Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
FUJIKURA, T. MIWA and K. TAKAI: From Seafloor Hydrothermal Systems to the Sustainable Exploitation of Massive Sulfide Deposits: Myths and Realities of the Deep Sea, University of Bergen, Norway, 2015

"The influence of drill-induced disturbance to the benthic communities of deep-sea hydrothermal ecosystems"

30) K. FUJIKURA: JSPS-FAPESP workshop, Shimoda Marine Research Center, University of Tsukuba, 2015

"Japan: a marine biodiversity hotspot!"

31) K. FUJIKURA: 15th Japan-Australia Joint Science and Technology Committee Meeting, Sydney, Australia, 2015

“Marine science, ocean observation and biodiversity”

32）中嶋亮太、山本啓之、川口慎介、高谷雄太郎、野崎達生、Chong Chen、藤倉克則、高井研：ブルーアース（2015）

「沖縄トラフ伊平屋北熱水フィールドにおけるIODP331掘削後の海底環境と生物相の変化」

33）中嶋亮太、山本啓之、川口慎介、高谷雄太郎、野崎達生、Chong Chen、藤倉克則、高井研：日本海洋学会春季大会（2015）

「沖縄トラフ伊平屋北熱水フィールドにおける掘削後の海底環境とメガ底生生物相の変化」

34) K. FUJIKURA: 17th POGO Plenary Meeting (POGO-17), Yokohama, Japan, 2016 "Submersibles for deep-sea biology at JAMSTEC"

35) 伊勢戸徹、細野隆史、藤倉克則、園田朗: 日本海洋学会JODC50年シンポジウム, 東京(2016) "J-OBISの役割およびデータ管理の現状と展望"

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない。

## （４）「国民との科学・技術対話」の実施

1) 藤倉克則：第124回 地球情報館公開セミナー（2011）「世界の、そして日本の海の生物多様性」

2) 佐々木猛智，渡部裕美，狩野泰則，藤倉克則，小島茂明：日本動物分類学会（2011）「深海性化学合成生物群集の貝類の多様性－最近の発見」

3) 藤倉克則：大島国際海洋高校講演（2011）「海洋生物のセンサス・深海生物の生き方」

4) 藤倉克則：国連大学サステイナビリティと平和研究所（UNU-ISP）「国際生物多様性の日シンポジウム—豊かな海と生きる—」（2012）

「海の生物の豊かさ，不思議さ，そして・・・・」

## （５）マスコミ等への公表・報道等

1）藤倉克則：FM Tokyo（2011年5月21日、「中村正人の夜は庭イギリ」）

2）藤倉克則：朝日小学生新聞（2011年9月27日、「海の研究おどろき最前線」）
# Assessing Biodiversity Loss in Marine Ecosystem

Principal Investigator: Yoshihisa SHIRAYAMA

Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC)

Natsushima-cho 2-15, Yokosuka-City, Kanagawa 237-0061, JAPAN

Tel: +81-46-866-3811 / Fax: +81-46-867-9025

E-mail: yshira@jamstec.go.jp

Cooperated by: Hokkaido University, University of Tokyo, National Institute for Environmental Studies, Fisheries Research Agency

## [Abstract]

Key Words: EBSA, Asia, off shore, coast, deep-sea, seagrass, seaweed, coral reef, zooplankton, chemosynthetic community

This project aimed at assessing biodiversity loss in Asian marine ecosystems and selecting ecologically or biologically significant area (EBSA) in Asia by organizing six research teams on 1) integration of assessments on the following ecosystems, 2) kelp forest and seaweed beds, 3) seagrass beds, 4) coral reefs, 5) plankton communities in pelagic water, and 6) deep-sea chemosynthesis-based communities.

Since 2011, the project collected over 2,213,148 records from database (OBIS, GBIF, etc.), cruise reports, literature and specimen records. Based on the assessments of biodiversity states in target areas, we developed a protocol to select candidate EBSAs based on data obtained from all over the Asia-Pacific coastal sea. For seven criteria of EBSA identification process, we examined quantitative indices for selecting EBSA candidates. Then, we improved methods of criteria integration to identify EBSA and to compare selected candidate EBSAs with currently managed marine protected areas (MPAs). The results revealed significant gaps between the candidate EBSAs and MPAs of coast area.

The selected EBSAs of off shore area around Japanese Islands included the waters south of Shizuoka prefecture-Kuroshio extension, offshore Tohoku-east Hokkaido, northern waters of Sea of Japan, East China Sea, and the waters around Ogasawara islands. Those are feeding and nursery waters for the commercially important fishes such as Japanese sardine.

Species richness and endemism of deep-sea chemosynthetic communities from 42 vents and seeps around Japanese archipelago were examined using the distributional data
of 155 mollusks, annelid and arthropod species. The deep-sea chemosynthetic-bearing animals, such as Calyptogena clams and Bathymodiolus mussels, formed dense populations and turned out to act as ecosystem engineers. Multivariate multiple regressions revealed that these community structures was sharpened by benthic variables (mud, debris, boulders and bedrocks), bacterial mat, and water temperature.

In each of the ecosystems listed above (2-5), we adopted the IPCC scenario to assess risk of biodiversity loss in future including potential effects on feeding and nursery habitats of the commercially important fishes and identify priority areas of future biodiversity conservation.

These results have been adopted as expert opinion or base-line data for CBD EBSA workshops, and could further contribute to achieve the Aichi Target and assessments in the International Science–Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES).
## 【S-8-1(7)】温暖化の健康影響 一評価法の精緻化と対応策の構築一（H22～H26）

本田 靖（筑波大学）

### 1. 研究实施体制

(1) 温暖化死亡影響モデルの精緻化・簡易化（筑波大学）

(2)熱波警報対策システムの構築及びその有効性と経済性の評価（筑波大学）

### 2. 研究開発目的

S-4 で発見した理論が、多くの地域で実際に適用可能なのかを確認し、その理論をもとにわが国における約 40 年間の死亡・気象データを用いることで高気温の日が少ないことによる統計的不安定性を克服し、distributed lag non-linear model を用いて持ち越し効果を組み入れた非線形のリスク関数を構築することで、S-4 の方法よりも精緻に全球を対象とした熱関連死亡の将来予測を可能にする。

将来予測については、社会経済シナリオに従って決定される人口、死亡率などをもとに、将来の状況を想定することになる。その状況で気候が現在のままの場合の熱関連死亡数と大循環モデルに従って気温が上昇した場合の熱関連死亡数の差、「気候変化で引き起こされる熱関連死亡数」を予測する。なお、北海道から沖縄県まで、特に意図的な熱波への適応は行われてこなかったが、暖かい気候の地域ほど至適気温が高くなっている。これを自動的適応と呼ぶ。この自動的適応の影響も将来予測に組み込む。

熱波警報システムに関しては、まず市町村で行われている対策の現状、冷房機器に関する高齢者の居住環境、暑熱への対処行動に関する情報を収集して、問題点を抽出する。その問題点を克服できる熱波警報システム構築を行う。システムは、ターゲットとなる脆弱高齢者が実際に行動変容をおこせるよう、単純で忘れにくいものにする。実際に地方自治体で介入研究を稼働させ、その効果を費用効果分析によって経済学的に評価する。

### 3. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

S-4 で得られていた、それぞれの地域の日最高気温の 84 パーセンタイル値で至適気温が近似できるという理論は、日本の 47 都道府県の知見に基づくものであったが、それがアジアの韓国、台湾のみならず、ヨーロッパ、北米においても成り立つことが確認された。このことにより、全球を対象として、大循環モデルを用いて将来の気温分布がわかれば熱関連死亡の将来予測が可能となった。また、熱の影響は、高気温の日のみでなく、翌日以降にも及ぶが、その影響も取り入れた、非線形回帰モデルによって、精緻な影響予測が可能となった。

これまでにわが国では行われてこなかった、地域集団を対象とした費用効果分析を含む熱中症予防介入調査を始めて実施した。その結果、ペットボトル送付などの介入により対処行動を起こさせる効果があることは明らかになったものの、費用対効果で考えると問題があることが判明した。

## (2) 環境政策への貢献（研究者による記載）

環境省の日本における気候変動による影響に関する評価報告書において、本研究成果である熱関連死亡モデルの試算結果が用いられた。地方自治体においても、簡易に将来推計できるシステムがS-8によって構築されたことから、長野県の気候変動影響評価においても、本研究成果である熱関連死亡モデルが用いられた。

介入研究に関しては、それ自体が地方自治体の環境政策の一つと考えられる。五島市、三郷市での調査実施後、研究成果の報告に伺い、市の保健担当職員の方々との意見交換を行った。これにより、両市の今後の対策に役立てていただくことが期待される。
＜行政が既に活用した成果＞

介入研究は、それ自体が地方自治体の環境政策の一つと考えられる。五島市、三郷市での調査実施後、研究成果の報告に何い、市の保健担当職員の方々との意見交換を行った。これにより、両市の今後の対策に役立てていただくことが期待される。

＜行政が活用することが見込まれる成果＞

現在、世界的に見ても、全球を対象にして熱関連死亡の将来予測が可能なモデルは他にないため、本研究成果である熱関連死亡モデルが、EUやOECDでも用いられ、近いうちに公表予定である。これらを通じて、COPなどにも影響が及ぶものと考えられる。

長崎県からも本研究成果を用いた将来予測が行われ、近いうちに公表予定である。介入研究では、経済的な評価も組み込んでいた。自治体が同様の介入を行う際に、単に介入を行うのみでなく、その経済的な側面も評価できることから、この介入方法が地方自治体に利用されることが見込まれる。

### 4. 委員の指摘及び提言概要

温暖化の健康影響の評価として熱中症などの熱関連死亡影響モデルを精緻化するとともに、得られたモデルを世界各地に適用した。さらに、熱波警報対策システムに関し、熱中症予防介入試験を実施し、今後の政策策定・実施に重要な情報を提示した。

### 5. 評点

総合評点：A
【5-1302】適切な農薬の後作物残留リスク評価に基づく実効的な管理技術の開発（H25～H27；累計予算額 77,880 千円）

$$ 清家 \quad 伸康 ( 国立研究 開発法人農業環境技術研究所 ) $$

### 1. 研究实施体制

(1) 適切な農薬の後作物残留リスク評価に基づく実効的な管理技術の開発（国立研究開発法人農業環境技術研究所）

## 2 ．研究開発目的

本研究では、環境行政に役立つ技術（後作物残留リスクの高い農薬を選定するための評価技術、後作物残留試験条件の提示）および、生産現場で実行できる農薬の後作物残留防止技術（土壤診断法、PBIの提示等）を開発するため、3つの試験項目（Ex1：土壤残留性、Ex2：作物吸収性、Ex3：リスク評価）を設けて研究を推進した。

$ E \times 1 $ では、土壤中農薬の作物への可給性（アベイラビリティ）に着目し、新しい土壤残留性の評価法について検討を行うとともに、安価・迅速に行える土壤診断法を確立するため、ELISA を用いた土壤中のアベイラブルな農薬の検出法について検討した。

Ex2 では、我が国の主要作物について農薬の吸収特性の作物間差を解明し、農薬登録申請時の供試作物（標準植物）として提示する。また、農薬の物理化学的性質と植物体の吸収・移行特性を解明するため、標準植物としてコマツナを用い、水耕試験により異なる生育段階における各種農薬の吸収速度の比較、および、人工気象室内での土耕試験により栽培環境と農薬の吸収・移行性との関係を比較した。

Ex3 では、農薬登録申請時に提出される物理化学的性質等のデータから農薬の後作物残留リスクの高低を評価する方法を検討した、また、Ex1 と Ex2 より得られた知見を考慮して、農薬の土壤残留性と作物移行性を基にした後作物残留リスクが高い栽培条件を提示するとともに、土壤および作物中農薬濃度の推移予測モデルを開発し、PBI の提示が可能となるシミュレーションモデルを開発した。

## 3 ．本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

土壤から水抽出した農薬、すなわち、土壤中の作物が吸収可能（アベイラブル）な農薬が存在することを明らかにした上で、その経時変化（エージング過程）を解明し、初期（0日）の土壌吸着係数（Kd_0）を算出することによりその後の経時変化を予測できる回帰式を作成できたことは極めて科学的に重要であると思われる。また、ELISAの有用性は過去に検討されてきたものの、ELISAを農薬の検出に使うには通常使用されている機器分析と同様な前処理工程が必要なため、普及してこなかったのが現状である。しかし、本研究によりELISAキットにより精製工程不要で迅速・安価に土壤中のアベイラブルな農薬を検出し、Kd_0を算出できることを確認できた。すなわち、本法は栽培前の土壤診断法として適用可能であることを示しており、その概念を含め、世界でも例を見ない画期的な方法であると思われる。

また、農薬の作物移行に関する研究は、30年前に提示された一部の作物におけるRCFやTSCFの算出のみであったのに対し、本研究で様々な作物および生育段階におけるRCFやTSCFを得た。さらに重要な点は、農薬の作物による吸収・移行性と栽培環境との関係を明らかにしつつある点である。おそらく、作物体内での代謝の解明が今後の重要なポイントなると思われるが、現時点でも、短日や土壌水分が多い条件で茎葉部濃度が高くなることが示唆できた。このようなきめ細かいデータ取得は世界でも行われておらず、農薬製造者にも有益なデータであると思われ、今後の発展が期待される分野である。
## (2) 環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

本研究開始以前にも、農薬の物性値データから後作物残留リスクを有する農薬を見つけようとした試みは行われていたが、1つの物性値との関係（単回帰）のみの評価であり、明確な関係性は見いだせずにいた。しかし、本研究により物性値データ、特に、土壌残留性と時間の経過の概念を含む土壌中半減期と作物移行性の概念を含むlog Powの両者を同時に考慮することで、後作物残留リスクを有する農薬を見出すことを可能とした。すなわち、土壌中半減期とlog Powの逆数から後作物残留リスクを有する農薬を判別する方法である。環境省平成28年度農薬残留対策総合調査では、環境省が100種程度の農薬の土壌中半減期とlog Powからグループ分けを行い、受託者がそのグループの中から供試農薬を選定する方式がとられている。これは、本研究の考え方が活用された結果であり、環境行政に大きく貢献できたと判断できる。

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

現在の農薬登録制度において、後作物残留に関する試験条件は、根菜類が指定されているのみであり、その根拠もない。本研究では、土壤中のアベイラブルな農薬および作物移行速度の経時変化を考慮した後作物残留リスクが高い条件を評価した上で、すなわち、科学的根拠を評価した上で、土壤中のアベイラブルな農薬の半減期が長い炭素含量が少ない土壤を供試土壤として、栽培期間が短いコマツナ等菜菜類を供試作物として提案している。これらの提案は室内試験を基にしているため、実ほ場での検証試験が必要であるが、今後、環境省が掌握する土壤残留に係る登録保留基準等、農薬登録制度に組み込むことは可能である。

## 4 ．委員の指摘及び提言概要

本課題では、後作物残留しやすい土壌および作物残留性試験に適した作物を明らかにし、後作物残留リスクをランク付けし、可給態農薬の簡易検出法などに関して新しいデータや知見を得るなど、期待した成果が得られたと評価できる。成果の一部は既に行政で利用されている。しかし、後作物残留防止技術の実用化や農薬登録保留基準のあり方への提言を行うには未だ検討すべき課題が残っている。

### 5. 評点

総合評点：A
【5RFb−1203】河口域における残留性有機汚染物質の循環とそれが沿岸生態系に与える影響の定量的評価（H24～H26；累計予算額 25,135 千円）

小林淳（熊本県立大学）

### 1. 研究实施体制

(1) 残留性有機汚染物質の生物蓄積機構の解明と食物連鎖モデルの構築（熊本県立大学）

(2)沿岸海洋生物における残留性有機汚染物質の毒性影響の解明とリスク評価に関する研究(尚綱大学)

### 2. 研究開発目的

河口域における残留性有機汚染物質（POPs）の循環と生態リスクを明らかにすることを目的とし、サブテーマ(1)では現地調査によって水・底質・生物中のPOPs、栄養塩類濃度や生物群集組成の時空間的変動等を明らかにするとともに、食物網蓄積モデルを構築して現場生物のPOPsの曝露評価、生態リスク評価を行う。サブテーマ(2)では、POPsを曝露した魚類などのモデル生物を用いて、DNAマイクロアレイによる網羅的発現解析を行い、POPs応答遺伝子の探索や機能予測からPOPsの潜在的毒性影響を明らかにする。また、サブテーマ(1)で得られた現場生物の多毛類に着目し、POPsを曝露した多毛類を用いて、DNAマイクロアレイによる網羅的発現解析を行い、POPs応答遺伝子の探索や機能予測、さらには定量的リアルタイムPCR法の確立・測定も試み、POPsの潜在的毒性影響を明らかにする。

### 3. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

野外調査結果に基づき現場におけるPCBのフラックスを明らかにした。生物を含めたフラックスに関する知見は限られており、POPsの環境動態および生物移行を理解するうえで貴重なデータとなる。また、食物連鎖を通した化学物質の濃縮係数（TMF）は、一般に化学物質の疎水性が強い物質ほど値が大きくなると考えられていたが、対象河口域ではこの傾向とは逆の傾向を示すことを明らかにした。さらに、現場の水・底質のPCB・PBDE・PFOS濃度から食物網を通して各種生物中濃度を予測する食物網蓄積モデルを構築し、生物の体内濃度に基づいて生態リスク評価を行う手法を提案した。

ストックホルム条約に新たに登録されたポリ臭素化ジフェニルエーテル類や有機フッ素化合物を対象として、水生生物に対する毒性影響を遺伝子レベルで調査した研究は極めて少ない。本研究では、メダカおよびイトゴカイのDNAマイクロアレイを用いて網羅的遺伝子発現解析を試み、遺伝子レベルからPOPsの潜在的毒性影響を明らかにした。特に、本研究によって初めてイトゴカイにおけるPOPs応答遺伝子が明らかとなった。また、POPsの複合曝露（毒性）に対する新規バイオマーカー候補遺伝子が両生物種において明らかになった。これら遺伝子の今後のさらなる機能解析によって、生態毒性試験の標準化・高度化に大きく寄与できるとともに、本研究成果は、POPsの生態リスク評価において極めて重要な情報を提示できる。

## (2) 環境政策への貢献（研究者による記載）

＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない。

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

POPs による底質汚染のモデルとして、現場生物イトゴカイを用いた評価系を構築した。これらは新たな生態影響評価試験の標準化・高度化に大きく寄与できる。また、DNA マイクロアレイ解析による遺伝子レベルでの毒性影響評価により、環境基準の設定や生態系保全および生物資源の利活用を促進する一助になりえる点からも環境政策に資する。さらに世界をリードする学術情報を発信するだけでなく、POPs に関するストックホルム条約などに関連した国際社会のニーズや生態系保全・生物多様性
保全を考慮した化学物質の安全性評価・利用指針の構築に資することが期待され、今後の環境政策に大きく貢献できる。

### 4. 委員の指摘及び提言概要

特定の河川の河口域で注目すべき生物種を提示しているが、POPsを対象としながらPCB以外への展開が見られなかった。また生態リスク評価については手法に工夫が必要であること、さらにはその成果が具体的な生態リスクとの結びつきが不明確であること、PCBやPBDEのような高疎水性物質の分析結果についての考察や分析の真偽の検証が不十分であること、そしてサブテーマ間の連携がないことなど、多くの課題が見られる。なお、査読付き論文数も今後増やすべきと考える。一方、今回の3種のPOPsの急性的生態影響が低いこと、我が国の通常のPOPs汚染レベル地域では、魚類までの生態影響は少ないことを確認した点では評価できる。

### 5. 評点

総合評点：B
課題名 D−1006 熱帯林のREDDにおける生物多様性保護コベネフィットの最大化に関する研究

課題代表者名 北山 兼弘 （京都大学大学院農学研究科地域環境科学専攻

森林生態学研究室 教授）

研究实施期间 平成22～24年度

累計予算額 78,079 千円（うち 24 年度 19,856 千円）

予算額は、間接経費を含む。

本研究のキー 衛星LiDAR、高分解能衛星、3次元構造、熱帯低地林、バイオマス、樹木群集組成、哺乳ワード（5～10個動物群集、森林劣化、層化ランダム抽出法、Landsat衛星画像以下程度）

## 研究体制

(1) リモートセンシングによる森林の3次元構造とその変化の把握手法の開発（独）森林総合研究所）

(2) REDDにおける生物多様性の効果的モニタリング手法の開発（京都大学）

## 研究概要

### 1. はじめに(研究背景等)

気候変動枠組条約における新たな枠組みとしてREDD+(発展途上国での森林減少・劣化に伴う温室効果ガス排出の抑制)が検討されており、採択を目指して国際交渉が行われている。REDD+は消失率の高い熱帯途上国の森林を対象としている。その具体的な実施方法の詳細については未だに合意が得られていないものの、国毎に過去の「森林炭素蓄積量」を参照してベースラインを設定し、REDD+の約束期間にそのベースライン以上の森林保護が達成された場合に炭素クレジットが発行されるという考え方が有力である。「森林炭素蓄積量」には、森林面積の減少(森林減少)と面積当りの炭素量の減少(森林劣化)の2つの要素が関わっている。

REDD+は炭素排出抑制を通した気候変動緩和策であるが、森林消失が回避されることにより生物多様性の保護も同時達成されることから（生物多様性保護のコベネフィット）、生物多様性条約サイドはREDD+実施に大きな期待を寄せている。しかし、REDD+を通して熱帯林の生物多様性保護コベネフィットが達成されるためには2つの問題が解決されなければならない。第一に、森林減少率と森林劣化率は個別に把握されなければならない。森林はその定義上、植被率に数十ぐから100ぐまでの大きな幅が認められている。そこで、原生林が森林利用によって劣化しても植被率が下限以上であれば、森林面積は定義上変化しない。しかし、実質的な森林劣化によりその生物多様性は大きく変容する懸念がある。従って、森林劣化率が正当に評価されない限り、生物多様性の保護効果が過大評価されてしまう。第二に、生物多様性保全のインセンティブをREDD+の制度設計に組み込む必要がある。その具体的な方法として、1)生物多様性指標を用いた森林生態系の健全度診断と炭素マーケットでの優位性確保、及び2)生物多様性の希少性に基づく経済的なプレミアム発生、の2つが考えられる。東南アジアをはじめとする熱帯諸国の森林は、そのほとんどが既に激しく荒廃しており、これらの森林を劣化から回復させるために保全インセンティブを活用する必要がある。

これらの問題を回避し、REDD+における生物多様性保護コベネフィットを最大化するための制度設計や技術は依然として確立されていない。

### 2. 研究開発目的

本課題は、熱帯林におけるREDD+(森林減少・劣化に伴う温室効果ガス排出の抑制)の実施において、生物多様性保護コベネフィットが最大に達成されるための技術開発を目的とする。また、その対象を保護区ではなく、熱帯材産出のための森林経営がなされている生産林とする。インドネシアやマレーシアでは、商業的な木材伐採のための生産林は国土の過半を占めており、10万ぶレベルの管理区に分割されている。REDD+においては、国レベルの空間スケールで森林現況調査と炭素アカウンティングが行われる可能性が高い。これに対して、10万ぶレベルでの管理区毎のアカウンティング導入を主張する意見もある。国レベルの空間スケールにおいて
は、生物多様性に影響を与える地表の森林劣化を高精度に把握するのは困難であり、生物多様性保護の立場を優先すると、管理区毎のアカウンティング導入が望ましい。

森林劣化は単位時間当たりの地上部バイオマス減少として把握されるが、バイオマスの推定が期待される合成開ロレーダーでは「高バイオマス域における後方散乱の飽和の問題」があって、技術的には高バイオマス域でのバイオマス変化の把握は実現されていない。これに対して、本課題ではレーザー技術による高さ方向での構造把握が可能な衛星LiDARを用いて熱帯林の3次元構造を評価し、管理区スケールにおいて3次元構造の変化からバイオマスの変化を推定する技術を開発する（サブテーマ1）。これによって、劣化によるバイオマス減少だけではなく、持続的森林管理の導入によるバイオマス増加をも把握できる技術を開発する。

さらに、REDD+において生物多様性保全のインセンティブが有効に働くように、最も効果的な生物多様性指標とそのモニタリング手法を開発する（サブテーマ2）。このために樹木群集と哺乳動物群集の指標の有効性を検討する。樹木群集は森林劣化度や更新状況を指標できる可能性があり、このため森林生態系の健全度診断に活用できる。哺乳動物群集はゾウやオランウータンなど多くの絶滅危惧種を含み、社会的に関心が高いため、これにより経済的なプレミアム発生が期待できる。生物多様性モニタリングは、高いコストと専門的知識が必要なために、これまで実務レベルでの実施が困難であった。この問題を解決するために、10万ぐルレベルの空間スケールにおいて実務レベルで実施が可能な生物多様性の広域モニタリング手法を開発する。

### 3. 研究開発の方法

## (1) リモートセンシングによる森林の3次元構造とその変化の把握手法の開発

熱帯低地の生産林が広がるマレーシア・サバ州中央部において，サバ州森林局が管理する異なる森林施業形態をもつ隣接する3ヶ所の森林管理区にまたがる地域( $ 5^{\circ} $ 14−30′N, $ 117^{\circ} $ 11−36′E)を対象とした。

本研究では、森林の3次元構造を捉えることが可能な衛星LiDARと樹冠の1つ1つを観測可能な高分解能衛星のデータを用いた。衛星LiDARデータとしては、アメリカ航空宇宙局（NASA）が2003年1月12日に打ち上げたICESat衛星GLASデータを用いた。また、高分解能衛星データから森林を林冠状態の類似した領域ごとにゾーニングし、林冠からみた林分構造と地上部バイオマスを推定する手法を開発するため、2009年9月16日に撮影された高分解能衛星IKONOSの画像を用いた。さらにバイオマスの面的変化を時系列で把握するため、2003年7月28日に撮影された高分解能衛星SPOT-5の画像を用いた。

まず、ICESat衛星GLASデータから3次元構造を表す波形データを切り出すためのアルゴリズムを作成し、レーザー照射域（フットプリント）における反射強度の波形データを切り出し、波形を可視化した。複数のフットプリントにおいて現地調査を実施し、その場所での熱帯林の3次元構造を明らかにし、それと可視化した波形との対応関係を解析した。調査したフットプリント以外での熱帯林の3次元構造を捉えるため、高分解能衛星画像と調査したフットプリントの重ね合わせを行い、地上調査や高分解能衛星画像から得られた樹冠の状態と波形データを比較した。さらに、衛星LiDARの各観測点でのノイズを取り除いたエネルギーの反射強度について、地面からの最大樹高までの相対積算値が10%、25%、50%、75%、90%の高さ $ (h_{10}, h_{25}, h_{50}, h_{75}, h_{90}) $ を算出し、これらの変数を用いて地上部バイオマス（AGB）を推定するための重回帰モデル（AGB = $ \beta_{0}h_{10}^{\beta_{1}}h_{25}^{\beta_{2}}h_{50}^{\beta_{3}}h_{75}^{\beta_{4}}h_{90}^{\beta_{5}} $ ）を作成した。

次に、高分解能衛星データを用いた地上部バイオマス推定手法を開発するため、高分解能衛星IKONOSのマルチスペクトル画像とスペールシャトルにより作成されたDEMを用い、オブジェクトベース画像解析ソフトウェアeCognitionを用いて衛星画像を林冠状態が類似する場所に領域分割し、分割された領域ごとに、林冠の特徴や地形条件を示す多数の特徴量を算出した。さらに、プロット毎の地上部バイオマスとプロットが含まれる画像領域における各種特徴量との関係を、分類回帰木や一般化線形モデル等の統計モデルを用いて解析し、地上部バイオマスの大小に関わりのある特徴量を調べた。そして、得られた統計モデルを調査プロットがない多数の画像領域に外挿し、対象地全体における地上部バイオマスの分布特徴を捉えた。

最後に、高分解能衛星データ解析で得られた地上部バイオマス推定を教師データとして過去の衛星データに対してバイオマスに関する画像分類を行い、過去の地上部バイオマス分布図を作成した。異なる時間の分布図を比較することによりバイオマス変化（劣化や回復）を推定した。

## (2) REDDにおける生物多様性の効果的モニタリング手法の開発

マレーシア・サバ州の4ヶ所およびインドネシア、東カリマンタン州の1ヶ所の森林管理区（面積5万～10万ぶぐ）において社会実装が可能な生物多様性モニタリング手法の開発を行った。まず、広大な面積の森林から最小努力量で樹木群集のサンプルを抽出（調査区を使った毎木調査）するため、Landsat衛星画像を用いた層化ランダム抽出法を開発した。Landsat TMバンド7、バンド3&4、バンド3&4&5、バンド3&4&7の4種類の組み合わせにより植生を6クラスに教師なし分類し、分類されたクラスとそこに置いた調査区で実測された地上部バイオマスとの対応関係を明らかにした。
開発した層化ランダム抽出法を3つの管理区に適用し、原生林的林分から重度に劣化した林分までまんべんなく樹木群集のサンプル抽出を行った。各森林管理区にそれぞれ50個の半径20mの円形プロットを置き、胸高直径10cm以上の樹木について毎木調査を行った。これらのデータを用い、各プロットの地上部バイオマスをChaveのアロメトリ式により求めた。プロット間の個体密度の違いが種数の評価に影響しないように、各プロットの樹種多様性を単位幹数当たりの樹種数として計算した。次に、生物群集の多変量解析のひとつ、非計量多次元尺度法（nMDS）を用いて、樹木の群集組成の解析を行った。代表的な2つの生物多様性指標（種数と群集組成）のどちらが森林劣化の指標として適切であるかを明らかにするために、これら2つの指標と地上部バイオマスとの関係を調べた。ここで地上部バイオマスは、そのプロットの森林劣化の程度を示す。群集組成には、各プロットのnMDSの1軸（プロット間の種組成のばらつきを最も高い説明力で示す軸）の軸値を用いた。

最後に、プロットがない場所に生物多様性指標を外挿し、景観レベルで生物多様性指標を評価する方法の開発を行った。後述するように、群集組成が森林劣化を最も忠実に指標できると判断されたため、まず衛星データを用いた群集組成推定モデルの開発を行った。プロットの樹木群集指標（nMDSの1軸値）を説明する説明変数として、Landsat TMの分光反射値から3つの植生指数の平均や標準偏差などを計算し、それらの説明変数の様々な組み合わせとnMDSの1軸値との関係を総当たりの重回帰分析により求め、最適モデルを選択した。選択したモデルを全域に外挿し、景観レベルでの群集組成の分布地図を作成した。

哺乳動物群集のモニタリング手法の開発では、まず、2つの森林管理区（合計827km²）にほぼ5km間隔で29個の円形プロット（半径500m）を設置した。各プロットで、3台の自動撮影カメラを3～5ヶ月毎にシフトすることによって、多点での撮影を行った。各プロットにおける調査のベ日数（カメラ日）と撮影種数の関係は、全調査のベ日から50～980カメラ日を抽出し、それぞれの期間に撮影された種数を数えることを500回繰り返し、平均を取ることによって求めた。また、各プロット間の群集組成の類似度はBray-Curtis距離によって評価し、非計量多次元尺度構成法（nMDS）によって図示した。異なった森林タイプ間（原生林-軽度伐採林間、原生林-重度伐採林間、軽度伐採林-重度伐採林間）でBray-Curtis距離が有意に大きくなるかを、マンテル検定によって検定した（100回繰り返し）。また、特に森林タイプ間で撮影頻度が大きく異なる種を、クラスカル・ウォリイス検定によって特定した。この2つの検定の十分な検定力を得られるサンプルサイズを求めるために、各プロットの全データから100～900カメラ日を各100回繰り返して抽出してそれぞれ検定し、検定力（100回の内、差が有意であった割合）の変化を求めた。

### 4. 結果及び考察

## (1) リモートセンシングによる森林の3次元構造とその変化の把握手法の開発

衛星LiDARの波形のピークにおける反射強度は択伐の度合いによって大きく異なり、樹冠閉鎖率の低い観測点（フットプリント）での反射強度は樹冠サイズの大きい立木で占められている観測点と比較して顕著に弱かった（図1）。各階層に立木の樹冠が多いほど反射強度は高くなると考えられる。択伐による林冠のギャップ率が20％以上の場合、少なくとも25％のLiDARの反射が、地上5m以下からであった。また、高分解能衛星データから認識されたさまざまな林冠の状態と照合したところ、劣化した森林における波形は一定ではなかった。これらのことから、衛星LiDARの観測波形におけるピークの反射強度が、森林劣化の度合いを表す指標となりうると考えられた。

次に、衛星LiDARデータのエネルギーの反射強度の波形データから地面および最大樹高の位置を同定し、衛星LiDARデータから推定された最大樹高と現地調査における最大樹高を比較した結果、推定された最大樹高と測定された最大樹高はよく合致した。また、衛星LiDARの各観測点でのエネルギーの反射強度について、地面からの最大樹高までの相対積算値が10%、25%、50%、75%、90%の高さの対数値を独立変数とし、各観測点における地上バイオマスの推定値の対数値を従属変数として重回帰分析を行った結果、AGB=3.75$h_{10}^{0.742}h_{25}^{-2.864}h_{50}^{3.406}h_{75}^{-3.364}h_{90}^{-0.170}$というモデルが得られた。決定係数は0.62であった。これにより、衛星LiDARから林分の最大樹高や地上部バイオマスといった林分情報を定量的に推定することが可能となった。

高分解能衛星画像IKONOSを用いたオブジェクトベース画像解析の結果、植生に覆われ、林冠における太陽光の反射のばらつきが少なく、林冠のテクスチャ(樹冠の陰影等による肌理)の均質性が高い場所ほど、地上部バイオマスが高い傾向が見られた。これは高バイオマスの森林では林冠に択伐や伐採道等によるギャップが少ないためと考えられた。さらに地形条件を加えると、周囲より標高が高い場所ほど地上部バイオマスが高い傾向がみられ、湿性の疎林や草地が分布しにくい斜面の中上部に高バイオマスの場所が多い傾向を示していると考えられた。得られた回帰式にもとづき地上部バイオマスの分布を面的に推定すると、施業履歴による劣化状況の違いを反映した推定図を作成できた。

オブジェクトベースでのバイオマス推定を教師として、過去と現在におけるバイオマスの変化地の抽出を行った。本対象地では、今回解析に用いた衛星データが得られた2003年以降大きな森林伐採は行われておらずバイオマス変化の抽出は困難と思われたが、伐採のための作業道開設による変化が抽出され、本方法はバイオマス
LiDAR計測による高低差

LiDAR計測による高低差

図1 衛星LiDARデータによる成熟林と劣化林の違いの把握

## (2) REDDにおける生物多様性の効果的モニタリング手法の開発

層化ランダム抽出法の開発においては、Landsat TMの単バンド7を用いる分類が、他の複数のバンドの組み合わせを用いた教師無し分類よりも、地上部バイオマスの違いを最もよく反映して植生区分（層化）できた。この原理に従い、広大な森林管理区をLandsat TMの単バンド7により6クラスに層化（分類）し、各層（クラス）毎にランダム点を主要道の周りに発生させる層化ランダム抽出法を考案した。この方法を適用したところ、5名程度の人員が面積5万～10万ふふの森林管理区を1か月程度で調査（樹木群集と炭素量）できることが実証され、調査努力量の大幅な削減につながった。

開発した層化ランダム抽出法により得られた植生データを解析したところ、地上部バイオマスの増加に伴い、胸高断面積合計、大径木の密度、最大（胸高）直径は増加した。こうした構造的特徴の変化から判断して、地上部バイオマスは森林劣化度を適正に指標できていると考えられた。地上部バイオマスと胸高直径10cm以上の樹木の種数の関係を見たところ、バイオマス100 Mg/ha以下の重度劣化林のみで種数は低かったものの、100 Mg/ha以上の森林では原生林と劣化林間で種数に差はなかった。一方、多変量解析nMDSの1軸値と地上部バイオマスの間には、正の有意な相関関係が見られた。したがって、群集組成は森林劣化とともに線形に変化する指標であり、種数よりも、森林劣化度を指標するためにより有効な生物多様性指標であることが分かった。

群集組成推定モデルを検討した結果、樹木群集組成の指標値であるnMDS1軸値（応答変数）を最もよく説明できる説明変数として、Landsat衛星画像の中間赤外波長バンド（バンド5あるいはバンド7）、およびバンド4の90m×90m内変動係数、植生指数EVIの90m×90m内標準偏差の3つが選択された。主要効果である中間赤外波長バンドは主にバイオマスを表し、これとnMDS1軸値との単相関係数は0.7-0.75、決定係数は0.5-0.56であった。中間赤外波長バンドに、90m×90m内の林冠のばらつきを指標するバンド4の変動係数、EVIの標準偏差の調整効果を追加した結果、重回帰係数は0.04-0.14上昇し、モデルの推定精度を改善した。開発したモデルをプロット外に外挿した結果、樹木群集組成に基づき熱帯降雨林の劣化度を広域に診断できることが可能となった（図2）。

哺乳動物については、合計34386カメラ日のデータ（各森林について983～1762日）を解析したところ、合計42種11282回の撮影画像を得た。プロットごとのカメラ日と撮影種数の関係を検討したところ、ほとんどのプロットにおいて約500カメラ日で種数が頭打ちとなり、1000カメラ日をかければどのような多様性のプロットでも生息する種のほとんどを撮影できることが明らかになった。全調查カメラ日のデータを用いた群集組成の違い（Bray-Curtis距離）は、原生林-低インパクト伐採林間では差がないが、原生林-従来型伐採林間では有意な差があった（マ
ンテル検定、P＜0.05）。この傾向は、調査日数を100カメラ日/プロットまで減らしても高い検定力で維持された。哺乳動物群集の調査については、本研究と同様の森林管理区であれば、最低500カメラ日の調査努力量を払えば、各調査林分の生息種のおおよそを把握することができることが分かった。

図2 マレーシア・サバ州の3つの森林管理区における樹木群集組成を指標値とした生物多様性推定図

### 5. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

熱帯林におけるバイオマスとその変化の面的推定は、熱帯林の広域保全に欠かせない技術である。高分解能衛星画像におけるテクスチャ(肌理)情報を活用することにより、地上部バイオマスの推定精度を向上させることができた。また、衛星LiDARにより観測された森林の3次元構造から地上部バイオマスを推定できることが明らかになった。

世界的に汎用されている樹木の多様度指数（種多様性指数など）は森林劣化度に対して実際には線的に変化しないことを明らかにした。これに対して、樹木群集組成の指標値（nMDS1軸値）が森林劣化度に対して線的に変化することを世界で初めて明らかにした。森林劣化を表すために樹木群集組成が有効であることが学術的に示され、REDD+への適用可能性が示唆された。これについては学術原著論文として公表した。さらに、熱帯降雨林での大型哺乳動物群集の広域モニタリング手法を開発し、その有効性を学術的に証明した。これまでは、熱帯降雨林での視認性の高い単独の種について分布モデルは知られているが、群集としての把握方法は前例がない。これも学術原著論文として公表した。

## (2) 環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

本研究の成果は、現在、宇宙航空研究開発機構が国際宇宙ステーション日本実験モジュールへの搭載を計画している植生ライダー(MOLI)の開発において活用されている。

環境省委託事業「平成22年度 生物多様性に配慮したREDDプラス・プロジェクトに向けたMRV指針等のコンセプト(案)作成業務」、あるいは環境省委託事業「REDDプラスと生物多様性の両立に関するメカニズム検討（三菱UFJリサーチ＆コンサルティング株式会社）」において、本研究成果に基づき助言を行った。

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

すでに人為的なインパクトを受けている熱帯林の修復において、現状を正確に把握して対策を講じることが重要であり、本研究で開発した林相区分の手法は、政策決定者に対して必要な情報を提供する手段となる。また、気候変動枠組条約のREDD+に関する交渉で現在検討されている炭素MRV(モニタリング、報告、検証)について
は、その手法について専門家会合やFAOで議論されており、衛星LiDARについてもその適用の可能性がIPCCの専門家会合などで検討されている。本研究の成果は、熱帯林への適用の可能性を示す重要な事例となる。

当研究課題が開発した、樹木群集や哺乳動物群集の調査方法には、国際的自然保護団体WWF-JapanやWWF-Indonesiaが高い関心を寄せており、本成果の一部も彼らとの協力の下にインドネシアの森林管理区において実施した調査から得られたものである。特に、WWF-Indonesiaでは、この調査を国内標準手法として採用するための実証研究として位置づけており、今後、本調査方法がインドネシアの広域の熱帯降雨林で実施される可能性が高い。

衛星LiDARを用いたモニタリングは、択伐施業などにより構造変化を伴う森林劣化の監視方法として有効であることが示された。本方法は、国連のREDD+における、国あるいは準国レベルでの広域の熱帯降雨林の劣化の監視方法として有効であろう。一方、樹木群集組成を用いることにより、森林伐採による熱帯降雨林の劣化を生物多様性変化の観点から指標することが可能となった。本方法は森林管理区レベルでの生物多様性の時空間変化を定量的に評価する際に有効であり、小規模のREDD+やその他の森林管理事業の適切性の診断に適用できるだろう。

### 6. 研究成果の主な発表状況

## (1) 主な誌上発表

## く査読付き論文＞

1) Imai N, Seino T, Aiba S, Takyu M, Titin J, Kitayama K (2012) Effects of selective logging on tree species diversity and composition of Bornean tropical rain forests at different spatial scales. Plant Ecology 213:1413–1424

2) Imai N, Kitayama K, Titin J (2012) Effects of logging on phosphorus pools in a tropical rainforest of Borneo. Journal of Tropical Forest Science 24:5–17

3) Langner A, Samejima H, Ong RC, Titin J, Kitayama K (2012) Integration of carbon conservation into sustainable forest management using high resolution satellite imagery: a case study in Sabah, Malaysian Borneo. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation 14:305–312

4) Samejima H, Ong R, Lagan P, Kitayama K (2012) Camera-trapping rates of mammals and birds in a Bornean tropical rainforest under sustainable forest management. Forest Ecology and Management 270:248–256

5) Aoyagi R, Imai N, Kitayama K (2013) Ecological significance of the patches dominated by pioneer trees for the regeneration of dipterocarps in a Bornean logged-over secondary forest. Forest Ecology and Management 289:378-384

6) Sollmann R, Mohamed A, Samejima H, Wilting A (2013) Risky business or simple solution – Relative abundance indices from camera-trapping. Biological Conservation 159:405–412

7) 松浦俊也、平田泰雅、Langner, A.、齋藤英樹、北山兼弘、Phua MH、Korom A、Wong W:関東森林研究, 63, 2, 69-72 (2012)「マレーシア・サバ州中央部の熱帯生産林におけるIKONOSを用いた地上部バイオマスの分布推定」

## くその他誌上発表(査読なし)>

1）北山兼弘、今井伸夫、鮫島弘光（2011）脅かされる熱帯林の生物多様性．森林科学 63:13-17

2) Samejima H, Ong R (2012) Distribution of Mammals in Deramakot & Tangkulap Forest Reserves, Sabah, Malaysia. Kyoto Working Papers on Area Studies No.129

## <著書>

1) Kitayama K (ed.) (2013) Co-benefits of Sustainable Forestry – Ecological Studies of a Certified Bornean Rain Forest, Ecological Research Monographs, Springer

2) Imai N, Titin J, Kita S, Ong R, Kitayama K (2013) Co-benefits of sustainable forest management for carbon sequestration. In: (ed) Kitayama K. Co-benefits of Sustainable Forestry: Ecological Studies of a Certified Bornean Tropical Rain Forest, Ecological Research Monographs, Springer, pp 129–148

3) Imai N, Seino T, Aiba SI, Takyu M, Titin J, Kitayama K (2013) Management effects on tree species diversity and dipterocarp regeneration. In: (ed) Kitayama K. Co-benefits of Sustainable Forestry: Ecological Studies of a Certified Bornean Tropical Rain Forest, Ecological Research Monographs, Springer, pp 41–61

4) Ong RC, Langner A, Imai N, Kitayama K (2013) Management history of the study sites: the Deramakot
13) Imai N, Tanaka A, Kitayama K, Titin J: 第 123 回日本森林学会(2012)「Tree community composition as an indicator in biodiversity monitoring of REDD+」

14）北山兼弘：第123回日本森林学会(2012)[REDD+における生物多様性への配慮]

### 7. 研究者略壓

課題代表者:北山 兼弘

ハワイ大学植物学科博士課程修了、Ph.D.（植物学）、現在、京都大学大学院農学研究科教授

研究参画者

(1): 北山 兼弘（同上）

(2): 平田 泰雅

東京大学農学部卒業、農学博士、現在、森林総合研究所温暖化対応推進室長

## (3) : 齋藤 英樹

筑波大学農林学類卒業、農学博士、現在、森林総合研究所森林管理研究領域主任研究員