 。

ただし、晩材部の 10 月の成長分は極めて少ないので、晩材の成長期を 7-9 月と考え、一年を 3 ;(J月毎に四分割し(1 -3 月、今、 6 月、 7-9 月、 10-12 月)、 3 か月平均の気量データとして使用している.

百Lblc.1に成長季節の気量データと年輪データとの相関係数を示す。ただし、 6 13C は M1 と胞の平均値(1 974 年 -1978 年は闘の値)を用いて揮出している。

6 13 C ・ 6 180 ともに最も高い相闘が示されたのは相対湿度と晩材で、ともにr= -O.7 を示す。相対温度と早材もr= -O.S 以上の高い負の相関前示された。 Fig.3 に、6 13 C と相対湿度を年代軸に合わせて図示する。

6 13 C は、次いで日平均気温との正の相闘が高い。 ð '・0 については、百UJ増加のなどの報告から相対温度と降水量の 2 成分との相闘が高いと予想されたが、名古屋のクロマツについては降水量より気温や日照時間といった気量要素との相闘が高い。

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樹木年輔のセルロースの生成過程で炭素同位体比の賓動は、気孔を介した CO，の交換と、光合成による民棄の圃定という太きく分けて 2 つのイベントに左右される使館司曲arctal.， 1989)0 との 2成分、気孔コンダクタンスと光合成連庄は、日本のように湿潤で、かっマツのように乾燥などに強い種であれば、年聞を通して十分な土壇水分量を得ることができるので、気孔コングクタンスは相対程度に、光合成速度は気温に大きく作用されるととが考えられる IEd.
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也 ot 札 .2()(剛.本執料のクロマツは名古屋の都市部に生育していた樹木であるため、排ガスなど搾れた大気の車響からより気孔に負荷がかかり、相対湿度と高い相関を示したと考えられる。

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6. 早材と晩材の比較
Table.l の桔呆より、相対湿度については単相関樟散から院材の方が早材より商い負の相闘を示すことが分かる.しかし、これは早材腔材ともに成長季節目気象データと比較を行ったものであるた
め、前桂の月や前年度目気象因子の軍曹を考慮し、考察を行う必要がある.そこで、{; 13C ・ ð 180と相対極度のデータから動 50 年聞の年政変動綱向を取り除き規準化を行い、前聾の月との相闘を調ベた白その轄呆を Fig.4に示す白(b)から、腔材については{j 13 c ・ ð'・0 ともに成長季節のみ商い負の相関を示し、成長季節の轟響を顕著に保存していることがわかる (ð 13C:I"' -0.469,

1・0 ，...

0.566). それに封し、 <a) より早甘は成長季置に顕著な相聞は存在しない。この結果から早材の炭素は、前年庄に固定された炭素を佳用していることが考えられる.東日本のプナでは、年輔の成長は前年庄の気温と高い相闘を示すことが H田h血o etal. (2凹8) な E により報告されている.この結呆から、成長季節の蕗響をより顕著に記憧している晩付のみを使用する方が、高い糟度をもって古気候檀元町研究を行うことができると考えられる.

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4C即時lation coeffid組曲。f也.e mean of1並田 mo虫色.of也e relativ
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13cval田弘7. 主成分回冊分析法
単相闘を調べた結果、名古屋のクロマツは相対極度と最も高い相闘を示すことが分かった。しかし、年輪データから過去の気候を量的に橿元しようとする場合には、年柚データと気象耳棄との単相関関揮を調べるだけでなく、連輔的に作用すると考えられる気象要素との闘量関揮、およびその関数が説明する年輔データの蜜動の割合を明らかにする必要がある。そこで、本研究では多壷量解析の主成分回帰分析睦を用いて童相関関係を調べることにより、気象因子とそれ以外の外的理境因
子の草署の存在する期聞の特定な E を輯みた.主成分回帰分析桂とは、多量E量解析の主成分分析法と量回帰分析法を組み合わせた手法で、主成分分析による主成分スコアを回帰分析の説明壷量に用いるととにより、重回帰分析における多量共韓性の問題を排した手法である.名古屋地域の先象データ(日平均唱温、気圧、相対湿度、日照時間、降水量)について主成分分析を行った結果、固有恒 1 以上で 2 つの主成分を得た.固有値による寄与皐から、これら 2 つの主成分で名古屋地域的気韓蓋動の 72.8ゆもを説明している。これら 2 つの主成分を用いて重回帰分析により回帰係量を決定した.とのようにして帯られた回帰方程式による予測値と実測値目比較を Fig.5 に示す.なお Fig.5− 72 −

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は、単相聞の考串結果から高い相闘を得られた晩材 (ð 13C)についての主成分回帰分析の輯呆を示している白予測置と実測値の間的重相関保教はMl .624(R'-0.389)であった.これは 5% 申危院率で有意であるが、推定の精度としてはやや低いものである。 Fig.5から、 1970 年代だけでなく 1965 年以前な E予測値と実測値目準離がみられ、気象以外の環境因子の草署の可能性が考えられる o 1950

年代の草離は樹木年軸戒長町若木効果の可能性などが考えられる.しかし、 19町年以降は予測値と実測値で商い相闘を示しており、気量以外の環境因子の蕗曹を揖していないことが分かる.これがM1 の生育時に付近に存在していた焼却炉の露響なのか、名古屋市における高度経皆成長期の大気汚染による畢響なのか特定は困難であるが、都市部の樹木であっても 19田年以降の近年の年輪試料であれば高い精度で橿元は可能であると考えられる.

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8. おわりに本研究では、 δ"c ・ δ1・0 について測定を行ったo/j13C ・ 6 '勺については、ともに鬼象因子の相対温度と高い負の相闘が示され、早材に比A 晩材の方が気象因子のIi響をより顕著に記撮していることが分かった.また、主成分回帰分析による重相関闘棋を調べた輯呆、やや低い輔度ではあるが、 1985 年以降で気象デ}タによる予捌晒との商い相闘が示され、近年の年輪陪ど気象因子の蕗曹を強く記憶していることが分かった。との主成分回帰分析法は樹木に作用する茸象成分を多数同時に扱い、しかも年輔の成長に連続的に作用していると考えられるため、今世田改良によっては気象因子と炭素・酸素安定同位体出だけでなく、多成分因子の量動に対する樹木町反応を知る手瞳として有効な手法であると考えられる E 今檀は、早材と暁材の成分を同時に担うことや、早材の前年度の露響な E 時間的な運品を伴った気象因子の III響な E をどのようにして組み込むかということが課題となってくる.
9. 謝辞

本研究を行うにあたり、ご指導頂きました甫先生、中村先生に心から感謝を申し上げます.そして、 δ1・0 を測定するにあたり多大なご協方を頂いた名古屋大学環境学研究畑町中畢先生、樹木試料の採取や焼却炉の情報などについてお世話をかけました名古島大学理境学研究科の田中先生、セルロース調製を行うにあたりご指導頂きました名古屋大学年代測定センターの小田寛賞博士、試料切断の際に助力を頂きました名古屋大学農学部の竹中先生および技術部の方々、以上の方々に心からの感謝を申し上げます。

− 73 −

名古屋大学加速器質量分析計業績報告書, ⅩⅩⅠ , 2010.03

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