森林の生物多様性の生態学

土壌中の微生物から、林床の植物や哺乳類、林冠の昆虫や鳥類まで、森林には多様な生物が生息し、生物間のかかわり合いから複雑な相互作用ネットワークが成立しています。陸域の生物種の約8割が森林に依存していると言われおり、森林の生物多様性や生物間相互作用について知ることは、地球上の多様な生物を保全し、その生態系機能を理解することにつながります。本研究室では、原生的な自然環境の残る奥秩父山地を主なフィールドに、野外調査・野外実験・ゲノム解析・統計モデリングなどの多面的なアプローチを用いて、森林の生物多様性や生物間相互作用の成り立ちに関する研究を進めています。研究対象は森林に生育するあらゆる生物の集団です。特に、大きな環境変動イベントに着目して、森林の生物多様性や生態系機能にどのような変化が生じるのかを一般的に理解することを目標にしています。そして、得られた知見を森林の動植物や生態系サービスの保全に役立てていきたいと考えています。

現在の研究プロジェクト

  1. ニホンジカによる植生衰退が森林の生物多様性に及ぼす影響
  2. 森林の植物-土壌フィードバックにおける土壌微生物の機能
  3. 局所適応が生物多様性の標高勾配の形成に果たす役割の解明
  4. 放棄人工林の生態系サービスの評価とその管理指針の提案
  5. 森林における野生動物の生息地利用の解明とその保護管理

 

ニホンジカによる植生衰退が森林の生物多様性に及ぼす影響

近年、日本各地でニホンジカの個体群密度が増加し、森林に大きな変化を引き起こしています。その背景には、狩猟の減少などの社会的課題があり、解決は容易ではありません。奥秩父山地においても、2000年代にシカ密度が10倍以上に急増した結果、シカの摂食によって森林の下層植生の減少や上層木の枯死が進みました。このような植生衰退に伴い、森林の恩恵であるさまざまな生態系サービスが損なわれることが懸念されています。例えば、植物や腐植を資源とする昆虫類が減少し、昆虫類を餌資源とする高次捕食者の生息環境が失われることで、森林の生物多様性や生物間相互作用が変化する可能性があります。また、シカの好まない窒素含有量の少ない植物だけが残ることにより、リター分解と窒素無機化が減少して物質循環が遅くなり、森林の世代交代に影響を及ぼす可能性があります。シカによる植生衰退の影響は多面的ですので、森林生態系のさまざまなプロセスの変化を長期にわたり調べていく必要あります。そこで、広域的に多くのシカ排除柵を設置し、植物・動物・微生物の多様性とそれらの相互作用の変化を解明するとともに、生態系機能への影響を明らかにすることに取り組んでいます。

 

森林の植物-土壌フィードバックにおける土壌微生物の機能

Seedling

植物の生育に土壌との関係が重要であることは、農業において古くから知られてきました。近年、この植物と土壌の関係が陸域生態系の動態を決定する普遍的な役割を果たしていることが明らかにされています。例えば、植物がリターや根滲出物を土壌に供給し、これらを利用する分解者が養分を無機化することで、植物の成長を促進することがあります。一方、植物が成長するにつれて、近くの土壌に植食者や病原菌が集まり、植物の成長を制限することもあります。このように、植物と土壌の相互作用は促進的にも制限的にもなりますが、介在する未知の要因が多く存在するため、植物と土壌の関係は単純ではありません。その要因の1つに、土壌微生物の多様性と機能が挙げられます。特に植物の適応度と関係する特性をもつ機能的コア微生物叢の役割を明らかにすることが、植物-土壌フィードバックの理解につながると期待されます。現在、樹木実生や土壌の移植実験、機能的コア微生物叢のホロゲノム解析を通じて、森林生態系における植物-土壌フィードバックのメカニズムの解明に取り組んでいます。この知見をシカ食害下の植生回復や放棄人工林の天然林誘導に応用することを目標にしています。

 

局所適応が生物多様性の標高勾配の形成に果たす役割の解明

Futago自然生態系の成り立ちを理解するには、環境変動に対する生物の応答を調べる必要があります。そのため、標高に沿った生態系の変化は、環境変動に対する生物の応答を調べるための「自然の実験場」として注目されてきました。標高とともに、気温や降水量だけでなく、日照・風量・季節長・地質・人間活動なども変化し、さまざまな環境変動に対する生態系の変動をシミュレートすることができるのです。奥秩父山地は急峻な地形で、1500 m以上の標高差があるため、局所適応の観点から標高勾配に沿った生物の進化的な応答を調べるのに適しています。例えば、奥秩父山地では多様なカエデ属樹木が生育していますが、それらの分布域は標高に沿って明瞭に区分されており、標高勾配がカエデ属の多様化にかかわっています。また、奥秩父山地では、尾根部に母岩の石灰岩が露出しているため、石灰岩地に適応した植物が分布し、独自の植生景観が形成されています。このような生物多様性の標高勾配は、気候変動の影響評価や絶滅危惧種の保全とも密接に関係する課題です。現在、野外操作実験とゲノム解析を組み合わせて、生物多様性の標高勾配をもたらすメカニズムの解明に取り組んでいます。

 

放棄人工林の生態系サービスの評価とその管理指針の提案

現在の森林管理上の重要な課題として、シカ食害のほかに、放棄人工林が挙げられます。日本の森林面積は国土の約70%に及びますが、そのうちの約40%はスギ・ヒノキ・カラマツ等の人工林です。これらの人工林の多くは、広葉樹の天然林を伐採して、経済的な価値の高い人工林に置き換える、いわゆる拡大造林政策によって成立しました。しかし、その後の外国産材の需要増大に伴い、国産材の価格が低迷し、間伐などの保育作業を行うことのできない人工林が増えてきました。現在は、管理放棄された人工林が多く存在すると考えられます。奥秩父山地はアクセス困難な立地にあるため、一度も手入れがなされていない放棄人工林も多く存在します。近年、このような放棄人工林により、木材生産の経済的側面だけでなく、森林のさまざまな生態系サービスが損なわれていることが指摘されています。それは、炭素固定能や窒素循環速度の低下、生物多様性や生息地の減少など、多岐にわたります。そこで、天然林や管理人工林と比較して、放棄人工林の生態系サービスを定量的に評価するとともに、生態系サービスの回復に向けた針広混交林化や天然林誘導の指針を提案することに取り組んでいます。

 

森林における野生動物の生息地利用の解明とその保護管理

農業被害や住宅地への出没など、野生動物と人間社会の軋轢が社会問題として認知されつつあります。野生動物による農業被害は1990年頃から顕在化してきましたが、シカだけでなく、多くの野生動物による被害が同時に増えてきたという特徴がありました。このことは、野生動物の問題が単純な狩猟の減少だけでなく、自然環境の構造的な変化に起因することを示唆しています。その1つとして、拡大造林によって、広葉樹の天然林が針葉樹の人工林に置き換えられ、野生動物にとって資源の乏しい生息地が奥山に広く作り出されたことがあります。一方、薪炭需要がなくなることで、かつて人里周辺に広がっていた疎林が広葉樹林へと遷移し、野生動物にとって資源の豊富な生息地が人里周辺に出現したこともあります。奥秩父地域でもこのような環境の変化が起きていると考えられ、野生動物の動態との関連を明らかにする必要があります。また、中型食肉目など、森林における生態や役割がよくわかっていない野生動物も多く存在します。現在、カメラトラップや環境DNA分析を用いて、農山村から森林にわたる野生動物の地域的な生息地利用を解明し、その保護管理指針の提案を目指しています。