山瀬 敬太郎

Tree resistance to uprooting can be estimated as the critical turning moment in tree-pulling experiments. The depth at the center point of rotation (Dcp) in tree-pulling experiments is measured as an indicator of below-ground traits and is related to this critical turning moment. However, few researchers have investigated the relationship between the Dcp and maximum root depth. Our objective in this study was to clarify whether the Dcp in tree-pulling experiments can be estimated as the maximum root depth of Pinus thunbergii Parl. in sandy soils. We also estimated which position of displacement of the center of rotation (Cp) can be applied as the Dcp. We conducted tree-pulling experiments, and compared the Dcp obtained from images with the measured maximum root depth. We found significant positive correlations between the Dcp and maximum root depth. The Cp displacement concentrated immediately below the stem when the maximum critical turning moment was reached. This position should be measured as the Dcp, which is related to the maximum root depth. We found that the Dcp can serve as a parameter, preventing the need for uprooting, when tree-pulling experiments are performed to obtain an important below-ground trait for understanding the critical turning moment.

Three-dimensional (3D) root system architecture (RSA) is a predominant factor in anchorage failure in trees. Only a few studies have used 3D laser scanners to evaluate RSA, but they do not check the accuracy of measurements. 3D laser scanners can quickly obtain RSA data, but the data are collected as a point cloud with a large number of points representing surfaces. The point cloud data must be converted into a set of interconnected axes and segments to compute the root system traits. The purposes of this study were: (i) to propose a new method for easily obtaining root point data as 3D coordinates and root diameters from point cloud data acquired by 3D laser scanner measurement; and (ii) to compare the accuracy of the data from main roots with intensive manual measurement. We scanned the excavated root systems of two Pinus thunbergii Parl. trees using a 3D laser scanner and neuTube software, which was developed for reconstructing the neuronal structure, to convert the point cloud data into root point data for reconstructing RSA. The reconstruction and traits of the RSA calculated from point cloud data were similar in accuracy to intensive manual measurements. Roots larger than 7 mm in diameter were accurately measured by the 3D laser scanner measurement. In the proposed method, the root point data were connected as a frustum of cones, so the reconstructed RSAs were simpler than the 3D root surfaces. However, the frustum of cones still showed the main coarse root segments correctly. We concluded that the proposed method could be applied to reconstruct the RSA and calculate traits using point cloud data of the root system, on the condition that it was possible to model both the stump and ovality of root sections.

Rainwater interacts with tree canopies in forest ecosystems, which greatly influence its quality. However, little information is available regarding how tree canopies influence dissolved organic matter (DOM) in rainwater. To examine this, we collected bulk deposition (rainfall) and throughfall in a conifer (Chamaecyparis obtusa) plantation, western Japan, during a rain event, and analyzed their DOM molecular compositions using ultrahigh-resolution Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry. The dissolved organic carbon flux and the number of DOM molecular species detected were approximately seven times and three times higher in throughfall than in rainfall, respectively. We found that the average proportion of molecular species shared between five sample replicates was larger in throughfall (69%) than in rainfall (50%). Nonmetric multidimensional scaling revealed that the molecular species were significantly differentiated between throughfall and rainfall, and the dissimilarity among the replicates was much smaller in throughfall. This indicates that the quality of DOM in rainwater became spatially homogeneous due to contact with tree canopies. The number of lignin-like molecules was larger than those of any other biomolecular compounds in throughfall and seven times larger than in rainfall, suggesting that many of plant-derived DOM molecules were dissolved into rainwater.

Dissolved organic matter (DOM) strongly affects water quality within boreal forest ecosystems. However, how the quality of DOM itself changes spatially is not well understood. In this study, to examine how the diversity of DOM molecules varies in water moving through a boreal forest, the number of DOM molecules in different water samples, i.e., rainwater, throughfall, soil water, groundwater, and stream water was determined using Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS) in Norway spruce and Scots pine stands in eastern Finland during May and June 2010. The number of molecular compounds identified by FT-ICR MS (molecular diversity) ranged from 865 to 2,194, revealing large DOM molecular diversity in the water samples. Additionally, some of the molecular compounds were shared between different water samples. The DOM molecular diversity linearly correlated with the number of low-biodegradable molecules, such as, lignin-like molecules (lignins), but not with dissolved organic carbon concentration. The number of lignins shared between different sampling locations was larger than that of any other biomolecular class. Our results suggest that low-biodegradable molecules, especially lignins, regulate spatial variations in DOM molecular diversity in boreal forests.

台風時の豪雨や強風は，倒木や斜面崩壊をもたらす。これらの崩壊に対する樹木の抵抗力は，土壌中の樹木根によって発揮される。本研究では，高木樹種のスギと，シカ不嗜好性で低木樹種のアセビ，ミツマタの引き抜き抵抗力の違いを明らかにするために，根の引き抜き試験を実施した。根直径 (D) と引き抜き抵抗力 (T) の関係式 (T＝a×D^1.5，a：回帰係数) を構築し，根直径10 mmのときの引き抜き抵抗力を算出したところ，スギ1012.3 N＞アセビ844.3 N＞ミツマタ200.1 Nの順であり，低木樹種であるミツマタの引き抜き抵抗力は小さかったものの，低木樹種のアセビは高木樹種スギと比較して大差はなかった。また，土壌断面積1 m²あたりの断面抵抗力 (引き抜き抵抗力の合計値) は，スギ26.8 kN＞アセビ15.1 kN＞ミツマタ1.0 kNの順であった。これらのことから，ニホンジカ生息域において，シカ不嗜好性で低木樹種のそれぞれの特性を活かした目標林に誘導することで，崩壊防止機能を向上できる可能性が示唆された。

近年、広葉樹林化の一環として、針葉樹人工林に小面積の群状伐採(小面積伐採)を行い、広葉樹苗木を植栽する事業が行われている。しかし、小面積伐採地内の光環境や水分環境などの特性はまだ不明な点が多く、植栽した広葉樹苗木の成長についても、未解明な点が多い。そこで本研究では、小面積伐採における広葉樹植栽のうち、植栽後2年間における環境及び立地条件と成長の関係を明らかにすることを目的とした。調査サイトは兵庫県新温泉町と同佐用町のヒノキ林に設定し、各サイト内に4調査区設けた。調査区は正方形とし、一辺長はヒノキの平均樹高を1.5倍したものとした。調査区内は皆伐した後、広葉樹3種(コナラ、クリ、ヤマザクラ)を植栽した。応答変数を苗木の個体成長量、説明変数候補を樹種、植栽時地際直径、土壌含水率、土壌堅密度、苗木上部の開空度、植栽位置とした一般化線形混合モデルを構築し、変数選択を行ったところ、苗木直上が明るい個体ほど良好な成長を示すことがわかった。このことから、植栽初期の成長を最も良好とするための環境条件は光であり、小面積伐採地内における光条件が良好な場所への植裁が重要であることがわかった。

自然植生復元に有効な土壌シードバンクのポテンシャルを把握するため，兵庫県下3 地域の同一箇所から，2005 年と2012年に森林表土を採取し（計255 地点），実生出現法により種子の密度と種数，組成を比較した。密度と種数を応答変数とし，気候型，林型，採取年，斜面型，傾斜，リター被覆率，土壌硬度，土壌含水率を説明変数，採取地点を変量効果として，一般化線形混合モデルを構築して解析した。密度は，採取年と斜面型の2 要因で推定され，2005 年では採取地点の斜面型が谷＞直線＞尾根の順に高かったが，2012 年では斜面型に関係なく低下した。組成をみると，人里要素や草原要素の密度が大きく低下する一方で，雑木林・夏緑樹林要素や照葉樹林要素はほとんど変化がなかった。時間経過に伴い密度と組成に大きな変化がみられたことから，復元目標の見直しが必要なことやポテンシャルの評価が不可欠なこと，表土流亡を軽減させる管理が必要なことがわかった。

高齢化した里山構成種の伐採後の萌芽能力を比較するため，暖温帯域の広葉樹二次林で普通にみられるアベマキ，コナラ，エノキ，アラカシ，シラカシ，スダジイ，ヤブツバキの 7 樹種を対象とし，伐採より 1 成長期間後の萌芽の有無と，3 成長期間後の萌芽枝の残存を調査した。樹種ごとの萌芽の有無と萌芽枝の残存を応答変数とし，斜面方位，傾斜，伐採高，樹齢を説明変数，調査地を変量効果として，一般化線形混合モデルを構築して解析した。コナラについては，乾燥しやすい斜面方位に位置し，伐採高が低く，樹齢が高いほど，萌芽再生しない伐り株が多かった。また，萌芽再生しても，その後に枯損してしまう萌芽枝は，伐採高が高いほど多くみられた。樹齢が高いほど萌芽再生しない傾向は，他の 6 樹種と比較してコナラで顕著であり，特にコナラは高齢化の影響を受けやすいことが示唆された。

兵庫県里山域のニホンジカ生息地での植生回復の可能性を把握するため，2008 年 3 月の間伐後に設置した植生保護柵 5 箇所の内外で，柵設置後 3 年間の樹木種の種子，実生および稚樹の動態を調査した。柵設置年と翌年の 10 月時点の当年生実生数は，5 箇所中 3 箇所で柵外が有意に少なく，翌々年 10 月の稚樹数は，5 箇所すべてで柵外が少なかった。種子数は，柵設置直後の 4 月は柵内外で差がなかったが，翌年 4 月は柵外 2 箇所で有意に少なく，土砂移動量は柵外で多かった。以上のことから，シカの生息が採食圧を高めて実生や稚樹の動態に影響を与えているとともに，低い植被とシカの歩行による土砂移動が種子の動態に影響を与え，植生回復の可能性を低下させていることが示唆された。

森林には土石流緩衝機能があることが知られている。しかし, 土石流発生時の条件を模した状態での力学的評価や林分の造成方法に関する研究は少なく, 森林の土石流緩衝機能は不明な点が多い。そこで本研究では, 三つの立木引き倒し試験を行い, 飽和含水状態の土壌と自然含水状態の土壌, 実生更新木と苗木植栽木, 立木密度の違いによる立木の力学的抵抗性の差異を明らかにすることを目的とした。対象樹種は, 順に, カラマツ, コナラ, カラマツである。いずれの引き倒し試験も, 対象木の根元から1 mの高さにワイヤーをかけて重機ないしチルホールで牽引し, 最大引き倒し抵抗モーメントを算出した。試験の結果, 異なる土壌水分条件下において立木の引き倒し抵抗モーメントに差異はないこと, 実生更新木と苗木植栽木の引き倒し抵抗モーメントに差異はないこと, 立木の引き倒し抵抗モーメントは立木密度と負の相関関係にあることがわかった。

間伐木を利用した筋工の効果を明らかにするため，兵庫県内の人工林15か所において筋工を施工した林分と施工していない林分の侵食土砂量を測定した。その結果，筋工を施工した方が侵食土砂量は少なく，0.070～0.882 ³・ha^-1・yr^-1であった。また，2009年8月台風第9号の豪雨時には，筋工を施工しなかった場合には0.318～4.743 ³・ha^-1・yr^-1となったのに対し，筋工を施工した場合には0.128～1.023 ³・ha^-1・yr^-1に留まり，集中豪雨時にも侵食防止効果が大きく発揮されていた。筋工による保全効果を表すUSLEの保全係数には地点間でばらつきが認められたが，効果が大きかった地点では，山腹工の一種である伏工と同程度以上の効果が得られていた。

製材工場から排出されるスギ樹皮を熱融着性繊維で固形化したブロック状の資材を試作した。盛土法面に敷設することで表面侵食の抑制と植生の侵入促進を図ったところ，施工152日後までに行った調査で，資材を敷設した区は対照区(裸地)と比較して侵食深さが小さいことが確認された。また，植被率，種数ともに敷設区が対照区(裸地)を上回る傾向にあり，本資材を利用した自然侵入促進工の実用性が示唆された。

兵庫県下のヒノキ人工林および落葉広葉樹林で，土砂受け箱を用いて侵食土砂の移動量を測定するとともに，実生出現法により，その移動土砂中に含まれる埋土種子集団を調査した。その結果，移動土砂量が多くなるほど，山腹斜面から流出する埋土種子量も多くなる傾向がみられた。さらに，斜面部に滞留する深さ5 cmの森林表土中の埋土種子密度より，移動土砂中に含まれる埋土種子密度の方が高くなっていることがわかった。谷部の土壌水分が高い条件下では，樹木種子の発芽率の低下をもたらす可能性があることから，植生回復に寄与する埋土種子ポテンシャルの劣化を防ぐためには，斜面から埋土種子を含む森林表土が流出しないようにすることが重要であると結論づけた。