森林の樹種構成と齢構成が河川を経由して沿岸生態系に与える影響：水質・物質循環と生物多様性の視点から
はじめに
森林生態系は、単に木材生産の場であるだけでなく、水源涵養、土砂流出抑制、生物多様性保全など、多様な生態系サービスを提供しています。これらのサービスは、森林の内部構造、特に樹種構成や齢構成によって大きく異なります。流域における森林の状態は、河川を経て下流域、さらには沿岸域の生態系にも影響を及ぼすことが知られています。陸域と水域、特に森林と沿岸・海洋生態系との間の連結性（陸海連結性）を理解することは、流域全体の持続可能な管理と生物多様性保全にとって極めて重要です。
本稿では、森林の樹種構成や齢構成の違いが、河川の水質や物質循環を通じて沿岸生態系にどのような影響を与えるのか、特に生物多様性への波及効果に焦点を当てて解説します。
森林の樹種構成・齢構成が河川環境に与える影響
森林の樹種構成や齢構成は、河川に流入する水や物質の量、質、タイミングに影響を及ぼします。
1. 水文学的影響
- 樹種構成: 針葉樹林は年間を通して葉を茂らせるため、広葉樹林と比較して冬季の降水捕捉量が多い傾向があります。また、樹冠構造の違いにより、降水の樹冠通過雨量や樹幹流のパターンが異なります。
- 齢構成: 若齢林は林冠が密になりやすく、蒸散量が多い傾向がある一方、高齢林は林冠下植生が発達し、土壌有機物層が厚くなるため、より高い貯水能力を持つと考えられています。これらの違いは、河川の流量変動パターンに影響を与え、渇水時の流量維持や洪水ピーク流量の緩和に関わります。
2. 物質供給と物質循環
- 落葉落枝と有機物: 広葉樹は秋に大量の落葉を供給しますが、針葉樹は年間を通して少量ずつ葉を落とします。また、樹種によって落葉落枝の化学組成や分解速度が異なります。これらの有機物は河川生態系の重要なエネルギー源となりますが、分解過程や供給パターンは水生生物群集に影響を与えます。齢構成によっても落葉量や幹の倒木量が変化します。
- 溶存有機物 (DOM) と腐植: 森林土壌で生成されたDOMや腐植は、河川水を通じて下流に輸送されます。樹種や土壌タイプ、さらには森林管理の方法によって、DOMの量や質（化学構造、反応性）が異なります。特定の樹種（例：スギ、ヒノキなどの針葉樹）の植栽地では、難分解性の有機物が多く供給される傾向が報告されています。これらの物質は、河川水の色度や透明度に影響を与えるほか、下流域での微生物活動や栄養塩循環に関わります。
- 栄養塩: 森林土壌における栄養塩（窒素、リンなど）の動態は、樹種の吸収特性や微生物活動、土壌有機物の分解によって影響を受けます。若齢人工林の皆伐直後など、特定の森林管理が実施された後には、一時的に河川水中の栄養塩濃度が増加することが報告されています。
3. 土砂流出抑制
- 根系の発達: 樹種によって根系の構造や分布深度が異なります。根系は土壌を物理的に固定し、表層浸食や崩壊を抑制する重要な役割を果たします。一般に、広葉樹の一部には深く広がる根系を持つものが多く、土砂流出抑制効果が高いとされます。
- 林床植生: 林床の植生や落ち葉の堆積状況も、雨滴による土壌侵食や地表流による土砂輸送に影響します。適切な林床管理は、河川への土砂流入を抑制するために重要です。
河川を経由した沿岸生態系への影響
河川から沿岸域へ供給される水質、有機物、栄養塩、土砂などの変化は、沿岸生態系に大きな影響を与えます。
- 水質変化: 河川起源の栄養塩や有機物は、沿岸域の植物プランクトンや海藻の生産性を左右します。栄養塩の過剰な流入は富栄養化を引き起こし、赤潮や貧酸素水塊の発生リスクを高め、沿岸域の生物多様性や水産業に悪影響を与えます。一方、栄養塩の極端な不足は、沿岸域の一次生産性を低下させる可能性があります。森林からの溶存有機物（DOM）の供給は、沿岸細菌群集の活動や、紫外線吸収による水温成層への影響なども示唆されています。
- 底質変化: 河川からの土砂供給は、沿岸域の底質環境を形成・維持する上で重要ですが、過剰な土砂流入は藻場やサンゴ礁を埋没させ、底生生物の生息環境を悪化させます。森林の樹種構成や齢構成に起因する土砂流出量の違いは、沿岸域の地形形成や底質環境に長期的な影響を及ぼす可能性があります。
- 生物多様性への波及:
- 一次生産者: 河川からの栄養塩や光条件（濁度）の変化は、植物プランクトン、付着藻類、海藻などの分布や生育に直接影響します。
- 消費者: 一次生産者の変化は、それを餌とする動物プランクトン、貝類、魚類などの分布や個体数に影響を与え、沿岸域の食物連鎖全体に波及します。例えば、特定の魚種や貝類の産卵・育成場となる藻場や干潟は、河川からの水質・土砂供給の影響を強く受けます。
- 病原菌・有害物質: 森林管理や上流域の土地利用に由来する病原菌や有害物質が河川を通じて沿岸域に到達し、水産生物の健康や人間の健康に影響を与える可能性も指摘されています。
管理と研究の課題
森林の樹種構成や齢構成が陸海連結生態系に与える影響は複雑であり、流域の規模、地質、気候条件、既存の河川構造物、他の土地利用との複合的な影響など、多くの要因が絡み合います。
- 統合的な視点: 森林管理は、林業生産性だけでなく、河川・沿岸生態系への影響を考慮した流域全体、さらには陸海連携の視点から計画される必要があります。例えば、水源涵養林や保全林の整備において、その樹種構成や齢構成が下流域の生物多様性や水産業にどう貢献するか、あるいはリスクをもたらすかといった評価が求められます。
- 事例研究の蓄積: 特定の樹種構成や齢構成の森林が、異なる地理的・気候的条件下で下流域に与える影響に関する長期的なモニタリングデータや詳細な事例研究の蓄積が重要です。これにより、より科学的な根拠に基づいた森林管理や流域管理が可能となります。
- モデル開発と評価: 森林の水文学的・生態学的機能と、河川・沿岸生態系の応答を結びつける統合的なモデルの開発や、生態系サービス評価への応用も進められています。
まとめ
森林の樹種構成と齢構成は、河川の水質、物質循環、土砂動態に影響を与え、それが河川を経由して沿岸生態系の構造と機能、ひいては生物多様性に波及的な影響を及ぼします。これらの陸海間の複雑な相互作用を理解し、持続可能な流域管理を実現するためには、森林生態学、陸水生態学、海洋生態学といった異分野の研究者が連携し、統合的な視点から研究を進めることが不可欠です。今後の研究や政策決定において、森林の多様性が持つ生態系機能とその下流域への貢献、あるいはリスクを正しく評価し、生物多様性保全と水産資源の持続的な利用に繋げていくことが期待されます。